РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Стр 1 из 4Следующая ⇒

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По теплоснабжению

На тему: Теплоснабжение района города

Студента

гр. ТГВ-42

Хливная И. А.

Состав курсового проекта:

1. Расчетно-пояснительная записка на 36 стр.

2. Графическая часть на 2 листах формата А1

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Руководитель к.т.н., доцент

Кулагин С.М.

Иваново 2009

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................... 3

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ................................................................ 4

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОЫХ НАГРУЗОК................................. 5

2.1. Тепловые нагрузки на отопление............................................ 5

2.2. Тепловые нагрузки на вентиляцию......................................... 6

2.3. Тепловые нагрузки на горячее водоснабжение..................... 6

2.4. Изменение тепловых нагрузок в зависимости от

изменения температуры наружного воздуха................................. 6

2.5. Построение отопительного графика........................................ 8

2.6 Определение расходов теплоносителя................................... 11

3. Разработка конструкции трубопроводов....... 14

4. Гидравлический расчет............................................. 17

4.1. Построение пьезометрического графика.............................. 22

4.2. Выбор насосов.......................................................................... 24

5. Расчет компенсирующих устройств............... 27

5.1. Расчет самокомпенсации......................................................... 27

5.2. Расчет П-образных компенсаторов.................................... 28

6. Расчет труб на прочность......................................... 30

7. Расчет толщины тепловой изоляции.............. 31

Заключение........................................................................ 35

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК................................... 36

ВВЕДЕНИЕ

Системы централизованного теплоснабжения должны быть надежными, экономичными, индустриальными и удобными в эксплуатации. В настоящее время совершенствуются все элементы теплоснабжения – теплогенерирующие установки, тепловые сети и потребители. Совершенствуются способы прокладки тепловых сетей, применяются новые теплоизоляционные материалы.

Большое внимание уделяется вопросам энергосбережения, применению нетрадиционных источников энергии для нужд теплоснабжения. Это, в первую очередь, солнечная энергия, геотермальные воды, тепловые насосы.

Дисциплина Теплоснабжение является одной из основных в учебном плане инженеров по специальности 290700 Теплогазоснабжение и вентиляция.

В курсовом проекте «Теплоснабжение района города» разрабатывается в сокращенном объеме система централизованного теплоснабжения района города с жилищно-коммунальной застройкой. В качестве теплоносителя используется горячая вода.

Исходные данные к курсовому проекту

«Теплоснабжение района города»

Географический пункт строительства (город)

и его климатические условия [2]

Вариант	Город	Температура наружного воздуха, °С	Продолжительность отопительного периода, сут.
среднегодовая	расчетная для проектирования	средняя отопительного периода
отопления	вентиляции
	Иваново	2, 7	-30	-30	-4, 4

Этажность застройки района, расчетные температуры сетевой воды,

Вид системы теплоснабжения

Вариант	Этажность застройки	Жилая площадь, м²	Количество жителей	Расчетные температуры сетевой воды, °С	Вид системы теплоснабжения
в подающей магистрали	в обратной магистрали	в системе отопления
						закрытая

Характеристика грунта и глубина заложения грунтовых вод

Вариант	Данные о грунте	Глубина залегания грунтовых вод, м
вид грунта	плотность, кг/м³	состояние грунта	теплопроводность, Вт/(м·°С)
	песок		сухой	0, 94	-

Способ прокладки тепловой сети,

Тип теплоизоляционной конструкции

Вариант	Данные о теплоизоляционной конструкции	Способ прокладки тепловой сети
теплоизоляционный материал	плотность, кг/м³	теплопроводность, Вт/(м·°С)
	армопенобетон		0, 13	бесканальный

Вариант генерального плана района – 8

Вариант месторасположения источника теплоты – 7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК

Тепловые нагрузки разнородны по характеру, поэтому расчетные расходы теплоты определяются отдельно для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Нагрузки отопления и горячего водоснабжения должны предусматриваться для всех типов зданий – жилых и общественных. Вентиляционная нагрузка связана с подогревом воздуха, подаваемого в помещения средствами механической вентиляции. Эта тепловая нагрузка характерна только для общественных зданий, в жилых зданиях она отсутствует.

В курсовом проекте разрабатывается система теплоснабжения района с неизвестной застройкой, поэтому тепловые нагрузки определяются по укрупненным показателям в соответствии с указаниями СНиП [1]. Исходным показателем является удельный расход теплоты на отопление 1 м² жилой площади, q, который выбирается в зависимости от расчетной температуры наружного воздуха:

t_н.о, = -30 °С → q, = 174 Вт/м²

Суммарный расход теплоты на микрорайон равен сумме тепловых нагрузок

, МВт.

Изменение тепловых нагрузок в зависимости от

Гидравлический расчет

Задачами гидравлического расчета тепловых сетей являются:

- подбор диаметров трубопроводов на всех участках;

- определение потерь давления на всех участках;

- гидравлическая увязка всех циркуляционных колец.

Гидравлический расчет водяных тепловых сетей проводят в следующем порядке.

1. На трассе трубопроводов выбирается главная расчетная магистраль из условия, что удельные потери давления на 1 м длины на ней наименьшие (обычно это трасса от источника теплоты до наиболее удаленного потребителя).

2. По расходам теплоносителя и ориентируясь на удельную потерю давления R_ор= 80 Па/м, назначают диаметры трубопроводов на участках.

3. Определяются фактические удельные потери давления и скорости воды для каждого участка (следует обращать внимание, что скорость воды согласно нормам [1] должна быть в пределах 0, 8-1, 8 ± 10% м/с).

4. На плане тепловых сетей расставляются отключающие задвижки, неподвижные опоры, компенсаторы, определяются места расположения других местных сопротивлений.

5. По виду местных сопротивлений определяются их эквивалентные длины и для каждого участка вычисляется приведенная длина, равная сумме геометрической и эквивалентной длин (если местных сопротивлений несколько, то подставляется их сумма)

6. Затем вычисляются потери давления на каждом участке и на магистрали в целом. В качестве удельных потерь давления в формулу подставляются их фактические значения, найденные по таблицам гидравлического расчета

Потери давления в обратной магистрали, как правило, отдельно не рассчитываются, а принимаются равными потерям давления в подающей магистрали.

7. Проводится расчет всех ответвлений аналогично расчету главной магистрали. При этом следует иметь в виду, что удельные потери давления на трение для ответвлений больше, чем для главной магистрали. Ориентировочное значение их для любого ответвления может быть определено по формуле

, Па/м

где - располагаемый перепад давления на ответвлении, численно равный потерям давления на параллельных с ответвлением участках главной магистрали, определенных от общей точки, Па;

– коэффициент, учитывающий местные потери давления;

l_отв – суммарная длина ответвления, м.

Рекомендуется удельные потери давления на трение в водяных тепловых сетях принимать не выше 300 Па/м.

8. После определения суммарных потерь давления для каждого ответвления определяют невязку потерь давления по главной магистрали, которая не должна превышать 15%.

Если невязка превышает допустимое значение, то изменяют диаметры трубопроводов на отдельных участках, добиваясь, соответственно, увеличения или уменьшения потерь давления на ответвлении. Поскольку по номенклатуре труб их диаметры изменяются ступенчато, не всегда удается добиться нужного результата подбором диаметров. В этом случае предусматривают установку дроссельной шайбы, диаметр отверстия которой рассчитывается по формуле

, мм,

где G - расход воды на участке ответвления, т/ч;

DР_др- перепад давлений, срабатываемый на дроссельной диафрагме, Па.

Дроссельные шайбы удобнее устанавливать на абонентских вводах у потребителей.

Пример гидравлического расчета для участка ИТ-1:

Определяется расчетный расход G_р^ИТ-1:

(т/ч) (5.1)

По генеральному плану определяем длину участка ИТ-1:

l=526 м

По расходам теплоносителя и ориентировочным удельным потерям давления на трение R_ор = 80 Па/м с помощью таблиц для гидравлического расчета тепловых сетей назначаем диаметр трубопровода на участке ИТ-1:

D_н x S = 426х7 мм

По генеральному плану определяем виды местных сопротивлений на участке ИТ-1:

5 П-образных компенсатора с крутоизогнутыми отводами, R=1*D; R=1.5*D, 1 крутоизогнутый отвод, R=1*D; R=1.5*D.

По виду местных сопротивлений определяются их эквивалентные длины при помощи таблиц эквивалентных длин местных сопротивлений:

lэкв. = 47∙ 5+10=245м

Вычисляем приведенную длину:

l_прив. = 460+245 = 705 м

Вычисляем потери давления на участке ИТ-1по формуле:

, (м);

Результаты гидравлического расчета удобно представлять в табличной форме, таблица 4.1 и 4.2.

Таблица 4.1

Выбор насосов

Для подбора любого насоса необходимо знать его производительность (подачу) и развиваемое давление (напор). При этом следует учитывать, что требуемые режимы работы (производительность и давление) должны находиться в пределах рабочей области его характеристики. По требуемой подаче и напору на сводном графике полей предварительно выбирают насос нужного типоразмера, а затем по графической характеристике уточняют правильность выбора и определяют все остальные показатели (коэффициент полезного действия, мощность на валу электродвигателя, число оборотов, диаметр рабочего колеса).

Производительность сетевого насоса равна суммарному расходу теплоносителя в тепловой сети на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение.

Давление сетевого насоса, МПа расходуется на преодоление сопротивления системы теплоснабжения

где - потеря давления в сетевом оборудовании котельной, МПа;

- потеря давления в подающей магистрали, МПа;

- потеря давления в обратной магистрали, МПа;

- потеря давления у абонента, МПа.

Потери давления определяем по пьезометрическому графику.

В двухтрубных системах теплоснабжения при наличии круглогодовой нагрузки горячего водоснабжения целесообразна установка не менее двух сетевых насосов с разными характеристиками: один для работы в холодный период с максимальной производительностью, другой – для перекачки воды в системе горячего водоснабжения в теплое время года. Производительность второго насоса:

Кроме этого обязательна установка резервного насоса.

Для компенсации утечек воды и поддержания необходимого уровня пьезометрического давления, как при статическом, так и при динамическом режиме, необходима установка подпиточного насоса.

Развиваемое им давление принимается равным давлению во всасывающем патрубке сетевого насоса и определяется положением пьезометрической линии в обратной магистрали. Расход подпиточного насоса, м³/ч в зависимости от вида системы теплоснабжения определяется по формулам:

- для подпитки закрытой тепловой сети

;

- для подпитки открытой тепловой сети

где V – объем воды в системе теплоснабжения, м³;

- максимальный расход воды на горячее водоснабжение, м³/ч.

Объем воды в системе теплоснабжения может быть определен по фактическим размерам труб (длине и диаметру) или по удельным показателям, определяющим объем воды, приходящийся на единицу тепловой мощности. Объем воды определяется для всех элементов системы теплоснабжения: котельной, наружных трубопроводов, местных абонентских систем. Удельные объемы воды, м³/МВт можно принять равными:

Для котельной ;

Для наружных трубопроводов ;

Для систем отопления ;

Для систем вентиляции ;

Для систем горячего водоснабжения ;

, , , ;

С учетом изложенного объем воды может быть определен по формуле

где - суммарный расчетный расход теплоты в системе теплоснабжения, МВт;

, , – расчетные расходы теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, соответственно, МВт.

Минимальное число рабочих подпиточных насосов принимается равным: в закрытых системах – один, в открытых – два. В обоих случаях предусматривается один резервный насос той же производительности.

В системах теплоснабжения в качестве сетевых циркуляционных и подпиточных насосов могут использоваться насосы следующих типов:

1. СЭ –горизонтальные спирального типа с рабочими колесами двойного входа одноступенчатые. Насосы типа СЭ используют в качестве сетевых в крупных системах теплоснабжения и устанавливают на подающих трубопроводах тепловых сетей для перекачивания перегретой воды с температурой до 180°С и с рабочим давлением на входе насосов от 0, 4 до 2, 5 МПа.

2. Д –горизонтальные одноступенчатые с полуспиральным подводом жидкости к рабочему колесу. Предназначены для воды с температурой не выше 85°С и максимальным подпором 20 м вод.ст.

3. К – Центробежные насосы консольного типа.

Характеристики насосов для тепловых сетей приведены в справочной литературе [3-5].

Расчет сетевого насоса:

, (МПа);

Объем перекачиваемой воды для зимних условий:

, (т/час);

Объем перекачиваемой воды для летних условий:

, (т/час);

Выбираем два сетевых насоса:

Для зимнего периода два насоса марки Д630-90 с параметрами: диаметр рабочего колеса – 450, номинальная подача – 630 м³ /час, полный напор – 63 м, КПД – 75%, Мощность на валу насоса – 365 кВт.

Для летнего периода Д200-95 с параметрами: диаметр рабочего колеса – 240, номинальная подача – 200 м³ /час, полный напор – 64 м, КПД – 85%, Мощность на валу насоса – 70 кВт.

Также предусматривается один резервный насос марки Д630-90 и один резервный марки Д200-95.

Расчет подпиточного насоса:

, (МПа);

Объем перекачиваемой воды:

, (м³ ), , (м³ ),

, (м³ ), , (м³ );

, (т/ч);

Выбираем подпиточный насос К20/30 с параметрами: диаметр рабочего колеса – 162, номинальная подача – 20 м³ /час, полный напор – 30 м, КПД – 64%, Мощность на валу насоса – 2, 7 кВт.

Предусматривается резервный насос такой же марки.

Расчет самокомпенсации

Компенсация температурных расширений трубопроводов назначается при средней температуре теплоносителя более 50 °С.

Наиболее простая компенсация достигается естественной гибкостью поворотов самого трубопровода, изогнутого под углом не более 150 °. Такой способ называется самокомпенсацией. Для него могут быть использованы подъемы и опуски труб. К устройству искусственных компенсаторов следует обращаться лишь после использования всех возможностей естественной компенсации.

При проектировании естественной компенсации определяют длины плеч и проверяют напряжения, возникающие в опасных точках (точках защемления коротких плеч).

Расчет проводится для рабочего состояния трубопровода без учета предварительной растяжки труб на углах поворотов. Расчетное тепловое удлинение для этих участков надлежит определять для каждого направления координатных осей.

Проектирование участков самокомпенсации проводится по номограммам или по расчетным формулам [6, 11].

Различают два типа естественной компенсации: Г-образную с углом поворота оси трубы от 90 до 160° и соотношением длин прямых участков от 1 до 5 и Z-образную с углами поворота оси трубы 90° и с различным соотношением длин прямых участков.

Максимальные напряжения, возникающие в местах защемления коротких плеч, определяются по следующим формулам:

а) Г-образная схема

, МПа. (5.1)

В частном случае при повороте оси трубы на 90° (β =0)

, МПа. (5.2)

б) Z-образная схема (в точках А, В и С)

, МПа, (5.3)

, МПа. (5.4)

. (5.5)

В приведенных формулах:

n – отношение длинного плеча к короткому (l_д/l_к);

β – угол, дополняющий 90° до угла поворота оси трубы;

Е – модуль упругости углеродистой стали, равный 2·10⁵ МПа;

∆ - величина теплового удлинения 1 м трубопровода, м;

d_н – наружный диаметр трубопровода, м;

- максимальная температура теплоносителя в подающей магистрали, °С;

- расчетная температура наружного воздуха. °С;

α – коэффициент температурного удлинения стальной трубы, равный 0, 012 мм/(м·°С).

В частном случае при повороте оси трубы на 90° β =0:

, (Па) (5.6)

Расчетные значения напряжений не должны превышать допустимое напряжение изгиба, которое при соединении труб на сварке принимается равным [σ _и]=80 МПа.

Если расчетное напряжение больше допустимого, следует пересмотреть длину плеч в сторону их увеличения.

Па

Самокомпенсация выполняется.

Расчет труб на прочность

Для участка трубопровода ИТ-1:

Расчет трубы на прочность при растяжении определяется по формуле:

δ _рас(6.1)

Расчет трубы на прочность при текучести определяется по формуле:

0, 9δ _т (6.2)

где δ _рас- расчетное сопротивление металла трубы на растяжение, Па;

δ _т - предел текучести, Па;

n – коэффициент перегрузки, принимается равным 1, 1;

d_в – внутренний диаметр трубопровода, для участка ИТ-1 d_в = 36(см);

P_раб – рабочее давление, развиваемое насосом, P_раб =5, 7Па;

δ _т для стали составляет (2-3) · 10⁶ Па, принимаем δ _т = 2, 5 · 10⁶ Па =2, 5 МПа

δ _рас для стали рассчитывается по формуле:

δ _рас = δ _вр ·k₁· m₁ · m₂, Па (6.3)

где δ _вр – временное сопротивление разрыву трубы, Па

δ _вр = 4 · 10⁶ (Па);

k₁ – коэффициент однородности металла при разрыве, для бесшовных горячекатаных труб принимается равным 0, 8;

m₁ – коэффициент условий работы металла при разрыве, принимается равным 0, 8;

m₂ – коэффициент условия работы трубопровода, принимается равным 0, 75.

δ _рас = 4 · 10⁶ · 0, 8 · 0, 75 =2, 4 ·10⁶ Па = 2, 4 МПа

S рассчитывается по формулам:

S₁ = , см (6.4)

S₂ = , см (6.5)

где d_н– наружный диаметр трубопровода, для участка ИТ-1 d_н =36 (см);

S – толщина стенки трубопровода.

S₁ = = 4, 7 · 10 (см);

S₂ = = 5, 25 (см);

S₂> S₁, принимаем в расчет с S₂ = 5, 25 (см);

(Па)

Расчет труб на прочность для участка ИТ-1 выполняется, т.к.

2, 1 · 10⁶ Па < δ _рас^доп = 2, 4 · 10⁶ Па

2, 1 · 10⁶ Па < δ _т^доп = 2, 25 · 10⁶ Па.

Заключение

В данном курсовом проекте был произведен расчет тепловой сети района города Уфа с девяти этажной застройкой на 32690 жителей.

В курсовом проекте были определены тепловые нагрузки на отопление, на вентиляцию, на горячее водоснабжение. Выполнено построение повышенного графика температур, так как система теплоснабжения была принята закрытая. Определены расходы теплоносителя.

Материалы, трубы и арматуру для тепловых сетей приняты в соответствии с Правилами устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды Ростехнадзора и требованиями СНиП [1].

Спроектирован канальный способ прокладки тепловой сети. Построен пьезометрический график для анализа работы тепловых сетей, выбора сетевого оборудования, схем подключения абонентов к тепловым сетям. Пьезометрический график показывает изменение давления по длине трубопроводов и в элементах тепловых сетей.

Был выполнен гидравлический расчет, выбраны диаметры трубопровода от 630 до 133 мм.

В курсовом проекте были запроектированы насосы для отопительного и неотопительного периодов: сетевые и подпиточные с обязательной установкой резервных насосов.

Также были подобраны П-образные компенсаторы, отводы на 90°, задвижки тройники. Выполнен расчет труб на прочность.

Рассчитана толщина тепловой изоляции из минераловатных плит.

В курсовом проекте были рассмотрены узлы трубопровода (тепловые камеры), каналы трубопровода, построен продольный профиль участка тепловой сети и монтажная схема этого участка.