Назначение пьезометрического графика

При проектировании и эксплуа­тации тепловых сетей наряду с дав­лением широко пользуются также другой единицей гидравлического потенциала — напором. Напор представляет собой давление, выра­женное в линейных единицах (обыч­но метрах) столба той жидкости, ко­торая передается по трубопроводу.

Напор и давление связаны сле­дующей зависимостью

р — давление теплоносителя, Па;

ρ – плотность теплоносителя, кг/м 3 ;

Аналогичной зависимостью свя­заны между собой падение давления и потеря напора в сети или рас­полагаемый перепад давлений и располагаемый напор (разность на­поров) в сети

ΔΗ= Δр / ρg или h = R / ρg,

где ΔΗ— потеря напора или распо­лагаемый напор, м; р — падение давления или рас­полагаемый перепад дав­лений Па; h и R — удельная потеря напора (безразмерная величина) и удельное падение давле­ния, Па / м.

Полный напор отсчитывается от одного общего условного горизонтального уровня.

Напор, отсчитанный не от услов­ного, общего для всей сети горизон­тального уровня, а от уровня про­кладки оси трубопровода в данной точке, называется пьезометри­ческим напором или пьезо­метрической высотой.

При проектировании и эксплуа­тации разветвленных тепловых сетей, когда приходится учитывать взаимное влияние многочисленных факторов, определяющих гидравли­ческий режим сети: геодезический профиль района, высотность або­нентских зданий, потерю напора в тепловой сети и або­нентских установках и т. д., широко используется пьезометриче­ский график. На пьезометриче­ском графике в определенном мас­штабе нанесены рельеф местности, высоты присоединенных зданий, ве­личина набора в сети. По пьезомет­рическому графику легко опреде­лить напор и распола­гаемый напор в любой точке сети и абонентской системы.

Пьезометрический график благо­даря наглядности позволяет легко ориентироваться в гидравлическом режиме тепловых сетей и местных систем. Проектирование сети без учета пьезометрического графика, особенно в условиях сложного про­филя, может привести к нерацио­нальным схемам присоединения або­нентов, неоп­равданному сооружению насосных подстанций и усложнению эксплуа­тации всей системы теплоснабжения в целом.

Пьезометрический график (график напоров) может быть построен только после выполнения гидравлического расчета трубопроводов — по рассчитанным величинам падений давления на участках сети. На графике в выбранном масштабе нанесены профиль трассы тепло­вой сети; высоты отопительных систем, присоединенных к тепловой сети, условно равные высотам зданий; величины напоров насосов и в любой точке сети при статическом и динамическом режимах.

Условно принимают, что ось трубопроводов и геодезические отметки установки насосов и нагревательных приборов в первом этаже зда­ний совпадают с отметкой земли. Высшее положение воды в отопи­тельной системе совпадает с верхней отметкой здания.

График строят по двум осям — вертикальной и горизонтальной. На вертикальной оси откладывают напоры в любой точке сети, напоры насосов, профиль сети, высоты отопительных систем в метрах.

Пример построения графика показан на рис. 1.

Рис. 1. Пьезометрический график двухтрубной водяной тепловой сети.

По горизонталь­ной оси нанесены длины отдельных участков сети, показано взаимное расположение по горизонтали характерных потребителей тепла. Все отсчеты напоров производят от уровня I—I, соответствующего обычно отметке оси сетевых насосов, принимаемой за геодезическую отметку «0».

Под графиком показана принципиальная схема тепловой сети, для которой ведут построения.

Точка А характеризует местоположение источника теплоснаб­жения, вернее, расположение сетевого насоса. Точка L соответствует расположению последнего потребителя тепла, высота отопительной системы которого равна в вертикальном масштабе отрезку LM. Потребитель тепла удален от источника тепла на расстояние, равное в горизонтальном масштабе отрезку AL в метрах.

В точке D имеется ответвление к потребителю Е; высота отопитель­ной системы потребителя характеризуется отрезком EN в вертикальном масштабе. Насос в точке А создает напор в подающей магистрали Н_Н, напор в обратной магистрали Н_В. Разность напоров Н_Н – Н_В = Н_С на­зывается напором, развиваемым сетевым насосом.

Изменение напоров в подающей магистрали на графике показано наклонной линией А₁L₁.

Превышение точки А₁ над L₁ представляет потери напора в подаю­щем теплопроводе от точки А до точки L. Величина потерь напора определяется гидравлическим расчетом и составляет в подающем теплопроводе ΔH₁ = H_Н — H_L1, м, и в обратном теплопроводе

Линия А₂L₂ показывает характер изменения напоров в обратной магистрали. Изменение напоров в теплопроводах ответвления пока­зано линиями D₁E₁ и D₂E₂.

Разность напоров в подающем и обратном теплопроводах назы­вается располагаемым напором в точке сети.

Напор в подающем теплопроводе в точке К: Н₁ = H_К1 — Z, м, где Z — геодезическая высота трубопровода в точке К, м.

Напор в обратном теплопроводе: H₂ = H_К2—Z, м.

Располагаемый напор в точке К:

По аналогии с формулой (2) располагаемый напор в точке L равен ΔН_L1 — Н_L2.

Изменение напоров в теплопроводах, показанных линиями А₁L₁ и L₂А₂, соответствует динамическому режиму системы теплоснабже­ния, т. е. при работающем сетевом насосе и движении теплоносителя. При остановке сетевого насоса и прекращении циркуляции теплоно­сителя напоры в обеих магистралях уравниваются и устанавливаются по верхней отметке наиболее высокой и высоко расположенной системы отопления, присоединенной к тепловой сети по зависимой схеме (при температуре воды до 100 °С).

На рис. 1 линия статического напора показана пунктирной го­ризонтальной линией А₃М.

При гидравлическом расчете па­ровых сетей профиль паропровода можно не учитывать вследствие ма­лой плотности пара. Падение давления на участке паропровода принимается равным разности дав­лений в концевых точках участка.

Для предупреждения ошибочных решений следует до проведения ги­дравлического расчета водяных се­тей наметить возможный характер пьезометрического графика и, ори­ентируясь по нему, выбрать допу­стимые пределы потерь напора, не вызывающие усложнения схемы тепловой сети и абонентских вводов. На основании технико-экономиче­ского расчета следует лишь уточ­нить значение потерь напора, не выходя за пределы, намеченные по пьезометрическому графику. Такой порядок проектирования позволяет учесть технические и технико-эконо­мические особенности проектируе­мого объекта.

При построении пьезометрического графика в период проекти­рования должны соблюдаться следующие условия:

1. Напоры в присоединенных к сети системах теплопотребителей не должны быть больше допустимых. В отопительных абонентских системах допускаемый напор не должен превышать 60 м. Напор 60 м является предельным для обратной магистрали; в подающей магист­рали он может быть выше 60 м, так как его всегда можно уменьшить (сдросселировать) в пределе до величины напора в обратной магист­рали.

2. Обеспечение избыточного (выше атмосферного) напора во всех точках сети и абонентских систем для предупреждения подсоса воз­духа.

3. Обеспечение напоров, соответствующих температуре насыще­ния, в сети для предупреждения вскипания воды. Ни в одной из точек сети напор в подающей магистрали не должен быть ниже статиче­ского напора, т. е. пьезометрический график подающей магистрали не должен пересекать линию статического напора.

4. Минимальное значение напора перед сетевыми насосами должно быть не менее 5-10 м.

5. Напор в местных системах потребителей не должен быть ниже статического самих местных систем (статический напор равен высоте системы). В противном случае возможно опорожнение верхней части систем и засасывание воздуха.

6. В точках присоединения потребителей располагаемые напоры должны соответствовать потерям напора в местных системах при про­пуске теплоносителя в расчетных количествах.

Все эти требования должны вы­полняться как во время работы си­стемы, т. е. при циркуляции воды, так и при прекращении циркуля­ции, т. е. в статическом состоянии системы.

Значение напоров и их распределение по сети дает исходный ма­териал для выбора схем присоединений потребителей тепла. Наиболь­шее значение режим напоров в сети имеет для выбора схем присоеди­нений к тепловой сети систем отопления.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКИЙ ГРАФИК ТЕПЛОВОЙ СЕТИ

Пьезометрический график представляет собой графическое изображение напоров в тепловой сети относительно местности, на которой она проложена.

При построении графика на горизонтальной оси откладывают длину сети, а на вертикальной оси напоры. За начало координат в магистральных сетях принимается местоположение источника теплоты. В принятых масштабах строятся профиль трассы и высоты присоединенных потребителей. Для магистральных тепловых сетей могут быть приняты масштабы: горизонтальный М_г 1:10000; вертикальный М_в 1:1000.

При сравнительно спокойном профиле трассы построение пьезометрического графика начинают обычно с нейтральной точки 0. Нейтральная точка 0 у всасывающего патрубка сетевого насоса принимается таким образом, чтобы обратная линия тепловой сети располагалась выше на 3-5 м. наиболее высоко расположенных зданий.

Далее, используя результаты гидравлического расчета, строится линия потерь напора обратной магистрали. Линия давлений в обратной магистрали должна быть достаточно высокой (что свидетельствует о наполнении местных систем), не пересекать здания на графике (условие бесперебойности) и в то же время быть минимальной (чтобы не повредились приборы отопления – условие безопасности).

Затем строится линия располагаемого напора для системы теплоснабжения для расчетного квартала, величина которого может быть принята 40-50 м.в.ст.

Далее строится линия потерь напора подающего трубопровода.

Затем откладывается величина потерь напора в коммуникациях источника теплоты, при отсутствии данных принимается равной 25-30 м.в.ст.

Затем строится линия статического давления, которая должна

превышать на 3-5 м наиболее высоко расположенные здания.

Далее строятся линии напоров подающей и обратной магистрали для ответвлений. Методика построения изложена в [7, с 20] и в данном примере не рассматривается.

ПРИМЕР 6.По данным гидравлического расчета (пример 5) построить пьезометрический график. Расчетные температуры сетевой воды 150-70 о С. Этажность зданий принять 16 этажей. Высота этажа здания составляет 3 м.

1. Начальную точку 0 принимаем в нейтральной точке у всасывающего патрубка сетевого насоса такой, чтобы обратная линия располагалась на 3-5 м выше наиболее высоко расположенных зданий. Оптимальное значение начальной точки составляет 48 м.в.ст. Для проверки выбранной начальной точки проводим линию давления в обратной магистрали по всей ее длине. Отметка линии напора в конце магистрали составляет 48 м.в.ст. плюс потери напора 6, 83 м.в.ст, т.е 54,83 м.в.ст. Полученная линия давления располагается на 4,83 м выше наиболее высоко расположенных зданий, высота которых составляет 50 м. Исходя из этого можно считать принятую отметку нейтральной точки 48 выбранной правильно.

2. Строим линию располагаемого напора для системы теплоснабжения квартала 2. Располагаемый напор в данном примере принят равным 40 м.в.ст.

3. Затем строим линию потерь напора подающего трубопровода. Превышение точки С по отношению к точке D будет равно потерям напора в подающей магистрали, которые принимаются равными потерям напора в обратной магистрали и составляют в данном

4. Строим линию статического напора, которая должна превышать на 3-5 м. наиболее высоко расположенные здания. Таким образом линия статического напора S-S’ установится на отметке 50+3 =55 м.в.ст.

5. Построенный пьезометрический график изображен на рисунке 6.

Рисунок 6. Пьезометрический график тепловой сети

Ордината H_сум, замыкающая подающую и обратную в начале магистрали(у источника тепла), изображает суммарное падение давления подающей и обратной магистрали и концевого ввода (напор у вывода из котельной). Н_п – потребный напор подпиточного насоса при динамическом режиме. Н_сн – напор сетевого насоса. H_ит – потери напора в коммуникациях источника теплоты.

Пьезометрический график

Распределение давлений в тепловых сетях удобно изображать в виде пьезометрического графика, который дает наглядное представление о давлении или напоре в любой точке тепловой сети и поэтому обеспечивает большие возможности учета многочисленных факторов (рельеф местности, высота зданий, особенности абонентских систем) при выборе оптимального гидравлического режима.

Пьезометрические графики разрабатываются для зимних и летних расчетных условий. Проектирование открытых систем теплоснабжения связано с необходимостью построения пьезометрических графиков для отопительного сезона с учетом максимальных водоразборов из подающих и отдельно из обратных трубопроводов. Давление, выраженное в линейных единицах измерения, называется напором давления или пьезометрическим напором. В системах теплоснабжения пьезометрические графики характеризуют напоры, соответствующие избыточному давлению, и они могут быть измерены обычными манометрами с последующим переводом результатов измерения в метры.

Рис. 5.3. Пьезометрический график двухтрубной тепловой сети с зависимыми схемами присоединения систем отопления: 1 –сетевой насос; 2 – перемычка сетевого насоса;
3 – станционный водонагреватель; 4 – расширительный бак

Рассмотрим пьезометрический график упрощенной системы теплоснабжения (рис. 5.3). Циркуляция воды в замкнутой сети осуществляется насосом 1. Расширительный бак 4, уровень воды в котором поддерживается постоянным, присоединен к обводной линии циркуляционного насоса 2. В реальных условиях вместо расширительного бака обычно устанавливают подпиточный насос. Если сетевой насос не работает, то напоры во всех точках системы теплоснабжения определяются уровнем воды в расширительном баке. При таком статическом состоянии системы теплоснабжения пьезометрический график представляет собой горизонтальную линию s – s, проведенную на уровне поверхности воды в расширительном баке. Напор в любой точке сети определяется величиной вертикального отрезка между данной точкой и линией s – s.

При динамическом режиме, когда сетевой насос включается в работу, пьезометрический график изобразится линией K₁A₁B₁C₁C₂B₂K₂ для тепловой сети и линией K₁NK₂ – для перемычки. Если за плоскость отчета напоров принять уровень О – О, то отрезок Н_с будет характеризовать статический напор в тепловой сети.

При работе сетевого насоса отрезок Н_п характеризует напор в нагнетательном патрубке насоса, а отрезок Н_вс – напор у всасывающего патрубка насоса. Разность Н_сн= Н_п – Н_вс соответствует напору, создаваемому сетевым насосом, который и расходуется на преодоление гидравлических сопротивлений при движении теплоносителя. Отрезки DН_т, DН_п DН_о составляют потери напора соответственно в подогревательной установке 3, подающей и обратной магистралях сети; DН₁, DН₂ – располагаемые напоры для абонентских систем I и II.

В системах отопления, присоединяемых к тепловой сети по зависимой схеме с элеваторным смешением, располагаемые напоры (DН₁, DН₂) расходуются в основном в водоструйных элеваторах. Потери напора в самих отопительных системах не превышают 1 – 2 м. Пренебрегая этой величиной, можно считать, что при работе сетевых насосов системы отопления и, в частности, наименее прочные их элементы – радиаторы, испытывают давление со стороны обратной магистрали. Отрезки Н_р,1 и Н_р,2 характеризуют напоры в радиаторах нижних этажей при динамическом режиме системы теплоснабжения; Н_c,1, Н_с,2 – то же, при остановке сетевых насосов.

Следует обратить внимание, что остановка сетевого насоса по-разному влияет на изменения давлений в различных абонентских системах. Если у абонента I остановка насоса уменьшает напор в радиаторе (Н_c,1 о С 120 130 140 150 160 170 180

Максимальный напор, м 10 20 30 40 55 72 93

и проводят линию RLM, называемую линией невскипания.

Если пьезометрическая линия А₁В₁С₁ расположится выше линии RLM и нигде ее не пересекает, то вода в трубах кипеть не будет.

По второму способу ниже линии А₁В₁С₁ на величину Н_к проводят линию NP. Во всех точках, расположенных ниже линии NP, кипение невозможно, так как напор в этих точках больше Н_к. Только в местах пересечения линии NP с подающим трубопроводом и во всех точках, расположенных выше линии NP, при расчетных температурных условиях наступит парообразование. Второй способ наглядно иллюстрирует те уровни, до которых во избежание парообразования можно поднимать воду с расчетной температурой выше 100°С. В частности, у абонентов I и II сетевую воду из условия невскипания можно поднять только до отметок соответственно y₁, у₂.

Если перечисленные выше условия не могут быть выполнены для всех абонентов, то отдельные местные системы необходимо присоединять по независимой схеме.

При неровном рельефе местности, когда значительное количество потребителей теплоты выходит за границу нормального гидравлического режима, система теплоснабжения разбивается на независимые по давлению зоны.