ТЕМА 7.
ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ.
1. Пьезометрические графики.
2. Выбор схем присоединения абонентских установок.
3. Гидравлическая устойчивость.
4. Переменные гидравлические режимы.
Под гидравлическим режимом теплофикационной системы понимается взаимосвязь между расходами и давлениями воды в данный момент времени. При рассматриваемых стационарных режимах эти параметры являются неизменными во времени.
Гидравлический режим определяется характеристиками основных элементов, образующих теплофикационную систему. Такими элементами являются насосно-подогревательная установка и трубопроводы источника теплоснабжения, тепловая сеть с насосными и дроссельными станциям, расположенными на трассе, абонентские теплопотребляющие установки. Эти элементы можно разделить на активные (насосы), в которых давление воды повышается за счет подвода механической энергии извне, и пассивные (все остальные элементы), в которых давление воды снижается из-за потерь на трение.
При анализе гидравлических режимов систем теплоснабжения наряду с давлением применяется и другая единица гидравлический потенциал-напор. Напор выражается в линейных единицах (обычно метрах) столба жидкости, протекающей по трубопроводу.
Напор Н, м и давление р связаны следующей зависимотьь:
Н=р/ρg,
где р - давление, Па (Н/м2), ρ- плотность, кг/м3, g =9,8 м/с2.
На рисунке представлена принципиальная схема сети, а также изображен примерный пьезометрический график с основными изображениями. На пьезометрическом графике в масштабе нанесены рельеф местности, высоты отопительных систем присоединенных зданий, значения полного Н0 и пьезометрического Н напорах во вех точках системы. В месте со схемой, на которой указаны расходы воды, пьезометрический график полностью определяет гидравлический режим тепловой сети.
|
|
Для расчета и анализа гидравлических режимов тепловых сетей существенное значения имеют не только гидравлические характеристики отдельных элементов оборудования абонентских теплопотребляющих установок, но и гидравлическая характеристика тепловой подстанции в целом. Эта характеристика определяется как характеристиками отдельных элементов, так и схемой их соединения, установленными авторегуляторами, их настройкой и т.д.
2. Выбор схемы присоединения абонента к тепловой сети осуществляют, прежде всего, по параметрам теплоносителя на вводе в здание и характеристикам внутренних систем абонента.
Параметры теплоносителя на вводе указывают теплоснабжающие организации. Таковыми параметрами являются:
ü давление в подающей и обратной магистрали тепловой сети,
ü статическое давление,
ü возможный диапазон колебания этих давлений,
ü расчетный график температур в сети.
Характеристики внутренних систем принимают по проекту либо по результатам натурных измерений. Весьма желательным при выборе схемы присоединения абонента является рассмотрение ее работоспособности с учетом перспективных тенденций изменения гидравлического режима тепловой сети, учетом возможной модернизации внутренних систем. Так, например, увеличение потребителей и повсеместное применение современных систем отопления с количественным регулированием сопровождается возрастанием колебания давления в теплосети. Это требует соответствующей технической защиты систем абонента. Особенно с неавтоматизированными узлами присоединения.
|
|
Преобразование характеристик теплоносителя до требуемой кондиции в системах абонента осуществляют в тепловых пунктах. Современные подходы в энергосбережении требуют реализации этих задач непосредственно у потребителя в индивидуальных тепловых пунктах. Для этого используют специальное оборудование, увязанное в функциональные схемы. Во все многообразие схем положены общие подходы, реализуемые для присоединения системы отопления как отдельно, так и совместно с системой горячего водоснабжения и системой теплоснабжения вентиляционных установок.
3. Состояние систем теплоснабжения во многих районах ПМР с позиции гидравлического режима можно оценить как неудовлетворительное, о чем свидетельствуют многочисленные сообщения об аварийных ситуациях и замерзающих районах, поселках. Причинами служат многочисленные проблемы, накопившиеся за годы эксплуатации систем, без выполнения своевременных мероприятий по их решению.
Редко встречаются цифры, характеризующие тепловую сеть в отношении устойчивости к возмущениям или разрегулированию режима работы. Зачастую этот показатель работы систем теплоснабжения не содержится в проектных документах тепловых сетей, не просчитывается при многочисленных изменениях в схемах при их развитии и реконструкции. Несмотря на это, вопрос актуален и достаточно сложен.
Оценка гидравлической устойчивости тепловых сетей. Проблема оценки гидравлической устойчивости состоит в комплексном подходе ее изучения и осложняется ведомственной разобщенностью организаций, эксплуатирующих отдельные основные части единой системы теплоснабжения.
|
|
С позиции сбора данных и анализа результатов режима работы системы, ее можно условно разделить на составные части:
ü - источник теплоснабжения со своим оборудованием (теплофикационная установка, котлы, насосы, ХВО и т.п.);
ü - тепловые сети и их оборудование;
ü - системы теплопотребления.
Каждая из этих частей характеризуется своим гидравлическим сопротивлением в зависимости от сочетания работающего оборудования, его характеристик работы и расхода теплоносителя - горячей воды. Сопротивление системы теплоснабжения во многом зависит от числа включенных систем теплопотребления, схем присоединения отопительных и нагревательных приборов и т.п. Сопротивление сетей и оборудования теплогенерирующего источника должно преодолеваться сетевыми насосами, установленными на источнике и подкачивающих насосных станциях магистральных тепловых сетей.
Количественно гидравлическая устойчивость для тепловых систем оценивается коэффициентом гидравлической устойчивости:
где: 
- потери напора в системе теплопотребления;
- потери напора в тепловой сети от теплоисточника до потребителя;
- располагаемый напор в тепловой сети на выходе из источника.
Коэффициент гидравлической устойчивости зависит от числа и величины гидравлического сопротивления систем подключенных потребителей тепла и обратно пропорционален величине располагаемого напора, развиваемого насосами.
Коэффициент гидравлической устойчивости может изменяться от «0» до «1», т.к. ∆Нрасп ≥ ∆Нпот, при этом выполняется непременное условие работы системы - напор, развиваемый насосами в теплоисточнике, должен преодолевать гидравлическое сопротивление сети и систем теплопотребления.
Система считается более гидравлически устойчивой, чем выше значение коэффициента «К», что имеет место при снижении потерь напора в сетях до потребителя и может вызвать увеличение количества перекачиваемой сетевой воды сверх нормативных объемов, т.е. повлечь гидравлическую разрегулировку системы.
Регулировка системы оценивается отношением расходов:
где: Gф - фактический расход сетевой воды в системе;
Gр - расчетный расход сетевой воды при проектном температурном график 
е.
Зависимость между степенью разрегулировки гидравлического режима Х и коэффициентом гидравлической устойчивости К выражается формулой:
Так, по теплоисточникам г. Вологды и населенных пунктов Вологодской области можно рассчитать степень разрегулировки Х и коэффициент К, подключенных к ним тепловых сетей. Результаты сведены в таблицу.
Например, система отопления потребителя с приборами М-140и М-140АО имеет гидравлическое сопротивление 1 м и располагаемый напор до источника тепла составляет 100 м. В этом случае К = 0,1. Если при помощи диафрагмы или регулирующего органа повысить сопротивление сети потребителя до 15 м.в.ст., то при этом К = 0,39, т.е. гидравлическая устойчивость повысится в 4 раза и потребитель в крайнем случае получит теплоносителя в 2,58 раза больше нормы за счет соседних систем теплопотребления. При возросшей гидравлической устойчивости в 4 раза степень разрегулировки гидравлического режима сократилась почти в 40 раз.
Анализ формулы (3) позволяет сделать вывод, что гидравлическая система со степенью разрегулировки X=1, или хорошо отрегулированная система, в которой фактически расход теплоносителя соответствует расчетному значению, имеет коэффициент устойчивости равный К= 1, т.е. наилучший показатель по устойчивости.
Способы повышения гидравлической устойчивости. Всякая регулировка должна начинаться с определения гидравлической устойчивости системы.Для выравнивания (повышения) гидравлической устойчивости наиболее эффективным и малозатратным вариантом является комплексная регулировка гидравлического режима на основании расчетных данных и проектных решений. Для избежания гидравлической разрегулировки отдельных абонентов или отопительных систем с открытым водоразбором применяют элеваторы (или циркуляционные насосы на перемычке вместо элеваторов), обеспечивая постоянство расхода сетевой воды у потребителя. Сокращение расхода сетевой воды при регулировке системы способствует уменьшению потерь в сети, что увеличивает гидравлическую устойчивость последней.Повышение гидравлической устойчивости сети возможно проведением дополнительного дросселирования потока воды в индивидуальных тепловых узлах потребителей и смешивающих устройствах (индивидуальное регулирование), а так же в тепловых камерах магистральных тепловых сетей на квартальных ответвлениях (местное регулирование) и теплоисточнике (нейтральное регулирование).