Пьезометрический график тепловой сети. Регулирование давления в тепловой сети

Пьезометр стоится на основании данных гидравлического расчета о потерях давления на участках тепловой сети, он дает наглядную картину давлений в тепловой сети и в абонентских установках (рис. 6.1 ). На графике в определенном масштабе наносится рельеф местности, высоты присоединяемых местных систем (зданий), величины напоров (давлений). При этом условно принимают, что отметки прокладки труб тепловой сети, насосов и нагревательных приборов на первом этаже зданий совпадают с отметкой поверхности земли. Линия условного нулевого уровня (ЛНУ) может быть проведена на любой высоте, однако практически более удобно за нуль принять отметку самой низкой точки системы теплоснабжения.

Различают полные, располагаемые и пьезометрические напоры. Полные напоры отсчитываются от общей ЛНУ. Они не отражают действительного давления в трубопроводах, т.к. не учитывают зависимость давлений от геодезических отметок системы. Но с их помощью удобно производить построение графика и определить (по графику) пьезометрические и располагаемые напоры.

Пьезометрические напоры отсчитываются от оси трубопровода в данной точке. Они учитывают геодезические отметки точек системы (равны разности полного напора и геодезической отметки) и поэтому отражают действительные давления в системе.

Располагаемым напором называется разность между напорами в подаче и обратке в данной точке системы. Он может быть определен по разности как полных, так и пьезометрических напоров.

Режим, при наличии циркуляции воды в системе, называется динамическим, а при отсутствии циркуляции (при выключенных сетевых насосах) – статическим.

При статическом режиме давления в подаче и обратке одинаковы и на пьезометре этот режим выражается горизонтальной линией.

Естественное статическое давление устанавливается по давлению в наивысшей точке системы теплоснабжения. При температуре воды менее 100 о С линия статического давления будет проходить на отметке наивысшего уровня воды в системе.

Искусственное статическое давление, обеспечиваемое специальными подпиточными насосами (у источника) может поддерживаться на любом заданном уровне.

Рис. 6.1 . Пьезометрический график участка тепловой сети: ОК – распо-

лагаемый напор в точке А; МК – полный напор в подаче в

точке А; МО – полный напор в обратке в точке А; NК – пьезо-

метрический напор в подаче в точке А; NО – пьезометричес-

кий напор в обратке в точке А

Постоянное статическое давление поддерживается подпиточными насосами. Конфигурация пьезометра не зависит от рельефа местности. Пьезометрические линии всегда имеют уклон по ходу воды, причем величина уклона зависит от R л, а следовательно и от расхода.

Для нормальной и надежной работы системы теплоснабжения давления в ней должны поддерживаться в определенных пределах.

Рис. 6.2.

Ни одна крупная система теплоснабжения не может быть правильно запроектирована и в дальнейшем нормально эксплуатироваться без рассмотрения режимов давления во всех ее звеньях – в источнике, тепловой сети и абонентских установках.

Чрезмерно высокие давления приведут к аварийным повреждениям оборудования. В то же время пониженные давления могут вызвать подсос воздуха в систему, «оголение» верхних точек системы от воды, нарушение циркуляции. При воде с температурой выше 100 о С из-за недостаточного давления возможно вскипание воды, сопровождаемое гидравлическими ударами.

Режим давлений в системе теплоснабжения должен удовлетворять следующим требованиям:

1. Во всех точках системы должно поддерживать избыточное давление (выше атмосферного) для защиты системы от подсоса воздуха. В качестве минимального значения принимают 5 м .в.ст.

Для соблюдения указанного требования пьезометр обратки должен проходить выше отметки прокладки трубопровода тепловой сети и местных систем. Пьезометр на абонентских вводах по обратке должен быть выше местных систем отопления, т.е:

(рис. 6.3 ).

Рис. 6.3 .

Это условие должно проверяться при режиме с наименьшими давлениями в обратке тепловой сети.

В открытых системах теплоснабжения такой режим будет при максимальном водоразборе из обратки.

Кроме того, для открытых систем теплоснабжения должен обеспечиваться требуемый напор в точке водоразбора. В системе горячего водоснабжения напор тепловой сети должен преодолеть геометрическую высоту системы горячего водоснабжения и потери давления в трубах плюс должен оставаться свободный напор на излив воды из крана.

Система горячего водоснабжения:

2. Давление на всасе сетевых насосов должно быть не ниже 5 -10 м .в.ст (рис 6.4 ).

Рис. 6.4 .

3. Давления не должны превышать допустимые по прочности оборудования: Н max < Н доп. Н доп зависит от типа применяемых труб, арматуры и оборудования. Для систем отопления с чугунными радиаторами – 60 м .в.ст.; со стальными радиаторами – 100 м .в.ст.; с конвекторами – 160 м .в.ст., подогреватели горячей воды (местные) – 100 м .в.ст.; (сетевые) – 140 м .в.ст.; водогрейные котлы – 250 м .в.ст.; трубопроводы тепловой сети – 160 м .в.ст.

В ряде случаев на ТЭЦ пьезометр располагается выше допустимого давления для сетевых подогревателей. В этом случае на ТЭЦ предусматривают 2 группы последовательно включенных насосов (рис. 6.5 ).

Рис. 6.5 .

Насос СН1 создает в системе напор, необходимый для компенсации гидравлических потерь в подогревателе сетевой воды. Насос СН2 создает напор, необходимый для компенсации гидравлических потерь в водогрейном котле, тепловой сети и абонентских установках.

Самым уязвимым звеном во всей системе теплоснабжения по допустимому давлению являются местные установки системы отопления. Давление в подаче дросселируется на вводе шайбой или элеватором. Поэтому давления в системе отопления определяются величиной давления в обратке: (рис. 6.6 ).

4. Давления должны обеспечивать невскипание воды. При температуре воды более 100 о С должно обеспечиваться невскипание воды в тепловой сети и абонентских установках, работающих на перегретой воде. Для этого давления должны быть больше давления насыщенных водяных паров при данной температуре воды:

; .

Рис. 6.6.

При Т = 150 о С Р н > 5 ата ; при Т = 130 о С Р н > 2,8 ата ; при Т = 105 о С Р н > 1,25 ата . В тепловой сети Т > 100 о С характерно только для подачи: Н п > Н н.

В трубах поверхности нагрева водогрейных котлов температура воды может быть выше температуры воды, выходящей из котла. Поэтому для предупреждения локального вскипания воды в котлах требуемое давление в них выше, чем для тепловых сетей. Необходимое минимальное давление в котлах определяют по температуре насыщения, превышающую расчетную температуру на 30 о С : Т нас = Т 1р + 30 о С . Давление на входе в котел должно быть больше давления на выходе на величину гидравлических потерь.

5. Располагаемые напоры на абонентских вводах должны быть не менее расчетных потерь давления в местных системах (рис.6.7 ): ; для элеваторного присоединения системы отопления: .

При последовательном включении бойлеров горячей воды должно дополнительно учитываться их сопротивление, которое обычно принимают 6 – 8 м .в.ст.

6. Статическое давление в системе выбирается из условия заполнения всей системы на 5 м .в.ст.

Рис. 6.7. Рис. 6.8.

1.
2.
3.
4.
5.

Теплоснабжающая конструкция большого многоэтажного дома представляет собой сложный механизм, способный эффективно функционировать при условии соблюдения множества параметров элементов, входящих в него. Одним из них считается рабочее давление в системе отопления. От этого значения зависит не только качество передаваемого воздуху тепла, но также надежное и безопасное функционирование обогревательного оборудования.

Давление в системе теплоснабжения многоэтажных зданий должно отвечать определенным требованиям и нормам, установленным и прописанным в СНиПах. При наличии отклонений от требуемых значений возможно возникновение серьезных проблем, вплоть до невозможности эксплуатировать отопительную систему.

Зачем давление в системе

Многих потребителей интересует, зачем давление в системе отопления и что от него зависит. Дело в том, что оно оказывает непосредственное влияние на эффективность и качество обогрева помещений дома. Благодаря рабочему напору удается добиться наибольшей производительности теплоснабжающей системы по причине гарантированного поступления теплоносителя в трубопроводы и радиаторы в каждую квартиру многоэтажного дома.

Виды рабочего давления в отопительной конструкции

Напор в конструкции обогрева многоэтажного строения бывает нескольких видов:

1. Статическое давление системы отопления является показателем того, с каким усилием объем жидкости в зависимости от высоты воздействует на трубопроводы и радиаторы. При этом при проведении расчетов уровень напора на поверхности жидкости равен нулю.
2. Динамическое давление возникает в процессе движения жидкого теплоносителя по трубам. Оно воздействует на трубопровод и радиаторы изнутри.
3. Допустимое (максимальное) рабочее давление в системе отопления – это параметр нормального и безаварийного функционирования теплоснабжающей конструкции.

Показатели нормального давления

Во всех отечественных многоэтажных домах, построенных как несколько десятков лет тому назад, так и в новостройках, система обогрева функционирует по закрытым схемам при помощи принудительного передвижения теплоносителя. Идеальными считаются условия эксплуатации, когда работает система отопления под давлением, равным 8-9,5 атмосферы. Но в старых домах в теплоснабжающей конструкции может наблюдаться потеря давления, а соответственно показатели напора снижаться до отметки 5 -5,5 атмосферы. Читайте также: " ".

Выбирая трубы и радиаторы для замены их в квартире, расположенной в многоэтажном доме, следует учитывать начальные показатели. Иначе отопительное оборудование будет работать нестабильно и даже возможно полное разрушение схемы теплоснабжения, которая стоит немалых денег.

То, какое давление в отопительной системе многоэтажного здания должно быть, диктуют стандарты и другие регулирующие документы.

Как правило, достичь необходимых параметров по ГОСТу невозможно, поскольку на рабочие показатели оказывается влияние со стороны разных факторов:

1. Мощность оборудования , необходимого для подачи теплоносителя. Параметры давления в отопительной системе многоэтажки определяются на теплопунктах, где происходит нагрев теплоносителя для подачи через трубы в радиаторы.
2. Состояние оборудования . И на динамическое, и на статическое давление в теплоснабжающей конструкции непосредственно влияет уровень износа элементов котельной таких, как генераторы теплоты и насосов. Немаловажное значение имеет расстояние от дома до теплопункта.
3. Диаметр трубопроводов в квартире . Если при проведении ремонта своими руками владельцы квартиры установили трубы большего диаметра, чем на входном трубопроводе, то произойдет снижение параметров давления.
4. Расположение отдельной квартиры в многоэтажке . Безусловно, необходимое значение напора определяют, согласно нормам и требованиям, но на практике немало зависит от того, на каком этаже находится квартира и ее расстояние от общего стояка. Даже когда жилые комнаты располагаются недалеко от стояка, натиск теплоносителя в угловых помещениях всегда ниже, поскольку там часто имеется крайняя точка трубопроводов.
5. Степень износа труб и батарей . Когда элементы отопительной системы, расположенные в квартире, прослужили не один десяток лет, то некоторого снижения параметров оборудования и производительности не избежать. Когда имеют место подобные проблемы, желательно изначально произвести замену изношенных труб и радиаторов и тогда удастся избежать аварийных ситуаций.

Испытательное давление

Жильцам многоквартирных домов известно, каким образом коммунальные службы совместно со специалистами энергетических компаний проверяют давление теплоносителя в отопительной системе. Обычно они до начала отопительного сезона подают в трубы и батареи теплоноситель под напором, величина которого приближается к критическим отметкам.

Используют давление при испытании системы отопления для того, чтобы протестировать работоспособность всех элементов теплоснабжающей конструкции в экстремальных условиях и выяснить, насколько эффективно будет передаваться тепло от котельной в многоэтажный дом.

Когда подается испытательное давление системы отопления нередко ее элементы приходят в аварийное состояние и требуют ремонта, поскольку изношенные трубы начинают протекать и в радиаторах образуются пробоины. Избежать подобных неприятностей поможет своевременная замена устаревшего отопительного оборудования в квартире.

При проведении испытаний контроль параметров выполняют при помощи специальных приборов, установленных в самой низкой (обычно это подвал) и самой высокой (чердачное помещение) точках многоэтажки. Все произведенные замеры в дальнейшем анализируют специалисты. При наличии отклонений необходимо обнаружить неполадки и немедленно их устранить.

Проверка герметичности системы отопления

Для обеспечения эффективной и надежной работы системы обогрева, не только проверяют давление теплоносителя, но и тестируют оборудование на герметичность. Как это происходит, видно на фото. В результате можно проконтролировать наличие протечек и предотвратить поломку оборудования в самый ответственный момент.

Проверку герметичности осуществляют в два этапа:

• испытание с использованием холодной воды. Трубопроводы и батареи в многоэтажном здании наполняют теплоносителем, не нагревая его, и замеряют показатели давления. При этом его значение в течение первых 30 минут не может составить менее стандартных 0,06 МПа. Через 2 часа потери не могут быть более 0,02 МПа. При отсутствии порывов отопительная система многоэтажки дальше будет функционировать без проблем;
• испытание с применением горячего теплоносителя. Отопительную систему тестируют до начала отопительного периода. Воду подают под определенным сдавливанием, его значение должно быть наиболее высоким для оборудования.

Чтобы добиться оптимального значения давления в системе отопления расчет схемы ее обустройства лучше всего доверить специалистам-теплотехникам. Сотрудники таких фирм не только могут произвести соответствующие испытания, но еще и промоют все ее элементы.

Тестирование проводят перед началом запуска отопительного оборудования, иначе цена ошибки бывает слишком дорогостоящей, а, как известно, аварию устранить при минусовых температурах довольно сложно.

От параметров давления в схеме теплоснабжения многоэтажного дома зависит, насколько комфортно можно проживать в каждой комнате. В отличие от собственного домовладения с автономной системой обогрева в многоэтажке у владельцев квартир не имеется возможность самостоятельно регулировать параметры отопительной конструкции, в том числе температуру и подачу теплоносителя.

Но жильцы многоэтажных домов при желании могут установить такие измерительные приборы как манометры в подвале и в случае малейших отклонений давления от нормы сообщать об этом в соответствующие коммунальные службы. Если после всех предпринятых действий потребители по-прежнему недовольны температурой в квартире, возможно, им следует подумать над организацией альтернативного отопления.

Как правило, напор в трубопроводах отечественных многоэтажных зданий не превышает предельные нормы, но все же установка индивидуального манометра не будет лишней.

Регулирование давления в тепловой сети. Нейтральные точки.

Давление в системе должно изменяться в допустимых пределах, для обеспечения надежности работы системы теплоснабжения особое значение имеет давление в обратной магистрали. При повышенном давлении в обратной сети увеличивается давление в отопительной системе присоединенных по зависимой схеме. При пониженном давлении в сети нарушается циркуляция.

Для ограничения колебаний давления в системе в одной или нескольких точках сети измеряют давление в зависимости от режимов работы системы. Эти точки называются точками регулируемого давления .

Если в этих точках поддерживается постоянным давление как при статическом, так и при динамическом режиме работы системы эти точки называются нейтральными . Постоянным давление поддерживается автоматическим регулирующим устройством.

Нейтральные точки могут устанавливаться:

1) у всасывающего патрубка сетевого насоса. Данное место установки точки применяется в небольших по протяженности системах, когда статическое давление = давлению у всасывающего патрубка сетевого насоса, давление сетевого насоса сохраняется и постоянными при динамическом режиме работы.

2) на перемычке сетевого насоса. Применяется в разветвленных сетях, но при спокойном рельефе местности. Во время работы сетевого насоса в перемычке происходит циркуляция воды, падение давления в перемычке = падению давления в сети.

Давление в нейтральной точке используется в качестве импульса, с помощью которого регулируют величину подпитки, при падении давления в системе и понижении давления в нейтральной точке, увеличивается открытие регулятора подпитки и увеличивается подача воды подпиточным насосом. С увеличением давления в сети, давление в нейтральной точке увеличивается, регулятор подпитки прикрывается, уменьшается подача воды, если после закрытия регулятор подпитки давление в сети продолжает расти, открывается дренажный клапан и давление в системе восстанавливается. Регулируемые вентили 1 и 2 используются также для регулирования давления в сети. Частичное увеличение давления у всасывающего патрубка сетевого насоса приводит к увеличению давления в сети. При полностью прикрытом вентиле 1 циркуляция в перемычке прекращается и давление у всасывающего патрубка становится = давлению в нейтральной точке. Пьезометрический график перемещается максимально вверх. При полностью закрытом вентиле 2 давление на нагнетательном патрубке сетевого насоса становится = давлению в нейтральной точке пьезометрический график перемещается максимально вниз.

3) При сложном рельефе местности или при присоединении к тепловым сетям зданий повышенной этажности необходимо установить несколько нейтральных точек. (Рис.) Система в этом случае делится на зоны с независимым режимом, основная нейтральная точка О 1 закрепляется на перемычке сетевого насоса. Статическое давление S 1 , поддерживается с помощью регулятора подпитки и подпиточного насоса нижней зоны. Дополнительные нейтральная точка О 2 закрепляется на обратной линии, в верхней зоне. Постоянным давление в верхней зоне поддерживается РДДС (до себя). В случае прекращения циркуляции в сети и падения давления в верхней зоне, РДДС закрывается. Одновременно закрывается обратный клапан на подающей магистрали. Верхняя зона гидравлически изолирована от нижней. Подпитка верхней зоны осуществляется с помощью регулятора подпитки и подпиточного насоса 2 по импульсу давления в точке О 2 .

Давление, которое должно быть в системе отопления многоквартирного дома, регламентируется СНиПами и установленными нормами. При расчете берут во внимание диаметр труб, типы трубопровода и отопительных приборов, расстояние до котельной, этажность.

Виды давления

Говоря о давлении в системе отопления, подразумевают 3 его вида:

1. Статическое (манометрическое). При выполнении расчетов его принимают равным 1атм или 0,1 МПа на 10 м.
2. Динамическое, возникающее при включении в работу циркуляционного насоса.
3. Допустимое рабочее, представляющее собой сумму двух предыдущих.

В первом случае это сила давления теплоносителя в радиаторах, запорной арматуре, трубах. Чем выше этажность дома, тем большее значение приобретает этот показатель. Чтобы преодолеть подъем столба воды применяют мощные насосы.

Второй случай - это давление, возникающее в процессе движения жидкости в системе. А от их суммы - максимального рабочего давления, зависит работа системы в безопасном режиме. В многоэтажном доме его величина достигает 1 МПа.

Требования ГОСТ и СНиП

В современных многоэтажных домах монтаж системы отопления осуществляют, опираясь на требования ГОСТа и СНиП. В нормативной документации оговорен диапазон температур, которые центральное отопление должно обеспечить. Это от 20 до 22 градусов С при параметрах влажности от 45 до 30%.

Чтобы достичь этих показателей, необходим просчет всех нюансов в работе системы еще при разработке проекта. Задача теплотехника - обеспечить минимальную разность значений давления жидкости, циркулирующей в трубах, между нижними и последними этажами дома, сократив тем самым теплопотери.

На реальную величину давления влияют следующие факторы:

• Состояние и мощность оборудования, подающего теплоноситель.
• Диаметр труб, по которым теплоноситель циркулирует в квартире. Бывает, что желая повысить температурные показатели, хозяева сами меняют их диаметр в большую сторону, снижая общее значение давления.
• Расположение конкретной квартиры. В идеале это не должно иметь значения, но в действительности существует зависимость от этажа, и от удаленности от стояка.
• Степень износа трубопровода и нагревательных приборов. При наличии старых батарей и труб не следует ожидать, что показатели давления останутся в норме. Лучше предупредить возникновение нештатных ситуаций, заменив отслужившую свое теплотехнику.

Как меняется давление от температуры

Проверяют рабочее давление в высотном доме при помощи трубчатых деформационных манометров. Если при проектировании системы конструкторы заложили автоматическую регулировку давления и его контроль, то дополнительно устанавливают датчики разных типов. В соответствии с требованиями, прописанными в нормативных документах, контроль осуществляют на наиболее ответственных участках:

• на подаче теплоносителя от источника и на выходе;
• перед насосом, фильтрами, регуляторами давления, грязевиками и после этих элементов;
• на выходе трубопровода из котельной или ТЭЦ, а также на вводе его в дом.

Обратите внимание: 10% разницы между нормативным рабочим давлением на 1 и 9 этаже - это нормально.

Давление в летний период

В период, когда отопление бездействует как в теплосети, так и в системах отопления поддерживается давление, величина которого превышает статическое. В противном случае в систему попадет воздух и трубы начнут коррозировать.

Минимальное значение этого параметра определяется высотой здания плюс запас от 3 до 5 м.

Как поднять давление

Проверки давления в отопительных магистралях многоэтажных домов нужны обязательно. Они позволяют анализировать функциональность системы. Падение уровня давления даже на незначительную величину, может стать причиной серьезных сбоев.

При наличии централизованного отопления систему чаще всего испытывают холодной водой. Падение давления за 0,5 часа на величину большую, чем 0,06 МПа указывает на наличие порыва. Если этого не наблюдается, то система готова к работе.

Непосредственно перед стартом отопительного сезона выполняют проверку водой горячей, подаваемой под максимальным давлением.

Изменения, происходящие в системе отопления многоэтажного дома, чаще всего не зависят от хозяина квартиры. Пытаться повлиять на давление - затея бессмысленная. Единственное, что можно сделать, устранить воздушные пробки, появившиеся из-за неплотных соединений или неправильно выполненной регулировки клапана спуска воздуха.

На наличие проблемы указывает характерный шум в системе. Для отопительных приборов и труб это явление очень опасно:

• Расслаблением резьбы и разрушениями сварных соединений во время вибрации трубопровода.
• Прекращением подачи теплоносителя в отдельные стояки или батареи в связи со сложностями с развоздушиванием системы, невозможностью регулировки, что может привести к ее размораживанию.
• Понижением эффективности системы, если теплоноситель прекращает движение не полностью.

Чтобы предотвратить попадание воздуха в систему необходимо перед ее испытанием в рамках подготовки к отопительному сезону осмотреть все соединения, краны на предмет пропускания воды. Если услышите характерное шипение при пробном запуске системы, немедленно ищите утечку и устраняйте ее.

Можно нанести на стыки мыльный раствор и там, где герметичность нарушена, будут появляться пузырьки.

Иногда давление падает и после замены старых батарей на новые алюминиевые. На поверхности этого металла от контакта с водой появляется тонкая пленка. Побочным продуктом реакции является водород, за счет его сжимания давление снижается.

Вмешиваться в работу системы в этом случае не стоит - проблема носит временный характер и со временем уходит сама по себе. Это происходит исключительно в первое время после монтажа радиаторов.

Повысить напор на верхних этажах высотного здания можно путем установки циркуляционного насоса.

Минимальное давление

Из условия, когда перегретая вода в системе отопления не вскипает, принимается минимальное давление.

Определить его можно следующим образом:

К высоте дома (геодезической) добавляют запас приблизительно 5 м, чтобы избежать завоздушивания, плюс еще 3 м на сопротивление системы отопления внутри дома. Если на подаче давление недостаточное, то батареи на верхних этажах останутся непрогретыми.

Если взять 5-этажный дом, то на подаче минимальное давление должно иметь значение:

5х3+5+3=23 м = 2,3 ата = 0,23 Мпа

Перепад давления

Чтобы отопительная система нормально выполняла свои функции, перепад давлений, представляющий собой разность между его величинами на подаче и обратке, должен быть определенной и постоянной величины. В числовом выражении он должен быть в пределах от 0,1 до 0,2 МПа.

Отклонение параметра в меньшую сторону свидетельствует о сбое в циркуляции теплоносителя по трубам. Колебание в сторону увеличения показателя - о завоздушивании отопительной системы.

В любом случае нужно искать причину изменения, иначе отдельные элементы могут выйти со строя.

Если давление упало, то проверяют на наличие утечек: отключают насос и наблюдают изменения статического давления. Если оно продолжает снижаться, то ищут место повреждения путем последовательного выведения из схемы разных участков.

В случае, когда статический напор не меняется, то причина кроется в неисправности оборудования.

Стабильность перепада рабочего давления изначально зависит от проектировщиков, от выполненных ими расчетов по гидравлике, а затем правильного монтажа магистрали. Нормально функционирует отопления многоэтажки, при монтаже которого учтены следующие моменты:

• Подающий трубопровод, за редким исключением, находится вверху, обратный внизу.
• Разливы выполнены из труб сечение от 50 до 80 мм, а стояки и подвод к батареям - от 20 до 25 мм.
• В отопительную систему в байпасную линию насоса или перемычку, соединяющую подачу и обратку врезаны регуляторы, гарантирующие, что даже при резких перепадах давления завоздушивание не появится.
• В схеме теплоснабжения присутствует запорная арматура.

Идеальных условий эксплуатации отопительной системы не существует. Всегда есть потери, снижающие показатели давления, но все же они не должны выходить за пределы регламентированными Строительными нормами и правилами РФ СНиП 41-01-2003.

Общие принципы гидравлического расчета трубопроводов систем водяного отопления подробно изложены в разделе Системы водяного отопления . Они же применимы и для расчета теплопроводов тепловых сетей, но с учетом некоторых их особенностей. Так в расчетах теплопроводов принимаются турбулентное движение воды (скорость воды больше 0,5 м/с, пара - больше 20-30 м/с, т.е. квадратичная область расчета), значения эквивалентной шероховатости внутренней поверхности стальных труб больших диаметров, мм, принимают для: паропроводов - k = 0,2; водяной сети - k = 0,5; конденсатопроводов - k = 0,5-1,0.

Расчетные расходы теплоносителя по отдельным участкам теплосети определяются как сумма расходов отдельных абонентов с учетом схемы присоединения подогреватели ГВС. Кроме того, необходимо знать оптимальные удельные падения давления в трубопроводах, которые предварительно определяются технико-экономическим расчетом. Обычно их принимают равными 0,3-0,6 кПа (3-6 кгс/м 2) для магистральных тепловых сетей и до 2 кПа (20 кгс/м 2) - для ответвлений.

При гидравлическом расчете решаются следующие задачи: 1) определение диаметров трубопроводов; 2) определение падения давления-напора; 3) определение действующих напоров в различных точках сети; 4) определение допустимых давлений в трубопроводах при различных режимах работы и состояниях теплосети.

При проведении гидравлических расчетов используются схемы и геодезический профиль теплотрассы, с указанием размещения источников теплоснабжения, потребителей теплоты и расчетных нагрузок. Для ускорения и упрощения расчетов вместо таблиц используются логарифмические номограммы гидравлического расчета (рис. 1), а в последние годы - компьютерные расчетные и графические программы.

Рисунок 1.

ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКИЙ ГРАФИК

При проектировании и в эксплуатационной практике для учета взаимного влияния геодезического профиля района, высоты абонентских систем, действующих напоров в тепловой сети широко пользуются пьезометрическими графиками. По ним нетрудно определить напор (давление) и располагаемое давление в любой точке сети и в абонентской системе для динамического и статического состояния системы. Рассмотрим построение пьезометрического графика, при этом будем считать, что напор и давление, падение давления и потеря напора связаны следующими зависимостями: Н = р/γ, м (Па/м); ∆Н = ∆р/ γ, м (Па/м); и h = R/ γ (Па), где Н и ∆Н - напор и потеря напора, м (Па/м); р и ∆р - давление и падение давления, кгс/м 2 (Па); γ - массовая плотность теплоносителя, кг/м 3 ; h и R - удельная потеря напора (безразмерная величина) и удельное падение давления, кгс/м 2 (Па/м).

При построении пьезометрического графика в динамическом режиме за начало координат принимают ось сетевых насосов; взяв эту точку за условный нуль, строят профиль местности по трассе основной магистрали и по характерным ответвлениям (отметки которых отличаются от отметок основной магистрали). На профиле в масштабе вычерчивают высоты присоединяемых зданий, затем, приняв предварительно напор на всасывающей стороне коллектора сетевых насосов Н вс = 10-15 м, наносится горизонталь А 2 Б 4 (рис. 2, а). От точки А 2 откладывают по оси абсцисс длины расчетных участков теплопроводов (с нарастающим итогом), а по оси ординат из концевых точек расчетных участков - потери напора Σ∆Н на этих участках. Соединив верхние точки этих отрезков, получим ломаную линию А 2 Б 2 , которая и будет пьезометрической линией обратной магистрали. Каждый вертикальный отрезок от условного уровня А 2 Б 4 до пьезометрической линии А 2 Б 2 обозначает собой потери напора в обратной магистрали от соответствующей точки до циркуляционной насосной на ТЭЦ. От точки Б 2 в масштабе откладывается вверх необходимый располагаемый напор для абонента в конце магистрали ∆Н аб, который принимается равным 15-20 м и более. Полученный отрезок Б 1 Б 2 характеризует напор в конце подающей магистрали. От точки Б 1 откладывается вверх потеря напора в подающем трубопроводе ∆Н п и проводится горизонтальная линия Б 3 А 1 .

Рисунок 2. а - построение пьезометрического графика; б - пьезометрический график двухтрубной тепловой сети

От линии А 1 Б 3 вниз откладываются потери напора на участке подающей линии от источника теплоты до конца отдельных расчетных участков, и строится аналогично предыдущему пьезометрическая линия A 1 B 1 подающей магистрали.

При закрытых системах ЦТС и равных диаметрах труб подающей и обратной линий пьезометрическая линия A 1 B 1 является зеркальным отображением линии А 2 Б 2 . От точки А, откладывается вверх потеря напора в бойлерной ТЭЦ или в контуре котельной ∆Н б (10-20 м). Давление в подающем коллекторе будет Н н, в обратном - Н вс, а напор сетевых насосов - Н с.н.

Важно отметить, что при непосредственном присоединении местных систем обратный трубопровод теплосети гидравлически связан с местной системой, при этом давление в обратном трубопроводе целиком передается местной системе и наоборот.

При первоначальном построении пьезометрического графика напор на всасывающем коллекторе сетевых насосов Н вс был принят произвольно. Перемещение пьезометрического графика параллельно самому себе вверх или вниз позволяет принять любые давления на всасывающей стороне сетевых насосов и соответственно в местных системах.

При выборе положения пьезометрического графика необходимо исходить из следующих условий:

1. Давление (напор) в любой точке обратной магистрали не должно быть выше допускаемого рабочего давления в местных системах, для новых систем отопления (с конвекторами) рабочее давление 0,1 МПа (10 м вод. ст.), для систем с чугунными радиаторами 0,5-0,6 МПа (50-60 м вод. ст.).

2. Давление в обратном трубопроводе должно обеспечить залив водой верхних линий и приборов местных систем отопления.

3. Давление в обратной магистрали во избежание образования вакуума не должно быть ниже 0,05-0,1 МПа (5-10 м вод. ст.).

4. Давление на всасывающей стороне сетевого насоса не должно быть ниже 0,05 МПа (5 м вод. ст.).

5. Давление в любой точке подающего трубопровода должно быть выше давления вскипания при максимальной (расчетной) температуре теплоносителя.

6. Располагаемый напор в конечной точке сети должен быть равен или больше расчетной потери напора на абонентском вводе при расчетном пропуске теплоносителя.

7. В летний период давление в подающей и обратной магистралях принимают больше статического давления в системе ГВС.

Статическое состояние системы ЦТ. При остановке сетевых насосов и прекращении циркуляции воды в системе ЦТ она переходит из динамического состояния в статическое. В этом случае давления в подающей и обратной линиях теплосети выровняются, пьезометрические линии сливаются в одну - линию статического давления, и на графике она займет промежуточное положение, определяемое давлением подпиточного устройства источника СЦТ.

Давление подпиточного устройства устанавливается персоналом станции или по наивысшей точке трубопровода местной системы, непосредственно присоединенной к теплосети, или по давлению паров перегретой воды в высшей точке трубопровода. Так, например, при расчетной температуре теплоносителя Т 1 = 150 °С давление в высшей точке трубопровода с перегретой водой установится равным 0,38 МПа (38 м вод. ст.), а при Т 1 = 130 °С - 0,18 МПа (18 м вод. ст.).

Однако во всех случаях статическое давление в низкорасположенных абонентских системах не должно превышать допускаемого рабочего давления 0,5-0,6 МПа (5-6 атм). При его превышении эти системы следует переводить на независимую схему присоединения. Понижение статического давления в тепловых сетях может быть осуществлено путем автоматического отключения от сети высоких зданий.

В аварийных случаях, при полной потере электроснабжения станции (остановка сетевых и подпиточных насосов), произойдет прекращение циркуляции и подпитки, при этом давления в обеих линиях теплосети выровняются по линии статического давления, которое начнет медленно, постепенно понижаться в связи с утечкой сетевой воды через неплотности и охлаждения ее в трубопроводах. В этом случае возможно вскипание перегретой воды в трубопроводах с образованием паровых пробок. Возобновление циркуляции воды в таких случаях может привести к сильным гидравлическим ударам в трубопроводах с возможным повреждением арматуры, нагревательных приборов и др. Во избежание такого явления циркуляцию воды в системе ЦТ следует начать только после восстановления путем подпитки теплосети давления в трубопроводах на уровне не ниже статического.

Для обеспечения надежной работы тепловых сетей и местных систем необходимо ограничить возможные колебания давления в тепловой сети допустимыми пределами. Для поддержания требуемого уровня давлений в тепловой сети и местных системах в одной точке тепловой сети (а при сложных условиях рельефа - в нескольких точках) искусственно сохраняют постоянное давление при всех режимах работы сети и при статике с помощью подпиточного устройства.

Точки, в которых давление поддерживается постоянным, называются нейтральными точками системы. Как правило, закрепление давления осуществляется на обратной линии. В этом случае нейтральная точка располагается в месте пересечения обратного пьезометра с линией статического давления (точка НТ на рис. 2, б), поддержание постоянного давления в нейтральной точке и восполнение утечки теплоносителя осуществляются подпиточными насосами ТЭЦ или РТС, КТС через автоматизированное подпиточное устройство. На линии подпитки устанавливаются автоматы-регуляторы, работающие по принципу регуляторов «после себя» и «до себя» (рис. 3).

Рисунок 3. 1 - сетевой насос; 2 - подпиточный насос; 3 - подогреватель сетевой воды; 4 - клапан регулятора подпитки

Напоры сетевых насосов Н с.н принимаются равными сумме гидравлических потерь напора (при максимальном - расчетном расходе воды): в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети, в системе абонента (включая вводы в здание), в бойлерной установке ТЭЦ, пиковых котлах ее или в котельной. На источниках теплоты должно быть не менее двух сетевых и двух подпиточных насосов, из которых - по одному резервному.

Величина подпитки закрытых систем теплоснабжения принимается равной 0,25 % объема воды в трубопроводах тепловых сетей и в абонентских системах, присоединенных к теплосети, ч.

При схемах с непосредственным водоразбором величина подпитки принимается равной сумме расчетного расхода воды на ГВС и величины утечки в размере 0,25 % вместимости системы. Вместимость теплофикационных систем определяется по фактическим диаметрам и длинам трубопроводов или по укрупненным нормативам, м 3 /МВт:

Сложившаяся по признаку собственности разобщенность в организации эксплуатации и управления системами теплоснабжения городов самым отрицательным образом сказывается как на техническом уровне их функционирования, так и на их экономической эффективности. Выше отмечалось, что эксплуатацией каждой конкретной системы теплоснабжения занимается несколько организаций (подчас «дочерних» от основной). Однако специфика систем ЦТ, в первую очередь тепловых сетей, определяется жесткой связью технологических процессов их функционирования, едиными гидравлическими и тепловыми режимами. Гидравлический режим системы теплоснабжения, являющийся определяющим фактором функционирования системы, по своей природе крайне неустойчив, что делает системы теплоснабжения трудноуправляемыми по сравнению с другими городскими инженерными системами (электро-, газо-, водоснабжение).

Ни одно из звеньев систем ЦТ (источник теплоты, магистральные и распределительные сети, тепловые пункты) самостоятельно не может обеспечить требуемые технологические режимы функционирования системы в целом, а, следовательно, и конечный результат - надежное и качественное теплоснабжение потребителей. Идеальной в этом смысле является организационная структура, при которой источники теплоснабжения и тепловые сети находятся в ведении одного предприятия-структуры.