Схемы присоединения потребителей к тепловым сетям. Принципиальная схема ИТП. Системы и источники электроснабжения (3 сем) Схемы и конфигурации тепловых сетей

Принятая схема тепловых сетей в значительной мере определяет надежность теплоснабжения, маневренность системы, удобство ее эксплуатации и экономическую эффективность. Принципы построения крупных систем теплоснабжения от нескольких источников тепла, средних и мелких систем существенно отличаются.

Крупные и средние системы должны иметь иерархическое построе­ние. Высший уровень составляют магистральные сети, соединяющие источники тепла с крупными тепловыми узлами - районными тепловы­ми пунктами (РТП), которые распределяют теплоноситель по сетям низшего уровня и обеспечивают в них автономные гидравлический и температурный режимы. Необходимость строгого расчленения тепловых сетей на магистрали и распределительные сети отмечается в ряде работ . Низший иерархический уровень составляют распределительные сети, которые транспортируют теплоноситель в групповые или индиви­дуальные тепловые пункты.

Распределительные сети присоединяют к магистральным в РТП через водоводяные подогреватели или непосредственно с установкой смесительных циркуляционных насосов. В случае присоединения через водоводяные подогреватели гидравлические режимы магистральных и распределительных сетей полностью разобщаются, что делает систему надежной, гибкой и маневренной. Жесткие требования к уровням дав­ления в магистральных теплопроводах, выдвигаемые потребителями, здесь снимаются. Остаются лишь требования непревышения давления, определяемого прочностью элементов тепловой сети, невскипания теплоносителя в подающем трубопроводе и обеспечения необходимого располагаемого напора перед водоподогревателями. В сеть высшего иерархического уровня теплоноситель может подаваться из различных источников с различными температурами, но при условии, чтобы они превышали температуру в распределительных сетях. Параллельная ра­бота всех источников тепла на объединенную магистральную сеть по­зволяет наилучшим образом распределять нагрузку между ними в целях экономии топлива, обеспечивает резервирование источников и позволяет, сократить их суммарную мощность. Закольцованная сеть повышает надежность теплоснабжения и обеспечивает подачу тепла потребителям при отказах отдельных ее элементов. Наличие несколь­ких источников питания кольцевой сети сокращает необходимый резерв ее пропускной способности.

В системе теплоснабжения с насосами в РТП отсутствует полная гидравлическая изоляция магистральных сетей от распределительных. Для больших систем с протяженными закольцованными магистральны­ми теплопроводами"и несколькими источниками питания задачу управ­ления гидравлическим режимом. сети при соблюдении ограничений в давлениях, предъявляемых потребителями, можно решить лишь при оснащении РТП современной автоматикой. Эти системы также позво­ляют поддерживать независимый циркуляционный режим теплоноси­теля в распределительных сетях и температурный режим, отличный от температурного режима в магистралях. В результате установки регу­ляторов давления на подающей и обратной линиях можно обеспечить в них пониженный уровень давления.

На рис. 6.1 показана однолинейная принципиальная схема большой системы теплоснабжения, которая имеет два иерархических уровня тепловых сетей. Высший уровень системы представлен кольцевой магистральной сетью с ответвлениями к РТП. От РТП идут распреде­лительные сети, к Которым присоединены потребители. Эти сети состав­ляют низший уровень. К магистральной сети потребителей не присоединяют. Теплоноситель в магистральную сеть поступает от двух ТЭЦ. Система имеет резервный источник тепла - районную котельную (РК). Схема может быть выполнена с одним видом присоединения рас­пределительных сетей к РТП (рис. 6.1,6 или в) или комбинированной с двумя видами.

У систем с двумя иерархическими уровнями резервируют только высший уровень. Надежность теплоснабжения обеспечивается выбором такой мощности РТП, при которой надежность нерезервированной (ту­пиковой) сети оказывается достаточной. Принятый уровень надежности определяет протяженность и максимальные диаметры распределитель­ной сети от каждого РТП. На высшем уровне резервируют и источники тепла, и теплопроводы. Резервирование осуществляют путем соедине­ния подающих и обратных магистралей соответственными перемычка­ми. Различают два вида перемычек (см. рис. 6.1). Одни из них резервируют сеть, "обеспечивая ее надежное функционирование при отказах участков теплопроводов, задвижек или другого сети. Другие резервируют источники тепла, обеспечивая переток тепло­носителя из зоны одного источника в зону другого при его отказах или ремонте. Тепломагистрали вместе с перемычками образуют единую кольцевую сеть. Диаметры всех теплопроводов этой сети, включая диаметры перемычек, должны быть рассчитаны на пропуск необходи­мого количества теплоносителя в самых неблагоприятных аварийных ситуациях. В нормальном режиме теплоноситель движется по всем теплопроводам системы и понятие кольцующей «перемычки» теряет смысл, тем более, что при переменных гидравлических режимах точки схода потоков могут перемещаться, и роль «перемычки» будут выпол­нять различные участки сети. Поскольку резервные элементы тепловой сети всегда находятся в работе, такое резервирование называется на­груженным.

Системы с нагруженным резервом имеют эксплуатационный недо­статок, заключающийся в том, что при возникновении аварии обнару­жить магистраль, на которой она произошла, представляет большие трудности, ибо все магистрали объединены в общую сеть.

Сохраняя принцип иерархического построения системы теплоснаб­жения, можно применить другой метод ее резервирования, используя
ненагруженный резерв. В этом случае перемычки, обеспечивающие ре­зервирование источников тепла, в нормальном режиме отключены и не работают. Здесь следует отметить, что поскольку в основу принципа построения схемы системы положена иерархичность и высший и низший уровень разделяются крупными тепловыми узлами, потребителей к перемычкам не присоединяют, независимо от того, являются они на­груженным или ненагруженным резервом. Каждая ТЭЦ обеспечивает теплоснабжение своей зоны. При ситуациях, когда возникает необхо­димость резервирования одного источника другим, в работу включа­ются резервные перемычки.

При использовании принципа ненагруженного резервирования коль­цевание сетей для обеспечения надежности теплоснабжения при отка­зах элементов теплосети можно осуществлять однотрубными перемыч­ками, как это было предложено в МИСИ им. В. В. Куйбышева. В местах присоединения перемычек к теплопроводам располагаются узлы, позволяющие переключать перемычки на подающую или обрат­ную лрнии в зависимости от того, на которой из них произошла авария (вероятность одновременного отказа двух элементов ничтожно мала).

Применение однотрубных перемычек позволяет существенно снизить дополнительные капитальные вложения в резервирование. При нор­мальном режиме сеть работает как тупиковая, т. е. каждая магистраль имеет определенный круг потребителей и независимый гидравлический режим. При аварийных ситуациях включаются необходимые резервные пер. емычки. При ненагруженном резервировании, так же как и при на­груженном, диаметры всех теплопроводов, включая перемычки, рассчи­тывают на пропуск необходимого количества теплоносителя при наи­более напряженных гидравлических режимах в аварийных ситуациях. Принципиальная схема сохраняется и может быть иллюстрирована рис. 6.1. Отличие от схемы с нагруженным резервированием состоит в том, что перемычки 3 выполняются однотрубными. Эксплуатация систе­мы осуществляется с закрытыми задвижками на всех перемычках 3 и 4. Такой режим эксплуатации удобнее, так как при независимых гид­равлических режимах магистралей легче контролировать их состояние. Кроме того, применение ненагруженного резерва - однотрубных пере­мычек- дает существенный экономический эффект.

Для обеспечения надежного и качественного теплоснабжения иерар­хического построения схемы и резервирования еще недостаточно. Не­обходимо обеспечить управляемость системы. Следует различать два вида управления системой. Первый вид обеспечивает эффективность теплоснабжения при нормальной эксплуатации, второй вид позволяет осуществлять лимитированное теплоснабжение потребителей при ава­рийных гидравлических режимах.

Под управляемостью системы в процессе эксплуатации понимают свойство системы, позволяющее менять гидравлические и температур­ные режимы в соответствии с изменяющимися условиями. Для возмож­ности управления гидравлическим и температурным режимами систе­ма должна иметь тепловые пункты, оснащенные автоматикой и уст­ройствами. позволяющими осуществлять автономные циркуляционные режимы в распределительных сетях. В наилучшей степени требовани­ям управляемости отвечают системы с иерархическим построением и РТП. РТП с, насосным присоединением распределительных сетей обо­рудуют регуляторами давления, которые поддерживают постоянное давление в обратной линии и постоянный перепад давлений между по­дающей и обратной линиями после РТП. Циркуляционные насосы поз­воляют поддерживать располагаемый перепад давлений после РТП постоянным при сниженном расходе воды во внешней сети, а также снижать температуру в сетях за РТП путем подмешивания воды из обратной линии. РТП оборудуют автоматикой, позволяющей отсекать их от магистральных теплопроводов при авариях в распределительных сетях. РТП присоединяют к магистралям с двух сторон секционирую­щей задвижки. Это обеспечивает питание РТП при аварии на одном из участков. Секционирующие задвижки на магистралях устанавлива­ют примерно через 1 км. Если РТП присоединять с двух сторон каждой задвижки, то для магистралей с начальным диаметром 1200 мм нагруз­ка РТП составит примерно 46 000 кВт (40 Гкал/ч). В новых планиро­вочных решениях городов основным градостроительным элементом яв­ляется микрорайон с тепловой нагрузкой 11 000-35 000 кВт (10- 30 Гкал/ч). Целесообразно создавать крупные РТП из расчета обеспе­чения теплоснабжения одного или нескольких микрорайонов. В этом случае тепловая нагрузка РТП будет составлять 35 000-70 000 кВт (30-60 Гкал/ч) :

Другой способ присоединения распределительных сетей к маги­страли - ч^рез теплообменники, располагаемые в РТП, не требует оснащения РТП большим количеством автоматических устройств, так как гидравлически магистральные и распределительные сети разобщены. Такой способ особенно целесообразно применять при сложном рельефе местности и наличии зон с пониженными геодези­ческими отметками. Выбор способа следует осуществлять на основа­нии технико-экономического расчета.

Задача управления аварийным гидравлическим режимом возни­кает при расчете теплопроводов на пропуск лимитированного количе­ства теплоносителя при авариях.

Учитывая относительно малую продолжительность аварийных ситуаций на тепловых сетях и значительную теплоаккумулирующую способность зданий, в МИСИ им. В. В. Куйбышева был разработан принцип обоснования резерва пропускной способности тепловых се­тей исходя из лимитированного (пониженного) теплоснабжение по­требителей в период аварийных ремонтов на сетях. Этот принцип позволяет существенно сократить дополнительные капитальные вло­жения - в резервирование. Для практической реализации лимитиро­ванного теплоснабжения система должна быть управляемой при пе­реходе на аварийный гидравлический режим. Иначе говоря, потреби­тели должны отбирать из сети наперед заданные (лимитированные) количества теплоносителя. Для этого целесообразно на каждом вво­де в тепловой узел на байпасе устанавливать регулятор - ограничи­тель расхода. При возникновении аварийного режима подача тепло­носителя потребителям переключается на байпас. Блоки таких регу­ляторов следует устанавливать на вводе в РТП. Если РТП оборуду­ют регуляторами расхода, позволяющими осуществлять дистанционную перенастройку, тогда они могут выполнять роль регуляторов - ограни­чителей расхода.

Если аварийным гидравлическим режимом не управлять, тогда резерв пропускной способности сетей должен быть рассчитан на 100%-вый расход теплоносителя при авариях, что приведет к необос­нованному перерасходу металла.

Практическое осуществление управления эксплуатационными и аварийными режимами возможно лишь при наличии телемеханиза­ции. Телемеханизация должна обеспечить контроль параметров, сиг­нализацию о состоянии оборудования, управление насосами и за­движками, регулирование расхода сетевой воды.

Выше были рассмотрены оптимальные схемы современных боль­ших систем теплоснабжения. Небольшие системы теплоснабжения с нагрузкой, примерно соответствующей нагрузкам РТП, проектируют
нерезервированными. Сети выпол­няют тупиковыми разветвленными. С ростом мощности источника теп­ла возникает необходимость в ре­зервировании головной части теп­ловой сети.

Управляемые системы с иерархи­ческим построением являются со­временными прогрессивными систе­мами. Однако строящихся до пос­леднего времени тепловые сети и большинство эксплуатируемых от­носятся к так называемым обезличенным сетям. При таком решении всех потребителей тепла (и крупных, и малых) параллельно при­соединяют к сети, причем и к магистралям, и к распределительным теплопроводам. В результате такого способа присоединения, по су­ществу, теряется различие между магистральными и распределитель­ными сетями. Они представляют собой единую сеть с единым гид­равлическим режимом, отличает их лишь значение диаметра. Такая система не имеет иерархического построения, является неуправляе­мой и для ее резервирования в целях повышения надежности тепло снабжения необходимы значительные капитальные вложения. Из из­ложенного можно сделать вывод, что вновь строящиеся системы теп­лоснабжения должны проектироваться управляемыми с иерархиче­ским построением. При реконструкциях и развитии действующих си­стем также необходимо проектировать РТП и обеспечивать четкое разделение сегей на магистральные и распределительные.

Действующие тепловые сети по их построению можно разделить на два типа: радиальные и кольцевые (рис. 6.2). Радиальные сети являются тупиковыми, нерезервированными и поэтому они Не обеспе­чивают необходимой надежности. Такие сети можно применять для небольших систем, если источник тепла расположен в центре тепла - снабжаемого района.

5.2. Определение схемы и конфигурации тепловых сетей.

При проектировании тепловых сетей выбор схемы является сложной технико-экономической задачей. Схема тепловой сети определяется не только размещением источников тепла по отношению к потребителям, но и видом теплоносителя, характером тепловых нагрузок и их расчетной величиной.

Основными критериями, которыми оценивается качество проектируемой тепловой сети, должны являться ее и экономическая эффективность. При выборе конфигурации тепловых сетей нужно стремиться к наиболее простым решениям и, по возможности, меньшей длине трубопроводов.

В тепловых сетях в качестве теплоносителей могут применяться как вода, так и пар. Пар в качестве теплоносителя используется главным образом для технологических нагрузок промышленных предприятий. Обычно протяженность паровых сетей на единицу расчетной тепловой нагрузки невелика. Если по характеру технологического процесса допустимы кратковременные (до 24 ч) перерывы в подаче пара, то наиболее экономичным и в то же время достаточно надежным решением служит прокладка однотрубного паропровода с опроводом.

Необходимо иметь в виду, что дублирование паровых сетей приводит к значительному возрастанию их стоимости и расхода материалов, в первую очередь стальных трубопроводов. При укладке вместо одного трубопровода, рассчитанного на полную нагрузку, двух параллельных, рассчитанных на половинную нагрузку, площадь поверхности трубопроводов возрастает на 56 %. Соответственно возрастают расход металла и начальная стоимость сети.

Более сложной задачей считается выбор схемы водяных тепловых сетей, поскольку их нагрузка, как правило, менее концентрирована. Водяные тепловые сети в современных городах обслуживают большое число потребителей, измеряемое нередко тысячами и даже десятками тысяч присоединенных зданий, расположенных на территориях, измеряемых часто многими десятками квадратных километров.

Водяные сети менее долговечны по сравнению с паровыми сетями главным образом из-за большей подверженности наружной коррозии стальных трубопроводов, проложенных в подземных каналах. Кроме того, водяные тепловые сети более чувствительны к авариям из-за большей плотности теплоносителя. Аварийная уязвимость водяных тепловых сетей особенно заметно проявляется в крупных системах при зависимом присоединении отопительных установок к тепловой сети, поэтому при выборе схемы водяных тепловых сетей вопросам надежности и резервирования теплоснабжения необходимо уделить особое внимание.

Водяные тепловые сети должны четко разделяться на ные и распределительные. К ным сетям обычно относятся теплопроводы, соединяющие источники теплоты с районами теплового потребления, а также между собой.

Теплоноситель поступает из ных сетей в распределительные сети и по распределительным сетям подается через групповые тепловые подстанции или местные тепловые подстанции к теплопотребляющим установкам абонентов. Непосредственное присоединение тепловых потребителей к ным сетям не следует допускать, за исключением случаев присоединения крупных промышленных предприятий,

Ные тепловые сети с помощью задвижек разделяются на секции длиной 1 – 3 км. При раскрытии (разрыве) трубопровода место отказа или аварии локализуется секционирующими задвижками. Благодаря этому уменьшаются потери сетевой воды, и сокращается длительность ремонта вследствие уменьшения времени, необходимого для дренажа воды из трубопровода перед проведением ремонта и для заполнения участка трубопровода сетевой водой после ремонта.

Расстояние между секционирующими задвижками выбирается так, чтобы время, требуемое для проведения ремонта, было меньше времени, в течение которого внутренняя температура в отапливаемых помещениях при полном отключении отопления при расчетной наружной температуре для отопления опустится ниже 12 – 14 °С. Это минимально предельное значение, которое принимают обычно, в соответствии с договором теплоснабжения.

Расстояние между секционирующими задвижками должно быть, как правило, меньше при больших диаметрах трубопроводов и при более низкой расчетной наружной температуре для отопления . Время, необходимое для проведения ремонта, возрастает с увеличением диаметра тру бопровода и расстояния между секционирующими задвижками. Это обусловлено тем, что с увеличением диаметра существенно возрастает время ремонта.

В случае если время ремонта больше допустимого, необходимо предусматривать системное резервирование теплоснабжения при выходе из строя участка тепловой сети. Одним из методов резервирования является блокировка смежных магистралей. Секционирующие задвижки удобно размещать в узлах присоединения распределительных сетей к ным тепловым сетям. В этих узловых камерах кроме секционирующих задвижек размещаются также головные задвижки распределительных сетей, задвижки на блокирующих линиях между смежными магистралями или между магистралями и резервными источниками теплоснабжения, например районными ьными (камеры 4 на рис. 5.1). В секционировании паровых магистралей нет необходимости, так как масса пара, требующаяся для заполнения длинных паропроводов, невелика. Секционные задвижки должны быть оборудованы электро- или гидроприводом и иметь телемеханическую связь с центральным диспетчерским пунктом. Распределительные сети должны иметь присоединение к магистрали с обеих сторон секционирующих задвижек с тем, чтобы можно было обеспечить бесперебойное абонентов при авариях на любом секционированном участке магистрали.

Рис. 5.1. Принципиальная однолинейная коммуникационная схема двухтрубной водяной тепловой сети с двумя магистралями

1 - коллектор ; 2 - ная сеть; 3 - распределительная сеть; 4 - секционирующая камера; 5 - секционирующая задвижка; 6 - ; 7 - блокирующая связь

Блокировочные связи между магистралями могут выполняться однотрубными. Соответствующей схемой их присоединения к ной сети может быть предусмотрено использование блокировочной связи как для подающего, так и для обратного трубопровода.

В зданиях особой категории, которые не допускают перерывов в теплоснабжении, должна быть предусмотрена возможность резервного теплоснабжения от газовых или электрических нагревателей или же от местных ьных на случай аварийного прекращения централизованного теплоснабжения.

По СНиП 2.04.07-86 допускается уменьшение подачи теплоты в аварийных условиях до 70 % суммарного расчетного расхода (максимально-часового на и вентиляцию и среднечасового на горячее водоснабжение). Для предприятий, в которых не допускаются перерывы в подаче теплоты, должны предусматриваться дублированные или кольцевые схемы тепловых сетей. Расчетные аварийные расходы теплоты должны приниматься в соответствии с режимом работы предприятий.

На рис. 5.1 приведена принципиальная однолинейная схема двухтрубной водяной тепловой сети от электрической мощностью 500 МВт и тепловой мощностью 2000 МДж/с (1700 Гкал/ч).

Радиус действия тепловой сети 15 км. До конечного района теплопотребления передается по двум двухтрубным транзитным магистралям длиной 10 км. Диаметр магистралей на выходе с 1200 мм. По мере распределения воды в попутные ответвления диаметры ных линий уменьшаются. В конечный район теплового потребления вводится по четырем магистралям диаметром 700 мм, а затем распределяется по восьми магистралям диаметром 500 мм. Блокировочные связи между магистралями, а также резервирующие ные подстанции установлены только на линиях диаметром 800 мм и более.

Такое решение допустимо в том случае, когда при принятом расстоянии между секционирующими задвижками (на схеме – 2 км) время, необходимое для ремонта трубопровода диаметром 700 мм, меньше времени, в течение которого внутренняя температура отапливаемых зданий при отключении отопления при наружной температуре снизится от 18 до 12 ºС (не ниже).

Блокировочные связи и секционирующие задвижки распределены таким образом, что при аварии на любом участке магистрали диаметром 800 мм и более обеспечивается всех абонентов, присоединенных к тепловой сети. абонентов нарушается только при авариях на линиях диаметром 700 мм и менее.

В этом случае прекращается абонентов, расположенных за местом аварии (по ходу теплоты).

При теплоснабжении крупных городов от нескольких целесообразно предусмотреть взаимную блокировку посредством соединения их магистралей блокировочными связями. В этом случае может быть создана объединенная кольцевая

Блокирующие связи между магистралями большого диаметра должны иметь достаточную пропускную способность, обеспечивающую передачу резервирующих потоков воды. В необходимых случаях для увеличения пропускной способности блокирующих связей сооружаются ные подстанции.

Независимо от блокирующих связей между магистралями целесообразно в городах с развитой нагрузкой горячего водоснабжения предусматривать перемычки сравнительно небольшого диаметра между смежными распределительными тепловыми сетями для резервирования нагрузки горячего водоснабжения.

При диаметрах магистралей, отходящих от источника теплоты, 700 мм и менее обычно применяют радиальную (лучевую) схему тепловой сети с постепенным уменьшением диаметра по мере удаления от станции и снижения присоединенной тепловой нагрузки.

Такая сеть наиболее дешевая по начальным затратам, требует наименьшего расхода металла на сооружение и проста в эксплуатации. Однако при аварии на магистрали радиальной сети прекращается абонентов, присоединенных за местом аварии. Если происходит авария на магистрали вблизи станции, то прекращается всех потребителей, присоединенных к магистрали. Такое решение допустимо, если время ремонта трубопроводов диаметром не менее 700 мм удовлетворяет вышесказанному условию.

Вопрос о том, при каких диаметрах теплопроводов какую схему тепловых сетей (радиальную или кольцевую) следует применять в системах централизованного теплоснабжения, должен решаться исходя из конкретных условий, диктуемых ю теплоснабжения потребителей теплоты: допускают они перерыв в подаче теплоносителя или нет, каковы затраты на резервирование и т.п. Поэтому в условиях рыночной экономики указанная выше регламентация диаметров и схем тепловых сетей не может считаться единственно правильным решением.

Учитывая зависимость отчисла потребителœей, их потребностей в тепловой энергии, а также требований к качеству и бесперебойности теплоснабжения для определœенных категорий абонентов тепловые сети выполняются радиальными (тупиковыми) или кольцевыми.

Тупиковая схема (рисунок) является наиболее распространенной. Она применяется при обеспечении тепловой энергией города, квартала или посœелка от одного источника – теплоэлектроцентрали или котельной. По мере удаления магистрали от источника уменьшаются диаметры теплопроводов 1, упрощаются конструкция, состав сооружений и оборудование на тепловых сетях в соответствии со снижением тепловой нагрузки. Для этой схемы характерно то, что при аварии магистрали абоненты, подключенные к тепловой сети после места аварии, не обеспечиваются тепловой энергией.

Для повышения надежности обеспечения потребителœей 2 тепловой энергией между смежными магистралями устраивают перемычки 3, которые позволяют при аварии какой-либо магистрали переключать подачу тепловой энергии. Согласно нормам проектирования тепловых сетей, устройство перемычек обязательно, в случае если мощность магистралей 350 МВт и более. В этом случае диаметр магистралей, как правило, 700 мм и более. Наличие перемычек частично исключает основной недостаток этой схемы и создает возможность бесперебойного теплоснабжения потребителœей. В аварийных условиях допускается частичное снижение подачи тепловой энергии. К примеру, согласно Нормам проектирования, перемычки рассчитывают на обеспечение 70 %-ной суммарной тепловой нагрузки (максимального часового расхода на отопление и вентиляцию и среднечасового на горячее водоснабжение).

В развивающихся районах города резервирующие перемычки предусматривают между смежными магистралями независимо от тепловой мощности, но исходя из очередности развития. Перемычки предусматривают также и между магистралями в тупиковых схемах при теплоснабжении района от нескольких источников теплоты (ТЭЦ, районных и квартальных котельных 4), что повышает надежность теплоснабжения. Вместе с тем, в летний период при работе одной или двух котельных на нормальном режиме можно отключать несколько котельных, работающих с минимальной нагрузкой. При этом наряду с повышением КПД котельных создаются условия для своевременного проведения профилактического и капитального ремонтов отдельных участков тепловой сети и собственно котельных. На крупных ответвлениях (см. рисунок) предусматриваются секционирующие камеры 5. Для предприятий, не допускающих перерыва в подаче тепловой энергии, предусматривают схемы тепловых сетей с двусторонним питанием, местные резервные источники или кольцевые схемы.

Кольцевая схема (рисунок) предусматривается в крупных городах. Для устройства таких тепловых сетей требуются большие капитальные вложения по сравнению с тупиковыми. Достоинство кольцевой схемы – наличие нескольких источников, благодаря чему повышается надежность теплоснабжения и требуется меньшая суммарная резервная мощность котельного оборудования. При увеличении стоимости кольцевой магистрали снижаются капитальные затраты на строительство источников тепловой энергии. Кольцевая магистраль 1 подключена к трем ТЭЦ, потребители 2 через центральные тепловые пункты 6 присоединœены к кольцевой магистрали по тупиковой схеме. На крупных ответвлениях предусмотрены секционирующие камеры 5. Промышленные предприятия 7 также присоединœены по тупиковой схеме.

Бесканальная прокладка теплопроводов по конструкции тепловой изоляции подразделяется на засыпную, сборную, сборно-литую и монолитную. Основной недостаток бесканальной прокладки – повышенная просадка и наружная коррозия теплопроводов, а также увеличенные теплопотери в случае нарушения гидроизоляции теплоизолирующего слоя. В значительной мере недостатки бесканальных прокладок тепловых сетей устраняются при использовании теплогидроизоляции на базе полимербетонных смесей.

Теплопроводы в каналах укладывают на подвижные или неподвижные опоры. Подвижные опоры служат для передачи собственного веса теплопроводов на несущие конструкции. Вместе с тем, они обеспечивают перемещение труб, происходящее вследствие изменения их длины при изменении их длинны при изменении температуры теплоносителя. Подвижные опоры бывают скользящие и катковые.

Скользящие опоры используют в тех случаях, когда основание под опоры должна быть сделано достаточно прочным для восприятия больших горизонтальных нагрузок. В противном случае устанавливают катковые опоры, создающие меньшие горизонтальные нагрузки. По этой причине при прокладке трубопроводов больших диаметров в тоннелях, на каркасах или мачтах следует ставить катковые опоры.

Неподвижные опоры служат для распределœения термических удлинœений теплопровода между компенсаторами и для обеспечения равномерной работы последних. В камерах подземных каналов и при надземных прокладках неподвижные опоры выполняют в виде металлических конструкций, сваренных или соединœенных на болтах с трубами. Эти конструкции заделывают в фундаменты, стены и перекрытия каналов.

Для восприятия температурных удлинœений и разгрузки теплопроводов от температурных напряжений на теплосœети устанавливают радиальные (гибкие и волнистые шарнирного типа) и осœевые (сальниковые и линзовые) компенсаторы.

Гибкие компенсаторы П - и S - образные изготовляют из труб и отводов (гнутых, крутоизогнутых и сварных) для теплопроводов диаметром от 500 до 1000 мм. Такие компенсаторы устанавливают в непроходных каналах, когда невозможен осмотр проложенных теплопроводов, а также в зданиях при бесканальной прокладке. Допустимый радиус изгиба труб при изготовлении компенсаторов составляет 3,5…4,5 наружного диаметра трубы.

С целью увеличения компенсирующей способности гнутых компенсаторов и уменьшения компенсационных напряжений обычно их предварительно растягивают. Для этого компенсатор в холодном состоянии растягивается в основании петли, с тем чтобы при подаче горячего теплоносителя и соответствующем удлинœении теплопровода плечи компенсатора оказались в положении, при котором напряжения будут минимальные.

Сальниковые компенсаторы имеют небольшие размеры, большую компенсирующую способность оказывать незначительное сопротивление протекающей жидкости. Их изготовляют односторонними и двусторонними для труб диаметром от 100 до 1000 мм. Сальниковые компенсаторы состоят из корпуса с фланцем на уширенной передней части. В корпус компенсатора вставлен подвижный стакан с фланцем для установки компенсатора на трубопроводе. Чтобы сальниковый компенсатор не пропускал теплоноситель между кольцами, в промежутке между корпусом и стаканом укладывают сальниковую набивку. Сальниковую набивку вжимают фланцевым вкладышем с помощью шпилек, ввинчиваемых в корпус компенсатора. Компенсаторы крепят к неподвижным опорам.

Камера для установки задвижек на тепловых сетях изображена на рисунке. При подземных прокладках теплосœетей для обслуживания запорной арматуры устраивают подземные камеры 3 прямоугольной формы. В камерах прокладывают ответвления 1 и 2 сети к потребителям. Горячая вода в здание подается по теплопроводу, укладываемому с правой стороны канала. Подающий 7 и обратный 6 теплопроводы устанавливают на опоры 5 и покрывают изоляцией. Стены камер выкладывают из кирпича, блоков или панелœей, перекрытия сборные – из желœезобетона в виде ребристых или плоских плит, дно камеры – из бетона. Вход в камеры через чугунные люки. Важно заметить, что для спуска в камеру под люками в стене заделывают скобы или устанавливают металлические лестницы. Высота камеры должна быть не менее 1800 мм. Ширину выбирают с таки расчетом, чтобы расстояния между стенами и трубами были не менее 500 м.

Вопросы для самоконтроля:

1. Что называют тепловыми сетями?

2. Как классифицируются тепловые сети?

3. В чем преимущества и недостатки кольцевой и тупиковой сетей?

4. Что называют теплопроводом?

5. Назовите способы прокладывания тепловых сетей.

6. Назовите назначение и виды изоляции теплопроводов.

7. Назовите трубы, из которых монтируют тепловые сети.

8. Назовите назначение компенсаторов.

Коммерческий риск (риск снижения объемов услуг) минимизируется правильным выбором маркетинговой стратегии и проведением рекламных акций, непрерывного мониторинга потребностей клиентов, осуществлением гибкой ассортиментной политики. Следует учесть, что при финансово-экономической оценке проекта, принималась осторожная оценка объемов услуг.

Риск доходности(неполучения намеченного уровня доходности проекта) минимизируется за счет гибкой тарифной политики, выбора размера цен на услуги на среднем рыночном уровне, контроля издержек.

Политические риски в определенной мере поддаются ограничению за счет контактов с городскими органами управления, юридической поддержкой проекта в ходе его реализации.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

ЗАДАЧИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА

Задачи гидравлического расчета:

1) определение диаметров трубопроводов;

2) определение падения давления (напора);

3) определение давлений (напоров) в различных точках сети;

4) увязка всех точек системы при статическом и динамическом режимах с целью обеспечения допустимых давлений и требуемых напоров в сети и абонентских системах.

В некоторых случаях может быть поставлена также задача определения пропускной способности трубопроводов при известном их диаметре и заданной потере давления.

Результаты гидравлического расчета используют для:

1) определения капиталовложений, расхода металла (труб) и основного объема работ по сооружению тепловой сети;

2) установления характеристик циркуляционных и подпиточных насосов, количества насосов и их размещения;

3) выяснения условий работы источников теплоты, тепловой сети и абонентских систем и выбора схем присоединения теплопотребляющих установок к тепловой сети;

5) разработки режимов эксплуатации систем теплоснабжения.

Исходными данными для проведения гидравлического расчета должны быть заданы схема и профиль тепловой сети, указаны размещение источников теплоты и потребителей и расчетные нагрузки.

СХЕМЫ И КОНФИГУРАЦИИ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

Тепловая сеть является соединительным и транспортным звеном системы теплоснабжения.

Она должна обладать следующими качествами:

1. надежностью; они должны сохранять способность непрерывной подачи теплоносителя к потребителю в необходимом количестве в течение всего года, за исключением кратковременного перерыва для профилактического ремонта в летнее время;

2. управляемостью – т.е. обеспечивать необходимый режим работы, возможность совместной работы источников теплоснабжения и взаимного резервирования магистралей.

Необходимый режим работы – это быстрое и точное распределение теплоносителя по тепловым пунктам в нормальных условиях, в критических ситуациях, а также при совместной работе источников теплоты для экономии топлива.

Схема тепловой сети определяется:

Размещением источников теплоты (ТЭЦ или котельных) по отношению к району теплового потребления;

Характером тепловой на грузки потребителей района;

Видом теплоносителя.

Основные принципы, которыми следует руководствоваться при выборе схемы тепловой сети - надежность и экономичность теплоснабжения. При выборе конфигурации тепловых сетей следует стремиться к получению наиболее простых решений и наименьшей длины теплопроводов.

Повышение надежности сети осуществляется следующими методами:

Повышением надежности отдельных элементов, входящих в систему;

Применением «щадящего» режима работы системы в целом или наиболее повреждаемых ее элементов путем поддержания температуры воды в подающих линиях 100°С и выше, а в обратных линиях 50°С и ниже;

Резервированием, т.е. введением в систему дополнительных элементов, которые могут заменить полностью или частично элементы, вышедшие из строя.

По степени надежности все потребители делятся на две категории:

I – лечебные учреждения со стационарами, промышленные предприятия с постоянным потреблением теплоты на технологические нужды, группы городских потребителей с тепловой мощностью 30 МВт. Перерыв в подаче теплоты допускается только на время переключения, т.е. не более 2 часов;

II – все остальные потребители.

Пар в качестве теплоносителя используется главным образом для технологических нагрузок промышленных предприятий. Основная нагрузка паровых сетей обычно концентрируется в сравнительно небольшом количестве узлов, которыми являются цехи промышленных предприятий. Поэтому удельная протяженность паровых сетей на единицу расчетной тепловой нагрузки невелика. Когда по характеру технологического процесса допустимы кратковременные (до 24 ч) перерывы в подаче пара, наиболее экономичным и в то же время достаточно надежным решением служит прокладка однотрубного паропровода с конденсатопроводом.

Необходимо иметь в виду, что дублирование сетей приводит к значительному возрастанию их стоимости и расхода материалов, в первую очередь стальных трубопроводов. При укладке вместо одного трубопровода, рассчитанного на 100 %-ую нагрузку, двух параллельных, рассчитанных на 50 %-ную нагрузку, площадь поверхности трубопроводов возрастает на 56 %. Соответственно возрастают расход металла и начальная стоимость сети.

Более сложной задачей считается выбор схемы водяных тепловых сетей, т.к. их нагрузка менее концентрирована.

Водяные сети менее долговечны по сравнению с паровыми из-за:

Большей подверженности наружной коррозии стальных трубопроводов подземных водяных сетей по сравнению с паропроводами;

Чувствительности к авариям из-за большей плотности теплоносителя (особенно в крупных системах при зависимом присоединении отопительных установок к тепловой сети).

При выборе схемы водяных тепловых сетей особое внимание уделяют вопросам надежности и резервирования систем теплоснабжения.

Водяные тепловые сети разделяться на магистральные и распределительные .

К магистральным обычно относятся теплопроводы, соединяющие источники теплоты с районами теплового потребления, а также между собой.

Режим работы магистральных тепловых сетей должен обеспечивать наибольшую экономичность при выработке и транспорте теплоты за счет совместной работы ТЭЦ и котельных.

Режим работы распределительных сетей должен обеспечивать наибольшую экономию теплоты при ее использовании за счет регулирования параметров и расхода теплоносителя в соответствии с необходимым режимом потребления, упрощения схем тепловых пунктов, снижения расчетного давления для их оборудования и уменьшения количества регуляторов отпуска теплоты для отопления.

Теплоноситель поступает из магистральных сетей в распределительные сети и по распределительным сетям подается через групповые тепловые пункты или местные тепловые пункты к теплопотребляющим установкам абонентов. Непосредственное присоединение тепловых потребителей к магистральным сетям допускается только при присоединении крупных промышленных предприятий.

Магистральные тепловые сети с помощью задвижек разделяются на секции длиной 1-З км. При раскрытии (разрыве) трубопровода место отказа или аварии локализуется секционирующими задвижками. Благодаря этому уменьшаются потери сетевой воды и сокращается длительность ремонта вследствие уменьшения времени, необходимого для дренажа воды из трубопровода перед проведением ремонта и для заполнения участка трубопровода сетевой водой после ремонта.

Расстояние между секционирующими задвижками выбирается из условия, чтобы время, требуемое для проведения ремонта, было меньше времени, в течение которого внутренняя температура в отапливаемых помещениях при полном отключении отопления при расчетной наружной температуре для отопления не опускалась ниже минимального предельного значения, которое принимают обычно 12-14 °С в соответствии с договором теплоснабжения. Время, необходимое для проведения ремонта, возрастает с увеличением диаметра трубопровода, а также расстояния между секционирующими задвижками.

Рис.1. Принципиальная схема двухтрубной тепловой сети с двумя магистралями: 1 – коллектор ТЭЦ; 2 – магистральная сеть; 3 – распределительная сеть; 4 – секционирующая камера; 5 – секционирующая задвижка; 6 – насос; 7 – блокирующая связь.

Расстояние между секционирующими задвижками должно быть меньше при больших диаметрах трубопроводов и при более низкой расчетной наружной температуре для отопления.

Условие проведения ремонта теплопровода большого диаметра за период допустимого снижения внутренней температуры в отапливаемых зданиях трудно выполнить, так как время ремонта существенно возрастает с увеличением диаметра.

В этом случае необходимо предусматривать системное резервирование теплоснабжения при выходе из строя участка тепловой сети, если не выполняется вышеприведенное условие о времени ремонта. Одним из методов резервирования является блокировка смежных магистралей.

Секционирующие задвижки размещают в узлах присоединения распределительных сетей к магистральным тепловым сетям.

В этих узловых камерах кроме секционирующих задвижек размещаются также головные задвижки распределительных сетей, задвижки на блокирующих линиях между смежными магистралями или между магистралями и резервными источниками теплоснабжения, например районными котельными.

В секционировании паровых магистралей нет необходимости, так как масса пара, требующаяся для заполнения длинных паропроводов, невелика. Секционные задвижки должны быть оборудованы электро- или гидроприводом и иметь телемеханическую связь с центральным диспетчерским пунктом. Распределительные сети должны иметь присоединение к магистрали с обеих сторон секционирующих задвижек с тем, чтобы можно было обеспечить бесперебойное теплоснабжение абонентов при авариях на любом секционированном участке магистрали.

Блокировочные связи между магистралями могут выполняться однотрубными.

В зданиях особой категории, которые не допускают перерывов в теплоснабжении, должна быть предусмотрена возможность резервного теплоснабжения от газовых или электрических нагревателей или же от местных котельных на случай аварийного прекращения централизованного теплоснабжения.

По СНиП 2.04.07-86 допускается уменьшение подачи теплоты в аварийных условиях до 70 % суммарного расчетного расхода (максимально-часового на отопление и вентиляцию и среднечасового на горячее водоснабжение). Для предприятий, в которых не допускаются перерывы в подаче теплоты, должны предусматриваться дублированные или кольцевые схемы тепловых сетей. Расчетные аварийные расходы теплоты должны приниматься в соответствии с режимом работы предприятий.

Радиус действия тепловой сети (рис.1) 15 км. До конечного района теплопотребления сетевая вода передается по двум двухтрубным транзитным магистралям длиной 10 км. Диаметр магистралей на выходе с ТЭЦ 1200 мм. По мере распределения воды в попутные ответвления диаметры магистральных линий уменьшаются. В конечный район теплового потребления сетевая вода вводится по четырем магистралям диаметром 700 мм, а затем распределяется по восьми магистралям диаметром 500 мм. Блокировочные связи между магистралями, а так же резервирующие насосные подстанции установлены только на линиях диаметром 800 мм и более.

Такое решение допустимо в том случае, когда при принятом расстоянии между секционирующими задвижками (на схеме 2 км) время, необходимое для ремонта трубопровода диаметром 700 мм, меньше времени, в течение которого внутренняя температура отапливаемых зданий при отключении отопления при наружной температуре 1 снизится от 18 до 12 °С (не ниже).

Блокировочные связи и секционирующие задвижки распределены таким образом, что при аварии на любом участке магистрали диаметром 800 мм и более обеспечивается теплоснабжение всех абонентов, присоединенных к тепловой сети. Теплоснабжение абонентов нарушается только при авариях на линиях диаметром 700 мм и менее.

В этом случае прекращается теплоснабжение абонентов, расположенных за местом аварии (по ходу теплоты).

При теплоснабжении крупных городов от нескольких ТЭЦ целесообразно предусмотреть взаимную блокировку ТЭЦ посредством соединения их магистралей блокировочными связями. В этом случае может быть создана объединенная кольцевая тепловая сеть с несколькими источниками питания (рис. 2). В такую же систему могут быть в ряде случаев объединены тепловые сети ТЭЦ и крупных районных или промышленных котельных.

Объединение магистральных тепловых сетей нескольких источников теплоты наряду с резервированием теплоснабжения позволяет уменьшить суммарный котельный резерв на ТЭЦ и увеличить степень использования наиболее экономичного оборудования в системе за счет оптимального распределения нагрузки между источника ми теплоты.

Блокирующие связи между магистралями большого диаметра должны иметь достаточную пропускную способность, обеспечивающую передачу резервирующих потоков воды. В необходимых случаях для увеличения пропускной способности блокирующих связей сооружаются насосные подстанции.

Независимо от блокирующих связей между магистралями целесообразно в городах с развитой нагрузкой горячего водоснабжения предусматривать перемычки сравнительно небольшого диаметра между смежными распределительными тепловыми сетями для резервирования нагрузки горячего водоснабжения.

При диаметрах магистралей, отходящих от источника теплоты, 700 мм и менее обычно применяют радиальную (лучевую) схему тепловой сети с постепенным уменьшением диаметра по мере удаления от станции и снижения присоединенной тепловой нагрузки (рис. 3). Такая сеть наиболее дешевая по начальным затратам, требует наименьшего расхода металла на сооружение и проста в эксплуатации. Однако при аварии на магистрали радиальной сети прекращается теплоснабжение абонентов, присоединенных за местом аварии. Например, при аварии в точке «а» на радиальной магистрали 1 прекращается питание всех потребителей, расположенных по направлению трассы от ТЭЦ после точки а. Если происходит авария на магистрали вблизи станции, то прекращается теплоснабжение всех потребителей, присоединенных к магистрали. Такое решение допустимо, если время ремонта трубопроводов диаметром не менее 700 мм удовлетворяет вышесказанному условию.

Для более надежного теплоснабжения тепловые сети должны сооружаться по блочному принципу. Блоком должна являться распределительная сеть с радиусом действия 500-800 м. Каждый блок должен обеспечивать теплоснабжение жилого микрорайона примерно в 10 тыс квартир или тепловая мощность которого 30-50 МВт. Блок должен быть непосредственно присоединен к коллектору источника, или иметь двустороннее теплоснабжение от тепловых магистралей.

На тепловой карте района ориентировочно намечаются места ГТП;

После размещения ГТП намечают возможные трассы магистралей и перемычек между ними;

Намечают размещение распределительных сетей.

Распределительные сети проектируются тупиковыми, секционирующие задвижки не проектируются.

Распределительные сети разрешается прокладывать по подвалам зданий

I Курс лекций за первое полугодие

Источники и системы теплоснабжения предприятий

1. 
   Системы теплоснабжения производственных предприятий
2. 
   Виды тепловых нагрузок
3. 
   Классификация систем теплоснабжения

-по схеме подачи тепла потребителю (децентрализованные и централизованные);

По виду теплоносителя (паровые системы и водяные системы);

По способу отпуска теплоты потребителю ;(для отопления : зависимые и независимые ; для горячего теплоснабжения: закрытые и открытые )

По числу параллельно идущих теплопроводов;

По числу ступеней присоединения.

4. Схемы тепловых сетей (Тупиковая, Радиальная, Кольцевая)

5. Паровые системы теплоснабжения (ПСТ).

6. Оборудование тепловых сетей
Системы теплоснабжения предприятий (СТСПП) - это комплекс устройств по выработке, транспортированию и обеспечению потребителей необходимым количеством теплоты требуемых параметров.

Система теплоснабжения (рис. 1) включает в себя:

1. Источник (ТЭЦ, котельная);

2. Магистральные сети (тепловые);

3. Распределительные сети (тепловые);

4. Потребители тепла (промышленные потребители,

Жилые и общественные объекты ЖКХ);

5. Абонентский ввод (тепловой узел, местный тепловой пункт МТП, элеваторный узел);

6. Центральный тепловой пункт ЦТП.

Рис.1. Система теплоснабжения.

Виды тепловых нагрузок:

• 
  Потребление тепловых нагрузок:

1. 
   отопление (нагрузка на отопление);
   вентиляцию (тепло в калорифере (теплообменнике);
2. 
   горячее водоснабжение;
3. 
   технологические нужды п.п.

• 
  Тепловые нагрузки различают:

1. 
   сезонные (отопление, вентиляция);
2. 
   круглогодичные (горячее водоснабжение, технологические нужды).

Классификация систем теплоснабжения :

1. 
   по схеме подачи тепла потребителю;
2. 
   по виду теплоносителя;
3. 
   по способу отпуска теплоты потребителю ;
4. 
   по числу параллельно идущих теплопроводов;
5. 
   по числу ступеней присоединения.

1. По схеме подачи тепла потребителю :

Децентрализованные – источник тепла на месте потребления. В этом случае отсутствуют тепловые сети; применяются в районах с малой концентрацией тепловой нагрузки, когда небольшие здания расположены на неплотно застраиваемых участках, а также при технико-экономических обоснованиях.

Централизованные – источник теплоснабжения (ТЭЦ или котельная) располагаются на значительном расстоянии от потребителей теплоты. Поэтому каждая СТС состоит из трех звеньев (источник теплоты – тепловые сети – местные системы теплоснабжения). Местные СТС – тепловые подстанции и теплоприемники.

Централизованные системы отопления имеют преимущества перед децентрализованными, и в настоящее время Ц C Т определяют ведущую роль в развитии теплоснабжения крупных городов и промышленных предприятий. В г. Петрозаводске ТЭЦ введена в строй в 1977 году.

2. По виду теплоносителя:

Паровые системы (теплоноситель – водяной пар);

Водяные системы (теплоноситель – горячая вода).
Горячая вода используется для удовлетворения нагрузок на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Водяной пар используется на предприятиях для технологических нужд (редко используют перегретую воду). При требуемой температуре теплоносителя у потребителя до 150˚С используют горячую воду , а при более высоких параметрах – водяной пар. К теплоносителям предъявляют специальные требования:

а. санитарно – гигиенические (в помещениях ЖКС температура нагреваемых приборов не допускается выше 90˚С, в промышленных цехах она может быть и выше);

Б. технико – экономические (стоимость материала, монтажа и эксплуатации должна быть оптимальной);

В. эксплуатационные (теплоноситель должен обладать качествами, которые позволяли бы производить централизованную регулировку теплоотдачи систем потребления).

Сравнительная характеристика воды и пара как теплоносителя:

Преимущества воды: диапазон изменения температур в широких пределах (от 25˚до 150˚С); возможность транспортирования на большие расстояния без уменьшения ее теплового потенциала (15-20 км); возможность централизованного регулирования температуры теплоносителя на источнике; простота присоединения местных систем к тепловым сетям.

Недостатки воды: требуется значительный расход электроэнергии на работу насосов по перекачке тепла; температура теплоносителя может быть меньше заданной.

Преимущества пара: применяют как для тепловых потребителей, так и для силовых и технологических нужд; быстрый прогрев и остывание системы, что ценно для помещений, где периодически требуется отопление; в паровых системах можно не учитывать гидростатическое давление по причине низкой объемной массы (в 1650 раз меньше объема воды). Паровые системы могут применяться в гористой местности и в многоэтажных зданиях; отсутствие расхода электроэнергии на транспортировку пара (без насосов); простота начальной регулировки вследствие саморегулировки пара.

Недостатки пара: при транспортировке на значительные расстояния имеют место большие потери температуры и давления, поэтому радиус паровых систем всего 6-15 км, а водяных – от 30 до 60 км. Срок службы паровых систем значительно ниже, чем водяных из-за коррозии труб.

3. По способу отпуска теплоты потребителю :

Для отопления – схемы подключения ТС: зависимые и независимые;

Для горячего теплоснабжения – схемы подключения ТС: закрытые и открытые.

Зависимая схема подключения – когда вода из теплосети непосредственно поступает в нагревательные приборы местной отопительной системы (МОС).

Независимая схема подключения – когда имеется два раздельных контура (первичный – вода, циркулирующая в тепловой сети, и вторичный – собственный контур дома , вода, циркулирующая в МОС), при этом, вода из теплосети через теплообменник отдает тепло воде собственного контура. Вода из ТС доходит только до тепловой подстанции МОС (тепловая подстанция – это ЦТП или МТП), где в подогревателях (теплообменниках ТА) нагревают воду, которая циркулирует в МОС. В этом случае имеет место два теплоносителя: греющий (вода из ТС) и нагреваемый (вода в МОС). Давление первичного контура никак не передается на давление вторичного, который работает за счет собственного циркуляционного насоса.

Открытый водоразбор – напрямую из тепловой сети. Закрытый водоразбор – через теплообменник вода из ТС нагревает воду питьевого водопровода.

Оборудование тепловой подстанции при зависимой схеме проще и дешевле, чем при независимой, однако, необходимо учитывать, что в зависимых схемах давление передается из тепловой сети в МОС, которая выдерживает давление до 6-10 атм. в зависимости от типа нагревательных приборов. Пример : чугунные радиаторы выдерживают 6 атм.

Схемы присоединения систем отопления к тепловым сетям:

Т 1 – подающий теплопровод ТС,
-1-1 Т 2 – обратный трубопровод ТС,

1 – арматура отключающего устройства.

Рис. 2. Зависимая схема без смешения

Температура в подающем трубопроводе ТС не превышает предела, установленного санитарными нормами для приборов местных систем. Это возможно в случае малого источника тепла, когда котельная вырабатывает теплоноситель параметрами 95˚-70˚С или в системе отопления промышленных зданий t ? 100˚ С, но она допустима.

• 
  Зависимая схема с элеваторным смешением (рис. 3).

? 130˚С ? 90-95˚С

70˚С?

Рис. 3. Зависимая схема с элеваторным смешением Рис. 4. Элеватор
Вода из подающего трубопровода Т 1 с t = 130˚ C поступает в элеватор (рис. 4), через патрубок к элеватору подсасывается вода из обратной местной сети Т 2 t =70˚ C . Благодаря соплу, которое встроено в элеватор, и по принципу инжекции, происходит смешение t = 130˚ C и t =70˚ C , смешанная вода t = 90˚С поступает в нагревательные приборы. Элеваторы рассчитываются, и подбирается диаметр сопла. У нас в стране большинство вводов в здания снабжено элеваторами там, где по теплосетям транспортируют перегретую воду. Необходимо учитывать, что для работы элеватора требуется напор на воде 15 м водного столба.

• 
  Зависимая схема с насосным смешением (рис. 5).

В случае недостаточного напора ставят

Центробежный насос на перемычке между

90˚С ? 70˚С ? подающим и обратным трубопроводом и он

Как элеватор подмешивает к подающей воде

Обратную охлажденную воду. Но насос

Дорогостоящее оборудование.

130˚С? Существует схема и с элеватором и с насосом.

Рис. 5. Зависимая схема с насосным смешением

• 
  Независимая схема (с теплообменником) (рис.6).

Н
езависимая схема делит МОС на два контура, не допуская колебаний давлений. Оба контура гидравлически изолированы и независимы друг от друга. В данной схеме легко учитывать потребность в тепле , регулировать подачу тепла, т.е. устранять проблему перетопа, а, следовательно, экономить.

1. Местная отопительная система;

2. Циркуляционный насос;

3. Теплообменник;

4. Расширенный бак;

5. Отключающая арматура.

Рис. 6. Независимая схема (с теплообменником)

Схемы подключения ГВС к тепловым сетям.

• 
  В закрытых системах теплоснабжения теплоноситель полностью возвращается к

источнику теплоснабжения (за исключением утечек). Теплоноситель используют как греющую среду в теплообменных аппаратах. Закрытые системы гидравлически изолированы от тепловых сетей, что обеспечивает стабильное качество воды в ГВС, т.к. нет выноса шлаковых отложений в систему ГВС (это плюс). Однако , в систему ГВС (в трубы) поступает вода из холодного водопровода, который не подвергается деаэрации (удалению кислорода и углекислого газа), нагревается и усугубляет коррозионную активность, следовательно, быстрее происходит разрушение труб от коррозии, чем в открытых схемах. Поэтому в закрытых системах рекомендуют применять неметаллические, пластиковые трубы.

Закрытые схемы различают одноступенчатые и многоступенчатые. Выбор схемы зависит от соотношения расхода тепла на отопление и ГВС. Выбор схемы присоединения производится на основании расчета.

• 
  В открытых системах ГВС используют не только теплоту, подводимую

теплоносителем из тепловой сети в местную сеть, но и сам теплоноситель. В открытых схемах трубы ГВС коррозируют в меньшей степени, чем в закрытых системах, т.к. вода поступает из тепловой сети после химводочистки (ХВО), но при этом возможно нарушение стабильности санитарных норм показателей воды. Открытые схемы дешевле. Чем закрытые , т.к. не требуются затраты на теплообменники и насосное оборудование.

Схемы присоединения систем горячего водоснабжения зданий к тепловым сетям.

• 
  Одноступенчатые схемы (рис. 7, 8):

Один теплообменник и нагрев на ГВС происходит перед МОС).

Рис. 7. Одноступенчатая предвключенная

?

Рис. 8. Одноступенчатая параллельная

Т = 55-60˚С

Т = 30˚С Т = 5˚С

Рис. 9. Последовательная двухступенчатая

Рис. 10. Смешанная двухступенчатая
Двухступенчатые схемы эффективны в применении тем, что происходит глубокое снижение температуры обратной воды, а также имеет место независимый расход тепла на отопление и ГВС, т.е. колебание расхода в системе ГВС не отражается на работе МОС, что может происходить в открытых схемах.

4. По числу параллельно идущих теплопроводов.

В зависимости от числа труб, передающих теплоноситель в одном направлении различают одно-, двух- и многотрубные системы ТС. По минимальному числу труб может быть:

Открытая однотрубная система – применяется при централизованном отоплении на технологические и бытовые нужды, когда вся сетевая вода разбирается потребителями при подаче теплоты на отопление, вентиляцию и ГВС, т.е. когда Q от + Q вент. = Q гвс . Такие ситуации характерны для южных районов и технологических потребителей (редко встречаются).

Двухтрубная система – самая распространенная, состоит из подающего (Т1) и обратного (Т2) трубопроводов.

Трехтрубная – состоит из соединения двухтрубной системы водоснабжения на отопление и вентиляцию и третьей трубы для целей ГВС, что не очень удобно.

Четырехтрубная – когда добавляется циркуляционный трубопровод на ГВС.

Условные обозначения трубопроводов в соответствии с ГОСТом:

1. 
   подающий трубопровод (Т 1 ),
2. 
   обратный трубопровод (Т 2 ),
3. 
   трубопровод ГВС (Т 3 ),
   циркуляционный трубопровод ГВС (Т 4 ),
4. 
   трубопровод технологических нужд (Тт).

5. По числу ступеней присоединения.

Различают одноступенчатые и многоступенчатые схемы систем теплоснабжения.

Одноступенчатая схема (рис. 11) – когда потребители теплоты присоединяются к тепловым сетям при помощи МТП.

Рис. 11. Одноступенчатая схема
1- потребители тепла,

2- местные тепловые узлы (МТП),

3- элемент промышленной котельной с паровыми и водогрейными котлами,

4- водогрейный котел (пиковый),

5- сетевой паро- водяной подогреватель,

6- перемычка с отключающей арматурой для создания различных режимов работы (для отключения водогрейного котла),

7- сетевой насос,

8- ЦТП.
Двухступенчатая схема (рис. 12).

Рис. 12. Двухступенчатая схема
Многоступенчатая схема – когда между источником теплоты и потребителями размещают ЦТП и групповые тепловые пункты (ГТП). Эти пункты предназначены для приготовления теплоносителей требуемых параметров, для регулирования расхода теплоты и распределения по местным системам потребителей, а также для учета и контроля расхода теплоты и воды.
Схемы тепловых сетей

Схемы тепловых сетей зависят от:

• 
  Размещения источников теплоты по отношению к району потребления;
• 
  От характера тепловой нагрузки;
• 
  От вида теплоносителя (пар, вода).

При выборе схемы тепловых сетей исходят из условий надежности , экономичности, стремясь к получению наиболее простой конфигурации сети и наименьшей длины трубопроводов.

Тепловые сети делятся на категории:

1. 
   Магистральные сети;
2. 
   Распределительные сети;
3. 
   Внутриквартальные сети;
4. 
   Ответвления к потребителям (зданиям).

Тепловые сети проектируются по следующим схемам:

1. 
   Тупиковая (рис. 13) – наиболее простая, имеет распространение в поселках и малых городах:

1-источник,

2-магистральные сети,

3-распределительные сети,

4-квартальные сети,

5-ответвления,

6- потребители,

7-перемычка.

Рис. 13 Тупиковая схема

1. 
   Радиальная (рис. 14) – устраивается, когда нет возможности предусмотреть кольцевую, но перерыв в теплоснабжении недопустим:

Рис. 14 Радиальная схема

1. 
   Кольцевая – наиболее дорогая, сооружается в крупных городах, обеспечивает бесперебойное теплоснабжение, для чего должен быть предусмотрен второй источник тепловой энергии:

Рис. 15 Кольцевая схема

Паровые системы теплоснабжения (ПСТ).

Паровые системы теплоснабжения применяются в основном на крупных промышленных предприятиях и могут иметь место на объектах, окружающих промышленных потребителей, а так же в городах с неблагоприятным рельефом местности.

Виды паровых систем:

1-однотрубные (рис. 16) (нет возврата конденсата в систему):

1-источник (паровой котел),

2-стена промышленного потребителя – граница абонентского ввода потребителя,

3-калорифер,

5-пароводяной теплообменник для МОС,

6-технологический агрегат,

Рис. 16 Однотрубная паровая система 7-конденсатоотводчики,

8- сброс конденсата в дренаж.
Рис. 17 Автоматический конденсатоотводчик.

Однотрубную схему целесообразно применять, когда по условиям технологического процесса конденсат имеет значительные загрязнения и качество этих загрязнений неэффективно для очистки. Данная схема применяется для прогрева мазута, пропарки железобетонных изделий.

2-двухтрубные (рис. 18):

1-источник (паровой котел),

2-стена промышленного

Потребителя – граница

Абонентского ввода потребителя,

3-калорифер,

4-пароводяной теплообменник для

5-пароводяной теплообменник для

6-технологический агрегат,

7-конденсатоотводчики,

Рис. 18 Двухтрубная паровая система 8-конденсатопровод,

9-конденнсатный бак,

10-конденсатный насос.

Двухтрубные системы с возвратом конденсата применяют , если конденсат не содержит агрессивных солей и других загрязнений (т.е. он условно-чистый). Схемы прокладывают как правило, таким образом, что в конденсатный бак конденсат поступает самотеком.

3-многотрубные (рис. 19):

Рис. 19 Трёхтрубная паровая система

Трехтрубная (многотрубная) схема применяется, когда потребителю требуется пар различных параметров. Котельная вырабатывает пар с максимальным давлением и температурой, которые требуются одному из потребителей. Если имеются потребители, которым требуется пар с более низкими параметрами, то пар пропускают через редукционную установку (РУ), в которой пар снижает только давление или через редукционную охладительную установку (РОУ), если необходимо понизить и давление, и температуру.

Оборудование тепловых сетей

Различают следующие способы прокладки тепловых сетей:

1. 
   Надземная (наземная) прокладка – имеет место на территории промышленных предприятий, при пересечении дорог и препятствий, в районах вечной мерзлоты;
2. 
   Подземная прокладка бывает:

-в непроходных каналах,

В полупроходных каналах,

В проходных каналах (коллекторах),

Бесканальная.

Коллекторы и полупроходные каналы имеют место в крупных городах, на территории промышленных предприятий, где имеет смысл прокладывать различные инженерные сети (коммуникации) совместно. Этот способ прокладки удобен в обслуживании сетей , но дорогостоящий. Трубы тепловых сетей, прокладываемые в непроходных каналах и бесканально, не обслуживаются. Таким образом , выбор прокладки сетей зависит от условий территории, вида грунта, застройки и технико-экономического обоснования.

Глубина прокладки тепловых сетей зависит от места прокладки. Максимальная глубина в непроезжей части составляет 0,5 м до верха канала, в проезжей части – 0,7 м. Тепловые сети прокладываются с уклоном ί min =0.002 (ί min = h / L ).
Оборудование тепловых сетей, которое требует постоянного контроля и обслуживания, устанавливается в теплофикационных камерах (рис. 20). Это: задвижки, дисковые затворы, регулирующие клапаны, устройства для выпуска воздуха и спуска воды (опорожнения сети). Как правило, совместно с камерой сооружают неподвижные опоры. Необходимо сооружать (в водонасыщенных грунтах) дренажные сети (на песчаную подготовку укладывают трубы с отверстиями сверху и по бокам и засыпают щебнем).

Рис. 20 Теплофикационная камера

В тепловых сетях применяют электросварные или бесшовные трубы, а также возможны варианты и чугунные трубы из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.

Для дворовых сетей при рабочем давлении Р раб до 1,6 МПа и температурой Т до 115˚С можно применять неметаллические (пластиковые) трубы.

Опорные конструкции.

Различают: - подвижные (свободные) опоры,

Неподвижные (мертвые) опоры.

Подвижные опоры предназначены для восприятия веса трубы и обеспечения свободного перемещения труб (при температурных удлинениях). Количество подвижных опор определяется по таблицам в зависимости от диаметра и веса трубы. По принципу свободного перемещения подвижные опоры различаются на: скользящие опоры (скользячки), катковые, шариковые, подвижные.

Подвижные опоры используют во всех способах прокладки, кроме бесканальной.

Неподвижные опоры служат для восприятия температурной деформации методом закрепления трубопровода, а также для разграничения участков компенсации тепловых удлинений. Различают неподвижные опоры:

Щитовые (при подземной прокладке),

На балке, на фундаменте, на стойках (при наземной прокладке или в тоннелях).

Компенсация тепловых удлинений.
Компенсаторы предназначены для восприятия температурных удлинений теплопровода и разгрузки труб от температурных напряжений и деформаций. В тепловых сетях применяют следующие виды компенсаторов:

1. 
   вылет компенсатора,
2. 
   спинка компенсатора,
3. 
   сварные крутоизогнутые отводы,
4. 
   подвижные опоры,
5. 
   стяжные болты,

устанавливаются на Рис. 21 Гибкая (П-образная) опора стяжных хомутах.
∆l = ? ∙ L (? max - ? min ), где ? – коэффициент линейного расширения,

L – длина между неподвижными опорами (участок компенсации).

П- образные компенсаторы растягиваются на половину тепловых удлинений. Растяжку делают на первых сварных стыках от компенсатора.

П-образные компенсатора, как и углы поворота не требуют обслуживания.

1. 
   углы поворота трассы (самокомпенсация),
2. 
   сильфонные, линзовые (одна или много гофр),

Компенсирующая способность сильфонного компенсатора

Составляет 50-150 мм.

Сильфонный трехволновый компенсатор.

1-корпус,

2-стакан,

3-сальниковая набивка,

4-грунтбукса,

5-фланец нажимной,

6-стяжной болт.

Рис. 22 Сальниковый компенсатор
Сальниковый компенсатор может быть односторонним и двухсторонним.

Углы поворота трассы и п-образные компенсаторы работают как радиальные , а сильфонные, линзовые и сальниковые – как осевые.

Бесканальная прокладка.

Для тепловых сетей бесканальной прокладки используют трубопроводы с пенополиуретановой изоляцией (ППУ-изоляция). Россия – страна с самым высоким уровнем централизованного теплоснабжения, протяженность тепловых сетей в нашей стране составляет примерно 260 тысяч километров, а в Карелии – примерно 999 тыс. метров. Из них 50% тепловых сетей требуют капитального ремонта. Тепловые сети теряют 30% отпускного тепла, что составляет примерно 80 млн. тут/год. Для решения этих проблем предлагается бесканальная прокладка с ППУ-изоляцией. Преимущества данной прокладки:

Повышение долговечности с 10 до 30 лет,

Снижение теплопотерь с 30% до 3%,

Снижение эксплуатационных расходов в 9 раз,

Снижение расходов на ремонт теплотрасс в 3 раза,

Снижение сроков строительства,

Наличие системы оперативно-дистанционного контроля (ОДК) за увлажнением изоляционного слоя.

Статистика накопленных дефектов:

38% -повреждение сторонними лицами системы ОДК,

32%-повреждение стальных оболочек,

14%- повреждение стыковых соединений,

8%-ошибки сборки ОДК,

2%-некачественная сварка,

6%-внутренняя коррозия металла.

При бесканальной прокладке используют полиэтиленовую оболочку.