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.

Билет №1

1. Источниками энергии, в том числе и тепловой, могут служить вещества, энергетический потенциал которых достаточен для последующего преобразования их энергии в другие ее виды с целью последующего целенаправ­ленного использования. Энергетический потенциал веществ является параметром, позволяющим оценить прин­ципиальную возможность и целесообразность их использования как источников энергии, и выражается в едини­цах энергии: джоулях (Дж) или киловатт (тепловых)-часах [кВт(тепл.) -ч] *.Все источники энергии условно делят на первичные и вторичные (рис. 1.1). Первичными источниками энергии называют вещества, энергетический потенциал которых является следствием природных процесов и не зависит от деятельности человека. К первичным источникам энергии относятся: ископаемые горючие и расщепляющиеся вещества, нагретые до высокой температуры воды недр Земли (термальные воды), Солнце, ветер, реки, моря, океаны и др. Вторичными источниками энергии называют вещества, обладающие определенным энергетическим потенциалом и являющиеся побочными продуктами деятельности человека; например, отработавшие горючие органические вещества, городские отходы, горячий отработанный теплоноситель промышленных производств (газ, вода, пар), нагретые вентиляционные выбросы, отходы сельскохозяйственного производства и др.Первичные источники энергии условно разделяют на невозобновляющиеся, возобновляющиеся и неисчерпае­мые. К ^возобновляющимся первичным источникам энергии относят ископаемые горючие вещества: уголь, нефть, газ, сланец, торф и ископаемые расщепляющиеся вещества: уран и торий. К возобновляющимся первичным источникам энергии относят все возможные источники энергии, являющиеся продуктами непрерывной деятельности Солнца и природных процессов на поверхности Земли: ветер, водные ресурсы, океан, растительные продукты биологической деятельности на Земле (древесину и другие растительные вещества), а также и Солнце. К практически неисчерпаемым первичным источникам энергии относят термальные воды Земли и вещества, которые могут быть источниками получения термоядерной энергии.Ресурсы первичных источников энергии на Земле оцениваются общими запасами каждого источника и его энергетическим потенциалом, т. е. количеством энергии, которая может быть выделена из единицы его массы. Чем выше энергетический потенциал вещества, тем выше эффективность его использования как первичного источника энергии и, как правило, тем большее распространение оно получило при производстве энергии. Так, например, нефть имеет энергетический потенциал, равный 40 000-43 000 МДж на 1 т массы, а природный и попутный газы - от 47 210 до 50 650 МДж на 1 т массы, что в сочетании с их относительно невысокой стоимостью добычи сделало возможным их быстрое распространение в 1960-1970-х годах как первичных источников тепловой энергии.Использование ряда первичных источников энергии до последнего времени сдерживалось либо сложностью тех­нологии преобразования их энергии в тепловую энергию (например, расщепляющиеся вещества), либо относи­тельно низким энергетическим потенциалом первичного источника энергии, что требует больших затрат на полу­чение тепловой энергии нужного потенциала (например, использование солнечной энергии, энергии ветра и др.). Развитие промышленности и научно-производственного потенциала стран мира привело к созданию и реализа­ции процессов производства тепловой энергии из ранее неразрабатывавшихся первичных источников энергии, в том числе к созданию атомных станций теплоснабжения, солнечных генераторов теплоты для теплоснабжения зданий, теплогенераторов на геотермальной энергии.

Принципиальная схема тэс

2.Тепловой пункт (ТП) - комплекс устройств, расположенный в обособленном помещении, состоящий из элементов тепловых энергоустановок, обеспечивающих присоединение этих установок к тепловой сети, их работоспособность, управление режимами теплопотребления, трансформацию, регулирование параметров теплоносителя и распределение теплоносителя по типам потребления.Основными задачами ТП являются:

Преобразование вида теплоносителя

Контроль и регулирование параметров теплоносителя

Распределение теплоносителя по системам теплопотребления

Отключение систем теплопотребления

Защита систем теплопотребления от аварийного повышения параметров теплоносителя

Учет расходов теплоносителя и тепла

Схема ТП зависит, с одной стороны, от особенностей потребителей тепловой энергии, обслуживаемых тепловым пунктом, с другой стороны, от особенностей источника, снабжающего ТП тепловой энергией. Далее, как наиболее распространённый, рассматривается ТП с закрытой системой горячего водоснабжения и независимой схемой присоединения системы отопления.

Принципиальная схема теплового пункта

Теплоноситель, поступающий в ТП по подающему трубопроводу теплового ввода, отдает свое тепло в подогревателях систем ГВС и отопления, а также поступает в систему вентиляции потребителей, после чего возвращается в обратный трубопровод теплового ввода и по магистральным сетям отправляется обратно на теплогенерирующее предприятие для повторного использования. Часть теплоносителя может расходоваться потребителем. Для восполнения потерь в первичных тепловых сетях на котельных и ТЭЦ существуют системы подпитки, источниками теплоносителя для которых являются системы водоподготовки этих предприятий.

Водопроводная вода, поступающая в ТП, проходит через насосы ХВС, после чего часть холодной воды отправляется потребителям, а другая часть нагревается в подогревателе первой ступени ГВС и поступает в циркуляционный контур системы ГВС. В циркуляционном контуре вода при помощи циркуляционных насосов горячего водоснабжения движется по кругу от ТП к потребителям и обратно, а потребители отбирают воду из контура по мере необходимости. При циркуляции по контуру вода постепенно отдает своё тепло и для того, чтобы поддерживать температуру воды на заданном уровне, её постоянно подогревают в подогревателе второй ступени ГВС.

Система отопления также представляет замкнутый контур, по которому теплоноситель движется при помощи циркуляционных насосов отопления от ТП к системе отопления зданий и обратно. По мере эксплуатации возможно возникновение утечек теплоносителя из контура системы отопления. Для восполнения потерь служит система подпитки теплового пункта, использующая в качестве источника теплоносителя первичные тепловые сети.

Билет №3

Схемы присоединения потребителей к тепловым сетям. Принципиальная схема ИТП

Различают зависимые и независимые схемы присоединения систем отопления:

Независимая (закрытая) схема подключения - схема присоединения системы теплопотребления к тепловой сети, при которой теплоноситель (перегретая вода), поступающий из тепловой сети, проходит через теплообменник, установленный на тепловом пункте потребителя, где нагревает вторичный теплоноситель, используемый в дальнейшем в системе теплопотребления

Зависимая (открытая) схема подключения - схема присоединения системы теплопотребления к тепловой сети, при которой теплоноситель (вода) из тепловой сети поступает непосредственно в систему теплопотребления.

Индивидуальный тепловой пункт (ИТП). Используется для обслуживания одного потребителя (здания или его части). Как правило, располагается в подвальном или техническом помещении здания, однако, в силу особенностей обслуживаемого здания, может быть размещён в отдельностоящем сооружении.

2. Принцип действия МГД-генератора. Схема ТЭС с МГД.

Магнитогидродинамический генератор, МГД-генератор - энергетическая установка, в которой энергия рабочего тела (жидкой или газообразной электропроводящей среды), движущегося в магнитном поле, преобразуется непосредственно в электрическую энергию.

Также как и в обычных машинных генераторах, принцип работы МГД-генератора основан на явлении электромагнитной индукции, то есть на возникновении тока в проводнике, пересекающем силовые линии магнитного поля. Но, в отличие от машинных генераторов, в МГД-генераторе проводником является само рабочее тело, в котором при движении поперёк магнитного поля возникают противоположно направленные потоки носителей зарядов противоположных знаков.

Рабочим телом МГД-генератора могут служить следующие среды:

· Электролиты

· Жидкие металлы

· Плазма (ионизированный газ)

Первые МГД-генераторы использовали в качестве рабочего тела электропроводные жидкости (электролиты), в настоящее время применяют плазму, в которой носителями зарядов являются в основном свободные электроны и положительные ионы, отклоняющиеся в магнитном поле от траектории, по которой газ двигался бы в отсутствие поля. В таком генераторе может наблюдаться дополнительное электрическое поле, так называемое поле Холла , которое объясняется смещением заряженных частиц между соударениями в сильном магнитном поле в плоскости, перпендикулярной магнитному полю.

Электростанции с магнитогидродинамическими генераторами (МГД-генераторами) . МГД - генераторы планируется сооружать в качестве надстройки к станции типа КЭС. Они используют тепловые потенциалы в 2500-3000 К, недоступные для обычных котлов.

Принципиальная схема ТЭС с МГД - установкой показана на рисунке. Газообразные продукты сгорания топлива, в которые вводится легкоионизируемая присадка (например, К 2 СО 3), направляются в МГД - канал, пронизанный магнитным полем большой напряженности. Кинетическая энергия ионизированных газов в канале преобразуется в электрическую энергию постоянного тока, который, в свою очередь, преобразуется в трехфазный переменный ток и направляется в энергосистему потребителям.

Принципиальная схема КЭС с МГД-генератором:
1 - камера сгорания; 2 – МГД - канал; 3 - магнитная система; 4 - воздухоподогреватель,
5 - парогенератор (котел); 6 - паровые турбины; 7 - компрессор;
8 - конденсатный (питательный) насос.

Билет №4

1.Классификация систем теплоснабжения

Принципиальные схемы систем теплоснабжения по способу подключения к ним систем отопления

По месту выработки теплоты системы теплоснабжения делятся на:

· Централизованные (источник производства тепловой энергии работает на теплоснабжение группы зданий и связан транспортными устройствами с приборами потребления тепла);

· Местные (потребитель и источник теплоснабжения находятся в одном помещении или в непосредственной близости).

По роду теплоносителя в системе:

· Водяные;

· Паровые.

По способу подключения системы отопления к системе теплоснабжения:

· зависимые (теплоноситель, нагреваемый в теплогенераторе и транспортируемый по тепловым сетям, поступает непосредственно в теплопотребляющие приборы);

· независимые (теплоноситель, циркулирующий по тепловым сетям, в теплообменнике нагревает теплоноситель, циркулирующий в системе отопления).

По способу присоединения системы горячего водоснабжения к системе теплоснабжения:

· закрытая (вода на горячее водоснабжение забирается из водопровода и нагревается в теплообменнике сетевой водой);

· Открытая (вода на горячее водоснабжение забирается непосредственно из тепловой сети).

Тепловая сеть– это совокупность трубопроводов и устройств, обеспе-

чивающих по­средством теплоносителя (горячей воды или пара) транспортировку теплоты от источника теплоснабжения к потребителям.

Конструкционно тепловая сеть включает трубопроводы с теплоизоляцией и компенсаторами, устройства для укладки и закрепления трубопроводов, а так же запорную или регулирующую арматуру.

Выбор теплоносителя определяется анализом его положительных и отрицательных свойств. Основные преимущества водяной системы теплоснабжения: высокая аккумулирующая способность воды; возможность транспортировки на большие расстояния; по сравнению с паром меньшие потери тепла при транспортировке; возможность регулирования тепловой нагрузки путем изменения температуры или гидравлического режима. Основной недостаток водяных систем – это большой расход энергии на перемещение теплоносителя в системе. Кроме того, использование воды в качестве теплоносителя, возникает необходимость в специальной ее подготовке. При подготовке в ней нормируются показатели карбонатной жесткости, содержание кислорода, содержание железа и pH. Водяные тепловые сети обычно применяются для удовлетворения отопительно – вентиляционной нагрузки, нагрузки горячего водоснабжения и технологической нагрузки малого потенциала (температура ниже 100 0 С).

Преимущества пара как теплоносителя следующие: малые потери энергии при движении в каналах; интенсивная теплоотдача при конденсации в тепловых приборах; в высокопотенциальных технологических нагрузках пар можно использовать с высокими температурой и давлением. Недостаток: эксплуатация паровых систем теплоснабжения требует соблюдения особых мер безопасности.

Схема тепловой сети определяется следующими факторами: размеще­нием источника теплоснабжения по отношению к району теплового потреб­ления, характером тепловой нагрузки потребителей, видом теплоносителя и принципом его использования.

Тепловые сети подразделяются на:

Магистральные,прокладываемые по главным направлениям объектов теплопотребления;

Распределительные,которые расположены между магистральными тепловыми сетями и узлами ответвления;

Ответвления тепловых сетей к отдельным потребителям (зданиям).

Схемы тепловых сетей применяют, как правило, лучевые, рис. 5.1. От ТЭЦ или котельной 4 по лучевым магистралям 1 теплоноситель поступает к потребителю теплоты 2. С целью резервного обеспечения теплотой потре бителей лучевые магистрали соединяются перемычками 3.

Радиус действия водяных сетей теплоснабжения достигает

12 км. При небольших протяженностях магистралей, что характерно для сельских тепловых сетей, применяют радиальную схему с постоянным уменьшением диаметра труб по мере удаления от источника теплоснабжения.

Укладка тепловых сетей может быть надземной (воздушной) и подземной.

Надземная укладка труб (на

отдельно стоящих мачтах или эстакадах, на бетонных блоках и применяется на территориях предприятий, при сооружении тепловых сетей вне черты города при пересечении оврагов и т.д.

В сельских населенных пунктах наземная прокладка может быть на низких опорах и опорах средней высоты. Этот способ при- меним при температуре тепло-

носителя не более 115 0 С. Подземная прокладка наиболее распространена. Различают канальную и бесканальную прокладку. На рис. 5.2 изображена канальная прокладка. При канальной прокладке, изоляционная конст­рукция трубопроводов разгружена от внешних нагрузок засыпки. При беска­нальной прокладке (см. рис. 5.3) трубопроводы 2 укладывают на опоры 3 (гравийные

или песчаные подушки, деревян- ные бруски и другое).

Засыпка 1, в качестве которой используют: гравий, крупнозернистый песок, фрезерный торф, керамзит и т.п., служит защитой от внешних повреждений и одновременно снижает теплопотери. При канальной прокладке температура теплоносителя может достигать 180 °С. Для тепловых сетей, чаще всего используют стальные трубы диаметром от 25 до 400 мм. С целью предотвращения разрушения металлических труб вследствие температурной деформации по длине всего трубопровода через определенные расстояния устанавливаются к о м п е н с а т о р ы.

Различные конструктивные выполнения компенсаторов приведены на рис. 5.4.

Рис. 5.4. Компенсаторы:

а – П-образный; б – лирообразный; в – сальниковый; г – линзовый

Компенсаторы вида а (П-образный) и б (лирообразный) называют радиальными. В них изменение длины трубы компенсируется деформацией материала в изгибах. В сальниковых компенсаторах в возможно скольжение трубы в трубе. Втаких компенсаторах возникает потребность в надежной конструкции уплотнения. Компенсатор г – линзового типа выбирает изменение длины за счет пружинящего действия линз. Большие перспективы у с и л ь ф о н н ы х компенсаторов. Сильфон – тонкостенная гофрированная оболочка, позволяющая воспринимать различные перемещения в осевом, поперечном и угловом направлениях, снижать уровень вибраций и компенсировать несоосность.

Трубы укладываются на специальные опора двух типов: свободные и неподвижные. Свободные опоры обеспечивают перемещение труб при температурных деформациях. Неподвижные опоры фиксируют положение труб на определенных участках. Расстояние между неподвижными опорами зависит от диаметра трубы, так, например, при D = 100 мм L= 65 м; при D = 200 мм L = 95 м. Между неподвижных опор под трубы с компенсаторами устанавливают 2…3 подвижных опоры.

В настоящее время вместо металлических труб, требующих серьезной защиты от коррозии, начали широко внедряться пластиковые трубы. Промышленность многих стран выпускает большой ассортимент труб из поли-мерных материалов (полипропилена, полиолефена); труб металлопластиковых; труб, изготовленных намоткой нити из графита, базальта, стекла.

На магистральных и распределительных тепловых сетях укладывают трубы с теплоизоляцией, нанесенной индустриальным способом. Для теплоизоляции пластиковых труб предпочтительнее использовать полимеризующиеся материалы: пенополиуретан, пенополистерол и др. Для металлических труб используют битумоперлитовую или фенольнопоропластовую изоляцию.

5.2. Тепловые пункты

Тепловой пункт – это комплекс устройств, расположенных в обособленном помещении, состоящих из теплообменных аппаратов и элементов теплотехнического оборудования.

Тепловые пункты обеспечивают присоединения теплопотребляющих объектов к тепловой сети. Основной задачей ТП является:

– трансформация тепловой энергии;

– распределение теплоносителя по системам теплопотребления;

– контроль и регулирование параметров теплоносителя;

– учета расходов теплоносителей и теплоты;

– отключение систем теплопотребления;

– защита систем теплопотребления от аварийного повышения параметров теплоносителя.

Тепловые пункты подразделяются по наличию тепловых сетей после них на: центральные тепловые пункты (ЦТП) и индивидуальные тепловые пункты (ИТП). К ЦТП присоединяются два и более объекта теплопотребления. ИТП подсоединяет тепловую сеть к одному объекту или его части. По размещению тепловые пункты могут быть отдельно стоящие, пристроенные к зданиям и сооружениям и встроенные в здания и сооружения.

На рис. 5.5 приведена типичная схема систем ИТП, обеспечивающего отопление и горячее водоснабжение отдельного объекта.

Из тепловой сети к запорным кранам теплового пункта подведены две трубы: п о д а ю щ а я (поступает высокотемпературный теплоноситель) и

о б р а т н а я (отводится охлажденный теплоноситель). Параметры теплоносителя в подающем трубопроводе: для воды (давление до 2,5 МПа, температура – не выше 200 0 С), для пара (р t 0 C). Внутри теплового пункта установлены как минимум два теплообменных аппарата рекуперативного типа (кожухотрубные или пластинчатые). Один обеспечивает трансформацию теплоты в систему отопления объекта, другой – в систему горячего водоснабжения. Как в ту, так и в другую системы перед теплообменниками вмонтированы приборы контроля и регулирования параметров и подачи теплоносителя, что позволяет вести автоматический учет потребляемой теплоты. Для системы отопления вода в теплообменнике нагревается максимум до 95 0 С и циркуляционным насосом прокачивается через нагревательные приборы. Циркуляционные насосы (один рабочий, другой резервный) устанавливаются на обратном трубопроводе. Для горячего водоснаб-

жения вода, прокачиваемая через теплообменник циркуляционным насосом, нагревается до 60 0 С и подается потребителю. Расход воды компенсируется в теплообменник из системы холодного водоснабжения. Для учета теплоты, затраченной на нагрев воды, и ее расхода устанавливаются соответствующие датчики и регистрирующие приборы.

Тепловая энергия в виде горячей воды или пара транспортируется от источника теплоты (ТЭЦ или крупной котельной) к тепловым потребителям по специальным трубопроводам, называемым тепловыми сетями.

Тепловая сеть - один из наиболее трудоемких элементов систем централизованного теплоснабжения. Она представляет собой теплопроводы- сложные сооружения, состоящие из соединенных между собой сваркой стальных труб, тепловой изоляции, компенсаторов тепловых удлинений, запорной и регулирующей арматуры, строительных конструкций, подвижных и неподвижных опор, камер, дренажных и воздухоспускных устройств.

По количеству параллельно проложенных теплопроводов тепловые сети могут быть однотрубными, двухтрубными и многотрубными.

Однотрубные сети наиболее экономичны и просты. В них сетевая вода после систем отопления и вентиляции должна полностью использоваться для горячего водоснабжения. Однотрубные тепловые сети являются прогрессивными, с точки зрения значительного ускорения темпов строительства тепловых сетей. В трехтрубных сетях две трубы используют в качестве подающих для подачи теплоносителя с разными тепловыми потенциалами, а третью трубу - в качестве общей обратной. В четырехтрубных сетях одна пара теплопроводов обслуживает системы отопления и вентиляции, а другая - систему горячего водоснабжения и технологические нужды.

В настоящее время наибольшее распространение получили двухтрубные тепловые сети , состоящие из подающего и обратного теплопроводов для водяных сетей и паропровода с конденсатопроводом для паровых сетей. Благодаря высокой аккумулирующей способности воды, позволяющей осуществлять дальнее теплоснабжение, а также большей экономичности и возможности центрального регулирования отпуска теплоты потребителям, водяные сети имеют более широкое применение, чем паровые.

Водяные тепловые сети по способу приготовления воды для горячего водоснабжения разделяются на закрытые и открытые . В закрытых сетях для горячего водоснабжения используется водопроводная вода, нагреваемая сетевой водой в водоподогревателях. При этом сетевая вода возвращается на ТЭЦ или в котельную. В открытых сетях вода для горячего водоснабжения разбирается потребителями непосредственно из тепловой сети и после использования ее в сеть уже не возвращается.

Тепловые сети разделяют на магистральные , прокладываемые на главных направлениях населенных пунктов, распределительные - внутри квартала, микрорайона и ответвления к отдельным зданиям.

Радиальные сети (рис. 1а) сооружают с постепенным уменьшением диаметров теплопроводов в направлении от источника теплоты. Такие сети наиболее просты и экономичны по начальным затратам. Их основ ной недостаток - отсутствие резервирования. Во избежание перерывов в теплоснабжении (в случае аварии на магистрали радиальной сети прекращается теплоснабжение потребителей, присоединенных на аварийном участке) должно предусматриваться резервирование подачи теплоты потребителям за счет устройства перемычек между тепловыми сетями смежных районов и совместной работы источников теплоты (если их несколько). Радиус действия водяных сетей во многих городах достигает значительной величины (15–20 км).

Рис. 1. Схемы тепловых сетей: тупиковая (а) и кольцевая (б)

1- лучевой магистральный теплопровод; 2 - тепловые потребители; 3 - пере­мычки; 4 - районные (квартальные) котельные; 5 - секционирующие камеры; 6 - кольцевая магистраль; 7 - центральные тепловые пункты; 8 - промыш­ленные предприятия

Устройством перемычек тепловая сеть превращается в радиально-кольцевую, происходит частичный переход к кольцевым сетям. Для предприятий, в которых не допускается перерыв в теплоснабжении, предусматривают дублирование или кольцевые (с двусторонней подачей теплоты) схемы тепловых сетей. Хотя кольцевание сетей существенно удорожает их, но зато в крупных системах теплоснабжения значительно повышается надежность теплоснабжения, создается возможность резервирования, а также повышается качество гражданской обороны.

Паровые сети устраивают преимущественно двухтрубными. Возврат конденсата осуществляется по отдельной трубе - конденсатопроводу. Пар от ТЭЦ по паропроводу со скоростью 40–60 м/с и более идет к месту потребления. В тех случаях, когда пар используется в теплообменниках, конденсат его собирается в конденсатных баках, откуда насосами по конденсатопроводу возвращается на ТЭЦ.

Рис. 2. Прокладка теплопрово­дов на мачтах

Рис. 3. Проходной канал из сборных железобетонных блоков

Направление трассы тепловых сетей в городах и других населенных пунктах должно предусматриваться по районам наиболее плотной тепловой нагрузки с учетом существующих подземных и надземных сооружений, данных о составе грунтов и уровне стояния грунтовых вод, в отведенных для инженерных сетей технических полосах параллельно красным линиям улиц, дорог, вне проезжей части и полосы зеленых насаждений. Следует стремиться к наименьшей протяженности трассы, а следовательно, к меньшим объемам работ по прокладке.

Рис. 4. Непроходные каналы марки КЛ (а), КЛп (б) и КЛс (в)

По способу прокладки тепловые сети делят на подземные и надземные (воздушные). Надземная прокладка труб (на отдельно стоящих мачтах или эстакадах, на кронштейнах, заделываемых в стены здания) применяется на территориях промышленных предприятий, при сооружении тепловых сетей вне черты города, при пересечении оврагов и т. д.. Надземная прокладка тепловых сетей рекомендуется преимущественно при высоком стоянии грунтовых вод. Преобладающим способом прокладки трубопроводов тепловых сетей является подземная прокладка: в проходных каналах и коллекторах совместно с другими коммуникациями; в полупроходных и непроходных каналах; бесканальная (в защитных оболочках различной формы и с засыпной теплоизоляцией).

Наиболее совершенный, но и более дорогой способ представляет собой прокладка теплопроводов в проходных каналах, которые применяют при наличии нескольких теплопроводов больших диаметров. При температуре воздуха в каналах более 50 °С предусматривают естественную или механическую вентиляцию.

Вытяжные шахты на трассе размещают примерно через 100 м. Приточные шахты располагают между вытяжными и по возможности объединяют с аварийными люками. На участках тепловых сетей с большим числом трубопроводов и высокой температурой теплоносителей устраивают механическую вентиляцию. При температуре воздуха в каналах ниже 40 °С их периодически проветривают, открывая люки и входы. Во время производства ремонтных работ можно применять механический передвижной вентиляционный агрегат. В больших городах строят так называемые городские коллекторы, в которых прокладывают теплопроводы, водопровод, электрические и телефонные кабели.

Полупроходные каналы состоят из стеновых блоков Г-образной формы, железобетонных днищ и перекрытий. Строят их под проездами с интенсивным уличным движением, под железнодорожными путями, при пересечении зданий, где затруднено вскрытие теплопроводов для ремонта. Высота их обычно не превышает 1600 мм, ширина прохода между трубами 400–500 мм. В практике централизованного теплоснабжения наиболее широко применяются непроходные каналы .

Рис. 5. Конструктивные элементы тепловых сетей

а -камера тепловой сети; 1- сальниковые компенсаторы; 2 - манометры; 3 - неподвижная опора; 4 - канал; б -размещение ниш по трассе теплопро­водов: Н - неподвижная опора; П - подвижная опора; в - размещение ком­пенсатора в нише:1 - подающий трубопровод; 2 - обратный трубопровод; 3 -стенка; г - сальниковый компенсатор; 1 - патрубок; 2 - грундбукса; 3 - набивка-шнур; 4 - кольцо уплотнительное; 6 - корпус; 6 - контрбукса; 7 - кольцо предохранительное; 8- болт: 9 - шайба; 10 - гайка; д - неподвиж­ная щитовая опора; 1 - железобетонная плита-щит; 2 - приварные упоры; 3 -канал; 4 - бетонная подготовка: 5 -трубопроводы; 6 - дренажное от­верстие; е - катковая подвижная опора: 1 - каток; 2 - направляющие; 3 - металлическая подкладка

Рис. 6. Бесканальная проклад­ка теплопроводов в монолитных оболочках из армированного пено­бетона

1- армопенобетонная оболочка; 2 - песчаная подсыпка; 3 - бетонная под­готовка; 4 - грунт

Разработаны типовые каналы трех видов: канал марки КЛ, состоящий из лотков и железобетонных плит перекрытия; канал марки КЛп, состоящий из плиты-днища и лотка и канал марки КЛс, состоящий из двух лотков, уложенных один на другой и соединенных на цементном растворе с помощью двутавровых балок. По трассе подземного теплопровода устраивают специальные камеры и колодцы для установки арматуры, измерительных приборов, сальниковых компенсаторов и др., а также ниши для П-образных компенсаторов. Подземный теплопровод прокладывают на скользящих опорах. Расстояние между опорами принимают в зависимости от диаметра труб, причем опоры подающего и обратного трубопроводов устанавливают вразбежку.

Тепловые сети в целом, особенно магистральные, являются серьезным и ответственным сооружением. Их стоимость, по сравнению с затратами на строительство ТЭЦ, составляет значительную часть.

Бесканальный способ прокладки теплопровода - самый дешевый. Применение его позволяет снизить на 30–40% строительную стоимость тепловых сетей, значительно уменьшить трудовые затраты и расход строительных материалов. Блоки теплопроводов изготовляют на заводе. Монтаж теплопроводов на трассе сводится лишь к укладке автокраном блоков в траншею и сварке стыков. Заглубление тепловых сетей от поверхности земли или дорожного покрытия до верха перекрытия канала или коллектора принимается, м: при наличии дорожного покрытия - 0,5, без дорожного покрытия - 0,7, до верха оболочки бесканальной прокладки - 0,7, до верха перекрытия камер - 0,3.

В настоящее время свыше 80% тепловых сетей проложены в непроходных каналах, около 10% - надземные, 4% - в проходных каналах и тоннелях и около б% - бесканальные. Средний срок службы подземных канальных теплопроводов вдвое меньше нормативного и не превышает в среднем 10–12 лет, а бесканальных с изоляцией на битумовяжущей основе - не более 6- 8 лет. Основной причиной повреждений является наружная коррозия, возникающая из-за отсутствия или некачественного нанесения антикоррозионных покрытий, неудовлетворительного качества или состояния покровных слоев, допускающих избыточное увлажнение изоляции, а также вследствие затопления каналов из-за неплотностей конструкций. Как у нас в стране, так и за рубежом ведется постоянный поиск, а в последние годы особенно интенсивно, в направлении повышения долговечности теплопроводов, надежности их работы и снижения затрат на их сооружение.

Подготовленный теплоноситель (пар определенного давления или вода, нагретая до заданной температуры) подается по тепловым сетям к потребителям теплоты. Тепловая сеть состоит из теплопроводов, т. е. соединенных сваркой стальных труб, тепловой изоляции, запорной и регулировочной арматуры, насосных подстанций, авторегуляторов, компенсаторов тепловых удлинений, дренажных и воздухоспускных устройств, подвижных и неподвижных опор, камер обслуживания и строительных конструкций.

В настоящее время тепловые сети выполняются большей частью двухтрубными, состоящими из подающего и обратного теплопроводов для водяных сетей и паропровода с конденсатопроводом для паровых сетей.

Схема тепловой сети определяется размещением источников теплоты (ТЭЦ или районных котельных) по отношению к району теплового потребления, характером тепловой нагрузки и видом теплоносителя. Схема сети должна обеспечивать надежность и экономичность эксплуатации; протяженность сети должна быть минимальной, а конфигурация по возможности простой.

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, как правило, 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.

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.

Водяные тепловые сети должны четко разделяться на магистральные и распределительные. К магистральным обычно относятся теплопроводы, соединяющие источники теплоты с районами теплового потребления, а также между собой. Теплоноситель поступает из магистральных 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 магистральным сетям не следует допускать, за исключением случаев присоединения крупных промышленных предприятий.

Различают радиальные и кольцевые тепловые сети. Наиболее часто применяются радиальные сети, которые характеризуются постепенным уменьшением диаметра по мере удаления от источника теплоснабжения и снижения тепловой нагрузки (рис. 26). Такие сети просты в эксплуатации и требуют наименьших капитальных затрат.

Недостатком радиальных сетей является отсутствие резервирования. При аварии на одной из магистралей, например в точке а магистрали I , прекратится подача теплоты всем потребителям, расположенным после точки а по ходу теплоносителя. При аварии в начале магистрали прекращается теплоснабжение всех потребителей; присоединенных к этой магистрали. Для резервирования снабжения потребителей теплотой могут предусматриваться перемычки между магистралями. Перемычки прокладываются повышенного диаметра, они соединяют середины или концы магистралей.

При теплоснабжении крупных городов от нескольких ТЭЦ целесообразно предусмотреть взаимную блокировку ТЭЦ путем соединения их магистралей блокировочными связями. В этом случае может быть создана объединенная кольцевая тепловая сеть с несколькими источниками питания. Схема такой сети показана на рис. 27. В такую же систему в ряде случаев могут быть объединены тепловые сети ТЭЦ и крупных районных или промышленных котельных.

Кольцевание сетей значительно удорожает сети, но повышает надежность теплоснабжения. Кольцевание промышленных тепловых сетей иногда является обязательным при снабжении теплотой потребителей, не допускающих перерывов в подаче теплоносителя, как правило, для технологических потребностей. В этом случае кольцевание может быть заменено дублированием, т. е. прокладкой параллельно двух паропроводов или теплопроводов. Второй паропровод или теплопровод в этом случае находится в «горячем резерве». При соответствующих обоснованиях на промышленных предприятиях предусматривается резервная мощность тепловых сетей для последующего расширения предприятия или отдельных цехов.

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 источниками теплоты.