Hydrauliczne obliczenia sieci ciepłowniczych: koncepcja, definicja, metoda obliczeń z przykładami, zadaniami i projektem

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

W obliczeniach hydraulicznych sieci ciepłowniczych ustawiane jest całkowite natężenie przepływu głównej ciepłej wody do ogrzewania, klimatyzacji, wentylacji i ciepłej wody. Na podstawie takich obliczeń określane są niezbędne parametry urządzeń pompujących, wymienników ciepła oraz średnice rur sieci głównej.

Trochę o teorii i problemach

Głównym zadaniem obliczeń hydraulicznych sieci ciepłowniczych jest dobór parametrów geometrycznych rury i standardowych rozmiarów elementów sterujących w celu zapewnienia:

• jakościowo-ilościowy rozdział chłodziwa do poszczególnych urządzeń grzewczych;
• niezawodność termiczno-hydrauliczna i opłacalność ekonomiczna zamkniętego systemu termicznego;
• optymalizacja kosztów inwestycyjnych i operacyjnych organizacji ciepłowniczej.

Obliczenia hydrauliczne sieci ciepłowniczych stwarzają warunki, aby urządzenia grzewcze i ciepłej wody osiągnęły wymaganą moc przy danej różnicy temperatur. Na przykład dla wykresu T 150-70 ^oS, będzie on równy 80 ^{oS. Osiąga się to poprzez wytworzenie wymaganego ciśnienia wody lub ciśnienia chłodziwa w każdym punkcie ogrzewania.}

Taki warunek wstępny działania systemu cieplnego jest realizowany poprzez umiejętne ustawienie sprzętu sieciowego zgodnie z warunkami projektowymi, instalację sprzętu na podstawie wyników obliczeń hydraulicznych sieci cieplnych.

Etapy hydrauliki sieciowej:

1. Obliczenia przed uruchomieniem.
2. Regulamin operacyjny.

Wstępna hydraulika sieciowa w toku:

• poprzez obliczenia;
• metoda pomiaru.

W Federacji Rosyjskiej dominuje metoda obliczeniowa, która określa wszystkie parametry elementów systemu zaopatrzenia w ciepło w jednym obszarze osadniczym (dom, dzielnica, miasto). Bez tego sieć zostanie zderegulowana, a chłodziwo nie będzie dostarczane na górne piętra budynków wielopiętrowych. Dlatego rozpoczęcie budowy każdego, nawet najmniejszego obiektu ciepłowniczego rozpoczyna się od obliczeń hydraulicznych sieci ciepłowniczych.

Sporządzanie schematu sieci ciepłowniczych

Przed obliczeniami hydraulicznymi wykonywany jest wstępny schemat linii głównej, wskazujący długość L w metrach i D przewodów inżynierskich w mm oraz szacunkowe objętości wody sieciowej dla projektowanych odcinków schematu. Straty ciśnienia w systemach zaopatrzenia w ciepło dzielą się na liniowe, powstające w związku ztarcie mediów o ścianki rur oraz straty na odcinkach spowodowane miejscowym oporem konstrukcyjnym w wyniku obecności trójników, kolanek, kompensatorów, kolanek i innych urządzeń.

Przykład obliczenia obliczeń hydraulicznych sieci ciepłowniczych:

1. Najpierw wykonywane są rozszerzone obliczenia w celu określenia maksymalnej wydajności sieci, która może w pełni zapewnić mieszkańcom usługi grzewcze.
2. Po zakończeniu ustalane są jakościowe i ilościowe wskaźniki sieci głównej i wewnątrzkwartalnej, w tym końcowe ciśnienie i temperatura nośnika w węzłach wlotowych odbiorców ciepła, z uwzględnieniem strat ciepła.
3. Wykonaj testowe obliczenia hydrauliczne instalacji grzewczej i ciepłej wody.
4. Ustalają rzeczywiste koszty w sekcjach schematu i na wejściu do obiektów mieszkalnych, ilość ciepła odbieranego przez abonentów przy obliczaniu temperatury chłodziwa w rurociągu wody zasilającej systemów grzewczych i dostępnego ciśnienia w kolektorze wylotowym uzasadnienie reżimów hydrotermalnych przewidywana temperatura wewnątrz pomieszczeń mieszkalnych.
5. Określ żądaną temperaturę na wylocie źródła ciepła.
6. Ustaw maksymalną wielkość T podgrzewanej wody na wylocie z kotłowni lub innego źródła ciepła, uzyskaną na podstawie obliczeń hydraulicznych sieci ciepłowniczej. Musi zapewniać standardy higieny w pomieszczeniach.

Stosowanie metody normatywnej

Hydraulika sieci wykonywana jest w oparciu o tabele maksymalnych godzinowych obciążeń cieplnych oraz schemat dostaw ciepła dla miasta lub powiatu wskazujący źródła, lokalizację głównych,systemy inżynieryjne wewnątrz kwartału i wewnątrz domu, z wyznaczeniem granic własności bilansowej właścicieli sieci. Obliczenia hydrauliczne rurociągów sieci ciepłowniczych każdego odcinka do powyższego schematu są przeprowadzane osobno.

Ta metoda obliczeniowa jest stosowana nie tylko do sieci ciepłowniczych, ale także do wszystkich rurociągów transportujących płynne media, w tym kondensat gazowy i inne płynne media chemiczne. W przypadku systemów zaopatrzenia w ciepło rurociągów należy wprowadzić zmiany, aby uwzględnić lepkość kinematyczną i gęstość nośnika. Wynika to z faktu, że te cechy wpływają na jednostkowe straty ciśnienia w rurach, a prędkość przepływu jest związana z gęstością medium tranzytowego.

Parametry obliczeń hydraulicznych sieci ciepłowniczej

Zużycie ciepła Q i ilość chłodziwa G dla działek są wskazane w tabeli maksymalnych wskaźników godzinowego zużycia ciepła dla sezonu zimowego i letniego oddzielnie i odpowiadają sumie zużycia ciepła dla kwartałów uwzględnionych w schemat.

Przykład obliczeń hydraulicznych sieci ciepłowniczej przedstawiono poniżej.

Ponieważ obliczenia zależą od wielu wskaźników, wykonuje się je za pomocą licznych tabel, wykresów, wykresów, nomogramów, końcową wartość zużycia ciepła Q dla domowych systemów grzewczych uzyskuje się przez interpolację.

Ilość płynu krążącego w sieci ciepłowniczej m3/godzinę przy obliczaniu trybu hydraulicznego sieci ciepłowniczej określa wzór:

G=(D2 /4) x V, Gdzie:

• G - zużycie nośnika, m3/godzinę;
• D – średnica rurociągu, mm;
• V - prędkość przepływu, m/s.

Liniowe spadki ciśnienia w obliczeniach hydraulicznych sieci ciepłowniczych są pobierane ze specjalnych tabel. Podczas montażu systemów grzewczych montuje się w nich dziesiątki i setki elementów pomocniczych: zawory, kształtki, odpowietrzniki, kolanka i inne, tworzące opór dla medium tranzytowego.

Przyczyny spadku ciśnienia w rurociągach mogą również obejmować stan wewnętrzny materiałów rur oraz obecność na nich osadów soli. Wartości współczynników stosowane w obliczeniach technicznych podano w tabelach.

Standardowa metodologia i etapy procesu

Zgodnie z metodą obliczeń hydraulicznych sieci ciepłowniczych odbywa się to w dwóch etapach:

1. Budowa schematu sieci ciepłowniczej, na której odcinki są ponumerowane, najpierw w rejonie autostrady centralnej - dłuższa i bardziej obszerna linia sieciowa pod względem obciążenia od punktu połączenia do większej obiekt zdalnej konsumpcji.
2. Obliczanie spadku ciśnienia na każdym odcinku rury, schemat. Odbywa się to za pomocą tabel i nomogramów, które są wskazane przez wymagania norm i standardów państwowych.

Po pierwsze, obliczenia dla głównej autostrady są przeprowadzane według kosztów ustalonych zgodnie ze schematem. Jednocześnie wykorzystywane są dane referencyjne konkretnych strat ciśnienia w sieciach.

Ponadto, po obliczeniu średnic rur, obliczają:

1. Liczba kompensatorów wg schematu.
2. Odporności na faktycznie zainstalowane elementysieci ciepłownicze.

Utrata głowy jest obliczana na podstawie wzorów i nomogramów. Następnie, mając te dane w całej sieci, obliczany jest reżim hydromechaniczny poszczególnych odcinków od miejsca podziału przepływu do odbiorcy końcowego.

Obliczenia są powiązane z wyborem średnic odgałęzień. Rozbieżność nie przekracza 10%. Nadciśnienie w systemie grzewczym jest wygaszane w węzłach windy, dyszach dławiących lub autoregulatorach w punktach wykonawczych domu.

Przy dostępnym ciśnieniu głównego systemu grzewczego i odgałęzień najpierw ustaw przybliżoną rezystancję właściwą Rm, Pa/m.

W obliczeniach wykorzystano tabele, nomogramy do obliczeń hydraulicznych rurociągów sieci ciepłowniczych i inną literaturę referencyjną obowiązkową dla wszystkich etapów, którą łatwo znaleźć w Internecie i literaturze specjalistycznej.

Transport ciepłej wody

Algorytm schematu obliczeniowego jest ustalany na podstawie dokumentacji regulacyjnej i technicznej, norm państwowych i sanitarnych oraz jest wykonywany w ścisłej zgodności z ustaloną procedurą.

Artykuł zawiera przykład obliczenia obliczeń hydraulicznych instalacji grzewczej. Procedura jest wykonywana w następującej kolejności:

1. Na zatwierdzonym schemacie zaopatrzenia w ciepło dla miasta i okręgu punkty węzłowe obliczeń, źródło ciepła, śledzenie systemów inżynierskich są oznaczone ze wskazaniem wszystkich gałęzi, podłączonych obiektów konsumenckich.
2. Wyjaśnij granice własności bilansu sieci konsumenckich.
3. Przypisz numery do wykresu zgodnie ze schematem, rozpoczynając numeracjęod źródła do użytkownika końcowego.

System numeracji powinien wyraźnie oddzielać rodzaje sieci: główna wewnątrz kwartału, międzydomowa od studni cieplnej do granic bilansu, przy czym lokalizacja jest ustawiona jako segment sieci, ujęta dwie gałęzie.

Wykres pokazuje wszystkie parametry obliczeń hydraulicznych głównej sieci ciepłowniczej z węzła centralnego ogrzewania:

• Q - GJ/godzinę;
• G m3/godzina;
• D - mm;
• V - m/s;
• L - długość odcinka, m.

Obliczanie średnicy określa wzór.

Sieci ogrzewania parowego

Ta sieć ciepłownicza jest przeznaczona do systemu zaopatrzenia w ciepło wykorzystującego nośnik ciepła w postaci pary.

Różnice tego schematu od poprzedniego wynikają ze wskaźników temperatury i ciśnienia medium. Strukturalnie sieci te są krótsze, w dużych miastach zwykle obejmują tylko te główne, czyli od źródła do punktu centralnego ogrzewania. Nie są wykorzystywane jako sieci wewnątrz dzielnicowe i wewnątrzdomowe, z wyjątkiem małych zakładów przemysłowych.

Schemat obwodu jest wykonywany w tej samej kolejności, co w przypadku chłodziwa wodnego. Wszystkie parametry sieci dla każdej gałęzi są wskazane na odcinkach, dane są pobierane z tabeli podsumowującej krańcowe godzinowe zużycie ciepła, z sumowaniem krok po kroku wskaźników zużycia od odbiorcy końcowego do źródła.

Wymiary geometrycznerurociągi są instalowane na podstawie wyników obliczeń hydraulicznych, które są przeprowadzane zgodnie z normami i zasadami państwowymi, w szczególności SNiP. Wartością decydującą jest strata ciśnienia medium kondensatu gazowego ze źródła dostarczania ciepła do odbiorcy. Przy większej stracie ciśnienia i mniejszej odległości między nimi prędkość ruchu będzie duża, a średnica rurociągu parowego będzie musiała być mniejsza. Dobór średnicy odbywa się według specjalnych tabel, w oparciu o parametry chłodziwa. Następnie dane są wprowadzane do tabel przestawnych.

Nośnik ciepła do sieci kondensatu

Obliczenia dla takiej sieci ciepłowniczej różnią się znacznie od poprzednich, ponieważ kondensat jest jednocześnie w dwóch stanach - w parze i wodzie. Stosunek ten zmienia się w miarę przemieszczania się w kierunku konsumenta, tzn. para staje się coraz bardziej wilgotna i ostatecznie całkowicie zamienia się w ciecz. Dlatego obliczenia dla rur każdego z tych mediów różnią się i są już brane pod uwagę przez inne normy, w szczególności SNiP 2.04.02-84.

Procedura obliczania rurociągów kondensatu:

1. Tabele ustalają wewnętrzną równoważną chropowatość rur.
2. Wskaźniki strat ciśnienia w rurach w odcinku sieci, od wylotu chłodziwa z pomp dostarczających ciepło do odbiorcy, są akceptowane zgodnie z SNiP 2.04.02-84.
3. Obliczenia tych sieci nie uwzględniają zużycia ciepła Q, a jedynie zużycie pary.

Cechy konstrukcyjne tego typu sieci znacząco wpływają na jakość pomiarów, ponieważ rurociągi do tegorodzaje chłodziw są wykonane ze stali czarnej, sekcje sieciowe za pompami sieciowymi z powodu wycieków powietrza szybko korodują od nadmiaru tlenu, po czym tworzy się niskojakościowy kondensat z tlenkami żelaza, co powoduje korozję metalu. Dlatego zaleca się instalowanie na tym odcinku rurociągów ze stali nierdzewnej. Chociaż ostateczny wybór zostanie dokonany po zakończeniu studium wykonalności sieci ciepłowniczej.

Programy projektowe

Straty energii spowodowane zaworami, złączkami i kolankami są powodowane przez lokalne zakłócenia przepływu. Strata energii występuje na skończonym i niekoniecznie krótkim odcinku rurociągu, jednak do obliczeń hydraulicznych przyjmuje się, że cała objętość tej straty jest uwzględniana w miejscu lokalizacji urządzenia. W przypadku systemów rurowych ze stosunkowo długimi rurami często zdarza się, że wynikające z tego straty będą nieistotne w stosunku do całkowitej straty ciśnienia w rurze.

Stratność w przewodach jest mierzona przy użyciu rzeczywistych danych eksperymentalnych, a następnie analizowana w celu określenia lokalnego współczynnika strat, który może być wykorzystany do obliczenia strat złączki, ponieważ zmienia się on w zależności od natężenia przepływu płynu przez to urządzenie.

Pipe Flow Software ułatwia określenie strat w montażu i innych strat w obliczeniach różnicy ciśnień, ponieważ są one wstępnie załadowane z bazą danych zaworów, która zawiera wiele standardowych współczynników dla zaworów iokucia o różnych rozmiarach. Pompa jest często używana w instalacji rurowej w celu zwiększenia ciśnienia w celu przezwyciężenia strat związanych z tarciem i innymi oporami.

Wydajność pompy jest określona przez krzywą. Wysokość podnoszenia wytwarzana przez pompę zmienia się w zależności od natężenia przepływu, dlatego znalezienie punktu pracy na krzywej wydajności pompy nie zawsze jest łatwym zadaniem.

Jeżeli korzystasz z programu do obliczeń hydraulicznych Pipe Flow Expert, dość łatwo jest znaleźć dokładny punkt pracy na krzywej pompy, zapewniając zrównoważenie przepływów i ciśnień w całym systemie, aby podjąć dokładną decyzję projektową rurociągi.

Kalkulacje online są dokonywane w celu dobrania optymalnej średnicy, która zapewnia najlepsze parametry pracy, niskie straty ciśnienia i wysokie prędkości ruchu mediów, co zapewni dobre wskaźniki techniczne i ekonomiczne całej sieci ciepłowniczej.

To minimalizuje wysiłek i zapewnia większą dokładność. Zawiera wszystkie niezbędne tabele referencyjne i nomogramy. Zatem straty na metr rur są przyjmowane w ilości 81 - 251 Pa/m (8,1 - 25,1 mm słupa wody), co zależy od materiału rur. Prędkość wody w systemie zależy od średnicy zainstalowanych rur i jest dobierana w określonym zakresie. Najwyższa prędkość wody w sieciach ciepłowniczych wynosi 1,5 m/s. Obliczenie sugeruje wartości graniczne prędkości wody w rurociągach o średnicy wewnętrznej:

1. 15,0mm-0,3m/s;
2. 20,0mm-0,65m/s;
3. 25, 0 mm - 0,8 m/s;
4. 32,0mm-1,0m/s.
5. Dla innych średnic nie więcej niż 1,5 m/s.
6. W przypadku rurociągów systemów przeciwpożarowych dozwolona jest średnia prędkość do 5,0 m/s.

Instrumentalny system geoinformacyjny

GIS Zulu - program geoinformacyjny do obliczeń hydraulicznych sieci ciepłowniczych. Firma specjalizuje się w badaniach aplikacji GIS wymagających wizualizacji geodanych 3D w wersji wektorowej i rastrowej, badań topologicznych oraz ich relacji z semantycznymi bazami danych. Zulu umożliwia tworzenie różnych planów i przepływów pracy, w tym sieci ciepłowniczych i parowych przy użyciu topologii, może pracować z rastrami i pozyskiwać dane z różnych baz danych, takich jak BDE lub ADO.

Obliczenia prowadzone są w ścisłej integracji z systemem geoinformacyjnym, wykonywane są w wersji rozszerzonego modułu. Sieć jest elementarna i obrazowo wprowadzana do GIS za pomocą myszki lub według podanych współrzędnych. Następnie natychmiast tworzony jest schemat obliczeniowy. Następnie ustawiane są parametry obwodów i potwierdzane jest rozpoczęcie procesu. Obliczenia mają zastosowanie do ślepych i pierścieniowych systemów grzewczych, w tym sieciowych zespołów pompowych i dławiących, zasilanych z jednego lub kilku źródeł. Obliczenia ogrzewania można wykonać, biorąc pod uwagę wycieki z sieci dystrybucyjnych i straty ciepła w rurach grzewczych.

Aby zainstalować specjalny program na komputerze, pobierz z Internetu przez torrent „Obliczenia hydrauliczne sieci ciepłowniczych 3.5.2”.

Struktura etapów definicji:

1. Definicja komutacji.
2. Sprawdzenie obliczeń hydromechanicznych sieci ciepłowniczej.
3. Uruchomienie obliczeń cieplno-hydraulicznych rur głównych i wewnętrznych.
4. Dobór projektu wyposażenia sieci ciepłowniczej.
5. Obliczanie wykresu piezometrycznego.

Narzędzie programistyczne Microsoft Excel

Microsoft Excel do obliczeń hydraulicznych w sieciach cieplnych jest najbardziej dostępnym narzędziem dla użytkowników. Jego wszechstronny edytor arkuszy kalkulacyjnych może rozwiązać wiele problemów obliczeniowych. Jednak przy wykonywaniu obliczeń systemów cieplnych muszą być spełnione specjalne wymagania. Można je wymienić:

• znajdowanie poprzedniej sekcji w kierunku medium;
• obliczanie średnicy rury zgodnie z tym wskaźnikiem warunkowym i obliczenia odwrotne;
• ustawianie współczynnika korygującego dla wielkości określonej straty ciśnienia zgodnie z danymi i równoważną chropowatością materiału rury;
• obliczanie gęstości medium na podstawie jego temperatury.

Oczywiście wykorzystanie programu Microsoft Excel do obliczeń hydraulicznych w sieciach ciepłowniczych nie pozwala na całkowite uproszczenie przebiegu obliczeń, co początkowo wiąże się ze stosunkowo dużymi kosztami pracy.

Oprogramowanie do obliczeń hydromechanicznych sieci lub pakiet GRTS - aplikacja komputerowa wykonująca obliczenia hydromechaniczne sieci wielorurowych, w tym konfigurację typu dead-end. Platforma GRTS zawiera funkcjonalność językową formuł, która pozwala:ustalić niezbędne cechy obliczeń i wybrać formuły dla dokładności ich określenia. Dzięki wykorzystaniu tej funkcjonalności kalkulator ma możliwość samodzielnego znalezienia technologii obliczeniowej i ustawienia wymaganej złożoności.

Istnieją dwie wersje aplikacji GRTS: 1.0 i 1.1. Na koniec użytkownik otrzyma następujące wyniki:

• obliczanie, które dokładnie opisuje metodologię obliczeń;
• raport w formie tabelarycznej;
• transfer obliczeniowych baz danych do programu Microsoft Excel;
• wykres piezometryczny;
• Wykres temperatury nośnika ciepła.

Aplikacja GRTS 1.1 jest uważana za najnowocześniejszą modyfikację i obsługuje najnowsze standardy:

1. Obliczanie średnic rur na podstawie podanych ciśnień w punktach końcowych wykresu termicznego.
2. Zaktualizowano platformę pomocy. Zespół "?" otwiera obszar pomocy aplikacji na ekranie monitora.

Obliczenia hydrauliczne sieci ciepłowniczych

Przykład obliczenia przedstawiono poniżej.

Minimalne podstawowe parametry wymagane do zaprojektowania systemu rurociągów obejmują:

1. Charakterystyka i właściwości fizyczne cieczy.
2. Wymagany przepływ masowy (lub objętość) transportowanego medium.
3. Ciśnienie, temperatura w punkcie początkowym.
4. Ciśnienie, temperatura i wysokość w punkcie końcowym.
5. Odległość między dwoma punktami i równoważna długość (strata ciśnienia) zainstalowanych zaworów i złączek.

Te podstawowe parametry są niezbędne do projektowania systemu rurociągów. Zakładając stały przepływ, istnieje szereg równań opartych na ogólnym równaniu energetycznym, które można wykorzystać do zaprojektowania systemu rurociągów.

Zmienne związane z przepływem cieczy, pary lub dwufazowego kondensatu wpływają na wynik obliczeń. Prowadzi to do wyprowadzenia i opracowania równań mających zastosowanie do konkretnego płynu. Chociaż systemy rurociągów i ich projektowanie mogą stać się złożone, zdecydowaną większość problemów projektowych, z którymi musi zmierzyć się inżynier, można rozwiązać za pomocą standardowych równań przepływu Bernoulliego.

Podstawowym równaniem opracowanym w celu przedstawienia stacjonarnego przepływu płynu jest równanie Bernoulliego, które zakłada, że całkowita energia mechaniczna jest zachowana dla stałego, nieściśliwego, nielepkiego przepływu izotermicznego bez przenoszenia ciepła. Te warunki ograniczające mogą rzeczywiście być reprezentatywne dla wielu systemów fizycznych.

Straty ciśnienia związane z zaworami i złączkami można również obliczyć, biorąc pod uwagę równoważne „długości” odcinków rur dla każdego zaworu i złączki. Innymi słowy, obliczona strata ciśnienia spowodowana przepływem płynu przez zawór jest wyrażana jako dodatkowa długość rury, która jest dodawana do rzeczywistej długości rury podczas obliczania spadku ciśnienia.

Wszystkie równoważne długości spowodowane przez zawory i złączki w segmencierury zostaną dodane razem, aby obliczyć spadek ciśnienia dla obliczonego segmentu rury.

Podsumowując, możemy powiedzieć, że celem obliczeń hydraulicznych sieci ciepłowniczej w punkcie końcowym jest sprawiedliwy rozkład obciążeń cieplnych pomiędzy abonentami systemów ciepłowniczych. Obowiązuje tu prosta zasada: każdy grzejnik - w zależności od potrzeb, czyli większy grzejnik, który ma zapewnić większą objętość ogrzewania pomieszczeń, powinien otrzymać większy przepływ chłodziwa. Prawidłowo przeprowadzone obliczenia sieci mogą zapewnić tę zasadę.