При проектировании крупных систем теплоснабжения, питаемых от нескольких параллельно работающих источников теплоты или от нескольких параллельно работающих взаимно сблокированных магистралей, на пьезометрических графиках указываются также линии напоров при аварийных ситуациях, когда отдельные секции основных магистралей выключаются из работы и в работу включаются блокирующие перемычки.
Разработку пьезометрического графика начинают с гидростатического режима, когда циркуляция отсутствует, и система теплоснабжения заполнена водой с температурой не выше 100 ?С. На основе гидростатического режима из условия не превышения допустимого давления во всех элементах оборудования, включая абонентские установки, проверяют возможность установления общей статической зоны для всей системы теплоснабжения, т.е. возможность поддержания одного и того же статического напора во всей системе, а также выявляют причины, препятствующие такому решению.
Установление общей статической зоны для всей системы теплоснабжения упрощает эксплуатацию и повышает надежность теплоснабжения, поэтому такое решение является предпочтительным. Наиболее просто эта задача решается при независимой схеме присоединения всех отопительных установок и тепловой сети, так как в этом случае механически наиболее слабый элемент системы - отопительные чугунные радиаторы или отопительные бетонные панели гидравлически изолируются от системы теплоснабжения.
При зависимой схеме присоединения отопительных установок к тепловой сети установлению общей статической зоны часто препятствует высокий полный статический напор, определяемый из условия обеспечения избыточного давления не менее 0,05 МПа (5 м вод. ст.) в верхних точках наиболее высоко расположенных отопительных установок, что вызывает недопустимо высокие давления в отопительных системах зданий, расположенных на низких геодезических уровнях. Это препятствие устраняется присоединением по независимой схеме отопительных установок зданий, создающих повышенный полный статический напор, или зданий, в которых создается недопустимо высокий пьезометрический статический напор.
Другое возможное решение задачи - разделение системы теплоснабжения на отдельные статические зоны, в каждой из которых с помощью автоматических клапанов и подпиточных насосов поддерживается заданное значение полного статического напора при прекращении циркуляции воды в системе теплоснабжения.
На рис. 2, а показан график статических напоров системы теплоснабжения с тремя группами отапливаемых зданий А, В, С (рис. 2, б) высотой по 35 м, расположенных на трех разных геодезических уровнях 0; 20; 40 м.
При зависимой схеме присоединения всех отопительных установок к тепловой сети полный статический напор в системе теплоснабжения определяется условием создания пьезометрического напора около 5 м в верхних точках отопительных установок С, расположенных на наиболее высоком геодезическом уровне, и составляет
Н ст = 40+ 35 + 5 = 80 м.
Под этим полным статическим напором, показанным на рис. 2, а горизонтальной линией S-S, находятся все элементы системы теплоснабжения.
Рис. 2. Линии статических напоров и принципиальная схема системы теплоснабжения
а - линии статических напоров; б - принципиальная схема сети; 1- сетевой насос; 2 - предвключенный насос; H3 - подпиточный насос станции (нижней зоны); B - подпиточный насос станции верхней зоны; 4 - бак подпиточной воды; Н5 - регулятор подпитки нижней зоны, В5 - регулятор подпитки верхней зоны; 6 - теплофикационный подогреватель; 7 - пиковый котел; 8 - обратный затвор; 9 - регулятор давления «до себя»
Пьезометрический статический напор в нижних точках отопительных установок, присоединенных к водяной тепловой сети по зависимой схеме, составляет для зданий группы А: НА = 80 - 0 = 80 м; для зданий группы В: HВ = 80 - 20 = 60 м; для зданий группы С: HС = 80 - 40 =40 м. Пьезометрический статический напор для оборудования источника теплоты (водогрейных котлов, тeплофикационных подогревателей, сетевых насосов и др.), установленного на отметке 0, также равен 80 м. В данном случае пьезометрический статический напор в нижних точках отопительных установок группы А превышает допустимое по условиям прочности отопительных чугунных радиаторов значение 60 м вод. ст.
Для сохранения в этих условиях общего статического уровня для всей системы водоснабжения возможно следующее.
1. Присоединение к тепловой сети по независимой схеме отопительных установок группы С. В этом случае полный статический напор в системе теплоснабжения должен быть выбран из условия создания минимального избыточного давления в верхних точках отопительных установок группы В ( Hст'=20+35+5=60 м). На рис. 2, а этот напор изображается горизонтальной линией ММ. Статический пьезометрический напор в нижних точках отопительных установок группы В HВ'=60-20=40 м. Статический пьезометрический напор в водоводяных отопительных подогревателях зданий группы С, присоединенных к тепловой сети по независимой схеме, составит: со стороны греющей воды 60 - 40 = 20 м, а со стороны нагреваемой воды 35 м.
2. Присоединение к тепловой сети по независимой схеме отопительных установок группы А. В этом случае полный статический напор в системе теплоснабжения останется неизменным, Нст = 80 м. Однако повышенный статический напор не будет передаваться на отопительные приборы установок А, поскольку они гидравлически изолированы от тепловой сети.
В водоводяных подогревателях, установленных в узлах присоединения отопительных установок этих зданий к тепловой сети, пьезометрический статический напор со стороны греющей воды составит 80 - 0 = 80 м, что меньше допустимого значения (100 м).
3. Присоединение отопительных установок всех групп зданий к тепловой сети по независимой схеме, но разделение системы теплоснабжения на две статические зоны: одна на уровне ММ для группы зданий А и В, другая на уровне SS для группы зданий С. Для этой цели необходимо в сети между участками В и С установить разделительное устройство, схема которого показана на рис. 2, б.
При прекращении циркуляции воды в сети закрывается обратный клапан или затвор 8, установленный на подающей линии сети, а также регулятор давления «до себя» (РДДС) 9, настроенный на пьезометриче ский напор НС, установленный на обратной линии тепловой сети. Таким образом, при прекращении циркуляции зона С отделяется от остальной сети. Поддержание заданного статического напора в тепловой сети зоны С осуществляется подпиточным насосом ВЗ и регулятором подпитки В5. В подпиточный насос ВЗ поступает вода из тепловой сети нижней зоны. Поддержание заданного статического напора в тепловой сети нижней зоны осуществляется подпиточным насосом Н3 и регулятором подпитки Н5. При гидродинамическом режиме системы теплоснабжения пьезометрические напоры в любой точке системы при любом расходе воды также должны удовлетворять вышеуказанным условиям.
При построении графика гидродинамических напоров на него наносят уровни допустимых максимальных и минимальных пьезометрических напоров для подающей и обратной линий системы. Действительные пьезометрические напоры при любом режиме работы системы теплоснабжения не должны выходить за эти предельные уровни.
Поскольку допустимые напоры являются пьезометрическими, т.е. отсчитываются от оси трубопроводов, линии допустимых напоров для тепловой сети следуют за рельефом местности, так как при построении графика напоров обычно условно принимают, что оси трубопроводов тепловых сетей совпадают с поверхностью земли. При построении линии допустимых напоров для оборудования, имеющего существенные вертикальные габариты, максимальный пьезометрический напор отсчитывают от нижней точки, а минимальный -- от верхней точки этого оборудования. В частности, для пиковых водогрейных котлов максимально допустимый пьезометрический напор отсчитывают от нижней точки котла, которую условно принимают совпадающей с поверхностью земли, а минимально допустимый напор -- от верхнего коллектора котла, отметка которого по отношению к нижней точке котла обычно выше на 10 - 15 м. В связи с возможным локальным нагревом воды в отдельных трубках котла выше расчетной температуры, минимально допустимый пьезометрический напор в выходном коллекторе определяют по температуре кипения воды, превышающей на 30 ?С расчетную температуру в выходном коллекторе котла.
Максимально допустимый гидравлический пьезометрический напор обычно определяют:
· для подающей линии системы - из условия механической прочности оборудования тепловой сети (трубы, арматура) и источника теплоты (пароводяные подогреватели, водогрейные котлы);
· для обратной линии при зависимой схеме присоединения абонентов - из условия механической прочности теплоиспользующего оборудования абонентских установок (отопительные и вентиляционные приборы); при независимой схеме соединения абонентов - из условия механической прочности водоводяных подогревателей.
Минимально допустимый гидродинамический пьезометрический напор обычно определяют:
· для подающей линии - из условия защиты от вскипания воды;
· для обратной линии - из условия предупреждения возникновения вакуума (давления меньше 0,1 МПа) в системе, а также предупреждения кавитации на всасывающей стороне насосов.
Желательно, чтобы при зависимой схеме присоединения линия действительных полных гидродинамических напоров в подающем трубопроводе не пересекала линию статических напоров. Тогда в узлах присоединения отопительных установок к тепловой сети не требуется сооружать повысительные насосные подстанции, что упрощает систему теплоснабжения и повышает надежность ее работы. Линия действительных полных гидродинамических напоров обратной магистрали тепловой сети, как правило, пересекает линию статических напоров.
Однако это обстоятельство не усложняет сооружение и эксплуатацию системы, так как поддержание более высокого пьезометрического напора в абонентских установках по сравнению с напором в обратном трубопроводе тепловой сети при циркуляции воды в сети достигается путем включения на обратной линии в узле присоединения абонента регулятора давления «до себя».
Желательно, чтобы располагаемый напор, т.е. разность гидродинамических напоров в подающей и обратных линиях сети на ГТП или МТП, был равен или даже несколько превышал суммарную потерю напора в абонентских установках и в тепловой сети между установками и ГТП и МТП. В противном случае приходится устанавливать на тепловых пунктах насосные установки, что усложняет эксплуатацию и снижает надежность системы теплоснабжения.
На рис. 3 показано построение графика гидродинамических напоров системы теплоснабжения, для которой выбор линии статических напоров ММ рассмотрен на рис. 2.
Рис. 3. Построение графика гидродинамических напоров системы теплоснабжения
а -- график гидродинамических напоров; б -- принципиальная схема; остальные обозначения те же что и на рис. 2
Расчетная температура в подающей линии тепловой сети задана равной 150 ?С. Полный статический напор для этой системы принят 60 м. Отопительные установки абонентов группы С, расположенные в высокой зоне, присоединяются к тепловой сети по независимой схеме.
Линия Пм показывает максимально допустимые напоры в подающей линии системы теплоснабжения от подающего коллектора на ТЭЦ до абонентских вводов. Напор в точке П1 на выходе воды из водогрейного котла 7 определяется из условия механической прочности пиковых котлов. Допустимое давление для водогрейных котлов 2,5 МПа. С учетом гидравлических потерь в котле максимально допустимый пьезометрический напор на выходе из котла принят 220 м. Максимально допустимый напор (линия Пб) в подающем теплопроводе на участке П2 -- П7 определен из условия, что допустимое давление в трубопроводах и арматуре подающей линии составляет 1,6 МПа, вследствие этого пьезометрический напор должен быть равен 160 м.
Линия Пм показывает минимально допустимые напоры в подающей линии системы. Минимально допустимый напор в точке П1 определен при условии невскипания в верхней точке водогрейного котла, находящейся на геодезической отметке 15 м при температуре воды 150 + 30 = 180 ?С, что определяет минимальный пьезометрический напор в этой точке котла равный 92 м или полный напор по отношению к геодезической отметке 0 равный 107 м.
Из условия не вскипания воды при ее температуре 150 ?С минимально допустимый пьезометрический напор в подающей линии тепловой сети на участке П2 - П7 должен составлять 40 м.
Действительная линия гидродинамических напоров подающей линии тепловой сети при любом режиме ее работы не должна выходить за пределы напоров, ограниченных линиями Пб и Пм. В данном случае действительный график гидродинамических напоров подающей линии системы показан линией П.
Линия О6 показывает максимально допустимые напоры в обратной линии системы теплоснабжения от абонентских вводов до входного коллектора теплофикационного пароводяного подогревателя 6 на ТЭЦ. По условиям механической прочности отопительных чугунных радиаторов допустимые пьезометрические напоры в обратной линии тепловой сети на участке 01 - 05, на котором абонентские установки присоединены по зависимой схеме, составляют 60 м, а по условиям механической прочности водоводяных подогревателей допустимые пьезометрические напоры на участке 06 - 07, где абонентские установки присоединены по независимой схеме, составляют 140 м.