Наладочный расчет

Основные свойства наладочного расчета

Цель наладочного расчета

Основная задача наладочного расчета подобрать диаметры дроссельных шайб и сопел элеваторов для обеспечения каждого потребителя оптимальным количеством воды и тепловой энергии за счет гашения избыточного напора.

Проверка пропускной способности тепловой сети

В ходе расчета проводится проверка сети на пропуск расчетных расходов. При недостатке располагаемого напора на одном или нескольких потребителях определяется минимально необходимый напор на источнике.

Расходы теплоносителя на СО и СВ определяются по расчетным нагрузкам на расчетную температуру наружного воздуха.
Расходы на систему ГВС определяются на температуру полки.

Расчет с учетом тепловых потерь

Расчет можно выполнять с учетом увеличения циркуляции для компенсации остывания теплоносителя по пути следования к потребителям.
Тепловые потери определяются с учетом вида прокладки трубопроводов по нормам, либо по фактическим параметрам изоляции.

Схемы присоединения потребителей и ЦТП

Наладка выполняется для потребителей и ЦТП с различными схемными решениями. Для СО — прямое подключение, элеваторное или насосное смешение, независимое присоединение через ТО. Для ГВС — открытая схема или закрытые одноступенчатые и двухступенчатые схемы ().

Определение диаметров шайб и места их установки

Производится расчет диаметров кустовых шайб на сети, ограничительных и подпорных шайб на СО и СВ, циркуляционных шайб на ГВС.
Места установки шайб определяются в зависимости от гидравлического режима.

Расчет сложных сетей

Количество элементов, входящих в налаживаемую сеть не ограничено.
Можно рассчитывать сети, работающие одновременно от нескольких источников.
Расчет сети с каскадным подключением потребителей к источнику через один или несколько ЦТП производится за один проход.

Наладочный расчет позволяет:

  • моделировать расчетный режим работы системы теплоснабжения;
  • осуществить проверка пропускной способности тепловой сети;
  • снижать количество циркуляционной и подпиточной воды, за счет рационального управления гидравлическим режимом работы тепловых сетей;
  • выявлять участки тепловой сети, лимитирующие пропускную способность;
  • производить расчет частично автоматизированной тепловой сети с учетом средств автоматического регулирования, установленных на потребителях или в центральных тепловых пунктах;
  • в случае отсутствия средств автоматического регулирования, подбирать параметры и место установки дросселирующих устройств, обеспечивающих гашение избыточного располагаемого напора;
  • осуществлять наладку сети с увеличением циркуляции для компенсации остывания теплоносителя по пути следования к потребителям.

Гидравлический расчет однотрубной и двухтрубной системы отопления с формулами, таблицами и примерами

Экономичность теплового комфорта в доме обеспечивают расчет гидравлики, её качественный монтаж и правильная эксплуатация. Главные компоненты отопительной системы — источник тепла (котёл), тепловая магистраль (трубы) и приборы теплоотдачи (радиаторы). Для эффективного теплоснабжения необходимо сохранить первоначальные параметры системы при любых нагрузках независимо от времени года.

Перед началом гидравлических расчётов выполняют:

  • Сбор и обработку информации по объекту с целью:
    • определения количества требуемого тепла;
    • выбора схемы отопления.
  • Тепловой расчёт системы отопления с обоснованием:
    • объёмов тепловой энергии;
    • нагрузок;
    • теплопотерь.

Если водяное отопление признаётся оптимальным вариантом, выполняется гидравлический расчёт.

Для расчёта гидравлики с помощью программ требуется знакомство с теорией и законами сопротивления. Если приведенные ниже формулы покажутся вам сложными для понимания, можно выбрать параметры, которые мы предлагаем в каждой из программ.

Расчёты проводились в программе Excel. Готовый результат можно посмотреть в конце инструкции.

Теплообменные аппараты и приборы в легкой промышленности

В зависимости от типа оборудования и трубопровода суммарное термическое сопротивление составляет:

для изолированного трубопровода с одним слоем изоляции:

для изолированного трубопровода с двумя слоями изоляции:

для технологических аппаратов с многослойными плоскими или цилиндрическими стенками диаметром более 2 м:

для технологических аппаратов с многослойными плоскими или цилиндрическими стенками диаметром менее 2 м:

сителя к внутренней стенке трубопровода или аппарата и от наружной поверхности стенки в окружающую среду, Вт/(м2- К); Хтр, ?.ст, Xj — теплопроводность соответственно материала трубопровода, изоляции, стенок аппарата, /-го слоя стенки, Вт/(м • К); 5СТ. — толщина стенки аппарата, м.

Коэффициент теплоотдачи определяют по формуле

или по эмпирическому уравнению

Перенос теплоты от стенок трубопровода или аппарата в окружающую среду характеризуется коэффициентом ан [Вт/(м2 К)], который определяют по критериальным или эмпирическим уравнениям:

по критериальным уравнениям:

Коэффициенты теплоотдачи ав и ан рассчитывают по критериальным или эмпирическим уравнениям. Если горячим теплоносителем является горячая вода или конденсирующийся пар, то ав > ан, т. е. RB < RH, и величиной RB можно пренебречь. Если горячим теплоносителем является воздух или перегретый пар, то ав [Вт/(м2- К)] рассчитывают по критериальным уравнениям:

по эмпирическим уравнениям:

Тепловая изоляция аппаратов и трубопроводов изготовлена из материалов с малой теплопроводностью. Хорошо подобранная тепловая изоляция позволяет снизить потери теплоты в окружающее пространство на 70 % и более. Кроме того, она повышает производительность тепловых установок, улучшает условия труда.

Тепловая изоляция трубопровода состоит в основном из одного слоя, покрытого сверху для прочности слоем листового металла (кровельная сталь, алюминий и др.), сухой штукатурки из цементных растворов и пр. В случае использования покровного слоя из металла его термическим сопротивлением можно пренебречь. Если покровным слоем является штукатурка, то ее теплопроводность незначительно отличается от теплопроводности теплоизоляции. В этом случае толщина покровного слоя составляет, мм: для труб с диаметром менее 100 мм — 10; для труб с диаметром 100—1000 мм — 15; для труб с большим диаметром — 20.

Толщина тепловой изоляции и покровного слоя не должна превышать предельной толщины, зависящей от массовых нагрузок на трубопровод и его габаритных размеров. В табл. 23 приведены значения предельной толщины изоляции паропроводов, рекомендуемые нормами проектирования тепловой изоляции.

Тепловая изоляция технологических аппаратов может быть однослойной или многослойной. Потери теплоты через тепловую

изоляцию зависят от вида материала. Теплопотери в трубопроводах рассчитывают на 1 и 100 м длины трубопроводов, в технологическом оборудовании — на 1 м2 поверхности аппарата.

Слой загрязнений на внутренних стенках трубопроводов создает дополнительное термическое сопротивление переносу теплоты в окружающее пространство. Термические сопротивления R (м • К/Вт) при движении некоторых теплоносителей имеют следующие значения:

В трубопроводах, подающих технологические растворы к аппаратам и горячие теплоносители к теплообменным установкам, имеются фасонные части, в которых теряется часть теплоты потока. Местные потери теплоты (Вт/м) определяют по формуле

Коэффициенты местных сопротивлений фасонных частей трубопроводов имеют следующие значения:

При составлении табл. 24 расчет удельных тепловых потерь проводился для стальных бесшовных трубопроводов (давление < 3,93 МПа). При расчете тепловых потерь исходили из следующих данных: тем-

пература воздуха в помещении была принята равной 20 °С; скорость его при свободной конвекции — 0,2 м/с; давление пара — 1×105 Па; температура воды — 50 и 70 °С; теплоизоляция выполнена в один слой из асбестового шнура, = 0,15 Вт/(м • К); коэффициент теплоотдачи а„ = 15 Вт/(м2- К).

Пример 1. Расчет удельных тепловых потерь в паропроводе.

Пример 2. Расчет удельных тепловых потерь в неизолированном трубопроводе.

Заданные условия

Трубопровод стальной диаметром 108 мм. Диаметр условного прохода dy = 100 мм. Температура пара 110°С, окружающей среды 18 °С. Теплопроводность стали X = 45 Вт/(м • К).

Полученные данные свидетельствуют о том, что использование тепловой изоляции сокращает тепловые потери на 1 м длины трубопровода в 2,2 раза.

Удельные тепловые потери, Вт/м2, в технологических аппаратах кожевенного и валяльно-войлочного производства составляют:

Что такое гидравлический расчёт

Это третий этап в процессе создания тепловой сети. Он представляет собой систему вычислений, позволяющих определить:

  • диаметр и пропускную способность труб;
  • местные потери давления на участках;
  • требования гидравлической увязки;
  • общесистемные потери давления;
  • оптимальный расход воды.

Согласно полученным данным осуществляют подбор насосов .

Для сезонного жилья, при отсутствии в нём электричества, подойдёт система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя (ссылка на обзор ).

Основная цель гидравлического расчёта — обеспечить совпадение расчётных расходов по элементам цепи с фактическими (эксплуатационными) расходами. Количество теплоносителя, поступающего в радиаторы, должно создать тепловой баланс внутри дома с учётом наружных температур и тех, что заданы пользователем для каждого помещения согласно его функциональному назначению (подвал +5, спальня +18 и т.д.).

Комплексные задачи — минимизация расходов :

  1. капитальных – монтаж труб оптимального диаметра и качества;
  2. эксплуатационных:
    • зависимость энергозатрат от гидравлического сопротивления системы;
    • стабильность и надёжность;
    • бесшумность.

Замена централизованного режима теплоснабжения индивидуальным упрощает методику вычислений

Для автономного режима применимы 4 метода гидравлического расчёта системы отопления:

  1. по удельным потерям (стандартный расчёт диаметра труб);
  2. по длинам, приведённым к одному эквиваленту;
  3. по характеристикам проводимости и сопротивления;
  4. сопоставление динамических давлений.

Два первых метода используются при неизменном перепаде температуры в сети.

Два последних помогут распределить горячую воду по кольцам системы, если перепад температуры в сети перестанет соответствовать перепаду в стояках/ответвлениях.

Программы проектирования

Потери энергии из-за клапанов, фитингов и изгибов вызываются локализованными нарушениями потока. Потеря энергии происходит по конечному и не обязательно короткому участку трубопровода, однако для гидравлических расчетов принято считать, что весь объем этой потери учитывается в месте расположения устройства. Для трубопроводных систем с относительно длинными трубами часто бывает, что итоговые потери будут незначительными по отношению к общей потере давления в трубе.

Потери трубопроводов измеряются с использованием реальных экспериментальных данных и затем анализируются для определения локального коэффициента потерь, который может быть использован для расчета потерь при подгонке, поскольку он изменяется скоростью прохождения жидкости через это устройство.

Программные продукты Pipe Flow Software позволяют легко определять фитинговые потери и другие потери при расчете перепада давления, поскольку они поставляются с предварительно загруженной базой данных арматуры, которая содержит множество стандартных факторов для клапанов и фитингов различного размера. Внутри трубопроводной системы часто используется насос, который добавляет дополнительное давление для преодоления потерь при трении и других сопротивлениях.

Производительность насоса определяется по кривой. Напор, создаваемый насосом, изменяется в зависимости от скорости потока, поиск рабочей точки на кривой производительности насоса не всегда является легкой задачей.

Если использовать программу для гидравлического расчета тепловых сетей Pipe Flow Expert, то довольно просто можно найти точную рабочую точку на кривой насоса, с гарантией того, что потоки и давление будут сбалансированы по всей системе, чтобы принять точное решение по выбору конструкции трубопроводов.

Расчет онлайн производится с целью избрания оптимального диаметра, обеспечивающего наилучшие параметры работы, низкие показатели потерь напора и высокие скорости движения сред, что обеспечит хорошие технико-экономические показатели тепловых сетей в целом.

Он минимизирует усилия и обеспечивает более высокую точность. В него включены все необходимые справочные таблицы и номограммы. Так, потери на одном метре труб приняты в размере 81 — 251 Па/м (8,1- 25,1 мм вод. ст.), что зависит от материала труб. Скорость воды в системе зависит от диаметра установленных труб и выбирается в конкретном диапазоне. Наибольшая скорость воды для тепловых сетей составляет 1,5 м/с. Расчетом предлагаются граничные значения скорости воды в трубопроводах с внутренним диаметром:

  1. 15,0 мм – 0,3 м/с;
  2. 20,0 мм – 0,65 м/с;
  3. 25,0 мм – 0,8 м/с;
  4. 32,0 мм – 1,0 м/с.
  5. Для остальных диаметров не более 1,5 м/с.
  6. Для трубопроводов противопожарных систем разрешена скорость среды до 5,0 м/с.

Установка теплосчетчиков – обеспечение точности расчетов

Подобное обследование теплопотерь точнее и удобнее всего производить при наличии у потребителей, хотя бы у большинства из них, теплосчетчиков. Самым приемлемым вариантом является теплосчетчик с почасовым сохранением данных в архиве.

Полученная благодаря счетчикам информация позволяет легко определить температуру теплоносителя в различных точках сети и его расход. Проведенные обследования и сравнение полученных данных показывают, что трубопроводы, проложенные в непроходных каналах и находящиеся в эксплуатации более 15 лет, имеют теплопотери, в 1,5 – 2 раза превышающие нормативные величины. Эти результаты действительны для труб, на которых нет видимых повреждений. А трубопроводы с видимыми повреждениями имеют теплопотери, в 4 – 6 раз превосходяшие величины, заложенные нормами.

Подбор оптимального диаметра трубопровода

Определение оптимального диаметра трубопровода – это сложная производственная задача, решение которой зависит от совокупности различных взаимосвязанных условий (технико-экономические, характеристики рабочей среды и материала трубопровода, технологические параметры и т.д.). Например, повышение скорости перекачиваемого потока приводит к уменьшению диаметра трубы, обеспечивающей заданный условиями процесса расход носителя, что влечет за собой снижение затрат на материалы, удешевлению монтажа и ремонта магистрали и т.д. С другой стороны, повышение скорости потока  приводит к потере напора, что требует дополнительных энергетических и финансовых затрат на перекачку заданного объема носителя.

Значение оптимального диаметра трубопровода рассчитывается по преобразованному уравнению неразрывности потока с учетом заданного расхода носителя:

 При гидравлическом расчете расход перекачиваемой жидкости чаще всего задан условиями задачи. Значение скорости потока перекачиваемого носителя определяется, исходя из свойств заданной среды и соответствующих справочных данных (см. таблицу).

Преобразованное уравнение неразрывности потока для расчета рабочего диаметра трубы имеет вид:

Как работать в EXCEL

Использование таблиц Excel очень удобно, поскольку результаты гидравлического расчёта всегда сводятся к табличной форме. Достаточно определить последовательность действий и подготовить точные формулы.

Ввод исходных данных

Выбирается ячейка и вводится величина. Вся остальная информация просто принимается к сведению.

Ячейка Величина Значение, обозначение, единица выражения
D4 45,000 Расход воды G в т/час
D5 95,0 Температура на входе tвх в °C
D6 70,0 Температура на выходе tвых в °C
D7 100,0 Внутренний диаметр d, мм
D8 100,000 Длина, L в м
D9 1,000 Эквивалентная шероховатость труб ∆ в мм
D10 1,89 Сумма коэф. местных сопротивлений — Σ(ξ)
  • значение в D9 берётся из справочника;
  • значение в D10 характеризует сопротивления в местах сварных швов.

Формулы и алгоритмы

Выбираем ячейки и вводим алгоритм, а также формулы теоретической гидравлики.

Ячейка Алгоритм Формула Результат Значение результата
D12 !ERROR! D5 does not contain a number or expression tср=(tвх+tвых)/2 82,5 Средняя температура воды tср в °C
D13 !ERROR! D12 does not contain a number or expression n=0,0178/(1+0,0337*tср+0,000221*tср2) 0,003368 Кинематический коэф. вязкости воды — n, cм2/с при tср
D14 !ERROR! D12 does not contain a number or expression ρ=(-0,003*tср2-0,1511*tср+1003, 1)/1000 0,970 Средняя плотность воды ρ,т/м3 при tср
D15 !ERROR! D4 does not contain a number or expression G’=G*1000/(ρ*60) 773,024 Расход воды G’, л/мин
D16 !ERROR! D4 does not contain a number or expression v=4*G:(ρ*π*(d:1000)2*3600) 1,640 Скорость воды v, м/с
D17 !ERROR! D16 does not contain a number or expression Re=v*d*10/n 487001,4 Число Рейнольдса Re
D18 !ERROR! Cell D17 does not exist λ=64/Re при Re≤2320
λ=0,0000147*Re при 2320≤Re≤4000
λ=0,11*(68/Re+∆/d)0,25 при Re≥4000
0,035 Коэффициент гидравлического трения λ
D19 !ERROR! Cell D18 does not exist R=λ*v2*ρ*100/(2*9,81*d) 0,004645 Удельные потери давления на трение R, кг/(см2*м)
D20 !ERROR! Cell D19 does not exist dPтр=R*L 0,464485 Потери давления на трение dPтр, кг/см2
D21 !ERROR! Cell D20 does not exist dPтр=dPтр*9,81*10000 45565,9 и Па соответственно
D20
D22 !ERROR! D10 does not contain a number or expression dPмс=Σ(ξ)*v2*ρ/(2*9,81*10) 0,025150 Потери давления в местных сопротивлениях dPмс в кг/см2
D23 !ERROR! Cell D22 does not exist dPтр=dPмс*9,81*10000 2467,2 и Па соответственно D22
D24 !ERROR! Cell D20 does not exist dP=dPтр+dPмс 0,489634 Расчетные потери давления dP, кг/см2
D25 !ERROR! Cell D24 does not exist dP=dP*9,81*10000 48033,1 и Па соответственно D24
D26 !ERROR! Cell D25 does not exist S=dP/G2 23,720 Характеристика сопротивления S, Па/(т/ч)2
  • значение D15 пересчитывается в литрах, так легче воспринимать величину расхода;
  • ячейка D16 — добавляем форматирование по условию: «Если v не попадает в диапазон 0,25…1,5 м/с, то фон ячейки красный/шрифт белый».

Для трубопроводов с перепадом высот входа и выхода к результатам добавляется статическое давление: 1 кг/см2 на 10 м.

Оформление результатов

Авторское цветовое решение несёт функциональную нагрузку:

  • Светло-бирюзовые ячейки содержат исходные данные – их можно менять.
  • Бледно-зелёные ячейка — вводимые константы или данные, мало подверженные изменениям.
  • Жёлтые ячейки — вспомогательные предварительные расчёты.
  • Светло-жёлтые ячейки — результаты расчётов.
  • Шрифты:
    • синий — исходные данные;
    • чёрный — промежуточные/неглавные результаты;
    • красный — главные и окончательные результаты гидравлического расчёта.

Результаты в таблице Эксель

Пример от Александра Воробьёва

Пример несложного гидравлического расчёта в программе Excel для горизонтального участка трубопровода.

Исходные данные:

  • длина трубы100 метров;
  • ø108 мм;
  • толщина стенки 4 мм.

Таблица результатов расчёта местных сопротивлений

Усложняя шаг за шагом расчёты в программе Excel, вы лучше осваиваете теорию и частично экономите на проектных работах. Благодаря грамотному подходу, ваша система отопления станет оптимальной по затратам и теплоотдаче.

Составление схемы тепловых сетей

Перед расчетами гидравлики выполняют предварительную схему магистрали с указанием протяженности L в метрах и D инженерных водоводов в мм и расчетных объемов сетевой воды по проектным участкам схемы. Потери напора в системах теплоснабжения делятся на линейные, возникающие в связи с тернием носителя о стенки труб, и потерь на участках, вызванных местными конструкционными сопротивлениями, из-за наличия тройников, отводов, компенсаторов, поворотов и прочих устройств.

Пример расчета гидравлический расчет тепловых сетей:

  1. Вначале выполняется укрупненный расчет, с целью определения максимальных показателей сети, способных полностью обеспечить жителей услугами отопления.
  2. По завершению устанавливают качественные и количественные показатели магистральных и внутриквартальных сетей, в том числе итоговое давление и температуру носителя на вводных узлах потребителей тепла, с учетом тепловых потерь.
  3. Выполняют проверочный гидравлический расчет теплосети отопления и ГВС.
  4. Устанавливают фактические расходы на участках схемы и на вводах к жилым объектам, объем тепла, получаемого абонентами при температурном расчете теплоносителя в подающем водопроводе систем отопления и располагаемом напоре в выходном коллекторе, обоснование гидротеплового режимов, прогнозируемую температуру внутри жилых помещений.
  5. Определяют необходимую температуру теплоснабжения на выходе.
  6. Устанавливают предельный размер Т нагретой воды на выходе из котельной или другого теплового источника, полученного на базе гидравлического расчета теплосети. Она должна обеспечивать санитарные нормы внутри помещений.
KAMINBLOG
Добавить комментарий