5.5. Пьезометрический график

При проектировании и эксплуатации разветвленных тепловых сетей широко используется пьезометрический график, на котором в конкретном масштабе нанесены рельеф местности, высота присоединенных зданий, напор в сети; по нему легко определить напор () и располагаемый напор (перепад давлений) в любой точке сети и абонентских системах.

На рис. 5.5 приведены пьезометрический график двухтрубной водяной системы теплоснабжения и принципиальная схема системы. За горизонтальную плоскость отсчета напоров принят уровень I - I , имеющий горизонтальную отметку 0; , – график напоров подающей линии сети; , – график напоров обратной линии сети; – полный напор в обратном коллекторе источника теплоснабжения – напор, развиваемый сетевым ом 1; Н ст – полный напор, развиваемый подпиточным ом, или, что то же, полный статический напор тепловой сети; Н к – полный напор в точке К на нагнетательном патрубке а 1; – потеря напора сетевой воды в теплоподготовительной установке III ;

Н n 1 – полный напор в подающем коллекторе источника теплоснабжения: . Располагаемый напор сетевой воды на коллекторах . Напор в любой точке тепловой сети, например в точке 3, обозначается следующим образом: – полный напор в точке 3 подающей линии сети; – полный напор в точке 3 обратной линии сети.

Если геодезическая высота оси трубопровода над плоскостью отсчета в этой точке сети равна Z 3 , то пьезометрический напор в точке 3 подающей линии , а пьезометрический напор в обратной линии . Располагаемый напор в точке 3 тепловой сети равен разности пьезометрических напоров подающей и обратной линий тепловой сети или, что одно и то же, разно сти полных напоров .

Располагаемый напор в тепловой сети в узле присоединения абонента Д:

Потеря напора в обратной линии на этом участке тепловой сети

При гидравлическом расчете паровых сетей профиль паропровода можно не учитывать вследствие малой плотности пара. Падение давления на участке паропровода принимается равным разности давлений в концевых точках участка. Правильное определение потери напора, или падения давления в трубопроводах, имеет первостепенное значение для выбора их диаметров и организации надежного гидравлического режима сети.

Для предупреждения ошибочных решений следует до проведения гидравлического расчета водяной тепловой сети наметить возможный уровень статических напоров, а также линии предельно допустимых максимальных и минимальных гидродинамических напоров в системе и, ориентируясь по ним, выбрать характер пьезометрического графика из условия, что при любом ожидаемом режиме работы напоры в любой точке системы теплоснабжения не выходят за допустимые пределы. На основе технико-экономического расчета следует лишь уточнить значения потерь напора, не выходя за пределы, намеченные по пьезометрическому графику. Такой порядок проектирования позволяет учесть технические и экономические особенности проектируемого объекта.

Основные требования к режиму давлений водяных тепловых сетей из условия надежности работы системы теплоснабжения сводятся к следующему:

1) не разрешается превышение допустимых давлений в оборудовании источника, тепловой сети и абонентских установок. Допустимое избыточное (сверх атмосферного) в стальных трубопроводах и арматуре тепловых сетей зависит от применяемого сортамента труб и в большинстве случаев составляет 1,6–2,5 МПа;

2) обеспечение избыточного (сверх атмосферного) давления во всех элементах системы теплоснабжения для предупреждения кавитации ов (сетевых, подпиточных, смесительных) и защиты системы теплоснабжения от подсоса воздуха. Невыполнение этого требования приводит к коррозии оборудования и нарушению циркуляции воды. В качестве минимального значения избыточного давления принимают 0,05 МПа (5 м вод. ст.);

3) обеспечение не вскипания сетевой воды при гидродинамическом режиме системы теплоснабжения, т.е. при циркуляции воды в системе.

Во всех точках системы теплоснабжения должно поддерживаться , превышающее насыщенного водяного пара при максимальной температуре сетевой воды в системе.

Регулирование давления в тепловой сети. Нейтральные точки.

Давление в системе должно изменяться в допустимых пределах, для обеспечения надежности работы системы теплоснабжения особое значение имеет давление в обратной магистрали. При повышенном давлении в обратной сети увеличивается давление в отопительной системе присоединенных по зависимой схеме. При пониженном давлении в сети нарушается циркуляция.

Для ограничения колебаний давления в системе в одной или нескольких точках сети измеряют давление в зависимости от режимов работы системы. Эти точки называются точками регулируемого давления .

Если в этих точках поддерживается постоянным давление как при статическом, так и при динамическом режиме работы системы эти точки называются нейтральными . Постоянным давление поддерживается автоматическим регулирующим устройством.

Нейтральные точки могут устанавливаться:

1) у всасывающего патрубка сетевого насоса. Данное место установки точки применяется в небольших по протяженности системах, когда статическое давление = давлению у всасывающего патрубка сетевого насоса, давление сетевого насоса сохраняется и постоянными при динамическом режиме работы.

2) на перемычке сетевого насоса. Применяется в разветвленных сетях, но при спокойном рельефе местности. Во время работы сетевого насоса в перемычке происходит циркуляция воды, падение давления в перемычке = падению давления в сети.

Давление в нейтральной точке используется в качестве импульса, с помощью которого регулируют величину подпитки, при падении давления в системе и понижении давления в нейтральной точке, увеличивается открытие регулятора подпитки и увеличивается подача воды подпиточным насосом. С увеличением давления в сети, давление в нейтральной точке увеличивается, регулятор подпитки прикрывается, уменьшается подача воды, если после закрытия регулятор подпитки давление в сети продолжает расти, открывается дренажный клапан и давление в системе восстанавливается. Регулируемые вентили 1 и 2 используются также для регулирования давления в сети. Частичное увеличение давления у всасывающего патрубка сетевого насоса приводит к увеличению давления в сети. При полностью прикрытом вентиле 1 циркуляция в перемычке прекращается и давление у всасывающего патрубка становится = давлению в нейтральной точке. Пьезометрический график перемещается максимально вверх. При полностью закрытом вентиле 2 давление на нагнетательном патрубке сетевого насоса становится = давлению в нейтральной точке пьезометрический график перемещается максимально вниз.

3) При сложном рельефе местности или при присоединении к тепловым сетям зданий повышенной этажности необходимо установить несколько нейтральных точек. (Рис.) Система в этом случае делится на зоны с независимым режимом, основная нейтральная точка О 1 закрепляется на перемычке сетевого насоса. Статическое давление S 1 , поддерживается с помощью регулятора подпитки и подпиточного насоса нижней зоны. Дополнительные нейтральная точка О 2 закрепляется на обратной линии, в верхней зоне. Постоянным давление в верхней зоне поддерживается РДДС (до себя). В случае прекращения циркуляции в сети и падения давления в верхней зоне, РДДС закрывается. Одновременно закрывается обратный клапан на подающей магистрали. Верхняя зона гидравлически изолирована от нижней. Подпитка верхней зоны осуществляется с помощью регулятора подпитки и подпиточного насоса 2 по импульсу давления в точке О 2 .

Давление в системе отопления должно быть в норме – 1,5 – 2,0 атмосферы для частных домов высотностью до 2 этажей. Если давление отличается от указанных пределов, систему нужно «лечить».

В данной статье разберем нюансы работы системы отопления и оборудования котельной. Определимся какое давление нужно поддерживать, как его устанавливать, от чего оно зависит… Вероятно приведенный материал поможет читателям в вопросах связанных с работоспособностью системы отопления и применением оборудования.

Какое давление в системе отопления должно быть

В малоэтажных частных домах рабочее давление системы отопления составляет около 2 атмосфер. Чаще 1,5 – 2,0 атмосферы. Максимальный подъем давления допускается до 3 атмосфер, а выше – должен срабатывать аварийный клапан.

В высотных домах норма давления в пределах 5 – 10 атм. Чаще – 5 – 8 атм. Максимум, на что рассчитаны радиаторы отопления в квартирах высотных домов – 12 атм.

Такое же давление — 12 атм, может находиться и в магистральных трубах теплосетей.

В высотных зданиях на стояках отопления для снижения давления устанавливаются гидравлические редукторы.

Почему давление повышается

Согласно законам физики, при нагреве жидкости или газа их объем увеличивается. Поэтому, если жидкость находится в закрытой системе отопления, то ее давление с ростом температуры будет увеличиваться.

Жидкость не может значительно сжиматься так как газ. Если пространство закрытое, то может произойти большой скачок давления и оболочку разорвет.

В «неправильной» системе отопления закрытого типа так и происходит – разрушается самое слабое звено, например, теплообменник котла, и жидкость находит путь наружу.

В открытых системах отопления – с самотечным движением жидкости (в которых открытый расширительный бак) давление при нагреве не повышается. Оно там задается высотой водяного столба – обычно на 1 – 2 этажа – соответственно до 1 атм. «Лишняя» жидкость просто уходит в бак или сбегает в канализацию.
Но в закрытых системах применяются другое специальное оборудование.

Как нормализуют ситуацию

Чтобы не произошло опасного повышения давления при нагреве теплоносителя, в закрытые системы (с принудительной циркуляцией жидкости), включают обязательные элементы:

• Расширительный бак – закрытый сосуд, частично заполненный воздухом, который способен значительно сжиматься при повышении давления, освобождая объем для «несжимаемой» жидкости.
• Предохранительный клапан – прибор открывающий сброс жидкости из системы, если давление в ней достигло установленного максимального давления – обычно 3атм.
• Манометр – прибор измеряющий и указывающий давление жидкости или газа. Его показаниями руководствуются и при заливке, закачивании системы, контроле работы…

Такое же оборудование должно устанавливаться и на систему горячего водоснабжения в частных домах, в составе которых находится бойлер косвенного нагрева.

— предохранительный клапан, воздухоотводчик, манометр.
В настенных котлах данные приборы являются встроенными.

Какой объем у расширительного бака

Недопустимо применять расширительный бак меньшего объема, чем 1/10 от всей системы отопления.
Впрочем, для профессионального расчета объема расширительного бака существует специальная методика. Но на бытовом уровне решается так – не меньше чем 1:10 от залитого в систему отопления теплоносителя. Тогда расширительный бак может компенсировать увеличения объема жидкости от ее нагрева без проблем.

Как узнать, сколько в системе теплоносителя?
Остается только вооружиться геометрическими формулам и справочными данными по применяемому оборудованию. Но на практике, при создании отопления своими руками, без проекта, объем просто считают ведрами при первичной заливке. После чего уже и приобретают подходящий расширительный бачок.

Почему давление в системе отопления снижается

Давление в системе отопления постоянно понижается от первоначального заданного значения. Это понижение может быть весьма малым и не заметным по приборам (манометрам). Или может понижаться значительно.

Большое уменьшение давление может происходить по двум причинам:

• После заливки жидкости в системе отопления находится воздух. Он будет постепенно стравливаться через автоматические воздухоотводчики (должны присутствовать). Уменьшение давление при этом должно компенсироваться подливкой нового теплоносителя.
• В системе отопления находится течь, теплоноситель уходит. Но может быть и утечка воздуха из замкнутого расширительного бака.

Не допускается делать автоматическую подпитку водой системы отопления при уменьшении давления. Если присутствует течь, то вода в системе будет постоянно обновляться, что приведет к значительному осадку и выходу всей системы из строя.

Как найти течь в системе отопления

Обычно течь теплоносителя возникает на стыках из-за некачественного монтажа. Достаточно внимательно осмотреть систему и обратить внимание на потеки и рыжие отметины (осадок из воды). Ремонт по «диагнозу».

Но иногда визуально обнаружить трудно. Тогда ищут на слух, — систему сливают и заполняют воздухом под давлением. Характерный свист укажет, где находится «дырочка».

Можно использовать и специальное оборудование — сканер избыточной влажности.

Нужно не забыть и о котле. Наличие течи в теплообменнике, через маленькие трещинки – не редкое явление. Обнаружить «на ходу» не получится – теплоноситель тут же испаряется и уходит вместе с газами. Проверяется при остановленном котле.

Не желательно узлы стыковок располагать в недоступных для осмотра и ремонт местах.
Ознакомьтесь, — .

Как установить давление в системе отопления

Начальное давление в системе отопления устанавливается путем накачивания расширительного бака воздухом, при холодном теплоносителе.
Расширительный бак наполняется воздухом до создания давления в 1,3 – 1,5 атм.
Соответственно, при нагреве, если объем бака подобран правильно, давление может достигать – 2,0 атм.

Расширительный бак оснащен обычным воздушным золотником, как и на автомобиле, и может быть накачан автомобильным насосом или компрессором.

Пьезометр стоится на основании данных гидравлического расчета о потерях давления на участках тепловой сети, он дает наглядную картину давлений в тепловой сети и в абонентских установках (рис. 6.1 ). На графике в определенном масштабе наносится рельеф местности, высоты присоединяемых местных систем (зданий), величины напоров (давлений). При этом условно принимают, что отметки прокладки труб тепловой сети, насосов и нагревательных приборов на первом этаже зданий совпадают с отметкой поверхности земли. Линия условного нулевого уровня (ЛНУ) может быть проведена на любой высоте, однако практически более удобно за нуль принять отметку самой низкой точки системы теплоснабжения.

Различают полные, располагаемые и пьезометрические напоры. Полные напоры отсчитываются от общей ЛНУ. Они не отражают действительного давления в трубопроводах, т.к. не учитывают зависимость давлений от геодезических отметок системы. Но с их помощью удобно производить построение графика и определить (по графику) пьезометрические и располагаемые напоры.

Пьезометрические напоры отсчитываются от оси трубопровода в данной точке. Они учитывают геодезические отметки точек системы (равны разности полного напора и геодезической отметки) и поэтому отражают действительные давления в системе.

Располагаемым напором называется разность между напорами в подаче и обратке в данной точке системы. Он может быть определен по разности как полных, так и пьезометрических напоров.

Режим, при наличии циркуляции воды в системе, называется динамическим, а при отсутствии циркуляции (при выключенных сетевых насосах) – статическим.

При статическом режиме давления в подаче и обратке одинаковы и на пьезометре этот режим выражается горизонтальной линией.

Естественное статическое давление устанавливается по давлению в наивысшей точке системы теплоснабжения. При температуре воды менее 100 о С линия статического давления будет проходить на отметке наивысшего уровня воды в системе.

Искусственное статическое давление, обеспечиваемое специальными подпиточными насосами (у источника) может поддерживаться на любом заданном уровне.

Рис. 6.1 . Пьезометрический график участка тепловой сети: ОК – распо-

лагаемый напор в точке А; МК – полный напор в подаче в

точке А; МО – полный напор в обратке в точке А; NК – пьезо-

метрический напор в подаче в точке А; NО – пьезометричес-

кий напор в обратке в точке А

Постоянное статическое давление поддерживается подпиточными насосами. Конфигурация пьезометра не зависит от рельефа местности. Пьезометрические линии всегда имеют уклон по ходу воды, причем величина уклона зависит от R л, а следовательно и от расхода.

Для нормальной и надежной работы системы теплоснабжения давления в ней должны поддерживаться в определенных пределах.

Рис. 6.2.

Ни одна крупная система теплоснабжения не может быть правильно запроектирована и в дальнейшем нормально эксплуатироваться без рассмотрения режимов давления во всех ее звеньях – в источнике, тепловой сети и абонентских установках.

Чрезмерно высокие давления приведут к аварийным повреждениям оборудования. В то же время пониженные давления могут вызвать подсос воздуха в систему, «оголение» верхних точек системы от воды, нарушение циркуляции. При воде с температурой выше 100 о С из-за недостаточного давления возможно вскипание воды, сопровождаемое гидравлическими ударами.

Режим давлений в системе теплоснабжения должен удовлетворять следующим требованиям:

1. Во всех точках системы должно поддерживать избыточное давление (выше атмосферного) для защиты системы от подсоса воздуха. В качестве минимального значения принимают 5 м .в.ст.

Для соблюдения указанного требования пьезометр обратки должен проходить выше отметки прокладки трубопровода тепловой сети и местных систем. Пьезометр на абонентских вводах по обратке должен быть выше местных систем отопления, т.е:

(рис. 6.3 ).

Рис. 6.3 .

Это условие должно проверяться при режиме с наименьшими давлениями в обратке тепловой сети.

В открытых системах теплоснабжения такой режим будет при максимальном водоразборе из обратки.

Кроме того, для открытых систем теплоснабжения должен обеспечиваться требуемый напор в точке водоразбора. В системе горячего водоснабжения напор тепловой сети должен преодолеть геометрическую высоту системы горячего водоснабжения и потери давления в трубах плюс должен оставаться свободный напор на излив воды из крана.

Система горячего водоснабжения:

2. Давление на всасе сетевых насосов должно быть не ниже 5 -10 м .в.ст (рис 6.4 ).

Рис. 6.4 .

3. Давления не должны превышать допустимые по прочности оборудования: Н max < Н доп. Н доп зависит от типа применяемых труб, арматуры и оборудования. Для систем отопления с чугунными радиаторами – 60 м .в.ст.; со стальными радиаторами – 100 м .в.ст.; с конвекторами – 160 м .в.ст., подогреватели горячей воды (местные) – 100 м .в.ст.; (сетевые) – 140 м .в.ст.; водогрейные котлы – 250 м .в.ст.; трубопроводы тепловой сети – 160 м .в.ст.

В ряде случаев на ТЭЦ пьезометр располагается выше допустимого давления для сетевых подогревателей. В этом случае на ТЭЦ предусматривают 2 группы последовательно включенных насосов (рис. 6.5 ).

Рис. 6.5 .

Насос СН1 создает в системе напор, необходимый для компенсации гидравлических потерь в подогревателе сетевой воды. Насос СН2 создает напор, необходимый для компенсации гидравлических потерь в водогрейном котле, тепловой сети и абонентских установках.

Самым уязвимым звеном во всей системе теплоснабжения по допустимому давлению являются местные установки системы отопления. Давление в подаче дросселируется на вводе шайбой или элеватором. Поэтому давления в системе отопления определяются величиной давления в обратке: (рис. 6.6 ).

4. Давления должны обеспечивать невскипание воды. При температуре воды более 100 о С должно обеспечиваться невскипание воды в тепловой сети и абонентских установках, работающих на перегретой воде. Для этого давления должны быть больше давления насыщенных водяных паров при данной температуре воды:

; .

Рис. 6.6.

При Т = 150 о С Р н > 5 ата ; при Т = 130 о С Р н > 2,8 ата ; при Т = 105 о С Р н > 1,25 ата . В тепловой сети Т > 100 о С характерно только для подачи: Н п > Н н.

В трубах поверхности нагрева водогрейных котлов температура воды может быть выше температуры воды, выходящей из котла. Поэтому для предупреждения локального вскипания воды в котлах требуемое давление в них выше, чем для тепловых сетей. Необходимое минимальное давление в котлах определяют по температуре насыщения, превышающую расчетную температуру на 30 о С : Т нас = Т 1р + 30 о С . Давление на входе в котел должно быть больше давления на выходе на величину гидравлических потерь.

5. Располагаемые напоры на абонентских вводах должны быть не менее расчетных потерь давления в местных системах (рис.6.7 ): ; для элеваторного присоединения системы отопления: .

При последовательном включении бойлеров горячей воды должно дополнительно учитываться их сопротивление, которое обычно принимают 6 – 8 м .в.ст.

6. Статическое давление в системе выбирается из условия заполнения всей системы на 5 м .в.ст.

Рис. 6.7. Рис. 6.8.