Давления в точках подключения теплосети. Чем опасно падение давления в замкнутом контуре. Что делать, если температура обратного трубопровода слишком мала

Рассмотрим что такое давление отопительной системы, какое оно должно быть (его расчет) из чего состоит, как регулируется, и о чем сигнализируют его перепады.
[содержание h2 h3]

Для начала определим - говоря про давление в системе отопления, в расчет берется избыточное давление, а не абсолютное. Все характеристики котлов, и тепловых сетей описываются именно этим параметром, манометры также показывают его. Избыточное давление отличается от абсолютного на величину атмосферного. В расчет обычно берется, что оно на 0,1 МПа или 1 Бар (атмосферу) меньше, хотя точное значение может колебаться, так как атмосферное давление непостоянно и зависит от высоты над уровнем моря и метеорологических процессов.

Рабочее давление в системе отопления складывается из двух величин это:

1. Статическое - обусловленное высотой столба воды системе отопления. В расчет можно брать то, что 10 метров создают давление в 1 атмосферу;
2. Динамическое - которое создают насосы для циркуляции теплоносителя, а также конвективное течение воды от нагрева. При этом следует учитывать, что оно не определяется только характеристиками сетевых насосов, так как на него большое влияние оказывает регулятор отопления, который перераспределяет потоки теплоносителя. Также регулятор зачастую включает в свою схему повысительные насосы или элеваторы.

Наиболее часто задаваемый вопрос - какое давление теплоносителя должно быть в системе отопления дома, и как производится его расчет? Здесь также возможны два варианта:

1. Если мы говорим о , то оно на небольшую величину превышает статическое давление в системе;
2. Если мы говорим о системе с принудительным движением теплоносителя, то оно обязательно выше чем статическое, и выбирается возможно большим для обеспечения высокого КПД системы.

В расчет берутся предельно допустимые значения для элементов отопительной системы, например чугунные радиаторы, как правило, не могут работать при давлении более 0,6 МПа.

Если мы берем в качестве примера дома большой этажности, то там приходится использовать регулятор давления на нижних уровнях и насосы для повышения напора воды на верхних этажах.

Как контролировать давление в системе?

Для контроля в различных точках системы отопления врезают манометры, причем (как уже говорилось выше) они фиксируют избыточное давление. Как правило, это деформационные приборы с трубкой Бредана. В том случае, если в расчет нужно брать то, что измеритель давления должен работать не только для визуального контроля но и в системе автоматики используют электроконтактные или другие типы датчиков.

Точки врезки определены нормативными документами, но даже если у вас смонтирован небольшой котел для отопления частного дома, который неподконтролен ГосТехнадзору, все равно желательно воспользоваться этими правилами, так как в них выделены наиболее важные для контроля над давлением точки отопительной системы.

Врезать манометры нужно обязательно через трехходовые краны, которые обеспечивают их продувку, сброс на ноль и замену без остановки всего отопления.

Точками для контроля являются:

1. До и после отопительного котла;
2. Перед входом и после циркуляционных насосов;
3. Выход тепловых сетей от теплогенерирующей установки (котельной);
4. Ввод отопления в здание;
5. Если используется регулятор отопления, то манометры врезаются до и после его;
6. При наличии грязевиков или фильтров, манометры желательно врезать до и после их. Таким образом, легко контролировать их засоренность, беря в расчет то, что исправный элемент почти не создает перепада.

Симптомом неисправностей или неправильной работы системы отопления являются скачки давления. Что они обозначают?

Если давление снижается

В этом случае желательно сразу проверить, как ведет себя статическое давление (остановить насос) - если нет его падения, значит неисправны циркуляционные насосы, которые не создают напор воды. Если же оно тоже снижается, то скорее всего где-то в трубопроводах дома, теплотрассе или самой котельной возникла утечка.

Проще всего локализовать это место отключением различных участков, следя за давлением в системе. Если на очередном отсечении ситуация нормализуется, значит на этом отрезке сети утечка воды. При этом берите в расчет, даже небольшая течь через фланцевое соединение может значительно уменьшить напор теплоносителя.

Но есть небольшой нюанс - регулятор отопления дома может самостоятельно отсекать участки в ходе автоматического управления, поэтому его необходимо отключить.

Если давление растет

Подобная ситуация встречается реже, но все же возможна. Ее наиболее вероятная причина - нет движения воды по контуру. Для диагностики делаем следующее:

1. И снова вспоминаем про регулятор - в 75 % случаев проблема в нем. Для снижения температуры в сети он может отсекать подачу теплоносителя от котельной. Если она работает на один-два дома, то возможно что устройства у всех потребителей сработали одновременно и остановили поток.
   

   Нужно исследовать настройки и откорректировать их так чтобы регуляторы не давал приказ на полное закрытие клапанов, его инерционность увеличится, но подобные ситуации будут исключены;

2. Возможно, система находится под постоянной подпиткой (неисправность автоматики или чья-то небрежность). Как показывает простейший расчет - чем больше теплоносителя в ограниченном объеме, тем выше давление. В этом случае достаточно перекрыть линию питания или наладить автоматику;
3. Если же с приборами управления все в порядке или система отопления их вообще не включает, снова берем в расчет в первую очередь человеческий фактор - возможно, где то по ходу теплоносителя перекрыт кран или задвижка;
4. Реже всего возможна ситуация когда движению теплоносителя мешает воздушная пробка - необходимо ее обнаружить и удалить. Может также быть засорен по ходу движения теплоносителя фильтр или грязевик;

Что обозначает большой или малый перепад давления между подачей и обраткой?

Нормальная разность между давлением подающего и обратного трубопровода составляет 1-2 атмосферы. Что обозначает изменение этого значения в одну или другую сторону?

1. Если разница между давлением подачи и обратки значительна, значит система почти стоит, возможно из-за воздушной пробки. Нужно отыскать причину и восстановить циркуляцию теплоносителя;
2. Если в системе отопления вашего дома оно значительно меньше, и стремится к нулю, значит нарушено движение воды по трубам. Скорее всего вода протекает по ближним участкам и не доходит до удаленных участков, нарушена регулировка. Но нужно брать в расчет и то, что если перепад меняется со временем, а все радиаторы прогреваются нормально, возможно виноват регулятор отопления - принцип его работы включает перепуск части воды из подачи в обратку, и возможно скачок связан с тем, что выполнялся как раз этот цикл.

Для чего нужен регулятор перепада давления

Для нормального функционирования отопительной системы и устойчивой циркуляции воды через все ее элементы необходим стабильный перепад давления. Резкие скачки напора теплоносителя приводят к нарушению гидравлического режима и неправильной работе отдельных узлов.

В системе отопления небольшого дома, как правило, монтируют мембранные аккумуляторы воды, которые позволяют избавиться от этих нежелательных явлений. В более сложных и больших системах применяют регулятор, который обеспечивает стабильный перепад давления в системе отопления и позволяет избежать завоздушивания даже при резких скачках в магистральных трубопроводах. Также зачастую регулятор монтируют на обводных (байпасных) линиях насосов, что позволяет сделать постоянными характеристики агрегата.

Давление, которое должно быть в системе отопления многоквартирного дома, регламентируется СНиПами и установленными нормами. При расчете берут во внимание диаметр труб, типы трубопровода и отопительных приборов, расстояние до котельной, этажность.

Виды давления

Говоря о давлении в системе отопления, подразумевают 3 его вида:

1. Статическое (манометрическое). При выполнении расчетов его принимают равным 1атм или 0,1 МПа на 10 м.
2. Динамическое, возникающее при включении в работу циркуляционного насоса.
3. Допустимое рабочее, представляющее собой сумму двух предыдущих.

В первом случае это сила давления теплоносителя в радиаторах, запорной арматуре, трубах. Чем выше этажность дома, тем большее значение приобретает этот показатель. Чтобы преодолеть подъем столба воды применяют мощные насосы.

Второй случай - это давление, возникающее в процессе движения жидкости в системе. А от их суммы - максимального рабочего давления, зависит работа системы в безопасном режиме. В многоэтажном доме его величина достигает 1 МПа.

Требования ГОСТ и СНиП

В современных многоэтажных домах монтаж системы отопления осуществляют, опираясь на требования ГОСТа и СНиП. В нормативной документации оговорен диапазон температур, которые центральное отопление должно обеспечить. Это от 20 до 22 градусов С при параметрах влажности от 45 до 30%.

Чтобы достичь этих показателей, необходим просчет всех нюансов в работе системы еще при разработке проекта. Задача теплотехника - обеспечить минимальную разность значений давления жидкости, циркулирующей в трубах, между нижними и последними этажами дома, сократив тем самым теплопотери.

На реальную величину давления влияют следующие факторы:

• Состояние и мощность оборудования, подающего теплоноситель.
• Диаметр труб, по которым теплоноситель циркулирует в квартире. Бывает, что желая повысить температурные показатели, хозяева сами меняют их диаметр в большую сторону, снижая общее значение давления.
• Расположение конкретной квартиры. В идеале это не должно иметь значения, но в действительности существует зависимость от этажа, и от удаленности от стояка.
• Степень износа трубопровода и нагревательных приборов. При наличии старых батарей и труб не следует ожидать, что показатели давления останутся в норме. Лучше предупредить возникновение нештатных ситуаций, заменив отслужившую свое теплотехнику.

Проверяют рабочее давление в высотном доме при помощи трубчатых деформационных манометров. Если при проектировании системы конструкторы заложили автоматическую регулировку давления и его контроль, то дополнительно устанавливают датчики разных типов. В соответствии с требованиями, прописанными в нормативных документах, контроль осуществляют на наиболее ответственных участках:

• на подаче теплоносителя от источника и на выходе;
• перед насосом, фильтрами, регуляторами давления, грязевиками и после этих элементов;
• на выходе трубопровода из котельной или ТЭЦ, а также на вводе его в дом.

Обратите внимание: 10% разницы между нормативным рабочим давлением на 1 и 9 этаже - это нормально.

Давление в летний период

В период, когда отопление бездействует как в теплосети, так и в системах отопления поддерживается давление, величина которого превышает статическое. В противном случае в систему попадет воздух и трубы начнут коррозировать.

Минимальное значение этого параметра определяется высотой здания плюс запас от 3 до 5 м.

Как поднять давление

Проверки давления в отопительных магистралях многоэтажных домов нужны обязательно. Они позволяют анализировать функциональность системы. Падение уровня давления даже на незначительную величину, может стать причиной серьезных сбоев.

При наличии централизованного отопления систему чаще всего испытывают холодной водой. Падение давления за 0,5 часа на величину большую, чем 0,06 МПа указывает на наличие порыва. Если этого не наблюдается, то система готова к работе.

Непосредственно перед стартом отопительного сезона выполняют проверку водой горячей, подаваемой под максимальным давлением.

Изменения, происходящие в системе отопления многоэтажного дома, чаще всего не зависят от хозяина квартиры. Пытаться повлиять на давление - затея бессмысленная. Единственное, что можно сделать, устранить воздушные пробки, появившиеся из-за неплотных соединений или неправильно выполненной регулировки клапана спуска воздуха.

На наличие проблемы указывает характерный шум в системе. Для отопительных приборов и труб это явление очень опасно:

• Расслаблением резьбы и разрушениями сварных соединений во время вибрации трубопровода.
• Прекращением подачи теплоносителя в отдельные стояки или батареи в связи со сложностями с развоздушиванием системы, невозможностью регулировки, что может привести к ее размораживанию.
• Понижением эффективности системы, если теплоноситель прекращает движение не полностью.

Чтобы предотвратить попадание воздуха в систему необходимо перед ее испытанием в рамках подготовки к отопительному сезону осмотреть все соединения, краны на предмет пропускания воды. Если услышите характерное шипение при пробном запуске системы, немедленно ищите утечку и устраняйте ее.

Можно нанести на стыки мыльный раствор и там, где герметичность нарушена, будут появляться пузырьки.

Иногда давление падает и после замены старых батарей на новые алюминиевые. На поверхности этого металла от контакта с водой появляется тонкая пленка. Побочным продуктом реакции является водород, за счет его сжимания давление снижается.

Вмешиваться в работу системы в этом случае не стоит - проблема носит временный характер и со временем уходит сама по себе. Это происходит исключительно в первое время после монтажа радиаторов.

Повысить напор на верхних этажах высотного здания можно путем установки циркуляционного насоса.

Минимальное давление

Из условия, когда перегретая вода в системе отопления не вскипает, принимается минимальное давление.

Определить его можно следующим образом:

К высоте дома (геодезической) добавляют запас приблизительно 5 м, чтобы избежать завоздушивания, плюс еще 3 м на сопротивление системы отопления внутри дома. Если на подаче давление недостаточное, то батареи на верхних этажах останутся непрогретыми.

Если взять 5-этажный дом, то на подаче минимальное давление должно иметь значение:

5х3+5+3=23 м = 2,3 ата = 0,23 Мпа

Перепад давления

Чтобы отопительная система нормально выполняла свои функции, перепад давлений, представляющий собой разность между его величинами на подаче и обратке, должен быть определенной и постоянной величины. В числовом выражении он должен быть в пределах от 0,1 до 0,2 МПа.

Отклонение параметра в меньшую сторону свидетельствует о сбое в циркуляции теплоносителя по трубам. Колебание в сторону увеличения показателя - о завоздушивании отопительной системы.

В любом случае нужно искать причину изменения, иначе отдельные элементы могут выйти со строя.

Если давление упало, то проверяют на наличие утечек: отключают насос и наблюдают изменения статического давления. Если оно продолжает снижаться, то ищут место повреждения путем последовательного выведения из схемы разных участков.

В случае, когда статический напор не меняется, то причина кроется в неисправности оборудования.

Стабильность перепада рабочего давления изначально зависит от проектировщиков, от выполненных ими расчетов по гидравлике, а затем правильного монтажа магистрали. Нормально функционирует отопления многоэтажки, при монтаже которого учтены следующие моменты:

• Подающий трубопровод, за редким исключением, находится вверху, обратный внизу.
• Разливы выполнены из труб сечение от 50 до 80 мм, а стояки и подвод к батареям - от 20 до 25 мм.
• В отопительную систему в байпасную линию насоса или перемычку, соединяющую подачу и обратку врезаны регуляторы, гарантирующие, что даже при резких перепадах давления завоздушивание не появится.
• В схеме теплоснабжения присутствует запорная арматура.

Идеальных условий эксплуатации отопительной системы не существует. Всегда есть потери, снижающие показатели давления, но все же они не должны выходить за пределы регламентированными Строительными нормами и правилами РФ СНиП 41-01-2003.

Для обеспечения надежной работы тепловой сети и абонентских установок необходимо ограничить изменение давления в системе допустимыми пределами. При этом особое значение имеет режим подпитки и изменение давления в обратной магистрали. Повышение давления в обратном трубопроводе может вызвать недопустимый рост давлений в отопительных системах, присоединенных по зависимым схемам. Падение давления приводит к опорожнению верхних точек местных систем и к нарушению циркуляции в них.

Для ограничения колебаний давления в системе в одной, а при сложном рельефе местности в нескольких точках сети изменяют давление в зависимости от режима работы системы. Такие точки называются точками регулируемого давления . В тех случаях, когда по условиям работы системы давление в этих точках поддерживается постоянным как при статическом, так и при динамическом режимах, они называются нейтральными .

Постоянное давление в нейтральной точке поддерживается автоматически подпиточным устройством.

В небольших по протяженности сетях, когда статическое давление может быть равно давлению у всасывающего патрубка сетевого насоса, нейтральная точка О устанавливается у всасывающего патрубка сетевого насоса (рис. 6.3). Давление подпиточного насоса, выбранное из условия заполнения системы водой, сохраняется неизменным и при динамическом режиме, что обеспечивает наиболее простую схему подпиточного устройства.

В разветвленных тепловых сетях (рис. 6.4) закрепление нейтральной точки на одной из магистралей не обеспечивает необходимой устойчивости гидравлического режима. Допустим, что нейтральная точка О закреплена на обратной магистрали района II (график 1). При сокращении расхода воды в сетях этого района потери давления в трубопроводах уменьшаются, что при постоянном давлении в точке О приводит к росту давления у всасывающего патрубка сетевого насоса и к соответствующему повышению давления в магистралях района I (график 2).

При прекращении циркуляции в сети района II , давление во всасывающем патрубке сетевого насоса повысится до статического. Это приведет к дальнейшему росту давления во всех точках системы района I (график 3) и может быть причиной аварий в абонентских системах.

Поэтому нейтральную точку не следует размещать ни на одной из работающих магистралей. Закрепление нейтральной точки должно быть сделано на специально выполненной перемычке у сетевого насоса. Во время работы насоса в перемычке происходит циркуляция воды. Падение давления в перемычке равно падению давления в сети (рис. 6.5, а ). Давление в нейтральной точке используется в качестве импульса, регулирующего величину подпитки.

При падении давления в системе и понижении давления в точке О увеличивается открытие регулятора подпитки РП и возрастает подача воды подпиточным насосом. С ростом давления в сети, например, при повышении температуры сетевой воды, давление в нейтральной точке возрастает, и клапан РП прикрывается, уменьшая подачу воды. Если после закрытия клапана РП давление продолжает расти, то дренажный клапан ДК сливает часть воды, давление восстанавливается.

Рис. 6.5. Пьезометрический график и схема подпитки сети с нейтральной точкой на перемычке сетевого насоса: АОВ – пьезометрический график перемычки;
I, II, III – пьезометрические графики соответственно районов I, II, III

Регулирование давления в сети можно осуществить с помощью регулировочных вентилей 1 и 2 на перемычке насоса (рис. 6.5, а ). Так, частичное прикрытие вентиля 1 увеличивает давление у всасывающего патрубка сетевого насоса, что приводит к росту давления в сети. При полностью закрытом вентиле 1 циркуляция в перемычке прекращается, и давление у всасывающего патрубка Н вс становится равным давлению в точке О. Давление в системе возрастает. Пьезометрический график перемещается вверх параллельно самому себе и занимает предельно высокое положение. Если закрыт регулировочный вентиль 2 (рис. 6.5), то давление на нагнетательном патрубке сетевого насоса становится равным давлению в нейтральной точке. Пьезометрический график переместится вниз до предельно низкого положения.

При сложном рельефе местности с большой разностью геодезических отметок или в случае присоединения группы зданий повышенной этажности не всегда представляется возможным принять одну величину гидростатического давления для всех абонентов. В этих условиях необходимо разделить систему на зоны с независимым гидравлическим режимом (рис. 6.6).

Основная нейтральная точка О закрепляется на перемычке сетевого насоса СН. Статическое давление S I – S I придерживается автоматически регулятором подпитки РП 1 и подпиточным насосом ПН 1 . Дополнительная нейтральная точка О II размещается на обратной линии в зоне II . Постоянное давление в ней поддерживается с помощью регулятора давления «до себя» РДДС. В случае прекращения циркуляции в сети и падения давления в верхней зоне РДДС закрывается, одновременно закрывается и обратный клапан ОК, установленный на подающей линии. Благодаря этому верхняя зона гидравлически изолируется от нижней. Подпитка верхней зоны осуществляется с помощью подпиточного насоса ПН II и регулятора подпитки РП II по импульсу давлений в точке О II .

Рис. 6.6. Пьезометрический график и схема тепловой сети с двумя нейтральными точками

Рассмотренная выше технология регулирования давления по так называемой нейтральной точке является общепринятой в учебной литературе, однако редко используется на практике. Как правило, в большинстве систем теплоснабжения основной точкой регулирования давления является точка в обратной магистрали теплоисточника во всасывающем трубопроводе сетевых насосов. Использование этой точки позволяет обеспечить надежную работу сетевых насосов, однако не гарантирует надежного гидравлического режима всей системы. Так, в открытых системах теплоснабжения при максимальном водоразборе возможно опорожнение верхних этажей зданий через обратную магистраль. На кафедре ТГВ УлГТУ разработана современная технология регулирования давления в тепловых сетях по давлению у критического, наиболее неблагополучного абонента (рис. 6.7).

В момент максимального водоразбора падает давление сетевой воды в обратной магистрали (линия 2’ на пьезометрическом графике). Снижение давления улавливает датчик давления, установленный на обратной магистрали теплосети в точке подключения «неблагополучной» местной системы отопления. Сигнал от датчика направляется на регулятор подпитки. Подпиточный насос увеличивает подачу воды из бака-аккумулятора в тепловую сеть до тех пор, пока давление не повысится до величины, обеспечивающей минимальный избыточный напор в обратной магистрали тепловой сети (линия 2” на пьезометрическом графике).

Здравствуйте! Для того, чтобы построить пьезометрический график, или как я его называю, график давлений, необходимо:

1. Схема тепловой сети, с разветвлениями по участкам. На схеме должны быть указаны диаметры трубопроводов, их протяженность, номера участков и др.данные.

2. Профиль магистрали (условно принимают отметку земли).

3. Гидравлический расчет тепловой сети. Это вообще ключевой момент. Про гидравлический расчет теплосети я писал в этой .

4. Высота зданий по теплотрассе.

5. Напор концевого абонента тепловой сети.

В последнем, пятом пункте напор у концевого абонента принимается, как правило, равным необходимому располагаемому напору перед элеватором (для графика 150/70 °C – не менее 15 м.в.ст., для графика 130/70 °C - не менее 12 м.в.ст.). Необходимый напор умножается на коэффициент 1,5. Если есть вероятность и перспектива дальнейшего строительства зданий, то необходимый напор принимают не менее 20 м.в.ст.

Если все вышеприведенные исходные данные у вас есть, то можно начинать составление пьезометрическиго графика. Пьезометрический график (рис.1) состоит из следующих элементов:

1. Линия давлений в подаче

2. Линия давлений в обратке

3. Линия статического давления

Вот здесь то и пригодятся результаты гидравлического расчета тепловой сети, так как уклоны в линии подачи, и в линии обратки характеризуют падение давления в теплосети. И чем больше цифровые значения падения давления, тем круче линия графика давления (пьезометрического графика).

Линия, замыкающая подачу и обратку у концевого потребителя, отображает необходимый потребный напор, и принимается из исходных данных.

Линия, замыкающая линию подачи и обратки в начале тепловой сети (от теплоисточника) означает суммарное падение давления подачи и обратки и концевого ввода (напор у вывода из теплоисточника).

Линия давлений обратки пьезометрического графика должна быть достаточно высокой, это говорит о наполнении местных систем теплоснабжения зданий. Также она не должна пересекать здания на графике. Это - условие бесперебойности теплоснабжения. Но одновременно минимальная линия давлений пьезометрического графика в обратке должна быть такой, чтобы не повредились чугунные радиаторы отопления. Об этом чуть ниже по тексту.

Выполнение всех этих условий очень зависит от рельефа и от высоты зданий по теплотрассе. Ввиду этого начальную точку линии давлений зачастую приходится искать методом подбора.

Если профиль местности достаточно спокойный, то построение пьезометрического графика начинают с нейтральной точки. Нейтральную точку у всасывающего патрубка сетевого насоса принимаем так, чтобы обратка магистрали теплосети располагалась на 3-5 м.в.ст. выше, чем наиболее высоко расположенное здание.

Какими же требованиями к режимам давлений в тепловой сети следует руководствоваться при построении пьезометрического графика? Рассмотрим два режима давлений в тепловой сети. А именно, динамический - режим, когда работают сетевые насосы. И статический режим - когда сетевые насосы выключены. При динамическом режиме необходимо выполнение следующих требований.

Для обратного трубопровода:

1. Давление в обратке должно быть выше статического давления в местных системах отопления, а значит линия обратки должна располагаться на графике выше любого из зданий, и с запасом на 3 - 5 м.в.ст.

2. Максимальное давление должно быть не выше 60 м.в.ст. Это необходимо для того, чтобы не разрушались чугунные ралиаторы отопления.

3. Минимальное давление должно быть не меньше 5 м.в.ст. Это необходимо для того, чтобы не происходил подсос воздуха в трубопровод теплоснабжения, и не происходил разрыв циркуляции во внутренних системах теплоснабжения и коррозия.

Для подающего трубопровода:

Минимальное давление принимаем из условия невскипания теплоносителя в теплосети:

при t1 = 130 °С - 18 м.в.ст.

при t1 = 140 °С - 27 м.в.ст.

при t1 = 150 °С - 39 в.ст.

Рассмотрим теперь статистический режим. Это режим для линии статического давления. Как известно, статическое давление создается при помощи подпиточного насоса. Это давление обеспечивает заполнение внутренних систем отопления даже при остановке сетевых насосов. Следовательно, в межотопительный период в тепловой сети и местных внутренних системах отопления должно быть давление выше статического, для того, чтобы не было попадания воздуха и коррозии трубопроводов.

Значит, минимальное давление должно быть не меньше высоты самого высокого здания. Плюс запас по давлению 3 - 5 м.в.ст. Максимальное же давление принимаем 60 м.в.ст. Если давление будет больше, то есть вероятность разрушения радиаторов отопления. Особенно это касается чугунных радиаторов.

Общие принципы гидравлического расчета трубопроводов систем водяного отопления подробно изложены в разделе Системы водяного отопления . Они же применимы и для расчета теплопроводов тепловых сетей, но с учетом некоторых их особенностей. Так в расчетах теплопроводов принимаются турбулентное движение воды (скорость воды больше 0,5 м/с, пара - больше 20-30 м/с, т.е. квадратичная область расчета), значения эквивалентной шероховатости внутренней поверхности стальных труб больших диаметров, мм, принимают для: паропроводов - k = 0,2; водяной сети - k = 0,5; конденсатопроводов - k = 0,5-1,0.

Расчетные расходы теплоносителя по отдельным участкам теплосети определяются как сумма расходов отдельных абонентов с учетом схемы присоединения подогреватели ГВС. Кроме того, необходимо знать оптимальные удельные падения давления в трубопроводах, которые предварительно определяются технико-экономическим расчетом. Обычно их принимают равными 0,3-0,6 кПа (3-6 кгс/м 2) для магистральных тепловых сетей и до 2 кПа (20 кгс/м 2) - для ответвлений.

При гидравлическом расчете решаются следующие задачи: 1) определение диаметров трубопроводов; 2) определение падения давления-напора; 3) определение действующих напоров в различных точках сети; 4) определение допустимых давлений в трубопроводах при различных режимах работы и состояниях теплосети.

При проведении гидравлических расчетов используются схемы и геодезический профиль теплотрассы, с указанием размещения источников теплоснабжения, потребителей теплоты и расчетных нагрузок. Для ускорения и упрощения расчетов вместо таблиц используются логарифмические номограммы гидравлического расчета (рис. 1), а в последние годы - компьютерные расчетные и графические программы.

Рисунок 1.

ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКИЙ ГРАФИК

При проектировании и в эксплуатационной практике для учета взаимного влияния геодезического профиля района, высоты абонентских систем, действующих напоров в тепловой сети широко пользуются пьезометрическими графиками. По ним нетрудно определить напор (давление) и располагаемое давление в любой точке сети и в абонентской системе для динамического и статического состояния системы. Рассмотрим построение пьезометрического графика, при этом будем считать, что напор и давление, падение давления и потеря напора связаны следующими зависимостями: Н = р/γ, м (Па/м); ∆Н = ∆р/ γ, м (Па/м); и h = R/ γ (Па), где Н и ∆Н - напор и потеря напора, м (Па/м); р и ∆р - давление и падение давления, кгс/м 2 (Па); γ - массовая плотность теплоносителя, кг/м 3 ; h и R - удельная потеря напора (безразмерная величина) и удельное падение давления, кгс/м 2 (Па/м).

При построении пьезометрического графика в динамическом режиме за начало координат принимают ось сетевых насосов; взяв эту точку за условный нуль, строят профиль местности по трассе основной магистрали и по характерным ответвлениям (отметки которых отличаются от отметок основной магистрали). На профиле в масштабе вычерчивают высоты присоединяемых зданий, затем, приняв предварительно напор на всасывающей стороне коллектора сетевых насосов Н вс = 10-15 м, наносится горизонталь А 2 Б 4 (рис. 2, а). От точки А 2 откладывают по оси абсцисс длины расчетных участков теплопроводов (с нарастающим итогом), а по оси ординат из концевых точек расчетных участков - потери напора Σ∆Н на этих участках. Соединив верхние точки этих отрезков, получим ломаную линию А 2 Б 2 , которая и будет пьезометрической линией обратной магистрали. Каждый вертикальный отрезок от условного уровня А 2 Б 4 до пьезометрической линии А 2 Б 2 обозначает собой потери напора в обратной магистрали от соответствующей точки до циркуляционной насосной на ТЭЦ. От точки Б 2 в масштабе откладывается вверх необходимый располагаемый напор для абонента в конце магистрали ∆Н аб, который принимается равным 15-20 м и более. Полученный отрезок Б 1 Б 2 характеризует напор в конце подающей магистрали. От точки Б 1 откладывается вверх потеря напора в подающем трубопроводе ∆Н п и проводится горизонтальная линия Б 3 А 1 .

Рисунок 2. а - построение пьезометрического графика; б - пьезометрический график двухтрубной тепловой сети

От линии А 1 Б 3 вниз откладываются потери напора на участке подающей линии от источника теплоты до конца отдельных расчетных участков, и строится аналогично предыдущему пьезометрическая линия A 1 B 1 подающей магистрали.

При закрытых системах ЦТС и равных диаметрах труб подающей и обратной линий пьезометрическая линия A 1 B 1 является зеркальным отображением линии А 2 Б 2 . От точки А, откладывается вверх потеря напора в бойлерной ТЭЦ или в контуре котельной ∆Н б (10-20 м). Давление в подающем коллекторе будет Н н, в обратном - Н вс, а напор сетевых насосов - Н с.н.

Важно отметить, что при непосредственном присоединении местных систем обратный трубопровод теплосети гидравлически связан с местной системой, при этом давление в обратном трубопроводе целиком передается местной системе и наоборот.

При первоначальном построении пьезометрического графика напор на всасывающем коллекторе сетевых насосов Н вс был принят произвольно. Перемещение пьезометрического графика параллельно самому себе вверх или вниз позволяет принять любые давления на всасывающей стороне сетевых насосов и соответственно в местных системах.

При выборе положения пьезометрического графика необходимо исходить из следующих условий:

1. Давление (напор) в любой точке обратной магистрали не должно быть выше допускаемого рабочего давления в местных системах, для новых систем отопления (с конвекторами) рабочее давление 0,1 МПа (10 м вод. ст.), для систем с чугунными радиаторами 0,5-0,6 МПа (50-60 м вод. ст.).

2. Давление в обратном трубопроводе должно обеспечить залив водой верхних линий и приборов местных систем отопления.

3. Давление в обратной магистрали во избежание образования вакуума не должно быть ниже 0,05-0,1 МПа (5-10 м вод. ст.).

4. Давление на всасывающей стороне сетевого насоса не должно быть ниже 0,05 МПа (5 м вод. ст.).

5. Давление в любой точке подающего трубопровода должно быть выше давления вскипания при максимальной (расчетной) температуре теплоносителя.

6. Располагаемый напор в конечной точке сети должен быть равен или больше расчетной потери напора на абонентском вводе при расчетном пропуске теплоносителя.

7. В летний период давление в подающей и обратной магистралях принимают больше статического давления в системе ГВС.

Статическое состояние системы ЦТ. При остановке сетевых насосов и прекращении циркуляции воды в системе ЦТ она переходит из динамического состояния в статическое. В этом случае давления в подающей и обратной линиях теплосети выровняются, пьезометрические линии сливаются в одну - линию статического давления, и на графике она займет промежуточное положение, определяемое давлением подпиточного устройства источника СЦТ.

Давление подпиточного устройства устанавливается персоналом станции или по наивысшей точке трубопровода местной системы, непосредственно присоединенной к теплосети, или по давлению паров перегретой воды в высшей точке трубопровода. Так, например, при расчетной температуре теплоносителя Т 1 = 150 °С давление в высшей точке трубопровода с перегретой водой установится равным 0,38 МПа (38 м вод. ст.), а при Т 1 = 130 °С - 0,18 МПа (18 м вод. ст.).

Однако во всех случаях статическое давление в низкорасположенных абонентских системах не должно превышать допускаемого рабочего давления 0,5-0,6 МПа (5-6 атм). При его превышении эти системы следует переводить на независимую схему присоединения. Понижение статического давления в тепловых сетях может быть осуществлено путем автоматического отключения от сети высоких зданий.

В аварийных случаях, при полной потере электроснабжения станции (остановка сетевых и подпиточных насосов), произойдет прекращение циркуляции и подпитки, при этом давления в обеих линиях теплосети выровняются по линии статического давления, которое начнет медленно, постепенно понижаться в связи с утечкой сетевой воды через неплотности и охлаждения ее в трубопроводах. В этом случае возможно вскипание перегретой воды в трубопроводах с образованием паровых пробок. Возобновление циркуляции воды в таких случаях может привести к сильным гидравлическим ударам в трубопроводах с возможным повреждением арматуры, нагревательных приборов и др. Во избежание такого явления циркуляцию воды в системе ЦТ следует начать только после восстановления путем подпитки теплосети давления в трубопроводах на уровне не ниже статического.

Для обеспечения надежной работы тепловых сетей и местных систем необходимо ограничить возможные колебания давления в тепловой сети допустимыми пределами. Для поддержания требуемого уровня давлений в тепловой сети и местных системах в одной точке тепловой сети (а при сложных условиях рельефа - в нескольких точках) искусственно сохраняют постоянное давление при всех режимах работы сети и при статике с помощью подпиточного устройства.

Точки, в которых давление поддерживается постоянным, называются нейтральными точками системы. Как правило, закрепление давления осуществляется на обратной линии. В этом случае нейтральная точка располагается в месте пересечения обратного пьезометра с линией статического давления (точка НТ на рис. 2, б), поддержание постоянного давления в нейтральной точке и восполнение утечки теплоносителя осуществляются подпиточными насосами ТЭЦ или РТС, КТС через автоматизированное подпиточное устройство. На линии подпитки устанавливаются автоматы-регуляторы, работающие по принципу регуляторов «после себя» и «до себя» (рис. 3).

Рисунок 3. 1 - сетевой насос; 2 - подпиточный насос; 3 - подогреватель сетевой воды; 4 - клапан регулятора подпитки

Напоры сетевых насосов Н с.н принимаются равными сумме гидравлических потерь напора (при максимальном - расчетном расходе воды): в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети, в системе абонента (включая вводы в здание), в бойлерной установке ТЭЦ, пиковых котлах ее или в котельной. На источниках теплоты должно быть не менее двух сетевых и двух подпиточных насосов, из которых - по одному резервному.

Величина подпитки закрытых систем теплоснабжения принимается равной 0,25 % объема воды в трубопроводах тепловых сетей и в абонентских системах, присоединенных к теплосети, ч.

При схемах с непосредственным водоразбором величина подпитки принимается равной сумме расчетного расхода воды на ГВС и величины утечки в размере 0,25 % вместимости системы. Вместимость теплофикационных систем определяется по фактическим диаметрам и длинам трубопроводов или по укрупненным нормативам, м 3 /МВт:

Сложившаяся по признаку собственности разобщенность в организации эксплуатации и управления системами теплоснабжения городов самым отрицательным образом сказывается как на техническом уровне их функционирования, так и на их экономической эффективности. Выше отмечалось, что эксплуатацией каждой конкретной системы теплоснабжения занимается несколько организаций (подчас «дочерних» от основной). Однако специфика систем ЦТ, в первую очередь тепловых сетей, определяется жесткой связью технологических процессов их функционирования, едиными гидравлическими и тепловыми режимами. Гидравлический режим системы теплоснабжения, являющийся определяющим фактором функционирования системы, по своей природе крайне неустойчив, что делает системы теплоснабжения трудноуправляемыми по сравнению с другими городскими инженерными системами (электро-, газо-, водоснабжение).

Ни одно из звеньев систем ЦТ (источник теплоты, магистральные и распределительные сети, тепловые пункты) самостоятельно не может обеспечить требуемые технологические режимы функционирования системы в целом, а, следовательно, и конечный результат - надежное и качественное теплоснабжение потребителей. Идеальной в этом смысле является организационная структура, при которой источники теплоснабжения и тепловые сети находятся в ведении одного предприятия-структуры.