Нейтральная точка в тепловых сетях ее значение. Зачем нужно большое давление в трассе. Если давление растет

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.

Схемы присоединения систем отопления бывают зависимыми и независимыми . В зависимых схемах теплоноситель в отопительные приборы поступает непосредственно из тепловой сети. Один и тот же теплоноситель циркулирует как в тепловой сети, так и в системе отопления, поэтому давление в системах отопления определяется давлением в тепловой сети. В независимых схемах теплоноситель из тепловой сети поступает в подогреватель, в котором нагревает воду, циркулирующую в системе отопления. Система отопления и тепловая сеть разделены поверхностью нагрева теплообменника и, таким образом, гидравлически изолированы друг от друга.

Могут применяться любые схемы, но следует правильно выбирать вид присоединения систем отопления, чтобы обеспечить надежную их работу.

Независимая схема присоединения систем отопления

Применяется в следующих случаях:

1. для подключения высоких зданий (более 12 этажей), когда давления в тепловой сети недостаточно для заполнения отопительных приборов на верхних этажах;
2. для зданий, требующих повышенной надежности работы систем отопления (музеи, архивы, библиотеки, больницы);
3. здания, имеющие помещения, куда нежелателен доступ постороннего обслуживающего персонала;
4. если давление в обратном трубопроводе тепловой сети выше допустимого давления для систем отопления (больше 60 м.вод.ст. или 0,6 МПа ).

РС - расширительный сосуд, РД - регулятор давления, РТ - регулятор температуры: ОК - обратный клапан.

Сетевая вода из подающей линии поступает в теплообменник и нагревает воду местной отопительной системы. Циркуляция в системе отопления осуществляется циркуляционным насосом, который обеспечивает постоянный расход воды через нагревательные приборы. Система отопления может иметь расширительный сосуд, в котором содержится запас воды для восполнения утечек из системы. Он обычно устанавливается в верхней точке и подключается к обратной линии на всас циркуляционного насоса. При нормальной работе системы отопления утечки незначительны, что дает возможность заполнять расширительный бак раз в неделю. Подпитка производится из обратной линии по перемычке, выполняемой для надежности с двумя кранами и сливом между ними, или с помощью подпиточного насоса, если давления в обратной линии недостаточно для заполнения расширительного сосуда. Расходомер на линии подпитки позволяет учитывать водоразбор из тепловой сети и правильно производить оплату. Наличие подогревателя позволяет осуществлять наиболее рациональный режим регулирования. Это особенно эффективно при плюсовых температурах наружного воздуха и при центральном качественном регулировании в зоне излома температурного графика.

Наличие в схеме подогревателей, насоса, расширительного бака увеличивает стоимость оборудования и монтажа, и увеличивает размеры теплового пункта, а также требует дополнительных затрат на обслуживание и ремонт. Использование теплообменника увеличивает удельный расход сетевой воды на тепловой пункт и вызывает повышение температуры обратной сетевой воды на 3÷4ºС в среднем за отопительный сезон.

Зависимые схемы присоединения систем отопления.

В этом случае системы отопления работают под давлением, близким к давлению в обратном трубопроводе тепловой сети. Циркуляция обеспечивается за счет перепада давлений в подающем и обратном трубопроводах. Этот перепад ∆Р должен быть достаточен для преодоления сопротивления системы отопления и теплового узла.

Если давление в подающем трубопроводе превышает необходимое, то оно должно быть снижено регулятором давления или дроссельной шайбой.

Достоинства зависимых схем по сравнению с независимой:

• проще и дешевле оборудование абонентского ввода;
• может быть получен больший перепад температур в системе отопления;
• сокращен расход теплоносителя,
• меньше диаметры трубопроводов,
• снижаются эксплуатационные расходы.

Недостатки зависимых схем:

• жесткая гидравлическая связь тепловой сети и систем отопления и, как следствие, пониженная надежность;
• повышенная сложность эксплуатации.

Различают следующие способы зависимого подключения:

Схема непосредственного присоединения систем отопления

Она является простейшей схемой и применяется, когда температура и давление теплоносителя совпадают с параметрами системы отопления. Для присоединения жилых зданий на абонентском вводе должна быть температура сетевой воды не более 95ºС , для производственных зданий - не более 150ºС ).

Эта схема может применяться для подключения промышленных зданий и жилого сектора к котельным с чугунными водогрейными котлами, работающими с максимальными температурами 95 - 105ºС или после ЦТП.

Здания присоединяются непосредственно, без смешения. Достаточно иметь задвижки на подающем и обратном трубопроводах системы отопления и необходимые КИП. Давление в тепловой сети в точке присоединения должно быть меньше допустимого. Наименьшей прочностью обладают чугунные радиаторы, для которых давление не должно превышать 60 м.вод.ст. Иногда устанавливают регуляторы расхода.

Схема с элеватором

Применяется, когда требуется снизить температуру теплоносителя для систем отопления по санитарно-гигиеническим показателям (например, со 150ºС до 95ºС ). Для этого применяют водоструйные насосы (элеваторы ). Кроме того, элеватор является побудителем циркуляции.

По этой схеме присоединяется большинство жилых и общественных зданий. Преимуществом этой схемы является ее низкая стоимость и, что особенно важно, высокая степень надежности элеватора.

РДДС - регулятор давления до себя; СПТ - теплосчетчик, состоящий из расходомера, двух термометров сопротивления и электронного вычислительного блока.

Достоинства элеватора:

• простота и надежность работы;
• нет движущихся частей;
• не требуется постоянное наблюдение;
• производительность легко регулируется подбором диаметра сменного сопла;
• большой срок службы;
• постоянный коэффициент смешения при колебаниях перепада давления в тепловой сети (в определенных пределах);
• вследствие большого сопротивления элеватора повышается гидравлическая устойчивость тепловой сети.

Недостатки элеватора:

• низкий КПД, равный 0,25÷0,3 , поэтому для создания перепада давления в системе отопления надо иметь до элеватора располагаемый напор в 8÷10 раз больший;
• постоянство коэффициента смешения элеватора, что приводит к перегреву помещений в теплый период отопительного сезона, т.к. нельзя изменить соотношение между количествами сетевой воды и подмешиваемой;
• зависимость давлений в системе отопления от давлений в тепловой сети;
• при аварийном отключении тепловой сети прекращается циркуляция воды в отопительной установке, в результате чего создается опасность замерзания воды в системе отопления.

Схема с насосом на перемычке

Применяется:

1. при недостаточном перепаде давлений на абонентском вводе;
2. при достаточном перепаде давлений, но если давление в обратном трубопроводе превышает статическое давление системы отопления не более чем на 5 м вод. ст .;
3. требуемая мощность теплового узла велика (более 0,8МВт ) и выходит за пределы мощности выпускаемых элеваторов.

При аварийном отключении тепловой сети насос осуществляет циркуляцию воды в отопительной установке, что предотвращает ее размораживание в течение относительно длительного периода (8 - 12часов). Такая схема установки насоса обеспечивает наименьший расход электроэнергии на перекачку, т.к. насос подбирается по расходу подмешиваемой воды.

При установке смесительных насосов в жилых и общественных зданиях рекомендуется применять бесшумные бесфундаментные насосы типа ЦВЦ производительностью от 2,5 до 25 т/час. Более высокой надежностью обладают насосы импортного производства, которые в настоящее время начинают использоваться на тепловых пунктах.

Замена элеваторов насосами является прогрессивным решением, т.к. позволяет примерно на 10% снизить расход сетевой воды и уменьшить диаметр трубопроводов.

Недостаток - шум насосов (фундаментных) и необходимость их обслуживания.

Схема широко применяется для ЦТП.

Схема с насосом на подающей линии.

Данная схема применяется при недостаточном давлении в подающей магистрали, т.е. когда это давление ниже статического давления системы отопления (в зданиях повышенной этажности).

Расчетный напор насоса должен соответствовать недостающему напору, а производительность выбирается равной полному расходу воды в отопительнойустановке. Залив системы отопления обеспечивается регулятором подпора РД, причем разность напоров между подающей и обратной линиями дросселируется в регулировочном клапане на перемычке (ДК - дроссельный регулировочный клапан). С его помощью устанавливается необходимый коэффициент подмешивания. При нестабильном гидравлическом режиме тепловой сети обратный клапан на подающей линии заменяют регулятором давления после себя (РДПС), на который подается импульс при остановке подкачивающих насосов.

Схема с насосом на обратной линии

Данная схема применяется при недопустимо высоком давлении в обратной линии. Наиболее часто применяется на концевых участках, когда давление в обратке повышено, а перепад недостаточен. Насосы работают в режиме «подмешивание-подкачка», при этом снижается давление в обратной линии и увеличивается перепад между подающим и обратным трубопроводами. Регулятор подпора на обратной лини необходим при статическом режиме, когда насосы работают в качестве циркуляционных. В этом случае регуляторы давления на подающей и обратной линиях принудительно закрываются, и происходит отсечка абонентского ввода от тепловой сети. Для регулирования сниженного давления в обратной линии на перемычке устанавливается дроссельный регулировочный клапан (ДК), с помощью которого регулируется коэффициент подмешивания.

При использовании насосного смешения на тепловых пунктах наряду с рабочим насосом необходимо устанавливать резервный. Кроме того, требуется повышенная надежность в электроснабжении, так как отключение насоса приводит к поступлению перегретой воды из тепловой сети в местную отопительную систему, что может привести к ее повреждению. В случае аварии в тепловой сети, чтобы сохранить воду в местной системе отопления дополнительно устанавливаются обратный клапан на подающей линии и регулятор давления на обратном трубопроводе.

Схемы с насосом и элеватором

Отмеченные недостатки устраняются в схемах с элеватором и центробежным насосом. В этом случае выход из строя центробежного насоса приводит к снижению коэффициента смешения элеватора, но не снизит его до нуля, как при чисто насосном смешении. Эти схемы применимы если разность напоров перед элеватором не может обеспечить необходимого коэффициента смешения, т.е. она меньше 10÷15 м вод. ст. , но больше 5 м вод. ст. В действующих тепловых сетях такие зоны обширны. Схемы позволяют вести ступенчатое температурное регулирование в зоне высоких температур наружного воздуха. Установка центробежного насоса с нормально работающим элеватором при включении насоса позволяет увеличить коэффициент смешения и снизить температуру воды, подаваемой в систему отопления.

Возможны 3 схемы включения насоса по отношению к элеватору:

Схема 1.

Схема 1 применяется, если потери напора в остановленном насосе невелики и не могут заметно снизить коэффициент смешения элеватора. Если это условие не выполняется, применяют схему 2.

Схема 2

При малых перепадах давления необходимо прикрывать задвижку 1 в схеме 3.

Схема 3

Другой схемой, которая может обеспечить двухступенчатое регулирование в зоне высоких температур наружного воздуха, является схема с двумя элеваторами.

Схема 4

Отключение одного элеватора ведет к снижению расхода сетевой воды и повышению коэффициента смешения. Каждый элеватор может быть рассчитан на 50% расхода воды, либо один на 30-40%, а другой на 70-60%.

Разработаны элеваторы с регулируемым соплом. Путем введения иглы изменяется сечение сопла и соответственно коэффициент смешения. Это позволяет в теплый период снизить расход сетевой воды и увеличить коэффициент смешения, сохраняя постоянным расход в системе отопления. Как бы ни была совершенна конструкция элеватора, погрешность и маневренность при зависимом присоединении от этого не повысятся. В последние годы в связи с увеличением строительства зданий повышенной этажности растет использование независимых схем присоединения систем отопления через водо-водяные подогреватели. Переход на независимые схемы позволяет широко применять автоматизацию и повысить надежность теплоснабжения. Целесообразно применять независимое присоединение систем отопления в сетях с непосредственным водоразбором, что позволяет ликвидировать основной недостаток этих систем, а именно, низкое качество воды, идущей на горячее водоснабжение.

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).

При монтаже отопительной системы в трубопровод врезают несколько манометров. С помощью данных измерительных приборов контролируют рабочее давление в системе отопления. В случае фиксации отклонений от нормируемых значений принимаются меры по устранению причин, вызвавших изменения в работе системы. Критичным считается падение уровня давления на 0,02 МПа. Оставлять без внимания перепады давления в системе отопления ни в коем случае нельзя, так как это негативно сказывается на эффективности обогрева помещения, работе установленного оборудования и сроке его эксплуатации. В период подготовки к новому отопительному сезону проводятся , во время которых в системе создается избыточное давление для выявления «слабых» участков и их заблаговременного ремонта. Протестированная таким образом система позволяет быть уверенным в том, что все ее элементы способны выдержать гидравлические удары, возникающие в теплосети.

Какое значение давления считают нормой?

Давление в автономно работающей системе отопления частного дома должно составлять 1,5-2 атмосферы. В домах, подключенных к централизованной теплосети, это значение зависит от этажности объекта. В малоэтажных зданиях величина давления в отопительной системе находится в диапазоне 2-4 атмосферы. В домах-девятиэтажках данный показатель равен 5-7 атмосферам. Для систем отопления высотных сооружений оптимальным значением давления считается 7-10 атмосфер. В теплотрассе, идущей под землей от ТЭЦ до точек теплопотребления, теплоноситель подается под давлением в 12 атм.

Для снижения напора горячей воды на нижних этажах многоквартирных домов используют регуляторы давления. Повысить напор на верхних этажах позволяет насосное оборудование.

Ручной балансировочный клапан (регулятор), оснащенный измерительными ниппелями игольчатого типа, позволяет контролировать перепад давления в системе отопления

Влияние температуры теплоносителя

После завершения монтажа отопительного оборудования в частном доме приступают к закачке теплоносителя в систему. При этом создают в сети минимально возможное давление, равное 1,5 атм. Это значение будет увеличиваться в процессе нагрева теплоносителя, так как в соответствии с законами физики происходит его расширение. Изменяя температуру теплоносителя, можно корректировать величину давления в теплосети.

Автоматизировать контроль рабочего давления в отопительной системе можно с помощью установки расширительных баков, не допускающих чрезмерного увеличения напора. Данные устройства включаются в работу при достижении уровня давления, равного 2 атм. Происходит отбор излишков разогретого теплоносителя расширительными баками, благодаря чему напор удерживается на нужном уровне. Может случиться так, что емкости расширительного бака не хватает для отбора излишек воды. При этом давление в системе приближается к критической планке, находящейся на уровне 3 атм. Ситуацию спасает предохранительный клапан, позволяющий сохранить в целости отопительную систему путем освобождения ее от лишнего объема теплоносителя.

Точки врезок манометров в систему отопления: до и после котла, циркуляционного насоса, регулятора, фильтров, грязевиков, а также на выходе тепловых сетей из котельной и на их входе в дома

Причины роста и падения давления в системе

Одной из самых распространенных причин падения давления в системе отопления является возникновение утечки теплоносителя. «Слабыми» звеньями чаще всего становятся места соединений отдельных деталей. Хотя и трубы прорвать может, если они уже сильно изношены или бракованные. О наличии течи в трубопроводе говорит падение уровня статического давления, замеряемого при отключенных циркуляционных насосах.

Если статическое давление в норме, то неисправность надо искать в самих насосах. Чтобы облегчить поиск места протечки, надо отключать поочередно различные участки, следя за уровнем давления. Определив поврежденный участок, проводят его отсечение от системы, ремонтируют, уплотняя все соединения и заменяя детали с видимыми дефектами.

Устранение видимых протечек теплоносителя после их обнаружения во время обследования контура отопительной системы частного дома или квартиры

Если давление теплоносителя падает, а место протечки найти не удается, то вызывают специалистов. Используя профессиональное оборудование, опытные мастера закачивают воздух в систему, предварительно освобожденную от воды, а также отсеченную от котла и . По свистящему воздуху, вырывающемуся сквозь микротрещины и ослабленные соединения, легко обнаруживают места протечки. Если потери давления в отопительной системе не подтвердились, то приступают к проверке исправности котельного оборудования.

Использование профессионального оборудования при поиске скрытых протечек. Сканер обнаружения избыточной влаги позволяет максимально точно определить трещину в трубе

К причинам, приводящим к снижению в системе давления из-за неисправности котельного оборудования, можно отнести:

• скопление накипи в теплообменнике (характерно для районов с жесткой водопроводной водой);
• появление микротрещин в теплообменнике, вызванное физическим износом оборудования, профилактическими промывками, заводским браком;
• разрушение битермического теплообменника, произошедшее во время ;
• повреждение камеры расширительного бачка отопительного котла.

В каждом случае проблема решается по-разному. Жесткость воды понижают с помощью специальных добавок. Поврежденный теплообменник запаивают или меняют. Встроенный в котел бачок заглушают, заменяя его внешним устройством, имеющим подходящие параметры. должен заниматься инженер, обладающий соответствующей квалификацией.

Причины роста давления в системе:

• остановлено движение теплоносителя по контуру (проверить регулятор отопления);
• постоянная подпитка системы, происходящая по вине человека или в результате сбоя автоматики;
• перекрытие крана или задвижки по ходу движения потока теплоносителя;
• образование ;
• засорение фильтра или грязевика.

Запустив систему отопления, не стоит ждать моментальной нормализации уровня давления. В течение нескольких дней из закачанного в систему теплоносителя будет выходить воздух через автоматические воздухоотводчики или краны, установленные на радиаторах. Восстановить напор теплоносителя удается его дополнительной закачкой в систему. Если данный процесс затягивается на несколько недель, то причина падения давления кроется в неправильно рассчитанном объеме расширительного бака или наличии мест утечки.

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.