Хидравлично изчисляване на топлинни мрежи: концепция, дефиниция, метод на изчисление с примери, задачи и дизайн

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

При хидравличното изчисление на топлинните мрежи се задава общият дебит на основната топла вода за отопление, климатизация, вентилация и топла вода. Въз основа на такова изчисление се определят необходимите параметри на помпено оборудване, топлообменници и диаметри на тръбите на главната мрежа.

Малко за теорията и проблемите

Основната задача на хидравличното изчисляване на топлинните мрежи е изборът на геометричните параметри на тръбата и стандартните размери на управляващите елементи, за да се осигури:

• качествено-количествено разпределение на охлаждащата течност към отделните отоплителни уреди;
• термохидравлична надеждност и икономическа осъществимост на затворена термична система;
• оптимизиране на инвестиционните и оперативните разходи на топлоснабдителната организация.

Хидравличното изчисление на топлинните мрежи създава предпоставките за отопление и топла вода уредите да достигнат необходимата мощност при дадена температурна разлика. Например, с T-графика от 150-70 ^oS, тя ще бъде равна на 80 ^{oS. Това се постига чрез създаване на необходимото налягане на водата или налягането на охлаждащата течност във всяка точка на нагряване.}

Такава предпоставка за функционирането на топлинната система се осъществява чрез компетентно настройване на мрежовото оборудване в съответствие с проектните условия, инсталиране на оборудване въз основа на резултатите от хидравличното изчисление на топлинните мрежи.

Етапи на мрежова хидравлика:

1. Изчисление преди стартиране.
2. Оперативна регулация.

Първоначална мрежова хидравлика в ход:

• чрез изчисления;
• метод на измерване.

В Руската федерация методът на изчисление е преобладаващ, той определя всички параметри на елементите на системата за топлоснабдяване в един район на населено място (къща, квартал, град). Без това мрежата ще бъде дерегулирана и охлаждащата течност няма да се доставя на горните етажи на многоетажни сгради. Ето защо началото на изграждането на всяко топлозахранващо съоръжение, дори и най-малкото, започва с хидравлично изчисляване на топлинните мрежи.

Изготвяне на диаграма на топлинни мрежи

Преди хидравличните изчисления се прави предварителна схема на главната линия с посочване на дължината L в метри и D на инженерните тръбопроводи в mm и прогнозните обеми на мрежовата вода за проектните участъци на схемата. Загубите на напор в системите за топлоснабдяване се разделят на линейни, възникващи във връзка стриене на среда в стените на тръбите и загуби в участъци, причинени от локално конструктивно съпротивление поради наличието на тройници, огъвания, компенсатори, огъвания и други устройства.

Пример за изчисляване на хидравлично изчисление на топлинни мрежи:

1. Първо се извършва разширено изчисление, за да се определи максималната производителност на мрежата, която може напълно да осигури на жителите услуги за отопление.
2. При завършване се установяват качествените и количествените показатели на главните и вътрешнокварталните мрежи, включително крайното налягане и температура на носача на входните възли на топлинните консуматори, като се вземат предвид топлинните загуби.
3. Извършете тестово хидравлично изчисление на отоплителната система и подаването на топла вода.
4. Определят действителните разходи в секциите на схемата и на входовете към жилищни съоръжения, количеството топлина, получено от абонатите при изчисляване на температурата на охлаждащата течност в тръбопровода за захранване на вода на отоплителните системи и наличното налягане в изпускателния колектор, обосновката за хидротермалните режими, прогнозираната температура вътре в жилищните помещения.
5. Определете желаната изходяща температура на подаване на топлина.
6. Задайте максималния размер T на загрята вода на изхода на котелното помещение или друг източник на топлина, получен на базата на хидравличното изчисление на топлинната мрежа. Тя трябва да гарантира вътрешни хигиенни стандарти.

Прилагане на нормативния метод

Хидравликата на мрежите се извършва въз основа на таблици за максимални почасови топлинни натоварвания и схема за топлоснабдяване за град или район с посочване на източници, местоположение на главни,вътрешноквартални и вътрешнокъщи инженерни системи, с обозначение на границите на балансовата собственост на собствениците на мрежи. Хидравличното изчисляване на тръбопроводите на отоплителните мрежи на всеки участък до горната схема се извършва отделно.

Този метод на изчисление се използва не само за отоплителни мрежи, но и за всички тръбопроводи, пренасящи течни среди, включително газов кондензат и други химически течни среди. За тръбопроводните системи за топлоснабдяване трябва да се направят промени, за да се вземат предвид кинематичният вискозитет и плътността на носителя. Това се дължи на факта, че тези характеристики влияят на специфичната загуба на напор в тръбите, а скоростта на потока е свързана с плътността на транзитната среда.

Параметри на хидравличното изчисление на водогрейната мрежа

Разход на топлина Q и количеството охлаждаща течност G за парцелите са посочени в таблицата с максимални показатели за почасов разход на топлина за зимния и летния сезон поотделно и съответстват на сбора на топлинната консумация за тримесечия, включени в схема.

По-долу е представен пример за хидравлично изчисление на топлинна мрежа.

Тъй като изчисленията зависят от много показатели, те се извършват с помощта на множество таблици, диаграми, графики, номограми, крайната стойност на потреблението на топлина Q за вътрешни отоплителни системи се получава чрез интерполация.

Количеството течност, циркулиращо в отоплителната мрежа m3/час, при изчисляване на хидравличния режим на отоплителната мрежа, се определя по формулата:

G=(D2 /4) x V, Къде:

• G - потребление на превозвач, m3/час;
• D – диаметър на тръбопровода, мм;
• V - скорост на потока, m/s.

Линейните падове на налягането при хидравличното изчисление на топлинните мрежи са взети от специални таблици. При монтажа на отоплителните системи в тях се монтират десетки и стотици спомагателни елементи: вентили, фитинги, вентилационни отвори, огъвания и други, създаващи устойчивост на транзитната среда.

Причините за спада на налягането в тръбопроводите могат също да включват вътрешното състояние на материалите на тръбите и наличието на солни отлагания върху тях. Стойностите на коефициентите, използвани в техническите изчисления, са дадени в таблиците.

Стандартна методология и стъпки на процеса

Съгласно метода на хидравлично изчисляване на топлинните мрежи се извършва на два етапа:

1. Изграждане на схема за отоплителна мрежа, по която са номерирани участъци, първо в района на централната магистрала - по-дълга и по-обемна мрежова линия от гледна точка на натоварване от точката на присъединяване до по-голяма съоръжение за отдалечено потребление.
2. Изчисляване на загубата на напор на всеки тръбен участък, схема. Извършва се с помощта на таблици и номограми, които са посочени от изискванията на държавните норми и стандарти.

На първо място, изчисленията за главната магистрала се извършват според разходите, определени според схемата. В същото време се използват референтни данни за специфични загуби на налягане в мрежите.

Освен това, след като са изчислили диаметрите на тръбите, те изчисляват:

1. Брой компенсатори според схемата.
2. Съпротивления на действително инсталираните елементиотоплителни мрежи.

Загубата на глава се изчислява по формули и номограми. След това, разполагайки с тези данни в цялата мрежа, хидромеханичният режим на отделните участъци се изчислява от мястото на разделяне на потока до крайния потребител.

Изчисленията са свързани с избора на диаметри на разклонителните тръби. Несъответствието е не повече от 10%. Излишното налягане в отоплителната система се гаси в асансьорните възли, дроселните дюзи или авторегулаторите в изпълнителните точки на къщата.

С наличното налягане на главната отоплителна система и разклоненията първо задайте приблизителното специфично съпротивление Rm, Pa/m.

Изчисленията използват таблици, номограми за хидравлично изчисляване на тръбопроводи на топлинни мрежи и друга справочна литература, задължителна за всички етапи, лесно се намира в Интернет и специална литература..

Транспорт с гореща вода

Алгоритъмът на изчислителната схема е установен от нормативна и техническа документация, държавни и санитарни стандарти и се извършва в стриктно съответствие с установената процедура.

Статията предоставя пример за изчисляване на хидравличното изчисление на отоплителната система. Процедурата се извършва в следната последователност:

1. В одобрената схема за топлоснабдяване на града и областта се отбелязват възловите изчислителни точки, източника на топлина, трасирането на инженерните системи с посочване на всички разклонения, свързани потребителски обекти.
2. Изяснете границите на балансовата собственост на потребителските мрежи.
3. Задайте номера на парцела според схемата, като започнете номериранетоот източник до краен потребител.

Системата за номериране трябва ясно да разделя видовете мрежи: главни вътрешноквартални, междуквартални от термичния кладенец до границите на баланса, докато обектът е зададен като сегмент от мрежата, ограден от два клона.

Диаграмата показва всички параметри на хидравличното изчисление на главната топлинна мрежа от централната отоплителна станция:

• Q - GJ/час;
• G m3/час;
• D - mm;
• V - m/s;
• L - дължина на секцията, m.

Изчисляването на диаметъра се задава по формулата.

Мрежи за парно отопление

Тази отоплителна мрежа е предназначена за система за топлоснабдяване, използваща топлоносител под формата на пара.

Разликите на тази схема от предишната се дължат на температурните индикатори и налягането на средата. Структурно тези мрежи са с по-къса дължина, в големите градове те обикновено включват само основните, тоест от източника до централната отоплителна точка. Те не се използват като вътрешнообластни и вътрешнокъщи мрежи, с изключение на малки индустриални обекти.

Схемата на веригата се изпълнява в същия ред, както при водната охлаждаща течност. Всички мрежови параметри за всеки клон са посочени в секциите, данните са взети от обобщената таблица на пределното почасово потребление на топлина, с поетапно сумиране на показателите за потребление от крайния потребител до източника.

Геометрични размеритръбопроводите се монтират въз основа на резултатите от хидравлично изчисление, което се извършва в съответствие с държавните норми и правила, и по-специално SNiP. Определящата стойност е загубата на налягане на газовата кондензатна среда от източника на подаване на топлина към потребителя. При по-голяма загуба на налягане и по-малко разстояние между тях скоростта на движение ще бъде голяма, а диаметърът на тръбопровода за пара ще трябва да бъде по-малък. Изборът на диаметър се извършва съгласно специални таблици, въз основа на параметрите на охлаждащата течност. След това данните се въвеждат в централни таблици.

Топлоносител за кондензатна мрежа

Изчислението за такава топлинна мрежа се различава значително от предишните, тъй като кондензатът е едновременно в две състояния - в пара и във вода. Това съотношение се променя с придвижването си към консуматора, т.е. парата става все по-влажна и в крайна сметка напълно се превръща в течност. Следователно изчисленията за тръбите на всяка от тези среди имат разлики и вече се вземат предвид от други стандарти, по-специално SNiP 2.04.02-84.

Процедура за изчисляване на тръбопроводи за кондензат:

1. Таблиците определят вътрешната еквивалентна грапавост на тръбите.
2. Индикатори за загуба на налягане в тръбите в мрежовия участък, от изхода на охлаждащата течност от помпите за подаване на топлина до потребителя, се приемат съгласно SNiP 2.04.02-84.
3. Изчисляването на тези мрежи не взема предвид консумацията на топлина Q, а само консумацията на пара.

Конструктивните характеристики на този тип мрежа значително влияят върху качеството на измерванията, тъй като тръбопроводите за товавидовете охлаждаща течност са изработени от черна стомана, мрежовите секции след мрежовите помпи поради изтичане на въздух бързо корозират от излишния кислород, след което се образува нискокачествен кондензат с железни оксиди, което причинява корозия на метала. Поради това се препоръчва да се монтират тръбопроводи от неръждаема стомана в този участък. Въпреки че окончателният избор ще бъде направен след приключване на предпроектното проучване на отоплителната мрежа.

Програми за проектиране

Загубите на енергия поради клапани, фитинги и завои са причинени от локализирани смущения в потока. Загубата на енергия възниква в краен и не непременно къс участък от тръбопровода, но за хидравличните изчисления се приема, че целият обем на тази загуба се взема предвид на мястото на устройството. За тръбопроводни системи с относително дълги тръби често се случва получените загуби да бъдат незначителни по отношение на общата загуба на налягане в тръбата.

Загубата на тръби се измерва с помощта на реални експериментални данни и след това се анализира, за да се определи локален коефициент на загуба, който може да се използва за изчисляване на загубите при монтаж, тъй като варира в зависимост от дебита на флуида през това устройство.

Pipe Flow Software улеснява определянето на загубите при монтажа и други загуби при изчисления на диференциалното налягане, тъй като те идват предварително заредени с база данни за клапани, която съдържа много стандартни фактори за клапани ифитинги с различни размери. Помпа често се използва в тръбопроводна система за добавяне на допълнително налягане за преодоляване на загуби от триене и други съпротивления.

Ефективността на помпата се определя от кривата. Напорът, произведен от помпата, варира в зависимост от дебита, намирането на работната точка на кривата на производителността на помпата не винаги е лесна задача.

Ако използвате хидравличната програма за изчисление на Pipe Flow Expert, е доста лесно да намерите точната работна точка на кривата на помпата, като се гарантира, че потоците и наляганията са балансирани в цялата система, за да се вземе точно решение за проектиране тръбопроводи.

Онлайн изчислението се прави, за да се избере оптималния диаметър, който осигурява най-добрите работни параметри, ниска загуба на напор и висока скорост на движение на медиите, което ще осигури добри технически и икономически показатели на отоплителните мрежи като цяло.

Минимизира усилията и осигурява по-висока точност. Той включва всички необходими референтни таблици и номограми. По този начин загубите на метър тръби се приемат в размер на 81 - 251 Pa / m (8,1 - 25,1 mm воден стълб), което зависи от материала на тръбите. Скоростта на водата в системата зависи от диаметъра на монтираните тръби и се избира в определен диапазон. Най-високата скорост на водата за отоплителните мрежи е 1,5 m/s. Изчислението предполага граничните стойности на скоростта на водата в тръбопроводи с вътрешен диаметър:

1. 15.0mm-0.3m/s;
2. 20.0mm-0.65m/s;
3. 25, 0 mm - 0,8 m/s;
4. 32.0mm-1.0m/s.
5. За други диаметри не повече от 1,5 m/s.
6. За тръбопроводи на противопожарни системи е разрешена средна скорост до 5,0 m/s.

Инструментална геоинформационна система

GIS Zulu - геоинформационна програма за хидравлично изчисляване на топлинни мрежи. Компанията е специализирана в изучаването на ГИС приложения, които изискват визуализация на 3D геоданни във векторни и растерни версии, топологично изследване и връзката им със семантичните бази данни. Zulu ви позволява да създавате различни планове и работни потоци, включително топлинни и парни мрежи, използвайки топология, може да работи с растери и да придобива данни от различни бази данни, като BDE или ADO.

Изчисленията се извършват в тясна интеграция с геоинформационната система, изпълняват се във версията на разширения модул. Мрежата е елементарна и нагледно въведена в ГИС с мишката или по зададените координати. След това незабавно се създава изчислителна схема. След това се задават параметрите на веригите и се потвърждава началото на процеса. Изчисленията се прилагат за тупикови и пръстеновидни отоплителни системи, включително мрежови помпени агрегати и дроселиращи устройства, захранвани от един или повече източници. Изчислението на отоплението може да се направи, като се вземат предвид течовете от разпределителните мрежи и топлинните загуби в отоплителните тръби.

За да инсталирате специална програма на компютър, изтеглете в Интернет чрез торент "Хидравлично изчисляване на топлинни мрежи 3.5.2".

Структура на стъпките за дефиниране:

1. Определение на комутация.
2. Проверка на хидромеханично изчисление на отоплителната мрежа.
3. Въвеждане в експлоатация на топлинно-хидравлично изчисление на главни и вътрешноквартални тръби.
4. Избор на дизайн на оборудване за отоплителна мрежа.
5. Изчисляване на пиезометричната графика.

Microsoft Excel Developer Tool

Microsoft Excel за хидравлично изчисление в топлинни мрежи е най-достъпният инструмент за потребителите. Неговият изчерпателен редактор на електронни таблици може да реши много изчислителни проблеми. Въпреки това, когато се извършват изчисления на топлинни системи, трябва да се спазват специални изисквания. Те могат да бъдат изброени:

• намиране на предишния раздел в посоката на средата;
• изчисляване на диаметъра на тръбата според този условен индикатор и обратно изчисление;
• задаване на корекционния фактор за размера на специфичната загуба на напор според данните и еквивалентната грапавост на материала на тръбата;
• изчисляване на плътността на средата от нейната температура.

Разбира се, използването на Microsoft Excel за хидравлично изчисление в топлинни мрежи не позволява абсолютно да се опрости хода на изчисленията, което първоначално създава относително големи разходи за труд.

Софтуер за хидромеханично изчисляване на мрежи или пакет GRTS - компютърно приложение, което извършва хидромеханични изчисления на многотръбни мрежи, включително конфигурация в задънена улица. Платформата GRTS съдържа езиковата функционалност на формулите, което позволяваустановете необходимите характеристики на изчислението и изберете формули за точността на тяхното определяне. Благодарение на използването на тази функционалност, калкулаторът има възможността самостоятелно да намира технологията за изчисление и да задава необходимата сложност.

Има две версии на приложението GRTS: 1.0 и 1.1. В края потребителят ще получи следните резултати:

• изчисление, което внимателно описва методологията на изчисление;
• отчет в табличен вид;
• прехвърляне на изчислителни бази данни в Microsoft Excel;
• пиезометрична графика;
• графика на температурата на топлоносителя.

Приложението GRTS 1.1 се счита за най-модерната модификация и поддържа най-новите стандарти:

1. Изчисляване на диаметрите на тръбите въз основа на дадени налягания в крайните точки на термичната диаграма.
2. Помощната платформа е надстроена. Екип "?" отваря помощната област на приложението на екрана на монитора.

Хидравлично изчисляване на топлинни мрежи

Пример за изчислението е показан по-долу.

Минималните основни параметри, необходими за проектиране на тръбопроводна система, включват:

1. Характеристики и физични свойства на течността.
2. Необходим масов поток (или обем) на транспортната среда за транспортиране.
3. Налягане, температура в началната точка.
4. Налягане, температура и надморска височина в крайната точка.
5. Разстояние между две точки и еквивалентна дължина (загуба на налягане) на инсталираните клапани и фитинги.

Тези основни параметри са необходими за проектирането на тръбопроводната система. Ако приемем постоянен поток, има редица уравнения, базирани на общото енергийно уравнение, които могат да се използват за проектиране на тръбопроводна система.

Променливи, свързани с течност, пара или двуфазен кондензатен поток, влияят на резултата от изчислението. Това води до извеждане и разработване на уравнения, приложими за определен флуид. Въпреки че тръбопроводните системи и тяхното проектиране могат да станат сложни, по-голямата част от проектните проблеми, пред които е изправен инженерът, могат да бъдат решени чрез стандартни уравнения на потока на Бернули.

Основното уравнение, разработено за представяне на стационарния флуиден поток, е уравнението на Бернули, което приема, че общата механична енергия се запазва за постоянен, несвиваем, невизим изотермичен поток без пренос на топлина. Тези ограничаващи условия може наистина да са представителни за много физически системи.

Загубите на напор, свързани с клапани и фитинги, могат също да бъдат изчислени, като се вземат предвид еквивалентните "дължини" на тръбните секции за всеки клапан и фитинг. С други думи, изчислената загуба на напор, причинена от флуида, преминаващ през клапана, се изразява като допълнителна дължина на тръбата, която се добавя към действителната дължина на тръбата при изчисляване на спада на налягането.

Всички еквивалентни дължини, причинени от клапани и фитинги в сегментатръбите ще бъдат събрани, за да се изчисли спадът на налягането за изчисления тръбен сегмент.

Обобщавайки, можем да кажем, че целта на хидравличното изчисление на топлинната мрежа в крайната точка е справедливо разпределение на топлинните натоварвания между абонатите на топлинните системи. Тук важи прост принцип: всеки радиатор - според нуждите, тоест по-голям радиатор, който е предназначен да осигури по-голям обем отопление на помещението, трябва да получава по-голям поток от охлаждаща течност. Правилно извършеното изчисление на мрежата може да гарантира този принцип.