В статье мы затронем проблемы, связанные с давлением и диагностируемые манометром. Мы построим ее в форме ответов на часто задаваемые вопросы. Обсуждаться будет не только перепад между подачей и обраткой в элеваторном узле, но и падение давления в системе отопления закрытого типа, принцип работы расширительного бака и многое другое.

Давление — не менее важный параметр отопления, чем температура.

Центральное отопление

Как работает элеваторный узел

На входе элеватора стоят задвижки, отсекающие его от теплотрассы. По их ближним к стене дома фланцам проходит раздел зон ответственности между жилищниками и поставщиками тепла. Вторая пара задвижек отсекает элеватор от дома.

Подающий трубопровод всегда вверху, обратка — внизу. Сердце элеваторного узла — узел смешения, в котором расположено сопло. Струя более горячей воды из подающего трубопровода вливается в воду из обратного, вовлекая ее в повторный цикл циркуляции через контур отопления.

Регулируя диаметр отверстия в сопле, можно менять температуру смеси, поступающей в .

Строго говоря, элеватор — не помещение с трубами, а вот этот узел. В нем вода с подачи смешивается с водой обратного трубопровода.

Какой перепад между подающим и обратным трубопроводами трассы

• В штатном режиме работы он составляет около 2-2,5 атмосфер. Типично в дом поступает 6-7 кгс/см2 на подаче и 3,5-4,5 на обратке.

Обратите внимание: на выходе из ТЭЦ и котельной перепад больше. Его снижают как потери за счет гидравлического сопротивления трасс, так и потребители, каждый из которых представляет собой, упрощенно говоря, перемычку между обеими трубами.

• Во время испытаний на плотность насосы накачивают в оба трубопровода не менее 10 атмосфер. Испытания проводятся холодной водой при перекрытых входных задвижках всех подключенных к трассе элеваторов.

Какой перепад в системе отопления

Перепад на трассе и перепад в системе отопления — две абсолютно разные вещи. Если давление обратки до и после элеватора не отличается, то вместо подачи в дом поступает смесь, давление которой превышает показания манометра на обратке всего на 0,2- 0,3 кгс/см2. Это соответствует перепаду высоты в 2-3 метра.

Этот перепад тратится на преодоление гидравлического сопротивления розливов, стояков и отопительных приборов. Сопротивление определяется диаметром каналов, по которым движется вода.

Какого диаметра должны быть стояки, розливы и подводки к радиаторам в многоквартирном доме

Точные значения определяются гидравлическим расчетом.

В большинстве современных домов применяются следующие сечения:

• Розливы отопления делаются из трубы ДУ50 — ДУ80.
• Для стояков используется труба ДУ20 — ДУ25.
• Подводка к радиатору делается либо равной диаметру стояка, либо на шаг тоньше.

Нюанс: занижать диаметр подводки относительно стояка при монтаже отопления своими руками можно только при наличии перемычки перед радиатором. Причем врезана она должна быть в более толстую трубу.

На фото — более здравое решение. Диаметр подводки не занижен.

Что делать, если температура обратного трубопровода слишком мала

В таких случаях:

1. Рассверливается сопло . Его новый диаметр согласуется с поставщиком тепла. Увеличенный диаметр не только поднимет температуру смеси, он увеличит и перепад. Циркуляция через отопительный контур ускорится.
2. При катастрофической нехватке тепла элеватор разбирается, сопло изымается, а подсос (труба, соединяющая подачу с обраткой) глушится .
   В систему отопления поступает вода из подающего трубопровода напрямую. Температура и перепад давлений резко увеличиваются.

Обратите внимание: это крайняя мера, на которую можно пойти только при риске разморозки отопления. Для нормальной работы ТЭЦ и котельных важна фиксированная температура обратки; заглушив подсос и сняв сопло, мы поднимем ее как минимум на 15-20 градусов.

Что делать, если температура обратки слишком велика

1. Штатная мера — заварить сопло и рассверлить его заново, уже меньшим диаметром.
2. Когда нужно срочное решение без остановки отопления — перепад на входе в элеватор уменьшается с помощью запорной арматуры. Это можно сделать входной задвижкой на обратке, контролируя процесс по манометру.
   У этого решения есть три недостатка:
   • Давление в системе отопления вырастет. Мы ведь ограничиваем отток воды; нижнее давление в системе станет ближе к давлению подачи.
   • Износ щечек и штока задвижки резко ускорится: они будут находиться в турбулентном потоке горячей воды с взвесями.
   • Всегда есть вероятность падения изношенных щечек. Если они полностью перекроют воду, отопление (прежде всего подъездное) будет разморожено в течение двух-трех часов.

Зачем нужно большое давление в трассе

Действительно, в частных домах с автономными системами отопления используется избыточное давление всего в 1,5 атмосферы. И, разумеется, большее давление означает, куда большие расходы на более прочные трубы и питание нагнетающих насосов.

Необходимость в большем давлении связана с этажностью многоквартирных домов. Да, для циркуляции нужен минимальный перепад; но ведь воду нужно поднять до уровня перемычки между стояками. Каждая атмосфера избыточного давления соответствует водяному столбу в 10 метров.

Зная давление в трассе, нетрудно вычислить максимальную высоту дома, который может быть отоплен без применения дополнительных насосов. Инструкция по расчету проста: 10 метров умножаются на давление обратки. Давление обратного трубопровода в 4,5 кгс/см2 соответствует водяному столбу в 45 метров, что при высоте одного этажа в 3 метра даст нам 15 этажей.

К слову, горячее водоснабжение подается в многоквартирных домах из того же элеватора — с подачи (при температуре воды не выше 90 С) или обратки. При недостатке давления верхние этажи останутся без воды.

Автономное отопление

Зачем нужен расширительный бачок

Вмещает избыток расширившегося теплоносителя при его нагреве. Без расширительного бака давление может превысить прочность трубы на разрыв. Бак состоит и стальной бочки и мембраны из резины, которая отделяет воздух от воды.

Воздух, в отличие от жидкостей, хорошо сжимается; при увеличении объема теплоносителя на 5% давление в контуре благодаря воздушной емкости вырастет незначительно.

Объем бака обычно берется примерно равным 10% общего объема отопительной системы. Цена этого устройства невелика, так что покупка не будет разорительной.

Правильный монтаж бачка — подводкой вверх. Тогда в него не попадет лишний воздух.

Почему в закрытом контуре уменьшается давление

Почему падает давление в системе отопления закрытого типа?

Ведь воде некуда деться!

• При наличии в системе автоматических воздушников через них будет выходить растворенный на момент заполнения в воде воздух.
  Да, он составляет небольшую часть объема теплоносителя; но ведь большого изменения объема и не нужно, чтобы манометр отметил изменения.
• Пластиковые и металлопластиковые трубы могут незначительно деформироваться под влиянием давления. В сочетании с высокой температурой воды этот процесс ускорится.
• В системе отопления падает давление при снижении температуры теплоносителя. Тепловое расширение, помните?
• Наконец, незначительные утечки легко увидеть лишь в централизованном отоплении по ржавым следам. Вода в замкнутом контуре не столь богата железом, да и трубы в частном доме чаще всего не стальные; поэтому увидеть следы мелких течей в том случае, если вода успевает испаряться, почти невозможно.

Чем опасно падение давления в замкнутом контуре

Выходом из строя котла. В старых моделях без термоконтроля — вплоть до взрыва. В современных старших моделях часто присутствует автоматический контроль не только температуры, но и давления: когда оно падает ниже порогового значения, котел сообщает о неполадке.

В любом случае лучше поддерживать давление в контуре на уровне примерно полутора атмосфер.

Как замедлить падение давления

Чтобы не подпитывать систему отопления раз за разом каждый день, поможет простая мера: поставьте второй расширительный бак большего объема.

Внутренние объемы нескольких бачков суммируются; чем больше суммарное количество воздуха в них — тем меньшее падение давления вызовет уменьшение объема теплоносителя на, скажем, 10 миллилитров в сутки.

Где поставить расширительный бак

В общем-то, большой разницы для мембранного бака нет: он может быть подключен в любой части контура. Производители, однако, рекомендуют подключать его там, где течение воды максимально близко к ламинарному. При наличии в системе я бачок можно смонтировать на прямом участке трубы перед ним.

Заключение

Надеемся, что интересовавший вас вопрос не остался без внимания. Если это не так — возможно, нужный ответ вы сможете найти в видео в конце статьи. Теплых зим!

Регулирование давления в тепловой сети. Нейтральные точки.

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

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

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

Нейтральные точки могут устанавливаться:

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

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

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

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

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.

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.

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.