Вітаю Вас, дорогі та шановні читачі сайту “сайт”. Схема теплової мережі визначається наявністю джерела теплопостачання, їхньою тепловою потужністю, а також розміщенням джерел теплопостачання щодо споживачів теплоти. Також вибір схем теплових мереж залежить від величин теплових навантажень споживачів теплоти, від характеру теплових споживачів та від виду теплоносія. Схема теплової мережі має забезпечувати надійність подачі теплоти та точність її розподілу між споживачами. Протяжність теплової мережі повинна бути мінімальною, а конфігурація повинна бути по можливості проста і економічна в експлуатації.
Найбільш простою і часто застосовуваною є радіальна схема (тупикова) теплової мережі.
Принципова схема радіальна
1 – споживачі теплоти
2 – теплові мережі
3 – джерело теплопостачання (котельня, ТЕЦ)
Радіальні теплові мережі характеризуються поступовим зменшенням діаметрів трубопроводу в міру віддалення джерела теплопостачання та зниження витрати мережної води. На трубопроводах теплових мереж розміщуються секційні засувки на відстані від 1000 до 1500 м один від одного. Засувки, що секціонують, також встановлюються на відгалуженнях споживачів теплоти. Призначення секційної засувки – це локалізація місця аварії теплової мережі та відключення споживачів. Радіальні теплові мережі найбільш прості та вимагають великих капітальних та експлуатаційних витрат.
Головний нестача радіальних теплових мереж - Відсутність резервування, тобто. при аварії на одній із ділянок, наприклад, на схемі дільниця "Б-Г", припиняється подача теплоти всім споживачам, розташованим після точки (дільниці) "Г".
Підвищення надійності радіальних теплових мереж можливі такими методами:
- Спільна робота кількох джерел теплопостачання загальну радіальну теплову мережу.
- Резервування окремих елементів радіальної теплової мережі (4 замість 1 трубопроводу, що подає, який розрахований на пропуск 100% витрати мережевої можна прокласти 2 трубопроводи, кожен з яких розрахований на пропуск 50% витрати мережної води).
- Використання технічних заходів, що підвищують можливість безвідмовної роботи окремих елементів теплової мережі (наприклад, антикорозійний захист трубопроводів, використання сталевої запірної арматури замість чавунної).
- Встановлює дублюючі перемички між тепловими мережами сусідніх районів.
- Використання режиму щадного при роботі радіальної теплової мережі (наприклад, робота систем теплопостачання на знижених температурних графіках τ 01<=90 0 C, τ 02 <=60 0 C).
Однак підвищення надійності радіальних теплових мереж призводить до їхнього значного подорожчання і має бути обґрунтовано техніко-економічним розрахунком.
Безперервність подачі теплоти споживачам досить добре забезпечується кільцевою схемою теплової мережі.
У кільцевих теплових мережах передбачається прокладання дублюючих магістральних ділянок (”А-А'-Г'-Е'-Ж”), а також передбачається прокладання перемичок (наприклад, ”В-В'; Г-Г'; Д-Д'; Е-Е'”). І у разі аварії на одній із ділянок споживач отримуватиме теплову енергію по дублюючій магістралі дільниць через перемички.
Кільцювання підвищує надійність теплових мереж, але призводить до значного збільшення капітальних та експлуатаційних витрат. Вибір схеми теплової мережі визначається техніко-економічним обґрунтуванням з обов'язковим урахуванням надійності забезпечення споживачів тепловою енергією.
Споживачі теплоти за надійністю теплопостачання поділяються на 3 категорії:
- Споживачі, що не допускають перерви подачі необхідної кількості теплоти і не допускають зниження температури внутрішнього повітря в приміщеннях будівель (лікарні, пологові будинки, дитячо-дошкільні заклади з цілодобовим перебуванням дітей, галереї, шахти тощо).
- Споживачі, що допускають зниження температури внутрішнього повітря на період ліквідації аварії. Допустиме зниження температури внутрішнього повітря на період ліквідації аварії становить для житлових, громадських, адміністративно-побутових будівель до 12 0 С, для промислових будівель до 8 0 С.
- Решта споживачі теплоти (склади, гаражі, сховища).
При аваріях на теплових мережах або джерелі теплопостачання зниження подачі теплоти споживачам 2 і 3 категорії наведено в таблиці.
Допустиме зниження подачі теплоти споживачам 2 та 3 категорії при аварійному режимі теплопостачання
Розрахунковий час ліквідації аварії та повного відновлення теплопостачання становить від 15 до 54 годин (залежно від місця виникнення аварії та складності ушкодження).
Відповідно до БНіП 41-02-2003 ”Теплові мережі”. Усі теплові мережі населених пунктів та промислових підприємств поділяються на:
- магістральні теплові мережі – призначені для транспортування теплоносія від джерел теплопостачання до вводів до житлових районів або до вводів на територію промислових підприємств.
- розподільні теплові мережі – призначені для транспортування теплоносія від магістральних теплових мереж до теплових пунктів житлових районів чи промислових підприємств.
- квартальні теплові мережі або міжцехові теплові мережі – призначені для транспортування теплоносія від теплових пунктів до будівель житлових районів чи цехів промислових підприємств.
Принципові схеми магістральної, розподільної та квартальної теплових мереж.
1 - споживачі теплоти (будівлі)
2 – джерела теплопостачання
3 – ділянки магістральної теплової мережі
4 – розподільні теплові мережі
5 – квартальні теплові мережі
6 – центральні теплові пункти
Принципова схема теплових мереж із індивідуальними тепловими пунктами
На рисунках наведено схеми радіальної магістральної розподільної та квартальної теплових мереж для 2-х житлових районів за наявності 2-х джерел теплопостачання.
Для кожного житлового району передбачається подача теплоти від будь-якого джерела теплопостачання (за допомогою перемикання засувок на магістральній та розподільній теплових мережах). Магістральні теплові мережі та розподільні теплові мережі транспортують теплоносій всім видів теплового споживання, тобто. в одному трубопроводі знаходиться мережева вода і для опалення, і для вентиляції, і для гарячого водопостачання і навіть для технологічних потреб споживачів теплоти.
Магістральні теплові мережі та розподільні теплові мережі прокладаються, як правило, 2-х трубними, квартальні та міжцехові мережі транспортують теплоносій для кожного виду теплового споживання окремо, тобто. окремо прокладаються мережі для опалення (так звані опалювальні теплові мережі), окремо прокладаються мережі для гарячого водопостачання (мережі гарячого водопостачання), а також на промислових підприємствах можуть прокладатися мережі для покриття технологічного теплового навантаження.
Квартальні і межцеховые теплові мережі прокладаються або 4-х трубні, або багато трубні, за наявності житлових районів чи промислових підприємствах, індивідуальних теплових пунктах практично стираються відмінності між розподільними і квартальними тепловими мережами, тобто. розподільні теплові мережі у разі прокладаються у самих житлових кварталах, чи між цехами у промислових підприємствах.
Підготовлений теплоносій (пар певного тиску або вода, нагріта до заданої температури) подається тепловими мережами до споживачів теплоти. Теплова мережа складається з теплопроводів, тобто з'єднаних зварюванням сталевих труб, теплової ізоляції, запірної та регулювальної арматури, насосних підстанцій, авторегуляторів, компенсаторів теплових подовжень, дренажних та повітрозпускних пристроїв, рухомих та нерухомих опор, камер обслуговування та будівельних конструкцій.
В даний час теплові мережі виконуються здебільшого двотрубними, що складаються з подавального та зворотного теплопроводів для водяних мереж та паропроводу з конденсатопроводом для парових мереж.
Схема теплової мережі визначається розміщенням джерел теплоти (ТЕЦ чи районних котелень) стосовно району теплового споживання, характером теплового навантаження та видом теплоносія. Схема мережі має забезпечувати надійність та економічність експлуатації; довжина мережі має бути мінімальною, а конфігурація по можливості простий.
Пара як теплоносія використовується головним чином для технологічних навантажень промислових підприємств. Основне навантаження парових мереж зазвичай концентрується у порівняно невеликій кількості вузлів, якими є цехи промислових підприємств. Тому питома довжина парових мереж на одиницю розрахункового теплового навантаження, як правило, невелика. Коли характером технологічного процесу допустимі короткочасні (до 24 год) перерви в подачі пари, найбільш економічним і водночас досить надійним рішенням служить прокладка однотрубного паропроводу з конденсатопроводом.
Більш складним завданням вважається вибір схеми водяних теплових мереж, оскільки їхнє навантаження, як правило, менш концентроване. Водяні теплові мережі в сучасних містах обслуговують велику кількість споживачів, що нерідко вимірюється тисячами і навіть десятками тисяч приєднаних будівель.
Водяні теплові мережі повинні чітко поділятися на магістральні та розподільчі.До магістральних зазвичай відносяться теплопроводи, що з'єднують джерела теплоти з районами теплового споживання, а також між собою. Теплоносій надходить з магістральних до розподільчих мереж і по розподільних мережах подається через групові теплові підстанції або місцеві теплові підстанції до установок, що споживають тепло, абонентів. Безпосереднє приєднання теплових споживачів до магістральних мереж слід допускати, крім випадків приєднання великих промислових підприємств.
Розрізняють радіальні та кільцевітеплові мережі. Найчастіше застосовуються радіальні мережі, які характеризуються поступовим зменшенням діаметра в міру віддалення від джерела теплопостачання та зниження теплового навантаження (рис. 26). Такі мережі прості в експлуатації та вимагають найменших капітальних витрат.
Недоліком радіальних мереж є відсутність резервування. При аварії на одній із магістралей, наприклад, у точці амагістралі I, припиниться подача теплоти всім споживачам, розташованим після точки апо ходу теплоносія. Під час аварії на початку магістралі припиняється теплопостачання всіх споживачів; приєднані до цієї магістралі. Для резервування постачання споживачів теплотою можуть передбачатися перемички між магістралями. Перемички прокладаються з підвищеним діаметром, вони з'єднують середини або кінці магістралей.
При теплопостачанні великих міст від кількох ТЕЦ доцільно передбачити взаємне блокування ТЕЦ шляхом з'єднання їх до магістралей блокувальними зв'язками. У цьому випадку може бути створена кільцева об'єднана теплова мережа з декількома джерелами живлення. Схема такої мережі показано на рис. 27. У таку саму систему в ряді випадків можуть бути об'єднані теплові мережі ТЕЦ та великих районних або промислових котелень.
Кільцювання мереж значно подорожчає мережі, але підвищує надійність теплопостачання. Кільцювання промислових теплових мереж іноді є обов'язковим при забезпеченні теплотою споживачів, що не допускають перерв у подачі теплоносія, як правило, для технологічних потреб. У цьому випадку кільцювання може бути замінене дублюванням, тобто прокладанням паралельно двох паропроводів або теплопроводів. Другий паропровід або теплопровід у цьому випадку знаходиться у гарячому резерві. За відповідних обґрунтувань на промислових підприємствах передбачається резервна потужність теплових мереж для подальшого розширення підприємства або окремих цехів.
Об'єднання магістральних теплових мереж кількох джерел теплоти поряд із резервуванням теплопостачання дозволяє зменшити сумарний котельний резерв на ТЕЦ та збільшити рівень використання найбільш економічного обладнання в системі за рахунок оптимального розподілу навантаження між джерелами теплоти.
Враховуючи залежність відрахування споживачів, їх потреб у тепловій енергії, а також вимог до якості та безперебійності теплопостачання для певних категорій абонентів теплові мережі виконуються радіальними (тупиковими) або кільцевими.
Тупикова схема (малюнок) є найпоширенішою. Вона застосовується при забезпеченні тепловою енергією міста, кварталу або селище від одного джерела – теплоелектроцентралі або котельні. У міру віддалення магістралі від джерела зменшуються діаметри теплопроводів 1, спрощуються конструкція, склад споруд та обладнання на теплових мережах відповідно до зниження теплового навантаження. Для цієї схеми характерним є те, що при аварії магістралі абоненти, підключені до теплової мережі після місця аварії, не забезпечуються тепловою енергією.
Для підвищення надійності забезпечення споживачів 2 тепловою енергією між суміжними магістралями влаштовують перемички 3, які дозволяють при аварії будь-якої магістралі перемикати подачу теплової енергії. Відповідно до норм проектування теплових мереж, пристрій перемичок обов'язково, якщо потужність магістралей 350 МВт і більше. У цьому випадку діаметр магістралей зазвичай 700 мм і більше. Наявність перемичок частково виключає основний недолік цієї схеми і створює можливість безперебійного теплопостачання споживачів. У разі аварійних умов допускається часткове зниження подачі теплової енергії. Наприклад, згідно з Нормами проектування, перемички розраховують на забезпечення 70% сумарного теплового навантаження (максимальної годинної витрати на опалення та вентиляцію і середньогодинного на гаряче водопостачання).
У районах міста, що розвиваються, резервуючі перемички передбачають між суміжними магістралями незалежно від теплової потужності, але виходячи з черговості розвитку. Перемички передбачають також між магістралями в тупикових схемах при теплопостачанні району від кількох джерел теплоти (ТЕЦ, районних і квартальних котельних 4), що підвищує надійність теплопостачання. Разом з тим, у літній період при роботі однієї або двох котелень на нормальному режимі можна відключати кілька котелень, що працюють з мінімальним навантаженням. При цьому поряд із підвищенням ККД котелень створюються умови для своєчасного проведення профілактичного та капітального ремонтів окремих ділянок теплової мережі та власне котелень. На великих відгалуженнях (див. малюнок) передбачаються секційні камери 5. Для підприємств, що не допускають перерви в подачі теплової енергії, передбачають схеми теплових мереж з двостороннім живленням, місцеві резервні джерела або кільцеві схеми.
Кільцева схема(Малюнок) передбачається у великих містах. Для влаштування таких теплових мереж потрібні великі капітальні вкладення порівняно з тупиковими. Гідність кільцевої схеми – наявність кількох джерел, завдяки чому підвищується надійність теплопостачання та потрібна менша сумарна резервна потужність котельного обладнання. У разі збільшення вартості кільцевої магістралі знижуються капітальні витрати на будівництво джерел теплової енергії. Кільцева магістраль 1 підключена до трьох ТЕЦ, споживачі 2 через центральні теплові пункти 6 приєднані до кільцевої магістралі за тупиковою схемою. На великих відгалуженнях передбачені секційні камери 5. Промислові підприємства 7 також приєднані за тупиковою схемою.
Безканальне прокладання теплопроводів по конструкції теплової ізоляції поділяється на засипну, збірну, збірно-литу та монолітну. Основний недолік безканальної прокладки – підвищена просадка та зовнішня корозія теплопроводів, а також збільшені втрати втрати в разі порушення гідроізоляції теплоізолюючого шару. Значною мірою недоліки безканальних прокладок теплових мереж усуваються при використанні теплогідроізоляції на базі полімербетонних сумішей.
Теплопроводи в каналах укладають на рухомі чи нерухомі опори. Рухливі опори служать передачі своєї ваги теплопроводів на несучі конструкції. Разом з тим вони забезпечують переміщення труб, що відбувається внаслідок зміни їх довжини при зміні їх довжини при зміні температури теплоносія. Рухливі опори бувають ковзні та коткові.
Ковзаючі опори використовують у тих випадках, коли основа під опори повинна бути зроблена досить міцною для сприйняття великих горизонтальних навантажень. В іншому випадку встановлюють каткові опори, що створюють менші горизонтальні навантаження. Тому при прокладанні трубопроводів великих діаметрів у тунелях, на каркасах або щоглах слід ставити каткові опори.
Нерухомі опори служать для розподілу термічних подовжень теплопроводу між компенсаторами і для забезпечення рівномірної роботи останніх. У камерах підземних каналів і при надземних прокладках нерухомі опори виконують у вигляді металевих конструкцій, зварених або з'єднаних на болтах із трубами. Ці конструкції закладають у фундаменти, стіни та перекриття каналів.
Для сприйняття температурних подовжень і розвантаження теплопроводів від температурних напруг на тепломережі встановлюють радіальні (гнучкі і хвилясті шарнірного типу) і осьові (сальникові та лінзові) компенсатори.
Гнучкі компенсатори П - і S - образні виготовляють із труб і відводів (гнутих, крутовигнутих та зварних) для теплопроводів діаметром від 500 до 1000 мм. Такі компенсатори встановлюють у непрохідних каналах, коли неможливе огляд прокладених теплопроводів, а також у будівлях при безканальній прокладці. Допустимий радіус вигину труб при виготовленні компенсаторів становить 3,5...4,5 зовнішнього діаметра труби.
З метою збільшення компенсуючої здатності гнутих компенсаторів і зменшення компенсаційних напруг зазвичай їх попередньо розтягують. Для цього компенсатор у холодному стані розтягується в основі петлі, з тим щоб при подачі гарячого теплоносія і відповідному подовженні теплопроводу плечі компенсатора опинилися в положенні, при якому напруги будуть мінімальні.
Сальникові компенсатори мають невеликі розміри, більшу компенсуючу здатність чинити незначний опір рідини, що протікає. Їх виготовляють односторонніми та двосторонніми для труб діаметром від 100 до 1000 мм. Сальникові компенсатори складаються з корпусу з фланцем на передній частині. У корпус компенсатора вставлений рухомий стакан із фланцем для встановлення компенсатора на трубопроводі. Щоб сальниковий компенсатор не пропускав теплоносій між кільцями, у проміжку між корпусом та склянкою укладають сальникове набивання. Сальникову набивку втискають фланцевим вкладишем за допомогою шпильок, що загвинчуються в корпус компенсатора. Компенсатори кріплять до нерухомих опор.
Камера для встановлення засувок на теплових мережах зображена малюнку. При підземних прокладках тепломереж для обслуговування запірної арматури влаштовують підземні камери 3 прямокутної форми. У камерах прокладають відгалуження 1 та 2 мережі до споживачів. Гаряча вода в будівлю подається теплопроводом, що укладається з правого боку каналу. Подавальний 7 і 6 зворотний теплопроводи встановлюють на опори 5 і покривають ізоляцією. Стіни камер викладають з цегли, блоків або панелею, перекриття збірні - з железобетону у вигляді ребристих або плоских плит, дно камери - з бетону. Вхід до камер через чавунні люки. Для спуску в камеру під люками в стіні закладають скоби або встановлюють металеві сходи. Висота камери має бути не менше 1800 мм. Ширину вибирають з розрахунком, щоб відстані між стінами і трубами були не менше 500 м.
Запитання для самоконтролю:
1. Що називають тепловими мережами?
2. Як класифікуються теплові мережі?
3. У чому переваги та недоліки кільцевої та тупикової мереж?
4. Що називають теплопроводом?
5. Назвіть способи прокладання теплових мереж.
6. Назвіть призначення та види ізоляції теплопроводів.
7. Назвіть труби, з яких монтують теплові мережі.
8. Назвіть призначення компенсаторів.
Комерційний ризик (ризик зниження обсягів послуг)мінімізується правильним вибором маркетингової стратегії та проведенням рекламних акцій, безперервного моніторингу потреб клієнтів, здійсненням гнучкої асортиментної політики. Слід врахувати, що за фінансово-економічної оцінки проекту приймалася обережна оцінка обсягів послуг.
Ризик прибутковості (неотримання наміченого рівня прибутковості проекту)мінімізується з допомогою гнучкої тарифної політики, вибору обсягу ціни послуги на середньому ринковому рівні, контролю витрат.
Політичні ризикидо певної міри піддаються обмеження з допомогою контактів із міськими органами управління, юридичної підтримкою проекту у його реалізації.
ГІДРАВЛІЧНИЙ РОЗРАХУНОК
ЗАВДАННЯ ГІДРАВЛІЧОГО РОЗРАХУНКУ
Завдання гідравлічного розрахунку:
1) визначення діаметрів трубопроводів;
2) визначення падіння тиску (напору);
3) визначення тисків (напорів) у різних точках мережі;
4) ув'язування всіх точок системи при статичному та динамічному режимах з метою забезпечення допустимих тисків та необхідних напорів у мережі та абонентських системах.
У деяких випадках може бути поставлена задача визначення пропускної спроможності трубопроводів при відомому їх діаметрі і заданої втрати тиску.
Результати гідравлічного розрахунку використовують для:
1) визначення капіталовкладень, витрати металу (труб) та основного обсягу робіт зі спорудження теплової мережі;
2) встановлення характеристик циркуляційних та підживлювальних насосів, кількості насосів та їх розміщення;
3) з'ясування умов роботи джерел теплоти, теплової мережі та абонентських систем та вибору схем приєднання теплоспоживаючих установок до теплової мережі;
5) розроблення режимів експлуатації систем теплопостачання.
Вихідними даними для проведення гідравлічного розрахунку повинні бути задані схема та профіль теплової мережі, зазначено розміщення джерел теплоти та споживачів та розрахункові навантаження.
СХЕМИ І КОНФІГУРАЦІЇ ТЕПЛОВИХ МЕРЕЖ
Теплова мережа є сполучною та транспортною ланкою системи теплопостачання.
Вона повинна мати такі якості:
1. надійністю; вони повинні зберігати здатність безперервної подачі теплоносія до споживача у необхідній кількості протягом усього року, за винятком короткочасної перерви для профілактичного ремонту влітку;
2. керованістю – тобто. забезпечувати необхідний режим роботи, можливість спільної роботи джерел теплопостачання та взаємного резервування магістралей.
Необхідний режим роботи – це швидкий і точний розподіл теплоносія по теплових пунктах у нормальних умовах, у критичних ситуаціях, а також за спільної роботи джерел теплоти для економії палива.
Схема теплової мережі визначається:
Розміщення джерел теплоти (ТЕЦ або котелень) по відношенню до району теплового споживання;
Характером теплової навантаження споживачів району;
Видом теплоносія.
Основні принципи, якими слід керуватися при виборі схеми теплової мережі – надійність та економічність теплопостачання. При виборі конфігурації теплових мереж слід прагнути отримання найпростіших рішень і найменшої довжини теплопроводів.
Підвищення надійності мережі здійснюється такими методами:
Підвищення надійності окремих елементів, що входять до системи;
Застосуванням «щадного» режиму роботи системи в цілому або найбільш ушкоджуваних її елементів шляхом підтримки температури води в лініях, що подають 100°С і вище, а в зворотних лініях 50°С і нижче;
Резервуванням, тобто. введенням до системи додаткових елементів, які можуть замінити повністю або частково елементи, що вийшли з ладу.
За рівнем надійності всі споживачі поділяються на дві категорії:
I – лікувальні заклади зі стаціонарами, промислові підприємства із постійним споживанням теплоти на технологічні потреби, групи міських споживачів із тепловою потужністю 30 МВт. Перерва в подачі теплоти допускається лише у час перемикання, тобто. трохи більше 2 годин;
II – решта споживачів.
Пара як теплоносія використовується головним чином для технологічних навантажень промислових підприємств. Основне навантаження парових мереж зазвичай концентрується у порівняно невеликій кількості вузлів, якими є цехи промислових підприємств. Тому питома довжина парових мереж на одиницю розрахункового теплового навантаження невелика. Коли характером технологічного процесу допустимі короткочасні (до 24 год) перерви в подачі пари, найбільш економічним і водночас досить надійним рішенням служить прокладка однотрубного паропроводу з конденсатопроводом.
Необхідно мати на увазі, що дублювання мереж призводить до значного зростання їх вартості та витрати матеріалів, насамперед сталевих трубопроводів. При укладанні замість одного трубопроводу, розрахованого на 100% навантаження, двох паралельних, розрахованих на 50% навантаження, площа поверхні трубопроводів зростає на 56%. Відповідно зростають витрати металу та початкова вартість мережі.
Більше складним завданням вважається вибір схеми водяних теплових мереж, т.к. їх навантаження менш концентроване.
Водяні мережі менш довговічні в порівнянні з паровими через:
Більшої схильності до зовнішньої корозії сталевих трубопроводів підземних водяних мереж порівняно з паропроводами;
Чутливість до аварій через більшу щільність теплоносія (особливо у великих системах при залежному приєднанні опалювальних установок до теплової мережі).
При виборі схеми водяних теплових мереж особливу увагу приділяють питанням надійності та резервування систем теплопостачання.
Водяні теплові мережі поділяються на магістральніі розподільчі.
До магістральних зазвичай відносяться теплопроводи, що з'єднують джерела теплоти з районами теплового споживання, а також між собою.
Режим роботи магістральних теплових мереж повинен забезпечувати найбільшу економічність при виробленні та транспортуванні теплоти за рахунок спільної роботи ТЕЦ та котелень.
Режим роботи розподільчих мереж повинен забезпечувати найбільшу економію теплоти при її використанні за рахунок регулювання параметрів та витрати теплоносія відповідно до необхідного режиму споживання, спрощення схем теплових пунктів, зниження розрахункового тиску для їхнього обладнання та зменшення кількості регуляторів відпуску теплоти для опалення.
Теплоносій надходить з магістральних мереж до розподільчих мереж і по розподільних мережах подається через групові теплові пункти або місцеві теплові пункти до установок абонентів, що теплоспоживають. Безпосереднє приєднання теплових споживачів до магістральних мереж допускається лише за умови приєднання великих промислових підприємств.
Магістральні теплові мережі за допомогою засувок поділяються на секції завдовжки 1-3 км. При розкритті (розриві) трубопроводу місце відмови чи аварії локалізується секційними засувками. Завдяки цьому зменшуються втрати мережної води та скорочується тривалість ремонту внаслідок зменшення часу, необхідного для дренажу води з трубопроводу перед проведенням ремонту та для заповнення ділянки трубопроводу мережевою водою після ремонту.
Відстань між секційними засувками вибирається з умови, щоб час, необхідний для проведення ремонту, був меншим за час, протягом якого внутрішня температура в опалюваних приміщеннях при повному відключенні опалення при розрахунковій зовнішній температурі для опалення не опускалася нижче мінімального граничного значення, яке приймають зазвичай 12- 14 °С відповідно до договору теплопостачання. Час, необхідний проведення ремонту, зростає зі збільшенням діаметра трубопроводу, і навіть відстані між секционирующими засувками.
Рис.1. Принципова схема двотрубної теплової мережі із двома магістралями: 1 – колектор ТЕЦ; 2 – магістральна мережа; 3 – розподільна мережа; 4 – секційна камера; 5 – секційна засувка; 6 – насос; 7 – блокуючий зв'язок.
Відстань між секційними засувками повинна бути меншою за великих діаметрів трубопроводів і за більш низької розрахункової зовнішньої температури для опалення.
Умову проведення ремонту теплопроводу великого діаметра за період допустимого зниження внутрішньої температури в опалювальних будинках важко виконати, оскільки час ремонту суттєво зростає зі збільшенням діаметра.
У цьому випадку необхідно передбачати системне резервування теплопостачання при виході з ладу ділянки теплової мережі, якщо не виконується наведена вище умова про час ремонту. Одним із методів резервування є блокування суміжних магістралей.
Засувки, що секціонують, розміщують у вузлах приєднання розподільчих мереж до магістральних теплових мереж.
У цих вузлових камерах крім секціонуючих засувок розміщуються також головні засувки розподільних мереж, засувки на блокуючих лініях між суміжними магістралями або між магістралями та резервними джерелами теплопостачання, наприклад, районними котельнями.
У секціювання парових магістралей немає необхідності, оскільки маса пари, потрібна для заповнення довгих паропроводів, невелика. Секційні засувки повинні бути обладнані електро- або гідроприводом та мати телемеханічний зв'язок із центральним диспетчерським пунктом. Розподільні мережі повинні мати приєднання до магістралі по обидва боки секційних засувок для того, щоб можна було забезпечити безперебійне теплопостачання абонентів при аваріях на будь-якій секційованій ділянці магістралі.
Блокувальні зв'язки між магістралями можуть виконуватися однотрубними.
У будинках особливої категорії, які не допускають перерв у теплопостачанні, має бути передбачена можливість резервного теплопостачання від газових або електричних нагрівачів або ж від місцевих котелень на випадок аварійного припинення централізованого теплопостачання.
За СНиП 2.04.07-86 допускається зменшення подачі теплоти в аварійних умовах до 70 % сумарної розрахункової витрати (максимально-годинної на опалення та вентиляцію та середньогодинної на гаряче водопостачання). Для підприємств, у яких не допускаються перерви у подачі теплоти, повинні передбачатися дубльовані або кільцеві схеми теплових мереж. Розрахункові аварійні витрати теплоти повинні прийматись відповідно до режиму роботи підприємств.
Радіус дії теплової мережі (рис.1) 15 км. До кінцевого району теплоспоживання мережева вода передається двома двотрубними транзитними магістралями завдовжки 10 км. Діаметр магістралей на виході із ТЕЦ 1200 мм. У міру розподілу води в побіжні відгалуження діаметри магістральних ліній зменшуються. У кінцевий район теплового споживання мережна вода вводиться по чотирьох магістралях діаметром 700 мм, а потім розподіляється по восьми магістралях діаметром 500 мм. Блокувальні зв'язки між магістралями, а також насосні підстанції, що резервують, встановлені тільки на лініях діаметром 800 мм і більше.
Таке рішення припустимо в тому випадку, коли при прийнятій відстані між секційними засувками (на схемі 2 км) час, необхідний для ремонту трубопроводу діаметром 700 мм, менше часу, протягом якого внутрішня температура опалювальних будівель при відключенні опалення при зовнішній температурі 1 знизиться від 18 до 12 ° С (не нижче).
Блокувальні зв'язки та секційні засувки розподілені таким чином, що при аварії на будь-якій ділянці магістралі діаметром 800 мм і більше забезпечується теплопостачання всіх абонентів, приєднаних до теплової мережі. Теплопостачання абонентів порушується лише за аварії на лініях діаметром 700 мм і менше.
У цьому випадку припиняється теплопостачання абонентів, які розташовані за місцем аварії (по ходу теплоти).
При теплопостачанні великих міст від кількох ТЕЦ доцільно передбачити взаємне блокування ТЕЦ за допомогою їх з'єднання магістралей блокувальними зв'язками. У цьому випадку може бути створена об'єднана кільцева теплова мережа з кількома джерелами живлення (рис. 2). У таку ж систему можуть бути у ряді випадків об'єднані теплові мережі ТЕЦ та великих районних чи промислових котелень.
Об'єднання магістральних теплових мереж кількох джерел теплоти поряд з резервуванням теплопостачання дозволяє зменшити сумарний котельний резерв на ТЕЦ та збільшити рівень використання найбільш економічного обладнання в системі за рахунок оптимального розподілу навантаження між джерелами теплоти.
Блокуючі зв'язки між магістралями великого діаметра повинні мати достатню пропускну здатність, що забезпечує передачу потоків води, що резервують. У необхідних випадках збільшення пропускної спроможності блокуючих зв'язків споруджуються насосні підстанції.
Незалежно від блокуючих зв'язків між магістралями доцільно у містах із розвиненим навантаженням гарячого водопостачання передбачати перемички порівняно невеликого діаметру між суміжними розподільчими тепловими мережами для резервування навантаження гарячого водопостачання.
При діаметрах магістралей, що відходять від джерела теплоти, 700 мм і менше зазвичай застосовують радіальну (променеву) схему теплової мережі з поступовим зменшенням діаметра в міру віддалення станції та зниження приєднаного теплового навантаження (рис. 3). Така мережа найдешевша за початковими витратами, вимагає найменшої витрати металу на спорудження та проста в експлуатації. Однак, при аварії на магістралі радіальної мережі припиняється теплопостачання абонентів, приєднаних за місцем аварії. Наприклад, при аварії у точці «а» на радіальній магістралі 1 припиняється живлення всіх споживачів, розташованих у напрямку траси від ТЕЦ після точки а. Якщо відбувається аварія на магістралі поблизу станції, припиняється теплопостачання всіх споживачів, приєднаних до магістралі. Таке рішення припустимо, якщо час ремонту трубопроводів діаметром не менше 700 мм задовольняє вищезазначену умову.
Для більш надійного теплопостачання теплові мережі повинні споруджуватися за блочним принципом. Блоком повинна бути розподільна мережа з радіусом дії 500-800 м. Кожен блок повинен забезпечувати теплопостачання житлового мікрорайону приблизно в 10 тис. квартир або теплова потужність якого 30-50 МВт. Блок повинен бути безпосередньо приєднаний до колектора джерела або мати двостороннє теплопостачання від теплових магістралей.
На тепловій карті району орієнтовно намічаються місця ГТП;
Після розміщення ГТП намічають можливі траси магістралей та перемичок між ними;
Намічають розміщення розподільних мереж.
Розподільні мережі проектуються тупиковими, секційні засувки не проектуються.
Розподільні мережі дозволяється прокладати по підвалам будівель
Теплова енергія у вигляді гарячої води або пари транспортується від джерела теплоти (ТЕЦ або великої котельні) до теплових споживачів спеціальними трубопроводами, які називаються тепловими мережами.
Теплова мережа- один із найбільш трудомістких елементів систем централізованого теплопостачання. Вона являє собою теплопроводи-складні споруди, що складаються із з'єднаних між собою зварюванням сталевих труб, теплової ізоляції, компенсаторів теплових подовжень, запірної та регулюючої арматури, будівельних конструкцій, рухомих та нерухомих опор, камер, дренажних та повітрозпускних пристроїв.
За кількістю паралельно прокладених теплопроводів теплові мережі можуть бути однотрубними, двотрубними та багатотрубними.
Однотрубні мережінайбільш економічні та прості. У них мережна вода після систем опалення та вентиляції повинна повністю використовуватись для гарячого водопостачання. Однотрубні теплові мережіє прогресивними з погляду значного прискорення темпів будівництва теплових мереж. У тритрубних мережахдві труби використовують як подають для подачі теплоносія з різними тепловими потенціалами, а третю трубу - як загальну зворотну. У чотиритрубних мережаходна пара теплопроводів обслуговує системи опалення та вентиляції, а інша – систему гарячого водопостачання та технологічні потреби.
В даний час найбільшого поширення набули двотрубні теплові мережі, що складаються з подавального та зворотного теплопроводів для водяних мереж та паропроводу з конденсатопроводом для парових мереж. Завдяки високій акумулюючій здатності води, що дозволяє здійснювати дальнє теплопостачання, а також більшу економічність і можливість центрального регулювання відпустки теплоти споживачам, водяні мережі мають ширше застосування, ніж парові.
Водяні теплові мережіза способом приготування води для гарячого водопостачання поділяються на закриті та відкриті. У закритих мережахдля гарячого водопостачання використовується водопровідна вода, що нагрівається мережевою водою у водопідігрівачах. При цьому мережева вода повертається на ТЕЦ або котельню. У відкритих мережах вода для гарячого водопостачання розбирається споживачами безпосередньо з теплової мережі та після використання її до мережі вже не повертається.
Теплові мережі поділяють на магістральні, що прокладаються на основних напрямках населених пунктів, розподільчі- усередині кварталу, мікрорайону та відгалуження до окремих будівель.
Радіальні мережі(рис. 1а) споруджують із поступовим зменшенням діаметрів теплопроводів у напрямку від джерела теплоти. Такі мережі найбільш прості та економічні за початковими витратами. Їх основний недолік - відсутність резервування. Щоб уникнути перерв у теплопостачанні (у разі аварії на магістралі радіальної мережі припиняється теплопостачання споживачів, приєднаних на аварійній ділянці), повинно передбачатися резервування подачі теплоти споживачам за рахунок улаштування перемичок між тепловими мережами суміжних районів та спільної роботи джерел теплоти (якщо їх кілька). Радіус дії водяних мереж у багатьох містах досягає значної величини (15-20 км).
Мал. 1. Схеми теплових мереж: тупикова(а) та кільцева (б)
1-променевий магістральний теплопровід; 2 - теплові споживачі; 3 - перемички; 4 - районні (квартальні) котельні; 5 - секційні камери; 6 - Кільцева магістраль; 7 – центральні теплові пункти; 8 - промислові підприємства
Пристроєм перемичок теплова мережа перетворюється на радіально-кільцеву, відбувається частковий перехід до кільцевих мереж. Для підприємств, у яких не допускається перерва у теплопостачанні, передбачають дублювання чи кільцеві (з двосторонньою подачею теплоти) схеми теплових мереж. Хоча кільцювання мереж суттєво дорожчає їх, проте у великих системах теплопостачання значно підвищується надійність теплопостачання, створюється можливість резервування, а також підвищується якість цивільної оборони.
Парові мережівлаштовують переважно двотрубними. Повернення конденсату здійснюється окремою трубою - конденсатопроводу. Пара від ТЕЦ паропроводом зі швидкістю 40-60 м/с і більше йде до місця споживання. У тих випадках, коли пара використовується в теплообмінниках, конденсат його збирається в конденсатних баках, звідки насосами по конденсатопроводу повертається на ТЕЦ.
Мал. 2. Прокладання теплопроводів на щоглах
Мал. 3. Прохідний канал із збірних залізобетонних блоків
Напрямок траси теплових мереж у містах та інших населених пунктах має передбачатися районами найбільш щільного теплового навантаження з урахуванням існуючих підземних та надземних споруд, даних про склад ґрунтів та рівень стояння ґрунтових вод, у відведених для інженерних мереж технічних смугах паралельно червоним лініям вулиць, доріг, поза проїжджою частиною та смуги зелених насаджень. Слід прагнути до найменшої протяжності траси, а отже, до менших обсягів робіт з прокладання.
Мал. 4. Непрохідні канали марки КЛ(а), КЛп(б) та КЛс(в)
За способом прокладання теплові мережі ділять на підземні та надземні (повітряні). Надземне прокладання труб (на щоглах, що окремо стоять, або естакадах, на кронштейнах, що заробляються в стіни будівлі) застосовується на територіях промислових підприємств, при спорудженні теплових мереж поза межами міста, при перетині ярів і т. д. Надземне прокладання теплових мереж стояння ґрунтових вод. Переважним способом прокладання трубопроводів теплових мереж є підземне прокладання: у прохідних каналах та колекторах спільно з іншими комунікаціями; у напівпрохідних та непрохідних каналах; безканальна (у захисних оболонках різної форми та із засипною теплоізоляцією).
Найбільш досконалий, але й дорожчий спосіб є прокладання теплопроводів в прохідних каналах, які застосовують за наявності декількох теплопроводів великих діаметрів. При температурі повітря в каналах понад 50 ° С передбачають природну або механічну вентиляцію.
Витяжні шахти на трасі розміщують приблизно через 100 м. Припливні шахти розташовують між витяжними та по можливості поєднують з аварійними люками. На ділянках теплових мереж з великою кількістю трубопроводів та високою температурою теплоносіїв влаштовують механічну вентиляцію. При температурі повітря в каналах нижче 40 ° С їх періодично провітрюють, відкриваючи люки та входи. Під час виконання ремонтних робіт можна застосовувати механічний пересувний вентиляційний агрегат. У великих містах будують звані міські колектори, у яких прокладають теплопроводи, водопровід, електричні і телефонні кабелі.
Напівпрохідні каналискладаються зі стінових блоків Г-подібної форми, залізобетонних днищ та перекриттів. Будують їх під проїздами з інтенсивним вуличним рухом, під залізничними коліями при перетині будівель, де утруднено розтин теплопроводів для ремонту. Висота їх не перевищує 1600 мм, ширина проходу між трубами 400–500 мм. У практиці централізованого теплопостачання найширше застосовуються непрохідні канали.
Мал. 5. Конструктивні елементи теплових мереж
а -камера теплової мережі; 1-сальникові компенсатори; 2 - манометри; 3 – нерухома опора; 4 - канал; б -розміщення ніш трасою теплопроводів: Н - нерухома опора; П – рухлива опора; в - розміщення компенсатора в ніші:1 - трубопровід; 2 - Зворотний трубопровід; 3-стінка; г - сальниковий компенсатор; 1 – патрубок; 2 - грундбукс; 3 - набивання-шнур; 4 - кільце ущільнювальне; 6 - Корпус; 6 - контрбукс; 7 - кільце запобіжне; 8- болт: 9 - шайба; 10 - гайка; д - нерухома щитова опора; 1 – залізобетонна плита-щит; 2 - Приварні упори; 3-канал; 4 - бетонна підготовка: 5-трубопроводи; 6 - дренажний отвір; е- коткова рухлива опора: 1 - ковзанка; 2 - напрямні; 3 - металева підкладка
Мал. 6. Безканальне прокладання теплопроводів у монолітних оболонках з армованого пінобетону
1- армопенобетонна оболонка; 2 - піщане підсипання; 3 – бетонна підготовка; 4 - грунт
Розроблено типові канали трьох видів: канал марки КЛ, що складається з лотків та залізобетонних плит перекриття; канал марки КЛп, що складається з плити-днища та лотка та канал марки КЛс, що складається з двох лотків, покладених один на інший і з'єднаних на цементному розчині за допомогою двотаврових балок. По трасі підземного теплопроводу влаштовують спеціальні камери та колодязі для встановлення арматури, вимірювальних приладів, сальникових компенсаторів та ін, а також ніші для П-подібних компенсаторів. Підземний теплопровід прокладають на опорах, що ковзають. Відстань між опорами приймають залежно від діаметра труб, причому опори трубопроводу, що подає і зворотного, встановлюють врозбіг.
Теплові мережі в цілому, особливо магістральні, є серйозною та відповідальною спорудою. Їхня вартість, порівняно з витратами на будівництво ТЕЦ, становить значну частину.
Безканальний спосіб прокладання теплопроводу- Найдешевший. Застосування дозволяє знизити на 30–40% будівельну вартість теплових мереж, значно зменшити трудові витрати і витрату будівельних матеріалів. Блоки теплопроводів виготовляють на заводі. Монтаж теплопроводів на трасі зводиться лише до укладання автокраном блоків у траншею та зварюванні стиків. Заглиблення теплових мереж від поверхні землі або дорожнього покриття до верху перекриття каналу або колектора приймається, м: за наявності дорожнього покриття - 0,5, без дорожнього покриття - 0,7, до верху оболонки безканальної прокладки - 0,7, до верху перекриття камер - 0,3.
Нині понад 80% теплових мереж прокладено у непрохідних каналах, близько 10% - надземні, 4% - у прохідних каналах та тунелях та близько б% - безканальні. Середній термін служби підземних канальних теплопроводів вдвічі менший за нормативний і не перевищує в середньому 10–12 років, а безканальних з ізоляцією на бітумов'яжучій основі - не більше 6-8 років. Основною причиною пошкоджень є зовнішня корозія, що виникає через відсутність або неякісне нанесення антикорозійних покриттів, незадовільну якість або стан покривних шарів, що допускають надмірне зволоження ізоляції, а також внаслідок затоплення каналів через нещільність конструкцій. Як у нас у країні, так і за кордоном ведеться постійний пошук, а останніми роками особливо інтенсивно, у напрямку підвищення довговічності теплопроводів, надійності їхньої роботи та зниження витрат на їх спорудження.