7.8. Формирование инженерных сооружений для вариантов систем теплоснабжения

Для каждого проектного варианта системы теплоснабжения, сформиро­ванного в результате указаний разделов 7.1-7.5 - определено количество ис­точников теплоты, их максимальная тепловая мощность, тепловая и газовая сеть. Каждый источник теплоты связан с абонентами через сеть тепловых пунктов. К ним относятся крупные групповые (или центральные) тепловые пункты и местные (или индивидуальные) тепловые пункты (см. раздел 7.1).

Тепловая мощность тепловых пунктов в соответствии с данными типо­вых проектов может быть равной 1,4, 7, 12 и 20 МВт.

259

Тепловая мощность тепловых пунктов для каждого проектного вариан­та принимается одинаковой. При этом варианты с тепловыми пунктами различной единичной мощности различаются их количеством (как в преде­лах одного проектного варианта, так и в пределах одного узла). Определе­ние количества тепловых пунктов для каждого проектного варианта, под­лежащего сравнению, рекомендуется проводить по формуле

(7.65)

Чцтп к = Qm/Qirm к , (⁷-65)

где Qцпт к - тепловая мощность к-того теплового пункта согласно типовому проекту на его сооружение в узле i источников теплоснабжения. Если ко­личество тепловых пунктов q_цтп к окажется по расчету менее двух, то дан­ный проектный вариант должен быть дополнен установкой местных (инди­видуальных) тепловых пунктов, так как установка ЦТП (или ГТП) нецеле­сообразна.

Для увеличения располагаемого давления, повышения расхода тепло­носителя и изменения давления в трубопроводах тепловых сетей предна­значены насосные станции. Суммарная подача рабочих насосов G_H опреде­ляется по формуле:

G_H=Go+G_B+aG_re^cp, (7.66)

где g₀ - расчетный расход сетевой воды на отопление; G_B - расчетный рас­ход воды на вентиляцию; G_re^cp - среднечасовой расход воды на горячее во­доснабжение; а - коэффициент, принимаемый в зависимости от типа систе­мы (закрытая или открытая) и вида трубопроводов (подающий, обратный), на котором установлены подкачивающие насосы. Значение коэффициента а для закрытых систем принимается равным единице [21].

Для летнего периода времени суммарная подача перекачивающих на­сосов определяется по формуле:

Он^л=р0„", (7.67)

где Р - коэффициент, характеризующий снижение расходов сетевой воды на горячее водоснабжение в летний период (Р=0,8) [21]; G_ra^M - максималь­но-часовой расход воды на горячее водоснабжение.

Давление подкачивающей насосной станции определяется как разность давлений в подающей (или обратной) линии до и после насосной станции. При известном давлении насосной станции давление насосов определяется по формуле:

Н_Н=Н_НС+ДН_К+£Н_Р, (7.68)

где АН_К - потери давления в коммуникациях насосной станции; £Н_Р - сум­ма потерь давления в полностью открытых регуляторах. Для укрупненной оценки принимают равным 0,10-0,15 МПа [14].

Тип насосной станции определяется соответствующим типовым проек­том по показателю суммарного значения подачи перекачивающих насосов (формула 7.67) и требуемому давлению насосов (формула 7.68).

Давление подкачивающей насосной станции оценивается при расчете характеристик изменений давления воды в пределах циркуляционного кон­тура сетей теплоснабжения. Для сетей, по которым известны показатели длины трубопроводов, диаметры и расходы сетевой воды по участкам, а

260

где Qmn к - тепловая мощность к-того теплового пункта согласно типовому проекту на его сооружение в узле i источников теплоснабжения. Если ко­личество тепловых пунктов q_UTn к окажется по расчету менее двух, то дан­ный проектный вариант должен быть дополнен установкой местных (инди­видуальных) тепловых пунктов, так как установка ЦТП (или ГТП) нецеле­сообразна.

Для увеличения располагаемого давления, повышения расхода тепло­носителя и изменения давления в трубопроводах тепловых сетей предна­значены насосные станции. Суммарная подача рабочих насосов G_H опреде­ляется по формуле:

G_H=Go+G_B+aG_re^cp, (7.66)

где gq - расчетный расход сетевой воды на отопление; G_B - расчетный рас­ход воды на вентиляцию; G^ - среднечасовой расход воды на горячее во­доснабжение; а - коэффициент, принимаемый в зависимости от типа систе­мы (закрытая или открытая) и вида трубопроводов (подающий, обратный), на котором установлены подкачивающие насосы. Значение коэффициента а для закрытых систем принимается равным единице [21].

Для летнего периода времени суммарная подача перекачивающих на­сосов определяется по формуле:

(7.67)

Он^л=р0„", (7.67)

где Р - коэффициент, характеризующий снижение расходов сетевой воды на горячее водоснабжение в летний период (Р=0,8) [21]; G_re^M - максималь­но-часовой расход воды на горячее водоснабжение.

Давление подкачивающей насосной станции определяется как разность давлений в подающей (или обратной) линии до и после насосной станции. При известном давлении насосной станции давление насосов определяется по формуле:

где Р - коэффициент, характеризующий снижение расходов сетевой воды на горячее водоснабжение в летний период (Р=0,8) [21]; G_ra^M - максималь­но-часовой расход воды на горячее водоснабжение.

Давление подкачивающей насосной станции определяется как разность давлений в подающей (или обратной) линии до и после насосной станции. При известном давлении насосной станции давление насосов определяется по формуле:

(7.68)

Н_Н=Н_НС+ДН_К+£Н_Р, (7.68)

где АН_К - потери давления в коммуникациях насосной станции; £Н_Р - сум­ма потерь давления в полностью открытых регуляторах. Для укрупненной оценки принимают равным 0,10-0,15 МПа [14].

Тип насосной станции определяется соответствующим типовым проек­том по показателю суммарного значения подачи перекачивающих насосов (формула 7.67) и требуемому давлению насосов (формула 7.68).

Давление подкачивающей насосной станции оценивается при расчете характеристик изменений давления воды в пределах циркуляционного кон­тура сетей теплоснабжения. Для сетей, по которым известны показатели длины трубопроводов, диаметры и расходы сетевой воды по участкам, а

260

где АН_К - потери давления в коммуникациях насосной станции; £Н_Р - сум­ма потерь давления в полностью открытых регуляторах. Для укрупненной оценки принимают равным 0,10-0,15 МПа [14].

Тип насосной станции определяется соответствующим типовым проек­том по показателю суммарного значения подачи перекачивающих насосов (формула 7.67) и требуемому давлению насосов (формула 7.68).

Давление подкачивающей насосной станции оценивается при расчете характеристик изменений давления воды в пределах циркуляционного кон­тура сетей теплоснабжения. Для сетей, по которым известны показатели длины трубопроводов, диаметры и расходы сетевой воды по участкам, а

также рельеф местности прокладки сетей теплоснабжения, давление подка­чивающей насосной станции можно определить с помощью пьезометриче­ских графиков [14].

(7.69)

Определение давлений в различных точках сетей базируется на уравне­ниях Бернулли для течения вязких жидкостей в трубопроводах и уравнениях Дарси-Вейсбаха для перепадов давления на трение в трубопроводах, включая местные потери. Исходя из этих уравнений, суммарный перепад давления на трение для совокупности последовательно соединенных участков из труб различных диаметров и протяженности определяется по формуле [14]:

где APjp - потери давления на трение; ДР_М - потери давления в местных со­противлениях; lj - длина i-ro участка сети теплоснабжения; р_м1 - коэффициент местных потерь (табл.7.25); р_в - плотность сетевой воды; d_BHi - внутренний диаметр трубопровода 1-го участка сети теплоснабжения; G; - расход сетевой воды в i-том участке сети теплоснабжения; ^ - коэффициент трения, зави­сящий как от числа Рейнольдса, так и от параметров шероховатости.

Таблица 7.25

Коэффициент местных потерь р_м для различных категорий водяных тепловых сетей, типов компенсаторов и условных проходов труб

Типы компенсаторов	Условные про­ходы труб, Dy, мм	Магистральные и распределительные трубопроводы	Внутриквартальные сети теплоснабже­ния
Сальниковые	300-400	-	0,30
	400-1400	0,20	0,40
П-образные с гнутыми отводами	до 150	-	0,30
	175-200	-	0,40
	15-300	0,30	0,60
П-образные с крутоизог­нутыми или сварными отводами	175-250	-	0,60
	300-350	0,50	0,80
	400-500	0,70	0,90
	600-1400	1,00	1,00

Для укрупненной оценки на ранних стадиях проектирования вся сеть теплоснабжения условно разбивается на зоны, соответствующие категории трубопровода (магистральные, распределительные или внутрикварталь-ные), каждая из которых имеет постоянный диаметр. Для этих зон оценка значений числа Рейнольдса определяется по общеизвестной методике. Со­гласно данным [14], значение эквивалентной шероховатости стальных труб рекомендуется для всех водяных тепловых сетей принимать равным 0,0005 м, а для сетей горячего водоснабжения - 0,001 м.

261

Коэффициент гидравлического трения в области квадратичного закона сопротивления можно определить по формуле:

Коэффициент гидравлического трения в области квадратичного закона сопротивления можно определить по формуле:

(7.70)

I_Ipi=(21g7430d_BHir². (7.70)

Изменениями значений плотностей воды, получаемыми в результате снижения ее температуры вдоль трассы сетей, обусловленного их потерями, можно пренебречь и исходить из значений средней плотности воды, соот­ветствующей ее средней температуре в данном трубопроводе.

При наличии в ИТ одной группы сетевых насосов развиваемое ими давление должно быть ориентировано на тот тепловой пункт, для которого при расчетном режиме оказывается максимальным значение суммы, опре­деляемой по формуле:

Изменениями значений плотностей воды, получаемыми в результате снижения ее температуры вдоль трассы сетей, обусловленного их потерями, можно пренебречь и исходить из значений средней плотности воды, соот­ветствующей ее средней температуре в данном трубопроводе.

При наличии в ИТ одной группы сетевых насосов развиваемое ими давление должно быть ориентировано на тот тепловой пункт, для которого при расчетном режиме оказывается максимальным значение суммы, опре­деляемой по формуле:

(7.71)

дрсум _{= (др}сум_{д +Д}р_{тп +} дрсум^ _, _{max t (? ?1)}

- давления, имеющие равные значения для закрытой

где

где ЛР_с^Спод ^и ЛРс^р ~ давления, имеющие равные значения для закрытой

системы. С достаточной точностью могут быть определены по единой средней для обоих трубопроводов температуре воды, определяемой по формуле:

системы. С достаточной точностью могут быть определены по единой средней для обоих трубопроводов температуре воды, определяемой по формуле:

(7.72)

1в^Р=0,5(^_под+^_обр). (7.72)

7.73

Для соответствующего значения плотности р_в формула принимает вид:

Для соответствующего значения плотности р_в формула принимает вид: ДР_с^сум=2ДР_сСум_д+ЛРтп. ₍₇₇₃₎

Перепад давлений сетевой воды в трубопроводах и оборудовании теп­лового пункта определяется по данным типовых проектов для тепловых пунктов. В соответствии с данными [19], определяющим является тепловой пункт, наиболее удаленный от ИТ по трассе сетей, а сумма значений потерь давления, определяемая по формуле (7.74), является максимальной.

Необходимый перепад давлений, обеспечиваемый работой сетевых на­сосов, определяется по формуле:

Перепад давлений сетевой воды в трубопроводах и оборудовании теп­лового пункта определяется по данным типовых проектов для тепловых пунктов. В соответствии с данными [19], определяющим является тепловой пункт, наиболее удаленный от ИТ по трассе сетей, а сумма значений потерь давления, определяемая по формуле (7.74), является максимальной.

Необходимый перепад давлений, обеспечиваемый работой сетевых на­сосов, определяется по формуле:

(7.74)

АР_С._Н. = 2ДР_с^су_п:_д + АРтп + АР^С„Г, (7.74)

где АР^^М - суммарные перепады давления в оборудовании и трубопрово­дах ИТ, принимаемые по данным типовых проектов.

Вычисленный по формуле (7.74) перепад давления сетевых насосов сравнивается с данными типового проекта ИТ. Если отклонение составляет более 10% [14], то по трассе сети теплоснабжения требуется установка под­качивающей насосной подстанции.

Следует отметить, что последнее замечание относится к трассам сетей теплоснабжения, проложенным по местности с достаточно ровным релье­фом и обслуживающим районы с одинаковой этажностью застройки. В противном случае решение о дополнительной установке насосных подка­чивающих подстанций и их количестве должно обосновываться исходя из пьезометрического графика.

Городские системы распределения природного газа имеют (наряду с газопроводными сетями) ГРП и ряд объектов подсобного производственно-

262

го и обслуживающего назначения. Количество ГРП определяют для каждо­го варианта трассы сети газоснабжения. Основным фактором, влияющим на затраты на ГРП, в работе [3] определена плотность газопотребления, кото­рая, в свою очередь, зависит от плотности населения. Аналогичная зависи­мость используется при определении затрат на сооружение электрозащиты газопроводов от коррозии, включая затраты на сооружение станций катод­ной защиты, на приобретение и монтаж анодных заземлителей (электродов) и дренажных кабелей, а также на эксплуатацию этих сооружений.

Системы теплоснабжения оказывают воздействие на окружающую среду, так как выделяют вредность в атмосферу, почву и водоемы. Поэтому природоохранные мероприятия составляют неотъемлемую часть инженер­ного оборудования систем теплоснабжения и требуют оценки их эффектив­ности в составе оценки затрат на систему теплоснабжения в целом.

В соответствии с действующим законодательством ущерб, причиняе­мый выбросами котельных, исчисляется исходя из дифференцированных ставок платы за загрязнение атмосферы, включающих в себя плату за вы­бросы в пределах ПДВ (Рщв), плату за превышение выбросов над уровнем ПДВ ( Рцт), но в пределах временно согласованных лимитов, и плату за превышение выбросов над уровнем временно согласованных лимитов (P>i_im) и определяется по формуле:

Р = Рпдв+Рит+Р>Нт. (7-75)

Надежность теплоснабжения обеспечивается путем приведения всех вариантов к одинаковому уровню за счет ввода определенного числа еди­ниц резервной тепловой мощности и дополнительных участков трубопро­водов-перемычек.

В соответствии с [26] можно повысить надежность сети теплоснабже­ния без ее резервирования. Уменьшение длительности перерывов в тепло­снабжении при авариях является главным средством повышения надежно­сти нерезервированных систем, так как любые отказы приводят к отключе­нию одного или группы потребителей, а единственный путь сокращения ущерба (материального и социального) при отключениях - это сокращение времени отключения. Оно должно находить свое отражение в обосновании схемы и ее структуры. Следовательно, возможны следующие решения, на­правленные на повышение надежности тепловых сетей:

65535. сокращение максимальных диаметров теплопроводов, например, за счет увеличения числа выводов из источника теплоты ИТ;

65535. уменьшение единичной тепловой мощности ДТП с соответствующим увеличением их числа;

65535. уменьшение пути к наиболее удаленному потребителю путем выбора наиболее короткой трассы;

65535. размещение ИТ в центре тепловой нагрузки;

65535. установка минимального числа секционирующих и отключающих за­ движек.

Одним из основных путей повышения надежности распределительных сетей теплоснабжения, кроме схемных решений, является улучшение орга-

263

низации эксплуатационной и аварийно-восстановительной служб, направ­ленное на повышение качества профилактики систем в целях снижения числа возможных отказов и повышение оперативности выполнения аварий­но-восстановительных работ.

Таким образом, можно с уверенностью сделать вывод о росте надеж­ности системы теплоснабжения с увеличением количества ИТ и ЦТП, по­крывающих тепловую нагрузку данного района (микрорайона, города), при одновременном снижении их единичной тепловой мощности. Преимущест­венным будет являться также и размещение ИТ в центре тепловых нагрузок (при этом самым выгодным с точки зрения надежности теплоснабжения будет являться вариант с домовыми и крышными котельными).

Для сравнения проектных вариантов сетей теплоснабжения по извест­ной методике [26] выполняется расчет показателя надежности, который сравнивается с нормированным значением величины показателя надежно­сти, после чего делается вывод о необходимости резервирования системы.

Следует различать два случая: тупиковые разветвленные сети каждого проектного варианта характеризуются разным количеством одинаковых ИТ, представляя собой самостоятельные системы теплоснабжения - в этом случае для повышения надежности сети ее схема должна быть зарезервиро­вана за счет введения дополнительных трубопроводов-перемычек между соседними ИТ (таким образом резервируется верхний иерархический уро­вень). И второй случай - совокупность проектных вариантов с равным ко­личеством одинаковых ИТ, отличающихся разным количеством ЦТП. В этом случае тупиковая сеть после ЦТП питается от него и входит как эле­мент в нерезервированную часть (нижний иерархический уровень) системы теплоснабжения в целом, характеризующейся двухступенчатым иерархиче­ским построением сетей теплоснабжения. Чтобы повысить надежность, достаточно уменьшить мощности ЦТП и соответственно увеличить резер­вированную часть сети.

Для каждого проектного варианта на основании данных о количестве и типе источников теплоты, насосных станций, тепловых пунктов, станций катодной защиты, газорегуляторных пунктов в соответствии с типовыми проектами на их сооружение определяется суммарная площадь занимаемой этими сооружениями территории, по которой, в свою очередь, оцениваются затраты на платежи за занимаемую территорию в текущем уровне цен.