CC BY
5УДК 620.9
А.В. Белов, В.М. Мельников
МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЗОНЫ
В статье рассматриваются результаты моделирования системы теплоснабжения промышленной зоны в экстремальных климатических условиях. Рассмотрены причины гидравлической разбалансировки, предложены методы её устранения.
Ключевые слова: расчётная модель, наладочный, поверочный, конструкторский расчёт, дросселирование, шайбы, регулятор расхода.
Теплоснабжение любого объекта является серьёзной технической задачей. Задача усложняется, если объект функционирует в суровых климатических условиях (расчётная температура для систем отопления -460С) и объект является промышленным с протяжённой разветвлённой сетью теплопроводов с разным гидравлическим сопротивлением. Таким объектом является ЛПДС (линейная производственно-диспетчерская станция). Тепловая нагрузка потребителей отличалась на несколько порядков, например, фрагмент таблицы, рисунок 1.
2 = с 3 CJ га га f- И г^ BJ □з >- - — CL F 5 5 CJ л iE - - О 'J ч ^ гаде С- Е а> х = о и ig о - о £ - - CJ > = е § и га И Е- К |С Ч Е? ~ га >■ то га — - = 2 3 Й S J? га F pH m h к =г о Ci — Е Ъ Й га Ifi ffl 2 ^ FF-ir ? «fi 'J _ s Й И а. ra v—i а с ra N N S BCEIX) тсп-ло потребление, Гкал
0,004 9.913 0,000 0,000 0,004 9.913
0,104 228,652 0,000 0,000 0,104 228.652
0,127 280,780 0.000 0,000 0,127 280,780
0,031 84.391 0.000 0,000 0.031 84,391
0,031 84.391 0,000 0,000 0,031 84,391
0,031 84.391 0,000 0,000 0,031 84,391
0,208 503,782 0,291 171,39 0.499 675,172
0,037 101,873 0,000 0,000 0,037 101,873
0,057 138.485 0,014 7,974 0,071 146.459
0,011 23.414 0,000 0,000 0,011 23.414
0,002 2.473 0,000 0,000 0,002 2,473
0,002 2.473 0,000 0,000 0,002 2,473
Рис. 1. Структура потребленной тепловой энергии
Неувязку в гидравлический расчёт вносят ветви, предназначенные для обогрева технологических трубопроводов и не имеющие сосредоточенной нагрузки в виде теплообменника или прибора отопления, а представляющие собой калач с длинными плечами (теплопроводы-спутники), фрагмент схемы показан на рисунке 2.
© Белов А.В., Мельников В.М., 2017.
Рис. 2. Схема теплопроводов-спутников
Для расчёта системы теплоснабжения был использован расчётный комплекс 2и1иТИегшо [1]. Расчётная схема представлена на рисунке 3.
Рис. 3. Расчётная схема системы теплоснабжения промышленной зоны
В ходе отладки модели был проведён наладочный и поверочный расчёты. Результаты расчёта представлены в графическом и табличном виде. На рисунке 4 показан пьезометрический график основной магистрали.
Наименование узла к уо У1 У2 уз У4 У5 у13 у14 У15 23.2
Геодезическая высота, м 125.6 125.6 125.6 125.6 125.6 125.6 125.6 125.6 125.6 125.6 125.6 125.6
Полный напор в обратном трубопроводе, м 130.6 132.1 132.6 132.8 132.9 134.4 139.8 139.8 139.8 139.8 139.8 139.8
Располагаемый напор, м 23.4 20.339 19.302 19.045 18.83 15.756 4.994 4.993 4.972 4.966 4.966 4.966
Длина участка, м 86 57 7.6 6.3 166 70 4.2 61 30 10 1
Диаметр участка, м 0.2 0.15 0.15 0.15 0.15 0.1 0.1 0.05 0.05 0.05 0.05
Потери напора в подающем трубопроводе, м 1.531 0.518 0.129 0.107 1.537 5.381 0 0.011 0.003 0 0
Потери напора в обратном трубопроводе, м 1.531 0.518 0.129 0.107 1.537 5.381 0 0.011 0.003 0 0
Скорость движения воды в под.тр-де, м/с 1.425 0.92 0.92 0.884 0.881 1.963 0.046 0.057 0.041 0.02 0.02
Скорость движения воды в обр.тр-де, м/с -1.425 -0.92 -0.92 -0.884 -0.881 -1.963 -0.046 -0.057 -0.041 -0.02 -0.02
Удельные линейные потери в ПС, мм/м 12.519 7.524 7.524 6.944 6.89 56.398 0.037 0.131 0.07 0.014 0.014
Удельные линейные потери в ОС, мм/м 12.519 7.524 7.524 6.944 6.89 56.398 0.037 0.131 0.07 0.014 0.014
Расход в подающем трубопроводе,т/ч 157.09 57.09 57.09 54.83 54.62 54.12 1.26 0.39 0.28 0.14 0.14
Расход в обратном трубопроводе,т/ч -157.09 -57.09 -57.09 -54.83 -54.62 -54.12 -1.26 -0.39 -0.28 -0.14 -0.14
Рис. 4. Пьезометрический график котельная-потребитель 23.2
На рисунке 5 показан фрагмент промежуточной таблицы расчёта параметров потребителей, где видна нерасчётная температура внутреннего воздуха потребителей.
Наим еио- узла Расчетная натрут: а на отопление. Гка.т.3 Темпе-paiypa сетевой ЕОЛЫЕ ПОД^Ц)- де,°С Темпе-paiypa сетевой ЕОЛЫЕ обр. тр-де, 'С Расход сетевой ЕСЛЫЦЗ СО, т/ч Относительный расход волыка СО Относительное количество тепдо-шщ СО Температура волы на входе а со, °с Температура воды на выходе НЗ. СО, Температура внутреннего воздуха СО^С Диаметр шайбы на под . ip-де перед СО, IE! Потери напора на шайбе поддр-даперед СО.м
14 0002 93.9 71.6 0.09 1.123 1 93.9 716 1S.1 4.322 2017
27 0395 94.3 75.4 20.306 1.317 1.02 94.3 75.4 19.4 21.71 1949
19 0.017 944 73.5 0.S22 1.20S 1.01 944 73.5 1S.S 4 291 19 91
15 0002 92.7 ^2.1 0.097 1.20S 1 92.7 72.1 17.9 4.193 19 91
16 0.002 93.7 71.3 0039 1.113 1 93.7 71.3 13 6.912 1962
26 0032 94 7 72.3 1.439 1.124 1.01 94.7 72.3 1S.5 5.66 2016
20 0.D1 94 5S.6 0.26S 0.67 095 94 5S.6 14.6 3.33 5.S36
17 0.00S 93.7 5S.5 0214 0.67 094 93.7 5S.5 14.5 5.S36
23 2 O.Ol 74 1S.2 0 124 0.31 0.69 74 1S.2 -1.S 4.777 0 294
23.1 O.Ol 77.4 19.9 0 124 0.309 0.71 77.4 199 -0 5 4.776 0 295
21 0.021 SI .2 22.5 0264 0.314 0.74 S1.2 22.5 1.2 7.0S4 0277
24 o.oi: 79.4 21.7 0.151 0.316 0.73 79.4 21.7 0 6 5.374 0275
25 0.012 74.5 19.4 0.152 0.316 0.7 74.5 194 -1.4 5373 0275
30 0001 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
51 0.079 92 69.2 3.407 1.07S 0.9S 92 692 17 S.97 17.93
12 0.002 66.4 46.9 003 1 0.73 664 46.9 3.3 0 0
11 0.002 S2.5 59.9 O.OS 1 09 S2.5 59.9 11.8 0 0
Рис. 5. Основные параметры потребителей тепловой энергии
По результатам моделирования можно сделать следующие выводы:
1. Установлены начальные и граничные условия расчётов гидравлического режима в соответствии с нормативными требованиями, классического подхода механики жидкости и параметров расчётной программы Zulu.
2. Построена расчётная модель гидравлической системы в пакете ZuluThermo, при решении которой были определены параметры всех звеньев системы теплоснабжения, их гидродинамическая взаимосвязь, произведены тепловые расчёты, построены пьезометрические и температурные графики.
3. Исследования теплогидравлического режима в расчётной модели в режиме поверочного расчёта показали, что система крайне разбалансирована, что и подтверждается эксплуатацией в последние годы.
4. Проведённый конструкторский расчёт дал возможность определить диаметры трубопроводов в системе, исходя из критериев оптимального гидравлического уклона в сети, принятого не более 50 Па/ м (5 мм/м). Изменения диаметров произошли на 49-ти участках тепловой сети, неизменным остался начальный участок от котельной dy = 250 мм.
5. Установленные на отдельных ветвях дросселирующие устройства в виде шайб и регуляторов расхода дали возможность сбалансировать систему.
Библиографический список
1. Программно-расчетный комплекс АРМТЕСТ^и1и [Электронный ресурс]. Режим доступа: www.politerm.com/download/. - ZuluThermo (дата обращения: 19.01.2017).
БЕЛОВ АЛЕКСЕЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ - магистрант института архитектуры, строительства и энергетики, Владимирский государственный университет им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Россия.
МЕЛЬНИКОВ ВЛАДИМИР МИХАЙЛОВИЧ - кандидат технических наук, доцент кафедры «Тепло-газоснабжение, вентиляция и гидравлика», Владимирский государственный университет им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Россия.
