На главную Обратная связь Карта сайта

Статьи по теплоизоляции

Компьютерное моделирование как инструмент для анализа гидравлических режимов в сложных тепловых сетях
В.П. Вершинский
,
к.т.н.
П.В.Стаханова
г. Москва
ноябрь 2005 г.
В текущее время сделаны
многочисленные программы, дозволяющие моделировать гидравлические режимы в
тепловых сетях. Принципиально эти программы решают три взаимосвязанные задачки:
&11406; во-1-х, выполняют
гидравлические расчеты сети в неком расчетном режиме;
&11406; во-2-х, рассчитывают на основании гидравлических расчётов в этом
режиме поперечникы отверстий в дроссельных устройствах, которые должны быть
установлены на абонентских вводах;
&11406; в-3-х, выполняют расчеты гидравлических режимов работы сети в
текущем режиме, т.е. в критериях, различающихся от расчетных.
Естественно, что в
расчетном режиме каждый абонент должен получить расход воды в полном согласовании со
своей тепловой перегрузкой. Опосля выполнения наладочных расчётов предполагается,
что дроссельные устройства «установлены» в согласовании с критериями работы сети
в расчётном режиме, т.е. сеть виртуально налажена. Потом можно моделировать
любой
текущий режим работы сети, который различается от расчётного режима
положением запорной арматуры, количеством присоединенных абонентов, новенькими
режимами работы сетевых насосов и др.
Для получения на сто процентов
достоверных результатов гидравлических расчетов нужно сделать такую
компьютерную модель сети, реакция которой на любые конфигурации режимов работы
точно соответствует реакции на эти же конфигурации моделируемой сети.
На сто процентов задачка быть может решена
только при выполнении ряда критерий. Главных критерий два. 1-ое и основное –
соответствие фактических расходов тепла на отопление, вентиляцию и горячее
водоснабжение каждого потребителя расходам, введенным в модель через его описание.
Второе – наличие технических черт участков трубопроводов моделируемой
сети (поперечников, толщины стены и шероховатости внутренней поверхности
трубопроводов), приобретенных на основании измерений расходов и давлений воды в
характерных точках сети. На основании этих данных формируется описание этих
участков в модели. Оба условия, почаще всего, тяжело выполнимы: 1-ое из-за
отсутствия достоверной инфы, 2-ое из-за отсутствия стационарных средств
измерения расходов и давлений и проблем в использовании переносных средств
измерений. Посреди иных достоверно неизвестных можно отметить данные о
фактических свойствах сетевых насосов.
Но водяные системы
теплоснабжения являются очень гидравлически устойчивыми, что дозволяет с
успехом применять результаты расчетов на модели, не на сто процентов адекватной
моделируемой системе, для наладочных расчетов. Верность этого положения
доказана практикой.
С иной стороны, модель дозволяет
достаточно точно предсказывать режим работы моделируемой сети при введенных
исходных данных, с какими бы оговорками они не были получены. В данном случае
появляется возможность провести теоретический анализ работы моделируемой сети,
выявить ее недочеты либо достоинства, узреть ежели не количественную, то, по
крайней мере, доброкачественную реакцию сети на изменение режимов работы.
Все имеющиеся программы
моделирования гидравлических режимов тепловых сетей удачно управляются с расчетами
сетей, в структуре которых имеются бессчетные кольца, несколько параллельно
работающих источников тепла, в роли которых вы ступают, обычно, котельные.
Такие сети, вероятнее всего, сейчас нельзя считать сложными. Для их выбор
расчетного режима не вызывает проблем, а результаты наладочных расчетов однозначны.
Но на практике встречаются
тепловые сети, для которых выбор расчетного режима далековато не однозначен, а,
следовательно, и результаты наладочных расчетов могут быть различными. К таковым
сетям, а именно, относятся сети на компрессорных станциях (КС) магистральных
газопроводов.
Ряд особенностей системы
теплоснабжения компрессорных станций различают их от большинства систем
промышленных и гражданских объектов. Они являются следствием специфичности
технологии перекачки газа и, частично, определяются сложившейся годами практикой
проектирования. К сиим особенностям следует отнести последующие:
&11406; наличие бессчетных (время от времени 10-ки) источников теплоты, которыми
являются как утилизационные теплообменники (УТО), так и котельные;
&11406; неопределенность в использовании 1-го либо сразу пары УТО
во времени из-за твердой связи меж режимом работы газопроводов, количеством
находящихся в работе газоперекачивающих агрегатов (ГПА) и, соответственно,
количеством утилизированной теплоты;
&11406; установка сетевых насосов в особых насосных станциях, размещаемых
на местности КС, без привязки к источникам теплоты;
&11406; внедрение сложной четырехтрубной тепловой сети, включающей 2
утилизационных (подающих воду от насосных к УТО и от УТО в подающий
трубопровод) и 2 отопительных (разводящих воду меж абонентами) трубопровода.
Утилизационные теплообменники
являются основными источниками теплоты на КС. Они установлены на каждом ГПА и
являются звеньями общей системы теплоснабжения КС. Обычно, на КС имеется
несколько компрессорных цехов, в составе каждого из которых работает более
трех ГПА, размещенных на довольно огромных расстояниях друг от друга. В силу
этих обстоятельств термо сети оказываются довольно протяженными. Перевод перегрузки
по перекачке газа с 1-го ГПА на иной безизбежно влечет за собой
необходимость перевода тепловой перегрузки на УТО работающего ГПА. При всем этом путь
движения воды от насосных станций к работающим УТО и в подающий трубопровод меняется,
а, следовательно, и утраты давления в тепловой сети, могут значительно
изменяться.
Чрезвычайно значительно и то, как
организован сбор воды, нагретой в УТО, перед подачей в подающий трубопровод.
Эта процедура на сто процентов определена проектным институтом. Почаще всего почти все
решения обычные:
&11406; вдоль довольно длинноватого
фронта перед всеми ГПА прокладываются два отопительных трубопровода схожего
диаметра, являющиеся по существу аналогами коллекторов котельной.
Вероятные варианты принципиальных
схем тепловой сети КС показаны на рис. 1. Вода от сетевого насоса 2-мя
параллельными потоками поступает на нагрев в 2 УТО первого цеха. Подогретая в УТО
вода собирается в общий трубопровод и поступает в подающий трубопровод сети в
одной точке. От этого же насоса вода может поступать также 2-мя параллельными
потоками в 2 УТО второго цеха. Но подогретая вода опосля каждого УТО поступает
в подающий трубопровод по отдельным трубопроводам. Таковым образом, на показанной
схеме вода в подающий трубопровод может поступать в 4 различных местах в
зависимости от того какие УТО либо котельная употребляются на этот момент
времени.
Рис.1. Принципиальная схема
теплоснабжения от утилизационных теплообменников.
В итоге, внедрение различных УТО
и различие в схемах подачи воды в подающий трубопровод приводят к тому, что
точка поступления нагретой воды в подающий трубопровод тепловой сети вроде бы
«плавает» вдоль этого трубопровода. Эти процессы в принципе приводят к этим же
последствиям, к которым привела бы подача воды от обычной котельной в
разные точки подающего трубопровода тепловой сети с различными напорами.
Так как, как было показано выше,
в системе теплоснабжения возможны разные гидравлические режимы из-за
«плавания» источников теплоты, наладочные расчеты и определение поперечников
отверстий в дроссельных устройствах должны выполняться при
менее подходящем гидравлическом режиме. Естественно, что предполагается внедрение
во всех режимах одних и тех же насосов.
Отсюда следует, что 1-ая задачка
сводится к нахождению
менее подходящего гидравлического режима.
Методически эта задачка быть может решена многовариантным моделированием работы
сети при использовании разных УТО, котельных и насосных. Методом
«переключения» запорной арматуры должны быть сделаны несколько схем тепловой
сети с вариациями использования разных УТО. Для каждого варианта нужно
исследовать гидравлику системы в
расчетном режиме, убедиться в наличии
необходимых перепадов давлений на вводах всех абонентов, потом выполнить для каждого
варианта наладочные расчеты. Крайний шаг – выбрать из вариантов тот, в
котором поперечникы отверстий у одних и тех же абонентов наибольшие, а
располагаемые напоры самые мелкие. Этот режим является
расчетным базисным для выполнения всех дальнейших действий. Программа «запомнит» сопротивления
всех дроссельных устройств. Во всех иных вариантах включения УТО у
потребителей, естественно, будут наблюдаться неизбежные перетопы.
В процессе выбора расчетного
режима выясняются некие индивидуальности гидравлических режимов сети с
«плавающими» источниками. Оказывается, что происходит существенное
перераспределение расхода воды меж подающим и обратным трубопроводами. Покажем
пределы конфигурации расходов в трубопроводах на примере сети определенной КС
(Рис.2). Все расчеты выполнены при помощи программы «ТеплоГраф», разработанной
ИВЦ «Поток».
Рис.2. Схема теплоснабжения
территории КС.
На рис.2 показана принципиальная
схема тепловой сети на участке вдоль фронта ГПА 2-ух цеховой КС. В составе
каждого цеха находится по 3 ГПА, но расчетная отопительная и вентиляционная
нагрузки КС могут быть покрыты при работе УТО лишь на 2-х ГПА. Общественная длина
участка
300 м . Отопительные трубопроводы по всей длине имеют условный
диаметр 200 мм. На участке находятся 10 тепловых камер, в каждой из их, за
исключением камеры ТК-6, подключены по одному либо несколько потребителей
теплоты. Расход воды обеспечивается параллельной работой 2-ух насосных станций,
подающих воду в общий коллектор. Насосная группа в котельной не работает.
Подогретая в УТО вода собирается в каждом цехе и подается в отопительный
подающий трубопровод в 2-ух точках. Расчетный расход воды в согласовании с
заданной тепловой перегрузкой потребителей равен
235 т/ч .
В таблице 1 и рис.3; 4 показано
изменение расходов в отопительных трубопроводах при работе лишь двух
правых УТО в цехе 1 и лишь 2-ух левых УТО в цехе 2.
В согласовании с описанной чуть повыше
методикой для анализа влияния «плавания» источников тепла на работу системы
теплоснабжения выбраны два варианта работы УТО. 1-ый вариант – работают
утилизаторы № 5 и № 6, более удаленные от насосных станций. 2-ой вариант –
включены утилизаторы № 1 и № 2, расположенные в конкретной близости к
насосной станции № 1. Исходя из убеждений гидравлического режима эти варианты
являются более показательными. Во всех других вариантах включения УТО
гидравлические режимы будут промежными меж режимами в первом и втором
вариантах.
В таблице 1 показано распределение
воды в подающем и обратном трубопроводах меж УТО № 1 и УТО № 6 при 2-ух
указанных вариантах включения УТО. Следует отметить, то поперечник трубопроводов
на участке от УТО № 1 до УТО № 6 схож и равен 200мм. Длина этого участка
составляет 300м.
Таблица 1. Распределение воды в
обратном и подающем трубопроводахпри работе разных УТО
Ниже представлена графическая
интерпретация данных из Таблицы 1.
Рис. 3. Распределение воды в
обратном трубопроводе
Рис. 4. Распределение воды в
подающем трубопроводе
Данные таблицы 1 и рис. 2 и 3
показывают, что расходы воды в обоих трубопроводах меняются в зависимости от
варианта использования УТО. В подающем трубопроводе расходы изменяются, но,
скорее всего, выбор схожего поперечника по всей длине участка является
достаточно обоснованным. В особенности приметно изменение расходов в обратном
трубопроводе. Ежели на участке меж камерами 7 и 8 скорость воды составляет
1,15 м/с, то на участке 1-2 она лишь 0,4 м/с. Разумеется, что на этом и
соседних участках поперечник трубопровода мог бы быть меньше 200мм, к примеру,
таким, как показано в таблице 2 (при скорости воды 1 м/с).
Таблица 2. Вероятные варианты
диаметра обратного трубопровода на отдельных участках
Естественно, следовало бы отметить, что
при работе котельной и отключенных УТО расходы воды в подающих и обратных
трубопроводах на всех участках сети будут схожи. Сужение поперечника обратного
трубопровода на отдельных участках безизбежно скажется на гидравлическом режиме
сети. Но нужно принять во внимание несколько причин. Обычно, в
котельных и насосных станциях инсталлируются насосы с приблизительно схожими
техническими чертами, потому при включении насосов в котельных
перепад давлений у всех потребителей резко растет: исключается тракт
котельная – УТО – подающий трубопровод. Потому уменьшение поперечников на
отдельных участках может и быть неприметным для гидравлического режима. Не считая
того, котельные употребляются очень изредка и кратковременно. Вероятные
недотопы у потребителей останутся незамеченными из-за аккумулирующей
способности самой сети.
Так как модель дозволяет оценить
влияние конфигурации диметра трубопровода на гидравлику всей системы в целом,
можно без усилий оценить влияние понижения поперечника обратного трубопровода на
перепады давления у всех потребителей. В рассматриваемом определенном случае
уменьшении поперечника не приводит к любым нехорошим последствиям, т. к. у
потребителей имеется определенный запас напора.
Ежели модель создается для
существующей тепловой сети, то сведения о перераспределении расходов воды важны
только для правильного выбора расчётного режима и определения нужных
диаметров отверстий в дроссельных устройствах. Ситуация изменяется, ежели
создавать модель для вновь проектируемой либо реконструируемой сети. В этом
случае выяснение особенностей гидравлического режима сети до выполнения рабочих
чертежей может оказать решающее влияние на экономические характеристики проекта и
снизить капитальные издержки на стройку самой сети.
Естественно, что избранный
конкретный пример лишь иллюстрирует способности использования модели для
изучения гидравлического режима в тепловой сети. Любая тепловая сеть в согласовании
со своими чертами будет по-своему реагировать на «плавание» источников
тепла. Для некий сети это окажется непринципиальным, а для иной – очень
важной.
Представляется, что неувязка учета
особенностей гидравлического режима окажется актуальной для многоагрегатных
газотурбинных ТЭЦ. Принципиально схема тепловой сети газотурбинной ТЭЦ ничем не
отличается от схем тепловых сетей КС. То же наличие пары источников,
непредсказуемость работы отдельных энергоблоков по электрическому графику и, основное,
необходимость держать перепад давления в сети на выходе из ТЭЦ неизменным для
стабильного теплоснабжения потребителей.
Наши филиалы: Санкт-Петербург / Новосибирск / Екатеринбург / Нижний Новгород / Самара / Омск / Москва /