Тема 6-6-3. Тепломагистрали и трубопроводы

Транспортировка преобразованной энергии в виде энергоносителей проводится в большинстве случаев по трубопроводам, что сопряжено, как указывалось выше, с ее потерями на преодоление гидравлического сопротивления. Дополнительная составляющая потерь энергии в виде теплоты присутствует при транспортировке горячих энергоносителей – воды и пара, воздуха и др.

Передача теплоты от источника потребителям осуществляется с помощью систем теплоснабжения, которые включают источник, тепловую сеть и потребителей (рис. 4.1).

Наиболее распространенными источниками теплоснабжения являются энергетичекие установки: ТЭЦ, атомные станции теплоснабжения (ACT) и котельные.

Тепловая сеть включает систему трубопроводов (теплопроводов), по которым теплоноситель (горячая вода или пар) переносит теплоту от источника к потребителям и возвращается обратно к источнику. Потребителями теплоты являются промышленные и коммунально-бытовые предприятия, жилые, общественные и административные здания. Отпускаемая теплота расходуется на технологические нужды, отопление, горячее водоснабжение, вентиляцию.

Принципиальная схема централизованного теплоснабжения и тепловой сети.

Реальные тепловые сети отличаются чрезвычайной разветвленностью и могут включать

несколько источников теплоты - ТЭЦ или котельные. Отдельные магистрали таких сетей

связаны перемычками и имеют закольцованные участки, что повышает надежность снабже-

ния теплотой.

Транспортировка теплоты осуществляется с помощью теплопроводов. Современные

Теплопроводы изготавливаются в заводских условиях и конструктивно включают: • стальную трубу для транспортировки энергоносителя;

• тепловую изоляцию;

• защитный кожух из пластмассы.

Кроме того, теплопроводы оснащены определителем течи, что позволяет точно устанавливать место повреждения и быстро устранять неисправности. Благодаря пластиковому защитному кожуху и жесткому сцеплению изоляции такие теплопроводы герметичны и выдерживают механические нагрузки со стороны грунта. Данные теплопроводы являются перспективными и прокладываются непосредственно в грунте, что сокращает затраты на их монтаж и эксплуатацию. Они надежны и удобны в обслуживании

Для сведения тепловых потерь к минимуму при монтаже теплопроводов предусмотрена

технология герметизации швов на стыках и других элементов– задвижек, переходников.

Наиболее ответственными элементами являются трубы, которые должны быть достаточно прочными и герметичными при максимальных давлениях и температурах теплоносителя, стойкими, с высоким термическим сопротивлением стенок, способствующим сохранению теплоты, неизменностью свойств материала при длительном воздействии высоких температур и давлений.

В настоящее время в системе холодного и горячего водоснабжения все больше применение находят пластмассовые трубы. Срок службы их составляет для холодного водоснабжения – 50, для горячего – 30 лет. Стальные трубы могут служить 7-15, чугунные – 15-20 лет. При этом трудоемкость монтажа пластмассовых труб в 2-3 раза ниже, чем стальных. Тепловая изоляция накладывается на трубопроводы для снижения потерь теплоты при транспортировке теплоносителя. Потери тепловой энергии в магистральных и квартальных эксплуатируемых теплосетях во многом определяются качеством изоляционных материалов, технологией их применения и условиями эксплуатации трубопроводов.

Широкое применение в качестве изоляционного материала для теплосетей имеют стекловата и минеральная вата в виде матов. Применяются они для утепления труб, на которые не передаются механические нагрузки (внутри помещений и в канальной прокладке). Для утепления труб или конструкций, подверженных вибрациям, применяют маты, усиленные металлической сеткой. В местах, где возможно увлажнение, применяют исключительно минеральную вату и дополнительную изоляцию в виде алюминиевой фольги, штукатурки по металлической сетке и т. д.

Температура на поверхности изоляционной конструкции не должна быть выше 60 °С.

Толщина слоя изоляции определяется на основе расчетов.

При транспортировке теряется значительное количество теплоты. В отдельных случаях эти потери достигают 50 %. Это связано с неудовлетворительной тепловой изоляцией и утечкой теплоносителя. Особенно большие потери могут происходить в технологических теплопроводах с большим уровнем температур и образованием конденсата. При конденсации пара дополнительно выделяется значительное количество теплоты за счет фазового перехода, а в горизонтальных трубах также увеличиваются потери давления на прокачку теплоносителя.

Для уменьшения потерь теплоты в окружающую среду можно рекомендовать следующее:

• применять теплопроводы с высокими теплоизоляционными свойствами;

• понижать уровень температур теплоносителя без ущерба для потребителя;

• при возможности заменять технологический пар горячей водой;

• своевременно с помощью конденсатоотводчиков удалять конденсат из паропроводов;

• ликвидировать утечки теплоносителя;

• использоватьгибкиесистемырегулированияотпускаираспределениятеплоты.

ТЕПЛОИСПОЛЬЗУЮЩИЕ АППАРАТЫ С ТЕПЛОВЫМИ ТРУБАМИ.

Наиболее целесообразно в системах утилизации низкопотенциальных тепловых ВЭР применять теплообменники на тепловых трубах, которые обладают рядом уникальных свойств. Возможности применения теплообменников на тепловых трубах определяются их технико-экономическими показателями и стоимостью.

Тепловая труба (ТТ) - устройство обладающее очень высокой эффективностью передачи теплоты. Принцип работы – на внутренней стенке трубы укрепляется фитиль, выполненный из тонкой сетки. Труба заполняется небольшим количеством теплоносителя (рабочая жидкость), откачивается воздух и плотно закрывается. Один конец трубы нагревается, что вызывает испарение жидкости и движение пара к холодному концу трубы. Здесь пар конденсируется и возвращается к горячему концу трубы под воздействием капиллярных сил. Чем больше теплота парообразования рабочего теплоносителя, тем больший тепловой поток может передавать тепловая труба даже при малой разности температур на концах трубы. В ТТ различают три участника: зону подвода тепла, или участок испарения, зону переноса тепла (адиабатный участок), зону отвода тепла (участок конденсации).

СХЕМА ТЕПЛОВОЙ ТРУБЫ (а– продольный разрез: 1- фитиль, 2- стенка трубы, 3- возврат жидкости по фитилю, 4- пар, 5- участок конденсации, 6- адиабатный участок, 7-участок испарения; б– поперечное сечение: 1- стенка, 2- фитиль, 3- паровое пространство).

Теплообменники на тепловых трубах (ТТТ) являются разновидностью рекуперативных теплообменников с промежуточным теплоносителем. Для достижения высокой

экономичности и невысокой стоимости ТТТ необходимы дешевые конструкции тепловых труб, малые габариты и рабочие вещества с хорошими теплотехническими характеристиками. К таким ТТТ относятся гладкостенные фитильные и центробежные, но могут применяться и другие виды тепловых труб.

Конструктивно ТТТ выполняются и набора ТТТ. В зависимости от агрегатного состоя-

ния теплоносителя ТТТ разделяются на три типа:

1) газ-газ (воздух-воздух);

2) газ-жидкость;

3) жидкость-жидкость.

ТТТ первого типа применяются в качестве воздухоподогревателей для промышленных агрегатов, в системах отопления и вентиляции, в утилизаторах животноводческих ферм.

ТТТ второго типа используются в условиях исключающих взаимодействие газа и жидкости. Эти ТТТ применяются как конденсаторы, нагреватели и охладители жидкостей. ТТТ третьего типа используются в химической промышленности, в атомной энергетике, когда исключается взаимодействия между теплоотдающей и тепловоспринимающей жидкостями в широком диапазоне изменения давлений и температур.

Использование ТТТ для утилизации ВЭР дает возможность не только повысить тепловую эффективность энергетических установок, но и уменьшить загрязнение окружающим

фактором, препятствующим более широкому использованию ТТТ в промышленности явля-

ется их стоимость, значительно большая, чем стоимость рекуперативных теплообменников.

В настоящее время вопросы использования низкотемпературных источников тепла для

отопления, горячего водоснабжения нагрева воды для технологических нужд наиболее ус-

пешно решаются с помощью тепловых насосов (ТНУ).