Инженерные системы. Часть 2: Тепловые сети.
В предыдущей части (http://pikabu.ru/story/inzhenernyie_sistemyi_chast_1_kotelny. ) мы рассмотрели принцип работы котельной, узнали каким образом холодный теплоноситель превращают в горячий и каким образом используется его энергия. Пришло время направить его в наши дома, и в этом нам поможет следующий комплекс инженерных систем – тепловая сеть.
Эта часть будет, скорее всего, самой короткой, потому что принцип действия теплосетей очень прост, а все детали и сложности кроются в расчётах, которыми занимаются специалисты.
Тепловая сеть – это набор трубопроводов, арматуры и специальных устройств, позволяющих развести горячую воду от котельной к разным районам, микрорайонам и отдельным домам. Арматура в данном случае это не стальные стержни, которыми жители неблагополучных районов зарабатывают на жизнь, а специальные механизмы управления потоком, но о них позже.
Итак, мы нагрели воду в котлах и хотим направить её замерзающим горожанам. Помогут нам в этом сетевые насосы. Вот они, синего цвета (большая штука сверху это двигатель, а рёбра на корпусе нужны для его охлаждения):
Насосы нужны для перекачивания горячей воды от котлов в систему теплоснабжения. Их размеры и мощность продиктованы огромными расходами и высоким давлением теплоносителя.
Далее вода поступает непосредственно в трубы, которые все видели рядом с дорогами в промышленных районах или под землёй во время ремонтных работ:
Особо про трубы сказать нечего, делают их из стали, соединяют с помощью сварки. Если сравнить фотографии, то на нижней мы видим что и ожидаем, а на верхней труба как будто бы из тонкого металла огромного диаметра. На самом деле, на обеих фотографиях одинаковые трубы, просто верхняя утеплена:
Утепление нужно, чтобы снизить тепловые потери в сетях, которые могут достигать огромных значений, особенно в городских сетях большой мощности. Многие наверняка замечали, как на некоторых газонах или тротуарах зимой нет снега и видно прекрасную чёрную землю без травы. Так вот, прямо под этими местами находятся неглубоко заложенные трубы или тепловые камеры. С технической точки зрения такое явление нежелательно, т.к. из-за потерь тепла в землю и атмосферу придётся тратить больше топлива в котельной и греть воду до более высокой температуры.
Кстати, трубы небольшого диаметра прокладывают прямо так, засыпав землёй. А вот большие трубы прокладывают в специальных каналах из бетона (крышу канала видно справа, она выглядывает из-под земли):
Теперь о тепловых камерах. После котельной это единственный пункт, в котором с трубопроводами происходят изменения:
На таких любят греться бродячие собаки, а нужны они для управления подачей горячей воды при разделении веток, а также на отдельный дом или группу домов. В таком случае, при аварии на подводящих трубах не придётся отключать всю ветку, можно перекрыть только аварийный участок.
Разводка теплосети выглядит примерно так:
И на каждом узле должны быть установлены запорные и регулирующие механизмы.
Отключение и регулировка потока производятся с помощью той самой арматуры: задвижек, вентилей, редукторов, обратных клапанов и других устройств.
Таким нехитрым образом, с помощью системы трубопроводов, вода из котельных распределяется по городу и поступает в наши батареи и краны. Перед этим она попадает в индивидуальный тепловой пункт, но его мы рассмотрим в следующей части про отопление. После системы отопления охлаждённая вода по «обратке» возвращается в теплосеть, достигает котельной и цикл нагрева повторяется.
1). Вода в ваших батареях и в горячем кране – скорее всего одна и та же. Большинство домов, особенно построенных в советское время, питаются из сети открытого типа. Это значит, что из подающей горячей трубы вода идёт и на отопление, и на горячее водоснабжение.
В настоящее время при строительстве домов применяют закрытую схему: это значит, что вода из теплосети поступает в теплообменник, где нагревает обычную водопроводную воду. Такая схема предпочтительна, так как требования к очистке холодной воды гораздо выше, а значит она лучшего качества.
2). Во время раскопок теплосетей многие видели такие загогулины:
Они сделаны не для обхода каких-то конструкций и не для разбавления унылой линейности сетей.
Со школы все помнят, что при нагревании любое тело расширяется, а при охлаждении – сжимается. Например, 100-метровая труба, проложенная осенью при 0°С и работающая при температуре воды 50°С станет длиннее на 5,5 см. Подобные изменения изогнут трубу и могут привести к её разрушению.
Так вот на картинке выше изображён П-образный компенсатор, который позволяет трубе удлиняться в расчётных пределах, в таком случае изменение длины примут и разделят между собой сварные швы и отводы труб, а труба останется целой и в неизменном положении.
Также существуют другие типы компенсаторов: сальниковые, сильфонные, линзовые:
Все они служат одной цели – принимать на себя линейное удлинение трубы и не дать ей разрушиться.
На этом по тепловым сетям всё. Как видите, всё предельно просто. Уже в следующей части мы рассмотрим непосредственно системы отопления.
Можно сказать, всю жизнь ждал такого поста.
Етитская богомышь. И здесь про работу.
на 5-й и 7-й картинках не теплотрасса, а водопровод. т.к. на трубах нет утеплителя. А на 6-й изображены предварительно изолированные трубы, именно их и используют сейчас для сооружения тепловых сетей. Их сваривают, а затем проводят теплогидроизоляцию стыков. Обычные трубы использовались раньше, до появления ПИ-труб, но их тоже теплоизолировпли, обматывали разной ерундой и обмазывали что бы теплоизоляция не намокала. Арматура, у вас на картинке, тоже обычная, а сейчас используют предварительно изолированную. посмотрите любой каталог ПИ-продукции, там будут все фасонные части и вся арматура.
Мда. Интересно. Автору респект!
добрый день коллега
слесарь службы тепло сетей 5 лет
Я бы почитал про газопроводы.
Немного неприятного для читателей. Стоимость теплопотерь в магистральных сетях включается в стоимость теплоносителя для конечного пользователя. А потери там о-го-го! Особенно в старых, не утепленных сетях. Работал 10 лет в теплоснабжении. Но организации, обслуживающие магистральные сети не спешат применять новые технологии. Ибо не выгодно.
То же касается электросетей. Да, прикиньте, среди бегущих по магистралям электронов неебические потери. И есть технологии, позволяющие снизить их минимум в половину. But who care?
Зашел на Пикабу в выходной день, а тут снова о работе(
Вот смотрю на первую фотку и догнать не могу, что меня смущает. Потом доперло, у меня роба точно такая-же на работе только без надписей на спине.
Не подскажите, зачем в тепловых камерах сделано 4 люка ?
насколько знаю, в воду для системы добавляют химию, чтоб трубы не гнили и накипи всякой, сомневаюсь, что оно с крана горячей воды течет, у нас так, если снять батарею, она внутри как новая, в прошлом году менял радиатор, которому лет 15 минимум
Пост очень вовремя! :-) Переехали в новую квартиру - а топят там не очень, приходится разбираться. Автор, подскажи, будь добр, является ли нормальной ситуация:В подвале ИТП, в ИТП теплообменники. Подача сетевой воды 75°, выход внутренней 50-55°. потеря в 20-25° на теплообменнике - это допустимо? В итоге имеем на входе в квартиру 45-55° при расходе в 250 куб/час для минус 19° на улице. Т.е. запаса по теплу нет, батареи открыты на полную, воздух в квартире еле еле 23-24°.
Почему в 99% идиотские дебильные люки делают на асфальте на траектории движения колес автомобиля.
и я наконец нашёл адресата для своего вопроса.
а вопрос у меня довольно простой.
есть ли причины кроме как экономия, по которым подводящие магистрали не соединены "в кольцо" на уровне распределения?
или эта топология соединения всё же используется?
просто я всегда понимал это таким образом: данная схема не имеет смысла по тому, что слишком большие тепловые потери для конечного потребителя будут-соответственно не целесообразно.
на примере: на вашей схеме при аварии между домами 1 и 3 будут отключены дома дальше по ветке, например 16к2
ну и вот если между 16-м и 23-м домами провести соединение и поставить запорную арматуру, то в случае аварии там же, можно открыть эту арматуру, а аварийный участок вывести из эксплуатации.
так вот 16к2 при этом будет получать более холодную воду, но получать-то он будет)
или тогда нужно будет ставить редукторы на каждом ответвлении, соответственно и обслуживать их?
третьей части не будет?
Способ прокладки определяется не диаметром труб=) А способом теплоизоляции и соображениями безопасности.
Современные предизолированные ППУ трубы предназначены для прокладки непосредственно в грунте. Однако под проезжей частью, с целью исключения воздействия на них транспортных нагрузок, а так же для безопасного отвода кипятка в случае аварии, они устраиваются в каналах.
В детстве в таких вот разветвляющихся колодцах сидели, грелись холодной зимой, когда домой лень идти.
Иногда там оказывались лежанки бомжей, и было чревато пиздюлями)
Подписался, очень интересно.
очень понравилось, а будут ли ЦТП и устройство ТЭЦ?
Рассказывали мне случай один: собрали магистраль, захотели проверить все ли работает нормально, по какой то причине понадобилось перекрыть задвижку, а она не поворачивается, пришлось все перекрывать вообще и менять задвижку, Открутив задвижку в последствии оказалось что туда, в трубопровод "случайным образом" попал черенок от лопаты.
ай бракоделы) фотография где лежат трубы в изоляции, они там торчат от 10 до 25 см, а в идеале надо 15 для такого диаметра) сам работаю на заводе трубной изоляции) приятно знать, что не только я бракоделю)
а вот скажите для чего делают такое "П-образное" образование на трубах как на первом фото?
Из Вашего поста ясно, что должен быть норматив на кол-во П-образных компенсаторов на единицу протяженности теплотрассы. Следовательно должно быть среднее кол-во отводов на единицу протяженности.
Кто может что-то рассказать о современных трубах большого диаметра (под горячую воду и защитой от коррозии). Пластиковые используются? Или стальные со специальным внутренним покрытием, которое не полопается от сварки и сильных ударов.
работаю в тепличном комплексе с общей площадью 12,5 га,вот там теплопотери очень очень огромны.
Скорее всего вопрос не по теме, но:
сидишь себе в ванной, включив и настроив температуру и напор в кране, как вдруг чувствуешь что правая нога скоро просто сварится. Щупаешь водичку из под крана и тут же орешь благим и не очень (наверное температура из под крана регламентированная в каки-то диапазоннах? как бы зафиксировать, сообщить и помочь найти проблемму). Но это еще не все-начинаешь перенастраивать-всё настроил. Лежишь кайфуешь. НОООО тут уже правая нога начинает подмерзать и морозец медленно, но верно, охлаждает пукан или вулкан. WTF.
Если не трогать ручку регулировки-то глядя на счетчик горячей воды(он у меня в ванной) можно обалдеть-он то еле-еле движиться, то вращается со скоростью света.
Что это? Где проблемма? Понятно что по таким водным сложно что-то конкретное сказать, возможно кто-то вкорячил теплые полы, которые термостатом закрываются. Возможно кто-то ведет большой забор холодной или горячей воды-что и вызывает перекосы давления.
Схема прокладки реальная или сами придумали? Просто она немного нерациональная, как мне кажется. И вроде как не должна так близка возле дома проложена
Инженерные системы. Часть 1: Котельные.
По просьбам комментаторов другого поста (#comment_57904834) решил создать серию постов про инженерные системы.
Я намерен сделать 5 частей по системам, с которыми я в разной степени знаком и с которыми сталкивается или не сталкивается большинство участников нашего сообщества: котельные, тепловые сети, отопление, вентиляция, кондиционирование. Посты очень длинные, но при этом информация в них будет самая общая. Рассказывать я собираюсь об общих принципах работы, без глубокого ковыряния и заумных формул, иначе всё повествование превратится в тоскливое болото (да и формулы я помню далеко не все).
Тема первой части не совсем в моей специализации, но в общих чертах, что к чему и как оно работает, всё равно напишу, потому что комфорт в типичной квартире, все эти "прислонить ножки к батарее", "положить триконы, чтобы утром одеть тёплые", да и вообще "не замёрзнуть зимой" начинаются с главного - с котельной. Специалистов прошу сильно меня не ругать и вопросов на засыпку в этой части не задавать, но вот поправлять и исправлять ошибки очень даже прошу.
Итак, вот оно - сердце, пламенный мотор и источник жизни любого района в любом городе средней полосы и выше - котельная:
На данных фотографиях представлена Самарская ТЭЦ (теплоэлектроцентраль). Тепло-электро-централью она называется потому, что вырабатывает не только тепловую, но и электрическую энергию. Каким образом это происходит напишу чуть ниже.
По данным интернета данная ТЭЦ планово вырабатывает 2132 Гкал/ч (гигакалорий в час), а обслуживает третью часть жилого сектора областного центра и более пяти крупных промышленных предприятий (данные с http://so-ups.ru/index.php?id=1430 ). Третья часть жилого сектора - это ориентировочно 300 тысяч человек. Такая вот махина.
Главный агрегат в любой котельной - это, конечно, котёл:
На данной картинке представлен паровой котёл ДКВР-6,5 без кожуха. Кстати, высота этой штуки 5 метров с хвостиком или почти 2 этажа. В этой серии высота котлов достигает 9,6 метров, а вот например котёл ГМ-50-14 в длину имеет 18 метров, в ширину 11, а в высоту 14,6 метра (это, на секундочку, примерно 5 этажей).
Принцип действия такой дурынды заключается в том, чтобы преобразовать химическую энергию топлива (угля, мазута, газа, дерева - да чего угодно, лишь бы горело) в тепловую энергию теплоносителя (воды, пара, хладагента - да опять же чего угодно, лишь бы по трубам бегало). Проще говоря, мы сжигаем топливо, горячие продукты сгорания нагревают теплоноситель, а он в свою очередь подаётся дальше - либо на нагрев чего-то ещё, либо напрямую в тепловую сеть. Кстати, первичный теплоноситель бегает как раз по тем трубкам, которые в изобилии изображены на картинке выше. По подъёмным трубкам теплоноситель поднимается из нижнего барабана в верхний, по опускным - обратно.
Насколько я знаю, в настоящее время прямая подача первичного нагретого теплоносителя используется только в бытовых котлах, которые устанавливаются в отдельно взятом доме. В промышленных установках первичный теплоноситель всегда идёт на теплообменик, в котором он нагревает теплоноситель вторичный (как раз ту воду, которая потом уходит в теплосети по всему городу):
На картинках выше представлен водо-водяной теплообменник, именно с помощью него происходит теплообмен между первичным и вторичным теплоносителями. Холодная вода бежит по трубкам, а горячая - в пространстве между ними (или наоборот, не помню хоть убей). Через стенки трубок они обмениваются тепловой энергией, одна водичка остывает, вторая нагревается, всё очень просто. Примерно так же выглядит пароводяной теплообменник:
Только у него в трубках всегда течёт холодная (нагреваемая) вода, а в пространстве между ними - пар. Связано это с тем, что пар при охлаждении конденсируется, т.е. превращается в воду, и откачивается снизу через патрубок. Тоже всё просто.
Как видим, существует два основных процесса в котлах: нагрев воды и приготовление пара (прямо так и называется). Если с первым всё понятно, мы сталкиваемся с ним постоянно, то вот паровые котлы - вещь более универсальная. Именно из-за них мы называем котельные тепло-электро-централями.
Добавлю изображение котла ДЕ, чтобы легче ориентироваться:
Так вот, мы нагрели воду в нижнем барабане и за счёт огромного теплопритока вода начинает превращаться в пар, который накапливается в верхнем барабане. Да не просто накапливается, а под большим давлением (представьте, что вы варите пельмешки под крышкой с дырочкой - из этой дырочки происходит чух-пух сантиметров на 20). Под этим давлением пар поступает на пароводяной теплообменник, а дальше инженеры придумали гениальную вещь.
Они увидели, что после теплообменника остаётся большое количество пара, которое придется охладить, чтобы подать обратно в котёл. Для этого придётся строить какие-то установки, в которых мало того будет теряться энергия этого оставшегося пара, так ещё будет затрачиваться работа на его охлаждение. И чтобы не выполнять всех этих контрпродуктивных действий, они придумали пар подавать на турбину, вот такую:
Принцип действия простой донельзя: пар под давлением подаётся в кожух турбины, за счёт его кинетической энергии турбина крутится. А на её валу установлен электродвигатель обратного действия (прошу прощения у электриков, я в этом вопросе ноль, называю как представляю). То есть ротор двигателя вращается, искусственно создавая переменное магнитное поле, а это поле в свою очередь создаёт переменный ток. Одним источником закрываем две потребности - в тепловой и электрической энергии.
Кстати, те самые пресловутые дымовые газы или продукты сгорания после котла через дымовой тракт отправляются в дымовые трубы, по которым всегда можно определить котельную издалека:
Эти трубы не зря такие высокие, в них за счёт разности плотностей горячих газов и холодного воздуха возникает естественное гравитационное давление, которое помогает газам вылететь повыше. А если его возникает недостаточно, то подключают дымовые вентиляторы. Вопрос давления мы подробнее рассмотрим в части о вентиляции.
В принципе, мы рассмотрели основной процесс, происходящий в котельной: сжигание топлива - нагрев первичного теплоносителя - нагрев вторичного теплоносителя - подача его в сеть. После этого весь цикл повторяется, но чтобы описать его полностью, нужно рассказать про остальные части комплекса теплоснабжения.
Теперь детали, цифры, всякие интересные штуки, самые явные отличия от бытовых систем:
1). Основной тип котельных в большинстве крупных городов - газовые с паровыми котлами. В них подача топлива производится через горелки (ГМ, ГМГ и другие):
Но в отдалённых районах, или там, где нет централизованного газоснабжения, используются другие виды топлива, в основном это уголь, мазут, дерево, т.н. гранулы, торф и всякое такое. Сжигание мазута может производиться через газовые горелки, они чаще всего универсальные. А вот для сжигания твёрдого топлива используются колосниковые решётки:
Куски топлива сначала дробят, чтобы скорость горения и передачи энергии были максимальны, затем полученную крошку насыпают на решётку и дальше она как в фильме ужасов медленно движется в раскалённое жерло камеры сгорания. Процесс этот должен происходить непрерывно, т.к. при угасании пламени придётся снова разжигать первую порцию топлива, а это перебой в подаче тепла, печалька у потребителя, увольнение по статье у оператора котельной установки.
2). Вторая необычная в быту деталь была видна в первой, это дутьевые вентиляторы на горелках, вот они на переднем плане у каждого котла:
Из школьного курса химии все помнят, что пресловутое горение - это на самом деле экзотермическая реакция окисления горючего вещества. Иными словами, это реакция топлива и окислителя с выделением теплоты. Окислителем в случае горения топлива в котле является кислород, содержащийся в воздухе (так же как и в случае с газовой горелкой на плите, разве что у котла бомбит повеселее). В качестве топлива примем природный газ, основную массу которого (70-98%) составляет метан. Реакция окисления метана в кислороде выглядит так:
То есть на каждую молекулу метана нужны две молекулы кислорода. Кроме того мы помним, что кислорода в атмосферном воздухе всего лишь 23% по массе. Итого на каждый килограмм метана в газовом топливе нам требуется 8,7 кг атмосферного воздуха (всё это прикидочно, просто чтобы представить порядок цифр).
Так вот, расход газа для котла ДЕ 10-14 (соразмерный с котлами на предыдущих картинках) составляет 710 кубометров в час. Соответственно, воздуха для сжигания этого газа требуется 710 * 8,7 = 6 177 кубометров в час. Шесть тысяч! Это почти два кубометра в секунду. Вот для примера один кубометр кирпича:
И вот для подачи на горелку двух таких объёмов ежесекундно и нужны дутьевые вентиляторы.
3). Все помнят, что вода кипит при температуре 100 °С. Но на самом деле, температура кипения любого вещества зависит от давления, и чем оно выше, тем выше данная температура (и наоборот). Этим объясняется тот факт, что яичко на высокой горе не сварится в кипятке и останется сопливым, просто давление там ниже и температура кипения тоже. В котлах же ситуация обратно противоположная.
В водогрейных котлах конечная температура воды может достигать 150 °С и выше. Кипение при этом не допускается, потому что пар имеет гораздо больший удельный объём, чем у воды (проще говоря, это трах, бабах, фонтан перегретой воды и остановка котельной).
Поэтому давление в котле должно быть строго определённым, например для 150 °С оно составляет не менее 5 атмосфер (для сравнения, это давление человек ощутит на глубине 40 м под водой (1 атмосфера воздушная + по одной атмосфере на каждые 10 м воды).
В паровых котлах ситуация ещё веселее. Температура воды ограничена температурой кипения при определённом давлении, дальше она превращается в пар. А вот у пара эти параметры по сути не ограничены (на самом деле ограничены критической точкой, но там всё сложно и такие температуры на практике не используются). Например, в здоровенном котле ДЕ-25-24-380 пар нагревается до температуры 380 °С и давления в 23 атмосферы! Это давление на глубине в 220 м.
4). Все обращали внимание на признаки любого индустриального района - огромные ужасные трубы, дышащие ядовитыми газами и отравляющими несчастных горожан, сокращая их без того короткую и печальную жизнь:
На самом деле, это совершенно безобидные устройства - градирни. Их задача, всего-навсего, охлаждать поступающую из тепловой сети воду. Когда осенью запускают котельную, температура на улице достаточно высокая и за счёт низкой теплоотдачи вода в котельную возвращается очень тёплой.
Так как регулировать теплоотдачу в котле мы особо не можем, а подавать тёплую воду на нагрев опасно (повышается конечная температура воды, за ней давление, а потом трах-бабах из предыдущего пункта), воду для дополнительного охлаждения подают в эти градирни, где она стекает по стенкам с большой высоты по большой площади и остывает. Так что "отравленные газы" это всего лишь водяной пар.
Кстати, обратите внимание, работают все три градирни и на деревьях висят листочки, это значит что на улице ну прям очень тепло, а котельную уже запустили. По мере похолодания и увеличения теплопотерь их будут отключать.
На этом по котельным всё. Часть абзацев приклеена вплотную к предыдущим, потому что редактор ругается на 51 блок. Остальные части буду делать по мере наплыва вдохновения.