ogrzewnictwo i ciepŁownictwo sem. ii ......• pn-en 253:2005 sieci ciepłownicze – system...

OGRZEWNICTWO I CIEPŁOWNICTWO

sem. II CIEPŁOWNICTWO WYKŁAD

Sieci ciepłownicze. Projektowanie.

Obliczenia hydrauliczne

Studia niestacjonarne II stopnia Aktualizacja: 18-12-2010 r.

Zasady projektowania sieci

ciepłowniczych

• PN-EN 13941:2006 Projektowanie i budowa

sieci ciepłowniczych z systemu

preizolowanych rur zespolonych • PN-EN 253:2005 Sieci ciepłownicze – System preizolowanych

zespolonych rur do wodnych sieci ciepłowniczych układanych

bezpośrednio w gruncie -Zespół rurowy ze stalowej rury

przewodowej, izolacji cieplnej z poliuretanu i płaszcza osłonowego z

polietylenu

• PN-EN 448:2005 Sieci ciepłownicze – System preizolowanych

zespolonych rur do wodnych sieci ciepłowniczych układanych

bezpośrednio w gruncie -Kształtki – zespoły ze stalowej rury

przewodowej, izolacji cieplnej z poliuretanu i płaszcza osłonowego z

polietylenu

Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 / 2010 2


ciepłowniczych

• PN-EN 488:2005 Sieci ciepłownicze – System

preizolowanych zespolonych rur do wodnych sieci

ciepłowniczych układanych bezpośrednio w gruncie -

Zespół armatury do stalowych rur przewodowych, z

izolacją cieplną z poliuretanu i płaszczem osłonowym z

polietylenu

• PN-EN 489:2005 Sieci ciepłownicze – System

preizolowanych zespolonych rur do wodnych sieci

ciepłowniczych układanych bezpośrednio w gruncie -

Zespół złącza stalowych rur przewodowych z izolacją

cieplną z poliuretanu i płaszczem osłonowym z

polietylenu Ogrzewnictwo i

ciepłownictwo 2 / 2010

3


ciepłowniczych

• Norma PN-EN 13941:2006 wymienia cztery możliwe

ryzyka będące wynikiem uszkodzenia rurociągu

ciepłowniczego:

• Wyciek gorącej wody wskutek pęknięcia lub

nieszczelności rury, który może spowodować poparzenie,

zalanie, tworzenie się tuneli itp.,

• Uszkodzenie instalacji powodujące przerwę w dostawie

ciepła,

• Uszkodzenie instalacji stwarzające ryzyko

rozprzestrzenienia się uszkodzenia w systemie,

• Utrata ciągłości dostaw.

Ogrzewnictwo i


4


ciepłowniczych

• Projektant jest zobowiązany do określenia

ryzyka związanego z projektowaniem sieci.

• Norma określa trzy klasy projektów A, B i C

uwzględniające poziom bezpieczeństwa

oraz stopień złożoności prac

wykonawczych, które są określone jako

wymagania dotyczące metod projektowania

i konstrukcji.

Ogrzewnictwo i


5


ciepłowniczych

Projektowany ciepłociąg należy zakwalifikować do

jednej z klas na podstawie badań wstępnych i

oceny ryzyka wystąpienia awarii.

Projekt klasy A

• Rurociągi o małych lub średnich średnicach oraz

małych naprężeniach osiowych

• Rurociągi o małym ryzyku okaleczenia ludzi lub

spowodowania szkód w środowisku

• Rurociągi o małym ryzyku strat ekonomicznych

Ogrzewnictwo i


6


ciepłowniczych

Projekt klasy B

• Duże naprężenia osiowe, rurociągi o

małych lub średnich średnicach

Projekt klasy C

• Duże średnice i/lub wysokie ciśnienie

• Podwyższone ryzyko okaleczenia ludzi lub

spowodowania szkód w środowisku

• Konstrukcje specjalne lub skomplikowane Ogrzewnictwo i


7


ciepłowniczych

Dokumentacja projektowa powinna zawierać

1. Ogólne parametry eksploatacyjne

• Oczekiwana trwałość, ciśnienie i

temperatura obliczeniowa, liczba cykli

temperatury roboczej i ciśnienia oraz

czas ich trwania w okresie trwalości

użytkowej rurociągu

Ogrzewnictwo i


8


ciepłowniczych

2. Dane dotyczące rurociągu

a. Dane dotyczące trasy rurociągu • Mapa projektowa trasy

• Profil wzdłużny

• Położenie rurociągu w stosunku do innych instalacji i

budowli

• Położenie pionowych i poziomych łuków, trójników,

zwężek, pkt stałych

• Informacja o robotach w zakresie kolizji i konstrukcji

specjalnych Ogrzewnictwo i


9


ciepłowniczych

b. Dane dotyczące wymiarów rurociągów

• Średnica zewnętrzna, nominalna grubość

ścianki, naddatki na korozję wraz z

tolerancją

• Istotne dane dotyczące kształtek, w tym

promienie krzywizn

• Dane graniczących z rurociągiem budowli

i konstrukcji wpływających na rozkład sił

działających na rurę przewodową

Ogrzewnictwo i


10


ciepłowniczych

c. Dane dotyczące materiałów

• Specyfikacja i certyfikaty

d. Informacja o technologii budowy

rurociągu

• Naprężenia wstępne, miejsce i metoda

ich wprowadzania

• Niewielkie odchylenia kątowe i

dopuszczalne promienie krzywizn

• Ciśnienie próbne i temperatura montażu Ogrzewnictwo i


11


ciepłowniczych

e. Rysunki budowlane

• Naniesienie lokalizacji trasy sieci

Należy zagwarantować zapewnienie jakości

na każdym etapie budowy sieci.

Ogrzewnictwo i


12


ciepłowniczych

Materiały do budowy sieci:

• Rury ze szwem wg PN EN 10217-2 lub

PN EN 10217-5

• Bez szwu PN EN 10216-2 o tolerancji

średnicy wg PN EN 253

• Armatura preizolowana powinna spełniać

wymagania PN EN 488

Ogrzewnictwo i


13


ciepłowniczych

• Projektowanie metodą analizy uproszczonej

• Dla projektów klasy A i B – projekt i budowę

rurociągów można przeprowadzić na

podstawie dokumentacji ogólnej, pod

warunkiem, że jest ona zgodna z

wymaganiami niniejszej normy i spełnione

są wszystkie podstawowe wymagania

wynikające z warunków lokalnych

(ciśnienie, temperatura, wpływ ruchu

drogowego) Ogrzewnictwo i


14


ciepłowniczych

• Wymagania w zakresie kontroli spoin w

zależności od klasy projektu:

Ogrzewnictwo i


15

Klasa projektu Spoiny obwodowe Spoiny niepoddane próbie

szczelności

A 5% 20%

B 10% 50%

C 20% 100%


ciepłowniczych

Metody sprawdzania szczelności:

1. Próba szczelności powietrzem o

nadciśnieniu 0,2 bar lub podciśnieniu 0,65

bar – sprawdzenie za pomocą cieczy

kontrolnej

2. Wodą na ciśnienie 1,3 ciśnienia

obliczeniowego

3. Badania nieniszczące stali – 100% spoin

Ogrzewnictwo i


16


ciepłowniczych

Etapy projektowania sieci ciepłowniczej

1. Ustalenie mocy cieplnej oraz rocznego

zapotrzebowania na ciepło na potrzeby

ogrzewania, c.w. i ciepła

technologicznego dla przyłączanego

obiektu

2. Wystąpienie do PE o warunki techniczne

przyłączenia do systemu ciepłowniczego

Ogrzewnictwo i


17


ciepłowniczych

3. Obliczenie strumieni wody sieciowej dla

projektowanych odcinków sieci, dobór

średnic i wykonanie obliczeń

hydraulicznych

4. Wybór techniki montażu i wytyczenie

trasy sieci ciepłowniczej w terenie

5. Obliczenia wytrzymałościowe sieci,

sprawdzenie kompensacji, rozwiązania

kolizji sieci Ogrzewnictwo i


18


ciepłowniczych

6. Opracowanie schematu alarmowego

7. Konstrukcje i rozwiązania specjalne, np.

przejście przez jezdnię, odwodnienia itp.

Ogrzewnictwo i


19


ciepłowniczych

Parametry robocze systemów ciepłowniczych

w Polsce

• Ciśnienie dopuszczalne Pdop=0,6 ... 1,6

MPa

• Temperatura T=90 ... 150 °C z

załamaniem w okresie lata T=70°C

• Regulacja jakościowo - ilościowa

Ogrzewnictwo i


20

21


• Sieci ciepłownicze wodne.

• Strata ciśnienia

• Wzór Darcy-Weisbacha

P P Z

P R l

l

l

Pl

d

vl

2

2Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 /

2010

22


• Prędkość przepływu wody

vm

A

m

d

m

d

4127

2 2,

P lm

d

dm l

P

mP d

l

l

l

l

0 806

0 806

111

2

5

2

5

5

,

,

,

Pl

d

vl

2

2

Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 /

2010

23


Rm

d

dm

R

mR d

0 806

0 806

111

2

5

2

5

5

,

,

,


2010

24


• Spadek ciśnienia na oporach miejscowych

Zv

Zm

d

2

2

4

2

0 806,

Zv l

d

v

ld

z

z

2 2

2 2


2010

25


• Współczynnik oporu liniowego dla Re > 4000

obliczyć można ze wzoru Colebrooka-White’a

2}]72,3Re

51,2log{2[

k

k=0,2 do 2 mm


2010

26


• Dobór średnic przewodów dla sieci

tranzytowych i magistralnych

1. W oparciu o Rek wyznaczony na podstawie

rachunku techniczno-ekonomicznego,

uwzględniającego nakłady inwestycyjne i

koszty eksploatacyjne.


2010

27


R, [daPa/m] d, [mm] Rek

Emin

E [zł/m2] E

Koszty

eksploatacyjne

Koszty

inwestycyjne


2010

28


• Dobór średnic przewodów dla sieci

tranzytowych i magistralnych

2. Opór jednostkowy w zakresie R=40 – 80 Pa/m

3. Prędkość przepływu w=2,0 – 3,0 m/s

• Dobór średnic dla sieci rozdzielczych

1. Opór jednostkowy R=80 – 160 Pa/m



2010

29


• Dobór średnic dla przyłączy

1. Opór jednostkowy R=< 300 Pa/m


3. Minimalna średnica DN 40

4. Orientacyjny opór jednostkowy Ro [Pa/m]

l

PaR

PPPP

o

dpz

)1(


2010

30


• Przy doborze średnic należy zwrócić

uwagę na stateczność hydrauliczną

źc

o

P

Pk

k >=0,5


2010

31


OBLICZENIA HYDRAULICZNE WODNYCH SIECI CIEPŁOWNICZYCH

ZAŁOŻENIA:

1.CIŚNIENIE ZASILANIA W KOMORZE CIEPŁOWNICZEJ Pz= 670 kPa 68 mH2O

2.CIŚNIENIE W POWROCIE W KOMORZE CIEPŁOWNICZEJ Pp= 320 kPa 33 mH2O

3.TEMPERATURA ZASILANIA Tz= 130 °C

4.TEMPERATURA POWROTU Tp= 75 °C

5.ŚREDNIA TEMPERATURA WODY SIECIOWEJ Ts= 102,5 °C

6.GĘSTOŚĆ WODY SIECIOWEJ ro= 956,2 kg/m3

7.UDZIAŁ OPORÓW MIEJSCOWYCH a= 0,1

8.WYSOKOŚĆ PODNOSZENIA POMP W ŹRÓDLE CIEPŁA Pc= 1000 kPaOgrzewnictwo i ciepłownictwo 2 /

2010

32

Obliczenia hydrauliczne N

r o

dc.

Prz

ep

ływ

Prz

ep

ływ

Śre

dn

ica

gru

b ś

c

Prę

dko

ść

Op

ór

jed

.

Dłu

go

ść L

Dł. z

ast.L

z

Dł. s

pr.

Ls

Sp

ad

ek c

iś.

Ca

łk. sp

ad

ek c

iś

Ca

łk. sp

ad

ek c

iś

Uw

ag

i

Sta

teczn

ość h

.

Mo

c c

iep

lna

kg/s m3/h mm mm m./s Pa/m. m. m. m. kPa kPa mH2O kW

K1-1 8,279 31,17 108,0 4 1,10 170,3 176 18 194 32,96 32,96 3,36 2000

1-w10 4,967 18,7 88,9 3,2 0,97 168,3 200 20 220 37,02 69,98 7,14 1200

0,53

CIŚNIENIE DYSPOZYCYJNE W WĘŹLE W10 Dp= 280 28,56

ODGAŁĘZIENIE

1-W11 3,312 12,47 76,1 2,9 0,89 173,3 120 12 132 22,87 22,87 2,33 800

K1-1 32,96 55,83 5,69

0,54

CIŚNIENIE DYSPOZYCYJNE W WĘŹLE W11 Dp= 294,2 30,01


2010

33


WYKRES CIŚNIEŃ PIEZOMETRYCZNYCH DLA ODCINKA

K1-W10

670,0 653,5 635,0

320,0355,0336,5

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 176 200

DŁUGOŚĆ, M

CIŚ

NIE

NIE

, k

Pa

Pz

Pp


2010

34


Dobór średnicy sieci

wg nomogramu

Średnica

przewodu [mm]

Przepływ wody

[kg/s, kg/h]

Prędkość

[m/s]

Opór jedn.

[Pa/m] Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 /

2010

35

Analiza przepływów w sieciach

ciepłowniczych

• Opór hydrauliczny prostych odcinków rur

pl

dV

5 2

28

p S V 2


2010

36


ciepłowniczych

• Rodzaje układów hydraulicznych

– Układ szeregowy

V V

V1,P1 V2,P2

1 2 Pc

p p pc 1 2Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 /

2010

37


ciepłowniczych

P

V V

S1

S2 S=S1+S2

Graficzne odwzorowanie układu szeregowego


2010

38


ciepłowniczych

• Matematyczny opis układu szeregowego.

• Opór odcinka 1

• Opór odcinka 2

2

11 VSp

2

22 VSp


2010

39


ciepłowniczych

• Całkowity spadek ciśnienia wynosi

22

21

2

2

2

121c VSVSSVSVSppp )(

21 SSS


2010

40


ciepłowniczych

• Układ równoległy

1. Spadki ciśnienia w połączonych ze sobą

równolegle odcinkach są takie same

2.Strumień wody wpływający i wypływający z

układu równoległego jest równy sumie

poszczególnych strumieni

p p1 2

V V Vc 1 2Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 /

2010

41


ciepłowniczych

1

11

S

pV

2

22

S

pV

p p pc 1 2

21

21

111

SSS

S

p

S

p

S

p ccc


2010

42


ciepłowniczych

iVV

n

1i

ipp

n

1i

iSS

n

1i

iVVipp

2n

1i iS

1

1S

n

1i

iAA

Rodzaj

połączenia

Strumień

Spadek

ciśnienia

Oporność

zastępcza

Przepustow

ość

zastępcza

szeregowe

równoległe

n

1i2

iA

1

1A


2010

43


ciepłowniczych

• Dołączenie nowego odbiorcy do sieci ciepłowniczej

Założenia:

1.Stałe ciśnienie dyspozycyjne w źródle ciepła

– 2. Przepływy turbulentne w obszarze prawa kwadratów

– 3. Analiza prowadzona będzie w sposób jakościowy w

dwóch wariantach:

A - sieć bez urządzeń regulacyjnych

B - wszyscy odbiorcy wyposażeni w regulatory stałego

wydatku


2010

44


ciepłowniczych

Sieć

Odbiorca

Dołączenie

odbiorcy


2010

45


ciepłowniczych

Sieć

—

Odbiorca

—

—

Dołączenie

odbiorcy


2010

46


ciepłowniczych

Wyłączenie odbiorcy

Sieć

Odbiorca


2010

47


ciepłowniczych

Sieć

—

Odbiorca

—

—


2010

48


ciepłowniczych Dławienie przepływu zaworem na sieci ciepłowniczej

Sieć

Odbiorca


2010

49


ciepłowniczych

Sieć

Odbiorca

Dławienie

na przewodzie

powrotnym


2010

50

Sieci pierścieniowe - obliczanie

Założona granica podziału

Schemat sieci ciepłowniczej.

Praca pomp obiegowych w dwóch źródłach ciepła na wspólną sieć.

H

1=

130 m

H2O

H2=100 mH2O

s1 s2 s3 s4

O1 O2 O3

V1=Vo1+0,5*Vo2V2=0,5*Vo2 V3=0,5*Vo2 V4=Vo3+0,5*Vo2

Dla każdego węzła

0Vn

1i

i

K

1j

i 0P

K

1j

i 0P

K

1j

i 0P

K

1j

i 0P+

-


2010

51

Wykres ciśnień piezometrycznych dla sieci

pierścieniowych

Współpraca pomp obiegowych o różnej wysokości podnoszenia

0

20

40

60

80

100

120

140

1 2 3 4 5

Pz

Pp

Analiza sieci


2010

analiza sieci.xls

Sieci ciepłownicze.

Projektowanie.

Obliczenia wytrzymałościowe.

1. Projektowanie sieci układanych w kanałach i

napowietrznie.

2. Projektowanie sieci preizolowanych.

53

Sieci cieplne układane w kanałach i

napowietrznie

• Siły działające na rurociąg sieci

ciepłowniczej

1. Siła od ciśnienia wewnątrz rurociągu

FD

ppw

r

2

4 N

Dw- [m], pr- [Pa]

pr

pr

pr pr

PS PS


2010

54


napowietrznie

2. Siła tarcia na podporach ruchomych

F q L 9 8, N

q – masa rurociągu z nośnikiem ciepła i izolacją, [kg/m] L – długość rurociągu, [m] – współczynnik tarcia


2010

55


napowietrznie

• 3. Siła tarcia w wydłużkach dławicowych

F p Dr t d 9 8, b Ns

- współczynnik zależny od średnicy rurociągu : <=500 =2,0; dla >500 mm =1,75 pr - ciśnienie robocze , Pa Dt - średnica zewnętrzna tulei wydłużki, m d - współczynnik tarcia szczeliwa po stali, bs - obliczeniowa długość szczeliwa wypełniającego dławik


2010

56


napowietrznie

4. Siła od wydłużki sprężystej U-kształtowej

Fl E J

Jk

d

xo

N

ld - dopuszczalne wydłużenie odcinka kompensowanego przy osiągnięciu dopuszczalnych naprężeń na zginanie, m E - moduł sprężystości przy rozciąganiu, Pa J - moment bezwładności przekroju rury, m4 Jxo - moment bezwładności względem linii osiowej rury w odniesieniu do osi X0, m

3


2010

57


napowietrznie

• Dopuszczalne wydłużenie odcinka

kompensowanego ld oblicza się ze wzoru:

lJ

H y m E dd

d xo

o

( ) m

d - dopuszczalne naprężenia zginające, Pa H - ramię wydłużki przy dopuszczalnym wydłużeniu, m y0 - odległość środka ciężkości wydłużki, m m - współczynnik uwzględniający zwiększenie naprężeń

zginających na skutek zmiany poprzecznego przekroju rury przy zginaniu, który zbliża się do kształtu owalnego.

D - średnica rury, m


2010

58


napowietrznie

• Podpory ruchome. Odległości.

L

0,2L

Mmax

0,5 Mmax

Siły pionowe od

masy rurociągu

Siły poziome

parcie wiatru

12

2

maxlq

M

Maksymalny moment gnący


2010

59

• Moment gnący w środku przęsła

24

2lqM

Sumaryczne obciążenie jednostkowe

izncrpion

pozpion

qqqq

qqq

22


2010

60

• Parcie wiatru

zizp

apoz Dw

ckq

2

2

Dla h 10 m k=m

Dla h > 10 m nhmk )1,0(

Teren otwarty m=1 n=0,32

Las, miasto o zabudowie do 30 m m=0,65 n=0,44

Miasto o zabudowie powyżej 30 m m=0,3 n=0,66

Ca1,4


2010

61

• Maksymalne naprężenia w ściance rury

W

lq

W

M

12

2max

max

W – wskaźnik wytrzymałości przekroju ścianki rury, m3

Maksymalna odległość między podporami

q

Wl

dop

12max


2010

62

• Współczynnik korygujący dla odległości

maksymalnej

1,0 0,87 1,0 0,87

0,67

0,87

1,0

maxlkl

maxlkl


2010

63

• Obciążenie podpór ruchomych

• Siła tarcia pozioma

l1 l2

Ppion

2

21 llqP pionpion

pionpoz PP

Obciążenia poziome mogą działać w kierunku osiowym i bocznym. Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 /

2010

64

Wartości współczynnika tarcia dla podpór ruchomych

Rodzaj podpory osiowe boczne

Ślizgowe 0,3 0,3

Rolkowe 0,1 0,3

Kulowe 0,1 0,1

Wieszakowe 0,1 0,1


2010

65

Sieci cieplne z rur preizolowanych

• ZASADY PROJEKTOWANIA SIECI CIEPŁOWNICZYCH Z RUR

PREIZOLOWANYCH

Rura

stalowa Izolacja z pianki

poliuretanowej

System

alarmowy

Płaszcz

osłonowy z

HDPE

Norma PN EN 253


2010

66

• System rur preizolowanych jest systemem zespolonym, w którym wydłużenia rury stalowej w wyniku wydłużeń termicznych, przenoszone są poprzez piankę na zewnętrzny płaszcz osłonowy PE, powodując przemieszczanie się całej rury preizolowanej w otaczającym gruncie.


2010

67

Podstawy projektowania

Q

Rura ogrzewana

Swobodne wydłużenie

Naprężenia 0

L

L L

Q

L Rura ogrzewana

Brak swobodnego

wydłużenia L=0

Naprężenia 0


2010

68


L

Rura preizolowana w gruncie

Siła tarcia

Siła od wydłużeń

termicznych


2010

69


• Wydłużenia podziemnej preizolowanej sieci cieplnej są mniejsze niż wydłużenia termiczne w tradycyjnych sieciach kanałowych czy napowietrznych, mających możliwość swobodnych wydłużeń.

• Skutkiem ograniczenia przez grunt swobodnego wydłużania się, w rurze stalowej powstają naprężenia osiowe.

• Możliwość absorpcji naprężeń osiowych jest podstawą funkcjonowania systemu zespolonego.


2010

70


Żródło: Podręcznik ciepłownictwa – system rur preizolowanych EDHPMA 1998


2010

71


Żródło: Podręcznik ciepłownictwa – system rur preizolowanych EDHPMA 1998

UPS

RPS


2010

72


• Podstawy projektowania opracowano

przy założeniach:

1. Max ciśnienie robocze 1,6 Mpa

2. Max temperatura ciągła nośnika ciepła 130

°C

3. Regulacja jakościowa


2010

74

• Naprężenia w ściance rury spowodowane

ciśnieniem wewnętrznym

Naprężenia osiowe

ef

za

g

dp

4

Naprężenia obwodowe

ef

zt

g

dp

2

[MPa]

[MPa]


2010

75

• Naprężenia w ściance rury wywołane

wydłużeniem termicznym

– Naprężenia osiowe

Ettha [MPa]

- współczynnik wydłużalności termicznej dla stali =12 106 1/K

t -maksymalna różnica temperatur w odniesieniu do temperatury

montażu

- moduł Younga E=2,06 105 (dla stali niskowęglowych) Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 /

2010

76

• Naprężenia zredukowane

• Do obliczeń przyjmujemy naprężenia zredukowane

odpowiadające max bezwzględnej wartości z

pośród następujących naprężeń:

)()( 22

zz

athat

athatzr

[MPa]

z – współczynnik dla spawów wykonywanych w terenie

|}||;||;||;max{| zrathaathat Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 /

2010

77

• Wartości zalecane dla współczynnika

spawania z w zależności od ilości spawów

poddawanych sprawdzeniu

10%-100% z=1

<10% z=0,9


2010

78

• Kryterium bezpieczeństwa

• Dla rurociągów preizolowanych naprężenia

dopuszczalne przyjmuje się:

zrdop

MPa 150dop


2010

79

• Kompensacja wydłużeń termicznych

• Naprężenia w rurociągu (wg prawa Hooke’a)

E

E -moduł sprężystości liniowej materiału rury E=2 105 MPa

- wydłużenie względne przewodu

l

l


2010

80

• Wydłużenie przewodu o długości l przy

podgrzaniu o t

ltl

tStąd

ttE 52,2 MPa


2010

81

• Siła od wydłużenia termicznego

AtAP 52,2


2010

82

• Siła tarcia i długości instalacyjne

2

1 ozpłL

KDHgF

- współczynnik tarcia 0,2-0,6 – gęstość gruntu [kg/m3] H – zagłębienie [m] Dzpł- średnica zew. płaszcza [m] Ko- współczynnik parcia gruntu

[N/m] Siła tarcia na

jednostkę długości


2010

83

• Przyjmując dla zagłębienia H=1m

0,4, 1500 kg/m3, Ko=0,5 i g=9,81 m/s2

zpłL DF 0045,0 [N/m]

Dla zagłębienia H

10045,0

HDF zpłL [N/m]


2010

84

• Maksymalna dopuszczalna długość

instalacyjna

• Lmax – długość rurociągu przemieszczająca

się pod wpływem ogrzewania (chłodzenia)

i poddana tarciu gruntu

L

dop

F

AL

max

[m]


2010

85

l [m]

max=2,52tmax

dop=2,52t60°C 150 MPa

300 Mpa

tmax=120°C

Lmax=L60 Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 /

2010

86

• Wydłużenie rurociągu zakopanego w ziemi

wyraża się zależnością

l l l lt tr p

Można

pominąć


2010

Projektowanie sieci ciepłowniczych

preizolowanych

W celu poprawy konkurencyjności sektora ciepłowniczego

poprzez obniżenie nakładów inwestycyjnych na budowę sieci

ciepłowniczych, konieczne staje się dokładniejsze poznanie

granic wytrzymałościowych sieci oraz współczynników

bezpieczeństwa (M) dla stosowanych materiałów.

Należy zwrócić większą uwagę na zagadnienia wpływające na

funkcjonowanie sieci. W złożonych przypadkach gwarancją

prawidłowego zaprojektowania układu sieci powinno być

sprawdzenie obliczeń za pomocą programów komputerowych.

Aktualizacja: 2011-01-08 Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 87

Techniki układania rur. Podział


Układanie sieci ciepłowniczej preizolowanej

Na zimno Z podgrzewem wstępnym

Metoda samokompensacji

Metoda montażu zimnego

Metoda montażu zimnego z

ograniczeniem temp do 85°C

Bez kompensatorów

Z kompensatorami

Techniki układania rur.

Układanie na zimno


Technika Korzyści Wady

Sieci niskoparametrowe

Tz 85 °C

Niewielkie naprężenia

Wykop zasypujemy po ułożeniu

Ograniczona temperatura

zasilania

Samokompensacji Naprężenia nie przekraczające

naprężeń dop. 150 Mpa


Ograniczenia dla odcinków

prostych

Konieczność stosowania

kompensacji L, Z, U

Montażu zimnego Ograniczona liczba wymaganych

elementów kompensacyjnych


Naprężenia na granicy

plastyczności materiału

Możliwość wyboczenia

rurociągu

Specjalne wymagania np.

odnośnie odgałęzień


Z podgrzewem wstępnym


Technika Korzyści Wady

Podgrzew wstępny Naprężenia nie przekraczające

naprężeń dopuszczalnych

Małe wydłużenia osiowe

Krótsze ramiona kompensacyjne

Wykop musi pozostać

niezasypany do zakończenia

podgrzewu

Konieczność stosowania

źródeł ciepła do podgrzania

rurociągu

Podgrzew wstępny z

zastosowaniem

kompensatorów

Ograniczenie ramion

kompensacyjnych

Wykop może być zasypany za

wyjątkiem miejsc z

kompensatorami

Wykop w miejscach zabudowy

kompensatorów musi

pozostać niezasypany do

zakończenia podgrzewu

Techniki układania rur. Układanie na zimno.

Układanie na zimno z ograniczeniem temperatury

Tz85 °C


x

dop

L

Lmax Lx

AGFW FW 401


Dla rury stalowej ze stali St 37.0 i temperatury

Tz=85°C współczynnik bezpieczeństwa M=1,1


Temperatura 85 °C

Moduł sprężystości E 207,9 MPa

Współczynnik 1,24 10-5 1/K

Granica plastyczności Re 216,5 MPa

Współczynnik bezp. M 1,1

Naprężenia dop. dop 195 MPa


Naprężenia dopuszczalne obliczone przy współ.

bezp. M= 1,1

Naprężenia od wydłużeń termicznych dla

T=75°C




L > Lmax

Odcinek zahamowany przez tarcie

th < dop

195 MPa

Strefa poślizgu Strefa poślizgu

UPS UPS


Montaż na zimno.

Brak ograniczeń na długość odcinków prostych

Naprężenia są bliskie granicy plastyczności i

osiągają wartość =300 MPa dla temperatury

Tz=130 °C dla stali St 37.0

Max średnica dla rur ze stali St37.0 – dn300

Dla większych średnic i wyższych temperatur

(131…155°C) stosować rury o lepszej jakości ze stali

St52.0 Aktualizacja: 2011-01-08 Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 96


Montaż na zimno.

Zasady jakie należy przestrzegać przy układaniu rur

metodą montażu zimnego:

1. Wymagane jest stosowanie elementów

kompensacyjnych i bezwzględnie poduszek

kompensacyjnch, ze względu na 3..4 krotnie

większe wydłużenia termiczne

2. Wymagane są naprężenia wstępne w rurociągu

(naciąg mechaniczny lub termiczny)



Montaż na zimno.

3. Wymagane jest stosowanie specjalnych trójników

(T) wg DIN 2615 lub kołnierzy wzmacniających w

miejscach odgałęzienia

4. Wymagane jest specjalne wymiarowanie redukcji

rurociągów

5. Wymagane jest przeliczenie każdego przyłącza do

sieci inne dla strefy zahamowania i inne dla strefy

poślizgu- możliwe są sytuacje, że odgałęzienie nie

będzie mogło być wykonane Aktualizacja: 2011-01-08 Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 98


Montaż na zimno.

6. Wymagana jest stała kontrola jakości podłoża, na

którym układana jest sieć

7. Zagłębienie rurociągów musi być określone w

dokumentacji projektowej, a każda zmiana wymaga

sprawdzenia

8. Nie stosuje się rzeczywistych punktów stałych ze

względu na bardzo duże siły



Montaż na zimno.

9. Należy stosować mufy o podwyższonej

wytrzymałości

10. Niedopuszczalne jest ukosowanie rurociągów,

dopuszczalne odchylenia nie powinny przekraczać

0,25°

11. Należy zwracać uwagę na równoległe układanie

sieci preizolwanych z inną infrastrukturą (także

drzewami), aby nie nastąpiło wyboczenie rurociągu

wskutek destabilizacji gruntu Aktualizacja: 2011-01-08 Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 100


Montaż na zimno.

12. Układanie równoległe innych sieci musi być

realizowane z najwyższą starannością, aby nie

doprowadzić do destabilizacji gruntu i wyboczenia

bądź pęknięcia rurociągu (szczególnie podczas jego

odkopywania w miejscach największych naprężeń).


102


Metoda samokompensacji.

• Metoda samokompensacji L60

Rurociąg zimny t=tm 0 MPa

L60 l60=lt-lF

Podgrzanie rurociągu o t=60 °C

od temp. montażu tm=10°C do t=70°C

=2,52t=-150 MPa =-150 MPa


2010

103



• Dalsze podgrzanie o t =60°C do temp.

t=130°C

L60 lpier=lt=120-tF=3l60

Podgrzanie rurociągu o dalsze t=60 °C

od temp. t=70°C do t=130°C

Redukcja wydłużenia od siły tarcia

nie występuje, jest stała i zależy tylko

od długości L.

=-150 MPa

l60-120=lt=60 Wydłużenia swobodne, zależne

tylko od t


2010

104



• Chłodzenie rurociągu od t=130°C do

t=70°C L60

=-150 MPa t=130°C

=+75 MPa t=70°C

L60

3t60

l=lt-lF

L60

=+150 MPa t=10°C

lwtórne=lt=120-2lF


2010

105



• Kolejne cykle grzania i chłodzenia

=+150 MPa

=-150 MPa

1. Rurociąg zimny t=tm=10°C

+150 MPa l=0

2. Rurociąg podgrzany o t=60°C

0 MPa l=l60

3. Rurociąg podgrzany o t=60°C

-150 MPa l70-130=l60

Całkowite wydłużenie rurociągu podczas kolejnych cykli

602 llwtórne Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 /

2010

106

Techniki układania rur. Podgrzew wstępny

bez kompensatorów.

• Podgrzew wstepny

– Dla odcinków sieci o długości L>2L60

• Polega na podgrzaniu nie zasypanego rurociągu do temperatury

1. Rurociąg nie zasypany t=tm=10°C 0 MPa

2. Po podgrzaniu do t=70°C 0 MPa (brak sił tarcia, swobodne wydłużenie rurociągu)

2/)( mrp ttt


2010

107


bez kompensatorów.

3. Po zasypaniu rurociągu i ochłodzeniu

cofa się on na odcinku L60, na pozostałej

długości rurociąg jest zamknięty przez

tarcie (nie przemieszcza się), a

naprężenia zmieniają się wraz z

temperaturą. l60

l60

+150MPa

t=10°C

-150MPa

t=130°C Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 /

2010


bez kompensatorów.

• Podgrzanie rurociągu może być

zrealizowanie za pomocą:

1. Wody sieciowej po dołączeniu odcinka

układanego do sieci (długi czas

nagrzewania)

2. Parą wodną – o podciśnieniu 0,4 bar

wywołanym pompą próżniową –

temperatura wrzenia wody 75 °C (krótkie

czasy nagrzewania)


2010

108


bez kompensatorów.

3. Prądem elektrycznym – tylko rurociągi o

jednakowych średnicach


2010

109

110

Techniki układania rur. Podgrzew wstępny z

kompensatorami.

• Układ kompensacji z kompensatorami

mieszkowymi – kompensacja E

• Montaż zimny


2010

111


• Rodzaje kompensacji typu „L”, „Z” i „U”


2010

112


• Wyznaczenie punktów stałych na sieci


2010

113


• Zastosowanie poduszek kompensacyjnych


2010

114


• Zastosowanie poduszek kompensacyjnych


2010

115


• Rozwiązania sieci-załamanie pod kątem

45-60°


2010

116


• Załamania trasy sieci ciepłowniczej


2010


• Gięcie rurociągów


2010

117

118


• Odgałęzienia – strefy kompensacji


2010

119


• Sposoby projektowania odgałęzień


2010

ogrzewnictwo i ciepŁownictwo sem. ii ......• pn-en 253:2005 sieci ciepłownicze – system...

Documents