OGRZEWNICTWO I CIEPŁOWNICTWO

Transkrypt

1 OGRZEWNICTWO I CIEPŁOWNICTWO sem. II CIEPŁOWNICTWO WYKŁAD Sieci ciepłownicze. Projektowanie. Obliczenia hydrauliczne Studia niestacjonarne II stopnia Aktualizacja: r.

2 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 2

3 Zasady projektowania sieci 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 / 3

4 Zasady projektowania sieci 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 ciepłownictwo 2 / 4

5 Zasady projektowania sieci 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 ciepłownictwo 2 / 5

6 Zasady projektowania sieci 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 ciepłownictwo 2 / 6

7 Zasady projektowania sieci 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 ciepłownictwo 2 / 7

8 Zasady projektowania sieci 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 ciepłownictwo 2 / 8

9 Zasady projektowania sieci 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 ciepłownictwo 2 / 9

10 Zasady projektowania sieci 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 Ogrzewnictwo rurę przewodową i 10 ciepłownictwo 2 /

11 Zasady projektowania sieci 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 Ogrzewnictwo i 11 Ciśnienie próbne i temperatura montażu ciepłownictwo 2 /

12 Zasady projektowania sieci ciepłowniczych e. Rysunki budowlane Naniesienie lokalizacji trasy sieci Należy zagwarantować zapewnienie jakości na każdym etapie budowy sieci. Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 / 12

13 Zasady projektowania sieci ciepłowniczych Materiały do budowy sieci: Rury ze szwem wg PN EN lub PN EN Bez szwu PN EN o tolerancji średnicy wg PN EN 253 Armatura preizolowana powinna spełniać wymagania PN EN 488 Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 / 13

14 Zasady projektowania sieci 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 ciepłownictwo 2 / 14

15 Zasady projektowania sieci ciepłowniczych Wymagania w zakresie kontroli spoin w zależności od klasy projektu: Klasa projektu Spoiny obwodowe Spoiny niepoddane próbie szczelności A 5% 20% B 10% 50% C 20% 100% Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 / 15

16 Zasady projektowania sieci 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 ciepłownictwo 2 / 16

17 Zasady projektowania sieci 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 ciepłownictwo 2 / 17

18 Zasady projektowania sieci 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 ciepłownictwo 2 /

19 Zasady projektowania sieci ciepłowniczych 6. Opracowanie schematu alarmowego 7. Konstrukcje i rozwiązania specjalne, np. przejście przez jezdnię, odwodnienia itp. Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 / 19

20 Zasady projektowania sieci ciepłowniczych Parametry robocze systemów ciepłowniczych w Polsce Ciśnienie dopuszczalne P dop =0,6... 1,6 MPa Temperatura T= C z załamaniem w okresie lata T=70 C Regulacja jakościowo - ilościowa Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 / 20

21 Obliczenia hydrauliczne Sieci ciepłownicze wodne. Strata ciśnienia P P Z P R l Wzór Darcy-Weisbacha l l l Pl d v

22 Obliczenia hydrauliczne Prędkość przepływu wody l Pl d P l d m v m v A 0, 806 l , 806 m l P 111, l 4 m d m Pl d l 5 2 d 5 127, m d

23 Obliczenia hydrauliczne R d 0, m 0, 806 m R 2 d 2 5 m 111, R d 5 23

24 Obliczenia hydrauliczne Spadek ciśnienia na oporach miejscowych Z Z Z l z v 2 2 0, 806 m 2 d 2 2 v lz v 2 d 2 d 4 24

25 Obliczenia hydrauliczne Współczynnik oporu liniowego dla Re > 4000 obliczyć można ze wzoru Colebrooka-White a [ 2log{ 2,51 Re k }] 3,72 2 k=0,2 do 2 mm 25

26 Obliczenia hydrauliczne 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. 26

27 Obliczenia hydrauliczne E [zł/m2] E Emin Koszty eksploatacyjne Koszty inwestycyjne d, [mm] Rek R, [dapa/m] 27

28 Obliczenia hydrauliczne 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= Pa/m 2. Prędkość przepływu w=1,0 2,0 m/s 28

29 Obliczenia hydrauliczne Dobór średnic dla przyłączy 1. Opór jednostkowy R=< 300 Pa/m 2. Prędkość przepływu w=1,0 1,5 m/s 3. Minimalna średnica DN Orientacyjny opór jednostkowy Ro [Pa/m] P R o P z (1 P a) l p P P d 29

30 Obliczenia hydrauliczne Przy doborze średnic należy zwrócić uwagę na stateczność hydrauliczną k P P o źc k >=0,5 30

31 Obliczenia hydrauliczne 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 kpa 31

32 Nr odc. Przepływ Przepływ Średnica grub śc Prędkość Opór jed. Długość L Dł. zast.lz Dł. spr.ls Spadek ciś. Całk. spadek ciś Całk. spadek ciś Uwagi Stateczność h. Moc cieplna Obliczenia hydrauliczne 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, ,96 32,96 3, w10 4,967 18,7 88,9 3,2 0,97 168, ,02 69,98 7, ,53 CIŚNIENIE DYSPOZYCYJNE W WĘŹLE W10 Dp= ,56 ODGAŁĘZIENIE 1-W11 3,312 12,47 76,1 2,9 0,89 173, ,87 22,87 2, K1-1 32,96 55,83 5,69 0,54 CIŚNIENIE DYSPOZYCYJNE W WĘŹLE W11 Dp= 294,2 30,01 32

33 CIŚNIENIE, kpa Obliczenia hydrauliczne WYKRES CIŚNIEŃ PIEZOMETRYCZNYCH DLA ODCINKA K1-W ,0 653,5 635, ,0 336,5 355, Pz Pp DŁUGOŚĆ, M 33

34 Obliczenia hydrauliczne Prędkość [m/s] Przepływ wody [kg/s, kg/h] Średnica przewodu [mm] Dobór średnicy sieci wg nomogramu Opór jedn. [Pa/m] 34

35 Analiza przepływów w sieciach ciepłowniczych Opór hydrauliczny prostych odcinków rur p l d V 2 p S V 2 35

36 Analiza przepływów w sieciach ciepłowniczych Rodzaje układów hydraulicznych Układ szeregowy V V1,P1 V2,P2 V 1 2 Pc p p p c

37 Analiza przepływów w sieciach ciepłowniczych Graficzne odwzorowanie układu szeregowego P S2 S=S1+S2 S1 V V 37

38 Analiza przepływów w sieciach ciepłowniczych Matematyczny opis układu szeregowego. Opór odcinka 1 Opór odcinka 2 p S V p S V

39 39 Analiza przepływów w sieciach ciepłowniczych Całkowity spadek ciśnienia wynosi c V S V S S V S V S p p p ) ( S 1 S 2 S

40 Analiza przepływów w sieciach ciepłowniczych Układ równoległy 1. Spadki ciśnienia w połączonych ze sobą równolegle odcinkach są takie same p p Strumień wody wpływający i wypływający z układu równoległego jest równy sumie poszczególnych strumieni V V V c

41 41 Analiza przepływów w sieciach ciepłowniczych S p V S p V p p p c S S S S p S p S p c c c

42 Analiza przepływów w sieciach ciepłowniczych Rodzaj połączenia Strumień Spadek ciśnienia Oporność zastępcza Przepustow ość zastępcza szeregowe V V i p n i1 p i S n i1 S i A n 1 i1 1 2 A i równoległe V n i1 V i p p i S n i1 1 1 Si 2 A n i1 A i 42

43 Analiza przepływów w sieciach 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 43

44 Analiza przepływów w sieciach ciepłowniczych Dołączenie odbiorcy Sieć Odbiorca 44

45 Analiza przepływów w sieciach ciepłowniczych Dołączenie odbiorcy Sieć Odbiorca 45

46 Analiza przepływów w sieciach ciepłowniczych Wyłączenie odbiorcy Sieć Odbiorca 46

47 Analiza przepływów w sieciach ciepłowniczych Sieć Odbiorca 47

48 Analiza przepływów w sieciach ciepłowniczych Dławienie przepływu zaworem na sieci ciepłowniczej Sieć Odbiorca 48

49 Analiza przepływów w sieciach ciepłowniczych Dławienie na przewodzie powrotnym Sieć Odbiorca 49

50 Sieci pierścieniowe - obliczanie Schemat sieci ciepłowniczej. Praca pomp obiegowych w dwóch źródłach ciepła na wspólną sieć. V1=Vo1+0,5*Vo2 V2=0,5*Vo2 V3=0,5*Vo2 V4=Vo3+0,5*Vo2 s1 s2 s3 s4 H1=130 mh2o + K Pi 0 j1 K Pi 0 j1 K P i 0 j1 H2=100 mh2o K P i 0 j1 O1 O2 O3 - Dla każdego węzła n i1 V i 0 Założona granica podziału 50

51 Wykres ciśnień piezometrycznych dla sieci pierścieniowych Analiza sieci Współpraca pomp obiegowych o różnej wysokości podnoszenia Pz Pp

52 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 F p D 4 2 w Dw- [m], pr- [Pa] PS p r PS N pr pr pr pr 53

54 Sieci cieplne układane w kanałach i napowietrznie 2. Siła tarcia na podporach ruchomych F 9, 8 ql N q masa rurociągu z nośnikiem ciepła i izolacją, [kg/m] L długość rurociągu, [m] współczynnik tarcia 54

55 Sieci cieplne układane w kanałach i napowietrznie 3. Siła tarcia w wydłużkach dławicowych F 9, 8 p D b N r t d - współczynnik zależny od średnicy rurociągu : <=500 =2,0; dla >500 mm =1,75 p r - ciśnienie robocze, Pa D t - średnica zewnętrzna tulei wydłużki, m d - współczynnik tarcia szczeliwa po stali, b s - obliczeniowa długość szczeliwa wypełniającego dławik s 55

56 Sieci cieplne układane w kanałach i napowietrznie 4. Siła od wydłużki sprężystej U-kształtowej F k l d J E J xo l d - dopuszczalne wydłużenie odcinka kompensowanego przy osiągnięciu dopuszczalnych naprężeń na zginanie, m E - moduł sprężystości przy rozciąganiu, Pa J - moment bezwładności przekroju rury, m 4 J xo - moment bezwładności względem linii osiowej rury w odniesieniu do osi X 0, m 3 56 N

57 Sieci cieplne układane w kanałach i napowietrznie Dopuszczalne wydłużenie odcinka kompensowanego l d oblicza się ze wzoru: l d d Jxo ( H y ) m E d o d - dopuszczalne naprężenia zginające, Pa H - ramię wydłużki przy dopuszczalnym wydłużeniu, m y 0 - 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 m 57

58 Sieci cieplne układane w kanałach i napowietrznie Podpory ruchome. Odległości. Mmax Siły pionowe od masy rurociągu 0,2L L Maksymalny moment gnący M max q l ,5 Mmax Siły poziome parcie wiatru 58

59 Moment gnący w środku przęsła M q l 24 Sumaryczne obciążenie jednostkowe 2 q q 2 pion q 2 poz q pion q r q nc q iz 59

60 Parcie wiatru q poz k c a w 2 p 2 D ziz Dla h 10 m k=m Dla h > 10 m k m( 0,1 h) n Ca1,4 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 60

61 Maksymalne naprężenia w ściance rury max M max W 2 q l 12W W wskaźnik wytrzymałości przekroju ścianki rury, m3 Maksymalna odległość między podporami l max 12 dop q W 61

62 Współczynnik korygujący dla odległości maksymalnej 1,0 0,87 l k l max 1,0 0,87 0,67 l k l max 0,87 1,0 62

63 Obciążenie podpór ruchomych l1 l2 P pion q pion l 1 l 2 2 Ppion Siła tarcia pozioma P poz P pion Obciążenia poziome mogą działać w kierunku osiowym i bocznym. 63

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 64

65 Sieci cieplne z rur preizolowanych ZASADY PROJEKTOWANIA SIECI CIEPŁOWNICZYCH Z RUR PREIZOLOWANYCH System alarmowy Norma PN EN 253 Rura stalowa Izolacja z pianki poliuretanowej Płaszcz osłonowy z HDPE 65

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. 66

67 Podstawy projektowania L L L Q Q Rura ogrzewana Swobodne wydłużenie Naprężenia 0 L Rura ogrzewana Brak swobodnego wydłużenia L=0 Naprężenia 0 67

68 Podstawy projektowania Siła tarcia Siła od wydłużeń termicznych L Rura preizolowana w gruncie 68

69 Podstawy projektowania 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. 69

70 Podstawy projektowania Żródło: Podręcznik ciepłownictwa system rur preizolowanych EDHPMA

71 Podstawy projektowania UPS RPS Żródło: Podręcznik ciepłownictwa system rur preizolowanych EDHPMA

72 Podstawy projektowania Podstawy projektowania opracowano przy założeniach: 1. Max ciśnienie robocze 1,6 Mpa 2. Max temperatura ciągła nośnika ciepła 130 C 3. Regulacja jakościowa 72

73 Naprężenia w ściance rury spowodowane ciśnieniem wewnętrznym Naprężenia osiowe a p d 4 g z ef Naprężenia obwodowe t p d 2 g z ef [MPa] [MPa] 74

74 Naprężenia w ściance rury wywołane wydłużeniem termicznym Naprężenia osiowe tha t E [MPa] - współczynnik wydłużalności termicznej dla stali = /K t -maksymalna różnica temperatur w odniesieniu do temperatury montażu Ogrzewnictwo i 75 - moduł Younga E=2, ciepłownictwo 2 / (dla stali niskowęglowych)

75 Naprężenia zredukowane zr 2 t ( tha z a ) 2 t ( tha z a ) [MPa] z współczynnik dla spawów wykonywanych w terenie Do obliczeń przyjmujemy naprężenia zredukowane odpowiadające max bezwzględnej wartości z pośród następujących naprężeń: max{ t ; tha a ; tha a ; zr } 76

76 Wartości zalecane dla współczynnika spawania z w zależności od ilości spawów poddawanych sprawdzeniu 10%-100% z=1 <10% z=0,9 77

77 Kryterium bezpieczeństwa dop zr Dla rurociągów preizolowanych naprężenia dopuszczalne przyjmuje się: dop 150 MPa 78

78 Kompensacja wydłużeń termicznych Naprężenia w rurociągu (wg prawa Hooke a) E E -moduł sprężystości liniowej materiału rury E= MPa - wydłużenie względne przewodu l l 79

79 Wydłużenie przewodu o długości l przy podgrzaniu o t l t l t Stąd E t 2, 52 t MPa 80

80 Siła od wydłużenia termicznego P A 2, 52t A 81

81 Siła tarcia i długości instalacyjne Siła tarcia na jednostkę długości F L g H D zpł 1 Ko - współczynnik tarcia 0,2-0,6 gęstość gruntu [kg/m 3 ] H zagłębienie [m] Dzpł- średnica zew. płaszcza [m] Ko- współczynnik parcia gruntu 2 [N/m] 82

82 Przyjmując dla zagłębienia H=1m 0,4, 1500 kg/m 3, Ko=0,5 i g=9,81 m/s 2 F Dla zagłębienia H F L 0,0045 [N/m] L D zpł H 0,0045 Dzpł [N/m] 1 83

83 Maksymalna dopuszczalna długość instalacyjna dop L [m] max FL Lmax długość rurociągu przemieszczająca się pod wpływem ogrzewania (chłodzenia) i poddana tarciu gruntu A 84

84 max=2,52tmax 300 Mpa tmax=120 C 150 MPa dop=2,52t60 C Lmax=L60 l [m] 85

85 Wydłużenie rurociągu zakopanego w ziemi wyraża się zależnością l l l l t tr p Można pominąć 86

86 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: Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 87

87 Techniki układania rur. Podział Układanie sieci ciepłowniczej preizolowanej Na zimno Metoda samokompensacji Metoda montażu zimnego Z podgrzewem wstępnym Bez kompensatorów Z kompensatorami Metoda montażu zimnego z ograniczeniem temp do 85 C Aktualizacja: Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 88

88 Techniki układania rur. Układanie na zimno Technika Korzyści Wady Sieci niskoparametrowe Tz 85 C Samokompensacji Montażu zimnego Niewielkie naprężenia Wykop zasypujemy po ułożeniu Naprężenia nie przekraczające naprężeń dop. 150 Mpa Wykop zasypujemy po ułożeniu Ograniczona liczba wymaganych elementów kompensacyjnych Wykop zasypujemy po ułożeniu Ograniczona temperatura zasilania Ograniczenia dla odcinków prostych Konieczność stosowania kompensacji L, Z, U Naprężenia na granicy plastyczności materiału Możliwość wyboczenia rurociągu Specjalne wymagania np. odnośnie odgałęzień Aktualizacja: Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 89

89 Techniki układania rur. Z podgrzewem wstępnym Technika Korzyści Wady Podgrzew wstępny Podgrzew wstępny z zastosowaniem kompensatorów Naprężenia nie przekraczające naprężeń dopuszczalnych Małe wydłużenia osiowe Krótsze ramiona kompensacyjne Ograniczenie ramion kompensacyjnych Wykop może być zasypany za wyjątkiem miejsc z kompensatorami Wykop musi pozostać niezasypany do zakończenia podgrzewu Konieczność stosowania źródeł ciepła do podgrzania rurociągu Wykop w miejscach zabudowy kompensatorów musi pozostać niezasypany do zakończenia podgrzewu Aktualizacja: Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 90

90 Techniki układania rur. Układanie na zimno. Układanie na zimno z ograniczeniem temperatury Tz85 C x dop AGFW FW 401 Lmax Lx Aktualizacja: Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 91 L

91 Techniki układania rur. Układanie na zimno. 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, /K Granica plastyczności Re 216,5 MPa Współczynnik bezp. M 1,1 Naprężenia dop. dop 195 MPa Aktualizacja: Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 92

92 Techniki układania rur. Układanie na zimno. Naprężenia dopuszczalne obliczone przy współ. bezp. M = 1,1 Naprężenia od wydłużeń termicznych dla T=75 C Aktualizacja: Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 93

93 Techniki układania rur. Układanie na zimno. Aktualizacja: Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 94

94 Techniki układania rur. Układanie na zimno. UPS L > L max UPS Strefa poślizgu 195 MPa Odcinek zahamowany przez tarcie th < dop Strefa poślizgu Aktualizacja: Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 95

95 Techniki układania rur. Układanie na zimno. 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 ( C) stosować rury o lepszej jakości ze stali St52.0 Aktualizacja: Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 96

96 Techniki układania rur. Układanie na zimno. 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) Aktualizacja: Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 97

97 Techniki układania rur. Układanie na zimno. 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 Aktualizacja: będzie mogło być Ogrzewnictwo wykonane i ciepłownictwo 2 98

98 Techniki układania rur. Układanie na zimno. 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 Aktualizacja: Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 99

99 Techniki układania rur. Układanie na zimno. Montaż na zimno. 9. Należy stosować mufy o podwyższonej wytrzymałości 10. Niedopuszczalne jest ukosowanie rurociągów, dopuszczalne odchylenia nie powinny przekraczać 0, Należy zwracać uwagę na równoległe układanie sieci preizolwanych z inną infrastrukturą (także drzewami), aby nie nastąpiło wyboczenie rurociągu Aktualizacja: wskutek destabilizacji Ogrzewnictwo gruntu i ciepłownictwo 2 100

100 Techniki układania rur. Układanie na zimno. 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). Aktualizacja: Ogrzewnictwo i ciepłownictwo 2 101

101 Techniki układania rur. Układanie na zimno. Metoda samokompensacji. Metoda samokompensacji L60 Rurociąg zimny t=tm 0 MPa =-150 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 102

102 Techniki układania rur. Układanie na zimno. Metoda samokompensacji. Dalsze podgrzanie o t =60 C do temp. t=130 C l60-120=lt=60 Wydłużenia swobodne, zależne tylko od t =-150 MPa 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. 103

103 Techniki układania rur. Układanie na zimno. Metoda samokompensacji. Chłodzenie rurociągu od t=130 C do t=70 C L60 3t60 =+150 MPa t=10 C L60 =-150 MPa t=130 C L60 lwtórne=lt=120-2lf l=lt-lf =+75 MPa t=70 C 104

104 Techniki układania rur. Układanie na zimno. Metoda samokompensacji. Kolejne cykle grzania i chłodzenia =+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 =-150 MPa Całkowite wydłużenie rurociągu podczas kolejnych cykli l wtórne 2l

105 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) t p ( t tm) / 2 r 106

106 Techniki układania rur. Podgrzew wstępny 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. +150MPa t=10 C l60-150mpa t=130 C l60 107

107 Techniki układania rur. Podgrzew wstępny 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) 108

108 Techniki układania rur. Podgrzew wstępny bez kompensatorów. 3. Prądem elektrycznym tylko rurociągi o jednakowych średnicach 109

109 Techniki układania rur. Podgrzew wstępny z kompensatorami. Układ kompensacji z kompensatorami mieszkowymi kompensacja E Montaż zimny 110

110 Techniki układania rur. Rodzaje kompensacji typu L, Z i U 111

111 Techniki układania rur. Wyznaczenie punktów stałych na sieci 112

112 Techniki układania rur. Zastosowanie poduszek kompensacyjnych 113

113 Techniki układania rur. Zastosowanie poduszek kompensacyjnych 114

114 Techniki układania rur. Rozwiązania sieci-załamanie pod kątem

115 Techniki układania rur. Załamania trasy sieci ciepłowniczej 116

116 Techniki układania rur. Gięcie rurociągów 117

117 Techniki układania rur. Odgałęzienia strefy kompensacji 118

118 Techniki układania rur. Sposoby projektowania odgałęzień 119