Теплогазоснабжение многоквартирного жилого дома. Расчет теплообменных аппаратов - Студенческий научный форум

XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Теплогазоснабжение многоквартирного жилого дома. Расчет теплообменных аппаратов

Сухова Ю.А. 1
1Воронежский государственный технический университет ( филиал в г. Борисоглебск)
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение.

В данном курсовом проекте необходимо разработать проекты систем газоснабжения, выполнить расчет теплообменного аппарата.

Природный газ — самое чистое среди углеводородных ископаемых топлив. При его сжигании образуются только вода и углекислый газ, в то время как при сжигании нефтепродуктов и угля образуются еще копоть и зола. Кроме того, эмиссия парникового углекислого газа при сжигании природного газа самая низкая, за что он получил название «зеленое топливо». Благодаря своим высоким экологическим характеристикам природный газ занимает доминирующее место в энергетике мегаполисов. Природный газ широко применяется в качестве горючего в жилых, частных и многоквартирных домах для отопления, подогрева воды и приготовления пищи; как топливо для машин (газотопливная система автомобиля), котельных, ТЭЦ и др. Мы будем рассматривать внутридомовую газовую сеть.

Курсовой проект по дисциплине «Теплогазоснабжение с основами теплотехники» состоит из двух частей:

1. Проектирование системы газоснабжения многоквартирного жилого дома;

2. Расчет теплообменных аппаратов: водяного экономайзера или воздухоподогревателя.

1. Проектирование системы газоснабжения многоквартирного жилого дома
1.1.
Задание на проектирование.

Вариант №12 плана жилого здания.

Количество этажей – 5.

1.2. Расчет внутридомовой газовой сети.

Выбор расчетной схемы сети.

Прокладку газопроводов внутри зданий и сооружений предусматриваем открытой. Прокладку стояков газопроводов в жилых домах предусматриваем в кухнях, лестничных клетках или в коридорах. Не допускается прокладка стояков в жилых помещениях, ванных комнатах и санитарных узлах. Не допускается прокладка газопроводов в подвалах зданий.

Вводы газопроводов в жилые здания предусматриваются непосредственно в помещениях, где установлены газовые приборы.

Установку отключающих устройств на газопроводах, прокладываемых в жилых зданиях, надлежит предусматривать:

на каждом стояке, если от одного ввода питается два и более стояка в зданиях свыше четырех этажей;

перед счетчиками;

перед каждым газовым прибором.

Сеть может брать свое начало как от точки разветвления уличного распределительного газопровода с включением в нее участков дворовой сети, так и от ввода в здание.

Рассчитываются только участки, включенные в расчетную схему, диаметры остальных участков принимаются по аналогии с рассчитанными.

1.3. Вычисление расчетных расходов газа по участкам внутридомовой сети.

Расчетный расход газа на участке внутридомовой сети, м3/ч:
(1.1)
где k0 – коэффициент одновременности включения газовых приборов;

m –количество квартир, питаемых газом от данного участка, определяемое из расчетной схемы сети;

qi –суммарная тепловая нагрузка горелок бытовых газовых приборов одной квартиры, кДж/ч;

ni –число однотипных приборов или групп приборов.

При установке в квартире бытовой газовой плиты:

qi=qiпл.

При установке в квартире бытовой газовой плиты и газового водонагревателя: qi=qiпл+qiвн,

где qiпл – тепловая нагрузка конфорочных горелок и горелки духового шкафа бытовой газовой плиты, принимаемая по техническим данным, кДж/ч:

- для 4-конфорочных плит qiпл=4,19(4×1600+4000),кДж/ч;

где qiвн – тепловая нагрузка горелки проточного или емкостного водонагревателя, Дж/ч.

Расчетные расходы газа на каждом из участков газовой сети можно определить по сумме номинальных расходов газа, всеми приборами, снабжаемыми через данный участок, с учетом коэффициента одновременности их действия. При нормальных условиях расчетный расход газа определяется по формуле, м3/ч:

Qrk= k0 × q × n (1.2)
где k0 – коэффициент одновременности включения газовых приборов;

q - номинальный расход газа прибором или группой приборов, м3/ч;

n - однотипных приборов или групп приборов.

1.4. Гидравлический расчет внутридомовой сети

1. Производится разводка газопроводов на плане первого этажа дома и строится расчетная аксонометрическая схема внутридомовой сети с наиболее удаленным от ввода в здание стояком. После этого нумеруются узлы и выделяются участки сети. В соответствии с нормами СНиП размещаем газовые приборы. Во всех кухнях принимаем к установке унифицированные газовые плиты ПГ-4 и проточные газовые водонагреватели Л-3. Ответвление от распределительного газопровода принимаем подземным. По кухням через перекрытия поднимаем газовые стояки до последнего этажа и от них осуществляем подводку к газовым приборам всех квартир на каждом этаже. В качестве запорных устройств, предусматриваем пробочные краны.

2. В проектируемом задании получилось 11 расчетных участков. Вычисляем расчетные расходы участков, считая, что установленные газовые приборы имеют следующие номинальные расходы газа: 4-хкомфорочная плита ПГ-4 – 1,2 м3/ч, водонагреватель Л-3 – 2,9 м3. Вначале рассматривается самый дальний по ходу движения газа участок, оканчивающийся бытовым газовым прибором одной квартиры.

Участок 1-2 обеспечивает газом один водонагреватель Л-3. В этом случае

k0 = 1, n = 1. Следовательно, расчетный расход газа на участке 1-2:

Qrk 1-2 = k0 * q * n= 1* 2,9 * 1 = 2,9 м3/ч.

Участок 2-3 обеспечивает газом 2 прибора: водонагреватель Л-3 и газовую плиту ПГ-4, при этом k0 = 0,72 и n = 1.

Qrk 2-3 = 0,72* (2,9+1,2) * 1 = 3,0 м3/ч.

Аналогично рассчитываем остальные участки:

Участок 3-4: Qrk 3-4= 0,46* (2,9+1,2) * 2 = 3,8 м3/ч.

Участок 4-5: Qrk 4-5 = 0,35* (2,9+1,2) * 3 = 4,3 м3/ч.

Участок 5-6: Qrk 5-6 = 0,31* (2,9+1,2) * 4 = 5,1 м3/ч.

Участок 6-7: Qrk 6-7 = 0,28* (2,9+1,2) * 5 = 5,7 м3/ч.

Участок 7-8: Qrk 7-8 = 0,22* (2,9+1,2) * 10 = 9,0 м3/ч.

Участок 9-10: Qrk 9-10 = 0,19* (2,9+1,2) * 15 = 11,7 м3/ч.

Участок 10-11: Qrk 10-11 = 0,18* (2,9+1,2) * 20 = 14,8 м3/ч.

Участок 11-12: Qrk 11-12= 0,18* (2,9+1,2) * 25 = 18,5 м3/ч.

Участок 12-13: Qrk 12-13= 0,18* (2,9+1,2) * 30 = 22,1 м3/ч.

3. Задаемся диаметром участка газопровода, рассматривая участки в той же последовательности, что и при определении расчетных расходов. Для участков стояка в зданиях до 5-ти этажей включительно с установкой в квартирах газовых плит и проточных водонагревателей рекомендуется принимать диаметры труб участка стояка в первом приближении не менее d=20мм.

4. Составляем по каждому участку перечень элементов, имеющих местные гидравлические потери и определяем с помощью табл. 1.1 значения ξ этих элементов.

Значения КМС для стальных труб Таблица 1.1.

Вид местного сопротивления

ξ

Внезапное сужение в пределах перехода на следующий диаметр по ГОСТ

0,35

Внезапное расширение в пределах перехода на следующий диаметр по ГОСТ

0,3

Тройник проходной

1,0

Тройник поворотный (ответвление)

1,5

Отвод гнутый 90˚

0,3

Угольник  90˚ (d=20мм)

2,1

Угольник  90˚ (d=25мм)

2,0

Угольник  90˚ (d=40мм)

1,6

Угольник  90˚ (d=32мм)

1,8

Счетчик

1,0

Термозапорный клапан

1,0

Пробочный кран

2,0

5. Вычисляем ∑ξ каждого участка сети.

Участок 1-2: - угольник 90°( d= 20), ξ = 2,1 ;

- пробочный кран ξ = 2,0;

- отвод 90° ξ = 0,3;
ξ1-2 = 4,4.

Участок 2-3: - тройник проходной ξ = 1,0;

- 2 пробочных крана ξ = 2,0*2=4,0;

- угольник 90° ξ = 2,1;

- отвод 90° ξ = 0,3;

- счетчик ξ = 1,0

- термозапорный клапан ξ = 1,0

-1 сужение ξ = 0,35;
ξ2-3 = 9,75.

Участок 3-4: - 2 тройника проходных ξ = 1,0*2=2,0;

- 3 пробочных крана ξ = 2,0*3=6,0;

- угольник 90° ξ = 2,1;

- 2 отвода 90° ξ = 0,3*2=0,6;

- счетчик ξ = 1,0;

- термозапорный клапан ξ = 1,0;

-1 сужение ξ = 0,35;

ξ3-4 = 13,05.

Участок 4-5: - 2 тройника проходных ξ = 1,0*2=2,0;

- 3 пробочных крана ξ = 2,0*3=6,0;

- угольник 90° ξ = 2,1;

- 2 отвода 90° ξ = 0,3*2=0,6;

- счетчик ξ = 1,0;

- термозапорный клапан ξ = 1,0;

ξ4-5 = 12,70.

Участок 5-6: - 2 тройника проходных ξ = 1,0*2=2,0;

- 3 пробочных крана ξ = 2,0*3=6,0;

- угольник 90° ξ = 2,1;

- 2 отвода 90° ξ = 0,3*2=0,6;

- счетчик ξ = 1,0;

- термозапорный клапан ξ = 1,0;

-1 сужение ξ = 0,35;

ξ5-6 = 13,05.

Участок 6-7: - тройник проходной ξ = 1,0;

- тройник поворотный ξ = 1,5;

- 3 пробочных крана ξ = 2,0*3=6,0;

- угольник 90° ξ = 2,1;

- 2 отвода 90° ξ = 0,3*2=0,6;

- счетчик ξ = 1,0;

- термозапорный клапан ξ = 1,0;

ξ6-7 = 13,20.

Участок 7-8: - тройник проходной ξ = 1,0;

- 3 угольника 90° ξ =1,6*3=4,8;

ξ7-8= 5,8.

Участок 9-10: - тройник проходной ξ = 1,0;

ξ9-10= 1,0.

Участок 10-11: - тройник проходной ξ = 1,0;

ξ10-11= 1,0.

Участок 11-12: - тройник проходной ξ = 1,0;

ξ11-12= 1,0.

Участок 12-13: - тройник проходной ξ = 1,0;

- 2 угольника ξ =1,6*2=3,2;

- пробочный кран ξ =2,0

ξ12-13= 6,20.

6. При известных расчетном расходе и диаметре участка определяем с помощью номограммы (рис1.1.) lэкв участка и расчетную длину участка lp. по формуле (1.3).

Номограмма для определения эквивалентных длин в газопроводах. Природный газ ρ= 0,73 кг/м3, ν= 14,3·10-6м2/с (при 0 оС и101,3 МПа).

Рисунок 1.1.

Для внутренних газопроводов расчетную длину участка lp. следует определять по формуле:

lр. = l+ lдоп(1.3)

lдоп= lэкв× ξ (1.4)


где l – действительная длина участка газопровода;

lэкв.–эквивалентная длина участка, м, потери давления на которой равны потерям давления в местном сопротивлении со значением ξ = 1;

ξ– сумма коэффициентов местных сопротивлений участка длиной lrk.(определяем по таблице 1.1).

Записываем произведение суммы коэффициентов местных сопротивлений на эквивалентную длину, т.е. дополнительную условную длину участка:

lдоп1-2 = 0,565* 4,4 = 2,49 м;

lдоп2-3 = 0,56* 9,75 = 5,46 м;

lдоп3-4 = 0,71* 13,05 = 9,27 м;

lдоп4-5 = 0,99* 12,70 = 12,57 м;

lдоп5-6 = 0,934* 13,05 = 12,19 м;

lдоп6-7 = 1,088* 13,20 = 14,36 м;

lдоп7-8 = 1,07*5,80 = 6,21 м;

lдоп9-10 = 1,124* 1,0 = 1,124 м;

lдоп10-11 = 1,15* 1,0 = 1,15 м;

lдоп11-12 = 1,15* 1,0 = 1,15 м;

lдоп12-13= 1,15* 6,20 =7,13 м.

Считаем расчетную длину участка:

lр1-2= 1,8 + 2,49 = 4,29 м;

lр2-3= 5,75 + 5,46 = 11,21 м;

lр3-4= 7,55 + 9,27 = 16,82 м;

lр4-5= 7,55 + 12,57 = 20,12 м;

lр5-6= 7,55 + 12,19 = 19,74 м;

lр6-7= 25,36 + 14,36 = 39,72 м;

lр7-8= 28,70 + 6,21 = 34,91м;

lр9-10= 8,10 + 1,124 = 9,22 м;

lр10-11= 20,35 + 1,15 = 21,50 м;

lр11-12= 8,10 + 1,15 = 9,25 м;

lр12-13= 22,15 + 7,13 = 29,28 м.

7. По номограмме при известном расчетном расходе и диаметре участка находим удельные потери давления R и по формуле(1.5) вычисляем потери давления участка:

(1.5)

∆Р1-2 =lр1-2*R1-2= 4,29* 0,33 = 1,42 мм вод.ст.;

∆Р2-3 = 11,21* 0,367 = 4,11 мм вод.ст.;

∆Р3-4= 16,82 * 0,177 = 2,98 мм вод.ст.;

∆Р4-5= 20,12 * 0,051 = 1,03 мм вод.ст.;

∆Р5-6= 19,74 * 0,078 = 1,54 мм вод.ст.;

∆Р6-7= 39,72* 0,049 = 1,95 мм вод.ст.;

∆Р7-8= 34,91* 0,124+13,03 = 17,36 мм вод.ст.;

∆Р9-10= 9,22*0,199+13,03 = 14,86 мм вод.ст.;

∆Р10-11= 21,50* 0,242+13,03 = 18,23 мм вод.ст.;

∆Р11-12= 9,25* 0,242+13,03 = 15,27 мм вод.ст.;

∆Р12-13= 29,28* 0,242 +13,03= 20,12 мм вод.ст.

8. Вычисляем суммарные потери давления сети по всем участкам расчетной схемы от ее начала до последнего прибора, включая потери давления бытовых газовых приборов по формуле: (1.6)

где ∆Рпл = 50 Па – потери давления в арматуре и трубах плиты;

∆Рвн = 100 Па – потери давления в арматуре и трубах проточного водонагревателя;

1-13=98,87 мм вод.ст.≈ 969,50 Па

=969,50+50+100 = 1109,50 Па.

Полученное значение ∆Рс сравнивается с нормативным. Расчетные суммарные потери давления газа в газопроводах- вводах и внутренних газопроводах- 1200 Па. Расчетное значение ∆Рс не должно превышать нормативного, отличаясь от него не более чем на 25 %.

Результаты расчетов сводим в таблицу 1.2.

Ввиду однотипности принятых к установке газовых приборов для удобства монтажа газопроводов, диаметры участков сети в остальных квартирах сети и других секций дома можно принять в соответствии с расчетом первого стояка.

Гидравлический расчет абонентского ответвления и внутреннего газопровода

Таблица 1.2.

участка

Расчетный расход

участка Qrk, м3

Условный диаметр d, мм

Действительная

длина участка l, м

Эквивалентная длина

lэкв, при ξ=1, м

Сумма коэффициентов

местных сопротивлений ξ, м

Дополнительная условная

длина участка lдоп, м

Расчетная длина

участка lр., м

Удельная потеря давления

R, кгс / м2

Потери давления участка

Р, мм вод.ст.

Местные сопротивления и их коэффициенты ξ

1-2

2,9

20

1,8

0,565

4,40

2,49

4,29

0,330

1,42

- угольник 90°( d= 20),ξ = 2,1 ;

- пробочный кран, ξ = 2,0;

- отвод 90°, ξ = 0,3;

2-3

3,0

20

5,75

0,560

9,75

5,46

11,21

0,367

4,11

- тройник проходной, ξ = 1,0;

- 2 пробочных крана, ξ=2,0*2=4;

- угольник 90°, ξ = 2,1;

- отвод 90°, ξ = 0,3;

- счетчик, ξ = 1,0

- ТЗК, ξ = 1,0

- сужение, ξ = 0,35;

3-4

3,8

25

7,55

0,710

13,05

9,27

16,82

0,177

2,98

- 2 тройника проходных,

ξ = 1,0*2=2,0;

- 3 пробочных крана,

ξ = 2,0*3=6;

- угольник 90°, ξ = 2,1;

- 2 отвода 90°, ξ = 0,3*2=0,6;

- счетчик, ξ = 1,0;

- ТЗК, ξ = 1,0;

- сужение, ξ = 0,35;

4-5

4,3

32

7,55

0,990

12,70

12,57

20,12

0,051

1,03

- 2 тройника проходных, ξ = 1,0*2=2,0;

- 3 пробочных крана

ξ = 2,0*3=6;

- угольник 90°, ξ = 2,1;

- 2 отвода 90°, ξ = 0,3*2=0,6;

- счетчик, ξ = 1,0;

- ТЗК, ξ = 1,0;

5-6

5,1

32

7,55

0,934

13,05

12,19

19,74

0,078

1,54

- 2 тройника проходных, ξ = 1,0*2=2,0;

- 3 пробочных крана

ξ = 2,0*3=6;

- угольник 90°, ξ = 2,1;

- 2 отвода 90°, ξ = 0,3*2=0,6;

- счетчик, ξ = 1,0;

- ТЗК, ξ = 1,0;

-1 сужение, ξ = 0,35;

6-7

5,7

40

25,36

1,088

13,20

14,36

39,72

0,049

1,95

- тройник поворотный,ξ = 1,5;
- 3 пробочных крана ξ = 2,0*3=6;

-угольник 90°, ξ = 2,1;

- 2 отвода 90°, ξ = 0,3*2=0,6;

- счетчик, ξ = 1,0;

- ТЗК, ξ = 1,0

7-8

9,0

40

28,70

1,070

5,80

6,21

34,91

0,124

17,36

- тройник проходной, ξ = 1,0;

- 3 угольника 90°,

ξ =1,6*3=4,8;

9-10

11,7

40

8,10

1,124

1,0

1,124

9,22

0,199

14,86

- тройник проходной, ξ = 1,0;

10-11

14,8

40

20,35

1,150

1,0

1,15

21,50

0,242

18,23

- тройник проходной, ξ = 1,0;

11-12

18,5

40

8,10

1,150

1,0

1,15

9,25

0,242

15,27

- тройника проходных, ξ =1,0;

12-13

22,1

40

22,15

1,150

6,20

7,13

29,28

0,242

20,12

- тройник проходной, ξ = 1,0;

- 2 угольника, ξ = 1,6*2=3,2;

- пробочный кран, ξ =2,0.

                 

Р = 98,87

 

2. Расчет теплообменных аппаратов.

Теоретическая часть.

В данном разделе приводятся расчётные формулы и методические

рекомендации по определению коэффициентов теплопередачи и расчётной

теплообменной поверхности теплообменных аппаратов, применяемых в

теплогенерирующих установках, а именно: водяных экономайзеров и

воздухоподогревателей; теплообменных аппаратов, применяемых в системах

отопления.

Коэффициенты теплоотдачи рассчитываются с помощью критериальных

уравнений, выбор соответствующего типа критериального уравнения должен

производиться самостоятельно в соответствии со схемой и режимом течения

теплоносителя конкретного варианта теплообменного аппарата.

Общие рекомендации и последовательность расчета теплообменного

аппарата приведены ниже.

2.1. Определение количества передаваемого тепла и температуры нагреваемой среды на выходе из теплообменного аппарата.

Количество передаваемого тепла и расчётная теплообменная поверхность

теплообменного аппарата (Т.А.) определяются путем решения системы

уравнений:

теплового баланса

(4.1)

и теплопередачи

, (4.2)

где Q - количество тепла, передаваемого от греющей к нагреваемой

среде, Вт;

Δt - средний температурный напор между греющей и нагреваемой

средами,  °С;

- соответственно расход греющей и нагреваемой среды, кг/с;

– соответственно изменение вдоль теплообменной поверхности энтальпий греющей и нагреваемой сред, Дж/кг;

К- коэффициент теплопередачи Т.А., Вт/( * град);

– расчетная теплообменная поверхность Т.А.,

Методика определения входящих в уравнения неизвестных изложена ниже.

В развернутом виде уравнение теплового баланса, с учетом потерь тепла в окружающую среду, для различных типов Т.А. выглядит следующим образом.

Воздухоподогреватель.

, (4.3)

где - расход дымовых газов, н /с,

- расход нагреваемого воздуха, н /с,

- средняя изобарная теплоемкость дымовых газов, Дж/(н *град)

- средняя изобарная теплоёмкость воздуха, Дж/(н ·град), при

температуре , определяемая по табл. П.1.1;

, – соответственно температура греющей среды на входе и выходе из Т.А., °С;

, - соответственно температура воды на входе и выходе из Т.А.,°С;

Из левой части уравнения (4.4) определяется Q, а затем приравнивается к

правой части уравнения, откуда и выражается окончательно .

– коэффициент сохранения тепла

де - относительная величина потерь тепла в окружающую среду, %

,

где - средние изобарные теплоемкости составляющих дымовых газов в продуктах сгорания топлива при температуре Дж/(н ·град)

- объемное содержание составляющих газов в продуктах сгорания топлива

остав дымовых газов, %

= 8, 62 %

=70,80 %

=1,81 %

=18,57 %

= 0,5*( + ) = 0,5*(420+165) =292,5°C= 300 °C

Средние изобарные теплоемкости газов и воздуха

t, °C

Удельная теплоемкость, кДж/(н *град)

       

воздух

300

1,865

1,306

1,355

1,544

1,317

Дж/(н

*Дж/(н

Дж/(н

Дж/(н

Дж/(н

Q= 0,963*1,97*139,65* *(420-165) = 67,56* Вт

Q=

н /с;

где - расход нагреваемой среды, кг/с

- плотность нагреваемого воздуха кг/

Если , то =1,009* Дж/(н (по табл. П.1.1)

Q =

67,56* = 3,89* 1,009* ( =62,5°C

2.2. Определение коэффициента теплоотдачи со стороны греющей среды.

Определение конвективной составляющей коэффициента теплоотдачи.

Для воздухоподогревателя, у которого греющей средой являются дымовые газы, коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенке включает в себя конвективную и лучистую составляющие:

(4.4)

где - конвективная составляющая, Вт/( * град);

- лучистая составляющая, Вт/( * град).

Коэффициент теплоотдачи характеризует процесс теплоотдачи от потока

к стенке.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией при вынужденном движении потока в трубах для всех типов теплообменников может быть определен с использованием соответствующего критериального уравнения, выбор которого производится в зависимости от режима течения среды в трубах

Определяем число Рейнольдса:

=9,8 м/с – заданная скорость течения греющей среды

– кинематический коэффициент вязкости греющей среды , принимаемый при =300 °Cпо табл. П.1.4

=45,81* ,

= −

Просмотров работы: 37