第4章 供热管网的水力计算

1第4章供热管网的水力计算24.1热水管网水力计算热水供热管网水力计算的主要任务是：1）按已知的热媒流量和允许压力降，确定管道的直径；2）按已知的热媒流量和管道直径，计算管道的压力损失；3）按已知的管道直径和允许压力损失，计算或校核管道中的流量；4）根据管网水力计算结果，确定管网循环水泵的流量和扬程。34.1.1热水管网水力计算公式4.1.1.1热水管网的沿程损失d≥40mm水力计算表见附录4-1。修正：2256.2510tmGRd2(1.142lg)dK0.25K0.11d230.25t5.25G6.8810dmRK0.25shbiKKshbibiRRmRK值修正系数m和β值K(mm)0.10.20.51.0m0.6690.7951.001.189β1.4951.261.000.8444.1.1热水管网水力计算公式4.1.1.2热水管网局部损失局部损失的当量长度ιd修正：估算：ld=αj·l22jP1.250.25d9.1Kddl0.25sh..biK.Kshdbidbillld热网允许比压降概算时管线当量长度占直管线长度的百分数αj值热介质管道补偿器型式套管及波形补偿器光滑的方形补偿器焊接的方形补偿器蒸汽热水、凝结水0.3~0.40.2~0.30.5~0.60.3~0.40.7~0.80.5~0.754.1.1热水管网水力计算公式热水网路DN≤100mm时，αj值可取0.15；当管径在DN125mm~DN200mm之间时，αj=0.25~0.3；DN＞200mm时按上表内数值选用。热网资用比摩阻估算式为：jP1mRl64.1.2室外热水管网水力计算的方法4.1.2.1热水网路水力计算的方法及步骤（1）确定热水网路中各管段的计算流量只有供暖热负荷的热水供热系统：nn1212cnQQGAttttnQnQ采用不同单位计算的系数采用的计算单位—GJ/h=109J/hc—kJ/(kg·℃)—MW=106Wc—kJ/(kg·℃)A238.886074.1.2室外热水管网水力计算的方法具有多种热用户的并联闭式热水供热系统：tn1212t12rrzhntrQQQGGGGAtttttt84.1.2室外热水管网水力计算的方法（2）确定热水网路的主干线及其沿程比摩阻管网中平均比摩阻最小的一条管线经济比磨阻：可取40~80Pa/m（3）根据网路主干线各管段的计算流量和初步选用的平均比摩阻Rm值，利用附录4-1的水力计算表，确定主干线各管段的标准管径和相应的实际比摩阻。室外热水网路的限定流速公称直径mm152025324050100200以上限定流速(m/s)0.60.81.01.31.52.02.32.50~3.0094.1.2室外热水管网水力计算的方法（4）根据选用的标准管径和管段中局部阻力形式，由附录4-2查出各管段局部阻力的当量长度ιd，并求出各管段的折算长度ιzh。（5）根据管段的折算长度ιzh和实际的比摩阻，计算出各管段的压力损失及主干线总压降。（6）主干线水力计算完成后，进行热水网路支干线、支线的水力计算。DN≥400mm，流速不应大于3.5m/s；DN＜400mm，Rm不应大于300Pa/m104.1.2室外热水管网水力计算的方法节流孔板：24tG10Hd114.1.2室外热水管网水力计算的方法【例题4-1】某工厂厂区热水供热系统，其网路平面布置图（各管段的长度、阀门及方形补偿器的布置）如图4-3所示。网路设计供水温度=130℃，设计回水温度=70℃。用户E、F、D的设计热负荷分别为3.518GJ/h、2.513GJ/h和5.025GJ/h。热用户内部的阻力损失为ΔPn=5×104Pa。试进行该热水网路的水力计算。nQ124.2管网系统压力分布4.2.1管流能量方程及压头表达式4.2.2管网的压力分布图221211221222pZgpZgp22112212122g2gppHZZHgg总水压线与测压管水头线134.2.2管网的压力分布图利用水压图分析热水供热（暖）系统中管路的水力工况时，以下几方面是很重要的：（1）利用水压曲线，可以确定管道中任何一点的压力（压头）值。（2）利用水压曲线，可表示出各段的压力损失值。（3）根据水压曲线的坡度，可以确定管段的单位管长的平均压降的大小（4）由于热水管路系统是一个水力连通器，14室内热水供暖管网的水压图15164.2.3水压图在热水管网设计中的重要作用4.2.3.1热水网路压力状况的基本技术要求1）与热水网路直接连接的各用户系统内的压力，都不得超过该用户系统用热设备及其管道构件的承压能力（2）为保证高温水网路和用户系统内不发生汽化现象，在水温超过100℃的地点，热媒压力应不低于该水温下的汽化压力（3）为了保证用户系统不发生倒空现象，破坏供热系统正常运行和腐蚀管道（4）为保证循环水泵不发生汽蚀现象，一般循环水泵吸入口侧的压力不低于3~5mH2O，回水高5mH2O（5）在热水网路的热力站或用户引入口处，供、回水管的资用压差，应满足热力站或用户所需要的作用压头。174.2.3.2绘制热水网路水压图的方法与步骤【例题4-2】如图4-7所示为一个连接着四个供暖热用户的高温水供热系统。图中，下部是网路的平面图，上部是它的水压图。网路设计供、回水温度为130℃/70℃。用户1、2采用低温水供暖，用户3、4直接采用高温水供暖。用户楼高分别为15、33、13、12ｍ，地面标高分别为+1、+7、-5、+1ｍ。试绘制该小区的热水网路水压图。184.2.3.2绘制热水网路水压图的方法与步骤（1）建立坐标系（2）选定静水压曲线位置：不超压、不气化、不到空（3）选定回水管的动水压曲线位置（4）选定供水管动水压曲线的位置194.2.3.3用户系统的压力状况和与热网连接方式的确定204.2.4管网系统的定压4.2.4.1补给水泵定压方式214.2.4.2气体定压224.3蒸汽管网水力计算室外蒸汽管网水力计算的任务:在保证各热用户要求的蒸汽流量和用汽参数前提下，选定蒸汽管网各管段管径。散热、沿程阻力：分段平均密度4.3.1蒸汽供热管网水力计算方法4.3.1.1沿程损失计算修正：粗糙度、密度（比摩阻、管径）4.3.1.2局部损失计算：常采用当量长度法计算230.25t5.25G6.8810dmRK234.3.1.3蒸汽在管道内的最大允许流速过热蒸汽：公称直径DN＞200mm时，80m/s；公称直径DN≤200mm时，50m/s；饱和蒸汽：公称直径DN＞200mm时，60m/s；公称直径DN≤200mm时，35m/s。限制蒸汽流速表蒸汽性质管径（mm）＞200100~200＜100饱和蒸汽30~4025~3515~30过热蒸汽40~6030~5020~30244.3.2蒸汽供热管网水力计算步骤与例题【例题4-3】如下图所示，试进行蒸汽管网水力计算。已知热源为1MPa表压的饱和蒸汽，各用户用汽参数及管网构造注于图中。254.4.1凝结水回收系统分类：凝结水回收系统按其是否与大气相通，可分为开式凝结水回收系统和闭式凝结水回收系统。按凝结水流动形式不同分为，单相凝水满管流、非满管流和蒸汽与凝结水两相混合物流动形式按驱动凝结水流动的动力不同，可分为机械回水、重力回水和余压回水4.4凝结水管网水力计算264.4.2凝结水管网水力计算的基本原则（1）单相凝水满管流动的凝结水管路，其流动规律与热水管路相同，水力计算公式与热水管路相同。因此，水力计算可按热水管路的水力计算方法和图表进行计算。（2）汽水两相乳状混合物满管流的凝水管路，近似认为流体在管内的流动规律与热水管路相同。因此，在计算压力损失时，采用与热水管网相同的公式，只需将乳状混合物的密度代入计算式即可。（3）非满管流动的管路，流动复杂，较难准确计算，一般不进行水力计算，而是采用根据经验和实验结果制成的管道管径选用表，直接根据热负荷查表确定管径。如表4-11274.4.3凝结水管网水力计算方法及例题【例题4-4】下图所示为一闭式满管流凝结水回收系统示意图。用热设备的凝结水计算流量Gt1=2.0t/h。疏水器前凝结水表压力P1=2.0bar，疏水器后凝结水表压力P2=1.0bar，二次蒸发箱的最高蒸汽表压力P3=0.2bar，闭式凝水箱的蒸汽垫层压力P4=5kPa.。管段的计算长度L1=120m，外网的管段长度L2=120m。疏水器后凝结水的提升高度h1=4.0m。二次蒸发箱下面减压水封出口与凝水箱的回形管标高差h2=2.5m。试进行该凝结水管网的水力计算。