供热热网水力计算课件

供热工程

GONGREGONGCHENG供热热网的水力计算单元9供热热网的水力计算【知识目标】1.理解集中供热系统中各热用户热负荷的概算方法；2.了解集中供热系统的年耗热量计算方法；3.掌握热水管网水力计算的基本原理、方法与步骤。【能力目标】1.能进行集中供热系统各热用户热负荷的确定；2.会进行热水管网的水力计算，确定供热管道的管径。目录课题3热水热网的水力计算课题1集中供热系统的热负荷1课题2热水管网水力计算的基本原理23课题4蒸汽热网的水力计算4课题5凝结水热网的水力计算5课题1集中供热系统方案的确定集中供热系统的热用户有采暖、通风、热水供应、空气调节、生产工艺等各种用热系统。用热系统的热负荷，按其性质可分为季节性热负荷和常年性热负荷两大类。季节性热负荷包括采暖、通风、空气调节等系统的热负荷。这类热负荷的特点是与室外温度、湿度、风向、风速和太阳辐射强度等气候条件密切相关，其中对它的大小起决定性作用的是室外温度。常年性热负荷包括生活用热（主要指热水供应）和生产工艺系统的热负荷。这类热负荷的特点是与气候条件关系不大，因而在全年中变化幅度较小，用热比较稳定。9.1.1

集中供热系统热负荷的概算9.1.1.1采暖热负荷采暖热负荷的概算，可采用体积热指标法或面积热指标法进行计算。（1）体积热指标法建筑物的采暖热负荷可按下式进行概算。式中——建筑物的采暖热负荷，kW；——建筑物的外围体积，m3；——采暖室内计算温度，℃；——采暖室外计算温度，℃；——建筑物的采暖体积热指标，W/(m3·℃)，它表示各类建筑物，在室内外温差1℃时，每1m3建筑物外围体积的采暖热负荷。课题1集中供热系统方案的确定（2）面积热指标法建筑物的采暖热负荷可按下式进行概算:式中——建筑物的采暖热负荷，kW；——建筑物的建筑面积，m2；——建筑物采暖面积热指标，表示每平方米建筑面积的采暖热负荷，W/m2。我国《城市热力网设计规范》给出了采暖面积热指标的推荐值，见表9-1。表9-1采暖面积热指标

注：热指标中已包括约5%的管网热损失在内。课题1集中供热系统方案的确定9.1.1.2通风热负荷为了保证室内空气具有一定的清洁度及温湿度等要求，就要求对生产厂房、公共建筑及居住建筑进行通风或空气调节。在采暖季节里，加热从室外进入的新鲜空气所耗的热量称为通风热负荷。建筑物的通风热负荷，可采用通风体积热指标法或百分数法进行概算。课题1集中供热系统方案的确定（1）通风体积热指标法建筑物的通风热负荷可按下式进行概算：式中——建筑物的通风热负荷，kW；——建筑物的外围体积，m3；——采暖室内计算温度，℃；——通风室外计算温度，℃；——通风的体积热指标，它表示建筑物在室内外温差1℃时，每立方米建筑物外围体积的通风热负荷,W/(m3·℃)。通风体积热指标的值取决于建筑物的性质和外围体积。课题1集中供热系统方案的确定（2）百分数法民用建筑（如旅馆、体育馆等）有通风空调热负荷时，可按该建筑物的采暖设计热负荷的百分数进行概算。计算公式为：式中——建筑物的通风热负荷，kW；——计算建筑物通风、空调热负荷的系数，一般取0.3~0.5；——建筑物的采暖热负荷，kW。课题1集中供热系统方案的确定9.1.1.3生活热负荷生活热负荷可以分为热水供应热负荷和其他生活用热热负荷两类。(1)热水供应热负荷热水供应热负荷是日常生活中用于洗脸、洗澡、洗衣服以及洗刷器皿等所消耗的热量。热水供应热负荷取决于热水用量。热水供应系统的工作特点是热水用量具有昼夜的周期性。每天的热水用量变化不大，但小时热水用量变化较大。课题1集中供热系统方案的确定对于一般居住区区，热水供应热热负荷可按下式式计算：1）居住区采暖期生生活热水平均热热负荷式中———居住区采暖暖期生活热水平平均热负荷，kW；——居住区的总总建筑面积，m2；——居住区生活活热水指标，W/m2，当无无实际统计资料料时，可按表9-2取用。用水设备情况热指标/W/m2住宅无生活用水设备，只对公共建筑供热水时2.5~3.0全部住宅有浴盆并供给生活热水时15~20表9-2居居住区采暖期生活热水指指标注：1.冷水温度较较高时用较小值值，冷水温度较较低时用较大值值。2.热指标中已已包括了约10%的管网热损损失。课题1集中中供热系统方案案的确定2）生活热水最大热热负荷式中———生活热热水最大热负荷荷，kW；——小时变化系系数，一般可取取2~3。在计算管网热负负荷时，其中生生活热水热负荷荷按下列规定取取用：热网干线线的热水供应热热负荷采用采暖暖期生活热水平平均热负荷；支支线用户全部有有储水箱时，采采用采暖期生活活热水平均热负负荷；当用户无无储水箱时，采采用采暖期生活活热水最大热负负荷。课题1集中中供热系统方案案的确定(2)其他生生活用热热负荷荷其他生活用热热热负荷是指在工工厂、医院、学学校等地方，除除热水供应外，，还可能有开水水供应、蒸汽蒸蒸饭等用热。这这些用热热负荷荷的概算，可根根据具体的指标标（如：开水加加热温度、人均均饮水标准、蒸蒸饭锅的蒸汽消消耗量等）来参参照确定。例如如计算开水供应应用热量，加热热温度可取105℃，饮水标标准可取2~3L/天·人；；蒸饭锅的蒸汽汽消耗量，当蒸蒸煮量为100kg时，约需需耗蒸汽100~250kg（蒸煮量越大大，单位耗汽量量越小）。一般般开水和蒸锅要要求的加热蒸汽汽表压力为0.15~0.25MPa。课题1集中中供热系统方案案的确定9.1.1.4生产工艺热负负荷生产工艺热负荷荷是指为了满足足生产过程中用用于加热、烘干干、蒸煮、清洗洗、熔化等过程程的用热，或作作为动力用于驱驱动机械设备（（蒸汽锤、蒸汽汽泵等）工作的的耗汽。集中供热系统中中，生产工艺热热负荷的用热参参数，按照工艺艺要求热媒温度度的不同，大致致可分为三种：：供热温度在130~150℃℃以下称为低温供热，一般靠0.4~0.6MPa蒸汽供热；；供热温度在130~150℃℃以上到250℃以下时，称称为中温供热。供热温度高于250~300℃时，称为高温供热。课题1集中中供热系统方案案的确定集中供热系统的的年耗热量是各各类热用户年耗耗热量的总和，，可按下述方法法计算。（1）采暖年耗耗热量——采暖年耗热热量，按不同式式子计算时，单单位分别为kWh/a或GJ/a；——采暖设计热热负荷，kW；；——采暖期天数数，d；——采暖室内计计算温度，℃；；——供暖期室外外平均温度，℃℃；——采暖室外计计算温度，℃；；0.0864———公式化简和和单位换算后的的数值（0.0864=24×3600××10-6）。。9.1.2集集中供热系统统的年耗热量课题1集中中供热系统方案案的确定（2）通风年耗耗热量式中——通风年耗热热量，按不同式式子计算时，单单位分别为kWh/a或GJ/a；——采暖期内通通风装置每日平平均运行小时数数，h/d；——通风设计热热负荷，kW；；——冬季通风室室外计算温度，，℃；0.0036———单位换算系系数（1kWh=3600×10-6GJ）。课题1集中中供热系统方案案的确定（3）热水供应应年耗热量热水供应年耗热热量可按下式计计算：——热水供应年年耗热量，按不不同式子计算时时，单位分别为kWh/a或或GJ/a；——采暖期热水水供应的平均热热负荷，kW；；——热水供应设设计温度，℃；；——夏季冷水温温度（非采暖期期平均水温），，℃；——冬季冷水温温度（采暖期平平均水温），℃℃；——全年非采暖暖期的工作天数数(扣去15天天检修期),d。课题1集中中供热系统方案案的确定（4）生产工艺艺年耗热量生产工艺年耗热热量可按下式计计算：式中:——生产工艺年年耗热量，GJ/a；——1年12个个月中第个月的的日平均耗热量量，GJ/d；；——1年12个个月中第个月的的天数，d。课题1集中中供热系统方案案的确定热水管网水力计计算的主要任务务有：（1）按已知的热媒流流量和压力损失失，确定管道的的直径；（2）按已知热媒流量量和管道直径，，计算管道的压压力损失；（3）按已知管道直径径和允许压力损损失，计算或校校核管道中的热热媒流量。热水管网水力计计算的基本原理理与室内热水采采暖系统管路水水力计算的基本本原理相同，即即使用的基本公公式相同。课题2热水水管网水力计算算的基本原理因热水管网的水水流量较大，所所以通常以t/h为单位。表表达每米管长的的沿程损失（比比摩阻）R、管管径d和水流量量G的关系式，，可改写为：——每米管长的的沿程压力损失失（比摩阻），，Pa/m；——管段的热媒媒流量，t/h；——沿程阻力系系数；——管道的内径径，m；——热媒的密度度，kg/m3。9.2.1沿程压力损失的的计算(式9-11)课题2热水水管网水力计算算的基本原理热水管网的水流流速度通常大于于0.5m/s，其流动状况况大多处于阻力力平方区。阻力力平方区的沿程程阻力系数值，，可用下式确定定：对于管径等于或或大于40mm的管道，也可可用下式计算：：式中———管壁的当量绝绝对粗糙度，m；热水管网中中取(式9-13)(式9-12)m课题2热水水管网水力计算算的基本原理将(式9-13)的沿程阻力系系数值代入(式9-11)中，可得出表表达、和三者相相互关系的公式式。(式9-14)(式9-15)(式9-16)课题2热水水管网水力计算算的基本原理在设计工作中，，为了简化繁琐琐的计算，将式式(9-14)~(9-16)中各变量之间的的关系制成水力力计算图表供设设计计算使用（（见附录9-1）。水力计算算图表是在一定定的管壁粗糙度度和一定的热媒媒密度下编制而而成的，如果使使用条件与制表表条件不符时，，应对流速、管管径、比摩阻进进行相应的修正正。（1）管道的实际当量量绝对粗糙度与与制表的绝对粗粗糙度不符，应应对比摩阻进行行修正。式中、———按附录录9-1查出的的比摩阻和规定定的值（表表中=0.5mm），mm；(式9-17)课题2热水水管网水力计算算的基本原理——水力计算时时采用的实际当当量绝对粗糙度度，mm；——相应情况下下的实际比摩阻阻，Pa/m；；——值修正系数数，其值见表9-3。表9-3值值修正系数数和值值课题2热水水管网水力计算算的基本原理（2）如果热媒的实际际密度与制表的的密度不同，但但质量流量相同同，则应对表中中查出的速度和和比摩阻进行修修正。、、———附录9-1中采用的热媒媒密度(kg/m3)和在表中查出出的比摩阻(Pa/m)和流流速(m/s)值；——水力计算中中热媒的实际密密度，kg/m3；、——相应应于实际条条件下的实际比比摩阻(Pa/m)和流速(m/s)值。。(式9-19)(式9-18)课题2热水水管网水力计算算的基本原理（3）如欲保持表中的的质量流量和比比摩阻不变，而而热媒密度不是是而是时，则应应对管径进行修修正。——根据水力计计算表的条条件下查出的管管径值，m；——实际密度条条件下的的管径值，m。。在热水管网的水水力计算中，由由于水的密度随随温度变化很小小，实际温度与与编制图表时的的温度值偏差不不大时，可以不不必考虑密度不不同时的修正。。但在蒸汽管网网和余压凝结水水管网中，流体体在管中流动，，沿程密度变化化很大，需按上上述公式进行不不同密度的修正正计算。(式9-20)课题2热水水管网水力计算算的基本原理热水管网的局部部损失可按下式式计算：式中———热水管网网的局部压力损损失，Pa；——管段中总的的局部阻力系数数。9.2.2局部压力损失的的计算(式9-21)△Pj课题2热水水管网水力计算算的基本原理在热水管网水力力计算中，对于于管网的局部阻阻力，经常采用用当量长度法进进行计算，即将将管段的局部损损失折合成相当当的沿程损失。。当量长度可用用下式计算：式中———管道的内径径，m；——管道的当量量绝对粗糙度，，mm。(式9-22)课题2热水水管网水力计算算的基本原理附录9-2给出出了热水管网一一些管件和附件件的局部阻力系系数和=0.5mm时的的局部阻力当量量长度值。如果果水力计算采用用与附录9-2不同的当量绝绝对粗糙度值值时，应用用下式对进进行修正。、——附附录9.2中采采用的值及查出出的局部阻力当当量长度，m；；——计算管网实实际的当量绝对对粗糙度，mm；——相应下的局局部阻力当量长长度，m；——值修正系数数，其值可见表9-3。(式9-23)课题2热水水管网水力计算算的基本原理管线平均比摩阻阻（或比压降））可按下式计算算:——管线平均比比摩阻，Pa/m;——管线的总资资用压降，Pa；——管线的总长长度，m；——局部阻力与与沿程阻力的比比值，按附录9-3查取。(式9-24)课题2热水水管网水力计算算的基本原理计算管道的总压压降为：式中———计算管段的的总压降，Pa；——计算管段的的比摩阻，Pa/m；——计算管段的的折算长度，m。在进行估算时，，局部阻力的当当量长度可可按管道实际长长度L的百分数来计算算，公式如下式中———局部阻力的当当量长度百分数数,%(见附录录9-3)；——管道的实际际长度，m。(式9-25)(式9-26)课题2热水水管网水力计算算的基本原理在进行热水管网网水力计算之前前，需要完成的的前期工作包括括确定各用户的的热负荷、热源源位置及热媒参参数、绘制管网网平面布置计算算图、在管网平平面布置图上标标注热源与各热热用户的流量等等参数、标注管管段长度及节点点编号、标注管管道附件、伸缩缩器及有关设备备位置等。课题3热热水热网的水水力计算9.3.1热水供热管网网水力计算的的方法与步骤骤热水供热管网网水力计算的的方法步骤如如下：（1）确定热热水管网中各各个管段的计计算流量管段的计算流流量就是该管管段所负担的的各个用户的的计算流量之之和，根据这这个计算流量量来确定该管管段的管径和和压力损失。。各管段的计计算流量可根根据管段热负负荷和管网供供回水温差通通过下式来确确定：式中———管段计计算流量，t/h；——计算管段段的热负荷，，kW；、——热热水管网的设设计供回、水水温度，℃；；——水的比热热容，取=4.187kJ/kg·℃。(式9-27)课题3热热水热网的水水力计算（2）确定热热水管网的主主干线及其沿沿程比摩阻热水管网水力力计算是从主主干线开始计计算的，主干干线是管网中中平均比摩阻阻最小的一条条管线。（3）根据热水管网网主干线各管管段的计算流流量和初步选选用的平均比比摩阻数值，，利用附录9-1的水力力计算表，确确定主干线各各管段的管径径和相应的实实际比摩阻。。（4）根据选用的管管径和管段中中局部阻力的的形式，查附附录9-2，，确定各管段段局部阻力的的当量长度的的总和以及管管段的折算长长度。（5）根据管段的折折算长度以及及由附录9-1查到的比比摩阻，利用用式(9-25)计算主主干线各管段段的总压降。。（6）计算各分支干干线或支线。。课题3热热水热网的水水力计算[例9-1]某工厂热水供供热管网平面面布置如图9-1所示。管网中中各管段长度度、阀门的位位置、方形补补偿器的个数数均已标注在在图中。已知知管网设计供供、回水温度度=130℃，=70℃。。用户E、F、D的设计计热负荷分分别为1200kW、、1000kW、1300kW。各各热用户内部部的阻力损失失为=50kPa。试进行该该热水管网的的水力计算。。9.3.2水力计算示例例图9-1某某工厂热水水供热管网平平面布置图课题3热热水热网的水水力计算[解]：(1)确定各各用户和管网网各管段的计计算流量热用户E，由由式(9-27)得用同样的方法法确定热用户户F、D的计计算流量分别别为：=14.33t/h，=18.63t/h，，各管段的计计算流量和已已知的各管道道长度见表9-4。(t/h)表9-4水水力计算算表课题3热热水热网的水水力计算(2)确定管管网主干线并并计算因为各热用户户内部的阻力力损失相等，，各热用户入入口要求的压压力差均为50kPa，，所以从热源源到最远用户户D的管线为为主干线。管管网各管段编编号及阀门、、补偿器设置置见图9-1。首先，取主干干线的平均比比摩阻在=40~80Pa/m范围内，，确定主干线线各管段的管管径。如管段AB，，计算流量=14.33+17.20+18.63=50.16(t/h)，根据管管段AB的计计算流量和值值的范范围，查附录录9-1可确确定管段AB的管径和相相应的比摩阻阻值以以及流速得得：d=150mm，，=58.19Pa/m，，=0.82m/s管段AB中局局部阻力的当当量长度，可可由附录9-2查得：闸阀1××2.24=2.24(m)方形补偿器4×15.4=61.6(m)局部阻力当量量长度之和=2.24+61.6=63.84(m)课题3热热水热网的水水力计算管段AB的折折算长度=230+63.84=293.84m管段AB的压压力损失=58.19××293.84=17098.55(Pa)用相同的方法法计算BC段段和CD段，，计算结果列列于表9-4中。管段BC的局局部阻力当量量长度值如下下：管段BCDN=125mm直流三通1×4.4=4.4m异径接头1×0.44=0.44m方形补偿器3×12.5=37.5m总当量长度=42.34m管段CD的局局部阻力当量量长度=44.48m，过程程略。通过计算可知知，主干线的的总压力损失失为=++=17098.55+13362.53+16834.89=47295.97(Pa)课题3热热水热网的水水力计算(3)各分支支线的计算分支线BE与与主干线BD并联，依据据节点平衡原原理，管段BE的资用压压差为=+=13362.53+16834.89=30197.42Pa局部损失与沿沿程损失的估估算比值=0.6（见附录录9-3），，则管线平均均比摩阻大致致可控制为根据和和=17.20t/h，由附录9-1查得=80mm，=168.68Pa/m，=0.95m/s管段BE中局局部阻力的当当量长度，，由附录9-2查得:=222.04Pa/m课题3热热水热网的水水力计算分流三通1×3.82=3.82m方形补偿器2×7.9=15.8m闸阀2×1.28=2.56m总当量长度=22.18m管段BE的折折算长度=85+22.18=107.18m管段BE的压压力损失=168.68×107.18=18079.12(Pa)剩余压差=－－=30197.42－18079.12=12118.3(Pa)，，剩余压力过过大，可在用用户入口处安安装调压板、、调压阀门等等进行调节。。用同样的方法法计算管段CF，计算算结果见表9-4。课题3热热水热网的水水力计算蒸汽管道水力力计算的特点点是在计算压压力损失时应应考虑蒸汽密密度的变化。。在设计中，，为了简化计计算，蒸汽密密度采用平均均密度，即以以管段的起点点和终点密度度的平均值作作为该管段的的计算密度。。热水热网水力力计算的基本本公式，对蒸蒸汽热网同样样适用。(1)沿程阻阻力计算编制附录9-4室外蒸汽汽管道水力计计算表时，取取K=0.2mm，蒸汽汽密度ρ=lkg／m3。当计算管管段的平均密密度不等于lkg／m3时，可用公式9-18、9-19对比摩阻及流流速进行修正正。当蒸汽管道的的当量绝对粗粗糙度Ksh与Kb=0.2mm不符时，同同样按（式9-17）进行修正。课题4蒸蒸汽热网的水水力计算9.4.1蒸汽热网水力力计算的特点点(2)局部阻阻力损失计算算局部阻力损失失按当量长度度法计算，局局部阻力当量量长度查附录9-2进行计算。(3)蒸汽热热网供热介质质的最大允许许设计流速应应采用下列数数值：1）过热蒸汽管道道公称直径大于于200mm的管道80m／s；；公称直径小于于或等于200mm的管管道50m／／s。2）饱和蒸汽管道道公称直径大于于200mm的管道60m／s；；公称直径小于于或等于200mm的管管道35m／／s。课题4蒸蒸汽热网的水水力计算蒸汽热网的水水力计算方法法如下：(1)先确定定各管段的流流量式中G———管段的计计算流量，t/h；Q——用户的的计算热负荷荷，KW；r——用汽压压力下的蒸汽汽潜热，KJ/Kg。(2)绘制蒸蒸汽热网平面面图，并在图图中标注所有有补偿器、阀阀门的个数及及其型号、管管道长度等。。9.4.2蒸汽热网的水水力计算方法法和示例(式9-28)课题4蒸蒸汽热网的水水力计算(3)确定主主干线的平均均比摩阻式中———热网网始端和终端端的蒸汽压力力差，Pa；；ΣL——主干干线总长，m；——局部阻力力当量长度百百分比，查附附录9-3。。(4)按主干干线上压力损损失均匀分布布来假定管段段末端压力式中、、———该管段的终终端、始端蒸蒸汽压力，Pa；——该计算算管段的长度度，m。(式9-29)课题4蒸蒸汽热网的水水力计算(5)计算管管段中蒸汽的的平均密度式中———管段中中蒸汽的平均均密度，kg／m3；，———管段中蒸汽汽的始端、末末端密度，kg／m3。(6)根据据式（9-19）将平均均比摩阻换算算成查表用比比摩阻。(7)根据据各管段的流流量和查表用用比摩阻查附录9-4选定合适的管管径，从而得得出对应于选选定管径情况况下的比摩阻阻及流速。(8)根据据式（9-18）、（9-19）将将表中查出的的比摩阻、流流速再换算成成实际条件下下的比摩阻及及流速。（式9-31）课题4蒸蒸汽热网的水水力计算(9)检查管内实际际流速是否超超过限定流速速。(10)根据已选定的的管径，查附录9-2得出局部阻力力当量长度Ld。(11)计算管段阻力力损失及主干干线总阻力损损失。各管段段阻力损失为为主主干干线总阻力损损失应为各管管段阻力损失失总和。(12)校校验计算求出管段实际际的末端压力力与与蒸蒸汽密度，与与假定值对比比。若误差允允许，则计算算下一管段，，否则，用第第一次计算的的实际密度值值，重新进行行计算，直到到符合要求。。(13)根据分支节点点压力选择并并联支管的管管径，方法同同前。课题4蒸蒸汽热网的水水力计算【例题9-2】蒸汽热网如图图9-2，锅锅炉出口饱和和蒸汽压力为为10×105Pa，PD=8×105Pa，PE=6×105Pa,试确定定热网管径。。图9-2蒸蒸汽热网网水力计算图图课题4蒸蒸汽热网的水水力计算[解略]注：管段局部部阻力当量长长度：AB:7个方方形补偿器，，1个截止阀阀：1.26×(7××19+39.5)=217.35(m)；BC:7个方方形补偿器，，1个直流三三通：1.26×(7×19+7.24)=176.70(m)；；CD:2个方方形补偿器，，1个分流三三通，1个截截止阀：1.26×(2×12.5+8.8+18.5)=65.90(m)；CE:1个方方形补偿器，，1个分流三三通，1个截截止阀：1.26×(1×6.8+4+9.6)=25.70(m)。表9-5例题9-2蒸蒸汽热网水力力计算表课题4蒸蒸汽热网的水水力计算高压蒸汽供热热系统的凝结结水管，根据据凝结水回收收系统的各部部位管段内凝凝结水流动形形式不同，管管径确定方法法也不同