ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОСЕТЕВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО СПОСОБА ИЗОЛЯЦИИ
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 Обоснование и актуальность повышения энергоэффективности
теплосетевого оборудования 8
2 Обзор литературных источников 11
3 Сравнение отечественных и зарубежных передовых технологий и решений ... 13
4 Характеристика района строительства тепловой сети 18
5 Теплотехнический расчёт 20
5.1 Определение температур внутреннего воздуха объектов района 20
5.2 Определение часовых нагрузок 21
5.3 Расчет годовых расходов тепловой энергии 25
5.4 Расчет тепловой нагрузки в зависимости от температуры
наружного воздуха 26
6. Регулирование тепловой нагрузки 30
6.1 Методы регулирования 30
6.2 Определение температур теплоносителя в зависимости от
температуры наружного воздуха 31
7 Конструктивные решения 39
7.1 Выбор типа прокладки трубопроводов 39
7.2 Трубы и их соединения 41
7.3 Тепловая изоляция 42
7.4 Арматура тепловых сетей 43
7.5 Компенсаторы 46
7.6 Опорные конструкции 48
8 Гидравлический расчет 50
8.1 Гидравлический расчет расчетной магистрали 50
8.2 Построение пьезометрического графика 52
9 Научно-исследовательская часть 55
10 Энергосбережение 66
11 Автоматизация тепловых процессов 71
11.1 Выбор приборов контроля 71
11.2 Расположение контрольных точек 72
11.3 Оснащение контрольных точек элементами системы ОДК 72
11.4 Общие требования монтажа СОДК 74
12 Безопасность жизнедеятельности 76
12.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов 76
12.2 Безопасность производственных процессов и оборудования 77
12.3 Электробезопасность 80
12.4 Пожарная безопасность при производстве работ 81
13 Вопросы экологии 82
13.1 Мероприятия по охране атмосферного воздуха 82
13.2 Мероприятия по охране и рациональному использованиюземельных ресурсов и почвенного покрова 82
13.3 Мероприятия по сбору, использованию,
обезвреживанию, транспортировке и размещению опасных отходов 82
13.4 Общие рекомендации при производстве работ 83
14 Экономика 84
14.1 Модель ранжирования проблем 84
14.2 Модель причинно-следственной диаграммы 86
14.3 SWOT - анализ вариантов проектных решений 86
14.4 Сравнительная экономическая эффективность проектов 88
14.5 Планирование целей проекта в дереве целей 91
14.6 Оценка движущих и сдерживающих сил и ресурсов 92
14.7 График Ганта 94
14.8 Расчет оптимальной толщины изоляции 96
14.9 Основные показатели энергетической, экологической и
экономической эффективности проекта 98
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 99
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 101
ВВЕДЕНИЕ 6
1 Обоснование и актуальность повышения энергоэффективности
теплосетевого оборудования 8
2 Обзор литературных источников 11
3 Сравнение отечественных и зарубежных передовых технологий и решений ... 13
4 Характеристика района строительства тепловой сети 18
5 Теплотехнический расчёт 20
5.1 Определение температур внутреннего воздуха объектов района 20
5.2 Определение часовых нагрузок 21
5.3 Расчет годовых расходов тепловой энергии 25
5.4 Расчет тепловой нагрузки в зависимости от температуры
наружного воздуха 26
6. Регулирование тепловой нагрузки 30
6.1 Методы регулирования 30
6.2 Определение температур теплоносителя в зависимости от
температуры наружного воздуха 31
7 Конструктивные решения 39
7.1 Выбор типа прокладки трубопроводов 39
7.2 Трубы и их соединения 41
7.3 Тепловая изоляция 42
7.4 Арматура тепловых сетей 43
7.5 Компенсаторы 46
7.6 Опорные конструкции 48
8 Гидравлический расчет 50
8.1 Гидравлический расчет расчетной магистрали 50
8.2 Построение пьезометрического графика 52
9 Научно-исследовательская часть 55
10 Энергосбережение 66
11 Автоматизация тепловых процессов 71
11.1 Выбор приборов контроля 71
11.2 Расположение контрольных точек 72
11.3 Оснащение контрольных точек элементами системы ОДК 72
11.4 Общие требования монтажа СОДК 74
12 Безопасность жизнедеятельности 76
12.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов 76
12.2 Безопасность производственных процессов и оборудования 77
12.3 Электробезопасность 80
12.4 Пожарная безопасность при производстве работ 81
13 Вопросы экологии 82
13.1 Мероприятия по охране атмосферного воздуха 82
13.2 Мероприятия по охране и рациональному использованиюземельных ресурсов и почвенного покрова 82
13.3 Мероприятия по сбору, использованию,
обезвреживанию, транспортировке и размещению опасных отходов 82
13.4 Общие рекомендации при производстве работ 83
14 Экономика 84
14.1 Модель ранжирования проблем 84
14.2 Модель причинно-следственной диаграммы 86
14.3 SWOT - анализ вариантов проектных решений 86
14.4 Сравнительная экономическая эффективность проектов 88
14.5 Планирование целей проекта в дереве целей 91
14.6 Оценка движущих и сдерживающих сил и ресурсов 92
14.7 График Ганта 94
14.8 Расчет оптимальной толщины изоляции 96
14.9 Основные показатели энергетической, экологической и
экономической эффективности проекта 98
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 99
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 101
В выпускной квалификационной работе поставлена задача повышения энергоэффективности теплосетевого оборудования за счет применения усовершенствованного способа изоляции.
Россия является одной из ведущих стран по производству энергии, однако, в вопросах рационального использования энергоресурсов значительно уступает экономически развитым государствам. Сегодня в Западной Европе - тратится 0,5 кг у.т. на 1 доллар продукции, в США - 0,8, в России данная величина составляет 1,4, что в несколько раз больше, чем в Европе.
Предотвращение потерь тепловой энергии в тепловой сети является одним из максимально эффективных вариантов решения данной проблемы. С этой точки зрения стоит обратить внимание на быстрое развитие промышленности в сфере теплоизоляционных материалов в указанных выше государствах. В некоторых из них, например, в США, Швеции, Финляндии, Германии, на душу населения приходится величина выпуска теплоизоляционных материалов в 5-7 раз больше данного показателя для России, страны с холодным климатом.
Согласно статистическим данным, что потребность в энергоэффективных утеплителях лишь сектора жилищной застройки в 2018 году составит 25-30 млн.м3 и ставится цель покрытия данной потребности, в основном, за счет материалов, созданных на отечественных производствах. Установленные (проектные) мощности страны по производству всех видов теплоизоляционных материалов на сегодняшний день оцениваются в объеме 17-18 млн.м3 в год.
Основную нишу используемых в России теплоизоляционных материалов занимают минераловатные изделия, составляющие более 65 %, около 8 %
приходится на стекловатные материалы, около 20 % - на пенополистирол и другие пенопласты. Теплоизоляционные ячеистые бетоны в общем объеме теплоизоляционных материалов составляют не более 3 %, вспученный перлит, вермикулит и изделия на основе перечисленных материалов всего 0,4 - 0,6 %. Структура объемных пропорций изготовления утеплителей в нашей стране практически ничем не отличается от имеющейся в странах с развитой экономикой и передовыми технологиями, где волокнистые утеплители занимают те же 60 - 80 % от суммарного производства теплоизоляционных материалов.
На территории Российской Федерации расположено более 70 предприятий и цехов по изготовлению минераловатных изделий. Данное производство - основа промышленности по изготовлению теплоизоляционных материалов. Общее число технологических линий составляет 121. Установленная мощность предприятий в сумме составляет около 12 млн. м3 в удельном расчете на материалы плотностью 100 кг/м3.
Объемы изготовления утеплителей по Российской Федерации распределены не равномерно. Крупные регионы, например, Астраханская, Архангельская, Калужская, Кировская, Костромская, Курганская, Орловская, Пензенская, Бурятия, Республика Марий Эл, Калмыкия, Адыгея, Карелия, Чувашская республика, и другие не имеют предприятий по изготовлению энергоэффективных утеплителей.Ежегодно разрабатываются новые теплоизоляционные материалы, развитие в данной сфере инноватики может позволить решить проблему
энергоэффективности. К таким утеплителям можно отнести такие материалы, как лигноперлит, термоперлит, эпсоперлит, пеноизол, геокар (изготавливаемый на основе торфа), динатерм (изготавливаемый на основе диатомита), тизол (на основе гипса). В настоящее время, на свет выходит множество новых теплоизоляционных материалов, которые превосходят все аналоги по свойствам и приемлемым ценам, что обусловлено иактивными науными разработками и развитием малого бизнеса. Однако использовать в строительстве следует только те из них, которые успешно прошли испытания в аккредитованных Ростестом и Госстроем лабораториях и специализированных центрах.
Современные требования по строительству энергоэффективных объектов ставит новые задачи перед промышленностью по производству
теплоизоляционных материалов, которые направлены на повышение качества и расширение номенклатурного ряда продукции. Решаются данные задачи путем совершенствования технических агрегатов и узлов, перевода заводов по производству минеральной ваты на сырье из горных пород, оснащение заводов современными камерами полимеризации.
Производство и внедрение для повсеместного применения
гидрофобизированных материалов и экологически безопасных связующих минераловатного производства является актуальной научно-технической задачей в сфере производства теплоизоляционных материалов.
На основании выше сказанного можно сделать вывод о том, что в настоящее время в нашей стране создана платформа по производству современных теплоизоляционных материалов и изделий для строительства, ежегодно появляются новые перспективные разработки как в сфере производства материалов, так и в сфере производства нового, высокотехнологичного оборудования [41].
Россия является одной из ведущих стран по производству энергии, однако, в вопросах рационального использования энергоресурсов значительно уступает экономически развитым государствам. Сегодня в Западной Европе - тратится 0,5 кг у.т. на 1 доллар продукции, в США - 0,8, в России данная величина составляет 1,4, что в несколько раз больше, чем в Европе.
Предотвращение потерь тепловой энергии в тепловой сети является одним из максимально эффективных вариантов решения данной проблемы. С этой точки зрения стоит обратить внимание на быстрое развитие промышленности в сфере теплоизоляционных материалов в указанных выше государствах. В некоторых из них, например, в США, Швеции, Финляндии, Германии, на душу населения приходится величина выпуска теплоизоляционных материалов в 5-7 раз больше данного показателя для России, страны с холодным климатом.
Согласно статистическим данным, что потребность в энергоэффективных утеплителях лишь сектора жилищной застройки в 2018 году составит 25-30 млн.м3 и ставится цель покрытия данной потребности, в основном, за счет материалов, созданных на отечественных производствах. Установленные (проектные) мощности страны по производству всех видов теплоизоляционных материалов на сегодняшний день оцениваются в объеме 17-18 млн.м3 в год.
Основную нишу используемых в России теплоизоляционных материалов занимают минераловатные изделия, составляющие более 65 %, около 8 %
приходится на стекловатные материалы, около 20 % - на пенополистирол и другие пенопласты. Теплоизоляционные ячеистые бетоны в общем объеме теплоизоляционных материалов составляют не более 3 %, вспученный перлит, вермикулит и изделия на основе перечисленных материалов всего 0,4 - 0,6 %. Структура объемных пропорций изготовления утеплителей в нашей стране практически ничем не отличается от имеющейся в странах с развитой экономикой и передовыми технологиями, где волокнистые утеплители занимают те же 60 - 80 % от суммарного производства теплоизоляционных материалов.
На территории Российской Федерации расположено более 70 предприятий и цехов по изготовлению минераловатных изделий. Данное производство - основа промышленности по изготовлению теплоизоляционных материалов. Общее число технологических линий составляет 121. Установленная мощность предприятий в сумме составляет около 12 млн. м3 в удельном расчете на материалы плотностью 100 кг/м3.
Объемы изготовления утеплителей по Российской Федерации распределены не равномерно. Крупные регионы, например, Астраханская, Архангельская, Калужская, Кировская, Костромская, Курганская, Орловская, Пензенская, Бурятия, Республика Марий Эл, Калмыкия, Адыгея, Карелия, Чувашская республика, и другие не имеют предприятий по изготовлению энергоэффективных утеплителей.Ежегодно разрабатываются новые теплоизоляционные материалы, развитие в данной сфере инноватики может позволить решить проблему
энергоэффективности. К таким утеплителям можно отнести такие материалы, как лигноперлит, термоперлит, эпсоперлит, пеноизол, геокар (изготавливаемый на основе торфа), динатерм (изготавливаемый на основе диатомита), тизол (на основе гипса). В настоящее время, на свет выходит множество новых теплоизоляционных материалов, которые превосходят все аналоги по свойствам и приемлемым ценам, что обусловлено иактивными науными разработками и развитием малого бизнеса. Однако использовать в строительстве следует только те из них, которые успешно прошли испытания в аккредитованных Ростестом и Госстроем лабораториях и специализированных центрах.
Современные требования по строительству энергоэффективных объектов ставит новые задачи перед промышленностью по производству
теплоизоляционных материалов, которые направлены на повышение качества и расширение номенклатурного ряда продукции. Решаются данные задачи путем совершенствования технических агрегатов и узлов, перевода заводов по производству минеральной ваты на сырье из горных пород, оснащение заводов современными камерами полимеризации.
Производство и внедрение для повсеместного применения
гидрофобизированных материалов и экологически безопасных связующих минераловатного производства является актуальной научно-технической задачей в сфере производства теплоизоляционных материалов.
На основании выше сказанного можно сделать вывод о том, что в настоящее время в нашей стране создана платформа по производству современных теплоизоляционных материалов и изделий для строительства, ежегодно появляются новые перспективные разработки как в сфере производства материалов, так и в сфере производства нового, высокотехнологичного оборудования [41].
В выпускной квалификационной работе по существующему ситуационному плану и основным параметрам зданий были рассчитаны часовые и годовые тепловые нагрузки на отопление и горячее водоснабжение строящегося микрорайона, состоящего из трех девятиэтажных двухсекционных зданий в г. Уфе, для которого требовалось спроектировать энергоэффективную тепловую сеть. Суммарная тепловая годовая нагрузка в отопительный период составила 4689 МВт/год. После этого был проведен расчет тепловой нагрузки в зависимости от температуры наружного воздуха и построен график тепловой нагрузки в отопительный период, а также, график продолжительности тепловой нагрузки. Была рассмотрена существующая схема теплоснабжения города Уфы, и принято решение о рациональности и использования качественного регулирования по отопительной нагрузке. Были определены температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах в зависимости от температуры наружного воздуха, построен температурный график проектируемой сети. С использованием полученных температур теплоносителя были рассчитаны расходы теплоносителя при качественном регулировании по отопительной нагрузке в проектируемой закрытой системе теплоснабжения. Исходя из местных условий, для проектируемого участка был выбран подземный тип прокладки в непроходных каналах на опорах. Для строительства трубопроводов были выбраны трубопроводы стальные бесшовные горячесформированные из стали марки 20. С учетом ранее выбранного типа прокладки было принято решение о применении пенополиуретановой изоляции с системой оперативного диспетчерского контроля в полиэтиленовой оболочке. Для проектируемой системы теплоснабжения жилых домов было принято решение о применении запорной арматуры в виде дисковых затворов при диаметре трубопровода более 200 мм и шаровых кранов при диаметре трубопровода до 200 мм включительно.
Выпускной квалификационной работой предусмотрена компенсация тепловых удлинений трубопроводов тепловой сети за счет участков самокомпенсации и установки сильфонных компенсаторов в качестве осевых компенсационных устройств, П-образных в качестве радиальных. Расчет на прочность и определение усилий на неподвижные опоры проектируемых трубопроводов производился при помощи программного комплекса «СТАРТ-Проф».
В работе произведен гидравлический расчет проектируемой тепловой магистрали с учетом местных потерь и потерь по длине трубопровода, суммарные потери давления составили 9,05 м.в.ст. По исходным данным и на основании результатов гидравлического расчета был построен пьезометрический график сети.
В научно-исследовательской части работы рассматривался и сравнивался с принятым к расчету в работе способ прокладки тепловой сети типа «труба в трубе». В качестве критерия оценки энергоэффективности была принята величина тепловых потерь. Рассчитанные удельные тепловые потери на рассматриваемом участке при традиционной двухтрубной прокладке, используемой в выпускной
квалификационной работе, составили 23,98 Вт/м.
Потери тепловой энергии трубопровода при типе прокладки «труба в трубе» были найдены с применением методики расчета процесса теплопередачи в теплообменнике тип «труба в трубе». Рассчитанные удельные тепловые потери на рассматриваемом участке при прокладке «труба в трубе» составили 24,8 Вт/м.
В разделе «Энергосбережение» рассчитывается толщина пенополиуретановой изоляции. Полученная величина составила для трубопровода диаметром 100 мм - 44мм, диаметром 125 мм- 48 мм, диаметром 150 мм - 51 мм, диаметром 250 мм - 57 мм.
В разделе «Автоматизация тепловых процессов» разработана схема оперативно-дистанционного контроля для контроля состояния влажности теплоизоляционного слоя изолированных трубопроводов. В разделе
«Безопасность жизнедеятельности» проанализированы опасные и вредные производственные факторы, описаны меры безопасности производственных процессов, электробезопасности, пожарной безопасности.
В разделе «Вопросы экологии» предусмотрены мероприятия по охране атмосферного воздуха, земельных ресурсов и почвенного покрова, по сбору, использованию, обезвреживанию, транспортировке и размещению опасных отходов.
В результате экономического расчета был вычислен годовой экономический эффект реализации проекта, который составил 20,346 тыс. руб. Также была найдена экономически обоснованная оптимальная толщина изоляционного материала участка трубопровода с удельным диаметром 250 мм. Она составила 57 мм, что подтверждает расчеты, проведенные в главе «Энергосбережение».
Выпускной квалификационной работой предусмотрена компенсация тепловых удлинений трубопроводов тепловой сети за счет участков самокомпенсации и установки сильфонных компенсаторов в качестве осевых компенсационных устройств, П-образных в качестве радиальных. Расчет на прочность и определение усилий на неподвижные опоры проектируемых трубопроводов производился при помощи программного комплекса «СТАРТ-Проф».
В работе произведен гидравлический расчет проектируемой тепловой магистрали с учетом местных потерь и потерь по длине трубопровода, суммарные потери давления составили 9,05 м.в.ст. По исходным данным и на основании результатов гидравлического расчета был построен пьезометрический график сети.
В научно-исследовательской части работы рассматривался и сравнивался с принятым к расчету в работе способ прокладки тепловой сети типа «труба в трубе». В качестве критерия оценки энергоэффективности была принята величина тепловых потерь. Рассчитанные удельные тепловые потери на рассматриваемом участке при традиционной двухтрубной прокладке, используемой в выпускной
квалификационной работе, составили 23,98 Вт/м.
Потери тепловой энергии трубопровода при типе прокладки «труба в трубе» были найдены с применением методики расчета процесса теплопередачи в теплообменнике тип «труба в трубе». Рассчитанные удельные тепловые потери на рассматриваемом участке при прокладке «труба в трубе» составили 24,8 Вт/м.
В разделе «Энергосбережение» рассчитывается толщина пенополиуретановой изоляции. Полученная величина составила для трубопровода диаметром 100 мм - 44мм, диаметром 125 мм- 48 мм, диаметром 150 мм - 51 мм, диаметром 250 мм - 57 мм.
В разделе «Автоматизация тепловых процессов» разработана схема оперативно-дистанционного контроля для контроля состояния влажности теплоизоляционного слоя изолированных трубопроводов. В разделе
«Безопасность жизнедеятельности» проанализированы опасные и вредные производственные факторы, описаны меры безопасности производственных процессов, электробезопасности, пожарной безопасности.
В разделе «Вопросы экологии» предусмотрены мероприятия по охране атмосферного воздуха, земельных ресурсов и почвенного покрова, по сбору, использованию, обезвреживанию, транспортировке и размещению опасных отходов.
В результате экономического расчета был вычислен годовой экономический эффект реализации проекта, который составил 20,346 тыс. руб. Также была найдена экономически обоснованная оптимальная толщина изоляционного материала участка трубопровода с удельным диаметром 250 мм. Она составила 57 мм, что подтверждает расчеты, проведенные в главе «Энергосбережение».
