относительное

Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Инженерно – строительный институт
№ госрегистрации
Инв. №
СОГЛАСОВАНО
Генеральный директор
ООО «ЭкоТехнолоджи»
А. В. Шульженко
« ____ » _________ 2010 г.
УТВЕРЖДАЮ
Ректор СФУ
академик
Е. А. Ваганов
« ____ » _________ 2010 г.
ОТЧЕТ
О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ
«Разработка критериев оценки качества очистки внутренних поверхностей
трубопроводов систем теплоснабжения жилого фонда г. Красноярска от
отложений с применением новых экологически чистых, энергосберегающих
технологий, с использованием реагента
наименование отчета
(научно-технический)
вид отчета
Начальник НИЧ
Руководитель НИР
_________
С. В. Первухин
подпись, дата
инициалы, фамилия
_________
Ю. Л. Липовка
подпись, дата
инициалы, фамилия
Красноярск 2010
СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ
Руководитель темы,
д-р техн. наук
____________ Ю. Л. Липовка
подпись, дата
Исполнитель темы,
д-р техн. наук
____________ Ю. Л. Липовка
подпись, дата
(введение,
раздел 1-3,
заключение)
(введение,
раздел 1-3,
заключение)
РЕФЕРАТ
Текст 36 с., 33 рис., 8 табл., 9 источников
ОЧИСТКА
ТРУБОПРОВОДОВ,
СИСТЕМЫ
ОТОПЛЕНИЯ,
ПОТОКОРАСПРЕДЕЛЕНИЕ, НАКИПЕОБРАЗОВАНИЕ
Объектом исследования являются системы отопления зданий с
изменяющимися, в процессе эксплуатации, внутренними диаметрами труб в
результате сужения живого сечения элементов системы (стояков, подводок к
нагревательным
приборам,
нагревательных
приборов)
коррозионно-
накипными отложениями.
Цель работы — разработка критериев оценки качества очистки
внутренних поверхностей трубопроводов и нагревательных приборов от
отложений.
В процессе работы проводилось математическое моделирование
эксплуатационных режимов работы установок теплоснабжения.
В результате исследования впервые были созданы методики оценки
качества очистки труб.
Основные конструктивные и технико-эксплуатационные показатели:
простота и точность измерения при различных конфигурациях инженерных
систем.
Степень
внедрения — проведены экспериментальные замеры на
основе предлагаемой методики на системах отопления жилых зданий города
Красноярска.
Эффективность
методики
оценки
качества
определяется
возможностью визуализации. Методика может применяться для оценки
качества очистки трубопроводных систем, как в течение отопительного
периода, так и для теплого периода года.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ……………………………………………………………………5
1 Математическое моделирование изменения температуры на
поверхности стояков системы отопления после очистки……………...……... 6
2. Математическое моделирование изменения расхода теплоносителя в
стояках системы отопления после очистки……………...…………………….16
2 Математическое моделирование изменения объема теплоносителя в
стояках системы отопления зданий после очистки….. …………………….....27
Заключение ……………………………………………………………….34
Список использованных источников …………………………………...36
Введение
Исследование выполнено по заданию компании «ЭкоТехнолоджи»,
осуществляющей химическую очистку тепловых инженерных систем на
основе инновационных энергосберегающих и экологически безопасных
технологий, обеспечивающих увеличение срока службы систем на 25-50%,
снижение числа внеплановых ремонтов, сокращение расхода топлива до
50%, уменьшение на 10-25% расхода электроэнергии при доставке
теплоносителя и сокращение на 40-90% потерь теплоты.
В соответствии с требованиями [2] допустимую величину сужения
трубопроводов накипными отложениями следует принимать: для труб dу = 15
мм - 20%; dу = 20 мм - 15%; dу = 25 мм - 12%; dу = 32 мм - 10%; dу = 40 мм 8%; dу = 50 мм - 6%.
Проведение профилактических и аварийных работ по очистке
трубопроводов систем отопления на базе технологии безразборной очистки
позволяет обеспечить прочистку и промывку трубопроводов от шлама,
продуктов коррозии, органических и других отложений без демонтажа
элементов системы в любое время года.
Цель работы — разработка критериев оценки очистки трубопроводов
системы отопления от отложений с использованием реагента.
Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи:
– Выполнить компьютерные расчеты по определению изменения
потерь давления в стояках систем отопления в зависимости от уменьшения
внутреннего сечения трубопроводов при эксплуатации (накипеобразование).
– Выполнить компьютерные расчеты по определению изменения
объемных
расходов
теплоносителя
в
стояках
систем
отопления
в
зависимости от уменьшения внутреннего сечения трубопроводов.
–
Разработать (на основе выполненных расчетов) критерии оценки
качества
очистки
внутренних
поверхностей
теплоснабжения с использованием реагента.
трубопроводов
систем
1. Математическое моделирование изменения температуры на
поверхности стояков системы отопления после очистки
Использование
критерия
оценки
качества
очистки
внутренних
поверхностей, основанного на замерах температур поверхностей стояков
систем отопления, приемлемо лишь в течение отопительного периода.
Однако простота использования этого критерия делает его наиболее
привлекательным в холодный период года для трубопроводных сетей
сезонной нагрузки (отопление) и в течение всего года для круглогодичной
нагрузки (горячее водоснабжение).
Классическая технология контроля температуры предусматривает
врезание в трубу гильз, в которые помещаются держатели стеклянных
ртутных термометров. Объем гильз заполняется маслом, температура
которого
измеряется
дополнительные
термометром.
врезки;
ухудшение
Недостатки
экологии
этой
из-за
технологии:
боя
ртутных
термометров; затраты на профилактику и эксплуатацию — чистка карманов,
замена масла, дополнительные энергетические затраты, обусловленные
преодолением гидравлического сопротивления трубопроводов с врезанными
в них гильзами (от 2 до 10%) в вертикальных стояках не позволяют
рекомендовать этот метод измерения температур в качестве базового.
Более
прогрессивен
второй
способ
контроля
температуры
трубопровода с помощью поверхностных полупроводниковых датчиков
температуры. Система контроля температуры построена на применении
новых базовых модулей, жестко прикрепляемым к трубе с помощью
точечной сварки в одной или двух точках, и коммутируемых ко входу
цифрового измерителя температуры (ЦИТ) [6].
Третий,
наиболее
приемлемый
способ
контроля
изменения
температуры — использование переносного пирометра инфракрасного
излучения типа C-110 "Факел", или подобного с диапазоном измерения до
150 оС и разрешающей способностью не менее 1 оС.
Указания по выбору и монтажу приборов для измерения температуры
приведены в пособии по проектированию и монтажу [7].
Используемый математический аппарат  метод конечных элементов.
Объект исследования  двухслойная цилиндрическая стенка трубы стояка
системы
отопления
(рис.
1):
первый
слой
карбонатная
накипь
с
изменяющимся коэффициентом теплопроводности в пределах 0,083 – 2,3
Вт/м.град, зависящим от её структуры (рис. 2), второй слой стенка стальной
трубы, коэффициент теплопроводности стали Кт ≈ 47 Вт/м.град.
Рисунок 1 — Разрез стояка
системы отопления
Рисунок 2 — Накипь под
электронным микроскопом
Понятно, что при постоянном значении линейной плотности теплового
потока, изменение толщины слоя карбонатной накипи приводит к
соответствующему изменению температуры поверхности стояка. Характер
этого изменения может быть одним из показателей степени загрязнения
(очистки) внутренней поверхности труб.
На рис. 3–10 представлены полученные в результате расчета графики
изменения температуры поверхности стояка диаметром 20 мм при
температурах воды, изменяющихся в диапазоне от 40 до 90оС, и постоянной
температуре окружающей среды 18оС при различных коэффициентах
теплопроводности накипи.
20
Температура на поверхности стояка, оС
20
20
20
Series1
Series2
Series3
19
Series4
Series5
19
19
19
0
20
40
60
80
Относительное загрязнение стояка, %
Рисунок 3 — Зависимость температуры на поверхности стояка
системы отопления от относительного загрязнения системы при
температуре воды 20 оС
где линия ряд 1  соответствует коэффициенту теплопроводности накипи
𝜆 = 0,082 Вт/м ∙ град;
ряд 2  𝜆 = 0,2 Вт/м ∙ град;
ряд 3  𝜆 = 0,5 Вт/м ∙ град;
ряд 4  𝜆 = 1 Вт/м ∙ град;
ряд 5  𝜆 = 2 Вт/м ∙ град.
31
Температура на поверхности стояка, оС
30
29
28
Series1
27
Series2
Series3
Series4
26
Series5
25
24
23
0
20
40
60
80
Относительное загрязнение стояка, %
Рисунок 4 — Зависимость температуры на поверхности стояка
системы отопления от относительного загрязнения системы при
температуре воды 30 оС
где линия ряд 1  соответствует коэффициенту теплопроводности накипи
𝜆 = 0,082 Вт/м ∙ град;
ряд 2  𝜆 = 0,2 Вт/м ∙ град;
ряд 3  𝜆 = 0,5 Вт/м ∙ град;
ряд 4  𝜆 = 1 Вт/м ∙ град;
ряд 5  𝜆 = 2 Вт/м ∙ град.
Температура на поверхности стояка, оС
40.0
38.0
36.0
Series1
Series2
34.0
Series3
Series4
Series5
32.0
30.0
28.0
0
20
40
60
80
Относительное загрязнение стояка, %
Рисунок 5 — Зависимость температуры на поверхности стояка
системы отопления от относительного загрязнения системы при
температуре воды 40 оС
где линия ряд 1  соответствует коэффициенту теплопроводности накипи
𝜆 = 0,082 Вт/м ∙ град;
ряд 2  𝜆 = 0,2 Вт/м ∙ град;
ряд 3  𝜆 = 0,5 Вт/м ∙ град;
ряд 4  𝜆 = 1 Вт/м ∙ град;
ряд 5  𝜆 = 2 Вт/м ∙ град.
51.0
Температура на поверхности стояка, оС
49.0
47.0
45.0
43.0
Series1
41.0
Series2
Series3
39.0
Series4
Series5
37.0
35.0
33.0
31.0
0
20
40
60
80
Относительное загрязнение стояка, %
Рисунок 6 — Зависимость температуры на поверхности стояка
системы отопления от относительного загрязнения системы при
температуре воды 50 оС
где линия ряд 1  соответствует коэффициенту теплопроводности накипи
𝜆 = 0,082 Вт/м ∙ град;
ряд 2  𝜆 = 0,2 Вт/м ∙ град;
ряд 3  𝜆 = 0,5 Вт/м ∙ град;
ряд 4  𝜆 = 1 Вт/м ∙ град;
ряд 5  𝜆 = 2 Вт/м ∙ град.
Температура на поверхности стояка, оС
60.0
55.0
50.0
Series1
Series2
Series3
Series4
45.0
Series5
40.0
35.0
0
20
40
60
Относительное загрязнение стояка, %
80
Рисунок 7 — Зависимость температуры на поверхности стояка
системы отопления от относительного загрязнения системы при
температуре воды 60 оС
где линия ряд 1  соответствует коэффициенту теплопроводности накипи
𝜆 = 0,082 Вт/м ∙ град;
ряд 2  𝜆 = 0,2 Вт/м ∙ град;
ряд 3  𝜆 = 0,5 Вт/м ∙ град;
ряд 4  𝜆 = 1 Вт/м ∙ град;
ряд 5  𝜆 = 2 Вт/м ∙ град.
70.0
Температура на поверхности стояка, оС
65.0
60.0
Series1
Series2
55.0
Series3
Series4
Series5
50.0
45.0
40.0
0
20
40
60
80
Относительное загрязнение стояка, %
Рисунок 8 — Зависимость температуры на поверхности стояка
системы отопления от относительного загрязнения системы при
температуре воды 70 оС
где линия ряд 1  соответствует коэффициенту теплопроводности накипи
𝜆 = 0,082 Вт/м ∙ град;
ряд 2  𝜆 = 0,2 Вт/м ∙ град;
ряд 3  𝜆 = 0,5 Вт/м ∙ град;
ряд 4  𝜆 = 1 Вт/м ∙ град;
ряд 5  𝜆 = 2 Вт/м ∙ град.
80.0
Температура на поверхности стояка, оС
75.0
70.0
Series1
65.0
Series2
Series3
Series4
60.0
Series5
55.0
50.0
45.0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Относительное загрязнение стояка, %
Рисунок 9 — Зависимость температуры на поверхности стояка
системы отопления от относительного загрязнения системы при
температуре воды 80 оС
где линия ряд 1  соответствует коэффициенту теплопроводности накипи
𝜆 = 0,082 Вт/м ∙ град;
ряд 2  𝜆 = 0,2 Вт/м ∙ град;
ряд 3  𝜆 = 0,5 Вт/м ∙ град;
ряд 4  𝜆 = 1 Вт/м ∙ град;
ряд 5  𝜆 = 2 Вт/м ∙ град.
90.0
Температура на поверхности стояка, оС
85.0
80.0
75.0
Series1
Series2
70.0
Series3
Series4
65.0
Series5
60.0
55.0
50.0
0
20
40
60
Относительное загрязнение стояка, %
80
Рисунок 10 — Зависимость температуры на поверхности стояка
системы отопления от относительного загрязнения системы при
температуре воды 90 оС
где линия ряд 1  соответствует коэффициенту теплопроводности накипи
𝜆 = 0,082 Вт/м ∙ град;
ряд 2  𝜆 = 0,2 Вт/м ∙ град;
ряд 3  𝜆 = 0,5 Вт/м ∙ град;
ряд 4  𝜆 = 1 Вт/м ∙ град;
ряд 5  𝜆 = 2 Вт/м ∙ град.
2. Математическое моделирование изменения расхода теплоносителя в
стояках системы отопления после их очистки
Использование
критерия
оценки
качества
очистки
внутренних
поверхностей, основанного на замерах расхода теплоносителя в стояках
системы отопления, приемлемо как в течение отопительного периода, так и в
теплый период года.
Расход воды в стояке до и после очистки может быть замерен:
– портативным переносным ультразвуковым расходомером-счетчиком
«Взлет ПР», и подобными, позволяющими оперативно измерять расход
жидкостей с помощью ультразвуковых накладных датчиков без вскрытия
трубопровода. Пределы допускаемой относительной погрешности измерения
объемного расхода и количества жидкости составляют  2,0 % в диапазоне
расхода от 3 до 100 % максимального расхода в диапазоне 1-150 оС.
Расходомер-счетчик устанавливается на трубопроводах с номинальными
диаметрами от DN20 для жидкости при толщине стенки от 2 до 20 мм для
металлических и пластмассовых трубопроводов.
Расчеты
потокораспределения
выполнены
с
использованием
компьютерной программы автора отчета, основанной на совместном
использовании численных методов расчета: «обобщенного метода контурных
расходов»,
«обобщенного
метода
узловых
давлений»
и
элементов
коммутативной алгебры.
В табл. 1 − 4 и на рис. 11 −18 приведены результаты расчетов засорения
трубопроводов
накипью,
характеризуемые
факт.
внутреннего диаметра трубы 𝑑вн
отношением
фактического
к номинальному («чистому») диаметру
ном.
𝑑вн
.
Для определения фактического внутреннего сечения трубопровода до и
после прочистки следует:
— произвести замеры расхода воды в стояке до очистки;
— по графикам, приведенным на рис. 12 – 26, определить
относительный диаметр стояка системы отопления G до очистки;
— умножая полученное значение относительного диаметра на
номинальный диаметр, получить фактический (с учетом зарастания накипью)
внутренний диаметр проходного сечения трубопровода;
— произвести замеры расхода воды в стояке после очистки с
использованием реагента «Чистоника»;
— по графикам, приведенным на рис. 12 – 26, определить
относительный диаметр стояка системы отопления G после очистки;
— в заключение, умножая полученное значение относительного
диаметра на номинальный диаметр, получить фактический (с учетом очистки
системы отопления с использованием реагента) внутренний диаметр
проходного сечения трубопровода;
Расчеты проведены при следующих исходных данных:
— расчетная температура наружного воздуха для проектирования
отопления -40 оС;
— расчетная температура воды в подающем трубопроводе системы
отопления +95 оС;
— расчетная температура воды в обратном трубопроводе системы
отопления +70 оС;
— расчетная температура внутреннего воздуха +18 оС;
— плотность воды 𝜌 = 970 кг/м3 ;
— диаметр стояка — 20 мм;
— нагревательные приборы — конвекторы «Комфорт» Dу20 с длиной
оребренной части 1,4м.
Разработанная автором компьютерная программа позволяет оперативно
выполнять расчеты предлагаемых критериев очистки для инженерных
трубопроводных
систем
произвольной
начальных температурных условиях.
конфигурации
и
при
любых
Расход воды в стояке, G, т/ч
Таблица 1 — Зависимость изменения расхода воды в стояке (5 эт.)
от степени засора трубы при перепаде давлений в стояке — 0,5 м
факт.
ном.
1
0,95
0,9
0,85
0,8
0,75
𝑑вн ⁄𝑑вн
Расход
0,320
0,281
0,245
0,211
0,181
0,153
воды, т/ч
Продолжение табл. 1
факт.
ном.
0,7
0,65
0,6
0,55
0,5
𝑑вн ⁄𝑑вн
Расход воды,
Прекращение
0,128
0,106
0,086
0,068
т/ч
циркуляции
0.3
0.25
y = 8E-06x2 - 0,004x + 0,320
R² = 1
0.2
0.15
0.1
0.05
0
10
20
30
40
50
60
70
Относительное заростание накипью стояка системы
отопления, x, %
Рисунок 11 — Зависимость 𝐺 = 𝑓 (1 −
Расход воды в стояке, G т/ч
0.35
0.3
факт. 2
(𝑑вн ) )
∙ 100 к табл. 1
y = -0,652x4 + 2,147x3 - 2,065x2 + 1,100x - 0,21
R² = 1
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0.55
0.65
0.75
0.85
0.95
Относительный диаметр стояка системы
отопления, x
факт.
Рисунок 12 — Зависимость 𝐺 = 𝑓(𝑑вн
ном.
⁄𝑑вн
) к табл. 1
1.05
Таблица 2 — Зависимость изменения расхода воды в стояке (5 эт.)
от степени засора трубы при перепаде давлений в стояке — 1,0 м
факт.
ном.
1
0,95
0,9
0,85
0,8
0,75
𝑑вн ⁄𝑑вн
Расход
0,452
0,397
0,345
0,298
0,255
0,216
воды, т/ч
Продолжение табл. 2
факт.
ном.
0,7
𝑑вн ⁄𝑑вн
Расход воды,
0,180
т/ч
0,65
0,6
0,55
0,149
0,121
0,096
0,5
Прекращение
циркуляции
Расход воды в стояке, y, т/ч
0.5
0.45
0.4
y = 1E-05x2 - 0,005x + 0,452
R² = 1
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
10
20
30
40
50
60
70
Относительное заростание накипью стояка системы
отопления, x, %
факт. 2
Рисунок 13 — Зависимость 𝐺 = 𝑓 ((1 − (𝑑вн
) ) ∙ 100) к табл. 2
0.5
Расход воды в стояке, y, т/ч
0.45
0.4
y = 0,775x2 - 0,413x + 0,089
R² = 1
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0.55
0.65
0.75
0.85
0.95
Относительный диаметр стояка системы
отопления, x
факт.
Рисунок 14 — Зависимость 𝐺 = 𝑓(𝑑вн
ном.
⁄𝑑вн
) к табл. 2
Таблица 3 — Зависимость изменения расхода воды в стояке (5 эт.) от
степени заростания трубы при перепаде давлений в стояке — 1,5 м
факт.
ном.
1
0,95
0,9
0,85
0,8
0,75
𝑑вн ⁄𝑑вн
Расход воды, т/ч 0,554
0,486
0,423
0,365
0,312
0,264
Продолжение табл. 3
факт.
ном.
0,7
𝑑вн ⁄𝑑вн
0,65
0,6
0,55
Расход воды, т/ч 0,221
0,182
0,148
0,117
0,5
Прекращение
циркуляции
Относительное заростание
накипью стояка, y, %
80
70
60
y = 61,56x2 - 199,0x + 92,08
R² = 1
50
40
30
20
10
0
0.1
0.2
0.3
0.4
Расход воды в стояке, x т/ч
0.5
факт. 2
Относительный диаметр, y
Рисунок 15 — Зависимость (1 − (𝑑вн
1
0.95
0.9
0.85
0.8
0.75
0.7
0.65
0.6
0.55
0.5
) ) ∙ 100 = 𝑓(𝐺) к табл. 3
y = -1,012x2 + 1,685x + 0,372
R² = 0,999
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Расход воды в стояке, x т/ч
факт.
Рисунок 16 — Зависимость 𝑑вн
0.6
ном.
⁄𝑑вн
= 𝑓(𝐺) = к табл. 3
Таблица 4 — Зависимость изменения расхода воды в стояке (5 эт.)
от степени засора трубы при перепаде давлений в стояке — 2 м
факт.
ном.
1
0,95
0,9
0,85
0,8
0,75
𝑑вн ⁄𝑑вн
Расход воды, т/ч 0,640
0,561
0,489
0,422 0,361 0,305
0,65
0,6
0,55
Расход воды, т/ч 0,255
0,210
0,170
0,135
Относительное заростание
накипью, y, %
Продолжение табл. 4
факт.
ном.
0,7
𝑑вн ⁄𝑑вн
0,5
Прекращение
циркуляции
70
60
y = 39,41x2 - 167,8x + 91,41
R² = 0,999
50
40
30
20
10
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Расход воды в стояке, x т/ч
0.7
факт. 2
Относительный диаметр, y
Рисунок 17 — Зависимость (1 − (𝑑вн
) ) ∙ 100 = 𝑓(𝐺) к табл. 4
1
0.9
0.8
0.7
y = -0,748x2 + 1,450x + 0,374
R² = 0,999
0.6
0.5
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Расход воды в стояке, x т/ч
факт.
Рисунок 18 — Зависимость 𝑑вн
0.7
ном.
⁄𝑑вн
= 𝑓(𝐺) = к табл. 4
В табл. 5 − 8 и на рис. 19 −26 приведены зависимости при следующих
исходных данных:
— расчетная температура наружного воздуха для проектирования
отопления -40 оС;
— расчетная температура воды в подающем трубопроводе системы
отопления +95 оС;
— расчетная температура воды в обратном трубопроводе системы
отопления +70 оС;
— расчетная температура внутреннего воздуха +18 оС;
— плотность воды 𝜌 = 970 кг/м3 ;
— диаметр стояка — 20 мм;
— нагревательные приборы — конвекторы «Комфорт» Dу20; длина
оребренной части конвектора на подъемной части стояка «снизу-вверх» 1 м +
крутоизогнутый отвод 0,19 м; длина оребренной части конвектора на
опускной части стояка «сверху-вниз» длиной 1,4 м + крутоизогнутый отвод
0,19 м; длина подводок к конвекторам на подъемной части стояка «снизувверх» 0,7 м; длина подводок к конвекторам на опускной части стояка
«сверху-вниз» 0,7 м; длина отводов в подвале и на чердаке по 1,5 м; длина
стояка в пределах квартиры 3 м.
Расчет предлагаемых критериев очистки с использованием специально
разработанной компьютерной программы возможен
для инженерных
трубопроводных систем произвольной конфигурации (верхняя, нижняя
разводка магистралей, системы с «опрокинутой» циркуляцией, П-образные
стояки и многие другие) и при любых температурах воды в системах
отопления и любых температурах внутреннего и наружного воздуха.
Таблица 5 — Зависимость изменения расхода воды в стояке (9 эт.)
от степени засора трубы при перепаде давлений в стояке — 0,5 м
факт.
ном.
1
0,95
0,9
0,85
0,8
0,75
𝑑вн ⁄𝑑вн
Расход воды, т/ч 0,199 0,175
0,152
0,132
0,112 0,095
0,65
0,6
0,55
Расход воды, т/ч 0,079
0,065
0,053
0,042
Относительное заростание
накипью, y, %
Продолжение табл. 5
факт.
ном.
0,7
𝑑вн ⁄𝑑вн
0,5
Прекращение
циркуляции
70
60
50
40
30
y = 402,1x2 - 537,3x + 91,27
R² = 0,999
20
10
0
0
0.05
0.1
0.15
Расход воды в стояке, x т/ч
0.2
факт. 2
Относительный диаметр, y
Рисунок 19 — Зависимость (1 − (𝑑вн
) ) ∙ 100 = 𝑓(𝐺) к табл. 5
1
y = -7,715x2 + 4,651x + 0,375
R² = 0,999
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0
0.05
0.1
0.15
Расход воды в стояке, x т/ч
факт.
Рисунок 20 — Зависимость 𝑑вн
0.2
ном.
⁄𝑑вн
= 𝑓(𝐺) = к табл. 5
Таблица 6 — Зависимость изменения расхода воды в стояке (9 эт.)
от степени засора трубы при перепаде давлений в стояке — 1 м
факт.
ном.
1
0,95
0,9
0,85
0,8
0,75
𝑑вн ⁄𝑑вн
Расход воды, т/ч 0,282 0,247
0,215
0,186 0,159 0,134
Относительное заростание
накипью, y, %
Продолжение табл. 6
факт.
ном.
0,7
𝑑вн ⁄𝑑вн
Расход
воды,
0,112
т/ч
0,65
0,6
0,55
0,092
0,075
0,059
0,5
Прекращение
циркуляции
70
60
50
40
30
20
y = 402,1x2 - 537,3x + 91,27
R² = 0,999
10
0
0
0.05
0.1
0.15
Расход воды в стояке, x т/ч
0.2
факт. 2
Относительный диаметр, y
Рисунок 21 — Зависимость (1 − (𝑑вн
) ) ∙ 100 = 𝑓(𝐺) к табл. 6
1
y = -7,715x2 + 4,651x + 0,375
R² = 0,999
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0
0.05
0.1
0.15
Расход воды в стояке, x т/ч
факт.
Рисунок 22 — Зависимость 𝑑вн
ном.
⁄𝑑вн
= 𝑓(𝐺) = к табл. 6
0.2
Таблица 7 — Зависимость изменения расхода воды в стояке (9 эт.)
от степени засора трубы при перепаде давлений в стояке — 1,5 м
факт.
ном.
1
0,95
0,9
0,85
0,8
0,75
𝑑вн ⁄𝑑вн
Расход воды, т/ч 0,345
0,303 0,263
0,227
0,195 0,165
0,65
0,6
0,55
Расход воды, т/ч 0,138
0,113
0,092
0,072
Относительное заростание
накипью, y, %
Продолжение табл. 7
факт.
ном.
0,7
𝑑вн ⁄𝑑вн
0,5
Прекращение
циркуляции
70
60
y = 130,7x2 - 309,1x + 91,23
R² = 1
50
40
30
20
10
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
Расход воды в стояке, x т/ч
факт. 2
Относительный диаметр, y
Рисунок 23 — Зависимость (1 − (𝑑вн
) ) ∙ 100 = 𝑓(𝐺) к табл. 7
1
y = -2,537x2 + 2,673x + 0,375
R² = 0,999
0.95
0.9
0.85
0.8
0.75
0.7
0.65
0.6
0.55
0.5
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
Расход воды в стояке, x т/ч
факт.
Рисунок 24 — Зависимость 𝑑вн
ном.
⁄𝑑вн
= 𝑓(𝐺) = к табл. 7
0.35
Таблица 8 — Зависимость изменения расхода воды в стояке (9 эт.)
от степени засора трубы при перепаде давлений в стояке — 2,0 м
факт.
ном.
1
0,95
0,9
0,85
0,8
0,75
𝑑вн ⁄𝑑вн
Расход воды, т/ч 0,398 0,349 0,304 0,263 0,225
0,190
0,65
0,6
0,55
Расход воды, т/ч
0,131
0,106
0,084
Относительное заростание
накипью, y, %
Продолжение табл. 7
факт.
ном.
0,7
𝑑вн ⁄𝑑вн
0,159
0,5
Прекращение
циркуляции
70
60
y = 98,73x2 - 268,5x + 91,37
R² = 1
50
40
30
20
10
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
Расход воды в стояке, x, т/ч
факт. 2
Относительный диаметр, y
Рисунок 25 — Зависимость (1 − (𝑑вн
1
0.95
0.9
0.85
0.8
0.75
0.7
0.65
0.6
0.55
0.5
0.05
) ) ∙ 100 = 𝑓(𝐺) к табл. 8
y = -1,917x2 + 2,324x + 0,374
R² = 0,999
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
Расход воды в стояке, x, т/ч
факт.
Рисунок 26 — Зависимость 𝑑вн
ном.
⁄𝑑вн
= 𝑓(𝐺) = к табл. 8
3. Математическое моделирование объемного изменения теплоносителя в
стояках системы отопления зданий после очистки
В течение всего года возможно установить взаимосвязь изменения
объема рабочей жидкости (воды либо охлаждающей жидкости) в стояке
системы отопления. Для этого необходимо замерить (с помощью мерной
емкости) объем рабочей жидкости в стояке до и после прочистки.
75.0
70.0
Относительное загрязнение, y, %
65.0
60.0
55.0
50.0
y = - 3,063x + 100
R² = 1
45.0
40.0
35.0
30.0
25.0
20.0
15.0
10.0
5.0
0.0
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
Объем системы, x, л
30.00
35.00
Рисунок 27— Зависимость относительного загрязнения системы от
объема воды в системе
𝑥 = 𝑉 — объем стояка системы отопления, л;
факт.
2
ном.
𝑦 = (1 − (𝑑вн ⁄𝑑вн
) ) ∗ 100 — относительное загрязнение стояка
системы отопления;
этажность здания — 9-эт.;
диаметр стояка — 20 мм;
нагревательные приборы на подъемной части стояка — конвекторы
«Комфорт» длинной 1 м;
нагревательные приборы на опускной части стояка — конвекторы
«Комфорт» длинной 1,4 м.
80.0
Относительное загрязнение, y, %
70.0
60.0
50.0
y = -0,507x + 100
R² = 1
40.0
30.0
20.0
10.0
0.0
40.00
60.00
80.00
-10.0
100.00
120.00
140.00
160.00
180.00
200.00
Объем системы, x, л
Рисунок 28 — Зависимость относительного загрязнения системы от
объема воды в системе
𝑥 = 𝑉 — объем стояка системы отопления, л;
факт.
𝑦 = (1 − (𝑑вн
2
ном.
⁄𝑑вн
) ) ∗ 100 — относительное загрязнение стояка
системы отопления;
этажность здания — 9-эт.;
диаметр стояка — 20 мм;
нагревательные приборы на подъемной части стояка — семисекционные
радиаторы «МC-140»;
нагревательные приборы на опускной части стояка — восьмисекционные
радиаторы «МС-140».
Относительное загрязнение, y, %
70
60
50
y = -0,809x + 100
R² = 1
40
30
20
10
0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0 100.0 110.0 120.0 130.0
Объем системы, x, л
Рисунок 29 — Зависимость относительного загрязнения системы от
объема воды в системе
𝑥 = 𝑉 — объем стояка системы отопления, л;
факт.
𝑦 = (1 − (𝑑вн
2
ном.
⁄𝑑вн
) ) ∗ 100 — относительное загрязнение стояка
системы отопления;
этажность здания — 5-эт.;
диаметр стояка — 20 мм;
нагревательные приборы на подъемной части стояка —семисекционные
радиаторы «МС-140»;
нагревательные приборы на опускной части стояка —восьмисекционные
радиаторы «МС-140».
70
Относительное загрязнение, y, %
60
50
y = - 4,843x + 100
R² = 1
40
30
20
10
0
5.0
7.5
10.0
12.5
15.0
17.5
20.0
Объем системы, x, л
Рисунок 30 — Зависимость относительного загрязнения системы от
объема воды в системе
𝑥 = 𝑉 — объем стояка системы отопления, л;
факт.
𝑦 = (1 − (𝑑вн
2
ном.
⁄𝑑вн
) ) ∗ 100 — относительное загрязнение стояка
системы отопления;
этажность здания — 5-эт.;
диаметр стояка — 20 мм;
нагревательные приборы на подъемной части стояка — конвекторы
«Комфорт 1400 мм»;
нагревательные приборы на опускной части стояка — конвекторы «Комфорт
1400 мм».
80
Относительное загрязнение, y, %
70
60
50
y = -0,762x + 100
R² = 1
40
30
20
10
0
30
40
50
60
70
80
90 100
Объем системы, x, л
110
120
130
Рисунок 31 — Зависимость относительного загрязнения системы от
объема воды в системе
𝑥 = 𝑉 — объем стояка системы отопления, л;
факт.
𝑦 = (1 − (𝑑вн
2
ном.
⁄𝑑вн
) ) ∗ 100 — относительное загрязнение стояка
системы отопления;
этажность здания — 5-эт.;
диаметр стояка — 20 мм;
нагревательные приборы на подъемной части стояка — радиаторы «МС-140»
8 секций;
нагревательные приборы на опускной части стояка — радиаторы «МС-140» 8
секций.
80
Относительное загрязнение, y, %
70
60
50
y = -1,137x + 99,98
R² = 1
40
30
20
10
0
20
30
40
50
60
70
80
90
Объем системы, x, л
Рисунок 32 — Зависимость относительного загрязнения системы от
объема воды в системе
𝑥 = 𝑉 — объем стояка системы отопления, л;
факт.
2
ном.
𝑦 = (1 − (𝑑вн ⁄𝑑вн
) ) ∗ 100 — относительное загрязнение стояка
этажность здания — 5-эт.;
диаметр стояка — 20 мм;
нагревательные приборы на подъемной части стояка — радиаторы «МС-140»
5 секций;
нагревательные приборы на опускной части стояка — радиаторы «МС-140» 5
секций.
80
Относительное загрязнение, y, %
70
60
50
y = - 0,479x + 100
R² = 1
40
30
20
10
0
50
60
70
80
90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210
Объем системы, x, л
Рисунок 33 — Зависимость относительного загрязнения системы от
объема воды в системе
𝑥 = 𝑉 — объем стояка системы отопления, л;
факт.
2
ном.
𝑦 = (1 − (𝑑вн ⁄𝑑вн
) ) ∗ 100 — относительное загрязнение стояка
этажность здания — 9-эт.;
диаметр стояка — 20 мм;
нагревательные приборы на подъемной части стояка — радиаторы «МС-140»
8 секций;
нагревательные приборы на опускной части стояка — радиаторы «МС-140» 8
секций.
Заключение
В соответствии с требованиями Федерального закона № 261-ФЗ "Об
энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о
внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской
Федерации" от 23 ноября 2009 года [1] к повышению эффективности систем
теплоснабжения и Положением ВСН 57-88(р) [2], регламентирующим
допустимую величину сужения трубопроводов коррозионно-накипными
отложениями по техническому заданию ООО «ЭкоТехнолоджи» разработана
компьютерная программа, позволяющая оперативно выполнять расчеты
предлагаемых критериев очистки для инженерных трубопроводных систем
произвольной конфигурации (верхняя, нижняя разводка магистралей,
системы с «опрокинутой» циркуляцией, П-образные стояки и многие другие)
и при любых температурах воды в системах отопления и любых
температурах внутреннего и наружного воздуха.
Выполненные численные исследования позволили сделать следующие
выводы:
1. Так как теплопроводность углеродистой стали 46–58 Вт/м°C, а
накипи 0,082–2,3 Вт/м°C, то несвоевременное её удаление приводит к
увеличению
расхода
следовательно,
к
топлива
нарушению
и
сопротивления
циркуляции
в
проходу
системах
воды,
а
инженерного
трубопроводного оборудования зданий. Все эти причины – важный повод
своевременно
провести
сервисные
операции
по удалению
накипи
в
теплообменниках, котлах и трубах. Прочистка трубопроводов систем
отопления с использованием реагента «Чистоника» увеличивает пропускную
способность этих систем, сокращает потери давления при движении
теплоносителя, а следовательно, эксплуатационные затраты на систему
теплоснабжения в целом.
2. Проектирование и монтаж автоматизированных тепловых пунктов в
реконструируемых зданиях не дает должного эффекта без выполнения
мероприятий по очистке инженерных трубопроводных систем [2, 4].
3. Критерием оценки качества прочистки трубопроводов в течение
отопительного
периода
может
служить
температура
поверхности
трубопровода. Использование данного критерия позволяет оперативно
оценить качество прочистки, однако требуется предварительная оценка
теплопроводности накипи для достижения достаточной точности измерения
качества прочистки труб.
4.
Критерием
оценки
качества
прочистки
инженерных
трубопроводных систем в течение всего года, в том числе в теплый период
года может быть принят расход теплоносителя в течение фиксированного
промежутка времени.
5. Наиболее приемлемым критерием оценки качества прочистки
инженерных трубопроводных систем в течение всего года, в том числе в
теплый период года может быть принят объем теплоносителя для
выделенного элемента системы (стояка системы отопления, стояка системы
горячего водоснабжения) до и после очистки трубопроводов систем
теплоснабжения.
6.
При
рекомендуется
очистке
трубопроводных
пользоваться
инженерных
технологией
систем
безразборной
зданий
очистки.
Перспективным методом безразборной химической очистки теплосистем в
настоящее
время
является
метод
очистки,
осуществляемой
инновационной технологии компанией «ЭкоТехнолоджи».
по
Список использованных источников
[1] Федеральный закон № 261-ФЗ "Об энергосбережении и о
повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в
отдельные законодательные акты Российской Федерации" от 23 ноября 2009
года.
[2] ВСН-57-88(р) Положение по техническому обследованию жилых
зданий.
[3] СНиП 23-01-99* Строительная климатология.
[4] СНиП 41-02-2003 Тепловые сети.
[5] СНиП 3.05.03-85 Тепловые сети
[6] СНиП 41-01-2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование
[7] Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов с
давлением пара не более 0,07МПа (0,7кгс/см²), водогрейных котлов и
водонагревателей с температурой нагрева воды не выше 388ºК, (115ºС).
[8] Ильчинский Е. С., Пасков В. В., Прасолов В. Н. Прогрессивные
методы контроля тепловых режимов центральных тепловых пунктов (ЦТП)
Энергосбережение №3.–2000.
[9] РМ 14-17-96 Приборы для измерения и регулирования температуры.
Пособие по проектированию и монтажу.