Статьи

Нефтепереработка

На нефтяных месторождениях эксплуатируются следующие установки обезвоживания и обессоливания нефти:

  • термохимические установки обезвоживания нефти (ТХУ);
  • электрообессоливающие установки (ЭЛОУ).

Рис.1. Технологическая схема термохимической установки обезвоживания нефти

В термохимической установке обезвоживания нефти (рис.1) сырую нефть (нефтяная эмульсия) I из сырьевого резервуара 1 насосом 2 через теплообменник 3 подают в трубчатую печь 4. Перед насосом 2 в нефть закачивают реагент-деэмульгатор II. В теплообменнике 3 и трубчатой печи 4 нефтяная эмульсия подогревается, и в процессе ее турбулентного перемешивания в насосе и при движении по трубному змеевику в печи происходит доведение реагента-деэмульгатора до капель пластовой воды и разрушение бронирующих слоев асфальтосмолистых веществ. Нагрев в трубчатой печи осуществляется при необходимости нагрева нефтяной эмульсии до температуры выше 120 °С (при повышенном давлении, чтобы не допустить вскипания воды). При меньших температурах нагрева вместо трубчатой печи 4 можно использовать пароподогреватель. Оптимальной температурой нагрева считается такая, при которой кинематическая вязкость нефтяной эмульсии составляет 4 * 10-6 м2/с. Неустойчивая эмульсия из трубчатой печи 4 поступает в отстойник 5, где расслаивается на нефть и воду. Обезвоженная нефть выводится сверху из отстойника 5, проходит через теплообменник 3, где отдает часть тепла поступающей на деэмульсацию сырой нефти и поступает в резервуар 6, из которого товарная нефть III насосом откачивается в магистральный нефтепровод. Отделившаяся в отстойнике 5 пластовая вода IV направляется на установку по подготовке сточных вод.

Наиболее эффективным считается способ обессоливания на электрообессоливающей установке (рис.2). При этом для стабилизации обводненности нефтяной эмульсии, поступающей в электродегидратор, вводится ступень теплохимического обезвоживания. Сырая нефть I из сырьевого резервуара 1 сырьевым насосом 2 прокачивается через теплообменник 3 и подогреватель 4 и поступает в отстойник 5. Перед сырьевым насосом в сырую нефть вводят реагент-деэмульгатор II, поэтому в отстойнике 5 из сырой нефти

в

Рис.2. Технологическая схема электрообезвоживающей установки

ыделяется основное количество пластвой .воды. Из отстойника ^ 5 нефть с содержанием остаточной воды до 1—2 % направляется в электродегидратор 8. При этом перед электродегидратором в .поток нефти вводят пресную воду III и деэмульгатор II, так что перед обессоливанием обводненность нефти в зависимости от содержания солей доводится до 8—15 %. Соли растворяются в пресной воде и после отделения воды от нефти в электродегидраторе нефть становится обессоленной. Сверху электродегидратора 8 выходит обезвоженная и обессоленная нефть, которая, пройдя промежуточную емкость 7, насосом 6 прокачивается через теплообменник 3, подогревая сырую нефть, и направляется в резервуар 9 товарной нефти. Вода IV,отделившаяся от нефти в отстойнике 5 и электродегидраторе 8, направляется на установку по подготовке воды. Товарная нефть V насосом откачивается в магистральный нефтепровод.

Принципиальная схема перегонки нефти в ректификационных колоннах:

Здесь 1 — трубчатая печь, 2 — ректификационная колонна, 3, 4 — теплообменники

Вначале нефть нагревается до 350 градусов по цельсию в трубчатых печах. Оттуда подается в ректификационную колонну:

Процессы перегонки нефти осуществляют на атмосферно-трубчатых (АТ), вакуумных трубчатых (ВТ) или атмосферно-вакуумных трубчатых (АВТ) установках. На установках АТ осуществляют неглубокую перегонку нефти с получением топливных (бензиновых, керосиновых, дизельных) фракций и мазута. Установки ВТ предназначены для перегонки мазута. Получаемые на них газойлевые, масляные фракции и гудрон используют в качестве процессов последующей (вторичной) переработки их с получением топлив, смазочных масел, кокса, битумов и др. Современные процессы перегонки нефти являются комбинированными с процессами обезвоживания и обессоливания, вторичной перегонки и стабилизации бензиновой фракции: ЭЛОУ-АТ, ЭЛОУ-АВТ, ЭЛОУ-АВТ — вторичная перегонка и т.д.

 

 

 

 

 

Крекинг — высокотемпературная переработка нефти с расщеплением молекул углеводородов и получением продуктов меньшей молекулярной массы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 вида крекинга: 1 — термический, 2 — каталитический;

 

продолжение следует…

Проектирование стальных конструкций

Я Новиков Андрей Валерьевич — один из лучших специалистов в г. Уфе по проектированию и обследованию металлоконструкций. Пишу данную статью в связи с непониманием некоторых заказчиков важности и сложности правильно рассчитать стальные конструкции. Непонимание, стремление сэкономить на проектировщике приводит к перерасходу (в лучшем случае) средств на металл, на СМР, а это от десятков тысяч рублей до миллионов. Ну а в худшем случае приводит к авариям и гибели людей.

 

 

 

 

 

Кстати в Яндекс-новостях аварии только в России, в среднем случаются 2 раза в месяц (падают крыши, стены домов и т.п.). В реальности аварии случаются в несколько раз чаще: чтобы не пугать народ их просто не афишируют. Интересная ссылка по данной тематике: bcrash.ru

Расчет стальных конструкций ведется по 2-м группам предельных состояний:

1 группа: Расчет на прочность стальных конструкций (группа расчетов — расчет каждого элемента в зависимости от вида напряженного состояния на изгиб, кручение, сжатие, растяжение, смятие…);

2 группа предельных состояний: Расчет по деформациям, на устойчивость;

В зависимости от нагрузок, действующих на конструкцию, изменяются напряжения в элементах стальной конструкции.

Из курса «Сопротивления материалов» см. рисунок:

 

 

 

в условном элементе стальной конструкции действуют нормальные и касательные напряжения. Расчет по первой группе предельных состояний означает, что в наиболее нагруженном состоянии ни в одном элементе стальной конструкции главные напряжения не будут превышать предела текучести стали.

продолжение следует…

 Технологические печи

Назначение, принцип действия и классификация трубчатых печей

Печь предназначена для нагрева углеводородного сырья теплоносителем, а также для нагрева и осуществления химических реакций за счет тепла выделенного при сжигании топлива непосредственно в этом аппарате. Трубчатые печи используются при необходимости нагрева среды (углеводородов) до температур более высоких, чем те, которых можно достичь с помощью пара, т. е. примерно свыше 230 °С.

Трубчатые печи получили широкое распространение в нефтехимической промышленности, где их используют для высокотемпературного нагрева и реакционных превращений жидких и газообразных нефтепродуктов (пиролиза, крекинга). Нашли они применение и в химической промышленности.

Впервые трубчатые печи предложены русскими инженерами В. Г. Шуховым и С. П. Гавриловым.

Несмотря на большое многообразие типов и конструкций трубчатых печей, общими и основными элементами для них являются рабочая камера (радиация, конвекция), трубчатый змеевик, огнеупорная футеровка, оборудование для сжигания топлива (горелки), дымоход, дымовая труба (рис. 2.70).

Печь работает следующим образом. Мазут или газ сжигается с помощью горелок, расположенных на стенах или поду камеры радиации. Газы сгорания из камеры радиации поступают в камеру конвекции, направляются в дымоход и по дымовой трубе уходят в атмосферу.

Продукт одним или несколькими потоками поступает в трубы конвективного змеевика, проходит трубы экранов камеры радиации и нагретый до необходимой температуры, выходит из печи.

Тепловое воздействие на исходные материалы в рабочей камере печи, является одним из основных технологических приемов, ведущих к получению заданных целевых продуктов.

Главной частью трубчатой печи является радиационная секция, которая одновременно является и камерой сгорания.

Передача тепла в радиационной секции осуществляется преимущественно излучением, вследствие высоких температур газов в этой части печи.

Тепло, переданное в этой секции конвекцией, является только небольшой частью от общего количества переданного тепла, т. к. скорость газов, движущихся вокруг труб, большей частью определяется только местной разностью удельных весов газов, и передача тепла естественной конвекцией незначительна.

Продукты сгорания топлива являются первичным и главным источником тепла, поглощаемого в радиационной секции трубчатых печей. Тепло, выделившееся при горении, поглощается трубами радиационной секции, создающими так называемую поглощающую поверхность. Поверхность футеровки радиантной секции создает так называемую отражающую поверхность, которая (теоретически) не поглощает тепла, переданного ей газовой средой печи, а только излучением передает его на трубчатый змеевик, (рис. 2.71) 60…80 % всего используемого тепла в печи передается в камере радиации, остальное — в конвективной секции. Температура газов, выходящих из радиационной секции, обычно достаточно высока, и тепло этих газов можно использовать далее в конвективной части печи. Камера конвекции служит для использования физического тепла продуктов сгорания, выходящих из радиационной секции обычно с температурой 700…900 °С. В камере конвекции тепло к сырью передается в основном конвекцией и частично излучением трехатомных компонентов дымовых газов

Нагреваемое углеводородное сырье проходит последовательно сначала по змеевикам камеры конвекции, а затем направляется в змеевики камеры радиации. При таком противоточном движении сырья и про­дуктов сгорания топлива наиболее полно используется тепло, получен­ное при его сжигании.

Змеевик теплообменной печи ГС

Классификация трубчатых печей.

^ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ

По технологическому назначению различают печи нагревательные и реакционно-нагревательные.

В первом случае целью является нагрев сырья до заданной температуры. Это большая группа печей, применяемых в качестве нагревателей сырья, характеризуется высокой производительностью и умеренными температурами нагрева (300…500 °С) углеводородных сред (установки АТ, АВТ, ГФУ).

Во втором случае кроме нагрева в определенных участках трубного змеевика обеспечиваются условия для протекания направленной реакции.

Эта группа печей многих нефтехимических производств одновременно с нагревом и перегревом сырья используется в качестве реакторов. Их рабочие условия отличаются параметрами высокотемпературного процесса деструкции углеводородного сырья и невысокой массовой скоростью (установки пиролиза, конверсии углеводородных газов и др.).

^ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ

По способу передачи тепла нагреваемому продукту печи подразде­ляются:

  • на конвективные;
  • радиационные;
  • радиационно-конвективные.

^ КОНВЕКТИВНЫЕ ПЕЧИ

Конвективные печи — это один из старейших типов печей. Они являются как бы переходными от нефтеперегонных установок к печам радиационно-конвективного типа.

Практически в настоящее время эти печи не применяются, так как по сравнению с печами радиационными или радиационно-конвективными они требуют больше затрат как на их строительство, так и во время эксплуатации. Исключение составляют только специальные случаи, когда необходимо нагревать чувствительные к температуре вещества сравнительно холодными дымовыми газами.

Печь состоит из двух основных частей — камеры сгорания и трубчатого пространства, которые отделены друг от друга стеной, так что трубы не подвергаются прямому воздействию пламени и большая часть тепла передается нагреваемому веществу путем конвекции

^ РАДИАЦИОННЫЕ ПЕЧИ

В радиационной печи все трубы, через которые проходит нагреваемое вещество, помещены на стенах камеры сгорания.

Радиационные печи применяются при нагреве веществ до низких температур (приблизительно до 300 °С), при небольшом их количестве, при необходимости использования малоценных дешевых топлив и в тех случаях, когда особое значение придается низким затратам на сооружение печи.

^ РАДИАЦИОННО-КОНВЕКТИВНЫЕ ПЕЧИ

Радиационно-конвективная печь (рис. 2.73) имеет две отделенные друг от друга секции: радиационную и конвективную.

Большая часть используемого тепла передается в радиационной секции (обычно 60…80 % всего использованного тепла), остальное – в конвективной секции.

Конвективная секция служит для использования физического тепла продуктов сгорания, выходящих из радиационной секции обычно с температурой 700…900 °С, при экономически приемлемой температуре нагрева 350…500 °С (соответственно температуре перегонки).

Величина конвективной секции, как правило, подбирается с таким расчетом, чтобы температура продуктов сгорания, выходящих в боров, была почти на 150 °С выше, чем температура нагреваемых веществ при входе в печь. Поэтому тепловая нагрузка труб в конвективной секции меньше, чем в радиационнойчто обусловлено низким коэффициентом теплоотдачи со стороны дымовых газов.

С внешней стороны иногда эти трубы снабжаются добавочной поверхностью – поперечными или продольными ребрами, шипами и т. п.

Почти все печи, эксплуатируемые в настоящее время на нефтеперерабатывающих заводах, являются радиационно-конвекционными. В печах такого типа трубные змеевики размещены и в конвекционной и в радиантной камерах.

По конструктивному оформлению трубчатые печи классифици­руются:

— по форме каркаса:

а) коробчатые ширококамерные (рис. 2.74а), узкокамерные (рис. 2.74б);

б) цилиндрические(рис. 2.74в);

в) кольцевые;

г) секционные;

Рис. 2.74. Форма каркаса печи: а — коробчатой ширококамерной печи; б — коробчатой узкокамерной печи; в —цилиндрической печи

по числу камер радиации:

а) однокамерные;

б) двухкамерные;

в) многокамерные;

по расположению трубного змеевика:

а) горизонтальное (рис. 2.75а);

б) вертикальное (рис. 2.75б);

Рис. 2.75. Расположение трубного змеевика: а — горизонтальное; б — вертикальное

по расположению горелок:

а) боковое;

б) подовое;

по топливной системе:

а) на жидком топливе (Ж);

б) на газообразном топливе (Г);

в) на жидком и газообразном топливе (Ж+Г);

по способу сжигания топлива:

а) факельное;

б) беспламенное сжигание;

по расположению дымовой трубы:

а) вне трубчатой печи (рис. 2.76а);

б) над камерой конвекции (2.76б);

по направлению движения дымовых газов:

а) с восходящим потоком газов;

б) с нисходящим потоком газов;



г) с горизонтальным потоком газов.

Показатели работы печей

Каждая трубчатая печь характеризуется тремя основными показа­телями:

  • производительностью,
  • полезной тепловой нагрузкой,
  • коэффициентом полезного действия. Производительность печи выражается количеством сырья, нагреваемого в трубных змеевиках в единицу времени (обычно в т/сутки).

Она определяет пропускную способность печи, т. е. количество на­греваемого сырья, которое прокачивается через змеевики при установ­ленных параметрах работы (температуре сырья на входе в печь и на выходе из нее, свойствах сырья и т. д.).

Таким образом, для каждой печи производительность является наи­более полной ее характеристикой.

Полезная тепловая нагрузка — это количество тепла, переданного в печи сырью (МВт, Гкал/ч). Она зависит от тепловой мощности и размеров печи. Тепловая нагрузка большинства эксплуатируемых печей 8…16 МВт.

Перспективными являются более мощные печи с тепловой нагрузкой 40…100 МВт и более.

Коэффициент полезного действия печи характеризует экономичность ее эксплуатации и выражается отношением количества полезно используемого тепла Qпол к общему количеству тепла Qобщ, которое вы­деляется при полном сгорании топлива. Полезно использованным считается тепло, воспринятое всеми нагреваемыми продуктами (потоками): сырьем, перегреваемым в печи паром и в некоторых случаях воздухом, нагреваемым в рекуператорах (воздухоподогревателях).

Значение коэффициента полезного действия зависит от полноты сгорания топлива, а также от потерь тепла через обмуровку печи и с уходящими в дымовую трубу газами.

Трубчатые печи, эксплуатируемые в настоящее время на нефтеперерабатывающих заводах, имеют КПД в пределах 0,65…0,87.

Повышение коэффициента полезного действия печи за счет более полного использования тепла дымовых газов возможно до значения, определяемого их минимальной температурой. Как правило, температура дымовых газов, покидающих конвекционную камеру, должна быть выше начальной температуры нагреваемого сырья не менее чем на 120…180 °С.

Эксплуатационные свойства каждой печи наряду с перечисленными показателями характеризуются:

  • теплонапряженностью поверхности нагрева;
  • тепловым напряжением топочного объема;
  • гидравлическим режимом в трубном змеевике при установившейся работе.

От комплекса этих показателей зависят эффективность работы трубчатых печей и срок их службы

^ ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ПЕЧЕЙ

В промышленности применяется большое число различных конструкций и типоразмеров трубчатых печей. При выборе печи в основном следует учитывать вид топлива (газовое или комбинированное); требование технологического процесса к расположению труб камеры радиации (горизонтальное или вертикальное); необходимость дифференциального подвода тепла к трубам камеры радиации; количество регулируемых потоков; время пребывания продукта в печи или камере радиации. В настоящем кратком обзоре нет необходимости характеризовать печи всех известных типов. Рассмотрим только печи основных типов, имеющих широкое распространение.

На действующих установках нефтегазопереработки широко распространены шатровые печи и печи беспламенного горения, которые в настоящее время отнесены к печам устаревшей конструкции.

Шатровые печи (рис. XXI-6), имеющие две камеры радиации с наклонным сводом и одну камеру конвекции, расположенную в центре печи, применяются на установках АВТ производительностью 1,5 — 3,0 млн. т/год. Нагреваемое сырье поступает в конвекционную камеру и двумя потоками проходит через трубы. В печи имеются муфели, в которых размещаются форсунки. Горение топлива практически завершается в муфельном канале, и в топку поступают раскаленные продукты сгорания. Двухскатные печи шатрового типа имеют серьезные недостатки: они громоздки, металлоемки, КПД их не превышает 0,74, теплонапряженность камер низкая, дымовые газы покидают конвекционную камеру при сравнительно высокой температуре (450-500 °С).

В 60-е годы на АВТ и других технологических установках начали широко применяться печи беспламенного горения с излучающими стенками (рис. XXI-7). Беспламенные панельные горелки расположены пятью рядами в каждой фронтальной стене камеры радиации. Каждый горизонтальный ряд имеет индивидуальный газовый коллектор, что создает возможность независимого регулирования теплопроизводительности горелок одного ряда и теплопередачи к соответствующему участку радиантного экрана 2. Печи беспламенного горения компактны, малогабаритны.

^ Рис. XXI-7. Трубчатая печь беспламенного горения с излучающими стенками:

— беспламенные панельные горелки; 2 — змеевик радиантных труб; 3 — змеевик конвекционных труб; 4 — футеровка; 5 — каркас; —выхлопное окно; 7 — смотровое окно; 8 — люк-лаз; 9 — резервные горелки

В совершенствование и конструирование трубчатых печей нового типа, повышение их эффективности, типизацию и стандартизацию печного оборудования большой вклад сделан ВНИИнефтемашем, который создал и осуществил внедрение в промышленность трубчатых печей ряда типов, по которым издан каталог, позволяющий выбрать конструкцию и размеры типовой трубчатой печи для соответствующего технологического процесса.

При составлении каталога были приняты следующие условные обозначения: первая буква — конструктивное исполнение (Г — трубчатые печи с верхним отводом дымовых газов и горизонтальными радиантными трубами; В — трубчатые печи с верхним отводом дымовых газов и вертикальными радиантными трубами; Ц — цилиндрические трубчатые печи с верхней камерой конвекции; К — цилиндрические трубчатые печи с кольцевой камерой конвекции; С — секционные трубчатые печи. ); вторая буква — способ сжигания топлива (С — свободный факел; Н — настильный факел; Д — настильный факел с дифференциальным подводом воздуха по высоте факела). Цифра, стоящая после буквенного обозначения, означает число радиантных камер или секций, при отсутствии цифры печь однокамерная или односекционная.

Печи типа ГС — коробчатые с верхним отводом дымовых газов, горизонтальным расположением труб в радиантной и конвекционной камерах и свободного вертикального сжигания комбинированного топлива (рис. XXI-8). Горелки расположены в один ряд в поду печи. Обслуживание горелок производится с одной стороны печи, что позволяет устанавливать рядом две камеры радиации (рис. XXI-9, печи типа ГС2 ).

а —ГС1—с вертикальным свободным факелом и подовыми горелками;

; / — горелки; ^ 2 — трубы радиантной камеры; — трубы кон­векционной камеры; — горелки резервного жидкого топлива; 5 — штуцер для подачи воз­духа.

Печи типа ГС применяются на установках атмосферной и вакуумной перегонки нефти, вторичных процессов.

^ Рис. XXI-8. Схема трубчатой печи типа ГС:

— горелка; — змеевик радиантных труб; — змеевик конвекционных труб; 4 — воз­духоподогреватель; 5 — дымовая труба; 6 — лестничная площадка; 7 — футеровка; 8 — карка

Рис. ХХ1-9. Конструкция трубчатой печи типа ГС2:

1 — горелка; 2 — змеевик радиантных труб; — каркас; — футеровка; 5 — змеевик конвекционных труб;6 — лестничная площадка; 7 — дымовая труба

Печи типа ГС2 предпочтительны на установках замедленного коксования, крекинг-процессов, где требуется нагрев нефтепродуктов с низкими значениями теплонапряженности поверхности нагрева (29 кВт/м2).

Печи типа ГН — коробчатые с верхним отводом дымовых газов, горизонтальным настенным или центральным трубным экраном и объемно-настильного сжигания комбинированного топлива (вариант I) или настильного сжигания газового топлива на фронтальные стены (вариант II).

При исполнении печи по варианту I горелки расположены в два ряда на фронтальных стенах под углом 45° (рис. XXI-10). По оси печи расположена настильная стена, на которую направлены горящие факелы. Печь ГН2 имеет две камеры радиации и применяется для процессов, требующих «мягкий» режим нагрева (установки замедленного коксования, крекинг-процессы).

По варианту II горелки расположены ярусами на фронтальных стенах, а двухрядный горизонтальный экран — по оси печи. Тепло к экранам передается от фронтальных стен, на которые настилаются факелы веерных горелок. Данный тип печи предназначен для реконструкции существующих печей беспламенного горения, а также в процессах средней производительности, обеспеченных газовым топливом, в том числе с большим процентом водорода.

^ Рис Схема трубчатой печи типа ГН

— горелка; 2 — змеевик радиантных труб; 3 — настильная стенка; 4 — змеевик конвекционных труб; 5 — дымовая труба; б — лестничная площадка; 7 — футеровка; 8 — каркас

Печи типа ВС — узкокамерные секционные с верхним отводом дымовых газов и вертикальными трубами змеевика (рис. XXI-11). Производительность каждой секции 10—17 МВт. Вертикальные трубы радиантного змеевика расположены у всех четырех стен камеры. Газомазутные горелки расположены в поду камеры, обслуживание горелок с двух сторон. Предусмотрены четыре типоразмера этих печей, каждый типоразмер отличается количеством одинаковых камер радиации.

Над камерой радиации расположена камера конвекции прямоугольного сечения с горизонтальными гладкими трубами. У многосекционных трубчатых печей камеры радиации отдельных секций объединены в общем корпусе. Смежные секции отделены одна от другой двумя рядами труб радиантного змеевика двустороннего облучения. В крайних секциях у стен радиантные трубы размещены в один ряд.

^ Рис Конструкция трубчатой печи типа ВС 1-камера конвекции, 2- змеевик радиантных труб, 

Печи типа СС — секционные с горизонтально расположенным змеевиком, отдельно стоящей конвекционной камерой, встроенным воздухоподогревателем и свободного вертикально-факельного сжигания топлива. Трубный змеевик каждой секции состоит из двух или трех транспортабельных пакетов заводского изготовления. Змеевик каждой секции самонесущий и устанавливается непосредственно на поду печи.

Печи типа ЦС — цилиндрические с пристенным расположением труб змеевика в одной камере радиации и свободного вертикально-факельного сжигания комбинированного топлива. Печи выполняются в двух вариантах: без камеры конвекции и с камерой конвекции (рис. XXI-12).

Цилиндрическая камера радиации установлена на столбчатом фундаменте для удобства обслуживания газовых горелок, размещенных в поду печи. Радиантный змеевик собран из вертикальных труб на приваренных калачах; в центре пода печи установлена газомазутная горелка. Змеевики упираются на под печи, вход и выход продукта осуществляется сверху.

^ Рис. XXI-12. Конструкция трубчатой печи типа ЦС:

— горелка; 2 — змеевик радиантных труб; — каркас; — футеровка; 5 — змеевик конвекционных труб. Потоки: / — продукт на входе; // — продукт на выходе

Печь типа ЦД4 является радиантно-конвекционной, у которой по оси камеры радиации имеется рассекатель-распределитель в виде пирамиды с вогнутыми гранями, представляющими собой настильные стены для факелов горелок, установленных в поду печи.

Рассекатель-распределитель разбивает камеру радиации на несколько независимых зон теплообмена (см. рис. XXI-13, их четыре) с целью возможной регулировки теплонапряженности по длине радиантного змеевика. Внутренняя полость каркаса рассекателя разбита на отдельные воздуховоды; в кладке грани рассекателя по высоте грани есть каналы прямоугольного сечения для подвода вторичного воздуха к настильному факелу каждой грани. Каждый воздуховод оснащен поворотным шибером, управляемым с площадки обслуживания.

В кладке граней рассекателя на двух ярусах по высоте граней расположены каналы прямоугольного сечения для подвода вторичного воздуха из воздуховодов к настильному факелу каждой грани. Изменяя подачу воздуха через каналы, можно регулировать степень выгорания топлива в настильном факеле, что позволяет выравнивать теплонапряженность по высоте труб в камере радиации.

Радиантный подвесной змеевик состоит из труб, расположенных у стен цилиндрической камеры. Настенные радиантные трубы размещены в один ряд и имеют одностороннее облучение, а радиальные с двусторонним облучением размещены в два ряда.

Печи типа КС — цилиндрические с кольцевой камерой конвекции, встроенным воздухоподогревателем, вертикальными трубными змеевиками в камерах радиации и конвекции и свободного вертикально-факельного сжигания топлива (рис. XXI-14). Комбинированные горелки расположены в поду печи. На стенах камеры радиации установлен одно- или двухрядный настенный трубный экран. Конвективный змеевик так же, как и воздухоподогреватель, набирают секциями и располагают в кольцевой камере конвекции, установленной соосно с цилиндрической радиантной камерой.

Печи типа КД4 — цилиндрические четырехсекционные с кольцевой камерой конвекции, встроенным воздухоподогревателем, дифференциаль­ным подводом воздуха по высоте факела, вертикальным расположением

змеевика радиантных и конвекционных труб, настильным сжиганием комбинированного топлива.

Печи выполняются в двух конструктивных исполнениях: с дымовой трубой, установленной на печи (рис. XXI-15) или стоящей отдельно.

Дутьевые комбинированные горелки расположены в поду печи. Оси горелок наклонены в сторону рассекателя-распределителя, установленного в центре печи.

Рассекатель изготовлен в виде пирамиды с вогнутыми гранями, представляющими собой настильные стены для факелов горелок каждой камеры радиации. Рассекатель выполняет следующие функции: делит объем радиантной камеры на четыре автономные зоны теплообмена, что позволяет осуществлять дифференцированный подвод тепла по длине радиантного змеевика; является поверхностью настила факелов горелок, которые имеют стабильную толщину, что позволяет приблизить трубные экраны к горелкам и сократить объем камеры.

В печи осуществляется двухстадийное сжигание топлива. Первичный воздух (около 70 % объема) подается принудительно к горелкам, а остальное количество — по высоте настила, для чего в кладке граней расположены каналы прямоугольного сечения, а в каркасе рассекателя — отдельные воздуховоды, количество которых вдвое превышает количество граней. Каждый воздуховод оснащен поворотным шибером. Двухстадийное сжигание топлива дает возможность растянуть факелы по высоте граней и повысить равномерность излучения по высоте радиантных труб. Конвективный змеевик, как и воздухоподогреватель, набирают секциями и размещают в кольцевой камере конвекции, расположенной соосно с цилиндрической радиантной камере.

Газорегуляторные пункты шкафные

Габаритный чертеж

Габаритный чертеж ГРПШ-32-СГ Габаритный чертеж ГРПШ-32-СГ

1 — шкаф; 2 — технологическое оборудование; 3, 4 — дверки; 5 — обогреватель; 6 — газопровод.

Пневматическая функциональная схема ГРПШ-32-СГ

Схема пневматическая функциональная ГРПШ-32-СГ

1 — основная линия; 2 — обводная линия; 4 — фильтр сетчатый; 5 — счетчик газа; 6 — термометр манометрический самопишущий;
7 — манометр самопишущий; 13 — регулятор давления; 17 — клапан предохранительно-сбросной; 12, 22 — манометры; 8, 11, 23 — клапаны трехлинейные; 24, 26 — сбросные линии; 3, 9, 10,14, 15, 16,18, 19, 27,28, 29, 32 — запорная арматура; 21 — вентиль; 30 — обогреватель.

Устройство и принцип работы

ГРП шкафной представляет собой металлический шкаф (1) с размещенным в нем технологическим оборудованием (2). Для удобства обслуживания в шкафу имеются двери (3; 4). Под днищем расположен обогреватель (5), предназначенный для обогрева ГРП шкафного в холодное время. Газ к обогревателю подводится по газопроводу (6).(см. габаритный чертеж)

Технологическое оборудование ГРП шкафного состоит из основной (рабочей) линии (1) и обводной (байпасной) линии (2). Газ через кран (3) поступает к фильтру сетчатому (4), очищается от механических примесей и проходит дальше через счетчик газа (5), предназначенный для измерения объема проходящего потока газа. Для корректировки показаний счетчика (5) по температуре и давлению газа установлены термометр манометрический самопишущий (6) и манометр самопишущий (7), подключенный через кран (8).

Для визуального наблюдения за давлением газа и измерения перепада давления на фильтре (4) установлены краны <9; 10), клапан (11) и манометр (12). После счетчика (5) газ поступает к регулятору давления (13), предназначенному для снижения давления газа и поддержания его в заданных пределах. На импульсных линиях регулятора (13) установлены краны (14; 15). От регулятора давления через кран (16) газ поступает к потребителю.

На выходе основной линии установлен предохранительно-сбросной клапан (1)7 с краном (18). Для измерения давления газа на выходе установлен кран (19). Для обеспечения бесперебойной подачи газа к потребителю при ремонте оборудования предусмотрена обводная линия (2) с установленными на ней краном (20), вентилем (21) и манометром (22) для контроля давления, подключенным через клапан (23). Для сброса газа на основной линии (1) предусмотрен сбросной трубопровод (26) с краном (27). Краны (28; 29) предусмотрены для измерения перепада давления на счетчике (5). Для подачи газа к обогревателю (30) установлен кран (32).

Как хранят газ и что такое ПХГ

Любой продукт надо как-то хранить. Газ не исключение. Индустрия подземного хранения газа имеет уже почти столетнюю историю.

Колебания и пики

ПХГ (подземные хранилища газа) в значительной мере способствуют надежности снабжения потребителей газом. Они позволяют выравнивать суточные колебания газопотребления и удовлетворять пиковый спрос в зимний период. Особенно важны ПХГ в России с ее климатическими особенностями и удаленностью источников ресурсов от конечных потребителей. В России действует не имеющая мировых аналогов Единая система газоснабжения (ЕСГ), ее неотъемлемая часть — система ПХГ. Подземные хранилища позволяют гарантированно обеспечивать потребителей природным газом независимо от времени года, колебаний температуры, форс-мажорных обстоятельств.

В зимнее время действующие 25 хранилищ обеспечивают до четверти суточных ресурсов газа ЕСГ России, что сопоставимо с суммарным отбором из Ямбургского, Медвежьего и Юбилейного месторождений.

Предусмотрительная природа

Однако газ занимает значительно больший объем, чем твердое тело или жидкость. Поэтому найти для него герметичные резервуары было бы затруднительно, если бы природа уже не построила их. Пористые пласты песчаника в земной коре, герметично закупоренные сверху куполом из слоя глины, являются природными ПХГ. В порах песчаника может находиться вода, но могут скапливаться и углеводороды. В процессе создания ПХГ в водоносном слое газ, скапливающийся под глиняной покрышкой, вытесняет воду вниз.

Если в пласте-коллекторе изначально содержатся углеводороды, то он является месторождением нефти или газа. Герметичность такой структуры уже доказана тем, что в ней скопились углеводороды.

Активный газ

В процессе создания хранилища часть газа захватывается в пласте-коллекторе, чтобы создать необходимое давление. Этот газ называется буферным. Его объем составляет приметно половину от всего газа, закачиваемого в хранилище. Газ, который потом будут извлекать из ПХГ, называется активным или рабочим газом.
Самое большое хранилище в мире — Северо-Ставропольское ПХГ. Его объем — 43 млрд кубометров активного газа. Этого хватило бы, чтобы покрыть годовое потребление, например, Франции или Нидерландов. Северо-Ставропольское ПХГ было построено в истощенном газовом месторождении.

Хранилища в истощенном месторождении или водоносном слое отличаются большим объемом, но небольшой гибкостью. Гораздо быстрее закачка и отбор газа происходят в тех хранилищах, которые созданы в пещерах каменной соли (хотя они и проигрывают в объеме ПХГ, созданным в истощенных месторождениях).

Пещеры с самозаживлением

Соляные пещеры являются идеальными по герметичности резервуарами. Построить подземную соляную пещеру для хранения газа не так уж и сложно, хотя это и долгий процесс. В подходящем по высоте пласте каменной соли бурятся скважины. Затем в них подается вода, в соляном пласте вымывается полость необходимого объема. Соляной купол не только непроницаем для газа — соль обладает способностью самостоятельно «заживлять» трещины и разломы.

В настоящее время в России строятся два хранилища в отложениях каменной соли — в Калининградской и Волгоградской областях.

Как это работает

Закачка газа — это его нагнетание в искусственную газовую залежь при заданных технологическим проектом показателях. Газ из магистрального газопровода поступает на площадку очистки газа от механических примесей, затем на пункт замера и учета газа, затем в компрессорный цех, где компримируется и подается на газораспределительные пункты (ГРП) по коллекторам. На ГРП общий газовый поток разделяется на технологические линии, к которым подключены шлейфы скважин. Обвязка технологических линий позволяет измерить производительности каждой скважины, температуру и давление газа при закачке.

Процесс хранения включает системный технологический, геологический и экологический контроль за объектом хранения газа и созданными производственными фондами.

Обратно в трубу

Отбор газа из подземного хранилища является практически таким же технологическим процессом, как и добыча из газовых месторождений, но с одним существенным отличием: весь активный (товарный) газ отбирается за период от 60 до 180 суток. Проходя по шлейфам, он поступает на газосборные пункты, где собирается в газосборный коллектор. Из него газ поступает на площадку сепарации для отделения пластовой воды и механических примесей, после чего направляется на площадку очистки и осушки. Очищенный и осушенный газ поступает в магистральные газопроводы.

Другие способы

Еще можно хранить газ в сжиженном виде. Это самый дорогостоящий из всех способов хранения, но такое решение применяется в тех случаях, когда вблизи крупных потребителей невозможно построить хранилища другого типа. Возможность создания такого хранилища в районе Санкт-Петербурга в настоящее время рассматривается специалистами «Газпрома».

Кроме того, российская газовая промышленность обладает технологией хранения гелия.

Как транспортируют природный газ

После извлечения из недр земли или моря газ нужно доставить потребителям. Длина газопроводов и газораспределительных сетей многократно превышает длину окружности Земли.

На большие расстояния газ перекачивается по магистральным газопроводам, но при доставке газа конечным потребителям используются уже газопроводы меньшего диаметра — газораспределительные сети. В зависимости от категории потребителя различают сети низкого (для газоснабжения жилых домов), высокого и среднего давления, которые предназначены для снабжения промышленных предприятий.

Перед трубой

Самым распространенным способом доставки газа потребителям является транспортировка по трубам.

Но перед пуском газа по трубам его необходимо подготовить. Дело в том, что вместе с природным газом из скважины выходят различные примеси, которые могут испортить оборудование. Газ очищают от них несколько раз: непосредственно при выходе из скважины, в наземных сепараторах, а затем еще при транспортировке и на компрессорных станциях.

Сам по себе процесс транспортировки требует пристального внимания целого штата диспетчеров, которые фиксируют режимы прокачки. Они должны учитывать суточную и сезонную неравномерность потребления газа на конечном пункте.

Лишнее в газе

Газ нужно осушить, поскольку содержащаяся в нем влага также портит оборудование и может создать в трубе пробки — так называемые кристаллогидраты, которые внешне похожи на мокрый спрессованный снег. Газ осушают, пропуская его через адсорбенты, либо охлаждая газовый поток. Охладить газ можно при помощи холодильных установок или путем дросселирования — понижения давления в месте сужения трубопровода. Кроме того, перед тем, как запустить газ в трубу, из него извлекают сероводород и углекислый газ.

Поскольку природный газ не имеет запаха, перед подачей потребителям его одорируют.

Летом тоже нужно меньше газа

Если суточную неравномерность потребления газа контролируют диспетчеры, то сезонная неравномерность компенсируется изменением режима работы компрессорной станции (КС), где газ сжимают, или подключением к газопроводу хранилища газа (ПХГ).
В процессе сжатия газа на КС повышается его температура, поэтому газ нужно охлаждать, чтобы не допустить порчи оборудования. Для этого используются аппараты воздушного охлаждения (АВО). Кроме того, газ охлаждают, чтобы увеличить пропускную способность газопровода.
Природный газ занимает наименьший объем, если он находится в сжиженном состоянии. И его тоже можно транспортировать, но уже в специальных емкостях.

Газ в цифрах

В настоящее время с точки зрения эффективности максимальным диаметром газопровода считается 1420 мм.
Российская газотранспортная система является крупнейшей в мире. Средняя дальность транспортировки газа в 2010 году составила более 2,5 тыс. км при поставках для внутреннего потребления и почти 3,3 тыс. км при поставках на экспорт.
На сегодняшний день протяженность магистральных газопроводов на территории России составляет 161,7 тыс. км. Если вытянуть их в линию, она четырежды опоясала бы Землю.
Протяженность газораспределительных газопроводов, обслуживаемых дочерними и зависимыми предприятиями «Газпрома», составляет более 632 тыс. км, т. е. 80% от общей длины газораспределительных сетей в России. Таким образом, длина всех газораспределительных сетей в России составляет около 765 тыс. км, что уже почти в 20 раз больше окружности Земли.

 

Как газ доставляется потребителям

Для доставки газа конечным потребителям недостаточно толькомагистральных газопроводов. Для того чтобы газ загорелся голубым пламенем на газовой плите, он должен из магистрального газопровода поступить в распределительный, а затем пройти по внутридомовым газопроводам.

Газораспределение

Если магистральные газопроводы — это артерии газотранспортной системы, то распределительные и внутридомовые газопроводы — ее капилляры.

Этапы снижения давления газа

11,8 МПа — достигаемый уровень давления в магистральных газопроводах, проходящих по суше.
До 1,2 МПа снижается давление газа на газораспределительных станциях(ГРС) на пути к потребителю.
0,005 МПа — максимальный уровень давления в жилых домах. До параметров, необходимых потребителю, давление снижается на газорегуляторных пунктах (ГРП).

ГРС и ГРП не только снижают, но и поддерживают требуемый уровень давления газа на выходе. Кроме того, на ГРС происходит очистка и осушка газа, проводится его одоризация (придание газу характерного запаха).

В зависимости от категории потребителя различают распределительные газопроводы низкого давления — для газоснабжения жилых домов; среднего и высокого (I и II категории) давления — для подачи газа на промышленные предприятия.

Предприятия Жилые дома
Класс давления
в газопроводе
Высокое
I категории
II категории Среднее Низкое
Рабочее давление 1,6 1,2 0,6 0,3 0,005 МПа
Вид транспортируемого газа СУГ Природный газ и сжиженный углеводородный газ (СУГ)

Внутренние газопроводы

Для того чтобы подвести газ непосредственно к газовой плите, используют внутренние газопроводы — это газопроводы, проложенные от наружной конструкции здания до места подключения расположенного внутри зданий газоиспользующего оборудования.

Строительные нормы и правила

Все требования, предъявляемые к системе газоснабжения, строго регламентированы. Они прописаны в Строительных нормах и правилах (так называемых СНиПах).

В частности, в СНиПе «Газораспределительные системы» прописано, что для подземных газопроводов следует применять полиэтиленовые и стальные трубы. Для наземных и надземных газопроводов — стальные трубы, а для внутренних газопроводов низкого давления разрешается применять стальные и медные трубы.

Телефон газовой аварийной службы — 04

Внутридомовое газовое оборудование

Цепочка поставки газа от месторождения до населения не заканчивается поступлением газа во внутренние газопроводы. Важным звеном в этой цепи является и внутридомовое газовое оборудование (ВДГО).

ВДГО — это все газоиспользующее оборудование, которое находится в жилом доме. Это газовые плиты, варочные панели, духовки, водонагреватели, отопительные котлы, приборы учета газа и газопроводы многоквартирного или жилого дома.


Каждый из нас может приобрести для своего дома любое газовое оборудование, главное, чтобы оно отвечало техническим требованиям. Уcтанавливать и подключать оборудование может только представитель специализированной организации, которая имеет допуск к работе с этим оборудованием. Обслуживать ВДГО должна газораспределительная организация (ГРО), которая имеет в своем составе аварийно-диспетчерскую службу (либо заключившая договор об оказании услуг аварийно-диспетчерской службы).

Проверка газового оборудования обязательно проводится один раз в год. Газовики предупредят о ней минимум за неделю. Лучше дождаться их прихода, иначе у поставщиков может появиться повод прекратить поставки газа. Специалисты «горгаза» и региональной газовой компании также проверят показания счетчика и целостность пломбы на нем.

Платить за газ необходимо раз в месяц не позднее 10 числа месяца, следующего за месяцем поставки. Если задержать оплату на три месяца, газ могут отключить. Также основанием для прекращения поставок может служить неисправность оборудования или отсутствие соответствующего сертификата на него.

Все новые частные потребители платят за газ по счетчикам. Есть и другая форма определения оплаты — по нормам потребления: в зависимости от числа проживающих, типа используемого оборудования, площади отапливаемых помещений. Цены на услуги слесарей «горгазов» регулируются прейскурантами, которые утверждаются органами власти субъектов Российской Федерации.

ОТОПЛЕНИЕ И ГОРЯЧЕЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ

«

Системы отопления с насосной циркуляцией

»

Как уже неоднократно упоминалось, главным недостатком системы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя является низкий циркуляционный напор (особенно в квартирной системе) и вследствие этого увеличенный диаметр труб. Достаточно слегка ошибиться с выбором диаметров труб и теплоноситель уже «зажат» и не может преодолеть гидравлического сопротивления. «Разжать» систему можно без каких-либо значительных переделок: включить в нее циркуляционный насос (рис. 12) и перенести расширительный бачок с подачи на обратку. Следует заметить, что перенос расширителя на обратку не всегда обязателен. При простой переделке несложной отопительной системы, например, квартирной, бачок можно оставить там, где он стоял. При правильной реконструкции или устройстве новой системы бачок переносится на обратку и заменяется с открытого на закрытый.

Рис. 12. Циркуляционный насос
Рис. 12. Циркуляционный насос

Какой мощности должен быть циркуляционный насос, как и куда его устанавливать?

Циркуляционные насосы для бытовых систем отопления имеют низкое потребление электроэнергии — около 60–100 ватт, то есть как обычная лампочка, они не поднимают воду, а лишь помогают ей преодолеть местные сопротивления в трубах. Эти насосы можно сравнить с движителем (винтом) корабля: винт толкает воду и обеспечивает продвижение судна, но при этом воды в океане не убавляется и не прибавляется, то есть общий баланс воды остается прежним. Циркуляционный насос, закрепленный к трубопроводу, толкает воду, но сколько бы он ее не вытолкнул, с другой стороны к нему поступает такое же количество воды, то есть опасения, что насос вытолкнет теплоноситель через открытый расширитель напрасны: система отопления, это замкнутый контур и количество воды в нем постоянное. Помимо циркуляционных в централизованные системы могут быть включены повысительные насосы, которые повышают давление и способны поднимать воду, их собственно и нужно называть насосами, а циркуляционные, в переводе на общепонятный язык, и насосами-то назвать трудно — так… вентиляторы. Сколько бы не гонял обычный бытовой вентилятор воздух по квартире, все на что он способен, это создать ветерок (циркуляцию воздуха), но не способен изменить атмосферное давление даже в наглухо закрытом помещении.

В результате применения циркуляционного насоса значительно увеличивается радиус действия отопительной системы, сокращаются диаметры трубопроводов и создается возможность присоединения систем к котлам с повышенными параметрами теплоносителя. Чтобы обеспечить бесшумную работу водяной системы отопления с насосной циркуляцией, скорость движения теплоносителя не должна превышать: в трубопроводах, прокладываемых в основных помещениях жилых зданий, при условных проходах труб 10, 15 и 20 мм и более соответственно 1,5; 1,2 и 1 м/с; в трубопроводах, прокладываемых в вспомогательных помещениях жилых зданий — 1,5 м/с; в трубопроводах, прокладываемых в вспомогательных зданиях — 2 м/с.

Для обеспечения бесшумности системы и доставки ею требуемого объема теплоносителя необходимо произвести небольшой расчет. Мы уже знаем, как ориентировочно определить требуемую мощность котла (в киловаттах), исходя из площади отапливаемых помещений. Оптимальный расход воды, проходящий через котел, рекомендованный многими фирмами-изготовителями котельного оборудования, рассчитывается по простой эмпирической формуле: Q=P, где Q — расход теплоносителя через котел, л/мин; Р — мощность котла, кВт. Например, для котла мощностью 30 кВт расход воды составляет примерно 30 л/мин. Для определения расхода теплоносителя на любом участке циркуляционного кольца используем эту же формулу, зная мощность устанавливаемых на этом участке радиаторов, например, производим расчет расхода воды для радиаторов, установленных в одной комнате. Предположим, что мощность радиаторов составляет 6 кВт, значит и расход теплоносителя примерно составит 6 л/мин.

По расходу воды определяем диаметры трубопроводов (табл. 1). Эти величины отвечают принятым на практике соответствиям диаметров труб с расходом протекающего по ним теплоносителя со скоростью не более 1,5 метров в секунду.

Соответствие диаметров трубопроводов с расходом теплоносителя (таблица 1)
Расход, л/мин 5,7 15 30 53 83 170 320
Диаметр, дюймы 1/2 3/4 1 2

Далее определяем мощность циркуляционного насоса. На каждые 10 метров длины циркуляционного кольца требуется 0,6 метра напора насоса. Например, если общая длина трубопроводного кольца 90 метров, напор насоса должен быть 5,4 метра. Идем в магазин (или подбираем по каталогу) и приобретаем насос с устраивающим нас напором. Если применяются трубы меньших диаметров, чем рекомендованные в предыдущем абзаце, мощность насоса должна быть увеличена, так как чем тоньше трубы, тем больше в них гидравлическое сопротивление. И соответственно, при применении труб больших диаметров мощность насоса может быть уменьшена.

Для того чтобы обеспечить в системах отопления постоянную циркуляцию воды, желательно устанавливать не менее двух циркуляционных насосов, один из которых — рабочий, другой (на байпасе) — резервный. Либо на систему устанавливается один насос, а другой лежит в укромном месте, на случай быстрой замены при поломке первого.

Необходимо отметить, что приведенный здесь расчет системы отопления крайне примитивен и не учитывает многих факторов и особенностей индивидуальной системы отопления. Если вы строите коттедж со сложной архитектурой системы отопления, то необходимо производить точные расчеты. Это могут сделать только инженеры-теплотехники. Строить многомиллионное сооружение без исполнительной документации — проекта, учитывающего все особенности постройки, крайне не разумно.

Циркуляционный насос в отопительной системе заполнен водой и испытывает равное (если вода не нагревается) гидростатическое давление с двух сторон — со стороны входного (всасывающего) и выходного (нагнетательного) патрубков, соединенных с теплопроводами. Современные циркуляционные насосы, сделанные с водяной смазкой подшипников, можно размещать как на подающем, так и на обратном трубопроводе, но чаще всего их ставят на обратке. Изначально это было обусловлено чисто технической причиной: при размещении в более холодной воде увеличивался срок службы подшипников, ротора и сальниковой набивки, через которую проходит вал насоса. А сейчас их ставят на обратку скорее по привычке, так как с точки зрения создания искусственной циркуляции воды в замкнутом контуре местоположение циркуляционного насоса безразлично. Хотя размещение их на подающем трубопроводе, где обычно меньше гидростатическое давление, более рационально. Например, расширительный бачок установлен в вашей системе на высоте 10 м от котла, значит, он создает статическое давление 10 м водяного столба, но это утверждение верно только для нижнего трубопровода, в верхнем давление будет меньше, так как столб воды здесь будет меньшей величины. Где бы мы не расположили насос, он будет с двух сторон подвергаться одинаковому давлению, даже если его поставить на вертикальном главном подающем или обратном стояке, разница давлений между двумя патрубками насоса будет невелика, так как насосы имеют небольшие размеры.

Однако все не так просто. Насос, действующий в замкнутом контуре системы отопления, усиливает циркуляцию, нагнетая воду в теплопровод с одной стороны и засасывая с другой. Уровень воды в расширительном баке при пуске циркуляционного насоса не изменится, так как равномерно работающий насос лишь обеспечивает циркуляцию при неизменном количестве воды. Поскольку при этих условиях (равномерности действия насоса и постоянства объема воды в системе) уровень воды в расширительном баке сохраняется неизменным, безразлично, работает ли насос или нет, гидростатическое давление в точке присоединения расширителя к трубам системы будет постоянным. Эту точку называют нейтральной, так как циркуляционное давление, развиваемое насосом, никак не влияет на статическое давление, создаваемое расширительным бачком. Другими словами, давление циркуляционного насоса в этой точке равно нулю.

В любой закрытой гидравлической системе циркуляционный насос использует расширительный бак как точку отсчета, в которой давление, развиваемое насосом, меняет свой знак: до этой точки насос, создавая компрессию, воду нагнетает, после нее он, вызывая разрежение, воду всасывает. Все теплопроводы системы от насоса до точки постоянного давления (считая по направлению движения воды) будут относиться к зоне нагнетания насоса. Все теплопроводы после этой точки — к зоне всасывания. Другими словами, если циркуляционный насос врезать в трубопровод сразу после точки подсоединения расширительного бачка, то он будет отсасывать воду из бачка и нагнетать ее в систему, если насос установить перед точкой подсоединения бачка, то насос будет откачивать воду из системы и нагнетать ее в бачок.

Ну и что, какая нам разница откачивает насос воду из бачка или нагнетает в него, лишь бы он крутил ее по системе. А разница есть и существенная: в работу системы вмешивается статическое давление, создаваемое расширительным бачком. В трубопроводах, расположенных в зоне нагнетания насоса, следует считаться с повышением гидростатического давления по сравнению с давлением воды в состоянии покоя. Напротив, в трубопроводах расположенных в зоне всасывания насоса, необходимо учитывать понижение давления, при этом возможен случай, когда гидростатическое давление не только понизится до атмосферного, но даже может возникнуть разрежение. То есть, в результате разности давлений в системе появляется опасность всасывания или высвобождения воздуха либо вскипания теплоносителя.

Во избежание нарушения циркуляции воды из-за ее вскипания или подсасывания воздуха при конструировании и гидравлическом расчете систем водяного отопления должно соблюдаться правило: в зоне всасывания в любой точке трубопроводов системы отопления гидростатическое давление при действии насоса должно оставаться избыточным. Возможны четыре способа выполнения этого правила (рис. 13).

Рис. 13. Принципиальные схемы систем отопления с насосной циркуляцией и открытым расширительным бачком

Рис. 13. Принципиальные схемы систем отопления с насосной циркуляцией и открытым расширительным бачком

1. Подъем расширительного бака на достаточную высоту (обычно не менее 80 см). Это достаточно простой способ при реконструкции систем с естественной циркуляцией в циркуляцию насосную, но требует значительного по высоте чердачного помещения и тщательного утепления расширительного бачка.
2. Перемещение расширительного бака к наиболее опасной верхней точке с целью включения верхней магистрали в зону нагнетания. Здесь необходимо сделать пояснение. В новых отопительных системах подающие трубопроводы с насосной циркуляцией делаются с уклонами не от котла, а к котлу, для того чтобы воздушные пузырьки двигались попутно с водой, так как побудительная сила циркуляционного насоса не даст им выплыть «против течения», как это было в системах с естественной циркуляцией. Поэтому верхняя точка системы получается не на главном стояке, а на наиболее удаленном. Для реконструкции старой системы с естественной циркуляцией в насосную этот способ достаточно трудоемок, так как требует переделки трубопроводов, а для создания новой системы — не оправдан, так как возможны другие, более удачные варианты.
3. Присоединение трубы расширительного бака вблизи всасывающего патрубка циркуляционного насоса. Другими словами, если реконструируем старую систему с естественной циркуляцией, то просто отрезаем бачок от подающей магистрали и перестыковываем его на обратку позади циркуляционного насоса и тем самым создаем для насоса наиболее благоприятные условия.
4. Отходим от привычной схемы размещения насоса на обратке и включаем его в подающую магистраль сразу после точки подсоединения расширительного бачка. При реконструкции системы с естественной циркуляцией это самый простой способ: просто врезаем насос в трубу подачи, ничего больше не переделывая. Однако к выбору насоса нужно отнестись очень внимательно, все-таки мы размещаем его в неблагоприятные условия высоких температур. Насос должен будет долго и надежно служить, а это могут гарантировать только солидные фирмы-изготовители.

Современный рынок сантехнической и отопительной арматуры позволяет заменить расширительные бачки открытого типа на закрытые. В закрытом бачке не происходит соприкосновения жидкости системы с воздухом: теплоноситель не испаряется и не обогащается кислородом. Это снижает потери тепла и воды, уменьшает внутреннюю коррозию отопительных приборов. Из закрытого бачка жидкость никогда не выльется наружу.

Расширительный бачок закрытого типа («экспанзомат») — капсула шарообразной или овальной формы, разделенная внутри герметичной мембраной на две части: воздушную и жидкостную. В воздушную часть корпуса под определенным давлением закачивается азотосодержащая смесь. До заполнения отопительной системы водой давление газовой смеси внутри бака плотно прижимает диафрагму к водяной части бака. Нагревание воды приводит к созданию рабочего давления и увеличению объема теплоносителя — мембрана выгибается в сторону газовой части бака. При максимальном рабочем давлении и максимальном увеличении объема воды происходит заполнение водяной части бака и максимальное сжатие газовой смеси. Если давление продолжает повышаться и продолжает расти объем теплоносителя, то срабатывает предохранительный клапан сбрасывающий воду (рис. 14).

Рис. 14. Расширительный бачок мембранного типа

Рис. 14. Расширительный бачок мембранного типа

Объем бака подбирают таким, чтобы его полезный объем был не менее объема температурного расширения теплоносителя, а предварительное давление воздуха в газовой части бачка делают равным статическому давлению столба теплоносителя в системе. Такой подбор давления газовой смеси позволяет держать мембрану в равновесном (не в натянутом) положении при заполненной, но не включенной системе отопления.

Бачок закрытого типа можно поставить в любой точке системы, но, как правило, его устанавливают рядом с котлом, так как температура жидкости в месте установки расширительного бака должна быть по возможности минимальной. А мы уже знаем, что циркуляционный насос лучше всего устанавливать сразу за расширителем, где для него (да и для системы отопления в целом) создаются наиболее благоприятные условия (рис. 15).

Рис. 15. Принципиальные схемы систем отопления с насосной циркуляцией
Рис. 15. Принципиальные схемы систем отопления с насосной циркуляцией и расширительным бачком закрытого типа

Однако при такой схеме системы отопления мы сталкиваемся с двумя проблемами: удалением воздуха и повышенным давлением на котле.

Если в системах с открытыми расширительными бачками воздух удалялся через расширитель противотоком (в системах с естественной циркуляцией) или попутно (в системах с насосной циркуляцией), то с закрытыми бачками такого не происходит. Система полностью замкнута и воздуху попросту негде вырваться наружу. Для удаления воздушных пробок в верхней точке трубопровода устанавливаются автоматические спускники воздуха — приборы, снабженные поплавками и запорными клапанами. По мере увеличения давления клапан срабатывает и стравливает воздух в атмосферу. Либо на каждый радиатор отопления устанавливаются краны Маевского. Эта деталь, установленная на отопительные приборы, позволяет спускать воздушную пробку непосредственно из радиаторов. Кран Маевского входит в комплект некоторых моделей радиаторов, но чаще предлагается отдельно.

Рис. 16. Автоматический воздухоотводчик

Рис. 16. Автоматический воздухоотводчик

Принцип действия воздухоотводчиков (рис. 16) заключается в том, что при отсутствии воздуха поплавок внутри прибора держит выпускной клапан закрытым. Когда воздух собирается в поплавковой камере, уровень воды внутри воздухоотводчика понижается. Поплавок опускается и открывается выпускной клапан, через который воздух выводится в атмосферу. После выхода воздуха уровень воды в воздухоотводчике повышается и поплавок всплывает, что приводит к закрытию выпускного клапана. Процесс продолжается до тех пор, пока воздух вновь не соберется в поплавковой камере и не понизит уровень воды, опуская поплавок. Автоматические воздухоотводчики изготавливаются разных конструкций, форм и размеров и могут устанавливаться как на магистральном трубопроводе, так и непосредственно (Г-образной формы) на радиаторах.

Кран Маевского, в отличие от автоматического воздухоотводчика, это в общем-то обычная пробка с воздухоотводным каналом и ввернутым в него конусным винтом: выворачиванием винта освобождается канал и воздух выходит наружу. Заворачивание винта закрывает канал. Также бывают воздухоотводчики, в которых вместо конусного винта используется металлический шарик, перекрывающий канал сброса воздуха.

Вместо автоматических воздухоотводчиков и кранов Маевского в систему отопления можно включить сепаратор воздуха. Этот прибор основан на применении закона Генри. Воздух, присутствующий в системах отопления, находится частично в растворенном виде, а частично в виде микропузырьков. При прохождении воды (вместе с воздухом) через систему она попадает в области различных температур и давлений. В соответствии с законом Генри в одних областях воздух будет выделяться из воды, а в других растворяться в ней. В котле теплоноситель нагревается до высокой температуры, поэтому именно в нем из содержащей воздух воды будет высвобождаться наибольшее количество воздуха в виде мельчайших пузырьков. Если их незамедлительно не отвести, то они растворятся в других местах системы, где температура меньше. Если удалить микропузырьки сразу за котлом, то на выходе сепаратора получим обезвоздушенную воду, которая будет поглощать воздух в разных местах системы. Этот эффект используется для поглощения воздуха в системе и выведения его в атмосферу посредством комбинации котла и сепаратора воздуха. Процесс продолжается постоянно до полного выведения воздуха из системы.

Рис. 17. Сепаратор воздуха
Рис. 17. Сепаратор воздуха

Работа сепаратора воздуха (рис. 17) основана на принципе слияния микропузырьков. Практически это означает, что маленькие пузырьки воздуха прилипают к поверхности специальных колец и собираются вместе, образуя большие пузырьки, которые могут отделиться и всплыть в воздушную камеру сепаратора. Когда поток жидкости проходит через кольца, он расходится во множестве различных направлений, а конструкция колец такова, что вся жидкость, проходящая через них, вступает в контакт с их поверхностью, делая возможным прилипание микропузырьков и их слияние.

Рис. 18. Принципиальные схемы систем отопления с насосной циркуляцией, расширительным бачком закрытого типа и сепаратором воздуха

Рис. 18. Принципиальные схемы систем отопления с насосной циркуляцией, расширительным бачком закрытого типа и сепаратором воздуха

Теперь немного отвлечемся от воздуха и вернемся обратно к циркуляционному насосу. В системах отопления с протяженными трубопроводами и, как следствие, с большими гидравлическими потерями, нередко требуются довольно мощные циркуляционные насосы, создающие давление на нагнетающем патрубке больше того, на которое рассчитан отопительный котел. Другими словами при размещении насоса на обратке непосредственно перед котлом могут потечь соединения в теплообменнике котла. Для того чтобы этого не произошло, мощные циркуляционные насосы устанавливают не перед котлом, а за ним — на подающем трубопроводе. И тут же встает вопрос: где размещать сепаратор воздуха, за насосом или перед ним? Ведущие изготовители отопительных систем решили этот вопрос и предлагают устанавливать сепаратор перед насосом (рис. 18), для предохранения его от повреждений пузырьками воздуха.

А теперь рассмотрим системы отопления с насосной циркуляцией более подробно.

Выполняются с верхней и нижней разводками трубопроводов (рис. 19).

Рис. 19. Схемы двухтрубных систем отопления с насосной циркуляцией воды с верхней и нижней разводкой подающего трубопровода
Рис. 19. Схемы двухтрубных систем отопления с насосной циркуляцией воды с верхней и нижней разводкой подающего трубопровода

Примечание: на рисунке, иллюстрирующем циркуляцию с нижней разводкой, изображены два варианта циркуляционных колец и два варианта подключения радиаторов (на левом стояке)

В двухтрубных системах с верхней разводкой каждый нагревательный прибор обслуживается подающим и обратным трубопроводами. Если не учитывать охлаждение воды в трубах, то можно считать, что во все нагревательные приборы вода поступает с одинаковой температурой.

В двухтрубных системах отопления с нижней разводкой подающую и обратную магистрали прокладывают в подвальной части здания или в специальных каналах, сделанных в полу первого этажа. В этих системах теплоноситель поступает в нагревательные приборы не сверху вниз, как в системах с верхней разводкой подающей магистрали, а снизу вверх. В остальном система работает по тому же принципу, что и при верхней разводке подающей магистрали. Воздух из системы с нижней разводкой подающей магистрали удаляется посредством воздушной линии, присоединяемой к стоякам и отводящей воздух к воздухосборнику или через воздушные краны. Для регулирования теплоотдачи приборов в двухтрубных системах на подводках к нагревательным приборам устанавливают краны двойной регулировки. На подающих и обратных стояках в местах присоединения их к магистральным линиям устанавливают краны для отключения стояков на случай ремонта. Расширительный бачок так же, как и в системе с верхней разводкой, присоединяют к обратной магистрали перед насосом.

Двухтрубные системы отопления с нижней разводкой в сравнении с системами с верхней разводкой имеют следующие преимущества: сокращается количество трубопроводов, проходящих в неотапливаемых помещениях, следовательно, уменьшаются непроизводительные потери тепла; в процессе обслуживания системы отключение отдельных стояков на случай аварии более удобно, так как краны на подающем и обратном стояках расположены в одном месте.

По конструктивным особенностям эти системы разделяются на две группы: проточные и с замыкающими участками (байпасами), каждая из которых может быть как вертикальной, так и горизонтальной (рис. 20).

Рис. 20. Схемы однотрубных систем отопления с насосной циркуляцией воды с проточным движением воды и через байпасы
Рис. 20. Схемы однотрубных систем отопления с насосной циркуляцией воды с проточным движением воды и через байпасы

В проточных однотрубных системах нагретая в котле вода поднимается по главному стояку в подающий трубопровод, откуда она распределяется по стоякам. Из стояков вода распределяется не по отдельным приборам, а поступает сначала в приборы верхнего этажа. Несколько охлажденная вода из приборов переходит по тому же стояку в приборы нижележащих этажей. Таким образом, вода последовательно проходит через все приборы, расположенные на стояке. Пройдя все приборы на стояках, охлажденная вода собирается в обратную магистраль, из которой насосом подается в котел. В проточных однотрубных системах в помещениях с одинаковыми теплопотерями приборы нижних этажей должны иметь большую поверхность нагрева, чем приборы верхних этажей.

Расширительный бачок так же, как и в двухтрубных системах отопления, присоединяется к обратной магистрали перед насосом. Воздух из системы удаляется через воздухосборник. Теплоотдачу нагревательных приборов в проточных схемах можно регулировать только перекрытием воздушных клапанов — кранов Маевского.

В однотрубных вертикальных системах отопления со смещенными замыкающими участками горячая вода из котла по главному стояку и подающей магистрали поступает в стояки. В местах присоединения нагревательных приборов к стояку поток воды распределяется: часть воды проходит транзитом по стояку через байпас, а часть затекает в нагревательный прибор.

Вода, охладившись в нагревательном приборе верхнего этажа, выходит из него и смешивается с более горячей водой, проходящей через байпас. Смешанная вода поступает по стояку к нагревательному прибору нижележащего этажа, где поток воды вновь распределяется, т. е. часть воды поступает в прибор, а часть проходит через очередной байпас. Такое движение воды повторяется на каждом этаже по ходу движения теплоносителя.

И при этой схеме отопления в каждый нижерасположенный прибор по ходу теплоносителя вода поступает с пониженной температурой. Таким образом, последние отопительные приборы приходится делать более мощными, следовательно, более большими по размеру и количеству секций.

Теплоотдачу нагревательных приборов в таких системах регулируют поворотом трехходового крана. Благодаря этим фитингам часть теплоносителя попадает в радиатор, а часть проходит через байпас и не охлаждается. То есть, может быть отключен байпас — вся вода проходит через прибор, или отключен прибор — вся вода проходит через байпас. При промежуточном положении пробки крана часть воды пойдет через прибор, а часть — через перемычку (байпас).

Однотрубные системы отопления в сравнении с двухтрубными имеют следующие преимущества: меньшую протяженность системы; более простые узлы трубных обвязок, что упрощает их заготовку и монтаж систем.

В зависимости от направления движения теплоносителя в магистральных трубопроводах системы отопления могут быть тупиковыми и с попутным движением воды. Эти схемы уже рассматривали в системах с естественной циркуляцией теплоносителя, в схемах с насосным побуждением они точно такие же. Разница лишь в том, что на главные стояки (обратку или подачу) устанавливаются циркуляционные насосы и предусматривается отвод воздуха через автоматические, полуавтоматические или ручные воздухоотводчики.

Котел в системах с насосной циркуляцией размещают в любом месте отопительного контура: в подвале, на этаже или на чердаке, но наиболее традиционное место, это техническое помещение, как правило, расположенное в подвале.

Горизонтальные двух- и однотрубные системы водяного отопления

»

Отличаются от вертикальных разводок, тем что в них полностью или частично отсутствуют вертикальные стояки. В системах с горизонтальной разводкой труб чаще всего применяются металлополимерные (металлопластиковые илиармированные полипропиленовые) трубы, позволяющие скрытую прокладку в конструкциях стен или полов (рис. 21, 22). Для балансировки однотрубных систем применяют специальные фитинги подключения радиаторов, снабженные байпасом, который встроен в корпус фитинга. Балансировка двухтрубных систем производится установкой на радиаторы терморегуляторов. И разумеется все эти системы можно делать не только с тупиковым движением теплоносителя, но и с попутным.

Рис. 21. Схемы систем отопления с двухтрубными горизонтальными разводками
Рис. 21. Схемы систем отопления с двухтрубными горизонтальными разводками
Рис. 22. Схемы систем отопления с однотрубными горизонтальными разводками
Рис. 22. Схемы систем отопления с однотрубными горизонтальными разводками

Применение систем с горизонтальной укладкой трубопроводов сталкивается с проблемой удаления воздуха. Современные металлополимерные трубы чаще всего укладывают в конструкцию пола или стены, кроме того, эти трубы имеют большое температурное расширение, поэтому на теплопроводах приходится делать П-, Г- или кольцеобразные компенсаторы длины. Ни о каких уклонах трубопроводов, позволяющих удалить воздух противотоком, как это делается в системах с естественной циркуляцией, здесь и речи быть не может. Поэтому эти схемы делаются только с насосной циркуляцией теплоносителя, а воздух отводится с помощью автоматических воздухоотводчиков или кранов Маевского, устанавливаемых на радиаторах либо включением в схему сепаратора воздуха.

Все рассмотренные в этих главах схемы отопления с естественной или насосной циркуляцией теплоносителя относятся к тройниковым системам соединения трубопроводов. На сегодняшний день кроме тройниковой применяются и коллекторные схемы, отличающиеся большей управляемостью систем отопления.

Коллекторные системы отопления

»

При радиаторном отоплении варианты подключения отопительных приборов могут быть самыми разнообразными: нижнее, верхнее, диагональное, боковое, с внутренней циркуляцией. Наиболее распространена и предпочтительна нижняя подводка, где достаточно полно реализуются все преимущества металлополимерных (металлопластиковых и армированных полипропиленовых) трубопроводов, при этом трубы скрываются в конструкции пола или плинтуса.

В последнее время при выборе схемы системы отопления загородного дома предпочтение отдается коллекторной поэтажной разводке, а также ее комбинациям с однотрубной и двухтрубной системами. Трубы скрывают в конструкции пола, а коллекторы устанавливают в центре дома в нише стены или помещают в шкафчик (рис. 23). От коллекторов к каждому радиатору подводят трубы. Практически обязательным является создание принудительной циркуляции в системе, что достигается установкой одного или нескольких циркуляционных насосов. Это позволяет уменьшить разность температур теплоносителя на входе и выходе сети системы и тем самым повысить эффективность и регулируемость нагрева, а также избежать лишнего расхода материалов, упростить систему, сделать ее более компактной. Каждый отвод коллектора может быть снабжен своей запорной арматурой — шаровыми кранами, что позволяет в некоторых схемах отключить от циркуляции любой радиатор системы, никоим образом не влияя на работу других приборов отопления. Более того, каждый контур отопления, находящийся после коллекторов, это по сути самостоятельная система, которая может быть оборудована собственными насосами циркуляции, кранами и автоматикой.

Рис. 23. Коллекторы
Рис. 23. Коллекторы

Коллекторные схемы отопления чаще всего выполняются для двух- и однотрубных горизонтальных разводок и на сегодняшний день практически вытеснили тройниковые горизонтальные разводки.

Рис. 24. Двухтрубная лучевая горизонтальная разводка системы отопления

Рис. 24. Двухтрубная лучевая горизонтальная разводка системы отопления

На главном стояке каждого этажа располагаются коллекторы, подающий и обратный. От коллекторов подающие и обратные трубопроводы подводятся под полом или в стене к каждому радиатору на этаже. Нужно стремиться к тому, чтобы каждое из колец было примерно одинаковой длины. Если это не так, то каждое из тепловых колец может быть снабжено собственным циркуляционным насосом и собственной автоматической регулировкой температуры теплоносителя, причем регулировка температуры на каком-либо тепловом кольце почти никак не отразится на других тепловых контурах. В связи с тем, что трубы отопления находятся в стяжке пола, необходимо на каждом радиаторе установить воздушные краны (рис. 24) или автоматический воздухоотводчик размещают на коллекторе либо воздухоотводчики устанавливают и на радиаторах, и на коллекторе.

Недостаток данной системы в том, что трубопроводы имеют большую протяженность.

При грамотном расчете системы отопления можно отказаться от радиаторов, при этом замкнутые тепловые кольца прячутся в конструкцию пола (рис. 25). Эта система отопления называется «теплый пол». Чаще всего она выполняется как дополнительная, но при правильном расчете может полностью заменить радиаторную систему отопления.

Рис. 25. Коллекторная система отопления «теплый пол»
Рис. 25. Коллекторная система отопления «теплый пол»

Напольное отопление обеспечивает комфортные условия — тепловые потоки распределены по всей площади полов, а температура равномерно понижается по высоте помещения. При радиаторном отоплении температура воздуха, наоборот, повышается по высоте помещения, что вызывает сильную конвекцию воздуха, которая отрывает от поверхности пола пыль и поднимает ее вверх. При напольном отоплении естественное перемещение воздуха ограничено, в связи с чем пыли в доме будет меньше.







 

Добавить комментарий