Бурдочкин Ю.С. Энергоснабжение объектов и производственная энергетика

Подождите немного. Документ загружается.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Рубцовский индустриальный институт

Ю.С. Бурдочкин

ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ ОБЪЕКТОВ

И ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Рекомендовано Сибирским региональным отделением учебно-

методического объединения по образованию в области

энергетики и электротехники для межвузовского использования

в качестве учебного пособия для студентов специальности 100400

«Электроснабжение промышленных предприятий»

Рубцовск 2005

УДК 658.26

Бурдочкин Ю.С. Энергоснабжение объектов и производственная

энергетика: Учебное пособие для студентов вузов специальности 100400

«Электроснабжение промышленных предприятий» / Рубцовский

индустриальный институт. – Рубцовск: РИО, 2005. - 141 с.

В учебном пособии рассмотрены вопросы тепло-, водо-, газоснабжения,

вентиляции, водоотведения и др. Даны рекомендации по организации

энергосбережения на предприятиях.

Для студентов вузов специальности 100400. Может быть

полезно

студентам строительных специальностей, инженерно-техническим работникам

энергослужб предприятий и организаций.

Рецензент:

зав. кафедрой АлтГТУ,

д.т.н., профессор И.О. Хомутов

Содержание

Предисловие……………………………………………….………………5

Введение………………………………………………………..…………..6

Глава 1 Теплоснабжение………………………………………..………..8

1.1 Основы процесса теплообмена……………………………..……..…8

1.2 Отопление………………………………………………….………….12

1.2.1 Микроклимат помещений…………………………….……………..12

1.2.2 Тепловые затраты на отопление………………………..………… 13

1.2.3 Требования, предъявляемые к системам отопления……….….…..14

1.2.4 Классификация систем отопления. Теплоносители……….…...….16

1.2.5 Водяное отопление………………………………………….……..…18

1.2.6 Отопительные приборы……………………………….……………..20

1.2.7 Определение площади поверхности и числа элементов

отопительных приборов…………………………………..……..…..23

1.2.8 Общие понятия о гидравлическом расчете

трубопроводов системы водяного отопления…………..……..….. 25

1.2.9 Присоединение систем отопления к тепловым сетям.

Тепловые пункты…………………………………………….….….. 25

1.2.10 Материалы, оборудование и монтаж

систем водяного отопления……………………………….…..…...28

1.2.11 Эксплуатация систем водяного отопления……………...…...… 30

1.2.12 Другие системы отопления………………………………….……..32

1.3 Горячее водоснабжение……………………………….……….……..37

1.3.1 Общие сведения. Способы получения горячей воды…………….. 37

1.3.2 Расчет водоподогревателей……………………………………..…..41

1.3.3 Схемы горячего водоснабжения……………………………………41

1.3.4 Оборудование, трубы и арматура…………………………..………43

1.4

Источники теплоснабжения……………………………………...….44

1.5 Тепловые сети………………………………………………...………47

Глава 2 Вентиляция зданий……………………...……………………..55

2.1 Общие сведения о вентиляции……………………………………….55

2.2 Воздухообмен и системы вентиляции…………………..………… 57

2.3 Расчет количества вентиляционного воздуха при

общеобменной вентиляции…………………..……………………….58

2.4 Естественная вентиляция………………………………….………….59

2.5 Аэрация зданий…………………………………………………….….61

2.6 Механическая вентиляция………………………………….……… 63

2.7 Оборудование механических вентиляционных систем…………… 65

2.7.1 Вентиляторы…………………………………………………….…. 65

2.7.2 Оборудование для нагревания воздуха…………………….…….. 69

2.7.3 Оборудование для очистки воздуха………………………...……. 71

2.7.4 Воздуховоды……………………………………………….………..74

2.8 Местная вентиляция…………………………………….…………….76

Глава 3 Водоснабжение………………………………………………….78

3.1 Системы водоснабжения…………………………………………….. 78

3.2 Требования к качеству воды………………………….………………79

3.3 Нормы водопотребления……………………………………..……… 81

3.4 Источники водоснабжения и водозаборные сооружения…..…….. 82

3.5 Наружные водопроводные сети…………………………………….. 84

3.6 Сети внутреннего водопровода и оборудование

водопроводной сети…………………………………………………. 86

3.7 Противопожарные водопроводы и установки………………….…. 90

3.8 Оборотное водоснабжение. Повторное использование воды….…. 92

3.9 Эксплуатация систем водоснабжения предприятий………………. 93

Глава 4 Канализация

(водоотведение)…………………………...… 95

4.1 Общие сведения…………………………………………………...…..95

4.2 Условия приема сточных вод в городскую

канализационную сеть……………………………………………..… 97

4.3 Внутренняя канализация…………………………………………..… 99

4.4 Наружная канализационная сеть………………………………..……102

4.5 Сети для отвода атмосферных вод……………………………..…….107

Глава 5 Газоснабжение…………………………………………….……109

5.1 Общие сведения………………………………………………….……109

5.2 Добыча, обработка и транспортировка газа………………..………..110

5.3 Газовые распределительные сети……………………………….….. 114

5.4 Эксплуатация систем газоснабжения……………………………….. 118

5.5 Снабжение потребителей сжиженными газами……….…………… 120

Глава 6 Снабжение предприятия другими

видами газов……..……122

6.1 Воздухоснабжение…………………………………………………….122

6.2 Снабжение предприятий кислородом…………………………...….. 127

Глава 7 Энергоснабжение и энергосбережение………………….….. 130

7.1 Основные положения и термины ………………………………….. 130

7.2 Организация управления энергопотреблением и

энергосбережением………………………………………………….. 133

7.3 Некоторые практические рекомендации по

экономии энергоресурсов……………………………………...….…. 138

Список литературы…………………………………………………..…. 140

ПРЕДИСЛОВИЕ

Большинство предприятий и организаций в процессе своей деятельности

потребляют не только электрическую энергию, но и другие виды энергии,

содержащиеся в различных видах энергоносителей, таких как тепло, вода, газ,

сжатый воздух и др.

В учебной литературе многих специальностей вопросы, посвященные этим

видам энергоносителей, рассматриваются как отдельные дисциплины, такие

как «Теплоснабжение

и вентиляция», «Водоснабжение и канализация»,

«Газоснабжение» и др.

В практической деятельности вопросами эксплуатации установок,

использующих различные виды энергоносителей, специалисту-энергетику

приходится заниматься повседневно. Знание устройства, основных принципов

расчета позволит ему грамотно и экономично эксплуатировать эти установки.

Работа в энергослужбах крупных предприятий и опыт преподавания в

Рубцовском индустриальном институте дисциплины «Промышленная

энергетика» позволили автору сделать заключение о необходимости

рассмотрения различных видов энергоснабжения в одном учебном пособии.

В нем излагаются основы расчета, устройства и эксплуатации различных

систем и устройств производственной энергетики. Так как затраты на

энергоснабжение составляют значительную часть себестоимости продукции

или услуг, то в учебном пособии рассмотрены вопросы не только организации

работ

по энергосбережению, но и приведены практические рекомендации.

Материал написан в соответствии с программой учебной дисциплины

«Энергоснабжение объектов» для специальности 100400 «Электроснабжение

промышленных предприятий».

ВВЕДЕНИЕ

Современные производственные предприятия характеризуется

разнообразием видов потребляемой ими энергии. От надежности и

бесперебойности энергоснабжения зависят ритмичность работы, качество и

количество выпускаемой продукции.

Под энергоснабжением понимают снабжение предприятия различными

видами энергии: электроэнергией, водой, паром, газом, сжатым воздухом и др.

В соответствии с этим энергоснабжение подразделяется на ряд

самостоятельных систем: электроснабжение,

теплоснабжение, водоснабжение,

газоснабжение, воздухоснабжение и др. К системам энергоснабжения вплотную

примыкают системы вентиляции и кондиционирования воздуха, водоотведения

(канализации), которые также входят в сферу деятельности энергослужб

предприятий и организаций. Не на каждом предприятии имеются все

перечисленные системы, в зависимости от характера предприятия различно и

значение каждой из этих систем.

Электроснабжение занимает

особое место среди систем энергоснабжения и

в учебном процессе изучается как отдельная дисциплина, поэтому в настоящем

учебном пособии не рассматривается.

Для общего представления о назначении и составе этих систем дадим им

краткую характеристику.

Система теплоснабжения представляет собой совокупность устройств,

предназначенных для передачи, распределения и потребления тепловой

энергии. Тепловая энергия используется для

отопления, горячего

водоснабжения, в системах вентиляции и в различных производственных

теплоиспользующих аппаратах и установках.

Для транспортировки теплоносителя от источника теплоснабжения до

потребителей тепловой энергии служат тепловые сети, которые включают в

себя трубопроводы, запорную и регулирующую арматуру, строительные и

механические конструкции.

Система водоснабжения предназначается для снабжения водой

соответствующего качества различных потребителей:

населения,

промышленных, коммунально-бытовых и сельскохозяйственных предприятий.

Эта система представляет собой комплекс устройств, состоящих из источника

воды, устройств для забора, обработки (очистки, обеззараживания), хранения

воды и транспортировки ее к потребителям.

Использованная в быту и промышленности и получившая загрязнения

вода должна быть отведена, очищена и сброшена в водоемы. Этой цели служит

система

водоотведения или канализации.

Для обеспечения потребности предприятия в различных газах,

используемых как для теплоснабжения, так и для различных технологических

процессов, служит система газоснабжения, которая состоит из

газораспределительных станций, пунктов, установок и газовых

распределительных сетей различного давления.

Система воздухоснабжения на промышленном предприятии

предназначена для производства сжатого воздуха, транспортировки и

распределения его по потребителям. Сжатый воздух применяют для

выполнения механической работы, а также он используется в процессах

нагрева и плавления металлов.

В результате протекания производственных процессов воздух в

помещениях загрязняется. Для оздоровления воздушной среды в

производственных, общественно-бытовых помещениях

служат системы

вентиляции и вентиляционные устройства.

Глава 1 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ

1.1 Основы процесса теплообмена

Теплообмен - это процесс переноса теплоты. Знание законов теплообмена

позволяет правильно выбрать материал и толщину ограждающих конструкций

здания, а также рассчитать необходимое количество и площадь поверхности

тепловых приборов.

Теплообмен представляет собой сложный процесс, и его можно разделить

на три простых, но принципиально разных процесса: теплопроводность,

конвекцию

и тепловое излучение.

Теплопроводность происходит при непосредственном соприкосновении

частиц вещества, сопровождающемся обменом энергии. Это молекулярный

перенос теплоты в сплошной среде за счет перепада температур.

Теплопроводность жидких и особенно газообразных тел незначительна.

Твердые тела обладают различной теплопроводностью. Тела с малой

теплопроводностью называют теплоизоляционными. Вещества, принимающие

участие в теплопередаче, характеризуются коэффициентом теплопроводности -

λ . Коэффициент теплопроводности

равен удельному тепловому потоку при

разности температур в 1

на единицу длины, Вт/(м

·К), т.е. при температурном

градиенте, равном единице.

На рисунке 1.1 приведено распределение температур в плоской

однослойной (а) и многослойной (б) стенке при передаче теплоты

теплопроводностью.

Рисунок 1.1 – Распределение температур в плоской стенке:

а) однослойной, б) многослойной

Из закона Фурье для поверхностной плотности теплового потока

()

ttq −

= (1.1)

видно, что поверхностная плотность зависит от температурного перепада

ttt −=∆ , поэтому можно написать:

∆

=∆=

. (1.2)

Отношение R/ =

δ называется термическим сопротивлением плоской

стенки. Количество тепла, передаваемого через плоские однородные

ограждения, будет:

()

ttFQ

∆⋅

=−=

, (1.3)

где F - площадь ограждения, м

Для многослойной стенки формула (1.3) приобретает вид:

∑

∆⋅

Q , (1.4)

где

RRRR

+++=+++=

∑

......

- общее термическое

сопротивление многослойной стенки.

Конвективный теплообмен. Этот вид теплообмена соответствует

передаче тепла от жидкости или газа к стенке или теплоотдаче от стенки к

жидкости или газу. Он осуществляется перемещающимися частицами

жидкости или газа (например, потоком воздуха, движущегося вдоль нагретой

стенки отопительного прибора).

Тепловой поток Q, Вт, передаваемый при конвективном теплообмене,

определяется по формуле Ньютона:

()

cжк

ttFQ −=

(1.5)

где

α - коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м

·К);

F - поверхность соприкосновения, м

;

- температура теплоносителя, жидкости или газа, °С;

t - температура нагреваемой стенки,

С.

В отличие от коэффициента теплопроводности

коэффициент

теплоотдачи конвекцией

- очень сложная величина, которой учитываются

такие факторы, как характер движения жидкости или газа, скорость движения,

физические параметры жидкости или газа и многие другие параметры.

Для определения величины

в различных случаях конвективного

теплообмена предложено несколько эмпирических формул и различных

«критериев подобия»: Нуссельта, Прандтля, Рейнольдса, Грасгофа, с помощью

которых определяется коэффициент

. Следует отметить, что и формулы, и

«критерии подобия» следует использовать только для соответствующих

случаев, приведенных в справочниках.

Теплообмен излучением (лучеиспускание). Он осуществляется между

телами, находящимися на значительном расстоянии друг от друга и имеющими

различную температуру. Примером этого явления служит излучение Солнца на

Землю. Носителями теплового излучения служат электромагнитные колебания

в определенном диапазоне длин волн. При высоких температурах теплообмен

излучением преобладает над другими видами теплообмена. Лучистая энергия,

падающая на какое-либо тело, в зависимости от его физических свойств, формы

и состояния поверхности частично поглощается телом и переходит в тепловую,

а остальная часть отражается и частично может проходить через него (рисунок

1.2).

Рисунок 1.2 - Схема распределения лучистой энергии, падающей на тело

На рисунке 1.2 обозначены:

Q - общее количество лучистой энергии,

падающей на тело, а

DRA

QQQ и,

- количество лучистой энергии,

поглощенной, отраженной и прошедшей через него, соответственно.

DRAO

QQQQ ++= . (1.6)

Разделив обе части равенства на

Q , получим:

++=

(1.7)

или ,1 D

+= (1.8)

где

A = - поглощательная способность тела,

R = - отражательная способность тела,

D =

- пропускная способность тела.

Если 1=

, a OD

, то тело полностью поглощает лучистую энергию

и называется абсолютно черным. Если 1

, то тело полностью отражает

падающие лучи и называется зеркальным либо абсолютно белым. Для

полированных металлов 97,095,0

−

. Белая оштукатуренная наружная

поверхность стены хорошо отражает видимые лучи, невидимые же тепловые

лучи интенсивно ею поглощаются.

Если 1=D , то тело пропускает через себя все лучи и называется

прозрачным или диатермичным. Воздух - практически прозрачная среда,

твердые тела и жидкости непрозрачны. Многие тела прозрачны для

определенных длин волн.