Notiuni Retele Termice [PDF]

Zitiervorschau

1.Structura externă a sistemelor de alimentare centralizată cu căldură Acestea se caracterizează prin:  sursele de căldură şi amplasarea acestora în raport cu zonele de consum care influenţează direct configuraţia reţelelor termice;  natura agentului termic folosit la transportul şi distribuţia căldurii;  reţelele de transport şi distribuţie;  modul de racordare a consumatorilor.

1.1 Surse de energie -

Sursele de energie ce pot alimenta centralizat cu căldură ansamblurile urbane sau consumatorii industriali şi terţiari pot fi: centrale de cogenerare ( centrale electrice de termoficare - CET) centrale nucleare electrice de termoficare (CNET); centrale termice de capacitate mare ( peste 5 MW); centrale termice de capacitate medie ( 1...5 MW). Combustibilii utilizaţi la producerea energiei termice sunt: gaze naturale; combustibili lichizi; combustibili solizi ( cărbune, deşeuri etc.) În general, centralele electrice de termoficare, în marea lor majoritate, funcţionează cu două tipuri de combustibili, şi anume: gazul natural şi păcura. Amplasarea surselor depinde de: condiţiile locale, combustibilii disponibili, mărimea şi ritmul de dezvoltare a consumului termic, existenţa unor surse de energie amplasate în zone industriale susceptibile de modernizare şi extindere, cerinţele de protecţie a mediului. Inconvenientele amplasării centralelor exterioare (CET şi CT de mare capacitate), cum ar fi costurile mari pentru realizarea conductelor de transport, sunt compensate de economiile de investiţii şi cheltuielile anuale de exploatare datorate pretenţiilor mai modeste în executarea finisajelor, posibilităţilor de alimentare preferenţială cu gaze şi apă industrială, accesul la liniile de transport feroviar etc. Amplasarea la distanţe mari de centrele populate face posibilă realizarea unor centrale de mare capacitate, echipate cu turbine de gaz sau abur, având puteri unitare mari şi performanţe superioare, apropiate de centralele de condensaţie. Acolo unde consumul de energie termică este relativ mic se acceptă realizarea unei centrale termice în imediata apropiere a consumatorului cu luarea în considerare a unor aspecte, ca acordul urbanistic, protecţia mediului etc.

1.2 Agentul termic

o o o o

Natura agentului termic folosit în sistemele de alimentare cu căldură diferă în funcţie de felul sursei, precum şi de tipul şi necesităţile consumatorilor; se pot utiliza: -apă fierbinte, cu temperatura nominală peste 1150C; -apă caldă cu temperatura nominală de maximum 1150C; -abur de presiune medie ( 6... 15 bar). Agentul termic sub formă de apă caldă, (în general, 95/750C), se utilizează numai în cazul centralelor termice de capacitate mică, cu un număr limitat de consumatori. În general, toate centralele de cogenerare (CET) pot furniza apă fierbinte şi/sau apă caldă. Avantajele utilizării apei fierbiţi în sistemele de termoficare sunt: producţia specifică pe unitatea de căldură livrată orar sau anual în reţeaua de transport este mai mare comparativ cu utilizarea aburului; raza de acţiune, respectiv lungimea reţelei de transport a căldurii este mult mai mare, comparativ cu utilizarea aburului; este posibilă păstrarea în ciclul termic a întregii cantităţi de condensat; scheme relativ simple pentru racordarea consumatorilor urbani de energie termică. Dezavantajul utilizării apei fierbinţi constă în faptul că proiectarea şi exploatarea unei astfel de reţele impune măsuri atente pentru menţinerea sub control a regimurilor de funcţionare, aspect compensat însă de posibilitatea unei reglări mai bune, elasticitate în exploatare şi un personal mai puţin numeros.

În unele sisteme de alimentare cu căldură, de dimensiuni relativ reduse, rezultă economic că poate să se utilizeze ca agent termic, apa caldă cu temperatura de 110/550C în reţele de transport şi distribuţie. Alegerea agentului termic specific fiecărei situaţii, precum şi parametrilor acestuia, constituie, prin implicaţiile tehnice şi economice care decurg, una dintre problemele importante ale sistemului de alimentare centralizată cu căldură. Întrucât la consumatori urbani temperaturile sunt de 90/70 sau 95/750C, pentru agentul termic de încălzire şi 0 55...60 C, pentru apa caldă de consum, temperatura agentului termic livrat de sursele de energie depinde şi de condiţiile impuse de consumatori. Utilizarea agentului termic cu temperatură cât mai ridicată în conducta de ducere prezintă ca avantaje faptul că se reduce: -debitul nominal de apă care circulă în sistem, micşorând diametrul conductelor, greutatea şi costul acestora, la aceeaşi pierdere specifică de sarcină; -puterea electrică a pompelor din sistem precum şi energia electrică consumată de acestea; -suprafaţa de încălzire la consumatorii legaţi direct şi la schimbătoarele de căldură (la cei racordaţi indirect). Utilizarea temperaturilor ridicate ale agentului termic furnizat de CET implică însă şi unele dezavantaje prin faptul că: -scade energia electrică produsă în turbine; -creşte consumul anual de combustibil şi cheltuielile de exploatare precum şi investiţiile suplimentare comparativ cu celelalte soluţii; Influenţa creşterii temperaturii nominale a agentului termic asupra pierderilor de căldură este relativ mică deoarece mărimea valorilor acestora este compensată de reducerea diametrelor conductelor, respectiv, a suprafeţelor de schimb de căldură. Fixarea temperaturii optime de alimentare are în vedere şi mărimea sistemului. În general, la sistemele mici de cogenerare se alege temperatura de 120 (130) 0C iar la cele mai mari temperatura de 130 (150) 0C. Se practică utilizarea aburului ca agent termic numai pentru satisfacerea necesităţilor tehnologice. Aceasta se justifcă nu numai prin inconvenienţele legate de proiectarea şi exploatarea instalaţiilor la consumatori dar şi printr-o serie de dezavantaje de natură energetică. În cazul producerii combinate de energie, electrică şi termică, utilizarea apei firebinţi în locul aburului conduce la avantaje energetice în sensul producerii unei cantităţi sporite de energie electrică, datorată posibilităţii destinderii aburului în turbină până la presiuni mai coborâte. În anumite condiţii, producând energie termică în centrale termice cu deşeuri menajere, cărbune etc., se pot justifica sisteme relativ mari, în care aburul de presiune medie este utilizat pentru transportul căldurii, prin reţele, până la punctele termice. În ceea ce priveşte sursele de capacitate mică, amplasate în apropierea consumatorilor, agentul termic poate fi apa caldă cu temperatura de până la 1150C. Faţă de utilizarea apei fierbinţi, apa caldă prezintă unele avantaje şi anume: -racordarea consumatorilor se poate face direct; -se simplifică instalaţia de asigurare şi de preluare a dilatării apei; -distribuţia agentului termic prin conducte se realizează la temperaturi şi presiuni mai mici, simplificând mult problemele legate de compensarea dilatărilor; -utilizarea de ţevi şi izolaţii cu grosimi mai reduse; -asigurarea independenţei alimentării consumatorilor racordaţi la sursă faţă de ceilalţi consumatori.

1.3 Reţele de transport şi distribuţie Asigură circulaţia agentului termic şi alimentarea cu căldură, a consumatorilor. În cazul sistemelor centralizate de alimentare cu căldură, se consideră reţele de transport, conductele care fac legătura între sursă şi zonele de amplasare a consumatorilor. În sistemele centralizate de alimentrare cu căldură reţelele se împart în: -reţele de transport, care fac legătura dintre sursa termică şi zonele de amplasare a consumatorilor; - reţele de distribuţie, care fac legătura dintre reţeaua de transport şi punctele termice (instalaţiile de racordare); -reţelele de distribuţie secundare, care fac legătura dintre punctele termice şi consumatori. Reţelele de transport şi distribuţie, fiind reţele publice, trebuie astfel concepute, construite şi exploatate încât să asigure, în orice condiţii de funcţionare, continuitatea alimentării cu căldură la parametrii necesari.

     

 

Factorii principali de care depinde eficienţa unei reţele sunt: cheltuilelile de amortizare şi de întreţinere, costul căldurii pierdute şi cheltuielile pentru pompare. Alegerea soluţiilor la proiectarea reţelelor are la bază, pe lângă considerente tehnico economice şi pe cele privind eventualele exinderi, în funcţie de evoluţia consumului de căldură. Clasificarea reţelelor de transport şi distribuţie se poate face în funcţie de: -tipul agentului termic: apă fierbinte, apă caldă, abur; -numărul conductelor care, ţinând seama de parametrii agentului termic şi de sistemul adoptat pentru distribuţie şi pentru racordarea consumatorilor, poate fi: monotub: o singură conductă de ducere de la sursă la consumatori, fără conductă de întoarcere; bitub: agentul termic este trimis la consumatori cu aceeaşi parametri pentru toate utilităţile şi revine printr-o singură conductă de întoarcere; tritub: două conducte de ducere care transportă agentul termic la parametrii diferiţi, având conductă de întoarcere comună; multi tub, cu sau fără conductă de întoarcere. -configuraţia reţelelor: aroborescentă sau inelară; reţelele arborescente sunt mai simple, mai puţin costisitoare şi mai comode în exploatarea normală însă, în caz de avarie, nu permit alimenatrea consumatorilor situaţi în aval de avarie ( o soluţie pentru astfel de cazuri este realizarea unor bretele de legătură); reţele inelare permit, în caz de avarie, o alegere corectă a diametrelor buclelor, menţinerea alimentării tuturor consumatorilor, cu excepţia celor racordaţi între cele două vane care izolează avaria: schemele inelare sunt mai costisitoare decât cele arborescente iar, în exploatare, prezintă dezavantajul determinării mai dificile a locului unei avarii. Configuraţia inelară conduce la economii de energie electircă pentru pompare, faţă de configuraţia arborescentă. Soluţiile uzuale privind configuraţia reţelelor termice de transport şi distribuţie sunt prezentate în figura 1.1. -soluţii constructive de amplasare a conductelor care pot fi; supraterane ( aeriene) subterane, în canale termice respectiv edilitare sau direct în sol, caz în care sarcinile exterioare se transmit direct asupra conductelor şi izolaţiei acestora.

Fig. 1.1 Configuraţia reţelelor termice a- reţea arborescentă; b – reţea inelară 1 – sursa; 2 – ramuri importante; 3- reţea de legătură pentru rezervă în caz de avarie; 4 – inelul reţelei; 5 – armături de închidere

1.4Racordarea consumatorilor Racordarea consumatorilor la reţelele de transport şi distribuţie ale sistemelor de alimentare centralizată cu căldură se poate realiza : -direct sau indirect pentru instalaţiile de încălzire, ventilare şi tehnologice; -deschis sau închis, pentru instalaţiile de preparare a apei calde de condum şi cele tehnologice, în care apa se consumă sau nu, efectiv, în proces. Alegerea modului de racordare a consumatorului depinde de regimul de temperatură şi presiune al agentului termic ce circulă în reţea precum şi de condiţiile impuse de regmul termic şi de presiune al agentului termic ce circulă în reţea precum şi de condiţiile impuse de regmul termic şi de presiune din instalaţiile de la consumatori. Astfel racordarea directă (fig. 1.2) se adoptă în cazul utilizării agentului termic sub formă de apă caldă sau apă fierbine atât în sistemul de distribuţie cât şi în instalaţia interioară a consumatorului, cu respectarea prevederilor Normativului I13; nu se recomandă racordarea directă a locuinţelor, spitalelor, creşelor etc. la reţelele de apă fierbinte din motive de ordin igienico-sanitare.

Fig. 1.2 Racordarea directă a instalaţiilor de încălzire: tD,R - temperatura din conducta de ducere, respectiv, de întoarcere a circuitului reţelei *0C]; td,r - temperatura din conducta de ducere, respectiv, de întoarcere din instalaţia interioară *0C]; G - debitul de apă din instalaţia interioară *l/h+; R - reţea exterioară. Racordarea directă cu amestec (fig. 1.3), prin elevator sau cu pompă de amestec, este de preferat, necesitând investiţii mai mici în punctele termice şi în reţea, prin eliminarea conductelor de distribuţie (atunci când punctul termic se află în vecinătatea consumatorului).

Fig. 1.3 Racordarea directă cu amestec prin pompa de amestec (Pam) sau elevator (E) a instalaţiei de încălzire:

tD,R - temperatura din conducta de ducere, respectiv, de întoarcere a circuitului reţelei şi a racordului la organul de amestec ( circuitul primar) [0C]; td,r - temperatura din conducta de ducere, respectiv, de întoarcere din instalaţia interioară ( circuitul secundar) [0C]; G1, G2- debitul de apă din racordul de ducere, respectiv, de întoarcere din cconducta de amestec [l/h]. Racordarea indirectă (fig. 1.4) este adoptată, de regulă, atunci când nu pot fi satisfăcute condiţiile de termperatură sau presiune solicitate de consumatori. Are avantajul că asigură separarea circuitului primar de cel secundar, (instalaţiile consumatorilor) prin intermediul schimbătoarelor de căldură. În aceste cazuri, consumatorii au un regim hidraulic propriu, protecţie împotriva suprapresiunilor (vase de expansiune deschise sau închise), pompe de adaos, precum şi instalaţii de automatizare independente de circutul primar. Acest mod de racordare conduce însă la investiţii ridicate pentru realizarea punctelor termice, a reţelelor de distribuţie precum şi la cheltuieli de exploatare mai mari, materializate prin consum de energie, cheltuieli pentru reparaţii şi cheltuieli cu forţa de muncă.

Fig. 1.4 Racordarea indirectă a instalaţiei de încălzire prin schimbător de căldură tD,R - temperatura din conducta de ducere, respectiv, de întoarcere a circuitului reţelei şi a racordului la schimbător (circuitul primar) [0C]; td,r - temperatura din conducta de ducere, respectiv, de întoarcere din instalaţia interioară ( circuitul secundar) [0C]; G - debitul de apă din racordul la schimbător *l/h+; PE – pompa de circulaţie în circuitul secundar; S – schimbător de căldură.

2. Surse de energie

1. Criterii privind alegerea surselor de energie Alimentarea cu energie a oraşelor şi, mai ales a marilor aglomeraţii, este supusă unor condiţii şi cerinţe legate de dezvoltarea durabilă. Ea este dependentă de factorul economic şi de finanţare a soluţiilor, de îndeplinirea condiţiilor de poluarea mediului, de modul în care este acceptată de populaţie şi de autorităţile administrative locale. Se manifestă criterii şi tendinţe ca: - preţul energiei să includă, în mod progresiv, costurile indirecte legate de impactul asupra mediului; consumatorul este penalizat la utilizarea energiei cu soluţii poluante şi ineficiente; - deciziile, în ceea ce priveşte producerea şi vânzarea (distribuirea) energiei necesare societăţii, să ţină cont de încadrarea soluţiilor într-o strategie de durată şi să se bazeze pe analize ale eficienţei tehnico-economice; - sursele de combustibil fosil să rămână încă dominante pe piaţe energiei cel puţin 4-5 decenii de acum încolo, dincolo de durata de viaţă a soluţiilor tehnice moderne din generaţia actuală; - sursele nucleare, deşi esenţiale pentru închiderea balanţei de energie şi pentru limitarea efectului de seră, să aibă încă o dezvoltare frânată de inacceptarea lor de către societatea de astăzi; - educaţia în domeniul problemelor de energie şi mediu şi transparenţa în decizii şi în tarife să fie de natură să uşureze urmarea căii celei mai directe pentru obţinerea succesului şi a eficienţei energetice; -în structura şi dezvoltarea oraşelor să apară mutaţii asupra cerinţelor de energie ale habitatului modern, mai ales legate de marile construcţii de imobile publice, comerciale şi blocuri de locuit cu confort progresiv sporit. Astfel, sunt de remarcat în această privinţă:

  

reducerea progresivă a consumului de căldură prin mărirea eficienţei încălzirii, în primul rând, pe seama unei arhitecturi şi a unei execuţii corespunzătoare etc.; realizarea tot mai frecventă a recuperării căldurii deşeu, din imobile, şi a folosirii unor surse regenerative locale, inclusiv a valorificării energetice a deşeurilor urbane; un apel mărit, dar totuşi ponderat şi plafonat, la energia electrică, efect al folosirii tot mai extinse a aparaturii electrocasnice şi a iluminatului; plafonarea consumului se poate realiza în contextul unor tarife care să incite la economisirea energiei şi la atenuarea vârfurilor de cerere.

2.1 Economia de combustibil realizată prin termoficare (Diagrama T-s pentru producerea energiei electrice şi termice) Ciclul termodinamic al cogenerării, comparativ cu ciclul de condensaţie şi cu ciclul de producere a căldurii într-un cazan de încălzire, în cazul în care tot aburul care a traversat tubina este preluat la ieşirea din turbină şi trmis la consumator (turbină cu contrapresiune) , este prezentat în figura 2.1.

 căldură transformată în lucru mecanic (energie electrică QE şi Q’E)  căldură utilă livrată consumatorilor (QL)  căldură pierdută (evacuată la condensator QP) 2.1 Diagrama T-s pentru producerea energiei electrice şi termice: a- producerea separată a energiei electrice; b- producerea separată a energiei termice; c- producerea combinată de energie electrică şi termică; 1- tubină; 2- condensator; 3- cazan de abur; 4- pompă de alimentare; 5- consumator de căldură; QE şi Q’E – căldură transformată în lucru mecanic (energia electrică ) QL - căldură utilă livrată consumatorilor; QP - căldură pierdurtă ( evacuată la condensator). Diagramele presupun aceiaşi parametri iniţiali la CTE şi CET şi returnarea condensatului fără pierderi de la consumatorul de căldură. a) Randamentul în cazul ciclului de condensaţie este: (2.1)

QE - este energia electrică produsă, iar QP energia pierdută de fluidul de răcire din condensator. b) Randamentul termic pentru instalaţia de încălzire este: ηt' =1 c) Randamentul termic al ciclului de termoficare este

-

(

)

(

)

(2.2)

Se constată , în comparaţie cu ciclul de condensaţie, că oprind destinderea, la o presiune superioară, puterea specifică este mai redusă cu atât mai mult cu cât consumatorul are nevoie de o presiune mai ridicată de abur; deci pentru aceeaşi putere electrică , turbina de termoficare va avea un consum de abur mai mare decât cea de condensaţie. Pentru a stabili economia de combustibil aferentă termoficării se consideră cele două situaţii echivalente în privinţa livrării de căldură şi anume: producerea separată ( în CTE - energie electrică şi în CT- energie termică); producerea combinată de energie electrică şi energie termică ( în CET). Cantităţile de energie consumate la producerea separată a energiei electrice şi energiei termice şi în cazul termoficării sunt următoarele: - la producerea separată: *

+

(2.3)

- la producerea combinată în CET: *

+

(

)

(2.4)

Neglijând pierderile electrice diferite între cele două soluţii, Ec=E-ET, economia de combustibil realizată este: ( ) ( ) (2.5) ( ) unde: - H1este puterea calorică a combustibilului *kJ/kgcc]; - QT căldura livrată * kJ+; - ηCT - randamentul centralei termice la producţia separată; - ηC - randamentul mediu al cazanului din CET; - ηr - randamentul reţelei de transport a căldurii; - ET - energia electrică produsă în termoficare*kWh+; - Ec - energia electrică produsă în condensaţie de turbina de termoficare *kWh+; - E energia electrică produsă în condensaţie în CTE *kWh+; -gCTE - consumul specific pentru energia electrică produsă în centrala de condensaţie (CTE) *kgcc /kWh]; - gT CET - consumul specific pentru energia electrică produsă în termoficare [kgcc /kWh]; - gC CET consumul specific pentru energia electrică produsă în condensaţie, de CET *kgcc /kWh]. Principala economie de combustibil se face pe seama energiei electrice produse în cogenerare. Economia de combustibil poate atinge valori de 35...40%.

2.2 Scheme de centrale cu termoficare echipate cu turbine de abur (Schemele turbinelor cu condensaţie şi priză, Schemele turbinelor cu contrapresiune) Livrarea căldurii la consumator se poate face cu ajutorul turbinelor cu contrapresiune sau a turbinelor cu condensaţie şi prize reglabile de abur (fig.2.2).

Fig. 2.2 Schemele turbinelor cu condensaţie şi priză: a - cu o priză reglabilă şi 2 corpuri; b - cu o priză reglabilă, reprezentare simplificată; c - cu două prize reglabile; 1- turbină; 2- condensator; 3- consumator de căldură; Pp1 şi Pp2 presiunea prizei 1 respectiv, 2. Schema unei turbine cu contrapresiune este prezentată în fig. 2.3 a. Puterea electrică livrată de aceasta este strict dependentă de debitul de abur furnizat, ceea ce implică funcţionarea interconectată cu sistzemul energetic. Regimul electric este dictat de consumul de căldură şi grupul poate fi folosit la baza grupei de sarcină. Turbina cu contrapresiune este o maşină constructiv simplă şi ieftină. Din această cauză ea este folosită pentru :  acoperirea cotei de debit constant cerută de consumatorii termici importanţi;  instalaţii de mică însemnătate, a căror putere nu este neapărat necear să fie asigurată pentru sistem. O independenţă limitată între puterea electrică şi debitul de căldură se poate obţine intercalând între ieşirea din turbină şi consumator, un acumulator de căldură, (fig. 2.3 b). Acesta conţine un volum de apă în contact cu pernă de abur. În momentul când debitul spre consumator Dc este mai redus decât debitul din turbină DT a cărei reglare este dictată de sarcina electrică, presiunea în acumulator creşte şi o parte din abur condensează, încălzind volumul de apă până la noua entalpie de saturaţie. Când consumul de abur depăşeşte prodcţia, presiunea scade şi o parte din apa acumulatorului se vaporizează. Consumatorul este racordat la presiunea p2, prin intermediul unui regulator de presinue, în timp ce lucrează cu o contrapresiune variabilă p2 ` .Deoarece p2 ` > p2 rezultă că introducerea acumulatorului atrage după sine o micşorare a indicelui de termoficare şi, deci, a eficienţei. În cazul în care consumatorul de căldură are nevoie de două presiuni de abur, diferite între ele, aceasta se poate obţine prin folosirea a două turbine de contrapresiune distincte sau printr-un singur grup de contrapresiune şi priză reglabilă.

o o

Fig. 2.3 Schemele turbinelor cu contrapresiune: a- contrapresiune simplă; b- contrapresinue şi acumulator; c- contrapresiune şi priză reglabilă (2 presiuni de consum). Funcţionarea turbinelor cu condensaţie şi prize reglabile, în sistemul energetic, este independentă de cererea de abur a consumatorului; ele pot avea o infinitate de regmuri de lucru, după puterea electrică şi debitul cerut. Presiunea prizei (p3) este cuprinsă în domeniul 7...15 bar şi serveşte pentru alimentarea consumatorilor cu regim ridicat de presiune ;contrapresiunea p2 ( în domeniul 2...4 bar) este uitlă consumatorilor cu regim relativ redus de presiune. Randamentul intern al turbinelor cu condensaţie şi priză reglabilă este mai coborât deoarece: fiecare regulator de priză constituie o rezistenţă în calea curgerii aburului şi cauzează o pieredere de sarcină prin laminare; turbina cu prize reglabile are corpurile dimensionate pentru situaţia limită în care cererea de abur pe priză este maximă. În numeroase perioade, corpurile nu funcţionează cu debitul maxim şi, de aceea, randamentul intern este şi mai scăzut. Regimurile limită ale turbinei cu condensaţie şi o priză reglabilă pot fi puse în evidenţă prin analiza din tabelul 2.1. Pentru simplificare, s-au neglijat debitele de abur pentru preîncălzirea apei de alimentare.

Tabel 2.1 Regimurile limită ale turbinei de condensaţie şi priză reglabilă Regimul

Condensaţie pură

Termoficare (maximă)

Putere maximă

Schema de funcţionare

Caracteristicile debitelor -în condensator -la intrarea în turbină -la priză Puterea disponibilă

Puterea disponibilă în regim de condensaţie Pk, obţinută prin corpul de joasă presiune trece debitul maxim D k depinde de dimensionarea acestuia. Puterea poate fi mai mică, egală, sau mai mare, decât puterea disponibilă în max regim de termoficare. Funcţionând în regim de condensaţie, grupul va avea un consum specific mai mare decât grupul de condensaţie pură cu aceeaşi parametri iniţiali şi finali. Puterea disponibilă a turbinei, în regim de termoficare este dată, exclusiv, de corpul de înaltă presiune, în cel de joasă presiune circulând numai un debit minim de abur DKO necesar menţinerii temperaturii paletajului (răcirii lui). Consumul de căldură în acest regim este mai mare decât al turbinei în regim de termoficare cu valoarea QKO corespunzător debitului DKO: [ ] (2.6) Puterea electrică disponibilă maximă are loc în momentul când amândouă corpurile sunt complet încărcate cu abur, iar la priză se dă consumatorului diferenţa de debit Dp = D1 max – Dk max ; această turbină constituie pentru sistemul energetic un mijloc de a avea o rezervă caldă de putere de vârf, folosibilă imediat, îm măsura în care consumatorul de căldură poate fi redus temporar ( situaţie posibilă pentru consumatorii de căldură de încălzire). Se defineşte puterea adiţională Pad diferenţa Pad = Pmax - PT [kW] (2.7) Mărimea puterii adiţionale şi regimul cu putere maximă depind de dimensionarea părţii de condensaţie a turbinii (Dk) şi de dminesionarea corpului de înaltă presiune(D1).

3. Centrale cu turbine de gaz (ITG)

   

Instalaţia cu turbină de gaz (ITG) este o maşină termică ce realizează conversia energiei chimice în energie mecanică, utilizând ca agent termic un gaz. Gazele utilizate frecvent în acest scop sunt: aer, gaze de ardere, dioxid de carbon, heliu etc. Ciclul termodinamic, după care evoluează instalaţiile moderne cu turbine de gaz este ciclul Brayton, întâlnit în literatura de specialitate şi sub denumirea Joule. În figura 3.1 este prezentată, în coordonate T-s (temperatură entropie), forma ciclului Brayton teoretic, pentru care se disting următoarele transformări termodinamice: 1-2 compresie izentropică; 2-3 încălzire izobară; 3-4 destindere izentropică; 4-1 răcire izobară. Din punct de vedere al modului de interacţiune între agentul termic şi produsele de combustie corespunzătoare sursei calde a ciclului se disting: ITG în circuit deschis şi ITG în circuit închis.

Fig. 3.1 Ciclul Brayton teoretic, în coordonate T-s

3.1 Schema de principiu pentru ITG în circuit deschis

    

1.1 ITG în circuit deschis Agentul de lucru se amestecă cu produsele de combustie la sursa caldă şi apoi se destind împreună în turbină pentru a fi ulterior eşapate în atmosferă. Închiderea ciclului se realizează prin intermediul atmosferei care reprezintă în acelaşi timp şi sursa rece a ciclului. Schema de principiu pentru ITG în circuit deschis şi procesul real în coordonate T-s se prezintă în figura 3.2. Se disting următoarele transformări: 0-1căderea de presiune (laminare) în filtrul de aspiraţie a aerului în compresor (FA); 1-2 compresie politropică în compresor (K); 2-3 ardere în camera de combustie, cu pierderea de sarcină (CA); 3-4 destindere politropică în turbina de gaz (T); 4-5 pierdere de sarcină ( laminare) în amortizorul de zgomot (AZ).

Fig. 3.2 Schema de principiu pentru ITG în circuit deschis: Procesul real în coordonate T-s. Pe scurt, modul de funcţionare a OTG în circuit deschis poate fi descris astfel: -aerul este aspirat de compresor prin intermediul unui filtru de aer FA, care are rolul de a opri eventualele impurităţi mecanice ceea ce ar duce la degradarea paletajului compresorului; -după ce este comprimat, aerul pătrunde în camera de combustie unde se amestecă cu combustibilul; energia necesară compresiei este furnizată de turbina de gaz ( compresorul şi turbina de gaz sunt dispuse pe aceeaşi linie de arbori). -produsele de ardere ies din camera de combustie şi se destind în turbina de gaz producând lucru mecanic; o parte din lucrul mecanic produs este utilizat pentru antrenarea compresorului iar cealaltă este transmisă către generatorul electric; -gazele de ardere sunt eşapate în atmosferă prin intermediul unui amortizor de zgomot care are rolul de a reduce poluarea fonică; când turbina de gaz intră în componenţa unui ciclu combinat gaz-abur, rolul AZ este îndeplinit de cazanul de abur. 1.2 ITG în circuitul închis Turbina de gaz în circuitul închis urmăreşte:

- apropierea ciclului turbinei de gaz de ciclul ideal Carnot prin răciri şi încălziri repetate în timpul compresiei şi al destinderii ( fig. 3.3). - folosirea unui mediu de lucru perfect curat pentru compresor şi turbină; - realizarea ciclului cu presiuni ridicate, cu ajutorul cărora să se reducă volumul specific al gazelor, dimensiunile maşinii şi să se poată spori puterea unitară. - folosirea oricărui combustibil pentru sursa caldă.

3.2 Turbina cu circuit închis 12,5 MW SIEMENS Turbina de gaz în circuit închis este o instalaţie cu ardere externă, la care transmisia de căldură de la gazele de ardere la mediul de lucru se face prin suprafaţa metalică a unui cazan de aer cald. Întrebuinţarea unor răciri şi încălziri multiple nu a fost posibilă în practică, turbina în circuit închis realizându-se în două trepte de compresie şi una, cel mult, două trepte de destindere, dar fără încălzire intermediară, aşa cum este prezentat în figura 3.4. Cele două trepte de comprimare au între ele un răcitor de aer, combinat cu un recuperator de căldură pentru termoficare. Aerul comprimat se încălzeşte suplimentar în schimbătorul de căldură recuperativ, apoi în cazanul de aer cald şi se destinde în turbină. Turbina are o turaţie mai mare de 3000 rot/min şi antrenează generatorul printr-un reductor de turaţie. Aerul care părăseşte turbina traversează din nou recuperatorul 6 şi se răceşte apoi în răcitoarele 10 şi 11, reluându-şi parcursul în circuit închis.

Fig. 3.4 Turbina cu circuit închis 12,5 MW SIEMENS: 1- compresor treapta I; 2-10- recuperator de căldură pentru termoficare; 3- răcitor de aer; 4- compresor trapta II; 5generator; 6- schimbător de căldură recuperativ;7- cazan de aer cald; 8- turbină; 9- reductor de turaţie; 11- răcitor de aer;12,13 – butelii de aer pentru reglare; 14- compresor pentru reglare; 15- alimentare cu combustibil. Instalaţia are nevoie de apă pentru răcirea aerului după ieşirea din recuperator şi între treptele de presiune. Necesarul de apă de răcire este de trei ori mai mic decât la turbinele cu abur. În cazul ITG în circuit închis masa de agent termic se conservă în interiorul ciclului, deci se pot utiliza în acest scop gaze mai scumpe dar cu proprietăţi termodinamice mai bune: CO2, He. La turbinele de gaz, recuperarea de căldură pentru livrare la consumatori externi se face la ieşirea gazelor din turbină şi la răcirile intermediare între treptele de comprimare.

3.3 Ciclu de turbine de gaz în circuit deschis cu termoficare Schema unei instalaţii prevăzută cu schimbătoare de căldură pentru termoficare adaptate unei turbine cu gaz în circuit deschis pe două axe este prezentată în figura 3.5. Recuperarea internă de căldură, cu ajutorul schimbătorului de căldură 5, reducând temperatura gazelor de ardere de la punctul J la K, micşorează cantitatea de căldură QRG pentru termoficare. În perioadele când nu există consum

termic, suprafaţa de schimb de căldură din gazele de ardere se ocoleşte prin by-passul 12. Cazanul recuperator poate avea o ardere suplimentară folosind excesul de aer din gazele de ardere sau poate funcţiona independent, chiar dacă turbina de gaz este oprită. În acest caz, cazanul primeşte aerul de ardere cu ajutorul ventilatorului 11. Recuperarea căldurii se face în modul cel mai uşor cu ajutorul apei fierbinţi, instalaţia pretându-se ca sursă de căldură pentru termoficarea urbană.

Fig. 3.5 Ciclu de turbine de gaz în circuit deschis cu termoficare 1,4- compresor; 6,8- camere de ardere pentru turbina de gaz; 7,9- turbina de înaltă şi joasă presiune; 2- schimbător de căldură pentru termoficare; 3- răcitor cu apă; 5- recuperator de căldură; 10- cazan cu recuperare de căldură şi ardere suplimentară;11- ventilatorul cazanului recuperator; 12- ocolirea cazanului recuperator. Cantitatea de căldură recuperată depinde de nivelul de temperatură de pe conducta de întoarcere a reţelei şi de temperatura aerului exterior. Cantităţile de căldură recuperabilă din gazele de ardere şi de la răcirea intermediară sunt puse în evidenţă prin suprafeţe haşurate QRG şi QRR din diagrama T-s a ciclului reprezentat în figura 3.6.

Fig. 3.6 Diagrama T-s a unei ITG cu recuperarea căldurii pentru termoficare urbană.

4. Centrale termice de apă fierbinte 4.1 Schema termică de principiu a unei instalaţii termice de apă fierbinte cu capacitate instalată redusă Folosirea apei fierbinţi ca agent termic, în astfel de surse, este economică faţă de cazul apei calde ca urmare a concentrării debitelor instalate în mari unităţi de cazane şi a reducerii debitelor vehiculate în reţea, efectul fiind diminuarea investiţiilor şi a cheltuielilor anuale pentru pompare. Dintre caracteristicile principale ale cazanelor de apă fierbinte se menţionează: - randamentul ridicat( 0,85...0,9), datorită sistemului constuctiv şi al caracteristicilor îmbunătăţite ale arderii; - prezenţa focarelor ecranate; - impunerea restricţiilor privind temperatura minimă a apei la intrarea în cazan, a presiunii minime şi maxime a apei la ieşirea din cazan şi a debitului minim al acesteia; -asigurarea cazanelor cu ventile de siguranţă; - tratarea chimică a apei de adaos (dedurizarea până la maximum 10d şi degazarea până la maximum 0,1 mg/l oxigen dizolvat); -amplasarea în clădiri independente. În funcţie de mărimea centralelor se practică, în prezent, două soluţii de scheme funcţionale. În cazul centralelor cu un debit instalat de maximum 15...20 MW (fig.4.1), echipamentul de bază (CAF) realizează o temperatură constantă la ieşire, de exemplu 1500C, ceea ce garantează obţinerea unui randament maxim. Rezolvarea schemei funcţionale implică o legătură bloc între CAF şi pompele de circulaţie astfel încât modificarea sarcinii termice produse să fie posibilă prin modificarea numărului de cazane care funcţionează, implicit a pompelor aferente.

Fig. 4.1 Schema termică de principiu a unei instalaţii termice de apă fierbinte cu capacitate instalată redusă CAF – cazan de apă fierbinte; Pc- pompe de circulaţie; Pam- pompe de amestec; Pa- pompe de adaos; Rp- regulator de presiune; Cr- clapetă de reţinere; D- degazor; SN- separator nămol; S- schimbător de căldură; VS- ventil de siguranţă; DCA- dedurizare chimică a apei; CAb – cazan de abur de presiune joasă; 1- spre reţeaua de apă fierbinte; 2- de la reţeaua de apă fierbinte. Instalaţiile moderne rezolvă această problemă cu ajutorul pompelor de circulaţie cu turaţie variabilă. În scopul realizării parametrilor impuşi de consumatori se prevede instalaţia de amestec, clapeta de reţinere şi elementele de reglare automată, incluzând robinetul cu trei căi şi regulatorul electronic; se obţine astfel o corelaţie între temperatura apei de reţea pe conducta de ducere şi parametrul climatic de bază, temperatura aerului exterior.

4.2 Schema termică de principiu a unei centrale termice de apă fierbinte cu capacitate instalată mare

Fig. 4.3 Schema termică de principiu a unei centrale termice de apă fierbinte cu capacitate instalată mare

CAF – cazan de apă fierbinte; CAb – cazan de abur de presiune joasă; Pc- pompe de circulaţie; Rp- regulator de presiune; Pr- pompe de recirculaţie; RT- regulator de temperatură; Zh- zăvor hidraulic; Cr+ clapetă de reţinere; DCAdedurizare chimică a apei; VS- ventil de siguranţă; SN- separator de nămol; S- schimbător de căldură; D- doma cazan; 1- spre reţeaua de apă fierbinte; 2- de la reţeaua de apă fierbinte. În ciclul teoretic al centralelor termice de apă fierbinte, în diagrama T-s (fig.4.4), s-a considerat o evoluţie de la 70...1500C a temperaturii apei în cazan pe izobara de 4,85 bar (presiunea absolută corespunzătoare fierberii apei la temperatura de 1500C), agentul preluând cantitatea de căldură aferentă suprafeţei 1-2-3-4 şi redând-o, teoretic integral, consumatorilor. Randamentul teoretic este egal cu 100%. Pentru a evita producerea vaporizării apei în zonele cu schimb intens de căldură se impune asigurarea unei presiuni la ieşirea din cazan, corespunzătoare temperaturii de regim cu un escart de 20...30K. Randamentul real scade la 80... 90% din cauza pierderilor de căldură prin gazele de ardere, manta, conducte, armături, cenuşă etc.

Fig. 4.4 Reprezentarea în diagramă T-s a ciclului termodinamic în cazul centralelor termice de apă fierbinte

4.3 Schema termică de principiu a unei centrale termice de abur de presiune medie În incintele sau platformele industriale unde nu se justifică introducerea unor centrale electrice de termoficare se prevăd centrale termice echipate cu cazane de abur, funcţionând la parametrii medii (în domeniul 6...20 bar); aburul este livrat în starea de saturaţie sau, la unele tipuri de cazane, în stare de supraîncălzire (cu cel mult 20...300C peste temperatura de saturaţie corespunzătoare presiunii). Când se impune transportarea aburului la distanţe mai mari de 0,8...1,0 km, se aleg cazane cu supraîncălzire. De obicei, aburul livrat din astfel de centrale este utilizat pentru acoperirea nevoilor de căldură în procese tehnologice şi, mai rar, în procese de ventilare, încălzire şi preparare a apei calde de consum. În mod curent, aceste ultime procese utilizează, ca agent termic, apa fierbinte, ca urmarea avantajelor pe care le prezintă în comparaţie cu aburul. De aceea, centralele termice de abur (fig.4.5) pot fi prevăzute şi cu o instalaţie de preparare a apei fierbinţi, unde se foloseşte condensatul recuperat din procesele tehnologice ce folosesc aburul ca agent termic primar; pentru obţinerea temperaturii finale condiţionate de sistem, pe conducta de ducere, se prevede o a doua treaptă în instalaţia de preparare a apei fierbinţi, alimentată cu abur (în schimbătorul de vârf), având parametrii corectaţi într-o instalaţie de reducere-răcire.

Fig. 4.5 Schema termică de principiu a unei centrale termice de abur de presiune medie CAb- cazan abur de presiune medie; Rc-rezervor de condensat; D- degazor; Pal- pompă de alimentare; Pcd- pompe de condensat; Pa- pompă de adaos; Pc- pompă de circulaţie; Rp- regulator de presiune; Sb- schimbător de bază; Svschimbător de vârf; RT- regulator de temperatură; IRR- instalaţia de reducere- răcire; Cr-clapetă de reţinere; DCAdedurizarea chimică a apei; 1-abur; 2- condensat; 3-apă fierbinte. Întrucât condensatul recuperat şi pompat de la consumatori nu are temperatura mai mare de 90...95 0C, apa de reţea nu poate fi încălzită în schimbătorul de bază la mai mult de 80...850C;de aceea, la dimensionarea sistemelor ce utilizează apa fierbinte la temperatura nominală de 1500C, este necesar ca aburul livrat schimbătorului de vârf de IRR să aibă presiunea absolută de 5,5...6 bar în stare de saturaţie . În ciclul teoretic din diagrama T-s a procesului de obţinere a aburului în centrala termică (fig.4.6) se consideră, teoretic, o evoluţie inversă a agentului termic dintr-o instalaţie consumatoare de căldură, respectiv, aburul cedează aici căldură de supraîncălzire, apoi condensează, cedând căldură latentă după care, condensatul se subrăceşte. Rezultă deci, un randament teoretic de 100%, întreaga arie 1-2-3-4-5-6-1 reprezentând energie utilă. Randamentul real al centralelor termice este de 70...90% în funcţie de : felul combustibilului, tipul constructiv al cazanelor, gradul de echipare cu elemente de reglare, calitatea execuţiei şi exploatării etc. Dacă se ţine seama şi de randamentul reţelelor şi al instalaţiilor consumatoare de căldură, randamentul pe ansamblul sistemului poate atinge valori de 50...80 %.

Fig. 4.6 Reprezentarea în diagramă T-s a ciclului termodiamic în cazul centralelor termice de abur: 1-2 încălzirea apei în cazan; 2-3 vaporizare; 3-4 supraîncălzirea aburului.

În anumite situaţii, determinate de mărimea şi structura sarcinilor termice ce trebuie acoperite, se justifică realizarea unor centrale termice echipate cu cazane de abur, cât şi cu cazane de apă fierbinte. O parte din echipamentul de bază şi din cel auxiliar se poate amplasa în aer liber. În rezlovările practice, efective, privind amplasarea echipamentului şi construcţia centralelor termice, se impune respectarea condiţiilor înscrise în prescripţiile tehnice ale chipamentului, normelor de tehnică a securităţii muncii şi normelor de prevenire a incendiilor (C 300; P118; Norme generale PSI/1994; NRPM).

5. Elemente privind construcţia reţelelor termice Criterii privind construcţia reţelelor termic Conductele de transport şidistribuţie a energiei termice sunt instalaţii complexe ce cuprind: ţevi îmbinate prin sudură, flanşe sau elemente de legătură, izolaţie termică, armături de închidere şi control, compensatoare de dilatare, dispozitive de aerisire şi golire, reazeme fixe şi mobile şi alte elemente de construcţii specifice. Conductele termice pot fi pozate aerian sau subteran, modalitatea de amplasare depinyând de situaţia caracteristică din teren, independent sau corelat şi cu traseele altor conducte (canalizare, apă potabilă etc.). În acest sens se au în vedereprevederile Normativului I 13 referitoare la distanţele maxim admise pe traseele paralele şi la intersecţii între conductele reţelelor termice şi alte categorii de conducte, canale, cabluri, etc. Conductele termice au nevoie de prevederea unor cămine speciale de vizitare, în cazul amplasării în canale termice, sau de platforme de acces, pentru conductele amplasate aerian. Pentru conductele termice se utilizează ţevi din oţel (trase sau sudate) cu izolaţie termică din vată minerală, spumă de polyuretan pentru conductele preizolate. În acest domeniu se mai pot utuiza ţevi flexibile (din polietilenă reticulată) izolaţie din polietilenă. Conductele din oţel se montează pe reazeme fixe şi mobile, iar pentru preluarea deformaţiilor se prevăd elementele de compensare. Conductele preizolate şi cele flexibile montate subteran se amplasează direct în sol, spriinirea fiind uniformă continuă, pe toată lungimea acestora. Pentru conductele preizolate amplasate aerian se menţin aceleaşi principii de montare (pe suporturi fixe şi mobile), fiind necesară respectarea prescripţiilor tehnice recomandate de firmă.

5.1 Amplasarea subterană Este utilizată pe traseele din zonele urbane unde este necesară coordonarea traseului reţelelor termice cu traseul celorlalte reţele subterane. Amplasarea subterană se realizează în canale circulabile, semicirculabile şi necirculabile. 5.2.1 Canale circulabile Montarea conductelor în canale circulabile asigură accesul permanent şi uşor al personalului de întreţinere, în schimb, prezintă din punct de vedere economic investiţii mari. Ele se justifică numai în cazul unui număr mai mare de conducte, cu trasee paralele, în incinta marilor întreprinderi industriale şi la limita centralelor de termoficare. Pereţii canalelor circulabile se execută din beton armat, din blorui de beton sau din zidărie de cărămidă, soluţia constructivă fiind dictată de condiţiile locale şi de considerente economice. Executarea întregului canal din elemente prefabricate este raţională în cazul în care lucrările presupun un volum mai mare. Dacă traseul conductelor străbate ape freatice este necesară amenajarea unui pat de drenare sau de impermeabilizare a fundului şi pereţilor canalului până la cota apelor freatice. Pentru ca apa provenind din infiltraţii sau scăpări să se poată evacua, este necesar să se asigure în lungul canalelor o pantă de cel puţin 2 m. Înălţimea acestor canale subterane circulabile (fig.5.1) este de minimum 1,8...2 m; spaţiul de acces are o lăţime de cel puţin 0,8...1 m. Este necesară asigurarea unui iluminat artificial la tensiuni neperisuloase de 24 (36 V), precum şi de o ventilare naturală sau mecanică pentru ca temperatura să nu depăşească 400C.

Fig. 5.1 Canal circulabil din beton armat monolit: 1- peretele canalului; 2- conductă; 3- consolă; 4- rezem. Reazemele în canale se execută din perne (blocuri) din beton simplu, din grinzi din oţel încastrate în console în pereţi sau sprijinite pe stâlpi. Reazemele pot fi glisante sau rulante. În zonele urbane sau industriale sistematizete se prevăd galerii edilitare în care se pot amplasa toate categoriile de conducte, ce excepţia celor de gaz. 5.2.2 Canale semicirculabile Sunt utilizate în cazurile în care săpăturile pentru repararea conductelor sunt, din anumite motive, excluse sau de evitat (este cazul subtraverăsării străzilor, căilor ferate etc.). Ele se execută cu o înălţime de 1,2...1,6 m cu un spaţiu liber în lărgime de 0,5...0,6 m , din beton armat monolit sau din elemente prefabricate ( fig.5.2). Conductele se montează pe suporturi prinse pe radier sau pe pereţii canalului.

Fig. 5.2 Canal semicirculabil cu elemente prefaricate din beton armat în formă de L. 5.2.3 Canale necirculabile Se execută din cărămidă sau beton armat, cu secţiuni dreptunghiulare, ovale sau cilindrice (fig. 5.3).

Fig. 5.3 Canal necirculabil din beton armat monolit, acoperit cu plăci prefabricate. În soluţia curentă, se folosesc elemente prefabricate ceea ce asigură o execuţie rapidă a lucrărilor. Se urmăreşte, în general, ca montarea conductelor să se realizeze cât mai la suprafaţă (pentru micşorarea volumului săpăturilor), deasupra nivelului apelor freatice. În caz contrar este necesară executarea lucrărilor de drenare pentru apele infiltrate din pânza de apă freatică, ploi sau defecţiuni ale reţelei. Amplasarea canalelor necirculabile sub nivelul apelor freatice fără ca nivelul acestora să fie coborât prin drenare, este posibilă numai în situaţia când ele sunt executate cu izolaţie hidrofugă exterioară.

5.2 Amplasarea subterană fără canal Realizarea reţelelor de reţele termice subterane, în special, cu conducte preizolate, necesită următoarele operaţiuni: -executarea elementelor componente ale reţelei în cadrul firmelor producătoare specializate, inclusiv transportul şi depozitarea acestora în condiţii specifice; - transportul şi pozarea elementelor de conducte în şanţurile deschise prin săpătură conform traseelor prevăzute prin proiectare; - sprijinirea conductelor pe suporturi provizorii (bucăţi de lemn sau spumă rigidă de plzuretan etc.) amplasate la distanţe de 3...4 m, pe fundul şanţurilor; -executarea îmbinărilor prin sudură între conducte, realizarea trecerilor prin pereţi, executarea ramificaţiilor, coturilor etc.; - efectuarea probelor de presiune; - executarea izolării conductelor în zonele de îmbinare între elementele componente (conducte rectilinii, coturi, ramificaţii etc.) - acoperirea conductelor cu nisip compactat (10... 15 cm); se completează deasupra cu pământ de umplutură, compactând straturile succesiv, până la nivelul solului. Adâncimea de pozare a acestor conducte se situează în jurul valorilor de 0,6...1,5 m, în funcţie de cotele terenului şi de panta ce trebuie prevăzută în vederea efectuării golirii reţelei. Lăţimea şanţurilor depinde de numărul, diametrul conductelor şi de spaţiile libere dintre conducte ( 10... 20 cm)( fig.5.4).

Fig. 5.4 Secţiune transversală pentru o reţea de conducte preizolate: 1-spumă PUR; 2- conductă; 3-manta; 4- şanţ; 5- panglică de marcare; 6- pat de nisip. Modul de preluare a deformaţiilor conductelor provenite din variaţiile de temperatură este, în general, acelaşi ca şi la conductele montate în stil clasic (adică se utilizează compensatoare natural elastice, compesatoare curbate în formă de U etc.), amplasarea acestora realizându-se cu respectarea indicaţiilor în ceea ce priveşte delimitarea braţelor compensatoarelor şi a tehnologiei de execuţie, recomandate de firmele producătoare.

5.3 Amplasarea aeriană Amplasarea aeriană (supraterană) a conducetlor termice se execută pe stâlpi din beton armat sau metalici. Construcţiile metalice sunt agreate la realzarea platformelor (estacadelor), la realizarea podurilor (podeţelor), cumulând şi alte funcţiuni (circulaţia pietonală, a vehiculelor etc.). Înălţimea stâlpilor trebuie să asigure gabaritul de trecere liberă în zonele de supratraversare a drumurilor, a căilor ferate etc. Dacă nu există restricţii din acest punct de vedere, conductele pot fi amplasate aproape de sol, pe construcţii joase rezultate dintr-o fundaţie din beton simplu şi un cuzinet din betona rmat sau simplu deasupra acestei fundaţii (fig. 5.5).

Fig. 5.5 Amplasarea aeriană a conductelor la înălţime mică: 1-cuzinet În general, se preferă stâlpii prefabricaţi din beton armat, datorită durabilităţii lor în timp şi a investiţiei mai reduse. Forma stâlpilor (fig. 5.6) este de T sau dublu T de cadru (cu una sau mai multe rigle, console etc.).

Fig. 5.6 Amplasarea aeriană a conducetlor termice pe stâlpi prefabricaţi din beton armat: a, b- stâlpi în formă de „T”; c- stâlp dublu „T”; d- stâlp portal; e- stâlp dublu portal. Izolaţia conductelor aeriene se protejează contra intemperiilor prin înfăşurări cu materiale bitumate şi prevederea unor mantale metalice din tablă zincată. Pentru deservirea conductelor amplasate aerian se prevăd, în anumite puncte, scări de acces şi platforme permanente. Aceleaşi principii de pozare aeriană se pot aplica şi în cazul utilizării conductelor preizolate (cu spumă de poliuretan şi manta metalică de protecţie).

6. Graficul piezometric al reţelelor de apă fierbinte

     

În reţelele de apă fierbinte presiunea în conducte are o variaţie impusă de funcţionarea acestor reţele care cuprinde, în general, mai multe sisteme închise. Regimul hidraulic al reţelei este determinat de debitul şi presiunea apei, precum şi de caracteristicile hidraulice ale elementelor componente. Pe baza calculelor hidraulice de dimensionare şi verificare se întocmesc graficele ce stabilesc elementele de funcţionare: - în regim dinamic de funcţionare: presiunea relativă în instalaţiile aferente surselor, reţelelor de conducte şi abonaţilor consumatori de căldură; presiunea disponibilă în fiecare punct al reţelei de conducte; presiunea realizată de instalaţia de adaos; înălţimea de pompare a pompelor de circulaţie; - în regim static (caracteristic momentului când pompele de circulaţie sunt oprite): nivelul presiunii manometrice în diverse puncte din sistem; presiunea relizată de pompe în regim static- linia x-x din figura 7.5;

Fig.7.5 Graficul piezometric al unui sistem cu apă fierbinte, bitubulară închisă

    -

 

Corespunzător graficelor de repartizare a presiunilor se pot determina: modul de racordare a instalaţiilor consumatorilor de căldură la reţeaua termică; posibilitatea de consumare a presiunilor disponibile excedentare prin dimensionarea corespunzătoare a branşamentelor; măsuri necesare în vederea echilibrării hidraulice a reţelelor de conducte; măsuri vizând realizarea unor regimuri hidraulice optime din punct de vedere tehnico-economic. Pentru întocmirea graficului piezometric sunt necesare următoarele elemente: profilul longitudinal al terenului de-a lungul reţelei (asimilat cu profilul longitudinal al conductelor); presiunile maxime admise de instalaţiile consumatorilor; înălţimile hidrostatice din instalaţiile interioare ale abonaţilor; paramentrii nominali ai agentului termic şi pierderile de sarcină din instalaţiile de racordare şi interioare ale consumatorilor. În vederea trasării liniilor piezometrice se procedează, în prealabil, la desenarea profilului de teren (ţinând cont de cotele geodezice cunoscute). Corespunzător fiecărui consumator se traseză înălţimile hidrostatice ale acestora şi presiunile maxime admise (în funcţie de corpurile de încălzire cu care sunt echipate instalaţiile interioare). Pe baza calculului hidraulic efectuat anterior fazei de trasare a graficului, având la dispoziţie mărimea pierderilor de sarcină pe fiecare tronson al sistemului de reţele, se poate elabora graficul piezometric ţinând seama de respectarea unor condiţii care vizează buna funcţionare a sistemului şi anume: pe conducta principală de întoarcere în centrală presiunea agentului termic trebuie menţinută la o valoare constantă ( la minimum 1,2...1,5 bar), respectiv, la valoarea care rezultă drept convenabilă pentru evitarea cavitaţiei la pompele de circulaţie; presiunea din conducta de ducere la intrarea în instalaţiile interioare ale consumatorilor este necesar să fie mai mică decât presiunea maximă admisă de instalaţiile respective (pentru evitarea avariilor în instalaţiile racordate);

  

presiunea pe conducta de întoarcere din instalaţiile interioare ale consumatorilor racordaţi direct este necesar să fie mai mare decât înălţimea hidrostatică a instalaţiilor interioare pentru evitarea golirii acestora; în orice punct al sistemului se impune ca presiunea să fie mai mare decât presiunea de vaporizare a apei la temperatura maximă de funcţionare în punctul respectiv, condiţie necesară pentru evitarea fenomenului de vaporizare; presiunea disponibilă la limita instalţiilor de racordare a consumatorilor este necesar să fie egală cu suma pierderilor de sarcină din instalaţiile acestuia. În caz contrar este necesar a fi luate măsuri de remediere a neconcordanţei, fie prin introducerea unor rezistenţe locale (în cazul existenţei unei presiuni excedentare) sau, dimpotrivă, introducerea unor pompe de ridicare a presiunii în cazul în care presiunea în punctul de racord este insuficientă pentru acoperirea pierderilor de sarcină din instalaţiile consumatorului. Graficul piezometric pentru un sistem de reţele tubular, închis, cu agent termic de tipul apei fierbinţi, la care sunt racordaţi consumatorii urbani şi industriali, este prezentat în figura 7.5. În scopul corelării energiei de poziţie cu presiunile relative ale fluidului, în graficul piezometric, presiunile relative ale agentului termic sunt exprimate în mH2O.

7. Calculul termic al reţelelor termice 7.1 Calculul pierderilor de căldură (Pierderi de căldură datorate scăpărilor de fluid prin zonele neetanşe ale sistemului, Pierderi de căldură prin transfer termic în mediul înconjurător, Pierderi de căldură ale conductelor montate subteran în canale, Pierderi de căldură ale conductelor montate direct în pământ) În procesul de exploatare şi întreţinere a reţelelor termice este importantă cunoaşterea pierderilor de căldură, a căderilor de temperatură, a temperaturii la suprafaţa exterioară a izolaţiei termice şi a grosimii optime a acesteia; în esenţă, toate acestea sunt echivalente cu limitarea pierderilor de energie odată cu asigurarea parametrilor normali de funcţionare. 8.1. Calculul pierderilor de căldură

-

Într-un sistem de alimentare cu căldură apar următoarele categorii de pierderi de căldură: datorată scăpărilor de fluid prin zonele neetanşe ale sistemului; prin transfer termic de la agentul termic din conductele de transport şi distribuţie către mediul înconjurător. 8.1.1 Pierderi de căldură datorate scăpărilor de fluid prin zonele neetanşe ale sistemului Se calculează cu relaţia:

(

)[ ]

(8.1)

în care: - ∆qfl este pierderea de căldură prin scăpări de fluid *W+; - Dad - debitul masic al apei de adaos [ kg/s]; - tad – temperatura medie a apei de adaos [0C] ( circa 90...950C); - td - temperatura medie a apei brute ( apa netratată chimic) *0C] ( circa 15...200C); - c – căldura masică a apei * J/kg•K+; Debitul apei de adaos poate fi stabilit prin măsurări sau prin aplicarea relaţiei: [ ] (8.2) în care Vs este volumul de apă din sistem ( reţea termică puncte de transformare a parametrilor- consumatori) [m3]. Pierderile de căldură datorate scăpărilor de fluid în regim de durată nu pot fi stabilite analitic datorită modului de funcţionare aleator, fiind influenţate de calitatea executarii lucrărilor de reparaţii, de numărul de pompe în funcţionare etc. Prin urmare, aceste pierderi se stabilesc pe baza masurătorilor cantităţii apei de adaos introdusă în sistem ( înregistrările contoarelor) şi a regimului termic de funcţionare a acestuia ( temperatura apei brute şi temperatura apei de adaos). 8.1.2 Pierderi de căldură prin transfer termic în mediul înconjurător Calculul pierderilor de căldură se face aplicând relaţiile clasice particularizate în funcţie de situaţiile specifice:

- tipul de izolaţie termică a conductelor: izolaţie cu saltele din vată minerală sau izolaţie din spumă rigidă de poliuretan; - modul de amplasare: subteran sau aerian; - regimul termic de funcţionare pe durata de calcul în corelaţie cu parametrii climatici exteriori, -starea izolaţiei termice concretizate prin degradarea caracteristicilor fizice ce determină protecţia termică a conductelor ( gradul de degradare a izolaţiei termice); - dimaetrul şi lungimea diferitelor tronsoane de conducte. Expresia generală a pierderilor de căldură din conductele ce transportă agent termic este: ( ) ( ) [ ] (8.3) în care - q este pierderea specifică de căldură *W/m+; - tm – temperatura medie a agentului termic [0C]; - t0 – temperatura mediului înconjurător *0C]; - R – rezistenţa la transfer termic de fluid la mediul înconjurător *m•K/W+; - L – lungimea conductei [m]; - β – coeficient de corecţie care ţine seama de pierderile de căldură prin reazemele neizolate ale conductelor β = 0,1...0,2. a) Pierderi de căldură ale conductelor montate subteran (aerian) Pentru o conductă pierderea de căldură specifică se calculează cu relaţia: ( ) (8.4) unde - te este temperatura aerului exterior [0C]; - R- rezistenţa la transfer termic a sistemului conductă+strat izolator *m•K/W+; Ceilalţi termeni au semnificaţia cunoscută. Rezistenţa la transfer termic R se determină cu relaţia: [ ] (8.5) unde - Diz este diametrul exterior al izolaţiei termice a conductei *m+; - Di, De – dimaetrul interior, respectiv, exterior al conductei [m]; - λiz – conductivitatea termică a stratului izolator *W/m•K+; - αi, αe - coeficientul de transfer al căldurii prin convecţie, de la fluid la suprafaţa interioară a condcutei, respectiv, prin convecţie şi radiaţie de la conducta izolată la mediul ambiant *W/m2•K+. Primul termen al relaţiei 8.5 (Ri – rezistenţa la transfer termic prin peretele conductei) este foarte mic şi prin urmare el se neglijează în toate calculele tehnice. Conductivitatea termică a stratului de izolaţie, în funcţie de natura izolaţiei şi de temperatura medie a acesteia, se determină cu relaţiile: -vată minerală cochilii; [ ] - vată minerală saltele [ ] - vată de sticlă: [ ]

-

Pentru αe se pot folosi relaţiile: pentru conducte situate în interiorul clădirii:

-

pentru conducte situate în exterior:

(

)[

] [

-

în care: ti este temperatura aerului interior [0C]; tiz - temperatura suprafeţei exterioare a izolaţiei conductei *0C]; v- viteza vântului [m/s].

]

În lipsa unor valori precise, pentru viteza vântului se pot lua valori de 5...10 m/s specifice zonelor climatice din ţara noastră. Pentru deteerminarea valorii rezistenţei R se face un calcul iterativ, procedându-se astfel: - se aproximează iniţial tiz şi se calculează tmiz , λiz , Re, Riz . Temperatura medie a izolaţiei tmiz , se calculează cu o bună aproximaţie ca o medie aritmetică între temperatura pe suprafaţa interioară (ce acoperă conducta- deci poate fi considerată egală cu temperatura medie a fluidului) şi temperatura pe suprafaţa exterioară a izolaţiei tiz . Pentru această temperatură medie se calculează şi celelalte mărimi. -din ecuaţia de bilanţ termic, ( )

[

]

se determină valoarea reală a temperaturii izolaţiei termice la suprafaţa exterioară, la prima iteraţie indicele (1): ( )

[ ]

- se compară temperatura izolaţiei dedusă cu relaţia 11.3.9 cu aceea aproximată. Valoarea este considerată bună dacă este îndeplinită condiţia: ( )

Dacă condiţia nu este satisfăcută se realege tiz . - cu relaţia 4 se calculează pierderea specifică de căldură ∆q.

-

b) Pierderi de căldură ale conductelor montate subteran în canale Pentru calculul pierderilor de căldură ale conductelor pozate subteran în canale (fig.1) sunt necesare următoarele date de bază: diametrul conductelor; dimensiunile canalului termic; adâncimea de pozare h a canalului subteran [m]; grosimea izolaţiei termice a fiecărei conducte; starea izolaţiei ( executată şi întreţinută normal, tasată, umedă etc.) temperatura la suprafaţa solului ts ; natura solului λs lungimea traseului de conducte.

Fig. 8.1 Conducte montate subteran, în canal termic. Se determină succesiv: 1.diametrul echivalent al canalului termic

( )( )

pentru suprafaţa exterioară (e) şi interioară (i): ()

( )( )

()

[ ]

unde: -Se(i) este suprafaţa secţiunii transversale exterioare ( interioare) a canalului; - Pe(i) perimetrul secţiunii transversale exterioare ( interioare) a canalului; 2.coeficientul de conductivitate termică a izolaţiei. Se apreciază temperatura medie a stratului izolant pentru fiecare din cele două conducte tmiz1, tmiz2 , pentru care se determină λiz. 3. coeficientul global de transfer de la agentul termic la aerul din canal: [

-

]

unde: Deiz este diametrul exterior al conductei izolate [m]; de – diametrul exterior al conductei utile [m]; αc – coeficientul de transfer termic prin convecţie de la suprafaţa izolaţiei la aerul din interiorul canalului αc = 10,5 W/m2•K 4. rezistenţa termică a aerului din canalul termic ( la peretele canalului ); [

]

5. rezistenţa termică a solului: - când atunci √ -

când

[

relaţia devine: [

-

]

]

Pentru coeficientul de conductivitate termică a solului se pot lua valorile: sol afânat uscat - λs = 0,8- 1 W/m•K; sol umed legat - λs = 2- 2,5 W/m•K; sol jilav nelegat λs =1,1- 1,5 W/m•K; 6. rezistenţa termică a canalului [

]

unde Dec e(i) - vezi relaţiile anterioare; λb – conductivitatea teremică a betonului din care este realizat canalul termic: - pentru beton simplu: λb =1,27 W/m•K; - pentru beton aramt λb =1,54 W/m•K; 7. rezistenţa termică a sistemului canal termic – sol, cu relaţia: [ ] (11.3.16) 8. temperatura aerului din canal, cu ajutorul relaţiei:

(

-

)

[ ]

unde R1, R2 sunt rezistenţele la transfer termic ale conductelor 1 şi 2 , calculate cu relaţia; t1, t2 – temperaturile medii ale agenţilor termici tsol – temperatura la suprafaţa solului. 9. pierderile de căldură specifice pentru fiecare condcută, pe baza relaţiei generale: ] ( ) ( ) [ c) Pierderi de căldură ale conductelor montate direct în pământ Cazul 1. Conducta unică: Pierderea de căldură specifică pentru o conductă preizolată montată direct în pământ,

Fig. 8.2 Conductă preizolată unică montată direct în pămînt: 1 – izolaţie; 2 – manta de protecţie; 3 – conductă din oţel se calculează cu relaţia: ( ) [

]

unde coeficientul global de transfer termic de la agentul termic la suprafaţa solului k se calculează cu relaţia: [

-

]

în care - Diz, Dem este diametrul interior, exterior al mantalei de protecţie a conductei preizolate (diametrul interior al mantalei de protecţie este considerat egal cu diametrul exterior al izolaţiei) *m+; D, Diz - diametrul interior, exterior al conductei este considerat egal cu diametrul interior al izolaţiei *m+; - λiz - conductivitatea termică a izolaţiei ( din poliuretan) *W/m•K+; - λm - conductivitatea termică a mantalei protectoare ( din P.V.C:) *W/m•K+; Pentru izolaţie din polyuretan la temperatura medie tmiz =500C şi densitatea ρP.U.R= 80...90 kg/m3 , λiz = 0,027 W/m•K. Pentru mantaua de protecţie din P.V.C. la 200C, λiz = 0,44 W/m•K; În expresia coeficientului global de transfer termic poate să apară şi rezistenţa la transfer termic de la agentul termic la peretele conductei, însă este foarte mică, şi de aceea, se neglijează în calculele tehnice. Din aceleaşi considerente se poate neglija şi rezistenţa la transfer termic a mantalei de protecţie Rm . Rezistenţa termică a solului se determină astfel: pentru

[ -

-

pentru

√(

)

] [

[

]

]

, relaţia de mai sus devine

unde h este adâncimea de pozare [m]; λs conductivitatea termică a solului *W/m K+; Semnificaţiile celorlaţi termeni sunt cunoscute. La stabilirea temperaturii ts se au în vedere normele internaţionale ISO/DIS 12241 care redau o dependenţă între temperatura la suprafaţa solului şi temperatura aerului exterior la diferite valori ale umidităţii relative conform tabelului

8. Calculul căderii de temperatură -

Pierderea de căldură pentru conductele reţelelor de transport şi distribuţie a agentului termic se traduce în modificări ale parametrilor agentului termic trasnportat: pentru apă: scăderea temperaturii; pentru abur: scăderea temperaturii şi presiunii.

Fig. 9.1 Sistem format din două conducte preizolate montate direct în pământ. Căderea temperaturii pe un tronson de conductă se calculează în funcţie de pierderea de căldură şi debitul agentului termic transportat pe tronsonul respectiv: [ ]

-

[

]

unde: - ∆Q este pieredera de căldură *W+; - G - debitul total de agent termic transportat [kg/s]; - c - căldura masică a agentului termic *J/kg•K+; În general, valorile căderilor de temperatură se plasează în domeniul; (0,01...2) K/km, în funcţie de debitele de agent termic, pentru conductele de apă fierbinte montate subteran în canale termice; (0,02...3) K/km, în funcţie de debitele de agent termic, pentru conductele de apă fierbinte montate aerian; În cazul aburului supraîncălzit, calculul căderii de temperatură se determină cu relaţia: (

) (

)

[ ]

[

]

în care: - t1 este temperatura iniţială a aburului *0C]; - t0 temperatura mediuilui ambiant [0C]; - G - debitul masic de abur [kg/h]; - L - lungimea condcutei [m]; - k - coeficientul global de trensfer termic de la abur la mediul ambiant raportat la unitatea de lungime [W/mK]; - c - căldura masică a aburului *J/kg•K+; Se impune verificarea stării aburului la sfârşitul tronsonului în acest sens temperatura aburului la sfârşitul tronsonului (t2) trebuie să fie mai mare decât temperatura de saturaţie corespunzătoare presiunii (p2). [

]

cu tab - temperatura de saturaţie a aburului stabilită la presiunea pab.

8.1 Verificarea temperaturii la suprafaţa exterioară a izolaţiei termice Atunci când se impune o anumită limită a temperaturii suprafeţei exterioare a izolaţiei tiz (de regulă pe considerente de protecţie sanitară) este necesară verificarea acesteia. Se foloseşte relaţia: [ ]

[

]

cu [

]

Temperatura la suprafaţa izolaţiei tiz, care rezultă, se compară cu valoarea limită admisă de norme (de ex.500C). În cazul depăşirii temperaturii maxime admisă, se măreşte grosimea stratului izolator şi se reverifică. Dacă este impusă o valoare finală a temperaturii agentului termic (de ex.:pentru aburul tehnologic), grosimea izolaţiei termice rezultă din explicitarea rezistenţei la trecerea căldurii de la fluid la aerul exterior (te): [

]

[

]

unde:

[ ] Se apreciază temperatura suprafeţei exterioare a izolaţiei calculându-se coeficientul de transfer termic prin convecţie de la conducta izolată la mediul ambiant αe [

]

[

]

cu determinarea diametrului exterior al izolaţiei Diz prin metoda analitică ( calcul iterativ) sau prin metoda grafică prin reprezentarea celor doi membri ai egalităţii de mai sus. La intersecţia curbelor de variaţie a celor doi membri ai egalităţii se determină valoarea necesară dimaterului exterior al izolaţiei Diz. În final se verifică temperatura suprafeţei exterioare a izolaţiei cu relaţia: [ ] sau

[

]

(

)

[ ]

[

]

dacă se ţine seama şi de transferul de căldură prin convecţie de la fluid la suprafaţa interioară a conductei.

8.2 Calculul grosimii optime a stratului de izolaţie termică Criteriul de bază pentru stabilirea grosimii optime a izolaţiei termice este cel al cheltuielilor anuale minime: [

]

unde - a este coeficientul (rata) de amortizare a investiţiei ( cu valori a = 0,3...0,4); - I - investiţia aferentă izolaţiei termice; - Cq- cheltuielile anuale pntreu plata pierderilor de căldură; [ ] unde - tq este tariful de vânzare a energiei termice ; - ∆Q pierderile de căldură anuale aferente conductei pentru care se stabileşte grosimea optimă a izolaţiei. Corespunzător cheltuielilor anuanle minime se determină grosimea optimă a izolaţiei. Grosimile optime ale izolaţiei pentru diverse diametre ale conductelor din oţel sunt prezentate în tabelul 9.1.

Tabel 9.1 grosimi optime ale izolaţiei

Observaţii: La conductele de apă fierbinte, grosimea izolaţiei conductei de ducere este cuprinsă în domeniul 30...80 mm, iar pentru conducta de întoarcere, izolaţia are grosimea aproximativ egală cu jumătate din grosimea izolaţiei conductei de ducere.

Pentru amplasarea supraterană, grosimea izolaţiei este de 1,5 ori mai mare decât cea pentru aceleaşi diametre amplasate subteran.

9. Calculul mecanic în ipoteza utilizării conductelor preizolate 9.1 Elemente generale de proiectare În principiu, calculul mecanic pentru cazul utilizării conductelor preizolate presupune parcurgerea aceloraşi etape ca şi în cazul utilizării conductelor clasice. Pentru conductele preizolate tehnologia montării lor direct în sol (sprijinirea fiind uniform continuă) conferă anumite particularităţi ce se impun a fi cunoscute. În exploatare, reţelele de conducte de termoficare preizolate, îngropate, sunt solicitate cu încărcări având caracter :  permanent – din greutatea proprie şi acoperirea cu pământ;  temporar (cvasi-permanent)- din greutatea apei din conducta utilă, din efectul variaţiei de temperatură şi, eventual, al pretensionării (dacă este cazul);  temporar ( variabil)- din acţiunea locală a vehiculelor de la suprafaţa terenului;  accidental - din acţiunea undelor seismice sau ca efect al închiderii bruşte a vanelor. Deformarea unui tronson de lungime L se produce atunci când tensiunea internă σt (care creşte odată cu creşterea temperaturii) egalează tensiunea σf generată de forţa de frecare. Astfel, pentru o anumită lungime a tronsonului L se poate determina variaţia de temperatură ∆tk care corespunde antrenării în procesul de deformare a întregului tronson. Din egalitatea σt = σf , rezultă: [ ]

[

]

în care - μ este coeficientul de frecare între sol şi mantaua de protecţie a conductei (se pot utiliza valori de 0,5...0,55); - q - forţa verticală generată de greutatea solului de deasupra conductei *N/m+; - α - coeficientul de dilatare *mm/m•K+: - E - modulul de elasticitate al conductei [daN/cm2]; - A- aria secţiunii transversale prin peretele conductei *cm2]. Ca urmare a observaţiei anterioare se justifică determinarea unei lungimi maxime de conductă L max caracterizată prin nedepăşirea tensiunii admisibile a oţelului σa . Rezultă astfel: [ ]

[

]

unde ∆ta este variaţia admisibilă de temperatură, corespunzătoare tensiunii maxime admisibile, adică: [ ]

[

]

Pentru calculul forţei de apăsare a solului q se utilizează relaţia: [

]

[

]

unde: - D este diametrul mantalei [m]; - h – adâncimea de pozare ( considerată faţă de axul conductei ) *m+; - ρ - densitatea solului [kg/m3]; - g – acceleraţia gravitaţională *m/s2]; În ipoteza montării conductelor fără pretensionare termică, dilatarea poate fi blocată în limite admise pe tronsoane rectilinii, dacă se prevăd puncte fixe la extremităţi fără compensatoare de dilatare, cu condiţia ca variaţia de temperatură să nu conducă la depăşirea tensiunii admisibile; astfel spus, tronsoane rectilinii, cu L≥ Lmax pot suporta încălzirea până la ∆ta fără compensator de dilatare dacă ∆tn ≤ ∆ta

În cazul pretensionării termice, în proporţie de 50%, lungimea unui troson rectiliniu situat de o parte a compensatorului, poate depăşi Lmax dacă ∆tn ≤ 2•∆ta ; în acest caz, pe tronsoanele rectilinii se renunţă la compensatoarele de dilatare, având prevăzute puncte fixe la extremităţi. Pentru Lmax variaţia maximă (admisibilă) a temperaturii (∆ta) este egală cu variaţia limită a temperaturii (∆tk ) . În funcţie de calitatea oţelului se pot accepta valori de: σa ═ 1200 daN/cm2 pentru OL37, OLT 35 σa ═ 1500 daN/cm2 pentru OL50 Pentru valori de: [ ] [ ] [ ] [ ] rezultă ∆ta ═ 500C pentru σa ═ 1200 daN/cm2 şi ∆ta ═ 62,50C pentru σa ═ 1500 daN/cm2 Dacă lungimea unui tronson rectiliniu se limitează la Lmax pentru a-l încălzi peste ∆ta este nevoie de introducerea unui compensator de dilatare. Tensiunea internă va creşte până la σa , rămânând constantă la depăşirea variaţiei de temperatură ∆ta , până la variaţia nominală de temperatură (∆tn ) . Variaţia nominală de temperatură este [ ] [ ] unde: tn este temperatura nominală a agentului termic , t0 este temperatura de montare (se poate considera +100C)

9.2 Configuraţii elastice Conductele pozate în pământ se descompun în tronsoane cu ajutorul punctelor fixe. Descompunerea se realizează având în vedere satisfacerea simultană a cerinţelor de evitare a solicitărilor nepermise şi formarea economică a sistemelor de conducte după următoarele criterii: - dilatarea termică a conductelor se preia prin compensare naturală (în clădiri, canale termice) şi prin compensatoare curbate în formă de „U” , axiale, de construcţie specială, sau lenticulare. - distanţa maximă între mijlocul compensatorului „U” şi punctul fix învecinat (fig.11.1) este de: L< 0,9•Lmax [m]; unde Lmax este lungimea maximă teoretică de mişcare calculată cu relaţia 11.4.62 - distanţa maximă între două puncte fixe consecutive în cazul compensatoarelor montate la mijlocul tronsonului nu poate depăşi valoarea de (1,8...2) Lmax - (fig.11.1). - de o parte şi de alta a punctului fix, compensatoarele trebuie poziţionate la distanţe egale sau aproape egale ( pentru echilibrarea forţelor în punctul fix).

Fig.11.1 Distanţa maximă între două puncte fixe consecutive: 1- compensator curbat în „U” 2- compensator lenticular; 3- compensator axial cu presgarnitură. - în cazul compensatoarelor natural elastice, acestea se delimitează în modul următor:



pentru compensatoare L (fig.11.2); L1/L2≤ 5 pentru Dn< 150 L1/L2≤ 3 pentru Dn> 150 L1, L2 ≤ 0,9•Lmax

[

]

Fig.11.2 Compensator”L”  pentru compensatoare „Z” (fig.11.3) În cazul acestor configuraţii, în apropierea vârfului de unghi, se lasă porţiuni libere (fără nisip de compactare a conductelor), porţiuni protejate cu perne de dilatare din poliuretan.

Fig.11.3 Compensatoare „Z” În scopul utilizării economice a compensatorelor se recomandă, în general, pretensionarea acestora. Pretensionarea se calculează în funcţie de temperatura de montaj. Pe lângă compensatoarele amintite se mai pot utiliza compensatoare unghiulare, laterale, pentru preluarea dilatărilor în canale termice, tunele, clădiri etc. În situaţii mai rare, dar totuşi posibil de întâlnit, configuraţiile elastice naturale au forme atipice (fig.11.4).

Fig.11.4 Configuraţii elastice naturale cu diverse forme Pentru aceste configuraţii calculele de verificare au la bază relaţii generale care se particularizează pentru cazurile uzuale ( configuraţii „L” şi „Z” şi compensatoare „U” simetrice).