Метод контроля качества наладки в системах теплоснабжения

Размещено на http://allbest.ru

Метод контроля качества наладки в системах теплоснабжения

Введение

Наладка системы теплоснабжения является последним завершающим этапом подготовки к началу отопительного сезона.

От качества проведенной наладки зависит степень комфортности в отапливаемых помещениях и экономичная работа источника тепловой энергии.

Автору этой статьи по роду своей деятельности пришлось в последнее время заниматься наладкой систем теплоснабжения от небольших водогрейных котельных, обеспечивающих главным образом отопительную нагрузку. В процессе работы возник ряд вопросов, связанных с оценкой результатов выполнения наладочных мероприятий. В частности, что же является критерием соответствия расчетного и фактического теплогидравлического режима, полученного в результате наладки?

При оснащенности узла управления потребительской системы приборами КИП, включая теплосчетчик, соответствие расчетного и фактического режимов проверить несложно, сравнив значения расходов и температур теплоносителя, и тепловой нагрузки при текущей температуре наружного воздуха. А как быть в условиях минимальной оснащенности узлов управления приборами КИП или их полного отсутствия?

При отсутствии приборов КИП с некоторой точностью могут быть лишь получены значения температур теплоносителя до и после системы отопления, измеренные, например, контактными термометрами или бесконтактными пирометрами. Какую полезную информацию об объекте можно извлечь, имея два значения измеренных температур теплоносителя и одно значение температуры наружного воздуха на момент измерения?

На первый взгляд можно только констатировать степень отклонения полученных значений температур от расчетных. Если температура теплоносителя в подающем трубопроводе при безэлеваторной схеме подключения потребителя равна или несколько меньше этой же температуры на источнике тепла, то температура в обратном трубопроводе после системы отопления колеблется в широких пределах относительно расчетного значения. При этом обычно принято считать, что завышение температуры «обратки» свидетельствует о завышенном расходе теплоносителя через систему отопления и к такому потребителю нужно «принимать меры». И, наоборот, при низкой температуре теплоносителя после системы отопления данный потребитель обделен теплотой и вниманием со стороны теплоснабжающей организации. Насколько справедливы эти предположения? Как оценить качество наладки и при наличии часто скудной информации получить количественные оценки реального теплопотребления конкретной системы отопления? Ответы на эти вопросы автор в литературе, к сожалению, не обнаружил.

Ниже изложено мнение автора по затронутой проблеме, полученное в результате анализа небольшой математической модели отапливаемого здания, как единого целого.

Основным методом регулирования отпуска потребителям тепловой энергии, применяемым в настоящее время, является качественный метод. Качественный метод заключается в изменении на источнике тепла температуры теплоносителя, направляемого с постоянным расходом в тепловую сеть, в зависимости от температуры наружного воздуха таким образом, чтобы температура воздуха внутри отапливаемых помещений поддерживалась постоянной.

Постоянство расхода теплоносителя при этом обеспечивается установкой в узлах управления отопительных систем ограничительных дроссельных диафрагм. Диаметры отверстий ограничительных диафрагм определяются, исходя из подачи расчетного расхода теплоносителя в зависимости от перепадов напоров перед узлом управления и в системе отопления.

Часто по ряду причин, главным образом ввиду неполной достоверности исходной информации (отклонения от расчетных значений геометрических, гидравлических и тепловых характеристик тепловых сетей и систем отопления), фактические расходы теплоносителя оказываются не соответствующими расчетным и требуют корректировки. Действительно, после установки в узлах управления ограничительных дроссельных диафрагм у некоторых потребителей выявляются отклонения от расчетного режима, выражающиеся в конечном итоге в перетопе или недотопе здания.

1.Теория

Стационарный процесс (независящий от времени) отопления здания можно описать системой из трех уравнений. При нестационарном процессе имеет место изменение во времени температур теплоносителя в системе теплоснабжения, вызванное изменением погодных условий, изменением тепловой мощности источника тепла, а также транспортным запаздыванием при движении теплоносителя в тепловых сетях. Системы отопления обладают большой тепловой инерцией (постоянная времени зданий Т = 20… 60 часов). В связи с этим изменения температур теплоносителя в обратном трубопроводе существенно запаздывают в сравнении с изменением температур теплоносителя в подающем трубопроводе.

Первое уравнение. Тепловой поток на компенсацию тепловых потерь зданием:

где t_в - температура воздуха в отапливаемом помещении; t_н - температура наружного воздуха; 'L(K.F) - сумма произведений коэффициентов теплопередачи отдельных ограждающих конструкций здания, на их поверхности.

Комплекс T,(K.-F-)_d можно выразить через расчетные значения тепловой нагрузки и расчетной разности температур:

где p - параметр, характеризующий соответствие фактических суммарных тепловых потерь ограждающими конструкциями здания расчетному значению.

Проектное значение параметра р=1. При р>1 фактическая тепловая нагрузка здания превышает проектную. Подстрочные индексы «р» здесь и далее обозначают расчетное значение.

В безразмерном виде уравнение (1) будет выглядеть следующим образом:

Второе уравнение. Тепловой поток, выделяемый нагревательными приборами

где т-\ - температура теплоносителя на входе в нагревательный прибор; т₂ - то же на выходе; ^(K^Fi) - сумма произведений коэффициента теплопередачи отдельных нагревательных приборов на их поверхности.

Коэффициент теплопередачи нагревательного прибора не является постоянной величиной и зависит от температурного напора отопительного прибора и:

где: а - постоянная, зависящая от типа прибора, места, способа установки и ряда других факторов; n - постоянная, также зависящая от типа нагревательного прибора, далее принято л = 0,25.



Комплекс 'L(KF)_np также можно выразить через расчетные значения тепловой нагрузки и температурного напора:

где f - параметр, характеризующий соответствие фактической поверхности нагревательных приборов расчетному значению. Проектное значение параметра f=1.

Третье уравнение. Тепловой поток, сообщаемый теплоносителем нагревательным приборам

где: с - теплоемкость теплоносителя; G -расход теплоносителя.

Расход теплоносителя G можно также выразить через расчетные значения тепловой нагрузки и разности температур теплоносителя:

где g - параметр, характеризующий соответствие фактического расхода теплоносителя расчетному значению (относительный расход). Проектное значение параметра g=1.

В безразмерном виде уравнение (5) будет выглядеть следующим образом:



Система уравнений (2), (4), (6) будет выглядеть следующим образом:

Относительную тепловую нагрузку Q целесообразно представить в виде произведения двух сомножителей:

Где,

- текущая относительная тепловая нагрузка, зависящая только от температуры наружного воздуха при проектных условиях;

- обеспеченная относительная тепловая нагрузка для любой температуры наружного воздуха, зависящая от температур внутри и снаружи помещения.

При решении системы уравнений относительно температур теплоносителя ф₁ и ф₂ получаются уравнения отопительного температурного графика:

При g=const уравнения (8) и (9) описывают температурный график качественного регулирования отпуска тепла, а в частном случае при g=1 уравнения (8) и (9) описывают типовой отопительный температурный график.

2.Суть метода

В системах теплоснабжения, не подвергавшихся наладке, фактические расходы теплоносителя всегда существенно отличаются от расчетных расходов, причем их величина в основном зависит от удаленности конкретного потребителя от источника тепла. Так, у близко расположенных к источнику тепла потребителей расход может достигать g = 3, а у наиболее удаленных потребителей может быть и g < 1. В этом случае, как следует из уравнения (8), для каждого потребителя требуется свой индивидуальный температурный график, зависящий от конкретного расхода g. Например, при g=1 и q_об= 1 температурный график должен быть 95/70 ОС, при g = 2 соответственно 88,8/76,2, при g = 3 соответственно 86,7/78,3 ОС.

Однако отопительный режим ведется, как правило, по типовым температурным графикам. В этом случае потребители, имеющие g> 1, перетапливаются (q_об>1), а потребители с g<1 недотапливаются (q_об<1) в течение всего отопительного периода.

Теплоотдача нагревательных приборов, как видно из уравнения (3), зависит от средней температуры теплоносителя в приборе. Средняя температура теплоносителя является полусуммой температур теплоносителя и выражается уравнением, полученным из уравнений (8) и (9):

Важно отметить, что в уравнении (10) ф_ср не зависит от расхода теплоносителя и однозначно является функцией от t_н и q_об. Отсюда вытекает важное следствие: на источниках тепла систем теплоснабжения, не прошедших стадии наладки и имеющих фактические расходы теплоносителя в тепловых сетях существенно отличающиеся от расчетных, целесообразно поддерживать температурный график по средней температуре теплоносителя ф_ср, а не по ф_v Тем самым, по крайней мере, будет снижено влияние расходов при g> 1 на перетопы зданий, что позволит снизить «пережог» топлива на источнике тепла.

На практике ф_ср легко определить путем измерения температур теплоносителя ф^ и т₂. Тогда из уравнения (10) можно определить обеспеченную относительную тепловую нагрузку q_об для конкретной температуры ф_ср.

Функция q_об при оптимальном обеспечении отапливаемого здания тепловой энергией принимает значение q_об=1. Отклонение q_об от 1 свидетельствует о перетопе (q_об>1) или недотопе (q_об< 1) здания. При выдерживании на источнике тепла расчетного температурного графика, q_об имеет постоянное значение во всем диапазоне температурного графика.

Определять q_об по известному значению ф_ср из уравнения (10) не удобно из-за наличия дробного показателя степени: 1/(n+1)=0,8.

Автором предлагается формула, которая позволяет определять q_об по известным значениям ф_ср и tнс достаточной для практических расчетов точностью:



Для конкретной системы теплоснабжения можно составить, используя уравнение (10), специальную расчетную таблицу (пример приведен в таблице 1). С помощью таблицы легко определить обеспеченность того или иного потребителя тепловой энергией при любой текущей температуре наружного воздуха. При составлении таблицы 1 параметры приняты: р=1; f=1. Пользоваться таблицей не сложно, например, при температуре наружного воздуха t_н=-12 ОС, в результате измерений температур теплоносителя, определено т_ср=57,6 ОС, тогда q_об=95%. По формуле (11) q_об=94,4%.

Относительная обеспеченная тепловая нагрузка q_об, по мнению автора, является обобщенным критерием качества теплоснабжения.

По известному значению q_об можно оценить усредненную температуру воздуха внутри отапливаемых помещений:

В практике иногда встречаются случаи, когда системы отопления потребителей имеют суммарную поверхность нагрева отопительных приборов, отличную от проектной, при этом параметр /*1. Чаще всего это самовольно установленные дополнительные поверхности нагревательных приборов f>1. При обеспечении температуры теплоносителя в подающем трубопроводе Т! по отопительному температурному графику и при пропуске расчетного расхода g = 1 здание будет перетапливаться q_об>1 во всем диапазоне температур наружного воздуха. При этом, температура теплоносителя после системы отопления оказывается всегда ниже, чем по температурному графику. Влияние параметра f на q_об и т₂ приведено в таблице 2.

Расчетная разность температур системы отопления в зависимости от f выразится:

Расчетный относительный расход теплоносителя в системе отопления:

Относительный расход теплоносителя g при заданных по температурному графику ф₁ и q_об=1 при f?1 существенно отличается от 1 (табл. 3).

Пропуск столь малых расходов теплоносителя g <0,7 в систему отопления путем изменения диаметра ответстия дроссельной диафрагмы не приемлем, т.к. существенно нарушается распределение теплоносителя по стоякам системы отопления.

Для таких зданий с системами отопления, имеющих f>1, при условии пропорционального увеличения поверхностей всех нагревательных приборов, требуются индивидуальные температурные графики, которые могут быть сформированы непосредственно в узлах управления путем организации подмеса теплоносителя из обратного трубопровода в подающий. Подмес может быть выполнен известными способами: с помощью элеваторов либо смесительных насосов.

В таблице 4 приведены значения расчетных температурных графиков в зависимости от па раметра f и необходимых коэффициентов смешения для формирования этих графиков из графика на источнике тепла 95/70 ОС.

Коэффициент смешения не является постоянным в течение отопительного сезона и изменяется от меньшего значения при расчетной температуре наружного воздуха до большего при t_н=+8 ОС.

При недостатке суммарной поверхности установленных нагревательных приборов (f<1) возможности обеспечения q_об=1 с помощью увеличения расхода g>1 весьма ограничены. Так, при недостатке поверхностей нагрева на 5% (f=0,95) необходимый расход для обеспечения 100% тепловой нагрузки составляет 128% (g=1,28), а при f=0,9 составляет 183% (g=1,83).

По известному значению q_об можно определить второй важный показатель качества теплоснабжения - относительный расход теплоносителя - параметр g.

Относительный расход теплоносителя по результатам измерения температур для отдельного здания определяется делением относительной нагрузки на относительную разность температур теплоносителя:

Параметр g при расчетном расходе теплоносителя принимает значение g = 1. Отклонения g от 1 свидетельствуют о недостаточном расходе g<1 или избыточном расходе g>1. Параметр g также имеет постоянное значение во всем диапазоне температурного графика.

При gf*1 требуется корректировка диаметра отверстия ограничительной дроссельной диафрагмы, которая может быть произведена по формуле:

Параметр g может быть определен не только для отдельной системы отопления, но и для системы теплоснабжения в целом.

При отсутствии на котельной расходомеров, фиксирующих расход теплоносителя, относительный расход g может быть определен по формуле:

где q_об - обеспеченная тепловая нагрузка, определенная по т_ср, замеренной на котельной; q_тп - расчетная доля тепловых потерь в тепловых сетях, определенная при t_нр; Ат_кот- разность температур теплоносителя на котельной.

Параметр p принимает значения p >1 в случае некачественного выполнения ограждающих конструкций зданий в процессе строительства. Здания при p>1 испытывают дефицит тепла q_об< 1 при f=1 и g=1. Возможности обеспечения q_об=1 путем увеличения расхода g>1 также ограничены, как и в случае недостатка поверхности f<1.

При f=1 и q_об=1 расход g в зависимости отр должен составлять: р=1,05 ~ g=1,32; а при р=1,1 ~ g=1,86.

Параметр р в отличие от f и g доступными средствами измерить не возможно, однако, его можно вычислить, проведя два цикла измерений в разное время при существенно различных температурах наружного воздуха. Предварительно определяется q_об по результатам двух измерений, имеющих индексы 1 и 2:

При измерении параметров теплоносителя должен быть соблюден ряд условий:

измерения должны проводиться поверенными приборами;

при косвенном измерении, через определение температуры стенки трубопровода, состояние поверхности трубопровода должно соответствовать требованиям измерительного прибора;

- измерения должны производиться одновременно и в стационарном режиме работы системы теплоснабжения.



При определении параметра р>1 для конкретного здания необходимо принимать меры по восстановлению полноценного отопления либо путем дополнительной теплоизоляции здания, либо «переаттестации» на повышенную тепловую нагрузку с увеличением суммарной поверхности нагрева до величины f=р.

Предлагаемые в ряде работ и руководящих материалах методы определения тепловых нагрузок здания по поверхности установленных нагревательных приборов могут быть справедливы только для частного случая, когда имеет место равенство параметров f=р (полное соответствие установленных поверхностей нагрева отопительных приборов тепловой нагрузке отопления), что без детального обследования объекта не очевидно.

Правильный алгоритм определения расчетной тепловой нагрузки, по мнению автора, заключается в определении расчетных тепловых потерь через ограждающие конструкции (р=1) и определении суммарной поверхности нагревательных приборов. Если f=р, то расчетные тепловые потери, определенные через поверхности нагрева принимаются за расчетную тепловую нагрузку. При Ыр за расчетную тепловую нагрузку должна приниматься q_об, определенная по уравнению (8), умноженная на Q_p.

3.Проведение контроля наладочных мероприятий

Контроль наладочных мероприятий целесообразно проводить с помощью ведомости, фрагмент которой приведен в таблице 5.

Расчетные температуры теплоносителя по температурному графику при t_н = -12ОС составляют: т, = 68,3 ОС, т₂⁼53,4 ОС.

Фактический расход теплоносителя у потребителя № 2 составил после первоначальной установки ограничительной диафрагмы g = 0,807. После увеличения диаметра отверстия диафрагмы с dу_ст=16,7 мм до d_кор=18,6 мм расход составит g=1; q_об=1; т₂=53 ОС.

Потребитель № 3 находится в конце теплотрассы, поэтому температура теплоносителя на входе в узел управления из-за тепловых потерь в тепловых сетях ниже, чем по температурному графику при t_н=-12 ОС.

У потребителя № 4 ограничительная диафрагма dу_ст=16,7 мм была установлена в предположении f=1, аналогично потребителю № 1. Однако, выяснилось, что фактическая поверхность нагрева отопительных приборов составляет f=1,1, при этом расчетный расход должен быть G_p = 5,74 т/ч, а диаметр ограничительной диафрагмы d_кор=14,2 мм температура теплоносителя после системы отопления составит 47,3 ОС вместо 53,4 ОС по отопительному температурному графику, а q_об= 0,999, иg = 0,998.

У потребителя № 5 к моменту измерения ограничительная диафрагма была самовольно демонтирована. Это привело более, чем к двухкратному увеличению расхода теплоносителя с перетопом только на 4,5%. Естественно, что увеличение расхода произошло за счет других потребителей.

Приведенный выше метод применяется в течение двух лет при наладке систем теплоснабжения от 18 отопительных котельных установленной тепловой мощностью 5…16 МВт г. Дзержинска Нижегородской области.

Выводы

отопление тепловой контроль

1.Предлагается метод контроля качества наладочных мероприятий в системах отопления, содержащий обобщенные критерии обеспечения тепловых нагрузок и расходов теплоносителя, которые можно получить, используя результаты измерения двух температур теплоносителя до и после системы отопления.

На основании критериев возможно определить:

текущее фактическое теплопотребление отдельного здания;

расход теплоносителя в системе отопления;

величину коррекции сужающего устройства;

определить расчетным путем истинную тепловую нагрузку здания.

Предлагается для систем отопления, не прошедших наладочных мероприятий или находящихся в стадии наладки, поддерживать на источнике тепла среднюю температуру теплоносителя по отопительному температурному графику вместо температуры в подающем трубопроводе.

Отклонения значений температур теплоносителя после систем отопления от значений по температурному графику не могут являться в полной мере показателями нарушения расчетного режима.

Размещено на Allbest.ru