Размещено на http://www.allbest.ru/

Методы оценки состояния и качества режимов эксплуатации закрытых тепловых сетей систем централизованного теплоснабжения

С.А. Байбаков, заведующий лабораторией теплофикации;

к.т.н. Е.А. Субботина, научный сотрудник лаборатории теплофикации;

ОАО «ВТИ», г. Москва

Введение

Поскольку теплоснабжение в России имеет большое социальное значение при существенной топливоемкости, повышение его надежности, качества и экономичности является первостепенной задачей.

В настоящее время тепловые сети являются наиболее слабым звеном в СЦТ, поскольку при значительной протяженности замена трубопроводов и тепловой изоляции является дорогостоящим и продолжительным по времени мероприятием, проводимым в черте застройки. Это особенно ощущается в связи с хроническим недофинансированием замены изношенных трубопроводов.

Режимы работы СЦТ во многом определяются условиями присоединения к тепловым сетям потребителей тепла, имеющих определенные требования по температурам в подающей линии, расходам воды и располагаемыми напорами, которые обуславливаются их конструктивными особенностями и характером изменения тепловой нагрузки. Расход воды в тепловых сетях определяется при этом в основном присоединенными потребителями, в частности, условиями их наладки и авторегуляторами.

Оценка эффективности эксплуатации тепловых сетей должна включать в себя качество теплогидравлических режимов транспорта и потребления тепла, а также состояние трубопроводов и тепловой изоляции тепловых сетей. В связи с значительной распределенностью по территории и многофакторной зависимостью от температур наружного воздуха и сетевой воды комплексная оценка эффективности работы тепловых сетей затруднена. Кроме того, современные сети характеризуются существенным различием структуры, составом и автоматизацией потребителей. В соответствии с этим оценка эффективности может проводиться только по сравнению с технически оправданными достижимыми (нормативными) показателями, имеющими индивидуальный характер для конкретной тепловой сети. В качестве предложения по решению этих вопросов в настоящей статье приведены методы оценки общего состояния оборудования тепловых сетей и фактических режимов их эксплуатации, которые могут использоваться при проведении энергетических обследований и являются основанием для разработки обоснованных мероприятий по энергосбережению при транспорте сетевой воды в тепловых сетях от источников тепла до потребителей.

1. Основные положения

Функционирование СЦТ для достижения конечной цели предполагает затраты топлива на обеспечение тепловой нагрузки, а также электроэнергии на транспортировку теплоносителя от источника к потребителю, которые могут быть сведены к затратам топлива на производство этой электроэнергии. В свою очередь, суммарные затраты ресурсов на теплоснабжение от СЦТ включают, помимо перечисленного, еще и затраты сетевой воды, а также тепла и топлива на компенсацию тепловых потерь в трубопроводах тепловых сетей. При этом расход топлива определяется нагрузкой потребителей и величиной тепловых потерь при транспортировке. Расход электроэнергии также определяется присоединенной нагрузкой и структурой тепловой сети (длиной участков трубопроводов и конфигурацией сети, диаметром трубопроводов и т.д.).

Для принятого состава оборудования может быть решена задача разработки оптимальных теплогидравлических режимов, обеспечивающих наименьшие затраты энергоресурсов при производстве, транспортировке и потреблении тепловой энергии. В современных системах теплоснабжения с их существующей структурой обоснованно принят метод центрального качественного регулирования отпуска тепла от теплоисточников. Поэтому вопрос режимной оптимизации можно рассматривать как проблему расчета оптимального температурного графика.

Однако для проведения оптимизационных расчетов, в первую очередь, необходимо определить состав потерь энергоресурсов и методы расчетов их фактической величины в зависимости от всех влияющих факторов. Такие методы требуют более подробного анализа.

Для оценки эффективности системы теплоснабжения показатели должны определяться как для системы в целом, так и для отдельных выводов. При этом предварительно провести оценку по каждому выводу источника тепла, который оборудован приборами учета отпуска тепловой энергии. Распределение показателей эффективности по отдельным выводам позволяет более адресно определять объемы и очередность разработки мероприятий по энергосбережению.

2. Состав показателей состояния и качества режимов тепловых сетей

Для каждой системы теплоснабжения могут быть определены показатели ее функционирования, определяющиеся установленным оборудованием, его характеристиками и тепловыми нагрузками. К этим показателям относятся показатели, входящие с состав энергетических характеристик.

Таким образом, основными показателями эффективности транспорта сетевой воды по структуре потерь являются величина потерь сетевой воды, уровень потерь тепла через изоляцию трубопроводов и с сетевой водой, а также затраты электроэнергии на перекачку.

Потери сетевой воды обуславливаются утечками сетевой воды, связанными с неплотностью оборудования и трубопроводов при нормальной эксплуатации и в аварийных ситуациях. Их величина определяется составом применяемого оборудования, материалом трубопроводов и качеством ведения водно-химических режимов. Кроме того, потери сетевой воды связаны с их неизбежными затратами при проведении ремонтных работ, а также с проведением регламентных испытаний.

Теплопотери в тепловых сетях зависят от структуры тепловых сетей, состояния тепловой изоляции и режимов работы сетей, и в том числе от условий регулирования отпуска тепла и степени автоматизации потребителей. Тепловые потери в тепловых сетях при транспорте и распределении тепловой энергии состоят из потерь тепловой энергии через теплоизоляционные конструкции и потерь тепловой энергии с потерями сетевой воды.

Качество эксплуатационных режимов характеризуется величиной удельных (на единицу отпущенного тепла) расходов воды в тепловых сетях и температурой воды в обратных трубопроводах. Эти показатели позволяют судить о качестве регулирования отпуска тепла потребителям, а также, в свою очередь определяют уровень тепловых потерь и затрат электроэнергии на перекачку теплоносителя.

Потери сетевой воды. Одной из составляющих потерь при теплоснабжении от СЦТ в водяных тепловых сетях являются потери теплоносителя в различных элементах схемы.

В водяных системах теплоснабжения при определении потерь сетевой воды (ПСВ) в качестве основных рассматриваются два элемента системы теплоснабжения: это непосредственно тепловые сети и системы теплопотребления, т.к. только в этом случае возможно проведение качественного анализа причин несоответствия расчетных значений фактически полученным величинам.

В соответствии с [1], в общем виде значение ПСВ зависит от характеристик трубопроводов и оборудования тепловых сетей, значений давлений и температур в тепловой сети, сроков эксплуатации оборудования и его состояния, плотности тепловой нагрузки в площади застройки и структуры тепловых сетей, а также схем присоединения и состояния оборудования присоединенных потребителей.

Потери сетевой воды по своему отношению к технологическому процессу транспорта, распределения и потребления тепловой энергии следует разделять на технологические потери (затраты) сетевой воды и ПСВ с утечкой.

Расчетные зависимости для определения потерь сетевой воды могут базироваться на основных положениях и формулах из [1].

Тепловые потери. Другой составляющей потерь, определяющих эффективность теплоснабжения, являются тепловые потери при транспортировке. Они состоят из тепловых потерь через изоляцию трубопроводов тепловых сетей, а также тепловые потери с сетевой водой, величина которых определяется уровнем ПСВ.

Величина достижимых нормативных тепловых потерь может определяться в соответствии с основными положениями [2] с учетом необходимых корректировок в соответствии с условиями решаемых задач оптимизации.

¦ Тепловые потери через изоляцию трубопроводов. Часовые тепловые потери через изоляцию трубопроводов определяются типом прокладки, толщиной тепловой изоляции, ее теплотехническими свойствами и температурными режимами работы трубопроводов с учетом температур окружающей среды. Тепловые потери за период зависят также от продолжительности периода и нормативных документов, в соответствии с которыми проектировались различные участки тепловых сетей.

Такими нормативными документами в зависимости от срока проектирования тепловой изоляции участков тепловых сетей следует принимать [5], [6], [7] и [8]. При этом условии нормативы потерь через изоляцию трубопроводов определяются только разностью температур воды и окружающей среды в соответствии с методикой, приведенной в [2].

¦ Тепловые потери с сетевой водой. Вторым показателем, определяющим затраты при отпуске тепла, являются потери тепла с сетевой водой. Нормативные значения потерь сетевой воды рассмотрены выше. Основные расчетные соотношения, позволяющие определить соответствующие потери тепла, требующие затрат топлива на теплоисточнике, приведены в [2].

Режимные показатели. Режимными показателями работы тепловых сетей являются удельный (на 1 Гкал/ч отпуска тепла от источника тепла) расход сетевой воды в подающем трубопроводе и связанная с удельным расходом температура сетевой воды в обратном трубопроводе на выводах источника тепла.

Режимные показатели зависят от принятого температурного графика и температуры наружного воздуха. Они характеризуют качество теплогидравлических режимов работы тепловых сетей и определяются, в основном, состоянием теплопотребляющего оборудования, схемами присоединения тепловой нагрузки и степенью автоматизации оборудования тепловых пунктов, а также величиной тепловых потерь через изоляцию трубопроводов.

Режимные показатели напрямую связаны с затратами энергоресурсов на обеспечение теплоснабжения. Удельный расход сетевой воды определяет затраты электроэнергии на перекачку теплоносителя, а обратная температура - эффективность комбинированной выработки электроэнергии на ТЭЦ и тепловые потери через изоляцию в обратных трубопроводах.

Основные методические подходы по определению нормативных режимных показателей приведены в [3] и [4]. Однако предлагаемая в этих документах методика является трудноприменимой для практического использования. В соответствии с этим в ОАО «ВТИ» разработана упрощенная методика таких расчетов, учитывающая общее состояние оборудования потребителей и снижение температуры в подающих трубопроводах из-за тепловых потерь.

Затраты электроэнергии на транспорт теплоносителя. Значительной статьей затрат на теплоснабжение в СЦТ, определяющих эффективность работы систем теплоснабжения, являются затраты электроэнергии на транспорт сетевой воды от источника до потребителей.

Основной составляющей затрат электроэнергии являются затраты на перекачку сетевой воды насосными станциями различного назначения в тепловых сетях. Вместе с тем, следует также учитывать затраты электроэнергии на приводы электрофицированных запорных органов и регулирующей арматуры, привод дренажных насосов, насосов зарядки-разрядки баков-аккумуляторов, а также затраты электроэнергии на освещение камер, проходных каналов и другого электропотребляющего оборудования.

Для полноты картины по оценке эффективности теплоснабжения в затраты электроэнергии на перекачку теплоносителя следует включать затраты на привод сетевых насосов источников тепла, относимых в настоящее время на собственные нужды источника тепла и влияющих на эффективность выработки тепловой энергии.

Нормативные затраты электроэнергии в тепловых сетях могут быть определены на основании положений методики расчета показателя «удельный расход электроэнергии на транспорт теплоносителя» [4], который представляет собой зависимость удельного расхода электроэнергии на транспорт тепловой энергии от температуры наружного воздуха.

Показатель «удельный расход электроэнергии» (кВт.ч/Гкал) определяется отношением нормируемых среднечасовых расходов электроэнергии на транспорт тепловой энергии в тепловой сети (кВт.ч) к нормируемому среднесуточному отпуску тепловой энергии от источников тепловой энергии (Гкал) при соответствующей среднесуточной температуре наружного воздуха.

Фактически он определяется отношением используемой электрической мощности к нормируемому среднесуточному часовому отпуску тепловой энергии при соответствующей среднесуточной температуре наружного воздуха.

Методы определения требуемой мощности насосов насосно-перекачивающих станций. Насосно-перекачивающие станции тепловых сетей применяются для транспортировки сетевой воды и обеспечения необходимых давлений (гидравлических режимов) в тепловых сетях и у присоединяемых потребителей. Они являются основным оборудованием тепловых сетей, надежная и экономичная работа которого обуславливает качество и снижение затрат на теплоснабжение.

Работа тепловых сетей производится при переменных в течение суток и отопительного периода гидравлических режимах, вызванных изменением расходов воды у потребителей. При этом расход воды в магистралях меняется на 15-20% по отношению к минимальному его значению. В этих условиях важными становятся вопросы оптимизации работы НПС с учетом условия обеспечения требуемых гидравлических режимов.

Насосные станции устанавливаются как на подающих, так и на обратных магистралях тепловых сетей и отличаются принятыми условиями регулирования. Основной задачей регулирования НПС на обратной линии является обеспечение заданного давления в трубопроводах тепловой сети на всасе насосной. Задачей регулирования НПС на подающей линии является обеспечение заданного давления в трубопроводах после насосной (на стороне нагнетания). При достаточно широком диапазоне изменения расходов регулирование, как правило, производится автоматическими регуляторами с учетом переменных гидравлических режимов и включения различного количества насосов, расходы воды через которые должны находиться в рабочем диапазоне их характеристик.

Затраты электроэнергии для транспорта теплоносителя в основном определяются затратами на привод насосных агрегатов. При наличии нескольких насосов на насосной станции и их оснащении регулирующей аппаратурой задача определения потребляемой мощности при переменных расходах воды существенно осложняется и требует особых методических подходов, связанных с разработкой режимных карт насосных станций.

Режимные карты представляют собой оформленную в табличном виде зависимость состава и состояния насосного оборудования по потребляемому току (затрачиваемой мощности) в зависимости от расходов воды в трубопроводе тепловой сети, на которой установлена насосная станция, обеспечивающие при принятом способе регулирования поддержание заданных параметров в тепловой сети.

Методики составления режимных карт подкачивающих насосных станций для различных условий их расположения в сети и различных способах регулирования разработаны в ОАО «ВТИ» по заказу ОАО «Московская теплосетевая компания» (в настоящее время 20-й филиал ОАО «МОЭК»).

3. Методы определения фактических показателей систем теплоснабжения и их сопоставление с нормативными значениями

Выше приведены методы расчета нормативных показателей работы СЦТ, определяющихся установленным оборудованием, а также условиями режимов и автоматизации тепловых сетей и потребителей.

В условиях реальной эксплуатации показатели эффективности существенно могут отличаться от нормативных значений, что определяется более низкими техническими характеристиками оборудования, чем принято при разработке норм, и проблемами с достоверной информацией о схемах тепловых сетей, состоянии и нагрузках потребителей.

Определение фактических показателей режимов эксплуатации и интегральных показателей состояния оборудования является первоочередной задачей, обеспечивающей повышение эффективности отпуска тепла для существующих условий. При этом достижение нормативов требует наименьших начальных затрат и, во многих случаях, может быть обеспечено организационными или наладочными мероприятиями.

Среди фактических показателей нужно указать следующие:

¦ фактическая расчетная присоединенная тепловая нагрузка потребителей;

¦ фактические потери сетевой воды;

¦ фактические тепловые потери при транспортировке;

¦ фактические режимные показатели;

¦ фактические затраты электроэнергии на транспорт теплоносителя.

Определение фактических показателей должно проводиться в рамках проведения энергетических обследований СЦТ и тепловых сетей, что позволяет на основании их сопоставления с нормативными значениями определить потенциал энергосбережения и разработать мероприятия по повышению эффективности теплоснабжения. Однако проблемы организации энергетических обследований, связанные с отсутствием общего методического обеспечения, потребовали разработки специальных методик, основное содержание которых будет приведено ниже.

Фактическая расчетная нагрузка. Наиболее важной характеристикой СЦТ является расчетная тепловая нагрузка присоединенных потребителей, определяющая объем и эффективность затрат топлива и электроэнергии на теплоснабжение.

В настоящее время величина и структура этой нагрузки определяется на основании договоров на теплоснабжение, составленных 20-30 лет назад и с тех пор не пересматривавшихся. Вместе с тем у потребителей произошли существенные изменения, связанные со снижением теплопотребления и, в частности, со снижением нагрузки производственных помещений. Таким образом при оценке режимов и затрат энергоресурсов на теплоснабжение определение фактических нагрузок является первоочередной задачей, измененная величина которых может потребовать, в свою очередь, проведение корректировки определенных ранее нормативов потерь и показателей режимов.

При проведении энергетических обследований и разработке схем теплоснабжения определяющим является текущее состояние теплопотребляющих систем, определяющее и потенциал энергосбережения, и выбор основных направлений развития систем. Состояние систем теплопотребления определяется, в первую очередь, величиной расчетной нагрузки, присоединенной к источникам тепла и тепловым сетям.

При неопределенной методической базе энергетических обследований, являющейся прерогативой отдельных саморегулируемых организаций, этот вопрос для широкого обсуждения не поднимался. При этом предполагается, что за основу при определении расчетных нагрузок следует принимать их величины в соответствии с договорами на теплоснабжение. Это так называемые «договорные» нагрузки. Как показывает опыт проведения энергетических обследований различных объектов тепловых сетей, величина договорных нагрузок, как правило, на 10-20% завышена и требует внесения корректировок при планировании и оценке эффективности отпуска тепла.

В соответствии с изложенным целесообразно было предложить более адекватную методику оценки фактической величины расчетной нагрузки отопления, вентиляции и средней нагрузки горячего водоснабжения, позволяющую учитывать указанные выше обстоятельства.

Такая методика была разработана в лаборатории теплофикации ОАО «ВТИ» и основана на обработке часовых отпусков тепла от источника при различных температурах наружного воздуха, принимаемых по данным приборов учета за различные периоды, по методу наименьших квадратов с последующей корректировкой результатов по величине температуры воздуха в помещениях. Разработаны два методических подхода. В первом из них сразу определяется расчетная нагрузка отопления и средняя нагрузка ГВС. Во втором, более точном, нагрузка ГВС определяется в период летней эксплуатации, а в отопительный период метод наименьших квадратов реализуется только относительно нагрузки отопления.

При определении фактических расчетных нагрузок учитываются тепловые потери через изоляцию трубопроводов и с сетевой водой. Последние определяются на основании расхода подпиточной воды, среднего за периоды данных по режимам отпуска тепла от источника.

Определение фактических нагрузок может проводиться по отдельным выводам источника тепла, а также по источнику тепла в целом с предварительной обработкой данных приборов учета по отдельным выводам.

Основные положения и используемые формулы для реализации указанных методических подходов приведены в [10].

Фактические потери сетевой воды и анализ их величины. Определение фактических ПСВ при транспортировке и потреблении производится на основании данных приборов учета на источнике тепла и также должно выполняться в рамках проведения энергетических обследований.

Анализ ПСВ проводится на основании сопоставления фактической величины этих потерь по часовым, сезонным и годовым значениям с нормируемыми значениями потерь воды с утечкой и на технологические нужды.

Нормируемые потери сетевой воды для тепловых сетей принимаются в соответствии с данными по объемам сетей и систем теплопотребления. Величина допустимых потерь сетевой воды с утечками и на технологические нужды при заданных объемах в соответствии с действующими нормативными документами определяется в соответствии с [1].

Для проведения анализа фактических ПСВ необходимы следующие исходные данные, принимаемые на основании разработки нормативов потерь воды:

¦ суммарный объем сетей и систем теплопотребления в отопительный период;

¦ суммарный объем сетей в летний период;

¦ суммарный среднегодовой объем трубопроводов с учетом продолжительности их работы в течение года;

¦ среднегодовая часовая норма потерь сетевой воды с утечкой;

¦ часовые нормы потерь сетевой воды с утечкой, принятые по продолжительности работы сетей в отопительный и летний периоды.

При анализе целесообразно привести объемы сетей и систем в соответствии с табл. 1, в которой следует также показать продолжительность их работы в течение года. В этой таблице приведена разбивка объемов тепловых сетей и систем теплопотребления по структурным составляющим, что позволяет оценить величину потерь в отдельных элементах СЦТ.

Таблица 1. Объемы тепловых сетей и систем теплопотребления и продолжительность их работы.

Назначение	Объем, м3	Продолжительность работы, час
		Отопительный период	Летний период
Магистральные сети
Разводящие сети отопления
Системы теплопотребления

Фактические потери сетевой воды принимаются на основании данных суточных ведомостей учета расхода подпитки и отпуска тепла на подогрев подпиточной воды.

С этой целью при известном объеме потерь сетевой воды за отопительный период по данным приборов учета определяется суммарная величина подпитки за этот период, представляющая собой сумму утечек и технологических затрат. Величина фактической утечки может быть принята равной разности суммарного объема подпитки за вычетом нормативного объема технологических затрат.

При известной продолжительности отопительного периода определяется средняя за отопительный период фактическая часовая величина потерь сетевой воды в тепловой сети, равная суммарной величине подпитки, деленной на продолжительность периода, м³/ч. Аналогично определяется фактическая часовая величина утечки в тепловой сети.

Полученные значения суммарных и часовых ПСВ могут быть сопоставлены с суммарными и часовыми нормами потерь воды.

По данным об объеме сети в отопительный период определяется величина удельной утечки на 1 м³ суммарного объема сети (1/ч).

Величина часовых потерь сетевой воды с утечкой в летний период (м³/ч) определяется на основании полученной величины удельной утечки, умноженной на объем сетей в летний период.

Фактическая средняя величина расхода потерь сетевой воды в летний период (м³/ч) представляет собой сумму расхода потерь сетевой воды с утечкой и технологических потерь и определяется по данным приборов учета. В соответствии с этим, фактическая величина расхода воды, связанная с потерями на технологические нужды, может быть определена как разность фактической средней величины расхода потерь сетевой воды в летний период и фактического расхода потерь сетевой воды с утечкой (м³/ч).

Величина фактических технологических потерь сетевой воды может быть сопоставлена с нормативным значением.

Сопоставление основных показателей по потерям сетевой воды для фактической продолжительности отопительного и летнего периодов могут быть представлены в виде таблицы 2. В этой таблице объемы ПСВ получены умножением средних значений часовых потерь на соответствующую продолжительность работы.

Таблица 2. Сопоставление фактических и нормируемых показателей по потерям сетевой воды.

Показатели	Нормируемые значения	Фактические показатели
	Расход, м3/ч	Объем, м3	Расход, м3/ч	Объем, м3
Отопительный период -утечка - технологические потери Всего за отопительный период
Летний период - утечка - технологические потери Всего за летний период
Всего по СЦТ за год

Более информативной, с точки зрения проведения анализа фактических потерь сетевой воды, является ситуация, при которой известны технологические потери, принимаемые по нормативам этих затрат и фиксируемые по актам сливов и заполнений участков сетей и систем теплопотребления при ремонтах и испытаниях в летний период. Эти потери относятся к технологическим затратам, а разница общего объема ПСВ в летний период по данным подпитки и общего объема указанных технологических потерь будут соответствовать объему утечки в летний период. Полученная величина утечки при этих условиях будет относиться только к трубопроводам магистральных сетей и не учитывает величину утечек систем теплопотребления отопления и вентиляции вместе с разводящими сетями.

Полученная величина объема утечек пересчитывается на объем магистральных трубопроводов отопительного периода и, вместе с технологическими потерями этого периода, вычитается из соответствующего объема подпитки. Полученный объем можно трактовать как фактические ПСВ с утечкой в системах теплопотребления и разводящих сетях. Результаты расчетов по обработке данных фиксируются в табл. 3. Расходы подпитки в этой таблице определяются в результате деления объема за период на продолжительность периода.

Таблица 3. Сопоставление фактических и нормируемых показателей по потерям сетевой воды с выделением систем теплопотребления.

Показатели	Нормируемые значения	Фактические показатели
	Расход, м3/ч	Объем, м3	Расход, м3/ч	Объем, м3
Отопительный период - утечка магистралей - утечка систем теплопотребления Всего утечка - технологические потери Всего за отопительный период
Летний период - утечка магистралей - технологические потери Всего за летний период
Всего по СЦТ за год

Данные из табл. 2 и 3 позволяют провести сравнительный анализ величины и структуры ПСВ по соотношению нормативных и фактических значений.

При равенстве фактических и нормативных значений потерь сетевой воды или более низких фактических потерях уровень эксплуатации тепловой сети может считаться удовлетворительным.

Если фактическая величина утечек превосходит нормативные значения, следует провести мероприятия по их снижению. Для магистральных сетей, в первую очередь, требуется усилить контроль за состоянием уплотнений запорной арматуры, насосного оборудования и сальниковых компенсаторов. Однако, как показывает практика, наибольшая доля утечек имеет место в разводящих сетях и системах теплопотребления, что связано с более низким уровнем эксплуатации этого оборудования. В этом случае требуется наладить более четкий контроль со стороны теплоснабжающей организации за потерями сетевой воды потребителями. Этот контроль должен проводиться путем визуальных осмотров оборудования и трубопроводов абонентских систем, а также анализа показаний приборов учета потребления тепла.

Завышение уровня технологических потерь, особенно в период летних ремонтов, свидетельствует в основном о значительных объемах этих ремонтов и требует скорейшей полной замены наиболее изношенных участков трубопроводов. Значительные технологические потери при заполнении абонентских систем также требуют проведения замены трубопроводов и оборудования этих систем.

Снижение технологических потерь сетевой воды может быть получено при использовании более совершенного оборудования, например при замене сальниковых компенсаторов на сильфонные, а также при отказе от регулирующей арматуры, требующей сливов воды.

Определение фактических тепловых потерь. Фактические тепловые потери в тепловой сети при транспорте теплоносителя являются наиболее важным показателем, характеризующим эффективность теплоснабжения и, как показывает опыт, они существенно превосходят нормативные значения этих потерь.

Тепловые потери состоят из потерь через изоляцию трубопроводов и тепловых потерь с потерями сетевой воды.

Фактические тепловые потери с ПСВ достаточно легко определяются на основании фактической величины подпитки с учетом фактических средних температур воды в подающем и обратном трубопроводах на источнике тепла. энергосбережение тепловой сеть

Фактические тепловые потери через изоляцию трубопроводов определяются по более сложной методике и требуют проведения специальных расчетов.

1. Тепловые потери через изоляцию трубопроводов. Фактические тепловые потери через изоляцию определяются двумя факторами. В первую очередь, они определяются состоянием тепловой изоляции. Другим фактором является соблюдение расчетного температурного графика, определяющего температурные режимы тепловых сетей.

В настоящее время широкое распространение получило оснащение тепловых пунктов потребителей приборами учета потребления тепла при том, что приборами учета оснащена большая часть источников тепловой энергии, у которых учетной аппаратурой оснащены отдельные выводы. В соответствии с этим определение фактических тепловых потерь через изоляцию трубопроводов может производиться на основании обработки данных приборного учета источников тепла и не менее 20% количества присоединенных тепловых пунктов.

Определение оценочной величины фактических тепловых потерь производится раздельно по подающей и обратной линиям с последующим их суммированием.

Определение величины фактических часовых тепловых потерь для подающей и обратной линий тепловой сети производится от источника тепла или отдельного ее вывода по полученным при обработке результатов измерений средним за контрольный интервал расходам воды и ее температур в начальных точках и средней по потребителям температуре в подающей линии сети.

В качестве контрольного интервала принимается интервал времени в течение 3-7 суток с сравнительно постоянными значениями температур наружного воздуха и сетевой воды в подающих трубопроводах на источнике тепла.

Результатом расчетов по определению фактических тепловых потерь является коэффициент К, равный отношению величины фактических тепловых потерь к их нормативному значению для тепловой сети в целом или отдельного ее вывода.

В соответствии с этим предварительно для тепловой сети определяются среднегодовые параметры сетевой воды и окружающей среды (наружного воздуха и грунта), а также нормативные среднегодовые часовые тепловые потери, суммарные по всем используемым типам прокладок трубопроводов. Производится пересчет среднегодовых часовых тепловых потерь на температурные условия контрольного интервала.

На основании данных о величине нормативных тепловых потерь для подземных прокладок (в непроходном канале и бесканальной) производится распределение тепловых потерь между подающим и обратным трубопроводами и определяется суммарная величина часовых нормативных потерь для условий контрольного интервала времени. Суммарные часовые нормативные тепловые потери по подающей и обратной линиям тепловой сети определяются суммированием этих потерь по имеющимся типам прокладок трубопроводов. Также определяется суммарная нормативная величина этих потерь для контрольного интервала времени.

Расчет фактических тепловых потерь производится на основании данных приборов учета в следующей последовательности.

Предварительно определяется средняя за контрольный интервал температура воды в подающей линии для абонентских вводов с приборами учета. Эта температура рассчитывается как средневзвешенная по соответствующим расходам воды в подающей линии.

Определяется среднее снижение температуры в подающей линии для вводов с приборами учета, и умножением величины снижения температуры в подающей линии на суммарный расход воды в этой линии, подаваемой на вводы с приборами учета, определяется фактическая величина тепловых потерь для рассматриваемых вводов.

Рассчитывается нормативная величина тепловых потерь по подающей линии для вводов с приборами учета, которая определяется как доля суммарных нормативных потерь тепла через изоляцию в этой линии, равная величине этих потерь умноженной на отношение суммарного расхода воды на вводы с приборами учета к суммарному расходу воды в тепловой сети (на источнике тепла).

Определяется отношение фактической суммарной величины тепловых потерь для вводов с приборами учета к нормативной их доле, и эта величина распространяется на всю подающую линию.

По результатам предыдущих расчетов из теплового баланса определяется средняя температура воды в «конце» подающей линии тепловой сети (температура совокупности абонентов в подающей линии), равная разности температуры воды на источнике тепла и отношения фактических тепловых потерь к расходу воды в подающей линии на источнике тепла.

После определения фактических потерь тепла через изоляцию трубопроводов по подающей линии, из теплового баланса сети определяется величина тепловой нагрузки абонентских вводов без приборов учета потребления тепла. Эта величина определяется как разность тепловой нагрузки источника (с учетом подпитки) и суммы отпуска тепла на абоненты с приборами учета, тепловых потерь в подающей линии, нормативных тепловых потерь в обратной линии и потерь тепла с сетевой водой.

При известных расходах воды на такие вводы, полученной величине их тепловой нагрузки и средней температуры совокупности абонентов по подающей линии определяется средняя температура воды после абонентов без приборов учета, которая, как правило, превосходит среднюю для сети величину.

По результатам измерений (по приборам учета абонентов) определяется средняя по соответствующим расходам температура в обратной линии после совокупности этих абонентов и рассчитывается средневзвешенная температура общей совокупности абонентов по обратной линии в целом, которая равна температуре смеси воды после вводов с приборами учета и без.

Произведение разности температур сетевой воды общей совокупности абонентских вводов и источника тепла на расход воды в обратной линии (расход в подающей линии минус расход подпитки тепловой сети) и представляет собой фактическую величину тепловых потерь в обратных трубопроводах.

Далее определяется суммарная величина фактических тепловых потерь по подающей и обратной линиям в сумме и рассчитывается величина коэффициента К, равного отношению фактических тепловых потерь сети к нормативному значению для всей сети в целом при температурных условиях контрольного интервала. В первом приближении, полученный коэффициент с некоторой незначительной погрешностью может использоваться для пересчета тепловых потерь на другие температурные условия и, в том числе, на среднегодовые условия работы тепловых сетей.

Подробно методика определения тепловых потерь через изоляцию трубопроводов приведена в [11]. Для реализации этой методики ОАО «ВТИ» разработана программа в среде EXCEL.

Полученный результат в виде коэффициента К характеризует общее состояние тепловой изоляции трубопроводов. Если величина этого коэффициента меньше 1.05, то состояние может быть признано удовлетворительным и снижение тепловых потерь может быть обеспечено плановой перекладкой трубопроводов с толщиной тепловой изоляции, определяемой по последним СНиП. При большем значении К следует рассмотреть возможность увеличения объемов перекладок с учетом показателей повреждаемости трубопроводов.

2. Тепловые потери с ПСВ. Фактические тепловые потери с ПСВ определяются на основании результатов определения фактической величины потерь сетевой воды, принятых на основании величины подпитки тепловой сети, и температурных условий отпуска тепла от источника с учетом фактических температур воды в холодном источнике. При этом величина этих потерь для какого-либо периода определяется по формуле:

где Gпп - фактическая величина подпитки за какой-либо период, кг (т).

Расчеты проводятся по среднемесячным значениям температур сетевой воды и фактической месячной величине потерь воды.

Данные для расчетов и полученные результаты целесообразно представить в виде таблицы 4, в которой приведены также данные по нормативным значениям тепловых потерь с ПСВ, определяемых по формуле (1) с подстановкой вместо Gпп нормативного месячного объема ПСВ. Из этой таблицы можно сделать вывод о соотношении фактических и нормативных потерь с сетевой водой в тепловых сетях и оборудовании потребителей.

Таблица 4. Фактические тепловые потери с ПСВ и их сопоставление с нормируемыми значениями.

Полученная величина фактических тепловых потерь с ПСВ в сравнении с нормативной величиной по таблице 4 при фактических температурах в сети и воды холодного источника зависит от величины ПСВ. Завышение фактической величины ПСВ приводит к соответствующему завышению тепловых потерь, а их снижение обеспечивается мероприятиями по снижению потерь сетевой воды.

Режимные показатели. Целью анализа фактических режимных показателей является сопоставление фактических и расчетных значений температур воды в обратных трубопроводах и удельных (на единицу отпуска тепла) расходов воды в зависимости от температуры наружного воздуха и оценки на этой основе качества режимов работы тепловых сетей, определяющих тепловые потери, расходы электроэнергии на перекачку воды, а также эффективность выработки тепла на ТЭЦ.

Анализ режимных показателей проводится по среднемесячным данным за месяцы отопительного периода, полученным по приборам узлов учета или измерения параметров режимов на источнике тепла. Приведенные по приборам показатели сопоставляются с нормируемыми значениями, принимаемыми на основании материалов по разработке режимных характеристик тепловых сетей с учетом их корректировки на фактическую величину тепловых потерь и фактическую тепловую нагрузку.

Температура воды в обратном трубопроводе и удельные расходы воды зависят от величины тепловой нагрузки и температуры в подающем трубопроводе. С учетом того, что нормативные значения режимных параметров определялись при принятом в тепловой сети температурном графике, производится корректировка фактических их значений по фактической подающей температуре.

Для приведения нормируемых показателей в сопоставимые условия по температурам воды в подающих трубопроводах проводится их определение не по фактическим, а по приведенным температурам наружного воздуха, получаемым путем горизонтального переноса точек с фактическими температурами в подающем трубопроводе до их пересечения с температурным графиком подающей линии. Температуры сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах и удельные расходы воды определяются в целом для источника или отдельного его вывода как средневзвешенные по расходам воды.

Данные о фактических и нормируемых среднемесячных параметрах режимов при средних температурах наружного воздуха могут быть приведены в виде таблицы 5, где для принятых периодов сопоставления определяются приведенные температуры наружного воздуха и соответствующие этим температурам скорректированные значения расходов воды и температур в обратной линии на источнике тепла.

Таблица 5. Нормируемые и фактические показатели режимов тепловых сетей.

Для оценки режимных показателей проводится сопоставление фактических и нормируемых их значений. Сопоставление можно проводить с помощью сводной таблицы 6, где для всех периодов приведены полученные на основании данных из предыдущей таблицы значения фактической и требуемой температуры сетевой воды в подающей линии, удельных расходов воды на отпущенное тепло и разности температур в подающей и обратной линиях на источнике тепла, а также результаты сравнения этих показателей.

Таблица 6. Сопоставление нормируемых и фактических режимных показателей.

По приведенным в таблицах 5 и 6 результатам сопоставления могут быть сделаны следующие выводы.

Завышение удельных расходов воды и температур в обратной линии определяет завышение подачи тепла на отопление и, кроме того, приводит к дополнительным затратам электроэнергии на перекачку сетевой воды, а также дополнительным потерям тепла в обратной линии.

Несоответствие температур в подающих трубопроводах их значениям по принятому температурному графику является основанием для оценки качества регулирования отпуска тепла в тепловых сетях, которое может быть представлено в виде увеличения или снижения тепловых потерь по сравнению с значениями, соответствующими температурам по графику.

В целях сокращения удельных расходов воды и снижения температуры в обратной линии целесообразно разработать и провести мероприятия по наладке тепловых сетей после тепловых пунктов с учетом фактических нагрузок и уточненных по результатам разработки режимных характеристик расходов воды при условии их корректировки. Вместо наладки тепловой сети целесообразно рассматривать возможность автоматизации отпуска тепла на отопление у потребителей, в минимальном варианте установку регуляторов на отопление.

На основании результатов сопоставления режимных характеристик может быть проведена окончательная оценка фактических тепловых потерь по сравнению с их нормативной величиной.

Одну составляющую потерь определяет состояние тепловой изоляции, характеризующееся коэффициентом отношения фактической величины этих потерь к нормативному значению, а также соотношением фактических и нормативных ПСВ при одинаковых температурных режимах тепловых сетей.

Другие две составляющие определяют отличия, связанные с фактическими температурными режимами отпуска тепла. Так изменение фактических тепловых потерь, связанное с несоблюдением температурного графика отпуска тепла, характеризует качество режимов регулирования. Отклонения обратных температур характеризует качество наладки тепловых сетей, а также состояние и условия выбора теплообменного оборудования тепловых пунктов присоединения потребителей.

Затраты электроэнергии на транспорт теплоносителя. С целью определения эффективности затрат электроэнергии на транспорт теплоносителя в тепловых сетях проводится анализ этих затрат на насосное и другое электропотребляющее оборудование тепловых сетей и сетевых насосов источников тепла по удельной их величине, отнесенной к отпуску тепла от источника. При этом фактические удельные показатели сопоставляются с значениями энергетической характеристики по показателю «удельный расход электроэнергии», являющимися нормативными для данной тепловой сети.

Определение фактической величины электропотребления и удельной ее величины производится по месяцам отопительного периода. При этом нормативные значения приводятся к среднемесячным значениям в соответствии со среднемесячной температурой наружного воздуха.

Нормативные значения удельных расходов электроэнергии определяются на основании соответствующих расчетов в соответствии с [4] с учетом их корректировки по фактическим расчетным нагрузкам.

При анализе эффективности электропотребления учитываются мощности сетевых насосов на источнике, а также насосов на тепловых пунктах. В величину мощности насосов на теплопунктах включаются циркуляционные насосы отопления при независимом присоединении, насосы ГВС и насосы холодного водоснабжения.

Фактические затраты мощности принимаются по показаниям электросчетчиков. При отсутствии измерений потребляемой мощности для какого-либо оборудования величину электропотребления можно определять расчетным путем или принимать по нормативным значениям.

Для анализа составляющих затрат электроэнергии, кроме суммарных удельных расходов электроэнергии, могут быть приведены нормативные и фактические показатели отдельно по насосам на тепловых пунктах, по сетевым насосам на НПС и источнике тепла. Фактические удельные затраты электроэнергии на привод сетевых насосов принимаются c учетом вычета затрат для обеспечения собственных нужд источника тепла.

Следует учитывать, что фактические затраты электроэнергии определяются режимами работы тепловых сетей и, в частности, величиной расходов воды в тепловой сети, определяющейся фактическими удельными расходами в их сопоставлении с нормативной величиной.

Заключение

В рамках приведенной статьи рассматриваются следующие основные вопросы.

1. Приведен состав основных нормативных показателей, определяющих требуемый уровень эксплуатации тепловых сетей с заданными структурой, составом и характеристиками оборудования, включающих:

¦ потери сетевой воды;

¦ тепловые потери;

¦ удельные расходы сетевой воды;

¦ температура воды в обратных трубопроводах тепловых сетей;

¦ удельные расходы электроэнергии на транспорт теплоносителя.

Состав и основные подходы при разработке указанных показателей в основном соответствуют материалам по разработке энергетических характеристик тепловых сетей. Однако эти методы скорректированы и дополнены для решения задач оценки эффективности передачи тепла в СЦТ в целом, с учетом оборудования источников и потребителей тепла.

2. Разработаны методы определения фактического состояния и показателей режимов эксплуатации в действующих СЦТ, обеспечивающих определение общего потенциала энергосбережения и возможность повышения эффективности теплоснабжения.

К определяемым показателям относятся:

¦ фактическая величина тепловой нагрузки присоединенных потребителей;

¦ фактические потери сетевой воды;

¦ состояние тепловой изоляции и фактические тепловые потери;

¦ фактические удельные расходы воды и температуры в обратных трубопроводах;

¦ фактические затраты электроэнергии на транспорт теплоносителя.

3. Приведены основные технические мероприятия, обеспечивающие повышение эффективности теплоснабжения.

Литература

1. Методические указания по составлению энергетической характеристики для систем транспорта тепловой энергии по показателю «Тепловые потери», СПО ОРГРЭС, М., 2003.

2. Методические указания по составлению энергетической характеристики для систем транспорта тепловой энергии по показателю «Потери сетевой воды», СПО ОРГРЭС, М., 2003.

3. Методические указания по составлению энергетической характеристики для систем транспорта тепловой энергии по показателю «Удельный расход сетевой воды», СПО ОРГРЭС, М., 2003.

4. Методические указания по составлению энергетической характеристики для систем транспорта тепловой энергии по показателям «Разность температур сетевой воды в подающих и обратных трубопроводах» и «Удельный расход электроэнергии», СПО ОРГРЭС, М., 2003.

5. Нормы проектирования тепловой изоляции для трубопроводов и оборудования тепловых и атомных электростанций (НР 34-70-118-87), М., 1987.

6. СНиП 2.04.14-88 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов», Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989.

7. СНиП 2.04.14-88* «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов», Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 1998.

8. СНиП 41-03-2003 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов», Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 2004.

9. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для вузов. - 6-е изд., перераб. - М.: Издательство МЭИ, 1999.

10. Байбаков С.А., Субботина Е.А., Филатов К.В. Определение фактических нагрузок закрытых тепловых сетей. // Новости теплоснабжения, № 8, 2013.

11. СТО ВТИ 09.001-2009 Методика оценки величины фактических тепловых потерь через изоляцию трубопроводов закрытых водяных тепловых сетей при проведении энергетических обследований. М.: ОАО «ВТИ», 2009.

Размещено на http://www.allbest.ru/