За координацию всех вышеперечисленных работ в ОАО «Теплосеть Санкт-Петербурга» отвечает заместитель главного инженера по режимам теплоснабжения.

Основным документом, определяющим режим теплоснабжения в отопительном сезоне, является «График регулирования отпуска тепла ОАО «Теплосеть Санкт-Петербурга», ежегодно разрабатываемый к началу каждого отопительного сезона.

В состав графика регулирования входят следующие части.

1. Температурные графики отпуска тепловой энергии от ТЭЦ по каждой тепломагистрали.

Регулирование температуры осуществляется по отопительному температурному графику: 150/70 ^ОС (для расчетной температуры наружного воздуха Т_нв=-26 ^ОС), скорректированному с учетом открытого водоразбора. При этом в график введены две «срезки»:

¦ «нижняя срезка» на уровне 65 ^ОС (для обеспечения соответствия температуры ГВС требованиям СанПиН в условиях открытого водоразбора);

¦ «верхняя срезка» при значении максимальной температуры теплоносителя: Т_1тах=130 ^ОС для большинства ТЭЦ (Т_1тах=110 ^ОС - для ЦТЭЦ и ТЭЦ ЦКТИ).

Пример температурного графика для одной из тепломагистралей представлен на рис. 2.

2. Таблица с гидравлическими параметрами теплоносителя, которые должны поддерживаться на выходных коллекторах ТЭЦ и НПС по каждой тепломагистрали в двух эксплуатационных режимах: регулярного отопления (100% подключенной тепловой нагрузки) и периодического протапливания (80-85% подключенной тепловой нагрузки), который устанавливается в начале и перед окончанием отопительного сезона (обычно на период, не превышающий двух недель).

3. Описание эксплуатационных границ теплоснабжения каждой тепломагистрали ТЭЦ (в эксплуатационном режиме все ТЭЦ работают на выделенные зоны теплоснабжения).

В дополнение к графику регулирования разрабатываются следующие документы, определяющие эксплуатационный режим работы системы теплоснабжения в отопительном сезоне:

¦ пьезометрические графики для всех магистральных и распределительных сетей (рис. 3);

¦ гидравлические параметры и температурные графики работы каждого ЦТП;

¦ температурные графики для потребителей тепловой энергии (в зависимости от схемы присоединения к системе теплоснабжения).

Кроме того, ежегодно выбирается зона теплоснабжения одной или нескольких тепломагистралей, для которой выполняется массовый наладочный расчет всех подключенных потребителей, по его результатам в межотопительный период изготавливаются и устанавливаются на тепловых пунктах дроссельные диафрагмы и элеваторные сопла. Целью этой работы является обеспечение получения каждым потребителем тепловой энергии в объеме, предусмотренном договором на присоединение.

Все вышеперечисленные документы, определяющие эксплуатационный режим теплоснабжения в отопительном сезоне, разрабатываются на основании результатов расчета, выполненного по модели системы теплоснабжения в наладочном режиме.

Разработка режима теплоснабжения на межотопительный период - самостоятельная задача, существенно отличающаяся от разработки режима теплоснабжения в отопительном сезоне. Это связано с различием требований, предъявляемых к работе системы теплоснабжения в эти периоды, а также с резким изменением величины и характера тепловой нагрузки потребителей. Отличительные особенности режима теплоснабжения в межотопительный период обусловлены следующими причинами.

1. Отключается отопительная нагрузка потребителей, которая составляет около 85% общей тепловой нагрузки, следствием чего является резкое сокращение (как минимум в 2-3 раза по сравнению с отопительным сезоном) расхода теплоносителя, транспортируемого по тепловым сетям. Это приводит к кардинальному изменению гидравлического режима работы тепловых сетей и теплоисточников - снимаются ограничения, накладываемые на зоны снабжения тепломагистралей пропускной способностью трубопроводов, т.е. появляется возможность подключения к ТЭЦ удаленных зон снабжения других теплоисточников (если, конечно, между этими зонами имеются трубопроводные связи); выводятся из работы насосно-перекачивающие станции; изменяются схемы и режимы работы ЦТП.

2. Отпадает необходимость регулировать температуру теплоносителя в зависимости от погодных условий; наоборот, температура должна поддерживаться примерно постоянной (на уровне 70 ^ОС) для обеспечения выполнения требований СанПиН по температуре воды ГВС.

3. Изменяются схемы и режимы работы тепловых пунктов потребителей.

4. Межотопительный период - время выполнения основного объема ремонтных работ как на тепловых сетях, так и на оборудовании энергоисточников. Стремление минимизировать затраты, связанные с организацией этих ремонтов, приводит к необходимости многократных изменений зон снабжения теплоисточников, а также схем транспорта теплоносителя внутри этих зон.

Основной документ, определяющий эксплуатационный режим работы тепловых сетей и энергоисточников в межотопительный период, - «Режимная карта горячего водоснабжения», которая выпускается перед началом летнего периода. В состав этого документа входят:

¦ таблица с расчетными параметрами теплоносителя, которые необходимо поддерживать на выходных коллекторах энергоисточников (давление, температура);

¦ план мероприятий по изменению границ зон горячего водоснабжения энергоисточников в течение межотопительного периода, согласованный с планом проведения ремонтных работ на тепловых сетях и оборудовании энергоисточников (влияющих на производительность водоподготовительных установок), и соответствующий этому плану прогноз изменения среднесуточного расхода подпиточной воды.

В период 2009-2011 гг. произошло кардинальное изменение режима теплоснабжения в межотопительный период. Это изменение заключается в организации круглогодичной циркуляции теплоносителя в тепловых сетях (подробнее см. статью И.М. Стренадко в журнале НТ, № 10, 2011 г., с. 45-53 - прим. ред.).

До 2009 г в зоне снабжения ОАО «Теплосеть Санкт-Петербурга» существовала практика прекращения циркуляции теплоносителя в межотопительный период, которая исторически сложилась в нашем городе, как следствие открытого водоразбора. Такая схема организации ГВС в летний период привлекательна для теплоснабжающей организации, т.к. упрощает проведение текущего ремонта и снижает технологические потери на транспорт теплоносителя. Но эта схема подачи горячей воды имеет очень существенный недостаток - низкая скорость движения воды в трубопроводах, которая полностью определяется расходом на ГВС. При снижении водоразбора, особенно в ночное время, вода застаивается и остывает. Поэтому потребители получают горячую воду с температурой ниже норматива СанПиН (60 ^ОС). Ситуация резко обострилась за последние годы в связи с приобретением значительной частью населения электробойлеров и установкой приборов учета расхода горячей воды. В результате проблема неудовлетворительного качества ГВС в летний период достигла общегородского масштаба.

Это вынудило ОАО «ТГК-1», в состав которой до 2010 г входила наша теплоснабжающая организация, разработать в 2009 г. программу повышения качества ГВС, основным направлением которой стало решение задачи по организации круглогодичной циркуляции теплоносителя. Эта задача решалась в период с 2009 по 2011 г. путем планомерного расширения зоны циркуляции в межотопительный период, которая в 2011 г. охватила уже все тепловые сети, обслуживаемые нашим предприятием.

Разработка режимов работы системы теплоснабжения в межотопительный период в условиях сохранения циркуляции теплоносителя потребовала иного подхода, чем при разработке режима отопительного сезона. В основу были положены следующие принципы:

¦ температура теплоносителя во всех узлах присоединения потребителей, где может осуществляться отбор горячей воды на нужды ГВС, должна находиться в диапазоне, предписываемом санитарными нормами: 60ч75 ^ОС. Этот принцип позволяет рассчитать необходимый расход теплоносителя в межотопительный период (на основании расчета тепловых потерь через теплоизоляционные конструкции трубопроводной системы);

¦ должна быть обеспечена возможность осуществлять отбор горячей воды на нужды ГВС как из подающего, так и из обратного трубопроводов. Это требование обусловлено стремлением обеспечить ГВС потребителей даже в аварийных ситуациях, связанных с устранением повреждений на подающих трубопроводах распределительных и внутриквартальных сетей системы теплоснабжения. Для выполнения этого требования необходимо в межотопительный период повышать давление в обратных коллекторах энергоисточников до 4,0-4,5 ати.

Циркуляция теплоносителя в межотопительный период осуществляется, прежде всего, через тепловые пункты потребителей. Поэтому разработка режима теплоснабжения на этот период предусматривает также разработку мероприятий по сборке схемы переключений в тепловых пунктах потребителей, которые необходимо выполнить после окончания отопительного сезона. Пример переключений в тепловом пункте потребителей при переходе на «летний» режим теплоснабжения (с сохранением циркуляции) для самой распространенной схемы элеваторного подключения представлен на рис. 4.

Краткосрочное планирование режима теплоснабжения

Краткосрочное планирование режима теплоснабжения (на предстоящие сутки) отличается от планирования эксплуатационного режима отопительного сезона тем, что этот режим разрабатывается под конкретные погодные условия и при необходимости включает в себя мероприятия по изменению эксплуатационной схемы теплоснабжения, которые могут потребоваться в связи с проведением ремонтных работ на тепловых сетях, организацией испытаний тепловых сетей, либо технологическими нарушениями в работе теплоисточников. Таким образом, к краткосрочному планированию относится весь комплекс работ, связанных с разработкой программ сложных переключений в схеме теплоснабжения, а также программ всех видов испытаний тепловых сетей.

Несколько подробнее остановимся на том, как в рамках краткосрочного планирования режима теплоснабжения осуществляется регулировка температуры теплоносителя.

Предлагаемый нормативными документами метод регулировки температуры сетевой воды, отпускаемой от коллекторов энергоисточников, основывается на постоянном регулировании (дважды в сутки) температуры сетевой воды вслед за изменением текущей температуры наружного воздуха в строгом соответствии с утвержденным температурным графиком.

Однако этот метод регулирования имеет ряд следующих недостатков.

1. Постоянные изменения температуры сетевой воды с амплитудой 5-10 ^ОС, а в ряде случаев и более, даже если они выполняются с нормативной скоростью - менее 1 ^ОС в минуту, являются фактором стрессового воздействия на трубопроводы тепловых сетей и тем самым приводят к снижению их эксплуатационного ресурса. Это выражается в повышении повреждаемости тепловых сетей.

2. Частые изменения тепловой нагрузки ТЭЦ несовместимы с заблаговременным планированием выработки электроэнергии на станции, что выражается в материальном ущербе энергоснабжающей организации из-за штрафных санкций, либо по причине работы теплофикационного оборудования в экономически невыгодном режиме.

В то же время проводимые научные изыскания, связанные с разработкой рекомендаций по ведению диспетчерского графика температуры сетевой воды (ВТИ, Министерство топлива и энергетики России (1992 г.), г. Москва) показывают, что для обеспечения комфортных условий у потребителей не обязательно постоянно, отслеживая каждое изменение температуры наружного воздуха, изменять температуру теплоносителя, приводя ее в соответствие с температурным графиком. Это обусловлено способностью зданий аккумулировать тепловую энергию, в результате чего процесс изменения температуры внутренних помещений зданий значительно более инертен, чем процесс изменения температуры наружного воздуха.

Методика регулирования температуры сетевой воды, разработанная в ОАО «Теплосеть Санкт-Петербурга», базируется на следующих принципах.

1. Стремление сделать регулирование температуры теплоносителя как можно более плавным, т.е. уменьшить частоту и амплитуду колебаний температуры сетевой воды.

2. При разработке температурного режима на предстоящие сутки учитывать не только текущую температуру наружного воздуха, но также прогноз изменения погодных условий на ближайшие три дня и данные о фактическом выполнении температурного графика за предшествующие двое суток.

3. Допускается возможность отклонения температурного задания в каждые отдельные сутки от «нормативного» значения температуры теплоносителя, рассчитываемого с использованием утвержденного температурного графика по среднесуточной температуре наружного воздуха рассматриваемых суток. Но при этом, просуммированное за каждые сутки шестидневного периода, учитываемого при разработке режима, среднеквадратичное отклонение диспетчерского графика регулирования температуры сетевой воды от «нормативных» значений температуры теплоносителя должно быть минимальным.

Сформулированные принципы методики регулирования температуры сетевой воды (T-й) можно представить в математическом виде, как стремление к минимизации следующего функционала:

где i - условный номер суток шестидневного интервала времени, погодные условия которого учитываются при планировании режима на предстоящий день, причем: i=0 - соответствует дню, когда выполняется расчет температурного задания, i=-1, -2 - дням, предшествующим выполнению расчета, i=1, 2, 3 - день планирования температурного режима и два последующих дня; Qф_П- фактическая, либо прогнозируемая (в зависимости от значения i) величина отпуска тепловой энергии от источника в i-е сутки, Гкал; Qр_асчет - расчетная величина отпуска тепловой энергии в i-е сутки при нормативном регулировании температуры теплоносителя по текущей температуре воздуха, Гкал; Т - определяемая методикой температура сетевой воды на день планирования температурного режима (i=1), ^ОС; Т° - значение фактически заданной температуры сетевой воды в день разработки температурного режима (i=0), ^ОС; k - коэффициент стабилизации, величина которого определят плавность регулировки температуры: чем k больше, тем меньше будет отличие расчетного задания (Tj) от фактической температуры теплоносителя в день разработки режима (Т°), но вместе с тем увеличивается отличие Т от «нормативной» величины, рассчитанной по среднесуточной температуре воздуха на день планирования режима (оптимальное значение k выбирается из условия, чтобы отличие суммарного фактического отпуска тепловой энергии за рассматриваемый период (6 дней) от расчетного не превышало 3-5%); G₂ - расчетный циркуляционный расход теплоносителя, т/ч; c=10^-3- удельная теплоемкость воды, Гкал/(^ОС.т).

Опуская дальнейшие математические выкладки, приведем итоговый алгоритм расчета температурного задания:

по утвержденному температурному графику как функция температуры наружного воздуха в i-е сутки, ^ОС; и₂(0 - температура «обратной» сетевой воды, рассчитанная по утвержденному температурному графику как функция температуры наружного воздуха в i-е сутки, ^ОС.

Эффективность применения данной методики для ведения диспетчерского графика изменения температуры теплоносителя наглядно иллюстрирует рис. 5, где для сравнения представлены графики двух вариантов регулировки температурного режима при фактических погодных условиях февраля - марта 2011 г: по предлагаемой методике и по методике, предписываемой нормативными документами (по текущей температуре наружного воздуха). Очевидно, что разработанная методика обеспечивает существенно более плавное регулирование температуры, при этом разница в величине тепловой энергии, передаваемой потребителям за любой шестидневный интервал времени, для сравниваемых вариантов не превышает 5%.

К планированию краткосрочных режимов теплоснабжения мы относим разработку программ всех видов испытаний тепловых сетей. В настоящее время ОАО «Теплосеть Санкт-Петербурга» проводит следующие виды испытаний тепловых сетей:

· испытания на максимальную температуру теплоносителя;

· гидравлические испытания на плотность и прочность внутриквартальных тепловых сетей от передвижных насосных установок (каналопромывочные машины КО-502Б);

· испытания на тепловые и гидравлические потери.

Очень важной особенностью эксплуатационной деятельности ОАО «Теплосеть Санкт-Петербурга» является отказ с 2010 г. от проведения ежегодных крупномасштабных гидравлических испытаний магистральных и распределительных сетей на плотность и прочность и замена этого вида технического освидетельствования трубопроводов альтернативными методами неразрушающего контроля (в первую очередь 100% ультразвуковой контроль сварных соединений). К такому решению привел накопленный опыт эксплуатации тепловых сетей, который позволил выявить целый комплекс факторов отрицательного воздействия гидравлических испытаний на функционирование системы теплоснабжения.

1. Резкое изменение параметров сетевой воды (температуры, давления) - стрессовое воздействие на структуру металла трубопроводов, что приводит к сокращению эксплуатационного ресурса тепловых сетей.

2. Теплофикационные схемы большинства ТЭЦ не обеспечивают возможности охлаждения деаэрированной воды до 40 ^ОС, в связи с чем перед проведением испытаний сети заполняются холодной водой из городского водопровода, что приводит к активизации процесса внутренней коррозии трубопроводов, следствием чего является сокращение эксплуатационного ресурса тепловых сетей и ухудшение по физико-химическим показателям качества горячей воды, подаваемой на водоразбор потребителям.

3. Дополнительные перерывы в горячем водоснабжении потребителей на период подготовки и проведения испытаний (2-4 дня).

4. Из-за ограниченной пропускной способности канализационной системы невозможно успеть после окончания испытаний сдренировать всю холодную воду из тепловых сетей до запланированного срока возобновления ГВС, поэтому ее вытеснение частично осуществляется через водоразбор потребителей. При этом на водоразбор поступает вода с температурой 20-30 ^ОС, что намного ниже нормативных требований СанПиН.

5. Следствие гидравлических испытаний - образование многочисленных повреждений на тепловых сетях, не позволяющих организовать циркуляцию теплоносителя в течение длительного времени после завершения испытаний, что приводит к ухудшению качества ГВС, а в ряде случаев - к дополнительным перерывам ГВС в зоне снабжения поврежденных теплопроводов.

6. Проведение гидроиспытаний не выявляет всех скрытых повреждений трубопроводов тепловых сетей, провоцирует образование множественных очагов развития коррозии, не снижает повреждаемость трубопроводов в отопительном сезоне.

7. Резкое повышение вероятности нанесения ущерба третьим лицам, а также несчастных случаев с людьми, как следствие образования повреждений на тепловых сетях.

Сама возможность замены ежегодных гидравлических испытаний альтернативными методами неразрушающей дефектоскопии подтверждается «Правилами устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды» (ПБ 10-573-03), а также разъяснительным письмом по этому вопросу Управления по технологическому и экологическому надзору Ростехнадзора по городу Санкт-Петербургу (№ 11/2567 от 21.04.2006 г.), где сказано что «для трубопроводов, транспортирующих ... горячую воду с температурой выше 115 ^ОС, отсутствуют требования по процедуре ежегодных испытаний».

Решение о замене испытаний магистральных сетей на плотность и прочность альтернативными методами неразрушающего контроля было принято по согласованию с городской Администрацией и Северо-Западным Управлением Ростехнадзора, причем решающим аргументом, обеспечившим принятие такого решения, был вывод о том, что проведение таких гидравлических испытаний несовместимо с организацией циркуляции теплоносителя в межотопительный период.

Испытания на максимальную температуру (130 ^ОС) проводятся поочередно от каждого теплоисточника с периодичностью 1 раз в 5 лет. Проведению таких испытаний предшествует очень большая подготовительная работа, направленная на организацию взаимодействия персонала эксплуатационного района, в зоне обслуживания которого тепловые сети подвергаются испытаниям, с другими эксплуатационными районами ОАО «Теплосеть Санкт- Петербурга», жилищно-эксплуатационными организациями, МЧС, ГИБДД, администрациями городских районов, где проложены испытываемые трубопроводы, с целью обеспечения всех возможных мер безопасности для жителей города на период проведения температурных испытаний. Следует отметить, что испытательная температура была установлена на уровне 130 ^ОС по согласованию с городской Администрацией с 2006 г., а до этого длительный период (с 1998 по 2005 гг.) испытания проводились на максимальную температуру 100 ^ОС, что вынуждало вводить соответствующую срезку в температурный график, а это приводило к существенному недотопу потребителей в отопительном сезоне.

Необходимо также уделить внимание вопросу организации в ОАО «Теплосеть Санкт-Петербурга» проведения испытаний на тепловые потери. До 2009 г. практически отсутствовала возможность выполнения этого вида испытаний в соответствии с требованиями «Методических указаний по определению тепловых потерь в водяных тепловых сетях» (РД 34.09.255-97). Это, прежде всего, обусловлено требованием отключения на время проведения испытаний всех потребителей, подключенных в эксплуатационном режиме к испытываемому циркуляционному кольцу, а также жесткими требованиями к параметрам циркуляции теплоносителя через специально смонтированные для этой цели «испытательные» перемычки. Организация круглогодичной циркуляции теплоносителя создала условия для проведения этого вида испытаний в летний период без отключения потребителей, с использованием существующих на тепловых сетях перемычек. Поэтому в 2010 г. в ОАО «Теплосеть Санкт-Петербурга» была разработана методика проведения испытаний магистральных тепловых сетей на тепловые потери, которая в целом основывается на «Методических указаниях по определению тепловых потерь в водяных тепловых сетях» (РД 34.09.255-97), но в отличие от этого нормативного документа в методику внесены корректировки, значительно смягчающие требования к организации проведения испытаний при обеспечении приемлемой точности их результатов. Основные принципы разработанной методики.

1. Испытания проводятся в межотопительный период при организации циркуляции в испытываемых трубопроводах через существующие перемычки на тепловых сетях.

2. Циркуляционное кольцо организуется на магистральных теплопроводах, а его исходным элементом является энергоисточник с коммерческим узлом учета тепловой энергии, отпускаемой по данной тепломагистрали.

3. Допускается отключать ответвления от циркуляционного кольца только по подающему трубопроводу, что позволяет сохранять горячее водоснабжение потребителей.

4. Чтобы минимизировать погрешность результатов измерений, рекомендуется проводить испытания в ночное время, когда водоразбор минимален.

эксплуатационный режим теплоснабжение температура

Разработка мероприятий по развитию системы теплоснабжения