Е.М. Шмырев, заместитель генерального директора - главный инженер,

Н.С. Лукьянова, инженер, ООО «НПК ОРГРЭС»

А.А. Кобзов, генеральный директор, ООО «МПК-Сервис», г. Москва

Введение

Нормативными документами, такими как: «ПТЭ электрических станций и сетей Российской Федерации» - п. 4.11.8, 4.12.40, «ПТЭ тепловых энергоустановок» - п. 5.1.14, 6.2.62, 9.1.1, 9.1.42, а также СНиП 41-02-2003 «Тепловые сети» - п. 8.18, 15.14 устанавливаются требования по защите трубопроводов и оборудования всех элементов систем централизованного теплоснабжения (ЦТ) - водоподогревательных установок источников тепловой энергии (ТЭЦ, ГРЭС, котельных), тепловых сетей и систем теплопотребления от повышения давления сетевой воды сверх допускаемых значений и гидравлических ударов.

Требования указанных нормативных документов обусловлены высокой вероятностью возникновения аварий, сопровождающихся повышениями давления сетевой воды и гидравлическими ударами, вызванных потерей или перерывом электроснабжения подкачивающих насосных станций (ПНС), групп сетевых и подпиточных насосов источников тепловой энергии, действием запорно-регулирующей арматуры, а также несанкционированными действиями персонала или посторонних лиц, приводящими к подобным аварийным ситуациям. За последние два года серьезные аварии на тепловых сетях, вызванные гидравлическими ударами, произошли в городах Улан-Удэ, Нижний Новгород, Калуга, Вологда, Воронеж, Санкт-Петербург, в Люберецком районе Московской области.

Все указанные аварийные ситуации вне зависимости от места нахождения источника возмущения сопровождаются изменением давления сетевой воды практически во всех точках системы ЦТ, распространяющегося со скоростью звука, равной примерно 1000 м/с с учетом упругих свойств стальных трубопроводов.

Анализ проблемы и способ ее решения

Очевидно, что решение проблемы защиты от повышения давления должно носить комплексный характер и учитывать взаимовлияние средств автоматизации и защиты, установленных в различных точках единой системы ЦТ.

Следует отметить, что наиболее опасными в части возможных последствий аварийные ситуации, как правило, обусловлены отключением под нагрузкой сетевых насосов источников тепловой энергии или подкачивающих насосов ПНС. Указанные аварийные режимы характеризуются резким повышением давления на всасывающей стороне насосных агрегатов с последующим переходом в квазистационарный режим.

На рис. 1 показаны пьезометрические графики системы теплоснабжения (эпюры изменения давления) соответственно до отключения ПНС-1, а также через 0,5, 7 и через 24 с после отключения.

На рис. 2-4 показаны графики изменения давления на насосной станции, на источнике тепловой энергии и в одной из конечных точек тепловой сети на ответвлении к потребителю.

Характер изменения давления в различных точках системы ЦТ свидетельствует о следующем:

¦ на ПНС-1 (на всасе подкачивающих насосов) необходима установка быстродействующих сбросных устройств;

¦ на источнике тепловой энергии необходимы мероприятия по повышению давления сетевой воды на всасе сетевых насосов во избежание возникающего кавитационного срыва, что может быть достигнуто, например, автоматическим (по технологической уставке) отключением одного из сетевых насосных агрегатов, при этом необходима проверка возможности вскипания теплоносителя в подающих трубопроводах (см. п. 4.11.8 «ПТЭ электрических станций и сетей Российской Федерации»);

¦ в системах теплопотребления необходима установка сбросных устройств для защиты непосредственно подключенных систем теплопотребления «нижней зоны» теплосети с допускаемым уровнем рабочего давления менее 8 кгс/см2.

гидравлический удар насосный станция

Приведенный пример анализа изменения давления сетевой воды только при одной из возможных аварийных ситуаций в рассматриваемой системе ЦТ показывает необходимость проведения комплексного анализа нестационарных гидравлических режимов и разработки комплексных технических решений для всех элементов единой системы централизованного теплоснабжения.

Также необходима разработка мероприятий по повышению надежности электроснабжения сетевых насосных агрегатов источника тепловой энергии, подкачивающих насосных станций.

Установка защитных устройств без предварительной проработки нестационарных гидравлических режимов недопустима, поскольку может привести к обратному результату - опасность аварийной ситуации возрастает.

В последнее время в различных городах России участились случаи, когда по предложению проектной или инжиниринговой организации, не имеющих достаточного опыта, и без необходимой проработки опасности возникающих нестационарных режимов, либо выполненных на довольно низком, зачастую примитивном уровне, эксплуатирующие организации устанавливают в одной из точек системы ЦТ устройство, которое производители в рекламных целях называют «противоударным» устройством или «стабилизирующим давление», необоснованно гарантируя выполнение требований «ПТЭ электрических станций и сетей РФ», «ПТЭ тепловых энергоустановок» и СНиП «Тепловые сети», своими действиями вводят в заблуждение потребителей своей продукции, нарушая тем самым Федеральный Закон «О техническом регулировании».

Применение устройств, называемых производителями «противоударными» или «стабилизирующими давление» в системах ЦТ, а на самом деле гасящих только кратковременные пульсации давления незначительной амплитуды, само по себе не приводит к аварийным последствиям, может даже некоторым образом повысить надежность системы, предотвращая преждевременное повреждение ветхих коррозионно-изношенных трубопроводов, вместе с тем создает ложное представление у эксплуатирующей организации и надзорных органов о защищенности оборудования системы ЦТ от повышения давления и гидравлических ударов и выполнении требований нормативных документов, что не способствует надежности и безопасности теплоснабжения.

Вместе с тем, в настоящее время существуют специализированные инжиниринговые организации, в частности ООО «НПК ОРГРЭС» и ООО «МПК-Сервис», накопившие достаточный реальный и подтвержденный на практике опыт успешного решения проблемы защиты от гидравлических ударов и повышения давления в различных системах теплоснабжения любой сложности, включая особо крупные системы ЦТ, на комплексной основе с учетом взаимного влияния устройств защиты, устанавливаемых на источнике тепловой энергии, в различных точках тепловой сети, в системах теплопотребления:

¦ разработано и успешно используется на практике необходимое программное обеспечение, позволяющее определять параметры нестационарных гидравлических режимов в системах теплоснабжения любой сложности, разрабатывать требования к системам противоударной защиты, проводить необходимую предпроектную проработку;

¦ осуществляется проектирование систем защиты от повышения давления и гидравлических ударов для всех элементов системы теплоснабжения;

¦ организован выпуск эффективных быстродействующих устройств защиты от повышения давления различного типоразмера (мембранные сбросные устройства Ду=80-300 мм, Ру=1 МПа), проведены необходимые испытания, включая пульсации давления незначительной амплитуды, само по себе не приводит к аварийным последствиям, может даже некоторым образом повысить надежность системы, предотвращая преждевременное повреждение ветхих коррозионно-изношенных трубопроводов, вместе с тем создает ложное представление у эксплуатирующей организации и надзорных органов о занатурные с осциллографированием параметров переходных процессов на действующих объектах теплоснабжения;

¦ осуществляется надзор за монтажом устройств защиты, пуско-наладочные работы с по- узловым и комплексным опробованием системы защиты и сдачей заказчику и надзорным органам.

Устройства (рис. 5), представляющие собой автоматические быстродействующие клапаны, обеспечивают защиту от повышения давления сетевой воды в системах теплоснабжения, предотвращают аварийное повышение давления сверх допускаемых значений, что подтверждается опытом эксплуатации подобных устройств более чем в 40 населенных пунктах Российской Федерации. Принцип работы устройств заключается в следующем. При повышении контролируемого давления в тепломагистрали выше заданной величины регулятор давления срабатывает и сбрасывает давление с импульсного клапана, который также производит сброс давления с надмембранного пространства мембранного сбросного устройства. При восстановлении в тепломагистрали рабочего давления регулятор давления подает давление на гидропривод импульсного клапана, который срабатывает на подачу рабочего давления в надмембранное пространство мембранного сбросного устройства.

Обеспечивается расчет параметров нестационарных гидравлических режимов с проверкой опасности возникновения и последствий гидравлических ударов и повышения давления с применением программно-расчетных комплексов, адекватно отражающих физические процессы распространения гидравлических ударов в системах ЦТ с учетом требований действующих нормативных документов.

Вывод

Аварии, вызванные повышением давления и гидравлическими ударами, могут сопровождаться разрушением теплофикационного оборудования источника тепловой энергии, трубопроводов и оборудования тепловых сетей, массовыми разрывами отопительных приборов потребителей, что приводит к порче и утрате имущества, ожоговому травматизму людей, как правило, длительному прекращению теплоснабжения, а в период стояния низких температур наружного воздуха - часто к невозможности восстановить теплоснабжение вплоть до потепления с тяжелейшими социальными последствиями. Разрывы сетевых станционных трубопроводов нередко приводят к затоплению сетевой водой источника тепловой энергии со стороны тепловых сетей с «посадкой на ноль». Все это обуславливает необходимость комплексной проработки нестационарных гидравлических режимов с обязательным натурным опробованием устанавливаемых устройств защиты с осциллографированием давления в системе теплоснабжения.

Размещено на Allbest.ur