Особенности внедрения защиты оборудования систем теплоснабжения от повышения давления теплоносителя и гидравлических ударов

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Из опыта эксплуатации крупных систем теплоснабжения (СТ), которые оснащены большим объемом запорной арматуры, насосного оборудования, а так же имеющих большую протяженность сетей и высокое гидравлическое сопротивление, известны трудности при обеспечении высокой степени их надежности. В частности, это относится как к крупным квартальным или районным котельным, так и к присоединенным сетям и системам теплопотребления. В таких СТ существует высокая вероятность возникновения аварийных либо переходных гидравлических процессов, характеризуемых колебаниями либо повышением давления сетевой воды, значения которых выходят за пределы допустимых значений прочностных характеристик оборудования и сетей. Подобные процессы возможны и в СТ невысокой мощности и протяженности, и кроме того могут иметь характер гидравлического удара. Степень же надежности проектируемых и, в большей степени эксплуатируемых СТ, является одним из важнейших факторов при осуществлении договорных отношений между теплоснабжающими организациями (ТСО) и потребителями тепловой энергии.

Отсутствие в составе СТ специализированных устройств защиты от названных явлений в значительной степени усугубляет аварийную ситуацию, приводит к цепному характеру ее распространения и серьезным последствиям для системы теплоснабжения, таким как:

- повреждение тепломеханического оборудования источников теплоснабжения;

- разрыв сетевых трубопроводов с затоплением помещений источников теплоснабжения, выводом из строя электрооборудования и потерей собственных нужд;

- прекращение теплоснабжения объектов ЖКХ и социальной сферы, предприятий, влекущее с серьезные социальные последствия и нанесение материального ущерба;

- разрыв отопительных приборов внутренних систем теплопотребления с затоплением помещений.

Подобные инциденты могут сопровождаться травматизмом обслуживающего персонала ТСО и третьих лиц.

Нарушения нормального гидравлического режима СТ имеют следующие технические причины:

- аварийные отключения сетевых и подпиточных насосов ТСО;

- закрытие (открытие) регуляторов, запорной, предохранительной и обратной арматуры на источниках теплоснабжения, в тепловых сетях и в тепловых пунктах потребителей (причем разрывы коррозионно-ослабленных трубопроводов могут происходить даже в случае плановых переключений в тепловых схемах, при перепуске насосов, уменьшении или увеличении подпитки сети);

- вскипание воды в котлах и оборудовании ТСО;

- разрывы магистральных сетевых трубопроводов.

В зависимости от инерционности системы трубопроводов и характеристик возмущения переходные гидравлические режимы можно подразделить на условно-стабильные и на гидравлические удары. Обе разновидности могут носить характер затухающего колебательного процесса.

Последние отличаются высокими значениями мгновенных давлений, высокой скоростью нарастания и спада давления (т.е. динамическим воздействием на оборудование) и высокой скоростью распространения. Вероятность гидравлического удара в СТ выше с увеличением длин и диаметров трубопроводов, а так же при оснащении СТ такими устройствами, отказ или срабатывание которых приводит к быстротечному знакопеременному изменению скорости теплоносителя (в т.ч. локальному), нарушению неразрывности потока, локальному понижению давления с достижением температуры кипения, вскипанию и последующей конденсации теплоносителя. Кроме того, величина скачкообразного приращения давления и скорость распространения ударной волны, вызванной гидроударом, находятся в пропорциональной зависимости от скорости и расхода теплоносителя в трубопроводе, а так же от степени упругости материала трубопровода.

Условно-стабильные режимы характеризуются монотонными нарушениями стационарного гидравлического режима, при которых скорость изменения (в т.ч. нарастания) давления невысока. Подобные режимы наиболее часто являются следствием операций с регулирующими клапанами, закрытия или открытия арматуры с электроприводом.

Кроме того, СТ обладают следующей особенностью: существует значительный разброс допустимых давлений для оборудования и трубопроводов, установленных в ТСО, тепловых сетях и системах теплопотребления. Например, системы теплопотребления, укомплектованные чугунными радиаторами, имеют допустимое давление 0,6 МПа и присоединены по зависимой схеме к тепловым сетям, имеющим допустимое давление 1,6 МПа. А эта разница обусловливает необходимость применения защиты от повышения давления, так как колебания последнего, возникающие, к примеру при отключении сетевых насосов, недопустимы для такой отопительной системы.

Таким образом, учитывая вероятность возникновения названных аварийных режимов необходимо разработать принципы практического применение для СТ комплекса работ по расчету параметров переходных гидравлических процессов и режимов, выявлению необходимости оснащения системы специальными устройствами защиты с определенными характеристиками (быстродействие; пропускная способность; простота в настройке и эксплуатации; стоимость). Следует сделать вывод, что приступать к проектированию и монтажу защитных устройств рационально только после проведения анализа гидравлического режима СТ.

Помимо технических проблем существуют и организационные. Заключаются они в необходимости разграничения степени ответственности субъектов теплоснабжения единой СТ, по соблюдению требований НТД, которые регламентируют предельные отклонения параметров и объем оснащения элементов СТ устройствами автоматики, регулирования и защиты, а так же договорных обязательств сторон по качеству тепловой энергии, в т. ч. и в аварийных ситуациях. Такие вопросы необходимо решать в порядке, определяемом Гражданским кодексом РФ (гл. 6 "Энергоснабжение"). Действующие же НТД предписывают установку специальных защитных устройств на всех элементах единой СТ, что вызывает многочисленные споры на всех стадиях взаимоотношений субъектов теплоснабжения:

· разработка проектов;

· выдача технических условий на присоединение систем теплопотребления;

· заключение договоров теплоснабжения;

· подготовка к ОЗП и получение акта готовности к эксплуатации систем теплопотребления;

· расследование технологических нарушений;

· определение долей ущерба, подлежащего погашению различными ведомствами.

Юридические взаимоотношения между субъектами теплоснабжения регламентируются следующими основными документами: Гражданским кодексом РФ, часть 2-я, в основном главой 6 "Энергоснабжение", а также договорами теплоснабжения, исходя из которых, требования, учитываемые при решении вопросов по защите оборудования СТ от недопустимого повышения давления теплоносителя, таковы:

· надежность теплоснабжения, т.е. глубина и длительность ограничений, а также количество и длительность отключений;

· качество тепловой энергии, т.е. взятое ТСО обязательство выдерживать на границе балансовой принадлежности (или эксплуатационной ответственности) с потребителем оговоренных в договоре параметров: минимального перепада давления в подающем и обратном трубопроводах при давлении в подающем трубопроводе не более оговоренного значения; давления в обратном трубопроводе в пределах, удовлетворяющих по условиям прочностных характеристик оборудования потребителя и обязательном заполнении теплопотребляющих установок (ТПУ) потребителя и др.; теплоснабжение трубопровод гидравлический магистральный

· требования к режимам теплопотребления, т.е. соблюдение потребителем обусловленных договором максимального часового расхода теплоносителя в подающем трубопроводе, максимального часового расхода теплоносителя, не возвращенного абонентом в тепловую сеть ТСО (в т.ч. несанкционированный водоразбор) и др.

В случае если в договоре теплоснабжения не отображены обязательства сторон по качеству тепловой энергии и режимам теплопотребления, могут быть приняты требования действующих НТД, устанавливающих допускаемые пределы отклонений указанных выше параметров. В соответствии требований п. 4.11.8 «ПТЭ электрических станций и сетей РФ» (ПТЭ) на каждом источнике теплоснабжения "должна быть предусмотрена защита обратных трубопроводов от внезапного повышения давления", при этом должно быть обеспечено поддержание заданного давления на всасывающей стороне сетевых насосов в рабочем режиме тепловой сети и при останове сетевых насосов. Эксплуатационный режим работы СТ определяется требованиями п. 4.11.1 и п. 4.12.38 ПТЭ, в которых оговорены пределы отклонения давления в рабочем режиме. Кроме того, п. 4.12.36 и 4.12.39 определяют требования к качеству тепловой энергии в случае отсутствия таковых в договорах теплоснабжения. Пункт 4.12.40 ПТЭ содержит также требования по необходимости оснащения тепловых сетей "специальными устройствами, предохраняющими систему теплоснабжения от гидроударов при аварийном прекращении электроснабжения сетевых и перекачивающих насосов". Таким образом, ПТЭ не допускают отклонений давления сетевой воды в статических и переходных режимах во всех точках подающих и обратных трубопроводов, для всех видов оборудования по тракту сетевой воды вне зависимости от места нахождения оборудования и, соответственно, его балансовой принадлежности.

"Правила эксплуатации теплопотребляющих установок и тепловых сетей потребителей" (п. 2.2.17); СНиП 2.04.07-86 "Тепловые сети" (п. 12.14); СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов» (п.п.3.5; 4.47) так же требуют безусловной установки на тепловых пунктах потребителей автоматических устройств, которые в т.ч.: "должны обеспечивать... заданное давление в обратном трубопроводе… защиту систем теплопотребления от повышенного давления и температуры воды в случае превышения допустимых предельных параметров". «Правила и нормы технической эксплуатации жилищного фонда» (1998г.) изд. п.п. 5.1.5 и 5.2.15 так же устанавливают требования к ТСО в части выдерживания параметров теплоносителя и недопустимости повышения давления.

Обобщая сказанное, можно сделать вывод: каждый элемент единой СТ (источник тепла, тепловые сети, системы теплопотребления) должен быть оборудован специальными устройствами защиты от недопустимого повышения (колебания; изменения) давления теплоносителя, обеспечивающими поддержание заданного давления на границах эксплуатационной ответственности субъектов теплоснабжения при внезапных изменениях гидравлического режима, вызванных оборудованием данного элемента СТ. То есть, устройства защиты должны обеспечить поддержание давления в допустимых пределах для собственного оборудования независимо от источника возмущения и причин повышения давления.

В целях предотвращения вышеоговоренных аварийных ситуаций, а также для разграничения степени ответственности между ТСО и потребителями в таких ситуациях можно предложить проведение следующих оргтехмероприятий:

1. Во всех СТ (в первую очередь - крупных) провести работы по анализу параметров переходных гидравлических режимов с участием проектных и наладочных организаций и определением вероятных величин отклонений параметров.

2. По результатам анализа принять решение о внедрения соответствующих защитных устройств. Необходимо так же учесть, что максимальный эффект может быть достигнут при установке устройств защиты в точках наиболее близко расположенных к источнику нарушения нормально принятого гидравлического режима (например: всасывающие коллекторы насосов, участки обратных магистральных трубопроводов от источника теплоснабжения до ответвлений к потребителям).

3. При установке устройств защиты в сетях и на оборудовании лишь ТСО, может остаться незащищенным оборудование потребителей в случае повышения давления при закрытии арматуры, установленной на обратных линиях до места установки защитных устройств (по ходу воды) или на ответвлениях к потребителям. Этот вопрос решается установкой защитных устройств на вводах тепловых пунктов потребителей.

4. Применять следующие устройства защиты:

· быстродействующие клапаны МСУ (фирма ОРГРЭС; Dу от 80 до 300 мм; давление настройки до 1,0 МПа; высокой плотности в закрытом положении);

· мембранные предохранительные устройства МПУ (СКБ ВТИ; Dу от 80 до 350 мм; быстродействие - 3 мс; давление настройки в диапазоне 0,25-6 МПа; для предотвращения крупных утечек теплоносителя возможно комбинированное комплектование устройства защиты: последовательно либо параллельно включенным с МПУ предохранительным клапаном или двумя МПУ - основным и дополнительным, срабатывающим при меньшем давлении и рассчитанным на сброс до 10 о/о сброса основного);

· демпфирующие устройства RS.8, RS.10 для защиты чувствительных элементов - манометров, регуляторов, датчиков, от воздействия гидроударов (быстродействие - 0,5-2 сек).

4. Подвергать пломбированию сбросные устройства защиты, находящиеся в оперативном ведении потребителей и периодически контролировать целостность пломб.

5. Применять юридически обоснованные санкции за превышение договорного водоразбора (утечки), а из этого вытекает необходимость внедрения приборного коммерческого учета тепловой энергии и количеств теплоносителя, а так же регистрирующих КИП в тепловых узлах потребителей и на источниках теплоснабжения.

6. Применять тепловые схемы с автоматической отсечкой потребителя при открытии сбросных устройств с небольшой выдержкой времени.

Учитывая результаты работ по анализу параметров переходных гидравлических режимов следует проводить пересмотр договоров теплоснабжения - в части дополнения их положениями о соблюдении сторонами режимов потребления и показателей качества тепловой энергии. В договорах должны находить отражение гарантии ТСО по поддержанию предельных отклонений гидравлических режимов и параметров теплоносителя, но с учетом влияния на единую сеть нарушений, вызываемых воздействием потребителей. А так же необходимо предусматривать в договорах распределение ответственности между сторонами при невыполнении договорных условий, в частности - по организации и эксплуатации защитных устройств.

При выдаче технических заданий на проектирование СТ и их структурных частей, следует включать в них позиции по конструкторской проработке вопросов защиты оборудования и сетей от недопустимого повышения давления сетевой воды в аварийных ситуациях; а так же отказывать в согласовании проектов, в которых не обоснованно исключены устройства защиты.

При разработке графиков аварийных ограничений и отключений рациональнее изначально учитывать возможность возникновения аварий в СТ и их дальнейшего распространения.

В заключение следует отметить что с целью достижения максимальной эффективности, мероприятия по организации защиты оборудования и сетей от недопустимых изменений давления должны иметь комплексный подход, проводиться с участием соответствующих специализированных организаций и обязательно учитывать взаимовлияние всех элементов единой СТ. На практике при реализации этих предложений прослеживается стремление субъектов теплоснабжения, например в Брянской области, обходиться минимальными затратами на комплектацию устройств защиты и тенденция применения в этих целях общеизвестных предохранительных клапанов с высокой инерционностью и наличием нерегулируемой протечки теплоносителя. На предприятиях имеются случаи самодеятельной модернизации предохранительных клапанов с благими намерениями, но не приводящие в итоге к достижению положительного результата. А с учетом возросшей юридической грамотности населения и персонала организаций-потребителей и увеличением числа исков потребителей по возмещению ущерба, внедрение защитных мероприятий является менее дорогостоящим по сравнению с выплатами компенсаций пострадавшим в результате технологических нарушений и участием в судебных разбирательствах. То есть предупреждение технологического нарушения обходится дешевле его ликвидации и устранения его последствий, т.е. перефразируя - скупой платит дважды. Однако понимание этих положений на практике встречается редко, а до реализации дело доходит еще реже. И это несмотря на факты, что по Брянской области за последние годы зарегистрировано несколько технологических нарушений, вызванных повышением давления сетевой воды.

Что же касается стоимости и объема работ по организации защиты, то для обоснования перед РЭК они должны определяться специализированными организациями.

Настоящей публикацией хотелось бы не только определить свою точку зрения, но и высказать приглашение обсудить затронутую тему, изложить свои взгляды и поделиться опытом решения подобных проблем, а может быть и конкретными разработками защитных устройств всем заинтересованным сторонам: работникам эксплуатирующих организаций, знающих о существовании данных проблем из собственного опыта, представителям специализированных исследовательских и проектных организаций, изготовителям энергетического оборудования.

Размещено на Allbest.ru