Теплофикация и тепловые сети. И тепловые

• Название: И тепловые
• Анкор: Теплофикация и тепловые сети
• Дата: 27.03.2022
• Размер: 2.4 Mb.
• Имя файла: Теплофикация и тепловые сети.docx
• Тип: Учебник; #420164
• страница: 66 из 101

ВЫБОР ТОЛЩИНЫ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО СЛОЯ

Выбор толщины изоляции определяется техническими и технико-экономическими соображениями.

Основные технические соображения, ко­торыми руководствуются при выборе тол­щины изоляции, заключаются в следующем:

1. 
   обеспечение заданной температуры теплоносителя в отдельных точках тепло­вой сети. Это условие особенно важно для паропроводов в тех случаях, когда должна быть гарантирована подача перегретого па­ра отдельным абонентам;
   
2. 
   выдерживание нормированных эко­номически обоснованных теплопотерь;
   
3. 
   непревышение заданной температуры поверхности изоляции; при прокладке теп­лопровода в рабочих помещениях или в проходных каналах по условиям безопас­ности предельная температура поверхности должна составлять 40 °C. В некоторых слу­чаях предельная температура поверхности выбирается из условия защиты от разруше­ния наружной оболочки изоляции.
   

На основании технических требований определяется предельная минимальная тол­щина тепловой изоляции. Вопрос о целесо­образности увеличения толщины и повыше­ния эффективности тепловой изоляции ре­шается технико-экономическим расчетом.

Термическое сопротивление изоляцион­ной конструкции трубопровода

I

R = R_CU+R = In —

л • 2Х £> лаО„

При увеличении наружного диаметра изоляционной оболочки D_H термическое со­противление слоя Д_сл возрастает, а терми­ческое сопротивление поверхности изоля­ции 7?_п снижается. При некотором значении наружного диаметра изоляции, называемом критическим £>_н«, термическое сопротивле­ние изоляционной оболочки минимально.

Это значение критического диаметра D_Ht, определяемое из условия d/?/dO_H = 0, находится по формуле

£>_н« = 2Х/а. (10.52)

Зависимость R = /(£>_н) при D_r = const, X = const и a = const показана на рис. 10.5.

При D_H < D_H* увеличение толщины теп­ловой изоляции от D_ti до D_H* дает отрица­тельный эффект, так как при этом тепловые потери возрастают.

В диапазоне характерных для тепловых сетей значений X = 0,04—0,2 Вт/(м • К) и a =6—15 Вт/(м² • К) D,,» = 0,07—0,003 м.

Как правило, диаметры трубопроводов, применяемых в тепловых сетях, D_H >



Рис. 10.5. Зависимость термического сопротив­лении от наружного диаметра изоляционной оболочки

К - D₇ = const, К = const, a = const

в этих условиях увеличение толщины теп­ловой изоляции всегда приводит к сниже­нию тепловых потерь.

Контрольные вопросы и зодания

1. 
   Приведите уравнение, описывающее основ­ную зависимость между удельными тепло- потерями, температурным напором и терми­ческим сопротивлением.
   
2. 
   В каком порядке рационально уложить на наружную поверхность трубопровода дву­слойную изоляцию с разными коэффициен­тами теплопроводности слоев? Приведите расчетное уравнение, определяющее опти­мальное решение
   
3. 
   Приведите формулу Форхгеймера для расче­та термического сопротивления грунта. Объ­ясните значения и размерности входящих в нее величин.
   
4. 
   При каких значениях теплового сопротивле­ния канала и грунта изменение температуры теплоносителя в однотрубном подземном теплопроводе вызывает такое же изменение температуры воздуха в канале?
   

5 При каких значениях теплового сопротивле­ния изоляционной конструкции трубопрово­да изменение температуры теплоносителя не влияет на температуру воздуха в канале’’ Приведите расчетное уравнение, обосновы­вающее ваш ответ.

6. 
   Приведите формулу для расчета температу­ры воздуха в канале мпоготрубного тепло­провода.
   
7. 
   В чем состоит метод расчета теплопотерь двухтрубного бесканального теплопровода? Приведите формулу Шубина и объясните значения входящих в нее величин
   
8. 
   Приведите зависимость температуры пере­гретого пара в конце длинного теплопровода от температуры пара в начале, массового расхода пара и теплового сопротивления изоляционной конструкции. На основе каких уравнений получена расчетная формула для решения этой задачи?
   

9 В чем состоит метод определения темпера­туры сетевой воды в надземном теплопрово­де через любое время после прекращения циркуляции? Приведите расчетное уравне­ние для решения этой задачи


ГЛАВА ОДИННАДЦАТАЯ

ЭКСПЛУАТАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

1. 
   ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ЭКСПЛУАТАЦИИ
   

Тепловые сети от современных ТЭЦ и мощных котельных представляют собой сложные протяженные и разветвленные гидравлические системы, содержащие про­тяженные трубопроводы разного диаметра, большое число насосов, емкостей и других устройств, необходимых для передачи теп­ловой энергии с помощью теплоносителя — сетевой воды или пара от источников те­плоты потребителям.

Современное развитие систем централи­зованного теплоснабжения в России харак­теризуется следующими тенденциями;

ростом количества источников теплоты, работающих в единой системе теплоснаб­жения городов;

усложнением структуры теплового по­требления в связи с увеличением помимо традиционных нагрузок отопления и горя­чего водоснабжения тепловых нагрузок вентиляции и кондиционирования воздуха, а также разнообразных технологических нагрузок;

увеличением числа потребителей, для которых практически недопустимы пере­рывы в подаче теплоты: промышленных предприятий, не допускающих прерывания технологических процессов; лечебных уч­реждений; высококлассных гостиниц т.п.;

снижением конкурентоспособности централизованного теплоснабжения в срав­нении с другими способами обеспечения тепловой энергией (децентрализованным, газовым, с использованием вторичных энергоресурсов и др.).

Более чем 75-летний опыт развития теп­лофикации и централизованного тепло­снабжения в России¹, а также опыт других стран, где широко используются системы централизованного теплоснабжения, пока­зывает, что существуют две основные при­чины нарушений при централизованном те­плоснабжении:

повреждение теплопроводов; внезапная потеря значительной мощно­

сти источников теплоты.

Пониженная надежность действующих тепловых сетей в системах транспортиров­ки и распределения теплоты объясняется условиями их сооружения и эксплуатации:

сложностью выполнения строительно­монтажных работ в неблагоприятных грун­товых и климатических условиях;

невозможностью постоянного визуаль­ного контроля состояния тепловой сети в процессе эксплуатации;

неблагоприятными внешними условия­ми, способствующими наружной коррозии подземных теплопроводов в диапазоне кор­розионно-опасных при высокой влажности температур (70—90 °C);

участием в проектировании и сооруже­нии тепловых сетей неспециализирован­ных, а следовательно, недостаточно квали­фицированных проектных и строительно-

Псрвый теплопровод общего пользования был введен в эксплуатацию от ГЭС-3 Ленэнерго в бывшем Ленинграде (Санкт-Петербурге) 25 ноября 1924 г

монтажных организаций, что нередко носи­ло массовый характер, особенно при строи­тельстве распределительных сетей;

сооружением тепловых сетей из сталь­ных труб общего назначения, часто не удов­летворявших требованиям эксплуатации тепловых сетей по качеству металла и сталь­ного листа, из которых изготавливались тру­бы (в России до настоящего времени отсут­ствуют ГОСТ и ТУ на трубы, предназначен­ные специально для тепловых сетей);

отсутствием промышленного производ­ства теплопроводов полной заводской го­товности, конструкция которых обеспечи­вает защиту стальных труб от коррозии при неблагоприятных внешних условиях, а теп­ловая изоляция — низкие потери теплоты;

интенсификацией коррозионных про­цессов внутренних поверхностей труб вследствие несоблюдения качества сетевой воды из-за нарушений водно-химических режимов систем теплоснабжения, связан­ных с режимами водоподготовительных ус­тановок ТЭЦ (котельных); неудовлетвори­тельной эксплуатацией теплоиспользую­щих установок и систем, принадлежащих потребителям тепла (подсос воздуха, пере­токи водопроводной необработанной воды в сетевую воду через неплотности в або­нентских теплообменниках и т.п.);

слабой оснащенностью систем транс­портировки и распределения теплоты (теп­ловых сетей) средствами дистанционного контроля и управления и связанными с этим более сложными условиями эксплуа­тации, в том числе при ликвидации возмож­ных нарушений в работе сетей.

2. 
   ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
   

В период планового развития экономики страны с распределением большинства ре­сурсов для народного хозяйства из центра (бывшим Госпланом СССР) основным на­правлением в развитии теплоснабжающих систем в крупных и средних городах было признано направление, связанное с кон­центрацией энергетических мощностей на крупных источниках тепловой энергии (на ТЭЦ, в промышленных и районных ко­тельных). Это давало существенное сниже­ние удельных (на единицу установленной мощности) капиталовложений в источники энергии. В результате в России были созда­ны крупнейшие в мире теплофикационные системы, в которых источниками энергии служат ТЭЦ электрической мощностью до 1500 МВт и тепловой мощностью до 5000 Гкал/ч. Однако рост единичных мощностей ТЭЦ потребовал увеличения диаметров теп­ловых сетей (до 1400 мм) и радиуса их дей­ствия (до 50 км).

В результате таких организационно-тех­нических решений возникли проблемы, связанные с необходимостью повышения надежности и качества теплоснабжения потребителей теплоты, получающих ее из этих систем.

Технический уровень надежности сис­тем централизованного теплоснабжения (СЦТ) должен закладываться еще на стадии их разработки и проектирования и затем реализовываться при эксплуатации.

Оборудование систем централизованно­го теплоснабжения и их схемы должны вы­бираться из условий обеспечения беспере­бойного теплоснабжения потребителей. Ущербы при нарушениях нормального теп­лоснабжения могут значительно превысить экономию капитальных затрат в случае от­каза от резервирования теплоснабжения или мероприятий, обеспечивающих опера­тивное балансирование производства и по­требления теплоты. Это связано с использо­ванием аккумуляторов теплоты различного типа, а также аккумулирующей способно­сти отапливаемых зданий.

При исчислении затрат, связанных с ава­риями в СЦТ, необходимо учитывать не только стоимость ремонта поврежденно­го оборудования, но и затраты на возмеще­ние ущерба потребителей, вызванного пе­рерывом в подаче теплоты, а также откло­нением параметров теплоносителя от дого- верных значений, т.е. нарушением качества теплоснабжения.

Если затраты на компенсацию ущерба велики, то затраты на повышение надежно­сти (резервирование и т.п.) могут быть оп­равданы. При этом необходимо тщательно анализировать сложившуюся ситуацию. Дополнительные затраты на резервирова­ние могут повлечь за собой рост тарифов на тепловую энергию, а существенное повы­шение тарифов на теплоснабжение может вынудить потребителей отказаться от услуг энергоснабжающей организации по тепло­снабжению: потребители могут при нали­чии возможности присоединиться к друго­му источнику либо построить собственные источники теплоты (в том числе собст­венную мини-ТЭЦ), если это решение для них будет экономически более целесооб­разным. Поэтому вопросы нормирования и расчета надежности СЦТ требуют эконо­мически оправданного решения [1256].

Для решения задач по расчету надежно­сти теплоснабжения необходимо четко сформулировать общие понятия и опреде­ления свойств надежности СЦТ и ее основ­ных частей, опираясь на действующий ГОСТ 27.002-83 «Надежность в технике. Термины и определения». Госкомитет СССР по стандартам. 1983 (стандарт РФ по­ка не разработан).

В общем случае СЦТ состоит из следую­щих частей:

источника или источников для выработ­ки теплоты (ИТ);

магистральных тепловых сетей с насос­ными (реже дроссельными) подстанциями для транспортировки тепловой энергии от источников теплоты до крупных жилых массивов, административно-общественных центров, промпредприятий и др.;

распределительных тепловых сетей с ЦТП или РТП либо без них для распреде­ления теплоты и подачи ее потребителям;

Примечание. Определение понятия «качество теп­ловой энергии» см. в разд. 11.3.

теплоиспользующих установок с инди­видуальными тепловыми пунктами (ИТП), в которых осуществляется конечное ис­

пользование тепловой энергии для удовле­творения нужд потребителей.

Каждая из указанных частей СЦТ пред­ставляет собой достаточно сложное инже­нерное сооружение. Эти части проектиру­ются, строятся и эксплуатируются эконо­мически самостоятельными предприятия­ми, которые сами определяют техническую и экономическую политику, согласовывая свои действия на границах эксплуатацион­ной ответственности. В таких условиях це­лесообразно установить для каждой части СЦТ индивидуальные показатели и норма­тивы надежности. Следовательно, показате­ли надежности СЦТ в целом должны учи­тывать показатели надежности отдельных частей всей системы.

Прежде чем сформулировать (опреде­лить) эти показатели, необходимо дать оп­ределение понятию надежности примени­тельно к СЦТ в целом и ее составным час­тям в отдельности.

Под надежностью СЦТ в целом и каж­дой из частей этой СЦТ (источника тепло­ты, магистральных и распределительных сетей, теплоиспользующих установок) сле­дует понимать способность СЦТ и каждой ее части обеспечивать в течение заданного времени и в заданных количествах подачу теплоты (теплоносителя с заданными пара­метрами) в заданных режимах при условии выполнения эксплуатационного обслужи­вания, включая ремонты всех элементов ка­ждой из частей СЦТ согласно утвержденно­му регламенту.

Надежность является сложным свойст­вом, состоящим из более простых свойств, таких как безотказность, долговечность, релюнтопригодность, сохраняемость [1].

В качестве показателей надежности для каждой части СЦТ должны быть установле­ны показатели (параметры), которые могут быть легко определены и зафиксированы с помощью приборов на границах эксплуа- 355

тационной ответственности при передаче тепловой энергии (теплоносителя) от ис­точников теплоты до отопительных прибо­ров в отапливаемых помещениях и водораз­борных кранов в системах горячего водо­снабжения либо до технологических тепло­использующих установок и аппаратов.

Рассматривая СЦТ и ее составные части под углом зрения формулировок ГОСТ 27. 002-83 «Надежность в технике. Термины и определения», можно видеть, что ни СЦТ в целом, ни одна из ее составных частей с мо­мента их создания практически не прекра­щают работать, а повреждение или отказ одного элемента в любой части системы (например, повреждение на одном из кот­лов на источнике теплоты либо одного из участков тепловой сети и др.) не приводит к полному нарушению работоспособного состояния этой части СЦТ (источника теп­лоты или тепловой сети). Поэтому указан­ное свойство СЦТ должно учитываться при определении показателей надежности.

Поскольку одно из основных назначе­ний СЦТ обеспечивать тепловой комфорт в жилых, общественно-административных и промышленных зданиях, т.е. поддерживать нормируемые санитарными правилами и СНиП значения внутренней температуры в отапливаемых помещениях и температуры горячей воды для бытовых и коммунальных нужд, то в качестве показателей надежно­сти для систем теплопотребления, вероят­но, следует принять:

1. 
   допустимые границы отклонений от нормы температуры воздуха внутри ота­пливаемых помещений и температуры го­рячей воды в системе централизованного горячего водоснабжения;
   
2. 
   допустимую продолжительность ука­занных отклонений в интервале времени, когда имеет место нарушение в работе од­ной (или нескольких) частей СЦТ;
   
3. 
   допустимую суммарную продолжи­тельность таких нарушений в работе тепло­потребляющих установок и других частей 356
   

СЦТ в течение заданного периода (напри­мер, года).

Учитывая, что отмеченные показатели надежности систем теплопотребления каса­ются здоровья человека(а не технологиче­ского оборудования СЦТ: котлов, насосов и др.), эти показатели должны быть опреде­лены и сформулированы врачами-гигие­нистами.

Для расчета времени, в течение которого температура внутри отапливаемого поме­щения может понизиться до нормируемого врачами-гигиенистами минимального уров­ня, являющегося одним из показателей на­дежности теплоснабжения на уровне потре­бителя (здания), можно использовать зави­симости, предложенные в [101]: где t_B — внутренняя температура, которая установится в помещении через время (ч) 2 после нарушения нормального теплового ре­жима, °C; С_в — внутренняя температура, ко­торая была в помещении в момент наруше­ния нормального теплового режима, °C; Г_н — средняя температура наружного воздуха за период нарушения теплового режима, т.е. за время (ч) 2, °C; Q_o — подача теплоты в поме­щение, Дж/'ч; <7₀И— удельные расчетные те- плопотери здания Дж/(ч • °C); е = 2,72 — ос­нование натурального логарифма; (3— коэф­фициент аккумуляции здания, ч.

Для конкретных зданий коэффициент аккумуляции является стабильной величи­ной. Он может быть найден либо расчетным путем с определением массы ограждающих конструкций зданий и их теплоемкости, ли­бо экспериментально кратковременного ис­кусственного нарушения теплового режима здания (увеличения или снижения подачи теплоты и как следствие повышения или по­нижения внутренней температуры), а затем определения времени, в течение которого температура воздуха внутри отапливаемого помещения достигнет нормативных значе­ний. На основе результатов такого экспери­мента коэффициент аккумуляции здания вычисляется по формуле [101]

In — ^н ■ -

^Хв - ⁷н -

где : — время выхода внутренней темпе­ратуры здания на нормальный режим, ч; t_B, t'_t — нормальная и нарушенная температу­ра, °C.

При известных показателях надежности, отражающих требования врачей-гигиенис­тов, используя данные об аккумулирующей способности здания 3 и тепловые характе­ристики отопительных установок [101], не­трудно найти допустимые продолжитель­ность и глубину отклонений параметров те­плоносителя (температуры сетевой аоды в подающем трубопроводе) и расход тепло­носителя в системе теплопотребления (в том числе и при нулевом расходе, т.е. при полном прекращении подачи теплоты).

Таким образом, показатели надежности теплоснабжения на уровне потребителей теплоты будут учитывать требования вра­чей-гигиенистов, аккумулирующую спо­собность отапливаемых зданий и схемные особенности теплопотребляющих систем с позиции устойчивости работы последних при существенных изменениях расходов и параметров теплоносителя.

В качестве показателей надежности при проектировании СЦТ могут быть исполь­зованы продолжительность времени полно­го прекращения подачи теплоносителя по­требителю при расчетной температуре на­ружного воздуха, в течение которого темпе­ратура внутри отапливаемых помещений понизится до минимально допустимого значения, нормируемого врачами-гигиени­стами, а также суммарная продолжитель­ность таких ограничений в течение года.

Бесперебойность подачи теплоносителя и допустимые границы отклонения пара­метров (давления, температуры) и расхода теплоносителя на ИТП потребителя должны определяться для каждого отапливаемого здания отдельно в зависимости от его назна­чения и аккумулирующей способности ог­раждающих конструкций при наиболее не­благоприятных режимах работы СЦТ.

Целесообразно в процессе эксплуатации создавать банк данных по теплотехниче­ским характеристикам отапливаемых зда­ний, в том числе коэффициентов аккумуля­ции. Знание указанных коэффициентов ак­кумуляции очень важно при решении мно­гих задач, таких как разработка маневрен­ных режимов ТЭЦ и котельных, прогнози­рование динамики изменения внутренней температуры отапливаемых зданий при из­менении параметров теплоносителя в теп­ловой сети, и других аналогичных расчетов нестационарных режимов работы систем теплоснабжения.

Приведенные показатели являются ис­ходными для проектирования тепловых се­тей (сначала распределительных, а затем ма­гистральных) и формирования показателей надежности источников теплоты.

Обеспечение требуемых температур воздуха внутри отапливаемых помещений и температур горячей воды у потребите­лей по большому счету зависит от трех факторов:

наличия в любой момент времени тре­буемого количества и качества теплоноси­теля на вводе теплоиспользующих уста­новок;

исправного состояния теплоиспользую­щих установок, теплообменных аппаратов и т.п.;

эффективности теплоизолирующих строи­тельных материалов и конструкций, приме­няемых при сооружении зданий (окон, стен, крыш, входных дверей и т.д.) и их техниче­ского состояния.

Требуемые температуры воздуха внутри отапливаемых помещений и горячей воды у потребителей обеспечиваются как энерго­снабжающими организациями (поставщика­ми теплоты), так и потребителями. При этом энергоснабжающие организации должны обеспечить выполнение только первого тре­бования, а потребители — остальных.

Действительно, если в отапливаемом здании разбиты окна, двери, то ни о какой нормальной температуре внутри поме­щений речи быть не может, То же можно сказать о состоянии поверхностей нагрева теплоиспользующих установок: если они находятся в неудовлетворительном состоя­нии, то невозможно обеспечить передачу теплоты от теплоносителя в отапливаемые помещения, в системы централизованного горячего водоснабжения, технологические установки и т.п.

Проблемы, связанные с потребительски­ми установками, изучаются в отдельных курсах по строительной и технологическим специальностям. Поэтому ниже вопросы надежности теплоснабжения будут рас­смотрены с позиций поставщиков теплоты.

Показатели надежности источников теп­лоты — это особая весьма сложная пробле­ма, которая также исследуется отдельно в рамках курса по изучению ТЭЦ, котель­ных и других источников теплоты.

Надежность тепловых сетей. Учиты­вая, что наиболее уязвимая часть СЦТ водя­ные тепловые сети, рассмотрим основные свойства, определяющие надежность преж­де всего этой части СЦТ.

Под надежностью тепловых сетей пони­мается их способность обеспечивать потре­бителей требуемым количеством теплоно­сителя при заданном его качестве, остава­ясь в течение заданного срока (25—30 лет) в полностью работоспособном состоянии при сохранении заданных на стадии проек­тирования технико-экономических показа­телей (значений абсолютных и удельных потерь теплоты, удельной пропускной спо- 358 собности, расхода электроэнергии на пере­качку и др.).

Как уже отмечалось, в технике свойства надежности регламентированы ГОСТ 27.002-83 «Надежность в технике. Термины и определения». К этим свойствам относятся: безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость.

1. 
   Безотказность. Под безотказностью тепловых сетей понимается их способность сохранять рабочее состояние в течение за­данного нормативного срока службы. Коли­чественным показателем выполнения этого свойства может служить параметр потока от­казов X, определяемый как число отказов за год, отнесенное к единице (1 км) протяжен­ности теплопроводов.
   

Значение этого показателя зависит от конструкции теплопровода, качества ме­талла и толщины стенки трубы, качества антикоррозионных покрытий и теплогидро­изоляционных материалов, качества и сро­ка эксплуатации теплопроводов, условий их укладки и др. С увеличением срока экс­плуатации значение параметра потока отка­зов, как правило, возрастает. Однако в [1] не учитывается динамика изменения пара­метра потока отказов во времени, т.е. старе­ние тепловых сетей.

В качестве одной из возможных зависи­мостей, описывающих динамику изменения потока отказов по времени действия тепло­провода, может быть использовано уравне­ние, предложенное в [125а]:

X = 1 — , (11.3)

е—

^С 'к

где t — срок действия теплопровода, отсчи­танный от года ввода в работу, годы; t_Q — наработка на первый отказ, год; t_K— число лет после первого отказа, за которые поток отказов достигнет значения X - 1 - 1/е = = 0,63 1/(км • год).

Параметры /₀ и t_K характеризуют надеж­ность данной конструкции теплопровода при заданных условиях его сооружения. С увеличением и t_K снижается значение X и замедляется темп роста потока отказов.

Если по статистическим эксплуатацион­ным данным известны значения г₀ и X за произвольно выбранный год г, то параметр г_к может быть найден расчетным путем по формуле

Преимущество предлагаемого решения заключается в возможности получения об­щей закономерности динамики отказов конкретных конструкций теплопроводов на основе статистической обработки эксплуа­тационных материалов или экспери­ментальных данных, полученных экспресс- методом путем искусственного форсирова­ния коррозионного процесса.

Для получения объективной количест­венной характеристики надежности новых конструкций теплопроводов в различных грунтовых и других условиях их соору­жения, вероятно, целесообразно создать сертификационные центры с соответствую­щей научной и экспериментальной базой, где экспресс-методом в ужесточенных кор­розионных условиях будут определяться основные параметры /₀ и /_к для новых кон­струкций теплопроводов.

Вычисление характеристик надежности действующих и новых конструкций тепло­проводов на основе экспертных оценок должно рассматриваться как временное вы­нужденное решение до создания соответст­вующих банков данных и организации ра­боты сертификационных центров.

В условиях рыночной экономики серти­фикационные центры могут работать по до­говорам с научно-исследовательскими, про­ектно-конструкторскими, строительными и эксплуатационными предприятиями и ор­ганизациями на основе самоокупаемости.

В качестве показателя безотказности может быть также использована вероят­ность безотказной работы, как величина, однозначно связанная с параметром потока отказов.

2. 
   Долговечность. Под долговечностью участков тепловых сетей понимается свой­ство сохранять работоспособность до на­ступления предельного состояния, когда дальнейшее их использование недопустимо или экономически нецелесообразно.
   

По мере старения действующего тепло­провода и выработки заложенного в нем ра­бочего ресурса растут ежегодный поток от­казов и ежегодные затраты на их устранение.

Экономически целесообразный срок действия теплопровода с учетом фактора надежности может быть найден из условия, что годовые расчетные затраты при соору­жении нового теплопровода равны или меньше ежегодных затрат на ликвидацию отказов действующего теплопровода [125а].

Математическое описание этого усло­вия имеет следующий вид:

(E_H+f)k_H (11.5)

где k_tl — удельные начальные затраты на сооружение нового теплопровода, руб/км; £'_н — нормативный коэффициент отчислений, принимаемый равным 0,12 1/год; f— доля ежегодных отчислений на амортизацию, те­кущий ремонт и общесетевые расходы, рав­ная 0,075 1/год; у — затраты на ликвидацию одного отказа с учетом расхода на компен­сацию ущерба от нарушения теплоснабже­ния, руб/отказ.

На основе зависимости (11.5) может быть найдено значение предельного потока отказов Х_прС1 1/(к.м • год), при котором эко­номически целесообразно сооружение но­вого теплопровода:

Чр„^(^н⁺Пу- О’-⁶)

Как следует из (11.6), рост удельных на­чальных затрат на сооружение нового теп­лопровода к_н, а также снижение удельных затрату на ликвидацию отказов приводит к увеличению значения предельного потока отказов Х_||ред, при котором еще целесооб­разно эксплуатировать действующий теп­лопровод, и, следовательно, увеличивается экономически оправданный срок эксплуа­тации теплопровода.

Из приведенных данных следует, что экономически целесообразный срок экс­плуатации теплопровода зависит от началь­ных затрат на сооружение теплопровода k_lt, а также от значения и динамики изменения потока отказов.

Однако до настоящего времени срок службы теплопроводов планируется одина­ковым независимо от их конструкции, грун­товых и других условий. Доля амортизаци­онных отчислений на реновацию принима­ется одинаковой для всех конструкций теп­лопроводов и типов их прокладки, что про­тиворечит экономически оправданному подходу к определению нормативного сро­ка службы теплопроводов. Этот вопрос тре­бует дополнительных исследований.

3. 
   Ремонтопригодность. Под ремонто­пригодностью понимается способность к поддержанию и восстановлению работо­способного состояния участков тепловых сетей путем обеспечения их ремонта с по­следующим вводом в эксплуатацию после ремонта.
   

В качестве основного параметра, харак­теризующего ремонтопригодность тепло­провода, можно принять время z_p, необхо­димое для ликвидации повреждения.

Этот параметр зависит от конструкции теплопровода и типа укладки (надземный или подземный), от диаметра трубопрово­да, расстояния между секционирующими задвижками, определяющими объем сете­вой воды, который необходимо дрениро­вать до начала ремонта, а затем восполнить 360 после его проведения. Параметр z_p зависит также от оснащения теплоснабжающего предприятия машинами, механизмами и транспортом, которые требуются для вы­полнения аварийно-восстановительных ра­бот. Как правило, параметр z_p должен опре­деляться экспертным путем для каждого конкретного теплоснабжающего предпри­ятия с учетом местных условий: типов кон­струкций тепловых сетей, способов их укладки, оснащения техникой, организации эксплуатации и др.

Для предварительного вычисления пара­метра z_p (ч) может быть принята зависи­мость, предложенная автором в [26, 125а]:

z_p = а[1 + (6 + с/)^1,2], (Н.7)

где I — расстояние между секционирующи­ми задвижками, м; d — диаметр трубопро­вода, м; а. Ь, с — постоянные коэффициен­ты, зависящие от способа укладки тепло­провода (подземный, надземный) и его кон­струкции, а также от уровня механизации ремонтных работ.

4. 
   Сохраняемость. Под сохраняемо­стью тепловых сетей понимается их спо­собность сохранять безотказность, долго­вечность и ремонтопригодность в течение срока консервации.
   

До настоящего времени свойство сохра­няемости сети никак не оценивается из-за отсутствия соответствующих показателей. Поэтому целесообразно такие показатели разработать.

Как следует из приведенного материала, действующий в настоящее время норматив­ный документ для проектирования тепло­вых сетей [ 130] не в полной мере удовлетво­ряет современным требованиям к нормиро­ванию надежности систем транспортировки и распределения теплоты в СЦТ и нуждает­ся в дополнении и уточнении.

Рассмотренные свойства надежности те­пловых сетей рекомендуется исследовать раздельно для распределительных и маги­стральных тепловых сетей. Это связано со следующим.

Во-первых, согласно мнению подавляю­щего большинства ученых и специалистов- практиков, отраженному в концепции раз­вития крупных СЦТ, тепловые сети в район­ных и общегородских системах должны быть обязательно структурированы с выде­лением на них как минимум двух уровней:

1. 
   системы транспорта теплоты по маги­стральным тепловым сетям от источника теплоты до промпредприятий, жилых мик­рорайонов, административно-обществен­ных центров и т.п.;
   
2. 
   распределительных тепловых сетей, передающих теплоноситель от магистраль­ных тепловых сетей до потребителей теп­лоты (объектов теплоснабжения), т.е. до ИТП отапливаемых зданий.
   

В крупнейших СЦТ с загородными (ба­зовыми) источниками теплоты может быть еще один уровень: транзитные тепловые се­ти от базового источника до узлов подклю­чения его к общегородским магистральным тепловым сетям.

Во-вторых, транзитные и магистраль­ные тепловые сети строят и эксплуатируют, как правило, одни предприятия, а распреде­лительные сети — другие экономически независимые от первых предприятия.

Рассмотренные показатели надежности для тепловых сетей служат исходными для расчета показателей надежности источни­ков теплоты, надежность которых должна рассчитываться отдельно.

Важнейшим свойством надежности теп­ловых сетей является их безотказность, т.е. способность бесперебойно подавать тепло­носитель с заданными параметрами (темпе­ратурой и давлением).

Однако реальное состояние большинст­ва водяных тепловых сетей в российских СЦТ таково, что они не могут обеспечить бесперебойность подачи теплоносителя. Поэтому в реальной жизни приходится счи­таться с этим фактором и решать вопросы, как минимизировать ущербы, возможные при повреждении теплопроводов.

Вывод из работы тепловой сети в отопи­тельный сезон для устранения поврежден­ного теплопровода всегда считается вынуж­денным и должен быть выполнен в крайне ограниченный срок, в течение которого температура внутри отапливаемых помеще­ний снизится до некоторой минимально до­пустимой температуры 12—14 °C, опреде­ляемой рядом специалистов.

В системах, где это условие выполнить нельзя, необходимо предусмотреть систем­ное резервирование, т.е. резервирование те­плоснабжения от смежных магистралей те­пловой сети или от других источников.

При отсутствии более точных данных время ликвидации повреждения магист­рального теплопровода можно определить по предложенной автором формуле (11.7):

В формуле (11.7) время с_р включает в себя время, необходимое на установление места повреждения, локализацию повреж­денной секции магистрали, дренаж из нее воды, проведение ремонта, наполнение се­тевой водой после ремонта, включение в работу.

Для подземных теплопроводов в непро­ходных каналах на практике обычно при­нимают а = 6, b = 0,5, с = 0,0015 1/м.

В этом случае (11.7) имеет вид

г_р = 6[1 + (0,5 +0,0015/)Z²]. (11.8)

На рис. 11.1 показана зависимость т_р = = /(/, I между секционирующими задвижками существен­но снижает время восстановительного ремонта, так как наибольших затрат времени при аварийном ремонте требуют процессы дренирования и последующего заполнения поврежденного трубопровода.

В соответствии с уравнением (8.61а) время с_а снижения внутренней температуры отапливаемых помещений от расчетной величины t'_B (обычно 18 °C) до допустимого 361

минимального предела /_в (обычно 12— 14 °C) при полном выключении отопления определяется по формуле

/' - /

z _а = Р In — й. (Ц.9)

t - t В II

При наличии системного резервирова­ния и при подаче потребителю в период ре­монта тепловой сети относительного расхо­да теплоты на уровне Q_o время снижения внутренней температуры от /' до /_в возрас­тает и в соответствии с (8.56) составляет

z_a = р 1п^/в £-°—В, (11.10)

^{_ _} Q р

На рис. 11.2 показана зависимость z =

= /(Р, /_н)при /_в = 10 °C, Qo = 0и Qo =0,7. При подаче в период ремонта относитель­ного расхода теплоты Q_o = 0,7 существен­но возрастает допустимое время z_a. Наи­меньшее значение z , естественно, имеет место при t_H= t_{lf 0}, Q ₀= 0 и при низких ко­эффициентах аккумуляции зданий р. Из ус­ловия z_p< z_a при Qo

0 следует, что сис- 362

темное резервирование теплоснабжения не­обходимо при диаметрах теплопроводов

1. 
   _ln^LA°_,
   

a ^zb ^Zh о

b + cl

В частном случае, при подземных тепло­проводах в непроходных каналах и коэффи­циенте аккумуляции отапливаемых зданий Р = 60 ч,

0,833

На рис. 11.3 приведены вычисленные по (11.11) минимальные диаметры теплопро­водов, начиная от которых необходимо сис­темное резервирование теплоснабжения.

Из рис. 11.3 следует, что для уменьше­ния объема необходимого системного ре­зервирования, что связано с дополнитель­ными затратами на сооружение блокирую-

-		1
—1—		^2
-

500 1000 1500 2000 2500 1,м