Требования к оборудованию тепловых пунктов

Традиционно летние месяцы у теплоэнергетиков заполнены хлопотами, связанными с подготовкой к осеннее-зимнему периоду. В течение минувшего года в журнале «Энергетическая стратегия»была опубликована  серия статей по пробле­мам повышения надежности водяных тепловых сетей, в которых поднимались вопросы режимов работы теплоиспользующих си­стем, особенностей работы тепловых сетей при аккумулировании тепла в летнем режиме, в условиях отопительного периода и ряд других. Тему продолжает статья, ведущего инженера энергоинспекции филиала «Энергонадзор» РУП «Могилевэнерго» B.C.Подобеда, посвященнаятребованиям к обо­рудованию тепловых пунктов.

Выработка электрической и тепловой энергии (ТЭ) с максимально возможным КПД, ровной загрузкой обо­рудования ТЭЦ при предлагаемой схеме аккумуляции в водяных тепловых сетях возможна в том случае, когда потребление ТЭ соответствует заявленным тепловым нагрузкам. Формирование таких заявок должно проис­ходить в соответствии с принципами, изложенными в первой части статьи «Аккумулирование тепловой энер­гии в водяных тепловых сетях в условиях отопительного периода», опубликованной в журнале «Энергетическая стратегия» за 2011 год, № 5(23), а именно:

• среднечасовая нагрузка на системы горячего водо­снабжения (ГВС) должна определяться на основе по­казаний тепловых счетчиков, установленных в цен­тральных (ЦТП) или индивидуальных (ИТП) тепловых пунктах, с учетом дней недели и времен года;

• текущие среднесуточные нагрузки на системы ото­пления (СО) и приточной вентиляции (ПВ) должны определяться на основе проектных данных по средне­суточной температуре наружного воздуха с учетом режима протапливания для СО и режима предотвра­щения замораживания трубок калорифера для ПВ.

 Потребление ТЭ по заявкам потребует такого режима работы систем автоматики, который позволит обеспечи­вать теплоиспользующие системы необходимым количе­ством теплоносителя без отклонений контролируемого параметра (для СО это температура в подающем трубопроводе после узла смешения, или в обратном трубопро­воде из СО, или температура воздуха в отапливаемом по­мещении; для системы ГВС - температура горячей воды; для системы ПВ - температура воздуха после калорифера).

Для выполнения этой задачи при значительных колебани­ях теплопотребления в течение суток (в СО это колебания между режимами протапливания и отопления; в системах ГВС - между режимом водоразбора и циркуляционным ре­жимом; в системах ПВ - между режимом предотвращения замораживания трубок калорифера и режимом работы при­точной вентиляционной установки) и колебаниях расходов сетевой воды в течение года необходимо, чтобы диапазон потерь регулирующего клапана не превышал 0,06 МПа. При таком перепаде давления клапаны работают устойчиво, но необходимо проверять, соответствуют ли этим условиям их технические характеристики. Такие условия могут быть соз­даны только для очень небольшой части теплоиспользую-щих систем, расположенных в концевых точках тепловой сети (ТС), и только при максимальном теплопотреблении. При минимальном режиме теплопотребления перепад дав­лений (ДР) у теплоиспользующих систем между подающим и обратным трубопроводами ТС в этих точках резко возрас­тает, что делает работу клапана (поддержание необходимо­го параметра без отклонений) невозможной без примене­ния дополнительных ограничительных устройств.

Колебание давлений в ТС присутствует и без аккуму­лирования ТЭ, но при аккумуляции тепла с устройством РПД на перемычке между подающим и обратным тру­бопроводами эти колебания должны уменьшиться. Раз­берем это на примере.

Представим условный пьезометрический график ТС с частотным регулированием производитель­ности сетевых насосов по поддержанию необходимого перепада давлений, где: Н - место установки РПД на перемычке между подающим и обратным трубопрово­дами; Т - расчетный концевой потребитель.

Колебания давлений в подаю­щем трубопроводе ТС при отсутствии аккумулирования будут находиться в пределах линий А-М-Б-Д-А, в обрат­ном - в пределах Г-Л-В-С-Г, а колебание ДР у потребителя Т - в диапазоне от Б-В до Д-С. При аккумулировании ТЭ с помощью РПД колебания давлений в подающем трубопроводе будут находиться в пределах линий А-М-Б-О-И-А, в обратном - Г-Л-В-П-К-Г, а колебание ДР у потребителя Т - в диапазоне от Б-В до О-П.

Уменьшение колебаний ДР вызвано тем, что на участке ТС 0-Н расход теплоносителя при аккумуляции ТЭ будет колебаться от максимального g_max(соответствует линиям потерь давления А-М и Г-Л) до среднечасового д_ср (соот­ветствует линиям потерь давления А-И и Г-К). А на участке ТС Н-Т расход теплоносителя будет колебаться от макси­мального g_max(соответствует линиям потерь давления М-Б и Л-В) до минимального g_min(соответствует линиям потерь давления И-О и К-П).

Это позволяет сделать вывод о том, что чем ближе перемычки с РПД к концевым потребителям, тем меньше колебания ДР на вводе в ЦТП и ИТП теплового района, и у концевых в частности. Так, в летний период ко­лебания ДР у диктующего потребителя в случае установки у него перемычки с РПД можно определить по формуле AP= S(g_ma/-g_cp2), где S- гидравлическая характеристика тепловой сети;

            9max~~ Р^-асход сетевой воды в летний период при макси­мальном потреблении ТЭ системами ГВС (т/ч); д_ср - рас­ход сетевой воды в летний период при потреблении ТЭ системами ГВС в среднем за сутки (т/ч).

Согласно данным справочной литературы соотноше­ние glaв зависимости от схемы системы ГВС (в си-стемах ГВС, созданных по разным схемам, величина по­терь тепла трубопроводами различна) и в случае, если число обслуживаемых горячим водоснабжением жите­лей превышает 10 тыс., может иметь значения от 0,397 до 0,439. Если принять среднее значение g_cp/g_maxравным 0,417, тогда колебания перепада давлений примут вид:

ДР = 1,96 Sg².

Учитывая средний характер соотношения g_cp/g_max, данное выражение ДР можно принять в качестве общей оценки для большинства ЦТП и ИТП. Так, для района теплоснабжения от РК-3 г. Могилева при характеристике тепловой сети S, равной 22,28 ■10^м вод. ст./(т/ч)², и среднем расходе сете­вой воды д_ср, в летний период равном 440 т/ч, колебания давлений ДР составят от 7,1 до 10 м вод. ст. Если перемыч­ки между трубопроводами ТС с РПД будут установлены не у концевых потребителей, то ДР у потребителей, присоеди­ненных к ТС на участке Н-Т (см. рисунок), возрастут вслед­ствие колебания расхода в нем сетевой воды от g_mjnдо g_max. При таких значениях ДР только ограничительные шайбы с регулирующим клапаном автоматики без РПД, установ­ленного в ИТП и ЦТП, не смогут обеспечить без отклоне­ний нормируемую температуру горячей воды в системах ГВС и создадут дополнительные колебания температуры сетевой воды у сетевого подогревателя ТЭЦ.

В последнее время по требованию Департамента по энергоэффективности температуру в подающем трубопро­воде сетевой воды снижают на 2-3 °С по отношению к рас­четной, а на участке нижней срезки - с 70 °С до 61-63 °С. Такому температурному режиму соответствуют не все пло­щади поверхностей теплообмена водоподогревателей си­стем ГВС и отопительных приборов систем отопления при сохранении расчетных диаметров сопел элеваторов.

Не всегда схемы смешения, оборудование, применяемое для смешения, а также его состав соответствуют режимам ТС, характеристикам и необходимым режимам работы те-плоиспользующих систем. Так, в конце 90-х годов в ЦТП и ИТП г. Могилева без должной проектной проработки уста­навливались автоматика для водонагревателей ГВС и кор­ректирующих насосов, сами насосы и элеваторы с регули­руемым соплом. После установки частотных регуляторов на сетевых насосах в тепловых источниках и приведения гидравлических режимов работы ТС в соответствие с за­явленными присоединенными нагрузками оказалось, что:

• у значительной части корректирующих насосов в ЦТП характеристики не соответствовали располагаемым перепадам давлений и тепловым нагрузкам присоеди­ненных к ЦТП СО;

• применяемые регулирующие шаровые клапаны могли осуществлять свои функции только в узком диапазоне своего хода;

• диапазон коэффициентов смешения элеваторов с ре­гулируемым соплом без дополнительной установки насоса оказался недостаточным для приготовления се­тевой воды требуемой температуры, идущей в СО, на части нижней срезки температурного графика около +8 °С при сохранении необходимой циркуляции в СО. Все вместе взятое привело к тому, что летом и на участ­ке нижней срезки температурного графика очень часто температура горячей воды не соответствует нормам, не везде температура в отапливаемых помещениях (осо­бенно в угловых) находится в допустимых пределах. Экс­плуатирующие организации, стараясь не допустить пись­менных жалоб, рассверливают ограничительные шайбы и сопла элеваторов, сбивают настройки РПД. В этой ситуа­ции регулирующие клапаны автоматики систем ГВС, СО и ПВ на пиках потребления полностью открываются, расход сетевой воды, проходящей через ближайшие к тепловому источнику системы теплопотребления, превышает расчет­ные величины и в концевых точках ТС температура кон­тролируемой среды падает ниже требуемой, несмотря на полностью открытые клапаны.

Такое развитие событий при аккумулировании ТЭ в ТС приводит к потере управляемости, значительным колеба­ниям температуры сетевой воды у сетевого подогревателя ТЭЦ и многочисленным жалобам от потребителей ТЭ. Из этого можно сделать вывод о том, что установленное обо­рудование на ИТП, ЦТП и его достаточность, схемы узлов смешения при аккумулировании ТЭ в ТС должны соответ­ствовать режимам ТС, реальным характеристикам и воз­можным режимам работы теплоиспользующих систем.

Несоответствия между установленным оборудованием, с одной стороны, параметрами ТС и требуемыми режима­ми потребления теплоиспользующих систем - с другой, между заявленными и реальными тепловыми нагрузками, а также несоответствие площадей теплообмена параме­трам ТС довольно значительны. Показателем этого явля­ется то, что только примерно через месяц после начала отопительного сезона удается сбалансировать гидравли­ческие режимы с расчетным теплопотреблением, когда среднесуточная температура наружного воздуха прибли­жается к 0 °С (район точки излома).

Помочь найти эти несоответствия могли бы темпера­турные графики для каждого ЦТП и ИТП, рассчитанные индивидуально в зависимости от схем и режимов работы подключенных к ним систем теплопотребления. Необходимость введения таких графиков для экономии ТЭ была изложена в статье «Роль средств автоматического регули­рования в экономии энергии и повышения надежности во­дяных тепловых сетей», опубликованной в журнале «Энер­гетическая стратегия» за 2011 год, № 1 (19). Кроме того, индивидуальные температурные графики помогут навести порядок в теплопотреблении и могут быть индикаторами отклонений от заявленного или расчетного (в зависимости от типа потребителя) режима потребления ТЭ.

Предлагаемое аккумулирование ТЭ в тепловых сетях предусматривает потребление этой энергии промышлен­ными и непромышленными предприятиями в соответствии с заявками, данными статистики и прогнозом теплопотре­бления для систем ГВС и СО жилищно-коммунального сек­тора. Другими словами, на основании этих данных долж­ны формироваться план и кривая суточного потребления теплового района в целом. Любые значимые нарушения плановых показателей потребления ТЭ со стороны потре­бителей могут повлечь за собой недопустимые колебания температуры теплоносителя у сетевых теплообменников.

Если в жилищно-коммунальном секторе значимые нарушения обычного теплопотребления маловероятны (они возможны только за счет изменений потребления системами ГВС) и само потребление не может носить обязательный характер, то потребление ТЭ промыш­ленными и непромышленными предприятиями должно быть обязательным и предсказуемым. Между тем суще­ствующие ныне месячные нормы потребления не носят обязательный характер и не отражают обязательств по­требителей по суточному потреблению ТЭ. Поэтому заяв­ки со стороны промышленных и непромышленных пред­приятий должны предусматривать наряду с месячным потреблением и обязательное суточное потребление ТЭ по дням недели. Поскольку прогноз строго соблюдаемого суточного потребления на год вперед практически невоз­можен, предприятия должны иметь возможность в опера­тивном порядке корректировать по каналам связи свои заявки хотя бы за сутки до необходимого изменения в со­ответствии с заранее предусмотренной процедурой.

Вследствие указанных выше причин эти особенности теплоснабжения промышленных и непромышленных предприятий должны иметь юридическую силу и отра­жаться в договоре на поставку ТЭ.

Осуществление предлагаемого процесса аккумулирова­ния ТЭ в ТС невозможно без телеконтроля и возможности оперативного вмешательства со стороны диспетчерской службы в работу теплоиспользующих систем. О необходи­мости телеконтроля и архивации его данных указывалось в первой части статьи, и они должны быть максимально возможными. Необходимость оперативного вмешатель­ства обусловлена тем, что иногда может возникать надоб­ность в ограничении потребления ТЭ одними потребителя­ми или системами ради других против их заявок. Однако оперативное вмешательство в настоящее время со сторо­ны диспетчерской службы ограничено ввиду ведомствен­ной принадлежности теплоиспользующих систем. Если на промпредприятиях в основном есть диспетчерские служ­бы, более-менее подготовленный оперативный персонал, находящийся в непосредственной близости от теплоис­пользующих систем и, соответственно, способный огра­ничить потребление ТЭ, то на значительной части непро­мышленных предприятий и социальной сферы персонала достаточной квалификации может не оказаться вообще.

Вместе с тем надобность в экстренном краткосрочном снижении потребления ТЭ мелкими непромышленными потребителями ввиду их относительно малого веса в те­плопотреблении отсутствует. Часть крупных непромыш­ленных потребителей, таких как больницы, диспансеры, поликлиники, вообще не следует ограничивать, а кратко­срочное ограничение потребления спортивных комплек­сов, концертных залов, театров, учебных заведений и др. будет зависеть от их доли в теплопотреблении района.

Несмотря на то, что в жилищной сфере есть и персонал, и диспетчерские службы, количество объектов и их раз­брос таковы, что оперативный персонал не всегда спо­собен в необходимые сроки уменьшить потребление ТЭ, воздействуя на теплоиспользующие системы на местах. Тем не менее, именно в жилищном секторе наряду с промпредприятиями, благодаря его основной доле в теплопо­треблении, можно временно сократить использование ТЭ, не нанося большого ущерба качеству отопления и горя­чего водоснабжения. Это можно сделать путем дистанци­онной перенастройки параметров контролируемых сред регуляторами*.

Но при этом объем максимально возмож­ного ограничения в потреблении ТЭ и время ограничения должны быть заранее просчитаны, желательно по каждой системе объекта, исходя из допустимых последствий и температуры наружного воздуха для СО и систем ПВ.

Из сказанного выше следует:

• в каждом тепловом районе должен быть составлен спи­сок объектов или предприятий, где возможно ограниче­ние в потреблении ТЭ, с указанием максимально допу­стимого объема ограничения и его продолжительности;

• оперативный персонал объектов, указанных в составлен­ном списке, должен быть в состоянии обеспечить сниже­ние теплопотребления в необходимых объемах и про­должительности. Объемы ограничений при тех или иных параметрах настройки регуляторов и продолжительности ограничения должны быть просчитаны для каждого объ­екта (желательно по системам теплопотребления);

• диспетчерский персонал ЖКХ или ТС должен иметь воз­можность дистанционного оперативного вмешательства в работу теплоиспользующих систем жилищной сферы. Если подвести итог данной статьи, то для обеспечения

предложенной схемы аккумуляции ТЭ в соответствии с необходимым потреблением надо:

• модернизировать установленные на объектах систе­мы автоматики или смонтировать новые;

• привести в соответствие с характеристиками тепло­использующих систем и режимов ТС оборудование и схемы ЦТП и ИТП;

• обеспечить диспетчерские службы дистанционными возможностями текущего контроля за расходованием ТЭ и управления теплоиспользующими системами в необходимых объемах;

• уточнить тепловые нагрузки теплоиспользующих систем потребителей.

Для промышленных и непромышленных потребителей предусмотреть обязательное заявленное теплопотребление по дням недели. В целях создания возможности изменения потребления ТЭ разработать процедуру подачи заявки с указанием каналов связи. Для подготовки к работе теплоиспользующих систем

при предлагаемой схеме аккумуляции ТЭ в ТС необходимо предусмотреть подготовительный период, в течение которо­го провести организационные и технические мероприятия, обеспечивающие выполнение указанных выше пунктов.

* Если сравнить системы ГВС и СО по предсказуемости снижения потребления ТЭ при перенастройке параметров регуляторов, то существующие методики расчетов и программное обеспечение позволяют сравнительно точно просчитывать СО. Снижение потребления системами ГВС можно рассчитать только с очень большой погрешностью.