Повышение надежности теплоснабжения
В период планового развития экономики страны с распределением большинства ресурсов для народного хозяйства из центра 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 договорных значений, т.е. нарушением качества теплоснабжения.
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, ремонтопригодность, сохраняемость.
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 эксплуатационной 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.
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 спо358собности, 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.
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, не учитывается динамика изменения параметра потока отказов во времени, т.е. старение тепловых сетей.
В качестве показателя безотказности может быть также использована вероятность безотказной работы, как величина, однозначно связанная с параметром потока отказов.
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.
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.
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 zр, 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 после его проведения. Параметр zр зависит также от оснащения теплоснабжающего предприятия машинами, механизмами и транспортом, которые требуются для выполнения аварийно-восстановительных работ. Как правило, параметр zр 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.
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 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.