Теплоэнергетические системы, их задачи, компоненты и функции
Теплоэнергетическое хозяйство современного промышленного предприятия представляет собой весьма разнообразный и сложный комплекс. Состав этого комплекса определяется в первую очередь технологическим назначением предприятия, а также его мощностью, местом расположения, взаимосвязями с энергосистемами и другими предприятиями, транспортными связями и другими факто рами.
Основными компонентами систем являются:
- источники теплоты (промышленные и отопительные котельные, энергетические котлы, вторичные источники тепла и т.п.);
- тепломассообменное оборудование (теплообменники и тепломассообменные аппараты);
- тепломеханическое оборудование (насосы, вентиляторы, дымососы);
- тепловые сети (паропроводы, трубопроводы горячей и обратной воды);
- системы потребления теплоты;
- вспомогательное оборудование основных и вспомогательных систем.
Функциональное назначение основных составляющих теплоэнергетических систем:
- источники теплоты предназначены для выработки теплоты и передачи ее с теплоносителями (вода, пар и др.) либо напрямую к потребителям, либо в промежуточные системы;
- теплообменное оборудование предназначено для передачи тепла от одного теплоносителя к другому; массообменное – для реализации процессов массообмена между средами;
- назначением тепломеханического оборудования является в основном прокачка теплоносителей через оборудование и системы трубопроводов;
- тепловые сети соединяют источники теплоты с потребителем;
- системы потребления теплоты включают в себя раздающие трубопроводы с арматурой и технологическим оборудованием, потребляющим теплоту;
- назначением вспомогательного оборудования является хранение и очистка сбросов и дренажей и тому подобные функции.
Основные эксплуатационные показатели
При эксплуатации теплоэнергетических установок и систем должны быть обеспечены надежность и безопасность как систем в целом, так и оборудования, входящего в систему.
Надежность - свойство системы или агрегата сохранять во времени способность выполнять свои рабочие функции (вырабатывать тепловую и/или электрическую энергию; перекачивать теплоноситель и т.п.) по требуемому графику нагрузок при заданной системе технического обслуживания и ремонтов. Надежность - это сложное комплексное свойство, включающее в себя безотказность, долговечность и ремонтопригодность.
Безотказность - это свойство агрегата (системы) непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение заданного времени (параметр - наработка на отказ).
Долговечность - свойство сохранять работоспособность до разрушения или другого предельного состояния (например, до первого капитального ремонта). Основными показателями долговечности являются технический ресурс - суммарная наработка агрегата за период эксплуатации; и срок службы - календарная продолжительность эксплуатации агрегата до разрушения или другого предельного состояния.
Ремонтопригодность - это свойство, состоящее в приспособленности системы или агрегата к предупреждению отказов и обнаружению их причин путем контроля исправности, а также к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния посредством механического обслуживания и ремонта.
Безопасность не является составляющим свойством надежности, хотя в определенной степени зависит от нее. Безопасность должна обеспечиваться не только в нормальной эксплуатации, но и в аварийных ситуациях, связанных с отказом оборудования, ошибками персонала, стихийными явлениями и др.
Большинство теплоэнергетических установок потенциально опасны, поскольку используют в качестве теплоносителей воду и др. вещества при высокой температуре (до 500°С и выше) и высоком давлении (до 25 МПа и выше), что представляет опасность для обслуживающего персонала, окружающей среды и населения в случае непредвиденного разуплотнения. Опасность вышеназванных установок связана также с использованием пожароопасных веществ (масла, твердые, жидкие и газообразные топлива и т.д.), а также в связи с широким использованием в системах управления, сигнализации и защиты электричества электро- опасного напряжения.
2№Графики нагрузок и их характеристики
Поскольку до настоящего времени не решена проблема аккумулирования электрической энергии и в незначительной степени решены вопросы аккумулирования тепловой энергии (баки-аккумуляторы), все энергосистемы работают при переменном графике нагрузок. Это определяется тем, что большинство технологических установок, потребляющих тепловую и электрическую энергию, не могут эксплуатироваться в базовом режиме, поскольку цикл их деятельности не непрерывный, но требуют перерыва и остановок на перегрузку, ремонты, отдых персонала и т.п. Также неравномерно потребление энергии в быту и городским хозяйством. Неравномерности потребления энергии имеют, как правило, суточные, недельные и годовые циклы.
Особенности графиков нагрузок мы рассмотрим на примере энергосистем, основной продукцией которых является электрическая энергия. Энергосистемы формируются по территориальному принципу и включают в себя расположенные на данной территории электростанции, потребителей электроэнергии и связи с соседними системами.
В суточном графике электрических нагрузок в энергосистеме (см. рисунок) можно выделить базовую, полупиковую и пиковую области нагрузок.
 |
В базовой области, ограниченной сверху ординатой, соответствующей минимальной суточной (ночной) нагрузке, потребляемая мощность
P = P /Pmax, (1)
где Р - текущая нагрузка, МВт;
Рmax- максимальная суточная нагрузка, МВт, не меняется в течение суток.
Пиковые области, соответствующие утреннему и вечернему пикам нагрузки, длительностью по 3-4 часа, ограничены снизу ординатой, соответствующей минимальной нагрузке в обеденный период.
Между ними располагается полупиковая область, протяженность ее 16-
18 ч.
Основными показателями графика нагрузок являются: коэффициент неравномерности
сут = Pmin / Pmax
представляющий собой отношение минимальной и максимальной суточных нагрузок, а также
коэффициент заполнения
1 t
|
P·d / Pmax,
где Р - текущая нагрузка, t = 24 ч. - время суток
Коэффициент заполнения представляет собой отношение площади под кривой нагрузок к площади прямоугольника с ординатой, соответствующей максимальной суточной нагрузке, и длиной, равной времени суток ( = 24 ч.).
Графики нагрузок выходных дней существенно отличаются от графиков рабочих дней (большие значения aсут и aз при снижении уровня нагрузок), а также имеются сезонные отличия дневных графиков нагрузок (для зимних - более высокий уровень).
Поскольку система обязана надежно покрывать максимальную дневную нагрузку (в году), то установленная электрическая мощность системы должна соответствовать максимальной нагрузке с учетом запаса на непредвиденные отклонения и резервирования.
Основная задача управления энергосистемой состоит в том, чтобы приводить суммарную выработку электроэнергии в соответствие с непрерывно меняющимся потреблением. Поскольку система состоит из большого количества неоднотипных по энергетическим характеристикам агрегатов, существует большое количество вариантов обеспечения соответствия вырабатываемой и потребляемой мощностей. Однако эти варианты будут отличаться экономичностью и надежностью. Поэтому основной задачей диспетчерских служб энергосистем является вы- бор наиболее экономичных вариантов.
Наиболее сложной проблемой является покрытие полупиковых нагрузок, которые составляют зачастую до 25% от Рmaxи имеют продолжительность до 75% от общего времени эксплуатации. Для покрытия полупиков в настоящее время используются гидроэлектростанции и конденсационные тепловые электростанции с мощными энергоблоками.
Суточные и годовые графики потребления тепловой энергии сильно зависят от технологического назначения предприятия и от развитости коммунально- бытового сектора предприятия. Годовые графики нагрузок характеризуются так- же годовым числом часов использования максимальной (или установленной) мощности
Tmax =tгодòpd / pmax , где год = 8760 час.
3№ ОРГАНИЗАЦИОННАЯ СТРУКТУРА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ХОЗЯЙСТВА ПРЕДПРИЯТИЯ
Лицом, ответственным за общее состояние и эксплуатацию теплового хозяйства промышленного предприятия, представляющего весьма разнообразный и сложный комплекс, является главный энергетик или главный механик (на малых предприятиях - главный инженер). В зависимости от размеров и сложности теплового хозяйства кроме главного энергетика (механика) в тепловых и технологических цехах имеется инженерно-технический персонал, ответственный за техническое состояние и безопасную эксплуатацию котельного оборудования, тепловых сетей, теплообменного и теплоиспользующего оборудования конкретных цехов и участков. Этот инженерно-технический персонал непосредственно подчинен, как правило, главному энергетику (механику) и имеет в своем распоряжении необходимое количество обслуживающего и ремонтного персонала.
На предприятии должно быть организовано круглосуточное управление работой энергетического хозяйства, задачами которого является:
- ведение заданных режимов работы;
- локализация и ликвидация отказов и нарушений в работе, и восстановление ре- жимов работы;
- производство переключений, пусков и остановов;
- подготовка рабочих мест к ремонтным работам.
Конкретная структура управления определяется руководством предприятия, исходя из местных условий. Однако обязательно должны быть предусмотрены распределение функций оперативного контроля и управления между отдельными уровнями управления, а также подчиненность нижестоящих уровней управления вышестоящим.
Управление должно иметь два уровня: оперативное управление и оператив- ное ведение. В оперативном управлении дежурного (диспетчера) по предприятию должны находиться установки и сети, при операциях с которыми требуется коор- динация подчиненного дежурного персонала. Операции должны проводиться только под руководством дежурного.
В оперативном ведении должны находиться отдельные установки и сети, состояние и режим работы которых влияют на режим и надежность работы теп- лового хозяйства предприятия. Операции с ними должны проводиться с разреше- ния дежурного.
На предприятии должен быть составлен и утвержден главным энергетиком список лиц, имеющих право вести переговоры с энергоснабжающей организаци- ей, а также разработаны местные инструкции, регламентирующие взаимоотноше- ния специалистов различных уровней управления.
Основными задачами организации, эксплуатирующей тепловые системы не- зависимо от ведомственной принадлежности, являются:
- обеспечение надежного и бесперебойного теплоснабжения технологических и коммунально-бытовых потребителей;
- обеспечение и повышение надежности, безотказности и экономичности работы установок, сетей и аппаратов;
- организация эксплуатации оборудования в соответствии с действующей нормативно - технической документацией;
- снижение себестоимости производства и реализации тепловой энергии, повыше- ние производительности труда.
Приказом руководителя предприятия должны быть установлены границы ответственности производственных подразделений и энергослужбы предприятия, а с энергоснабжающей организацией должен быть заключен договор с разграни- чением ответственности между поставщиком и потребителем. Также должны быть заключены договора с централизованными монтажными и ремонтными ор- ганизациями (в случае их привлечения к работам) с четким разграничением обя- занностей при проведении ремонтных и монтажных работ.
Устройство, эксплуатация и ремонт установок и сетей, зданий и сооружений должны отвечать требованиям системы стандартов безопасности труда и «Правил техники безопасности……..» [3, 5], а организация работ по технике безопасности
- требованиям системы управления охраной труда в отрасли.
В состав технико-экономической части проектов новых и реконструируе- мых производств необходимо включать показатели удельных расходов тепла и показатели обобщенных энергозатрат на производство продукции, соответствую- щие лучшим мировым достижениям.
Работой энергетического хозяйства предприятия должен управлять опера- тивный дежурный или оперативно-ремонтный персонал. Помещение дежурного должно быть оборудовано средствами связи и обеспечено технической докумен- тацией, противопожарным инвентарем, инструментом, запчастями и материала- ми.
Дежурный персонал должен работать по строгому графику (замены только с разрешения), причем дежурство в течение двух смен подряд запрещается. Дежурный должен принять и передать смену следующему дежурному с записью в опе- ративном журнале. При этом он должен ознакомиться с производственным зада- нием, состоянием и режимом работы оборудования и сетей, арматуры и приборов, получить сведения об оборудовании, находящемся в ремонте, проверить и при- нять инструмент, материалы, ключи от помещений, ознакомиться со всеми распо- ряжениями со времени его предыдущего дежурства.
Дежурный обязан:
- обеспечить безопасный, надежный и экономичный режим работы доверенного ему оборудования и систем;
- вести записи в оперативном журнале о режимах работы, переключениях, пусках и остановах, отказах в работе и действиях по восстановлению, времени допуска к работам и окончании работ по нарядам с указанием номера наряда и содержания работ;
- самостоятельно принимать меры к восстановлению нормального режима работы при нарушениях и отказах с сообщением о происшествии вышестоящему дежур- ному.
Все переключения в схемах и сетях должны проводиться в соответствии с инструкцией по эксплуатации. Сложные переключения, а также переключения, в которых участвует более одного исполнителя, должны проводиться по програм- мам (бланкам) переключений. Перечень таких переключений и список участвую- щих и контролирующих лиц должны быть утверждены главным инженером.
Ремонтные службы предприятия могут быть цеховыми и/или централизо- ванными. В случае централизованной ремонтной службы она тоже, как правило, организуется по цеховому принципу. При этом эта служба административно под- чиняется главному энергетику (механику), а при выполнении ремонтных работ - оперативно руководству цеха, в котором производятся ремонтные работы.
Ответственные переключения и большинство ремонтных работ выполняют- ся по нарядам-допускам.
4№ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ ПЕРСОНАЛ