Повышение надежности и качества теплоснабжения

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.

Если затраты на компенсацию ущерба велики, то затраты на повышение надежности (резервирование) могут быть оправданы. 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.

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;

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

· теплоиспользующих установок с индивидуальными тепловыми пунктами (ИТП), в которых осуществляется конечное использование тепловой энергии для удовлетворения нужд потребителей.

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.

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 способности, расхода электроэнергии на перекачку).

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 l, 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. С увеличением срока эксплуатации значение параметра потока отказов, как правило, возрастает. Однако динамика изменения параметра потока отказов во времени, т. е. старение тепловых сетей, не учитывается.

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

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.

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_р, 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 z_р зависит также от оснащения теплоснабжающего предприятия машинами, механизмами и транспортом, которые требуются для выполнения аварийно-восстановительных работ.

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.

Основная причина пониженной надежности подземных теплопроводов в непроходных каналах, а также бесканальных старых конструкций – наружная коррозия подающих трубопроводов водяных тепловых сетей, на которые приходится до 80 % всех повреждений.

Значительную часть отопительного периода, а также в течение всего неотопительного периода температура сетевой воды в подающем трубопроводе водяной тепловой сети поддерживается обычно 70 – 80 °С. При такой температуре в условиях повышенной влажности окружающей среды, имеющей место в подземных теплопроводах в непроходных каналах, процесс коррозии проходит особенно интенсивно, так как тепловая изоляция и поверхность стальных трубопроводов находятся во влажном состоянии, а температура поверхности достаточно высока.

Наружная коррозия особенно интенсивна в местах подтопления или увлажнения теплоизоляционной конструкции, а также в анодных зонах теплопроводов, подвергающихся действию блуждающих токов. Выявление в процессе эксплуатации коррозионно-опасных участков подземных теплопроводов и устранение источников коррозии являются одними из эффективных методов увеличения долговечности тепловых сетей и повышения надежности теплоснабжения.

В настоящее время отсутствуют апробированные методы неразрушающего контроля и методы прогнозирования состояния подземных теплопроводов. Единственный широко используемый в настоящее время практический метод выявления в летний период участков тепловой сети, пораженных коррозией, заключается в поучастковых гидравлических испытаниях сетей при повышенном давлении, значение которого выбирается из условия разрушения стенки трубы, если ее толщина

, (7.33)

где s_p – расчетная толщина стенки при рабочем давлении в трубопроводе.; d_к – запас на коррозию.

Интенсивность коррозии подземных теплопроводов обычно не превосходит 0,0005 м/год. Поэтому запас на коррозию выбирается в зависимости от частоты проведения отбраковочных испытаний.

В настоящее время существуют следующие методы повышения надежности систем теплоснабжения:

· совершенствование структуры систем теплоснабжения, переход на комбинированное теплоснабжение с покрытием базовой тепловой нагрузки теплоэлектроцентралями, а пиковой – автономными теплоисточниками (см. п. 2.2.2);

· комплексное решение задач по реконструкции тепловых сетей с использованием теплопроводов полной заводской готовности, в том числе ППУ-теплопроводов;

· применение при строительстве тепловых сетей только тех стальных труб, которые соответствуют требованиям, предъявляемым к тепловым сетям, с проведением предпусковых испытаний в полном объеме;

· 100%-ный контроль неразрушающими методами стыковых соединений на трубопроводах диаметром более 300 мм;

· отказ от сальниковых компенсаторов и использование вместо них компенсаторов сильфонного типа;

· отказ от клиновых задвижек и постепенный переход на запорную арматуру шарового и шиберного типа, не требующую постоянного обслуживания;

· оснащение линейной части тепловых сетей, узловых камер, насосных подстанций средствами стационарной диагностики (встроенной в конструкцию теплопровода), а также средствами дистанционного контроля и управления тепловыми сетями;

· введение жесткого надзора за качеством строительства тепловых сетей со стороны эксплуатационных предприятий тепловых сетей;

· постоянный мониторинг (осмотр) действующих тепловых сетей; основное внимание уделяется контролю увлажнения изоляции теплопроводов, а одной из главных забот эксплуатационного персонала является отвод от теплопроводов случайных вод, которые могут поступать из расположенных рядом городских коммуникаций, от дождя;

· разработка и внедрение схем резервирования теплопроводов; эксплуатационный персонал должен иметь заранее разработанные и апробированные схемы резервирования и порядок ввода их в действие с учетом возможностей эксплуатационного и ремонтного персонала при имеющейся оснащенности его техникой и средствами малой механизации;

· совершенствование оперативно-технологического управления СЦТ с целью сокращения до минимума времени прекращения подачи теплоносителя потребителям теплоты.

Под качеством тепловой энергии понимается соответствие термодинамических параметров теплоносителя (температуры пара и сетевой воды в подающем трубопроводе и их давления), а также допустимые значения их отклонения от договорных условиям работы теплопотребляющих установок потребителя.

Помимо количества и качества тепловой энергии важнейшим показателем, связанным с качеством теплоснабжения, является режим потребления энергии, под которым понимается соответствие реальных расходов теплоносителя и температуры обратной сетевой воды, возвращаемой потребителем в источник теплоты, договорным (расчетным) значениям.