Разработка мероприятий по повышению энергетической эффективности тепловых сетей

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

тепловая сеть гидравлический котельный

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Обзор литературы по ключевым словам

1.1.1 Оптимизация диаметров трубопроводов

1.1.2 Оценка эффективности систем теплоснабжения

1.1.3 Регулирование тепловых режимов

1.1.4 Оптимизация и наладка режимов работы тепловых сетей

1.1.5 Регулирование гидравлического режима тепловой сети

1.1.6 Шайбирование тепловых сетей

1.1.7 Основные положения наладки тепловых сетей

1.1.8 Надежность теплоснабжения

1.1.9 Современные теплоизоляционные материалы для тепловых сетей

1.2 Выводы и уточнения постановки задач

2. ОПИСАНИЕ АНАЛОГОВ СПОСОБОВ И УСТРОЙСТВ

2.1 Аналоги диссертационных работ

2.1.1 Повышение эффективности технологии замены дефектного участка магистрального трубопровода

2.1.2 Оптимизация теплозащиты трубопроводов и оборудования тепловых сетей

2.1.3 Мониторинг надежности тепловых сетей

2.1.4 Повышение эффективности работы систем централизованного теплоснабжения путем оптимизации тепло-гидравлических режимов

2.2 Обзор патентов

2.3 Основные недостатки тепловых сетей

2.4 Достоинства регулировки диаметров

3. ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ

3.1 Способ регулировки гидравлического режима водной тепловой сети

3.2 Способ регулировки систем горячего водоснабжения

4. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

4.1 Расчет технической эффективности

4.2 Расчет экономической эффективности

4.3 Расчет экономического эффекта

5. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРИ МОНТАЖЕ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

5.1 Общие положения

5.2 Общие требования по допуску к работе

5.3 Общие требования по организации производственных территорий

5.4 Требования безопасности при складировании материалов

5.5 Обеспечение пожаробезопасности

5.6 Обеспечение безопасности при производстве работ

6. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

6.1 Экология котельного отопления

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ



ВВЕДЕНИЕ

В России, на главной площади, которая находится в суровом климатическом районе большое значение для обеспечения потребителей тепловой энергии. Поэтому в нашей стране широко развита централизованная система отопления, что позволяет создать комфортные условия жизни при существенном сокращении расходов на топливо. Когда Операционная стоимость также снижается.

Тепловые сети являются одним из наиболее важных и технически сложных элементов системы трубопроводов в городском хозяйстве и промышленности. Высокая Рабочая температура и давление носителя тепла -- воды -- причина повышенные требования к надежности сетей теплоснабжения и безопасности их эксплуатации.

В настоящее время традиционные методы и материалы, используемые в их строительстве и ремонте, что приводит к необходимости для каждые 10-15 лет капитальный ремонт с полной заменой труб и теплоизоляции, а также потерям до 25% транспортируемого тепла. Кроме того, нужно постоянно проводить профилактические работы. Все это требует дорогостоящих материалов денежных средств. Через каждые 10-15 лет капитальный ремонт с полной заменой труб и теплоизоляции, а также потерям до 25% транспортируемого тепла. Кроме того, нужно постоянно проводить профилактические работы. Все это требует дорогостоящих материалов денежных средств. [1-3].

На сегодняшний день одним из перспективных направлений в энергетике является энергосбережение.

Путь повышения эффективности энергетического хозяйства - внедрение программ и мероприятий позволяющих получить качественное, бесперебойное, дешёвое снабжение потребителей теплом и горячей водой.

Тепловые сети состоят из следующих конструктивных элементов:

- трубопровод;

- подвижные направляющие и неподвижные опоры;

- компенсатор;

- запорно-регулирующая арматура.

Целью данной диссертационной работы является повышение эффективности тепловых сетей, за счет уменьшения диаметров подающего и обратного трубопровода.

В данной диссертационной работе выполнен обзор литературы по ключевым словам, обзор патентов и научных журналов подобраны аналоги диссертационных работ и произведено их описание, а так же выделены основные достоинства и недостатки. Представлены технические решения по регулировке гидравлического режима тепловых сетей, выполнен расчет технической и экономической эффективности, а так же посчитан экономический эффект, описаны общие положения и требования по безопасности жизнедеятельности при монтаже тепловых сетей, выполнен экологический раздел диссертационной работы и по всем разделам сделаны выводы.

Подготовлена презентация, в которой отражены тема и цели диссертационной работы.



1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Обзор литературы по ключевым словам

1.1.1 Оптимизация диаметров трубопроводов

Значительную долю в тепловых сетях составляют ветхие, выработавшие свой ресурс трубопроводы с большими тепловыми потерями, требующие перекладки. Следствием этого является повышенные отпуски тепла от тепловых станций и котельных и, соответственно, увеличивается топливопотребление.

Для снижения тепловых потерь и в целях уменьшения расходов топлива осуществляется замена ветхих теплопроводов. На многих участках теплосетей трубопроводы проложены с диаметром большим, чем необходим по скорости и расходу теплоносителя для обеспечения нагрузки, поэтому, одновременно с заменой, пересматриваются диаметры трубопроводов в сторону уменьшения. [9].

Для решения данной проблемы невозможно воспользоваться каким-то одним методом, должен быть проведен целый комплекс мероприятий, разработанный по результатам тщательных обследований существующих систем.

Как правило, перед перекладкой труб проводятся:

- инженерная диагностика коррозионного состояния тепловых сетей;

- капитальный ремонт выработавших свой ресурс тепловых сетей;

- организация системы диспетчерского контроля параметров теплоносителя;

- снижение температуры теплоносителя в сетях до оптимальных значений;

- корректировка эксплуатационных температурных режимов.

Среди прочих методов в этот комплекс обязательно должна входить оптимизация диаметра используемых труб.

На многих участках тепловых магистралей проложены трубы с диаметром большим, чем реально требуется по скорости и расходу теплоносителя для обеспечения присоединенной тепловой нагрузки. Использования труб, произведенных по новым технологиям, приводит к снижению теплопотерь в сетях не только до значений, определенных нормативными документами, но и к еще большему их снижению за счет меньшего диаметра.

Помимо основной задачи решается также проблема затрат на капитальный ремонт таких труб, снижаются выбросы в атмосферу и повышается надежность системы теплоснабжения.

Задача оптимизации диаметра используемых труб может решаться с помощью существующих программных пакетов, включающих в себя полный набор функциональных компонентов и соответствующих им информационных структур базы данных, необходимых для гидравлического расчета и моделирования тепловых сетей.

Короткие трубопроводы с трубами из нелегированных сталей чаще всего рассчитывают на основе имеющихся опытных данных. Диаметр труб для длинных трубопроводов или трубопроводов высокого давления с трубами из легированных сталей определяют путем расчета экономических параметров. При выполнении точного расчета важно учитывать, в течение какого срока будет работать трубопровод и насколько постоянным будет транспортированный поток в разные периоды времени. Исходя из этого, магистральные трубопроводы конструируют с учетом среднего срока службы и ожидаемого увеличения объема транспортируемого материала. При конструировании трубопроводов тепловых электростанций, наоборот, учитывается тот факт, через несколько лет работы в режиме полной загрузки, количество часов работы станции в год заметно уменьшится. Учитывая эти факты, магистральные трубопроводы рекомендуется конструировать несколько больше расчетных размеров, а трубопроводы тепловых электростанций как можно более точно по расчетным размерам.

Диаметр трубопровода в свету, если задано допустимое падение напора в трубопроводе, рассчитывается с помощью специальных формул с учетом типичной для данного вида трубопровода и транспортируемой среды скорости движения потока. Расчетом определяют, укладывается или нет падение напора в допустимые пределы. [9].

Верхний предел скорости во всех средах относится к высоконапорным трубопроводам, которые из экономических соображений конструируются небольшими.

При неправильном расчете зависимости «скорость потока - размер трубопровода», происходит засорение трубопроводов. В трубопроводах для питающей котлы воды с удаляемой солью при превышении скорости потока около 8-10 м/с наблюдаются эрозионные явления, при переходе определенной предельной скорости в газовых трубопроводах и паропроводах шум от истекающего потока становится слишком назойливым. Особое внимание нужно уделять расчетам диаметра трубопроводов с бытовой водой, где часто образуются отложения. При очень жесткой воде даже умеренный нагрев может привести к значительному засорению труб. Аналогичный эффект дают не всегда устраняемые реакции в трубах, подводимых к декарбонизаторам. [9].

Эффект от внедрения:

- снижение теплопотерь в сетях до значений, определенных нормативными документами;

- снижение потребления топлива и тарифов для населения, улучшение качества и надежности теплоснабжения.

Максимальную эффективность от внедрения рассматриваемого мероприятия можно наблюдать при перекладке трубопроводов тепловых сетей бесканально с использованием современных теплоизоляционных материалов типа пенополиуретан. Поскольку в настоящее время во многих регионах России прослеживается политика реализации перекладок трубопроводов именно в ППУ-изоляции, внедрение вкупе с перекладками рассматриваемого мероприятия актуально для любой системы теплоснабжения. [23].

В настоящее время массовое применение оптимизации диаметров трубопроводов при перекладках не производится по двум причинам:

- недостаточная информируемость;

- недостаточное финансирование работ по капитальному ремонту тепловых сетей (бюджетных средств во многих регионах выделяется не более, чем на текущие ремонты и закупку топлива).

При выявлении возможности уменьшения диаметров трубопроводов должно учитываться увеличение присоединенных нагрузок в перспективе и влияние снижения диаметров на перепады давления у потребителей.

Реализация мероприятия по оптимизации диаметров трубопроводов тепловых сетей актуальна исключительно в совокупности с обновлением существующих сетей в системах теплоснабжения. Производственных же мощностей для массового внедрения проектов такого масштаба, как капитальный ремонт тепловых сетей, по всей России не достаточно.

Важной задачей является оценка эффективности работы тепловых сетей, осуществляемая на основе научно обоснованной системы критериев сравнения различных систем теплоснабжения.

1.1.2 Оценка эффективности систем теплоснабжения

При анализе энергетической эффективности, в общем, часто оценки и суждения, призывающие к немедленной отказа от централизованной системы отопления, оставив централизованной системы водоснабжения, канализация, электричество. Вот странные цифры тепловых потерь в сетях, иногда достигает 70 - 80 %, но, как правило, не техника, которая была получены следующие результаты. Однако, проблема оценки эффективности теплоэнергетических систем была и остается нерешенным в полной мере [1-3]. Это особенно актуально для объектов жилищно-коммунального комплекса.

Существующие показатели измерения энергетических характеристик зданий в основном основываются на специфической характеристикой отопления, которая представляет собой приблизительный подсчет потребления тепловой энергии в здании или в отраслевые (региональные) показатели удельного расхода тепла на единицу объема или на человека. Практическая оценка эффективности систем теплоснабжения "у входа в здание". Энергии, с учетом когенерационной системы не проявлял должного интереса в общую эффективность распределения тепла непосредственно внутри здания, и отопление специалисты, в свою очередь, оставляет в стороне вопросы оптимизации параметров теплоэнергетического оборудования здания за отопительный период [9].

В условиях, когда вы не ввели критерии оценки эффективности системы теплоснабжения в целом, требование повышения эффективности теплогенерирующего оборудования может не привести к повышению эффективности за счет низких значений КПД источника тепла и значительные потери тепла во внешней цепи. Отвлечение средств из общего объема инвестиций, например, замена котлов, уменьшить необходимые средства для замены системы отопления и, соответственно, увеличит потери тепла. Комплексное рассмотрение систем отопления, используя общую эффективность системы и, используя удельные затраты на отопление 1 м3 здания с разбивкой на производство, транспорт и потребление тепловой энергии позволит для каждой системы приоритизации мер по энергоэффективности .

Если для оценки эффективности источников тепловой энергии в значительной степени можно использовать существующие КПД, комплект, и т. д. суммарная эффективность систем теплоснабжения с учетом предметов потребления, трудно выразить существующие критерии. Информационно-методическое "разнобой" препятствует последовательной политики энергосбережения в промышленности, энергетике и жилищно-коммунальному комплексу. [9]. В качестве наиболее подходящего подхода к оценке эффективности теплоэнергетических систем использование функционального метода [1-3].

Очевидно, что показатели оценки функциональной эффективности системы, по своей сути, поскольку успешное осуществление функций сложной системы предполагает как эффективную работу подсистем и взаимосвязи и координации их функционирования на разных уровнях и в целом. В данном случае выделены и оценены основные функции системы отопления, при необходимости каждый из них может быть делегировано другому подсистемы и т. д.

В качестве таких базовых функций в целом комплексе являются следующие:

- функция генерации тепла на источнике (ТЭЦ, котельная);

- функция подачи теплоносителя в здания(тепловые сети);

- функции распределения и отвода тепла в здание (ЦТП);

- функция сохранения тепла здания;

- функция регулирования тепла.

В случае, когда потребление удалены от источника энергии, режимов работы транспортной системы энергия во многом определяются потребителями. Она по-разному проявляется для закрытых и открытых систем отопления.

В качестве набора показателей энергоэффективности тепловых сетей недавно предложили следующие варианты :

1) удельный расход сетевой воды на прикрепленный блок тепловой нагрузки.

2) удельный расход электрической энергии на транспорт теплоносителя.

3) температура водопроводной сети и обратный трубопроводы или температуры воды в обратном трубопроводе в зависимости от температуры сетевой воды в подающем трубопроводе согласно температурному графику.

4) потери тепловой энергии в тепловых перевозок, в том числе через изоляцию и утечки воды.

5) потери сетевой воды.

Эти показатели должны быть установлены сетевой проект тепло, чтобы носить в паспорте тепловой сети и проверки во время энергетического аудита (энергоаудита). Основной показатель, т. е. количество тепла, переданного на шоссе энергии, или разница между температурами прямой и обратной воды во многом определяется способностью системы отопления зданий, чтобы дать это тепло к зданиям. Чем больше тепла отобрать здание, тем более в сети передается с равной расходов сетевой воды.

Более того, эта "генерация" теплоемкость практически не зависит от термического сопротивления ограждающих конструкций, а определяется только интенсивностью передачи тепла от батарей и их общая площадь. Холод реагирует "коробки" здания, а затраты на отопление определяется исключительно за счет работы системы отопления. Это функциональное противоречие, дисбаланс в отсутствие адекватного регулирования людей устранить и исправить свои действия - либо утепленного дома, в том числе нагревательные, либо активно открывая окно для вентиляции.

Это совершенно не важно, как здание энергии требуется ре-ально. Энергии прямого теплоносителя в соответствии с их темпами-воскресение график. Конечно, Оплата в этом случае взимается оплата за "комплект" количество энергии, основанные на режимах поставщика. Нетрудно догадаться, что в этом случае отопление не очень заинтересована в энергосбережении, так как это уменьшает поставку тепловой энергии и сумма, которую Вы платите за него [13].

Основная цель регулирования теплоснабжения в системах теплоснабжения является поддержание комфортной температуры и влажности в отапливаемых помещениях при изменении на протяжении отопительного периода внешних климатических условиях и постоянной температуре воды, поступающей в систему горячего водоснабжения при переменном в течение суток расходе [1, 2]. Это условие является одним из критериев оценки эффективности системы.

1.1.3 Регулирование тепловых режимов

Оптимизация теплогидравличесих режимов и эффективность работы сцт в значительной степени зависит от применяемого метода регулирования тепловой нагрузки.

Основными методами регулирования могут быть определены из анализа совместного решения уравнений теплового баланса подогревателей по известным формулам [12] и зависит от:

- температуру охлаждающей жидкости;

- поток теплоносителя;

- коэффициент теплоотдачи;

- площадь поверхности передачи тепла. Централизованное регулирование источников тепла может быть сделано путем изменения двух параметров: температуры и расхода теплоносителя. В целом, регулирование отпуска теплоты может осуществляться тремя способами:

1) качество - которое состоит в регулировании отпуска тепловой энергии путем изменения температуры теплоносителя на входе в прибор при сохранении постоянным количество теплоносителя подаваемого в регулирующую единица;

2) количественный, заключающийся в регулировании отпуска теплоты путем изменения расхода теплоносителя при постоянной температуре на входе в регулирующее устройство;

3) качественный и количественный, заключающийся в регулировании отпуска теплоты посредством одновременного изменения расхода и температуры теплоносителя.

Для поддержания комфортных условий внутри зданий, регулирование должно быть как минимум два уровня: Центральный (источников тепла) и местные (тепловые пункты).

В большинстве городов России, централизованное регулирование, как правило, является единственным видом управления и осуществляется в основном на нагрев нагрузки или совмещенной нагрузки отопления и горячего водоснабжения путем изменения температуры теплоносителя в обратном трубопроводе в зависимости от метеорологических параметров, прежде всего температуры воздуха, в то время как условно постоянный поток охлаждающей жидкости [12].

Широко используется в расписании занятий для правильного регулирования тепловой нагрузки показывает зависимость температуры подачи теплоносителя и обратном трубопроводах в зависимости от температуры наружного воздуха. Расчет графиков производится по известным формулам, которые получаются из уравнения баланса нагревательного прибора при расчетной температуре и других состояниях [1-3].

Методы расчета температурных графиков Центрального регулирования была разработана изначально для задач проектирования систем отопления, поэтому они приняли ряд допущений и упрощений, в частности, условие стационарности процессов теплообмена. В реальности, все процессы теплопередачи, происходящие в элементах системы отопления, нестационарных, и эту характеристику следует учитывать при анализе и регулировании тепловой нагрузки. На практике, однако, эта особенность не учитывается и дизайн графиков, используемых при эксплуатации и оперативном управлении.

Тепловой режим здания формируется в результате совокупный эффект от постоянно меняющихся внешних (изменение температуры наружного воздуха, скорости и направления ветра, интенсивности солнечной радиации, влажности воздуха) и внутренних (изменение отпуска теплоты из системы отопления, тепло в кулинарии, работа освещение, воздействие солнечного излучения через остекление, тепло, выделяемое людьми) возмущений .

Основной параметр в определении качества теплоснабжения и созданию комфортной среды, - поддержание температуры внутреннего воздуха в пределах допуска ± (К2) °С.

Основным методом оперативного контроля тепловых нагрузок были описаны в "правилах пользования тепловой и электрической энергии", которые 01.01.2000 был отменен приказом Министерства энергетики РФ № 2 от 10.01.2000. Эти правила обеспечивают регулирование температуры теплоносителя в подающем трубопроводе в соответствии с температурным графиком с шагом изменения на основе прогнозирования ожидаемой температуры наружного воздуха два раза в сутки при разнице температуры между днем и ночью не менее 8 °С и один раз в день изменения температуры менее 8 °С.

В соответствии с действующими нормативными документами [1-3] регулирование тепловой нагрузки предусматривается путем изменения температуры теплоносителя в подающей линии в соответствии с утвержденной системой теплоснабжения температурный график указан исходя из средней температуры наружного воздуха за промежуток времени в пределах 12-24 часов определяется диспетчером тепловой сети в зависимости от длины сетей, климатических условий и других факторов.

Несмотря на прямолинейную формулировку этого пункта в настоящих руководящих принципах, эта задача является крайне сложной задачей в условиях неопределенности внешних факторов, сложность снабжения схемы, прогнозируемые данные на основе фактического состояния оборудования сцт в первую очередь, тепловых сетей. По данным статистики и многочисленных аналитических материалов на износ оборудования систем теплоснабжения составляет около 60-70 % и продолжает расти из-за значительного падения в замене трубопровода. Анализ повреждений трубопроводов показывает, что основная масса повреждений происходит в процессе изменения температуры теплоносителя из-за изменения напряжений в трубопроводах.

Прогнозирование динамики изменения температуры внутреннего воздуха в помещениях при любых прогнозируемых изменениях температуры окружающей среды с учетом динамических свойств системы отопления позволяет разработать диспетчерского графика тепловых нагрузок с постоянной температурой теплоносителя в значительно большем временном интервале. [39]. Качество тепло и комфорт конечного потребителя не хуже. Однако, следует учитывать степень автоматизации тепловой нагрузки, схемы подключения и гидравлическое сопротивление, после проведенных исследований условий эксплуатации теплообменного оборудования тепловых пунктов показывают, что понижение температуры теплоносителя в подающем трубопроводе на 1 °С:

- в системах автоматического регулирования отопительной нагрузки зависит от схемы присоединения

- увеличить скорость потока циркуляции до 8 %;

- в системах автоматического регулирования отопления независимая схема подключения нагрузки к значительному увеличению потока в первичном контуре (до 12% на каждый градус), а для повышения температуры теплоносителя в обратном трубопроводе 1 °С;

- бытовые системы горячего водоснабжения в закрытых схем присоединения для увеличения потока циркуляции до 20% и повысить температуру теплоносителя на обратном трубопроводе 1°.

Увеличение потока охлаждающей жидкости увеличивает потери давления. Следовательно, это положение возможно с точки зрения достаточности гидравлического сопротивления и резервного оборудования ПНС. Следует также отметить, что систематическое снижение температуры в подающем трубопроводе приводит к увеличению расхода теплоносителя и последующей razregulyatsii всю систему отопления. [29].

Таким образом, разработка плана-графика диспетчеризации и централизованного регулирования тепла необходимо вести с учетом динамических характеристик систем питания, возможности хранения зданий и изменчивости внешних и внутренних воздействий. Увеличение периода регулирования до 24-48-72 и более часов, в определенных пределах изменения внешних и внутренних воздействий не влияет на качество теплоснабжения потребителей, который дает вам возможность эксплуатировать оборудование в "мягком" режиме.

Оперативный контроль на основе приведенных выше характеристик приводит к:

1) уменьшить вероятность повреждения трубопроводов и повышения надежности;

2) повышение эффективности:

- производство энергии за счет разности приростов расхода топлива на производство энергии на ТЭЦ при различных температурах теплоносителя;

- в транспорта и распределения тепловой энергии за счет разницы увеличение тепловых потерь трубопроводов при разных температурах теплоносителя;

3) снизить количество пусков-остановок основного теплогенерирующего оборудования, что также повышает надежность и эффективность.

Оптимизация режимов работы тепловых сетей относится к организационно-техническим мероприятиям, не требующих значительных финансовых затрат на внедрение, но приводящая к значительному экономическому результату и снижению затрат на топливно-энергетические ресурсы.

1.1.4 Оптимизация и наладка режимов работы тепловых сетей

В управления и регулировки режимов работы тепловых сетей задействованы практически все структурные подразделения "тепловые сети". Они развивают оптимальных тепловых и гидравлических режимов, а также мероприятий по их организации, анализ фактических режимов, проанализировать, мер и корректировки ПСД, а также оперативный контроль режимов, контролировать потребление тепла и т. д.

Разработка режимов (отопление и межотопительный период) проводится ежегодно на основании анализа режимов работы тепловых сетей и в предыдущие периоды, уточнить характеристики тепловых сетей и систем теплопотребления, ожидается подключение новых нагрузок, планы капитального ремонта, реконструкции и технического перевооружения. С использованием этой информации осуществляется тепло-гидравлических расчетов составление списка корректировку мероприятий, в том числе расчет дроссельных устройств для каждой подстанции. [30].

В дополнение к расчету оптимальных режимов и разработка корректировочных мер позволяет оперативным и инженерно-технического персонала, включая менеджеров, на современном высокотехнологичном уровне в едином информационном пространстве выполнять:

1) Анализ технического состояния системы отопления, фактического состояния режима сети, повреждения трубопроводов;

2) моделирование чрезвычайных ситуаций, включая чрезвычайные;

3) оптимизация планирования наследования приоритетов трубопровода изменения;

4) проектирование и модернизацию систем теплоснабжения, в том числе оптимизация планирования модернизации и развития тепловых сетей.

Основным критерием оптимизации при разработке режимов и перераспределения тепловых нагрузок является снижение затрат на производство и транспортировку тепловой энергии (загрузка самых экономичных источников тепла, разгрузка НПС) в рамках существующих технологических ограничениях (электроснабжения и характеристик оборудования источников тепла, емкости тепловых сетей и характеристики оборудования насосной насосных станций, допустимые рабочие параметры тепловой системы и т. д.). [1-3].

В результате систематически проводимой работы по оптимизации режимов функционирования тепловых сетей, за последние несколько лет значительно улучшилось качество теплоснабжения потребителей и эффективности работы всей системы централизованного теплоснабжения от источников тепла, а именно:

1) сокращение чрезмерного потребления топлива из-за перегрева потребителей в переходные периоды;

2) снижение расхода электроэнергии на перекачку теплоносителя на 10% за счет снижения циркулирующего потока теплоносителя при подключении новых потребителей;

3) снижение потребления топлива для выработки электроэнергии за счет ремонта и снижения температуры обратной сетевой воды;

4) полностью исключить эксплуатацию систем теплопотребления "перезагрузки" из-за отсутствия одноразовых головок;

5) снижение расходов подпиточной воды 11%;

6) подключены новые потребители.

Большинство тепловых сетей гидравлически разрегулированы, или в противном случае объекты получения тепла теплоносителя пропорционально их тепловой нагрузке, это приводит к перегреву (или недогрев) из этих предметов, который вызывает возмущение потребителей.

1.1.5 Регулирование гидравлического режима тепловой сети

Важным элементом любой системы теплоснабжения являются тепловые сети. Транспортировка тепловой энергии требует больших капитальных вложений, соизмеримых с затратами на строительство ТЭЦ и крупных котельных. Повышение надежности и долговечности систем транспорта тепла является важнейшей экономической задачей при проектировании, строительстве и эксплуатации тепловых труб. Решение этой проблемы неразрывно связаны с проблемами энергосбережения в системах теплоснабжения. [24].

Самый распространенный в стране, в том числе в Вологодской области, способ производства тепловой энергии потребителям при постоянном расходе теплоносителя. Количество тепловой энергии, поставляемой потребителям, регулируется путем изменения температуры теплоносителя. При этом предполагается, что каждый потребитель будет получать от общего потребления определенного количества охлаждающей жидкости пропорциональна его тепловой нагрузки.

Как правило, это условие по ряду объективных и субъективных причин, не сохраняется, что приводит к снижению качества теплоснабжения на отдельных участках. Для решения этой проблемы теплоснабжающих организаций увеличение потока охлаждающей жидкости к системе в целом, что приводит к повышенным затратам энергии, увеличение утечки охлаждающей жидкости и чрезмерное потребление топлива.

Чтобы решить эти проблемы путем периодических мероприятий по оптимизации гидравлического режима тепловой сети, главная цель которого-обеспечить распределение теплоносителя в сети пропорционально тепловым нагрузкам потребителей. [24].

Из большого количества энергосберегающих мероприятий по оптимизации теплоснабжения гидравлические режимы тепловых сетей (далее - регламент) является наиболее эффективным (с небольшим инвестиционным капиталом, дает большой экономический эффект). Кроме того, улучшилось качество теплоснабжения. Как правило, корректировка состоит из трех этапов:

- расчет гидравлических режимов тепловых сетей и разработка рекомендаций;

- подготовительные работы;

- проведение монтажных работ в сетях и на объектах приборов теплопотребления, распределение общего расхода.

Оптимальные параметры тепловой сети рассчитывается по упрощенной формуле:

, Гкал/час,	(1.1)

где = 10^-3 Гкал/ м³ С - теплоемкость воды;

- расчетный (оптимальный) расход воды в сети, т/час;

- расчетный (оптимальный) температурный график котельной, С;

- расчетная тепловая нагрузка потребителей.

В реальном (без регулировки) тепловых сетей возможны следующие основные варианты:

1. В системе обогрева малых расходах теплоносителя и температурный график. В данном случае, корректировка не приводит к экономии энергии и направлено на повышение качества теплоснабжения.

2. В системе обогрева чрезмерное потребление теплоносителя и низкий температурный график. В данном случае, корректировка приводит к уменьшению затрат электроэнергии, потребленной для перевозки перевозчиком.

3. В системе отопления чрезмерного расхода теплоносителя и существует оптимальный температурный график. В этом случае корректировка приводит к экономии тепловой энергии. [24].

Третий случай является наиболее общим и от него можно перейти к другим вариантам при расчете экономического эффекта.

Шайбирование тепловых сетей производится с целью распределить потоки теплоносителя между потребителями в соответствии с их потребностями.

1.1.6 Шайбирование тепловых сетей

Без регулирования горячая вода от источника тепла большей частью поступает в здания, находящиеся вблизи котельной. Оставшийся небольшой объем воды направляется на периферию. Удаленным зданиям тепла не хватает, они мерзнут, тогда как в близлежащих зданиях наблюдается перетоп. Люди, открывая форточки, буквально отапливают улицу.

Чтобы этого не происходило, на ответвлениях тепловых сетей к зданиям устанавливаются ограничительные шайбы с калиброванным отверстием меньшего сечения, чем трубопровод. Благодаря этому появляется возможность увеличить объем теплоносителя для удаленных зданий. [16].

Расчет шайб (размера отверстий) производится для каждого дома в зависимости от требуемого количества тепла. Положительный результат от шайбирования тепловых сетей может быть получен только в случае 100 % охвата всех зданий, присоединенных к тепловой сети. Параллельно с шайбированием необходимо привести в соответствие работу насосов в котельной с гидравлическим сопротивлением тепловой сети.

После установки шайб расход теплоносителя по трубопроводам тепловой сети снижается в 1,5-3 раза. Соответственно и количество работающих насосов в котельной также уменьшается. Отсюда возникает экономия топлива, электроэнергии, химреагентов для подпиточной воды. Появляется возможность повысить температуру воды на выходе из котельной.

Шайбирование необходимо не только для регулирования наружных тепловых сетей, но и для системы отопления внутри зданий. Стояки системы отопления, находящиеся дальше от теплопункта, расположенного в доме, получают горячей воды меньше, здесь в квартирах холодно. В квартирах, расположенных близко к теплопункту, жарко, так как теплоносителя к ним поступает больше. Распределение расходов теплоносителя по стоякам в соответствии с требуемым количеством тепла осуществляется также с помощью расчета шайб и их установки на стояках. [20].

Шайбирование системы отопления производится поэтапно:

1) Обследование магистральных трубопроводов системы отопления в подвале и на чердаке (при его наличии). Составление исполнительной схемы системы отопления с указанием диаметров трубопроводов, их длин, мест размещения арматуры (при отсутствии проекта). Сбор данных о температуре внутреннего воздуха в квартирах с уточнением в каких квартирах тепло, в каких - холодно. Анализ причин неудовлетворительной работы системы отопления, выявление проблемных стояков (квартир)

2) Разработка рекомендаций по улучшению работы теплопункта, системы отопления. Установка регулирующих шайб на стояках (эту работу может проводить заказчик самостоятельно)

3) Проверка выполнения рекомендованных мероприятий. Анализ нового установившегося режима после шайбирования системы отопления. Корректировка размера шайб в местах, где не достигнут требуемый результат (расчетным путем). Демонтаж шайб, требующих корректировки, установка новых шайб. На внутренних системах отопления шайбы можно устанавливать и зимой и летом. Проверять их работу - только в отопительный сезон.

Затраты на шайбирование невысоки - это стоимость самих шайб и их монтажа на стояках. Стоимость работ по регулированию внутренних систем отопления зависит от тепловой мощности здания (количества стояков).

Минимальная цена - 40 тыс. руб. при тепловой мощности системы отопления до 0,5 Гкал/ч. Цена регулирования системы отопления многосекционного дома может доходить до 150 тыс. рублей. Удорожание работы возникает, когда отсутствует проектная документация. В этом случае приходится делать натурную съемку системы отопления и ее обмеры (диаметры, длины трубопроводов, места размещения арматуры). [19].

Наладку водяных тепловых сетей производят для обеспечения нормального теплоснабжения потребителей. В результате наладки создаются необходимые условия для работы систем отопления, приточной вентиляции, кондиционирования воздуха и горячего водоснабжения и повышаются технико-экономические показатели централизованного теплоснабжения за счет увеличения пропускной способности тепловых сетей, ликвидации перетопа потребителей, снижения расхода электроэнергии на перекачку теплоносителя.

1.1.7 Основные положения наладки тепловых сетей

Регулировка тепловых сетей производят на всех уровнях системы централизованного теплоснабжения в в теплоприготовляющей установке источника тепла, тепловых сетей, тепловых пунктов и систем теплопотребления. [41].

Пуско-наладочные работы в тепловых сетях осуществляется в три этапа:

- изучить и протестировать систему централизованного теплоснабжения с последующей разработкой мероприятий, направленных на обеспечение эффективности его работы;

- для осуществления разработанных мероприятий;

- регулировать систему.

Исследование показывает фактический операционный ре-жимы, укажите тип и состояние отопительной системы оборудования, определения характера и величины тепловых нагрузок, необходимость и объем испытаний тепловых сетей и оборудования. [30].

В процессе пуско-наладочных работ в тепловых сетях, испытывают пропускной способности сети и коммуникаций источников тепла, определить фактические характеристики сетевых насосов, испытывая энергосбережения. При необходимости, тепловые сети страдают от потери тепла, прочность и компенсирующую способность при максимальной температуре сетевой воды.

Разработка режимов и мер по обеспечению работоспособности тепловых сетей проводится на основе данных обследования и испытаний в следующем порядке:

- рассчитывается фактическая тепловая нагрузка;

- разработать режим теплообмена;

- определить расчетные расходы сетевой воды;

- выполнить гидравлический расчет наружных тепловых сетей, и, при необходимости, систем теплопотребления промышленных зданий;

- разработка гидравлического режима тепловых сетей;

- ожидать дросселя и перемешивающим устройством для отопления потребителей и частных сооружений;

- определить места установки автоматических регуляторов на источнике теплоты, тепловых сетей и потребителей; составить список действий, которые должны предшествовать корректировка.

В реализации мероприятий по наладке тепловых сетей производят в следующем:

- устранить дефекты строительных конструкций и оборудования;

- привести схемы и оборудование водоподогревательной установки, системы отопления, повысительных насосных станций, тепловых пунктов и систем теплопотребления в соответствии с рекомендациями, на основании проведенных расчетов и разработанных тепловых и гидравлических режимов;

- оснастить все части системы нагрева, необходимого инструментария в соответствии с требованиями нормативных документов;

- автоматизируют отдельные компонены системы отопления;

- организовывать и регулировать насосную станцию;

- установить дроссельные и смесительные устройства. [1-3].

Контроль систем централизованного теплоснабжения начнется только при проверке выявить результативность всех проектных корректировок. В процессе проверки регулировки тепловых установок, когда источник тепла на расчетных тепловых и гидравлических режимов, а также фактическое теплоносителя расчетный расход, регулировка диаметров отверстий сопел элеваторов и дроссельных диафрагм, настройки автоматических регуляторов.

Эффективность наладки тепловых сетей характеризуется следующими показателями: снижение расхода топлива за счет ликвидации перегрева систем теплопотребления; сокращения расхода энергии на перекачку теплоносителя за счет снижения удельного расхода воды и отключения излишних насосных станций; обеспечение подключения к сетям дополнительных теплосопротивления; снижение потребления топлива для выработки электроэнергии за счет снижения температуры воды в обратном трубопроводе тепловой сети (систем централизованного теплоснабжения). [41].

Надежность поставки-это характеристика состояния системы теплоснабжения, что позволит обеспечить качество и безопасность теплоснабжения.

1.1.8 Надежность теплоснабжения

Каждую зиму информационные агентства пестрят новостями об авариях на тепловых сетях и в котельных, размороженных домах, мерзнущих детях. По официальным данным Госстроя, в отдельные периоды в стране «замерзало» до 300 тыс. человек, но эта цифра, скорее всего, не полностью отражает действительность, т.к. местные власти склонны скрывать аварийные ситуации. А что касается недогрева (т.е. если в квартирах + 10-15 °С), то это и вовсе никем не учитывается, статистика не ведется, а в сводку МЧС можно попасть только при наличии лопнувшей трубы и размороженной системы. Таким образом, по официальным и неофициальным данным, в России ежегодно замерзают миллионы жителей, а ответственные лица оттачивают аргументацию, объясняя причины износом оборудования, тепловых сетей и отсутствием денег. Даже по официальным заявлениям Госстроя, треть аварий происходит на тепловых сетях из-за их ветхости [4].

По просьбе Председателя Госстроя 30% аварий в системах теплоснабжения происходят из-за неправильных действий персонала. Поэтому главный вопрос не в том, какая система предоставляет пользователю тепло - централизованное или децентрализованное, и как обеспечить ее качественную работу. Низкий уровень эксплуатации будет проявляться в любом случае. Если компания не может обеспечить нормативный срок службы трубопроводов, когда повсеместная установка локальных котельных, соответствующие работы будут затронуты во время первого отопительного сезона [4].

Из вышесказанного можно сделать следующий вывод: выход из сложившейся ситуации - навести элементарный порядок. Не все время только бороться с последствиями заболевания, вкладывать значительные средства в латание дыр, а ежегодная замена труб на тех же участках, которые не удалось по тем же причинам.

Надо устранить сами причины, с минимальными усилиями по защите от коррозии даст гораздо больший эффект: например, продление срока службы трубопровода за 5 лет только за счет дренажных каналов (минимальные затраты на дренажных скважин и откачки воды), обеспечит экономию от снижения теплопотерь и затраты на устранение повреждения трубопровода равна стоимости переезда из той же области [4].

Основной прокладки тепловых сетей (более 90% от общего) в России является подземная прокладка в непроходных и проходных каналах.

1.1.9 Современные теплоизоляционные материалы для тепловых сетей

Полосы канала, по мнению ведущих организаций и специалистов отрасли, имеет ряд преимуществ, которые делают его главной полосе в России на сегодняшний день и на долгосрочную перспективу. [40].

Преимущества канальной прокладки относят: снижение напряжений в металле из-за возможности свободного расширения трубопроводов; защита трубопроводов от повреждений при раскопках других коммуникаций, предотвращение выброса теплоносителя на поверхность земли при разрыве трубопроводов; отсутствие затрат на восстановление транспортного средства (для существующих сетей).

Бесканальная прокладка с использованием предварительно изолированных труб используется там, где технически невозможно или экономически Нил, в соответствии с устройство дренажных систем для предотвращения затопления каналов грунтовыми водами и атмосферными осадками. Выберите Тип полосы определяется условиями сайта. [23].

Нормы и правила проектирования подземных трубопроводов на всем пути до КР полосы, включая полосы канала, регламентируется СНиП 41-02-2003 "Тепловые сети". Требования к конструкциям стандарты изоляции и тепловые потери от теплоизолированных трубопроводов в зависимости от диаметра труб, температуры теплоносителя и вида установки (надземная или подземная) определяются СНиП 41-03-2003 "Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов".

Большинство тепловых сетей в России эксплуатируется в течение многих лет, и их проектирование осуществлялось в соответствии с в силу правила для тепловой изоляции трубопроводов, которые были значительно ниже нынешних.

Отсутствие стандартных технических решений, необоснованное применение теплоизоляционных материалов без учета их назначения, несоблюдение нормативных требований, некачественная работа, неспециализированных организаций, отсутствие систематического контроля и своевременного ремонта тепловой изоляции - все это приводит к чрезмерным потерям тепловой энергии в промышленности и ЖКХ.

1.2 Выводы и уточнения постановки задач

Большинство тепловых сетей в России являются гидравлически разрегулированными, или иначе объекты теплопотребления получают количество теплоносителя не пропорционально их тепловой нагрузке, это приводит к перегреву (недогреву) этих объектов, что вызывает возмущения потребителей. Поэтому задачами данной работы являются: анализ мероприятий по регулировке гидравлического режима тепловых сетей; разработка технических решений; регулировка гидравлического режима и ТЭО мероприятий.



2. ОПИСАНИЕ АНАЛОГОВ СПОСОБОВ И УСТРОЙСТВ

2.1 Аналоги диссертационных работ

2.1.1 Повышение эффективности технологии замены дефектного участка магистрального трубопровода

Цель диссертационной работы: повышение эффективности работ по замене дефектного участка магистрального трубопровода.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи исследования:

- анализ технологии замены дефектного участка трубопровода;

- оценка прилагаемых усилий для центровки труб и

напряженно-деформированного состояния трубопроводов при их центровке;

- разработка рациональных технологических схем центровки трубопровода при замене дефектного участка;

- усовершенствование технологии перекрытия полости трубопровода, повышающей безопасность проведения сварочных работ.

2.1.2 Оптимизация теплозащиты трубопроводов и оборудования тепловых сетей

Цель диссертационной работы: Совершенствование методов оптимизационного расчета теплозащиты трубопроводов, оборудования и обоснование методики выбора теплоизоляционных материалов для улучшения эксплуатационных характеристик и показателей экономичности тепловых сетей с разработкой необходимого программного обеспечения.

2.1.3 Мониторинг надежности тепловых сетей

Цель диссертационной работы: Разработка системы мониторинга надежности тепловых сетей с целью повышения их надежности, обоснованности принимаемых инженерных решений по техническому обслуживанию тепловых сетей и их ремонту.

2.1.4 Повышение эффективности работы систем централизованного теплоснабжения путем оптимизации тепло-гидравлических режимов

Цель диссертационной работы: В данной работе рассматриваются вопросы повышения эффективности водяных систем централизованного теплоснабжения путем оптимизации тепловых и гидравлических эксплуатационных режимов. Рассмотрены вопросы разработки, управления, контроля и анализа тепло-гидравлических режимов на примере системы централизованного теплоснабжения. Отражены результаты проведения наладки, а также показаны особенности оперативного централизованного регулирования тепловых режимов с учетом динамических свойств системы централизованного теплоснабжения.

2.2 Обзор патентов

- Патент № 2386889 на «Стабилизатор давления»

Изобретение относится к средствам гашения пульсации давления жидкости и газа, возникающей при включении, работе и выключении насосов, открытии и закрытии клапанов или задвижек в трубопроводах тепловодоснабжения, нефтяной промышленности и в машиностроении.

- Патент №2161663 на «Систему катодной защиты магистральных трубопроводов от коррозии»

Изобретение относится к области предотвращения коррозии металлов, а именно катодной зашиты металлов или металлических объектов, например трубопроводов.

- Патент №2148808 на «Способ внутритрубной дефектоскопии магистральных трубопроводов»

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может найти применение при дефектоскопии магистральных трубопроводов в процессе их эксплуатации. Способ включает перемещение внутри трубопровода инспекционного снаряда - дефектоскопа с контрольно-измерительной аппаратурой со скоростью, меньшей скорости потока перекачиваемой среды с перепуском потока перекачиваемой среды через снаряд-дефектоскоп, регистрацию в соответствии с регламентом инспекции аппаратурой снаряда-дефектоскопа физических характеристик материала стенки трубопровода и пройденного расстояния и определение по результатам измерений наличия дефектов в стенке и их местоположения по длине трубопровода.

Инспектируемый трубопровод разбивают на отдельные участки с индивидуальным регламентом инспекции для каждого участка. На границах участков над инспектируемым трубопроводом устанавливают реперные маяки, излучают с реперных маяков в направлении трубопровода кодированные опорные сигналы, регистрируют аппаратурой снаряда-дефектоскопа пересечение опорных сигналов реперных маяков и изменяют скорость перемещения снаряда-дефектоскопа и работу его оборудования и регистрирующей аппаратуры в соответствии с регламентом инспекции очередного участка трубопровода. Техническим результатом изобретения является оптимизация режима инспекции отдельных участков трубопровода, повышение точности определения дефектов и сохранение производительности трубопровода.

2.3 Основные недостатки тепловых сетей

Регулировка гидравлического режима тепловых сетей на данный момент является одним из самых недорогих и быстро окупаемых энергосберегающих мероприятий, реализуемых в системах отопления. Многолетняя практика проведения корректировки подтверждает высокую экономическую и энергетическую эффективность этой рукой. [24].

Тем не менее, опыт наладки гидравлического режима тепловых сетей был выявлен ряд недостатков, которые снижают эффективность метода оптимизации системы отопления. Результаты регулировки в системах теплоснабжения районов Вологодской области дали парадоксальные результаты. Во многих случаях, оптимизация гидравлического режима не принесло ожидаемого экономического эффекта, а в некоторых случаях привело к снижению качества теплоснабжения потребителей.