CC BY
130
Ваньков Ю.В., Горбунова Т.Г,, Политова Т.О., Зиганшин Ш.Г.
Казанский государственный энергетический университет
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ НАДЕЖНОСТЬ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ Г.КАЗАНИ: ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА.
Цель: исследованиевзаимосвязи показателейфункциональной надежностис реальным состоянием системы теплоснабжения потребителей одного из районов г.Казани.
В СССР существовала система, обеспечивавшая надежное теплоснабжение. Весь процесс контролировался Госпланом. Разрабатывались градостроительные программы, и на их основе создавались генеральные схемы систем жизнеобеспечения, в т.ч. системы теплоснабжения населенных пунктов. Эти программы и схемы в плановом порядке подвергались корректировке один раз в пять лет.
С началом перестройки система рухнула, и процесс развития инженерных систем до недавнего времени носил хаотичный характер. Строительство коммуникаций и головных сооружений происходило для решения частных, «местечковых» задач, и в большом количестве случаев это были неразумные, эконо-
мически не оправданные решения. В настоящее время развитие энергосистем происходит с постоянным структурным усложнением схемы магистральных и квартальных трубопроводов [5].
При высокой степени изношенности существующих транспортных систем, росте их аварийности и угрозе техногенных катастроф ввод новых участков тепловых сетей не может гарантировать повышения надежности всей системы.
Несмотря на то, что с 27 июля 2010 года на территории РФ действует закон «О теплоснабжении» 190-ФЗ, где в качестве основного принципа выступает обеспечение надежности в соответствии с требованиями технических регламентов [1], специалистам, заинтересованным в его воплощении, приходится ограничиваться лишь теорией. На сегодняшний день рекомендации, разработанные в методике МДС 41-6.2000 «Организационно-методические рекомендации по подготовке к проведению отопительного периода и повышению надежности систем коммунального теплоснабжения в городах и населенных пунктах РФ» [2] явно недостаточны и носят скорее ознакомительный, нежели прикладной характер. Отсутствие
инженерного метода расчета функциональной надежности предполагает низкую эффективность управленческих решений для сложных систем теплоснабжения. Для сложноструктурированных систем показатели надежности учитываются специалистами проектирующих и теплоснабжающих организаций на основании статистической информации о поведении системы, которая в большинстве случаев не охватывает всех необходимых данных, либо период времени, за который имеется статистическая информация, слишком мал.
Во исполнение закона «Об энергосбережении» 261-ФЗ от 27 ноября 2009г. во всех организациях, осуществляющих производство и (или) транспортировку тепловой энергии необходимо провести энергетическое обследование [3] .На основании проведенных обследований будут составляться электронные модели системы теплоснабжения городов с привязкой потребителей к топографической карте. При этом возникающие вопросы, связанные с регламентными ситуациями, такими как введение новых элементов тепловых сетей, выведение в аварийно-ремонтные работы участков сетей, подключение к сети новых потребителей и др., необходимо решать, учитывая показатели функциональной надежности системы.
Как объект исследования, система теплоснабжения предполагает наличие протяженных напорных участков тепловых сетей, являющихся связующим звеном между источником и потребителем. По своему назначению тепловые сети обеспечивают непрерывную поставку теплоносителя заданного количества и качества, и каждый ее участок, как и запорная арматура на участке, обладает определенной технической надежностью [4].
Сохранение технической надежности элементов тепловых сетей обеспечивается эксплуатирующими организациями, тогда как производителя и потребителя интересует показатели функциональной надежности системы, т. е. вероятность непрерывной поставки теплоносителя в течение длительного промежутка времени.
Сопоставим показатели функциональной надежности иповреждаемость тепловых сетей для конкретного участка системы теплоснабжения на примере г. Казань. Наиболее сложная ситуация с теплоснабжением сложилась в восточном энергорайоне города.
Расчет функциональной надежности магистральнойсистемы теплоснабжения потребителей восточного энергорайонапроводился методом аварийно-ремонтных зон (метод АРЗ) [4] , который позволяет оценить
вероятность поступления теплоносителя конкретному потребителю с учетом структуры сети и надежности функционирования отдельных ее елементов.
На рисунке 1 представлена схема магистральных трубопроводов тепловых сетей, осуществляющих транспортировку теплоносителя от районной котельной «Савиново». Расчет производился для тепловода № 17.
На первом этапе сформирована математическая модель теплопроводной системы, в качестве взвешенного графа используется
G [z, l, ц, A, p ] = (V, E, z, l, A , ц, p) (1)
где V - множество вершинграфа, соответствующих тепловым камерам, источнику тепла и потребителям; E - множество дугграфа,соответствующихреальнымтрубопроводнымучасткам; z, l, A , ц, p - весовые функции на рёбрах графа, соответственно определяющие наличие и расположение запорной арматуры на участке, длину участка, интенсивность износа и интенсивность восстановления участка, техническую надёжность запорной арматуры на участке.
На рисунке 2 представлен граф тепловой сети, содержащий источник и потребителей. Исходный граф разбит на подграфы аварийно-ремонтных зон. Для каждой из таких АРЗ в случае возникновения аварии или проведения ремонтно-профилактических работ на любом из участков все остальные участки и потребители этой зоны вынужденно отсекаются от источника, т.е. потребители одной зоны в каждый момент времени имеют равную возможность получать или не получать теплоноситель [4].
1
Рис. 1 Схема тепловодов
осуществляющих транспортировку теплоносителя энергорайона
потребителям восточного
2
В итоге были сформированы модели функциональной надежности тепловой сети относительно каждого потребителя.В качестве примера на рисунке 3 приведена одна из сформированных моделей для потребителей 1,2.
Рисунок 3 Упрощенный макрограф тепловой сети для потребителей 1,2
Расчетная модель функциональной надежности для тех же потребителей 1,2 показана на рисунке 4.
@------И-----Ра1---\Р4---
Ра
Р2
Рисунок4 Расчетная модель функциональной надежности для тепловой сети потребителей 1,2 (последовательная )
Для определения функциональной надёжности потребителей 1-14 принятыследующие исходные данные:
- расчётная модель функциональной надёжности относительно потребителей;
- весовая функциярна вершинах макрографа АРЗ, определяющая техническую надёжность каждой АРЗ сети;
-весоваяфункция ар нарёбрахмакрографаАРЗ, определяющая техническую надёжность запорной арматуры всей сети.
Эквивалентнаянадёжностьрассчитываетсяпоформуле последовательного соединения элементов:
А = П Pi
/=1
На графике рисунка Бпоказаны результаты произведенных расчетов функциональной надежности для потребителей 1-14.
Рисунок 5 Показатели функциональной надежности системы «источник-потребитель»
Результатырасчётасвидетельствуют,чтопотребители 7-11,
обеспечиваетсяцелевымпродуктомснаименьшейнадёжностью.
Сопоставим результаты исследования с реальной картиной.Нанесем на карту тепловодов г.Казани отрайонной котельной «Савиново» осуществляющих транспортирование теплоносителя до центральных тепловых пунктов (рисунокб) места, где были зафиксированы отказы на тепловых сетях за период с 2009 по 2010 гг (отмечены кружками).
' .' - г лЧМ "ТО
* 2І "
1 І -,Л, ]
' ‘ ' J| I * I* ь
‘Д
(frlSKi!4 ' ^ | Л > I
\jf\r 1. 1-і
I* I .« г,
3 Е? - 'г пІгПхЩІІгЩмп
=> -%ё У да* ■- cjj’ucrw1
Д.А ..I 'ж !1
і г
г~ДУД
3
Рисунокб Карта Ново-Савиновского района (восточный энергорайон) с отметками повреждений
На основании статистических данных об отказах на магистральных тепловых сетях за 2009-2010 гг., установлено, что наиболее часто повреждения трубопроводов возникают именно там, где функциональная надежность сети имеет наиболее низкие показатели.
Наибольшее число повреждений зафиксировано на трубопроводах квартальных систем отопления. Причиной этого является отсутствие жестких регламентированных требований к качеству сетевой воды после теплообменников ЦТП. Безусловно, на магистральных тепловых сетях регистрируется меньшее количество отказов, но именно они в большей степени влияют на надежность всей системы теплоснабжения.
Вывод:
Применение метода аварийно-ремонтных зондля определения функциональнойнадёжности системы теплоснабжения позволяет учитывать особенности структуры сети, позволяет адекватно оценивать надежность теплоснабжения отдельных потребителей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Федеральный закон РФ от 27 июля 2010 г.№190-ФЗ «О теплоснабжении»
2. МДС 41-6.2000 от 06.09.2000 № 203 «Организационно-методические рекомендации по подготовке к проведению отопительного периода и повышению надежности систем коммунального теплоснабжения в городах и населенных пунктах РФ»
3. Федеральный закон РФ от 27 ноября 2009г. №261-ФЗ «Об энергосбережении»
4. Самойленко Н.И., Сенчук Т.С. Функциональная надёжностьмагистральныхтрубопроводных транспортных систем: Монография. - Х.: Издательство «НТМТ», ХНАГХ. - 2009. - 276 с.
5. Ваньков Ю.В., Богаткин В.И., Учаров У.Б., Горбунова Т.Г, Обеспечение надежности тепловых сетей при проектировании новых объектов, реконструкции и авторском надзоре // Журнал «Энергетика Татарстана», № 4 (24), 2011 г.
4
