CC BY
72
На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы:
1. Стандартный набор блоков преобразования переменных из системы координат «аЬс» в систему координат «dq0» и обратно в среде наиболее распространенного инструмента моделирования MATLAB не позволяет учитывать начальное положение ротора относительно обобщённого вектора напряжения трёхфазных обмоток статора.
2. Разработана модель и её программная реализация по преобразованию переменных из системы координат «аЬс» в систему координат «dq0» и обратно в среде MATLAB, позволяющая учитывать начальное пространственное положение ротора относительно обобщённого вектора напряжения и возможность его вычисления.
3. На значения напряжений Uq и Ud при моделировании значительное влияние оказывает начальное пространственное положение ротора относительно обобщённого вектора напряжения, что необходимо учитывать при расчёте переходных процессов в электрических машинах. Значения Uq и Ud в зависимости от угла у0 варьируются от - 1 до + 1 о.е.
Библиографический список
1. Park P. Two reaction theory of synchronous machines: Pt.1 / Park P. Frans. AIEE, 1929, vol. 48.
2. Kron G. The Application of the Analysis of Rotation Electrical Machinery / G. Kron, Ger, 1935.
3. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы. М.: Энергия, 1970. 518 с.
4. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. М.: Высш. шк., 1985. 536 с.
5. Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink. М.: ДМК Пресс: СПб.: Питер, 2008. 288 с.
6. Возбуждение и устойчивость электромеханических комплексов с синхронными двигателями / Б.Н. Абрамович [и др.]; под общ. ред. Б.Н. Абрамовича. СПб.: Изд-во политехн. ун-та, 2010. 127 с.
7. Костенко М.П. Электрические машины. В 2-х ч. Ч.2.: Машины переменного тока: учебник для студентов втузов. Изд. 3-е, перераб. Л.: Энергия, 1973. 648 с.
УДК 518.5: 532.54
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ РЕЖИМОВ КРУПНЫХ ТЕПЛОСНАБЖАЮЩИХ СИСТЕМ
1 9
В.В.Токарев1, З.И.Шалагинова2
Институт систем энергетики имени Л.А. Мелентьева СО РАН, 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130.
Раскрыта актуальность разработки и предложена совокупность новых методик и программного обеспечения для наладочных расчетов современных систем теплоснабжения, реализованных в информационно-вычислительном комплексе «АНГАРА» и обеспечивающих возможность разработки наладочных мероприятий в теплоснабжающих системах любой структуры и сложности, в том числе с нестандартными схемными решениями. Приведены характеристика ИВК «АНГАРА-ТС», расчетные и аналитические функции, состав решаемых задач. Показаны возможности ИВК при организации режимов и разработке наладочных мероприятий на примере реальных систем теплоснабжения.
Ил. 7. Библиогр. 14 назв.
Ключевые слова: теплоснабжающие системы; организация режимов; наладочные мероприятия; информационно-вычислительный комплекс; методики расчета.
APPLICATION EXPERIENCE OF NEW TECHNOLOGIES FOR MODE ORGANIZATION OF MAJOR HEAT SUPPLY SYSTEMS
V.V. Tokarev, Z.I. Shalaginova
Institute of Energy Systems named after L.A. Melentiev SB RAS, 130 Lermontov St., Irkutsk, 664033.
The article reveals the relevance of the development and proposes a number of new procedures and software for performance and commissioning calculation of modern heat supply systems, implemented in the data-processing complex "Angara" and providing the opportunity to develop performance and commissioning measures in the he ating systems of any structure and complexity, including the ones with non-standard circuit design. The article presents the characteristic of the data-processing complex "Angara-TC", calculated and analytical functions, and the composition of problems being solved. The possibilities of the data-processing complex in the organization of modes and development of performance
1Токарев Вячеслав Вадимович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник отдела трубопроводных систем, тел.: 89016543579, e-mail: tslava@isem.sei.irk.ru
Tokarev Vyacheslav, Candidate of technical sciences, Senior Research Worker of the Department of Piping Systems, tel.: 89016543579, e-mail: tslava@isem.sei.irk.ru
2Шалагинова Зоя Ивановна, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник отдела трубопроводных систем, тел.: 89041504335, e-mail:shalaginova@isem.sei.irk.ru
Shalaginova Zoya, Candidate of technical sciences, Leading Research Worker of the Department of Piping Systems, tel.: 89041504335, e-mail: shalaginova@isem.sei.irk.ru
and commissioning measures are shown on example of real heat supply systems. 7 figures. 14 sources.
Key words: heat supply systems; organization of modes; performance and commissioning measures; data-processing complex; calculation procedures.
Введение. Современные теплоснабжающие системы (ТСС) крупных городов представляют собой сложные пространственные объекты большой размерности, которые непрерывно развиваются во времени и объединяют множество разнородных элементов. Зачастую несколько источников работают на общие тепловые сети, в которых установлены подкачивающие насосные станции, центральные тепловые пункты (ЦТП), регуляторы давления и другие управляющие органы. Все это обусловливает сложность задач эксплуатации, управления, организации и планирования режимов ТСС.
За последнее десятилетие произошли большие изменения в объемах и структуре теплопотребления, а также и в структуре самих систем. Наметились новые тенденции полустихийного (без должного обоснования) подключения новых коттеджных застроек с малыми нагрузками и непосредственным присоединением систем отопления, которые существенно усложняют организацию теплогидравлических режимов ТСС в целом. Это связано с технической невозможностью погашения на вводах в эти дома избыточных напоров, даже при минимальных диаметрах подводящих трубопроводов и установке на вводах дроссельных устройств с минимальными диаметрами. Как следствие, через такие потребители циркулируют завышенные (по сравнению с требуемыми) расходы теплоносителя, что приводит к «перетопу» данных построек, завышению температуры воды в обратной магистрали, большим непроизводительным потерям теплоты (за счет сброса неотработанного теплоносителя в обратную магистраль) и существенному завышению циркуляционных расходов по системе в целом. Особенно большое влияние на режимы оказывают такие потребители, подключенные в непосредственной близости от источника.
Общее старение установленного в ТСС оборудования приводит к невозможности поддержания заданных температурных графиков, в то же время переход к пониженному графику не может быть осуществлен при недостаточной пропускной способности тепловых сетей, изначально рассчитанных на повышенный график.
Существенное увеличение потерь напора (над проектными) в местных системах теплопотребления абонентов, связанное с «зарастанием» труб, вследствие отсутствия плановых промывок и капитальных ремонтов, с заменой старых трубопроводов внутренней разводки, приводит к тому, что элеваторные узлы, установленные на вводах, не могут обеспечить нужного коэффициента смешения даже при достаточных располагаемых напорах.
С другой стороны, в связи с постоянно растущими ценами на тепловую энергию, потребители активно устанавливают теплосчетчики и средства автономного регулирования. Это приводит к переменности тепло-
гидравлических режимов работы системы в целом и в еще большей степени усложняет процессы эксплуатации и управления режимами тепловых сетей. В то же время традиционные методики не приспособлены для разработки эксплуатационных режимов и наладочных мероприятий в системах, где часть потребителей имеют неавтоматизированные вводы, другие оснащены средствами автономного регулирования. Нет таких методик и для полностью автоматизированных систем.
Изменения, произошедшие в организационно-хозяйственном управлении, привели к тому, что эксплуатационные предприятия напрямую заинтересованы в экономии расходов теплоносителя и тепла и в максимальной эффективности его использования. Для этого необходимо выполнение наладочных мероприятий перед каждым отопительным сезоном, а также разработка и планирование оптимальных режимов работы ТСС для обеспечения их надежности и качества. Традиционно разработкой наладочных мероприятий, испытаниями сетей и расчетами различных режимов занимались специализированные организации. Однако в последние годы, несмотря на нормативные документы, в которых предусматривается необходимость ежегодного проведения наладки сетей, такие работы выполняются далеко не регулярно. Зачастую вопрос об их проведении и финансировании возникает уже после случившихся аварийных ситуаций и нанесения значительных ущербов как материального, так и социального характера.
Сложившиеся современные условия эксплуатации ТСС требуют разработки специальных подходов и методик наладочных расчетов и организации нормальных эксплуатационных режимов функционирования с учетом перечисленных факторов [1].
Лаборатория трубопроводных и гидравлических систем Института систем энергетики им. Л. А. Мелен-тьева (ИСЭМ) СО РАН (г. Иркутск) на протяжении целого ряда лет ведет теоретические и прикладные исследования в области моделирования, анализа и оптимизации трубопроводных систем [2-6] . Одна из последних разработок лаборатории - информационно-вычислительный комплекс (ИВК) «АНГАРА-ТС» [7], представляющий собой интеграцию информационно-вычислительной среды (ИВС) [6, 8] и программно-вычислительных комплексов (ПВК) [9] для разработки эксплуатационных режимов тепловых сетей (основных, ремонтных, послеаварийных).
В основу разработанного ИВК положен развиваемый в ИСЭМ СО РАН подход - многоуровневое моделирование трубопроводных систем [9-10], который позволяет преодолеть проблемы: разрозненности исходной информации, методического, модельного и алгоритмического обеспечения различных задач, возникающих на стадии разработки эксплуатационных режимов и наладочных мероприятий; большой раз-
мерности современных ТСС; трудоемкости количественного обоснования и координации решений по управлению ТСС. Применение многоуровневого моделирования ТСС, основанного на интеграции модельного, методического аппарата и информационных технологий, позволяет совместить основной принцип математического моделирования, состоящий в обеспечении рационального соответствия степени подробности математической модели целям ее использования, и выполнять моделирование в различных целях. Данный подход предполагает применение методов декомпозиции, как расчетных схем, так и задач, согласования моделей и задач, а также решение специальных вопросов многоуровневой организации данных и процессов проведения расчетов. Пример многоуровневого представления расчетных схем приведен на рис.1.
са представлен на рис.2.
Информационные функции ИВС сводятся к возможности создания и поддержки графических, иерархических баз данных, включающих электронные карты и планы местности, графические изображения схем тепловых сетей и сетевых сооружений, цифровую и текстовую информацию по параметрам элементов, систему поиска элементов сети и плана по заданным признакам. Расчетные функции: подключение и исполнение расчетных задач в диалоговом режиме; автоматическая поддержка взаимосвязи расчетных задач со своими уровнями, типами схем (сетевые задачи) или типами элементов (локальные задачи); динамическая поддержка иерархии задач. Аналитические функции: графическая визуализация исходной и расчетной схемно-параметрической информации; ее интерпретация в виде диаграмм и графиков; выделения
Рис. 1. Иерархическое компьютерное представление теплоснабжающей системы
Характеристика ИВК «АНГАРА-ТС». Основное назначение ИВК «АНГАРА-ТС» - автоматизация процессов разработки эксплуатационных режимов тепловых сетей произвольной конфигурации (разветвленные, многоконтурные), структуры (с любым числом и размещением источников, насосных станций, промежуточных узлов регулирования и других элементов), практически любой размерности. При этом возможно проведение расчета как отдельно взятого уровня (например, магистральной или распределительной сети), так и многоуровневого расчета режима ТСС в целом.
Новая информационно-вычислительная технология удовлетворяет основным требованиям к созданию автоматизированных систем управления предприятиями централизованного теплоснабжения «Тепловые сети» [11] и представляет собой реализацию качественно нового поколения программного обеспечения (ПО), интегрирующего в себе информационные функции и практически полный набор вычислительных модулей, необходимых для решения задач наладки, эксплуатации, планирования, организации и анализа режимов работы тепловых сетей. Общий вид интерфей-
на схеме параметрических неоднородностей, включая нарушения режима. ИВС является открытой системой (как по данным, так и по функциям). Она снабжена средствами совместимости с ГИС-системами, офисными приложениями, различными форматами баз данных и обеспечивает возможность работы как на локальном рабочем месте, так и в компьютерной сети.
В состав ПВК «АНГАРА-ТС» входят следующие виды задач.
Расчетные задачи (одно- и многоуровневые):
1) поверочный и наладочный расчеты гидравлического режима;
2) поверочный и наладочный расчеты теплового режима;
3) поверочный и наладочный теплогидравличе-ский расчеты режима работы ТСС;
4) расчет температурных графиков отпуска теплоты на источниках;
5) расчет параметров дросселирующих устройств на абонентских системах потребителей и в тепловой сети.
Аналитические задачи:
Рис.2. Общий вид интерфейса ИВК «АНГАРА-ТС»
1) построение пьезометрических графиков;
2) построение температурных графиков отпуска теплоты источниками;
3) определение нарушений режима по ограничениям на допустимые значения давлений, расходов, скоростей, температур и др. параметров ТСС.
Методы и алгоритмы, реализованные в ИВК, а также в предыдущих версиях ПО для персональных компьютеров, прошли широкую практическую апробацию на тепловых сетях г.г.Иркутска, Ангарска, Братска, Шелехова, Усть-Кута, Черемхово, Киева, Москвы, Санкт-Петербурга, Улан-Батора, Тюмени, Тамбова, Полярные Зори, Петропавловска-Камчатского, населенных пунктов БАМ и многих других городов. Это оказалось возможным благодаря многолетнему тесному сотрудничеству с рядом проектных и эксплуатационных организаций, НИИ и вузов.
Типичные особенности новых задач организации режимов ТСС. Рассмотрим вопросы организации режимов работы ТСС на примере городов Петропав-ловска-Камчатского, Черемхово, Братска и Ангарска, разработка которых осуществлялась с помощью ИВК «АНГАРА-ТС» силами ИСЭМ СО РАН. Системы теплоснабжения этих городов характеризуются большой неоднородностью схем присоединения потребителей к тепловым сетям: автоматизированные и неавтоматизированные вводы; зависимое (непосредственное, элеваторное, с насосом смешения) и независимое (через подогреватели) присоединение систем отопления (СО); открытый и закрытый отбор воды на горячее водоснабжение (ГВС) внутри одной системы при различных схемах подключения подогревателей ГВС (одноступенчатое - параллельное или последовательное; двухступенчатое - последовательное или смешанное); наличием несанкционированных отборов на ГВС из сетей отопления; наличием (отсутствием) узлов учета тепловой энергии; большим разбросом в
величине нагрузок и геодезических отметок потребителей; многоступенчатым регулированием и т.д. В связи с этим при выполнении работ по организации режимов возникали следующие трудности:
1) присоединение к тепловым сетям крупных потребителей с элеваторным подключением систем отопления требовало больших располагаемых напоров на вводах. В то же время непосредственное присоединение одно- двухквартирных частных домов или коттеджей с небольшой тепловой нагрузкой не позволяло погасить на вводах в эти дома избыточные напоры, продиктованные наличием элеваторов. Эти обстоятельства потребовали разработки нестандартных решений по многоступенчатому гашению напоров (рис.3) на сети и у потребителей (все рассматриваемые города);
2) недостаточная пропускная способность тепловых сетей для снабжения потребителей по графику 95/70 оС (г.Черемхово) вызывала необходимость перехода на повышенный график. С другой стороны, по причине износа оборудования ТЭЦ-12, не было возможности поддержания температурного графика 150/70 оС, на который изначально проектировались сети. Кроме того, переход на повышенный график требовал установки узлов смешения для понижения температуры сетевой воды, поступающей в местные системы отопления, которые были демонтированы за годы работы по пониженному графику. Сложившиеся обстоятельства потребовали обоснования и разработки температурного графика 130/70 со срезкой в период низких температур (рис. 4);
3) малые скорости теплоносителя в распределительных тепловых сетях, присоединяющих дома с небольшой тепловой нагрузкой, приводили к большим остываниям теплоносителя (рис. 5) и невозможности при существующем гидравлическом режиме обеспечить потребителей требуемой нагрузкой (все рассмат-
напорм Пьезометрический график от [ТЭЦ-12] до [Калин! 5]
ч
— К
£ .....
.....
5 - 1 .....
Имя узла ТЭЦ-12 ТК.-5 ТК-8 ТК-1С ТК-14 ТК-17 ВП-5 ТК-30 ТК.-31в ТК-41-2 ТК-41-6 ТК41-7-2 ТК.41-7-4 ТК41-7-8 Калин15
1_ ■•• - 1 Р..Л -АТ 1. 1М 1 1 536 536 541 541 541 541 541 538 537 537 537 540 538 538 547 543 550 548 555 562 575 585 576 574 581 585 584 ¡6 587 588 581
Напор в подаче. м //о 76.2 71.0 /и.ь /0.2 Ь 69.2 71.5 /0.2 Ь .9 69.1 66.0 65.2 63.3 Ь41 57.7 50.2 91.5 Я .8 75.9 62.6 42.0 50.8 Ь2.1 45.7 30.Л 31.7 29.2 28.6 26.9 247
Напор в обратке, м 27.0 27.1 23.1 23.: 23.5 23.5 24.6 28.3 2Э.4 2Э.6 30.2 27.4 32.0 31.8 24. £ 28.0 21.4 50.0 44.5 38.3 25.5 15.Э 25.1 26. £ 20.4 27.5 28.8 26.5 25.8 24.2 22.1
=— г=-=;мый напор м Ь 11 49.1 4 0 4 Л2 46.7 46.5 4 6 43.2 401 40.9 39.6 39.6 33.2 31.5 30.1 29.Ь 2 1: 41.5 3 .3 37.7 37.2 26.1 25.6 2Ь.( 2.9 2 а 27 27 27 2.6
Длина участка, м
Расход подачи, т/ч
Расход обратки, т/ч
Рис.3. Многоступенчатое дросселирование напоров в МТС и РТС г. Черемхово
N Температурный график
Е0И
ГС 130 120 110 100 эо 80 70 60 50 40 30 20 10 СКОРРЕКТИРОВАННЫЙ ТЕМПЕРАТУРНЫЙ ГРАФИК В ОТКРЫТОЙ СИСТЕМЕ НЕАВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ВВОД, В0Д0РАЗБОР ТОЛЬКО ИЗ ПОДАЧИ ЗАВИСИМАЯ СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ НЕПОСРЕДСТВЕННОЕ ПРИСОЕДИНЕНИЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ПО СОВМЕСТНОЙ НАГРУЗКЕ ОТОПЛЕНИЯ И ГВС
■■- 6С
4. ,'и
■3- 6С
и= ,Т1П
и 3 -2 -7 -12 -17 -22 -27 -32 -37 1нЕ'с Р= .180 у= .879167 га= 1 0
Рис.4. Температурный график отпуска теплоты от ТЭЦ-12 в г. Черемхово
параметры режима после наладочных расчетов
параметры режима до наладочных расчетов
Рис. 5. Иллюстрация результатов наладочных расчетов: Qот, QотФ, Qгвс (Гкал/ч) - тепловые нагрузки отопления, расчетная, фактическая и ГВС соответственно; Твн, ТвнФ (°С) - температура внутреннего воздуха, требуемая и фактическая соответственно; Х (м3/ч) - расход теплоносителя через потребитель; I (м), йП (мм) - длина и диаметр участка соответственно; Тп1, Тп2 (°С) - температура теплоносителя в начале и конце участка соответственно; Уп (м/сек) - скорость теплоносителя
риваемые города). Справа на рисунке потребители с нарушением обеспеченности выделены размером, параметры режима указаны на полочках;
4) наличие групповых узлов смешения и центральных тепловых пунктов (ЦТП) не всегда позволя-
ло обеспечить нужный коэффициент смешения вследствие больших потерь напора в распределительной сети и в местных системах теплопотребления (г.Черемхово, Братск);
5) в закрытых системах теплоснабжения с четы-
рехтрубной прокладкой распределительных тепловых сетей (г.Петропавловск-Камчатский) наличие несанкционированного открытого водоразбора на нужды ГВС из сетей отопления у отдельных потребителей потребовало доработки методики наладочного теплогид-равлического расчета;
6) сильно пересеченный рельеф местности, из-за которого значительно сужается допустимая область режима, потребовал многовариантных наладочных теплогидравлических расчетов с применением многоступенчатого дросселирования на сети и у потребителей. На рис.6 приведены пьезометрические графики от ЦТП до потребителей 3-го района тепловых сетей г.Петропавловска-Камчатского. Геодезические отметки потребителей этого района лежат в диапазоне от 10 до 125м. По отдельным веткам до потребителей, находящихся в низине, применено дросселирование напора в сети. В то же время другие потребители с высокой геодезической отметкой требовали установки дроссельных шайб на подпор в обратном трубопроводе для обеспечения залива местных систем (рис.6.);
9) диаметры сужающих устройств, установленных у потребителей ранее, были рассчитаны вручную, исходя из замеров располагаемого напора на вводе. Причем замеры и расчет сужающих устройств осуществлялись не одновременно для всех потребителей (что объективно невозможно сделать вручную в крупных ТСС), а последовательно. Это приводило к большой погрешности в вычислениях, т.к. расчетные условия для всех потребителей были разные, и, как следствие, не могло обеспечить пропуска требуемого расхода теплоносителя (все города);
10) отсутствие средств на должную реконструкцию и перекладку тепловых сетей, а также модернизацию тепловых пунктов потребовало принятия специальных решений по улучшению качества снабжения в сложившихся условиях. Так, например, по результатам наладочных расчетов микрорайона Северный г.Ангарска было принято решение о включении в работу насосов НПС-1б на подающем и обратном трубопроводах. Благодаря этому, несмотря на увеличение расходов для компенсации тепловых потерь, выпол-
б
Рис.6. Пьезометрические графики по результатам наладочных расчетов распределительных тепловых сетей г. Петропавловска-Камчатского: а - вариант дросселирования напора в сети; б - установка шайб на подпор
для обеспечения залива местных систем
7) подключение индивидуальных потребителей к тепловым сетям на протяжении многих лет проводилось стихийно, без проекта и должного согласования с возможностями тепловых сетей, что приводило к разрегулировке сетей (все города);
8) в ряде случаев мелкие потребители подключены непосредственно к магистральной тепловой сети без должного дросселирования избыточного напора. Завышенные расходы теплоносителя через эти потребители приводили, по существу, к перетокам из подающего трубопровода в обратный без должного теплосъема. Как следствие, в тепловых сетях циркулировал завышенный расход теплоносителя (особенно в случае, если такие потребители находятся вблизи источника теплоты) с температурой воды в обратном трубопроводе выше требуемой (все города);
няются ограничения на минимальный располагаемый напор у всех потребителей при их непосредственном присоединении. Пьезометрические графики по этому варианту приведены на рис. 7.
Предложенный вариант, несмотря на простоту его реализации, приведет к увеличению эксплуатационных расходов (включение в работу дополнительной группы насосов). Он был принят на предстоящий отопительный сезон ввиду отсутствия средств на перекладку сетей. Перекладка только некоторых из участков с высокими удельными потерями давления позволит вернуться к исходному режиму работы НПС-1б с включением насосов только на обратном трубопроводе.
Технология расчета и обоснования режимов.
Для выполнения работ были созданы графические
К
1
и
11 Т:,Е :: -I 1: V :-:-.! ) " г. Ь 1 I [■■ , г г : 3 3 1 1 V. V, У й !■! !■! ?? \ 1 > !■! Ъ У ! л > У 1 л > 1- > : К у ■! ч ;. ;, ;.а у, Е „
" I : ; : 1 1 ; ; ; ; ■ : г : ■ — : ■. — ; ::.:::■:..:: ........;;■:::-■-—--
«:■■ ........ ........ ..... -
-
б
Рис.7. Разработка режима совместной работы магистральных и распределительных тепловых сетей для организации теплоснабжения микрорайона Северный г. Ангарска: а - исходное состояние; б - предлагаемый вариант
базы данных (ГБД) ТСС этих городов. ГБД содержат картографическую информацию о городской застройке, структурно-схемную информацию по тепловым сетям, основные параметры элементов тепловых сетей (ТС) и схемы технологического оборудования ТС, необходимые для проведения расчетов. В зависимости от сложности и масштабности ТСС, ГБД реализованы в одно- или многоуровневом вариантах.
Созданные ГБД и внедренное ПО обеспечивают возможности: компактного и упорядоченного хранения разнородной информации о схемах и параметрах тепловых сетей и сетевых сооружений; оперативного доступа к информации относительно любого фрагмента или элемента сети; наиболее наглядной и удобной формы отображения информации (как на экране, так и при выводе на печать) в требуемом виде (графическом, текстовом, цифровом) и масштабе; оперативного внесения изменений и дополнений; внедрения задач для различных служб предприятий тепловых сетей на единой информационной основе; визуализации результатов расчета в виде пьезометрических и температурных графиков.
Для разработки наладочных мероприятий и организации режимов с целью обеспечения заданного качества теплоснабжения первоначально были проведены имитационные расчеты теплогидравлических режимов при существующих схемах их эксплуатации, выявлены узкие места, дана количественная оценка имеющегося уровня снабжения потребителей и намечены мероприятия по организации режимов.
На втором этапе проводились серии гидравлических, тепловых и наладочных расчетов для отыскания вариантов нормализации теплоснабжения потребителей, на основе которых были разработаны эксплуатационные режимы и намечены наладочные мероприятия. При этом основной целью проведения наладочных теплогидравлических расчетов являлось отыскание таких значений управляющих параметров элементов ТСС, которые обеспечат пропуск расчетных рас-
ходов воды через абонентские системы при соблюдении технологических ограничений на параметры теплоносителя - допустимые давления во всех узлах системы, располагаемые напоры на вводах потребителей и скорости движения теплоносителя.
Требования к параметрам режима различных элементов ТСС разбросаны по многочисленным СНи-Пам, ГОСТам, и другим нормативным материалам, которые были проанализированы и обобщены при разработке методики наладочных расчетов.
Требования к гидравлическому режиму:
1) максимальный напор в трубопроводах тепловых сетей не должен превышать 160 м.в.ст. из условия прочности трубопроводов и установленной арматуры;
2) минимальный напор в подающем трубопроводе определялся из условия невскипания теплоносителя в зависимости от принятого в ТСС температурного графика;
3) минимальный напор в обратном трубопроводе тепловых сетей из условия предотвращения подсоса воздуха принимался равным 5 м.в.ст.;
4) максимальный напор в подающем и обратном трубопроводах на вводах потребителей определялся в зависимости от схемы их присоединения и прочности установленного в местных системах оборудования (60м.в.ст. - при непосредственном присоединении; 100 м.в.ст. - при элеваторном и независимом присоединении через подогреватели);
5) минимальный напор в обратном трубопроводе в местах подключения потребителей - из условия залива местных систем (на 5м больше высоты здания);
6) минимальный располагаемый напор на вводах потребителей: с непосредственным присоединением без теплосчетчиков - 2 м, с теплосчетчиками - 6 м; при элеваторном присоединении определялся по формуле [13]: АНш = 1,4^(1 + и)2, где Нсо - потери
напора в системе отопления после элеватора при расчетном расходе воды, м; и - коэффициент смешения элеватора.
Основные требования к тепловому режиму в нормальных эксплуатационных условиях (при выполнении всех перечисленных выше требований к гидравлическому режиму и отпуске теплоты от источника по выбранному температурному графику) выставлялись исходя из условия обеспечения каждого потребителя требуемым количеством теплоты:
1) для обеспечения комфортности температура воздуха в помещениях не должна отклоняться более чем на 1 - 2оС от требуемой величины. В зависимости от категорийности потребителей требуемые температуры воздуха в помещениях задавались согласно СниП;
2) для предотвращения значительных потерь тепла в сети (вследствие остывания), скорость движения теплоносителя не должна быть менее 0,3 м/с;
3) температура воды, поступающей в системы горячего водоснабжения потребителей, должна поддерживаться в диапазоне 55оС - 70 оС;
4) температура воды в местных системах отопления не должна превышать 95оС;
5) в случае если в результате выполнения наладочного гидравлического расчета не удается обеспечить минимально допустимое манометрическое давление в подающем трубопроводе, осуществлялся пересчет температурного графика.
Методики расчета. Для решения перечисленных задач были разработаны и применены следующие новые методики и подходы [14]:
1) многоступенчатое дросселирование избыточных напоров за счет расстановки балансировочных клапанов и дроссельных шайб на тепловой сети и у потребителей;
2) методика наладочного теплогидравлического расчета, позволяющая при существенных остываниях теплоносителя в трубопроводах определять дифференцированные поправки к требуемым расходам теплоносителя на компенсацию тепловых потерь в сети;
3) при больших потерях напора в распределительных сетях после групповых элеваторов (Черемхо-во, Братск) предложена замена элеваторов на насосы смешения для поддержания циркуляции с заданным коэффициентом смешения;
4) для потребителей с малыми нагрузками и температурным графиком выше 95/70оС при отсутствии возможности установить элеватор предложена схема с насосом смешения;
5) при малых нагрузках и большом располагаемом напоре предложена схема подключения отопления к обратному трубопроводу с циркуляционным насосом.
Применение методики наладочного расчета с многоступенчатым дросселированием позволило определять параметры всех устройств одновременно (дроссельных шайб и балансировочных клапанов на сети и у потребителей, уставок регуляторов давления на сети) вместо применяемой ранее поэтапной наладки с
использованием локальных измерений. Это позволило в разы сократить время наладки, добиться значительных улучшений в организации режимов при отсутствии средств на реконструкцию и перекладку сетей.
Определенные в результате наладочного тепло-гидравлического расчета параметры дросселирующих устройств с учетом индивидуальных поправок к расходу позволили, по сравнению с традиционным подходом (учитывающим только гидравлические параметры), улучшить качество теплоснабжения: устранить переизбыток тепла у потребителей, находящихся вблизи от источника, и обеспечить требуемым количеством тепла удаленные; снизить напоры на источниках и насосных станциях до минимально необходимых значений.
Анализ работы четырехтрубных распределительных тепловых сетей показал неэффективность их применения при малых нагрузках, так как циркуляционные расходы в трубопроводах ГВС (для предотвращения чрезмерного остывания воды), как правило, на порядок превышают требуемый расчетный расход. В этом случае предложено перейти на традиционную двухтрубную схему теплоснабжения при условии достаточной пропускной способности тепловой сети с выполнением наладочных мероприятий.
Организация режимов и наладочные мероприятия, выполненные с помощью предлагаемой технологии расчета, позволили: улучшить качество теплоснабжения этих городов, значительно снизить циркуляционные расходы, расходы подпиточной воды и сливы воды населением, уменьшить непроизводительные тепловые потери, снизить затраты электроэнергии на перекачку теплоносителя и на химводопод-готовку.
Выводы
1. Раскрыта актуальность разработки новых методик и программного обеспечения для наладочных расчетов современных ТСС.
2. Предложены совокупность методик и технология расчетов, реализованных в ИВК, которые обеспечивают возможность разработки наладочных мероприятий в ТСС любой структуры и сложности, в том числе с нестандартными схемными решениями.
3. Разработанные методики наладочного расчета позволили существенно сократить время наладки и добиться значительных улучшений в организации режимов при ограниченности средств на перекладку сетей и модернизацию систем.
4. Применение подхода многоуровневого моделирования позволило проводить расчеты режимов крупных ТСС с промежуточными ступенями регулирования на ЦТП.
5. С помощью предложенного методического аппарата были выполнены расчеты по организации режимов и разработке наладочных мероприятий в городах Петропавловск-Камчатский, Черемхово, Братск и Ангарск. Реализация намеченных мероприятий позволила повысить качество теплоснабжения потребителей без капитальных вложений в реконструкцию сетей и значительно сократить циркуляционные расходы.
Библиографический список
1. Новицкий Н.Н., Токарев В.В., Шалагинова З.И. и др. Математические модели и методы для оценки и реализации потенциала энергосбережения при управлении режимами теплоснабжающих систем // Исследования и разработки СО РАН в области энергоэффективных технологий. Новосибирск: Наука, 2009. С.48-60.
2. Меренков А.П., Хасилев В.Я. Теория гидравлических цепей. М.: Наука, 1985. 280 с.
3. Математическое моделирование и оптимизация систем тепло-, водо-, нефте-, газоснабжения / А.П. Меренков [и др.]. Новосибирск: ВО Наука, Сибирская издательская фирма, 1992. 407 с.
4. Гидравлические цепи. Развитие теории и приложения. / Н.Н. Новицкий [и др.] Новосибирск: Наука, Сибирская издательская фирма РАН, 2000. 273 с.
5. Трубопроводные системы энергетики: управление развитием и функционированием /Н.Н. Новицкий [и др.] Новосибирск: Наука, 2004. 461 с.
6. Трубопроводные системы энергетики. Методы математического моделирования и оптимизации: сб.науч.тр. Новосибирск: Наука, 2007. 259 с.
7. Новицкий Н.Н., Токарев В.В., Шалагинова З.И. и др. Опыт разработки и применения информационно-вычислительных комплексов для расчета и организации режимов работы крупных систем теплоснабжения // Труды Международной научной конференции «Энергетика и рыночная экономика». Улан-Батор, 2005. С.323-329.
8. Алексеев А.В., Новицкий Н.Н., Токарев В.В.и др. Механизмы поддержки многоуровневых информационных и математических моделей трубопроводных систем и их реализация // Труды XI международной конференции «Информационные и математические технологии в научных исследованиях». Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2006. Ч.1. С.7-14.
9. Новицкий Н.Н., Токарев В.В., Шалагинова З.И. и др.
Принципы реализации и направления развития ПВК для расчета режимов теплоснабжающих систем //Труды X Байкал. Всеросс. конф. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2005. Ч.II. С. 285-294.
10. Новицкий Н.Н., Алексеев А.В., Шалагинова З.И. и др. Многоуровневое моделирование режимов больших теплоснабжающих систем методами теории гидравлических цепей // Трубопроводные системы энергетики. Развитие теории и методов математического моделирования и оптимизации. Новосибирск: Наука, 2008. 312 с.
11. Алексеев А.В., Новицкий Н.Н., Токарев В.В. и др. Иерархическое моделирование тепловых сетей в задачах эксплуатации и диспетчерского управления // Информационные и математические технологии в научных исследованиях: труды XII Байкал. Всеросс. конф. «Информационные и математические технологии в науке и управлении». Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2007. Ч.1. С.110-121.
12. Основные требования к созданию интегрированных автоматизированных систем управления предприятиями централизованного теплоснабжения «Тепловые сети» (ИА-СУ «Теплосеть».) // Отраслевой методический материал РД 34.35.127-96. М., 1996. 51 с.
13. Проектирование тепловых пунктов СП 41-101-95. М., 1997.
14. Токарев В.В., Шалагинова З.И. Разработка методики многоуровневого наладочного теплогидравлического расчета систем теплоснабжения и ее реализация в составе ИВК «Ангара-ТС» // Математическое моделирование трубопроводных систем энергетики: тр. XII Всеросс. науч. семин. с междунар. участ. «Математические модели и методы анализа и оптимального синтеза развивающихся трубопроводных и гидравлических систем». 20 - 26 сентября 2010 г. [Электрон. ресурс], ISBN 978-5-93908-088-0 / Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2010. С.300-314.
