CC BY
66
ЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
УДК 694.34.621.311.22
А.В. Спирин, Э.М. Малая СНИЖЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ПРИ НЕСОБЛЮДЕНИИ ТЕМПЕРАТУРНОГО ГРАФИКА
В статье показано, что при снижении температуры теплоносителя ниже расчетной увеличивается время восстановления отказавшего элемента тепловых сетей из-за пониженной температуры внутреннего воздуха в помещении. В связи с чем уменьшается надежности системы теплоснабжения в целом. В этом случае, для поддержания показателей на заданном уровне, авторы предлагают уменьшать радиус оптимального действия системы.
Надежность, централизованное теплоснабжение, отказ, время ремонта.
A.V. Spirin, E.M. Malaya CENTRALIZED HEAT-SUPPLY SYSTEM RELIABILITY REDUCTION AT NONOBSERVANCE OF TEMPERATURE GRAPH
The article shows that when the coolant temperature drops below the estimated increases recovery time of the failed element heating systems because of the low temperature of indoor air in the room. In connection with which decreases the reliability of heat supply system in general. In this case, to maintain performance at a given level, the authors propose to reduce the radius of the optimal operation of the system.
Reliability, centralized heat-supply, refusal, time of Repairing.
Как известно, большинство отечественных систем централизованного теплоснабжения находятся в настоящее время в сложных условиях. Это связано как с изношенностью трубопровода и теплогенерирующего оборудования, так и со слабым применением новых технологических решений. Современные системы централизованного теплоснабжения в своем большинстве сформированы на основе технических решений
60-70-х годов и за последние годы существующие технические решения практически не претерпели кардинальных изменений. Новейшие разработки внедряются в системы теплоснабжения крайне слабо, в связи с чем надежность самой системы теплоснабжения снижается. Следовательно, потребители, подключенные к таким
сетям, подвергаются риску прекращения теплоснабжения во время отказов элементов тепловой сети.
Отключение потребителя - это наиболее сильное проявление отказового состояния системы, так как при такой аварийной ситуации потребитель полностью лишается источника теплоты, а люди могут находиться в зданиях лишь столько времени, на сколько хватит теплоаккумулирующей способности зданий и бытовых тепловыделений и в течение которого должен быть завершен ремонт отказавшего элемента. Если возникнут
какие-либо непредвиденные обстоятельства, в результате которых ремонт нельзя провести в требуемые сроки, тогда температура воздуха внутри помещения tB будет падать
и снизится недопустимо низко. При приближении tB к нулю вода из системы отопления будет спущена, и возникнет вопрос о переселении жителей из этих зданий. В связи с этим нормативные значения показателей надежности для отключаемых потребителей должны исходить из предельно допустимого снижения ^ и чрезвычайно малой вероятности события [1].
Около двух десятилетий назад источники теплоснабжения стали работать по температурному графику «со срезом», что в свою очередь повлекло увеличенный расход теплоносителя и, как следствие, повышенную мощность сетевых и подпиточных насосов, а сами теплопроводы стали работать в критическом режиме, то есть без запаса проходного сечения. Но в большинстве случаев и эти параметры не выдерживаются. Например, для г. Саратова представлены фактические и расчетные параметры теплоносителя прямого и обратного теплопроводов от ТЭЦ-5 за декабрь месяц 2007 г. (табл. 1). Как видно, при температуре наружного воздуха ниже минус 10°С параметры теплоносителя ниже расчетных даже с учетом предельно допустимого отклонения ±3%.
Соблюдение температурного графика качественного регулирования является необходимым условием постоянства температуры воздуха в отапливаемых помещениях tв. Отклонения температурных параметров сетевой воды от температурного графика вызывает соответствующие отклонения температуры воздуха в помещениях tв от проектной величины (для жилых зданий tв = +18°С) [2, 3].
Проектная теплоотдача нагревательных приборов Qприб, Вт, при работе систем в соответствии с графиком качественного регулирования определяется по формуле
Оприб = Kприб Х Fприб ^Т3° 2 Т2 - tв^ , (1)
где Кприб- коэффициент теплопередачи нагревательных приборов, Вт/(м2К); Гприб -суммарная поверхность нагревательных приборов системы отопления, м2; т3о, т2 -проектные температурные параметры воды в системе отопления, °С; tв - проектная температура воздуха в помещениях, равная 18°С.
Фактическая теплоотдача нагревательных приборов при отоплении зависит от параметров воды по температурному графику.
Тзо + Т 2 2
О'приб = Кприб X Fприб\ - ?в | , (2)
где т'3о, т’ 2 - фактические температуры воды на входе и на выходе из системы отопления, °С; tв ’ - фактическая температура воздуха в помещениях.
Обозначим соотношения проектной и фактической теплоотдачи нагревательных приборов:
а = . (3)
О ’
^ приб
Тогда, согласно (1) и (2), получим
К Х Р С ^3° + Т2 — і 1 Тзо + Т2 ,
1\приб -Г приб I 2 1в \---------------------16
а_------------------------------------------г,—;—Ч_ > + >---------------------• (4)
' Т 3° + Т 2
К приб Х Р приб
Т '3° + Т '2 ,
^~~2 і 6
V ^
2
■- і ’в
Используя понятие «удельная тепловая характеристика здания», запишем выражение для проектных теплопотерь здания, Qтп, Вт:
втп _ Ч° Х Ун Х (ів — ін) , (5)
где цо - удельная тепловая характеристика здания, Вт/(м3-К); V» - наружный строительный объем, м3; і6 - проектная температура воздуха в помещении, м3; ін - температура наружного воздуха, °С.
Аналогично для фактических теплопотерь здания:
Qтп _ Ч° Х Vн у(І'в — Ін^ (6)
где і 'в - фактическая температура воздуха в помещениях, °С.
Обозначим соотношения проектных и фактических теплопотерь здания:
_ Q'тп
Q, „
Тогда, согласно (5) и (6), получим:
(7)
а = 4° Х ^ н Хі$в і н) = ів і н (8)
а =-----------------г,—т ~— • (8)
Ч° Х Vн Х (і'в — ін)
о
t' в- £
Полагая, что теплопотери здания полностью компенсируются за счет теплоотдачи нагревательных приборов, используя (4) и (8), получим:
Тзо + Т2 ,
—~-------tв .
2 _ ^в ^ (9)
т' 3° + Т' 2 . і ’в — і '
------1------------і в
Обозначим:
Т3° + Т2
Т '3° + Т '2
= і приб , °С ; (10)
2 = і 'приб, °С , (11)
где іприб, і' приб - проектная и фактическая температура воды в нагревательных приборах,
°С.
Преобразуя уравнение (9), получим:
і ' _ і приб ів і приб ін + іприб ін ів ін °С (12)
іприб ін
Температуру подающего теплопровода системы отопления т' 3о рассчитаем с учетом постоянного безразмерного коэффициента смешения.
и _^^з^ _^------°, (13)
откуда
Т3о Т2 Т3о Т2
Т3° _(т1 т 2 НТ3° Т2) + т'2, (14)
Т1 Т2
где и - коэффициент смешения; т1, т ' 1 - проектная и фактическая температура воды в подающем теплопроводе ТС, °С.
Сведем полученные результаты в табл. 1.
Таблица 1
Температура внутреннего воздуха при фактических и расчетных параметрах теплоносителя
Дни (н Расчетные параметры Фактические параметры
Т1 Т2 т3о к т ' 1 т' 2 т' 3о Г в
1 1 65,5 42,9 52,3 18 74 51 60,6 18,1
2 -6 82,3 50,3 63,7 18 78 52 62,8 16,8
3 -12 96,3 56,3 73,0 18 87 57 69,5 15,9
4 -7 84,7 51,4 65,2 18 82 55 66,3 16,7
5 -9 89,4 53,4 68,4 18 82 54 65,7 16,3
6 -6 82,3 50,3 63,7 18 82 54 65,7 17,2
7 -10 91,7 54,4 69,9 18 85 56 68,1 16,3
8 -11 94,0 55,3 71,4 18 83 54 66,1 16,0
9 -10 91,7 54,4 69,9 18 85 55 67,5 16,5
10 -11 94,0 55,3 71,4 18 86 56 68,5 16,2
11 -11 94,0 55,3 71,4 18 86 56 68,5 16,2
12 -9 89,4 53,4 68,4 18 82 55 66,3 16,1
13 -10 91,7 54,4 69,9 18 80 53 64,3 15,8
14 -9 89,4 53,4 68,4 18 86 56 68,5 16,8
15 -11 94,0 55,3 71,4 18 87 57 69,5 16,2
16 -10 91,7 54,4 69,9 18 88 57 69,9 16,7
17 -9 89,4 53,4 68,4 18 87 57 69,5 16,8
18 -5 80,0 49,3 62,1 18 83 55 66,7 17,4
19 -2 72,8 46,2 57,3 18 81 54 65,3 18,1
20 -4 77,6 48,3 60,5 18 82 55 66,3 17,5
21 -3 75,2 47,2 58,9 18 80 53 64,3 17,8
22 -9 89,4 53,4 68,4 18 81 53 64,7 16,3
23 -5 80,0 49,3 62,1 18 87 57 69,5 17,9
24 -12 96,3 56,3 73,0 18 88 58 70,5 15,9
25 -11 94,0 55,3 71,4 18 86 57 69,1 16,0
26 -16 105,4 60,1 79,0 18 88 57 69,9 15,0
27 -20 114,5 63,8 84,9 18 89 57 70,3 14,1
28 -19 112,2 62,9 83,4 18 90 58 71,3 14,4
29 -20 114,5 63,8 84,9 18 89 56 69,8 14,3
30 -21 116,7 64,7 86,4 18 88 56 69,3 13,8
31 -22 118,9 65,6 87,8 18 88 56 69,3 13,6
Как говорилось выше, время ремонта отказа на тепловых сетях - величина, зависящая от температуры внутреннего воздуха в помещении. Рассчитаем время ремонта (восстановления) отказавшего элемента тн°рм с учетом нормы для снижения температуры
воздуха внутри помещения при отключении потребителя тНОМ =10°С и средней
теплоаккумулирующей способности зданий в = 40 ч, для различных температур внутри помещения [1].
^ > норм > Л
тнворм _ -в 1п вн1 ~ сп , ч . (15)
Полученные данные сведем в табл. 2.
Таблица 2
Нормативное время восстановления теплопроводов при различных температурах наружного и внутреннего воздуха
ten, °С -20 -25 -30
te, °С ТноРм 4
18 9,5 8,2 7,3
16 7,3 6,3 5,6
14 5,0 4,3 3,8
12 2,6 2,2 2,0
Полученные нормированные значения времени восстановления определяют наибольший диаметр тупиковой разветвленной тепловой сети. И чем меньше срок восстановления участка теплопровода, тем меньше, с точки зрения надежности, должен быть диаметр ответвления, что полностью противоречит сегодняшней сложившейся ситуации. Значит, для обеспечения требуемого уровня надежности необходимо увеличение затрат на обслуживание и, как следствие, уменьшение оптимального радиуса действия центральных тепловых сетей (ЦТС).
На сегодняшний день основные характеристики системы централизованного теплоснабжения, такие как комбинированная выработка энергии, центральное качественное регулирование параметров теплоносителя, из разряда положительных переходят в негативные из-за заниженных параметров теплоносителя на источнике. При современном рынке теплогенерирующего оборудования стоит основательно задуматься о рациональном использовании ЦТС и области их действия. Причем главными критериями выбора системы теплоснабжения должны быть качество и надежность работы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ионин А. А. Надежность систем тепловых сетей / А. А. Ионин. М.: Стройиздат, 1989. 268 с.
*
2. СНиП 2.08.02-89 . Общественные здания и сооружения. Утверждены постановлением Государственного строительного комитета СССР от 16 мая 1989 г. № 78.
*
3. СНиП 2.09.04-87 . Административные и бытовые здания. Утверждены постановлением Государственного строительного комитета СССР от 30 декабря 1987 г. № 313.
Спирин Андрей Владимирович -
ассистент кафедры «Теплогазоснабжение и вентиляция»
Саратовского государственного технического университета
Малая Элла Максовна -
кандидат технических наук, доцент кафедры
«Теплогазоснабжение и вентиляция»
Саратовского государственного технического университета
Статья поступила в редакцию 25.11.09, принята к опубликованию 25.03.10
Spirin Andrey Vladimirovich -
Junior Research Staff Member
of the Department of «Heat and Gas Supply»
of Saratov State Technical University
Malaya Ella Maksovna -
Candidate of Technical Sciences,
Assistant Professor of the Department of «Heat and Gas Supply» of Saratov State Technical University
