Справочник строителя | Производство и потребление тепла

ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ ТЕПЛОТЫ

УСТРОЙСТВА И КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

Важнейшей функцией СЦТ является доведение произведенной на теплоисточниках теплоты до потребителей наиболее надежным и экономичным образом. Для выполнения ее сооружают трубопроводные системы, хорошо изолированные тепловой изоляцией, защищенные от внешнего воздействия и повреждений, оснащенные запорной и регулирующей арматурой, средствами автоматики и учета теплоты и теплоносителей.

Тепловая сеть - совокупность устройств, предназначенных для передачи и распределения теплоты (горячей воды или пара, или горячих газов) от источника к потребителям.

Тепловые сети - сооружения самые дорогие, металлоемкие и трудозатратные среди инженерных коммуникаций городов, поэтому они должны выполняться так, чтобы могли служить не менее 50 лет, не требуя частых ремонтов и перекладок и не снижая своих эксплуатационных качеств в этот срок. Эти требования формируют показатели надежности и долговечности систем СЦТ, которые в свою очередь определяют экономику теплоснабжения в целом.

Надежность - это свойство объекта выполнять заданные функции в заданном объеме при определенных условиях функционирования.

Надежность является сложным, комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его эксплуатации включает в себя ряд свойств: безотказность, долговечность, ремонтопригодность, режимную управляемость, живучесть, безопасность, определяемых своими количественными и качественными параметрами и характеристиками. В теплоэнергетике теория надежности пока слабо разработана, не определены величины упомянутых параметров, не собран достаточный статистический материал. В свою очередь, надежность является элементом еще более общего свойства - качества, под которым понимается

совокупность свойств, обуславливающих пригодность системы и ее продукции для удовлетворения определенных потребностей в соответствии с ее назначением.

В нашей стране принято промышленную продукцию (услугу) стандартизировать - устанавливать стандарт качества. Так, после длительных поисков был разработан стандарт на электрическую энергию - ГОСТ 23875-88.

На качество тепловой энергии такого ГОСТа пока нет, нет его и в других странах. Объясняется это многофакторностью процесса теплоснабжения, динамическими изменениями во времени его параметров. Поэтому практика теплоснабжения выработала свои критерии надежности и качества процесса, которые позволяют косвенным образом оценивать эти параметры. Они будут рассмотрены в главе 10.

Схемы тепловых сетей зависят в первую очередь от наличия, мощности и размещения теплоисточников, вида теплоносителя и превалирующего теплового потребления, взаимного размещения тепловых потребителей, принятой схемы СЦТ и ряда других факторов (наличие водоисточников, транспортных коммуникаций, основных градостроительных решений).

Учитывая сложность задачи правильного выбора и разработки таких схем, в 1980 г. были выпущены СН 531-80 «Инструкция о составе, порядке разработки и утверждения схем теплоснабжения населенных пунктов с суммарной тепловой нагрузкой до 116 МВт (100Гкал/ч)».

По принципу работы схемы тепловых сетей подразделяют на районные (или изолированные) и общие (или единые).

Изолированные сети привязаны к одному источнику теплоты и обслуживают конкретный изолированный район, промышленный центр или город в целом. Недостатком таких сетей является низкая маневренность при присоединении тепловых потребителей, невозможность резервирования от отдельных теплоисточников.

Для крупных городов и промышленных районов разработаны и построены единые тепловые схемы трубопроводов, которые не привязаны к конкретному источнику теплоты, они позволяют организовать параллельную работу многих источников на общую, обезличенную сеть. Это создает возможность резервирования источников теплоты, рационального использования имеющихся тепловых мощностей, позволяет маневрировать сооружением теплоисточников и развитием сети, предотвращать развитие аварий.

Впервые в 70-х годах такую единую обезличенную тепловую сеть с оптимальными параметрами функционирования и резервирования для крупного областного центра г. Новосибирска удалось выполнить новосибирским энергетикам под руководством ученых Новосибирского энергетического института РАН.

Строительные нормы и правила по проектированию тепловых сетей при их подземной прокладке в непроходных каналах и при бесканальной прокладке предписывают организовывать резервную подачу теплоты в зависимости от расчетной температуры наружного воздуха для отопления и диаметров трубопроводов, принимаемых по табл. 1.

Таблица 1.

ПРИМЕЧАНИЕ: Знак «-» означает, что резервной подачи теплоты не требуется.

Так большинство районных и квартальных тепловых станций Москвы (и по стране в целом) были спроектированы и построены как источники, предваряющие и подготавливающие развитие теплофикации города от мощных московских (или местных) ТЭЦ. Гидравлические и температурные их режимы, схемы присоединения абонентов были увязаны с требованиями «большой» энергетики, что позволяло легко переключать тепловые нагрузки РТС и КТС на Теплосети «Минэнерго» (и обратно), выводить их в горячий и холодный резервы. Такие московские районы-новостройки как Измайлово, Кузьминки, Химки-Ховрино, Коптево, Кунцево и другие, первоначально получавшие теплоту от местных изолированных источников - РТС и КТС, с приходом магистральных сетей от ТЭЦ были переключены на работу в единые сети. Наличие резервных связей и перемычек, резервных законсервированных теплоисточников в единых тепловых сетях позволяло предотвратить развитие серьезных аварий в городе. Например: при разрыве продольного заводского сварного шва транзитной магистральной тепловой сети диаметром 1200 мм от ТЭЦ-22 законсервированная Кузьминская РТС (ранее обслуживавшая несколько районов города) была быстро запушена в работу и спасла положение; при аварии и выходе из строя филиала ТЭЦ-12 в сильные морозы тепловая нагрузка ее в 300 МВт была незамедлительно переключена на только что построенную Краснопресненскую РТС, соединенную магистральными резервными перемычками с филиалом ТЭЦ-12; законсервированная Коптевская РТС несколько отопительных сезонов использовалась «в помощь» городским ТЭЦ.

Кроме того, в советское время весенне-летняя тепловая нагрузка большинства РТС и КТС Москвы (и ряда других городов) через резервирующие перемычки переключалась на «Теплосети Минэнерго», что давало возможность эффективно загружать теплофикационные турбины ТЭЦ (используя пар низких потенциалов), экономить громадные объемы природного сетевого газа, увеличивать сроки и маневренность профилактических мероприятий на теплоисточниках. К сожалению, в условиях рыночной экономики такие переключения прекратились - народное хозяйство потеряло энергетический потенциал и несет значительные убытки.

В связи с высокой централизацией теплоснабжения от ТЭЦ возникла необходимость по аналогии с электрическими и газовыми сетями единые городские тепловые сети крупных городов выполнять по двух- и трехступенчатой схеме, с четким делением сетей на магистральные («высокого температурного потенциала») диаметрами 600-1400 мм и более, распределительные (квартальные) диаметрами 300-600 мм и дворовые сети диаметрами менее 300 мм. Для повышения надежности и качества параллельной работы источников на единые сети потребовалась гидравлическая и температурная изоляция магистральных тепловых сетей от распределительных (квартальных), осуществляемая путем сооружения водоподогревательных подстанций или смесительных насосных подстанций, а также сооружения специальных распределительных устройств, называемых контрольно-распределительными пунктами (КРП).

Водоподогреватель - устройство, находящееся под давлением выше атмосферного, служащее для нагревания воды водяным паром, горячей водой или другим теплоносителем.

По конфигурации различают лучевые и кольцевые сети. Большинство тепловых сетей от РТС и КТС строились как лучевые, они наиболее просты, дешевы и удобны в эксплуатации, хотя в аварийных условиях они не позволяют обеспечить отключаемых потребителей даже минимальным расходом теплоносителя. Кольцевые сети и лучевые с перемычками обеспечивают резервирование, и в этих случаях часто спасают положение. На рис. 1 показана схема изолированной тепловой сети от одной ТЭЦ с насосно-повысительными подстанциями, гидравлическими регуляторами и перемычками.

Рисунок 1. Схема изолированной тепловой сети от одной ТЭЦ с насосно-повысительными подстанциями, гидравлическими регуляторами и перемычками: РДП - районный диспетчерский пункт; ─ - магистральные тепловые сети; ▬ - распределительные (квартальные) тепловые сети; □ - ЦТП; ○ - ИТП; “стрелка в круге” - насосные подстанции

Вывод теплоты от ТЭЦ (или РТС) осуществляется, как правило, по нескольким магистралям. Для повышения надежности теплоснабжения магистрали соединяются между собой резервирующими перемычками. В результате этого в теплосети образуются сложные многокольцевые гидравлические системы. Стоимость теплосети при этом несколько возрастает. Контроль за гидравлическими и температурными режимами осуществляется с помощью средств телемеханики и автоматики на коллекторах ТЭЦ, на насосных подстанциях и в характерных точках тепловых сетей.

ТЕПЛОНОСИТЕЛИ В СИСТЕМАХ ЦТ

В качестве теплоносителей систем ЦТ применяются вода - для целей отопления, вентиляции и горячего водоснабжения и водяной пар - для промышленных и технологических нужд. Каждый из этих теплоносителей обладает специфическими особенностями и качествами, которые обязательно учитываются при проектировании систем, экономических и технических расчетах, разработке правил эксплуатации и содержания энергоустановок.

Водяная система теплоснабжения - система теплоснабжения, в которой теплоносителем является вода.

Вода как теплоноситель в системах ЦТ имеет следующие преимущества перед паром:

1)    возможность транспортирования на большие расстояния без больших потерь температурного потенциала, а, следовательно, возможность более экономичной комбинированной выработки теплоты и электроэнергии на ТЭЦ;

2)    удобство центрального качественного и количественного регулирования отпуска теплоты на источнике ее;

3)    простота присоединения большинства абонентских систем к тепловым сетям;

4)    сохранение всего конденсата греющего пара на ТЭЦ в водонагревательных установках.

Паровая система теплоснабжения - система теплоснабжения, в которой теплоносителем является пар.

Пар в свою очередь обладает перед водой следующими преимуществами:

1)    более широкие возможности применения как теплоносителя (большая универсальность) - возможности удовлетворять не только тепловые потребности, но также и силовые, и некоторые технологические нужды (пропарку, абсорбирование газов и др.);

2)    малый вес и незначительность создаваемых гидростатических давлений в трубопроводах даже при самых неблагоприятных рельефах местности теплоснабжаемых районов;

3)    простота обнаружения и ликвидации аварий в сетях, так как пар всегда выходит на поверхность земли, а вести сварочные работы при авариях можно немедленно после выключения пара;

4)    простота начальной регулировки абонентских систем вследствие автоматизма распределения пара отдельными приборами и системами;

5)    отсутствие расхода электроэнергии на передачу пара, так как он поступает к абоненту под давлением в парогенераторах на теплоисточнике, а расход энергии на возврат конденсата весьма незначителен по сравнению с расходом энергии на перекачку воды в водяных теплосетях.

В СССР преимущественное строительство получили водяные системы ЦТ, в то время как в США, ФРГ, Бельгии - паровые. Пропускная способность трубопроводов по теплоте и по теплоносителю представлена в табл. 2. Сравнение водяных сетей с паровыми для средних условий показывает, что водяные сети с расчетным перепадом температур в 60°С примерно равноценны паровым сетям со средним давлением пара в 5 атм.

Таблица 2. Пропускная способность трубопроводов по теплоте и по теплоносителю*

* Определено при ∆t = 60 °С для воды; ∆i = 550 ккал/кг - для пара, для других условий использования теплоносителей необходим перерасчет.

По способу использования первичных теплоносителей системы ЦТ делятся на две большие группы - закрытые и открытые.

Правильный выбор построения и реализация схемы теплоснабжения населенных пунктов во многом определяют пути развития систем ЦТ как собственно источников теплоснабжения, тепловых сетей от них, так и абонентских установок, а также технические и экономические показатели их. В отечественной теплоэнергетике более половины систем водяного ЦТ построены по открытой схеме (рис. 2).

Рисунок 2. Принципиальная схема ТЭЦ с непосредственным водоразбором из тепловых сетей с термической стабилизацией подпиточной воды для тепловых сетей: 1 - водоподготовка; 2 - подпиточный насос; 3 - сетевой насос; 4 – основной бойлер; 5 - пиковый бойлер (или пиковый котел); 6 - регулятор давления; 7 - смеситель; 8 - элеватор; 9 - бак-аккумулятор; 10 - отопительный прибор; 11 - раковина; 12 - душ; 13 - ванна; 14 - турбина; 15 - электрогенератор; 16 - конденсатор; 17 - котел; 18 - редукционно-охладительная установка; 19 – обратный клапан; 20 – водомер

В закрытых системах теплоноситель используется в виде греющей среды (рабочего тела), для нагрева вторичного теплоносителя - воды, воздуха, газов, рабочих жидкостей и сред абонента в поверхностных аппаратах. Например, для нагрева в пластинчатых или кожухотрубных подогревателях водопроводной воды для целей горячего водоснабжения, или воздуха в калориферах для сушильных аппаратов и т.д. Конденсат паровых теплообменных аппаратов собирается в конденсатные баки и возвращается на станцию.

Закрытая водяная система теплоснабжения - водяная система теплоснабжения, в которой вода, циркулирующая в тепловой сети, используется только как теплоноситель и из сети не отбирается.

В открытых системах первичный теплоноситель используется как рабочая среда полностью или частично в абонентских установках теплового потребления. Например, в открытых водяных системах ЦТ сетевая вода полностью обеспечивает горячей водой абонентские установки, будь то жилые дома, административные здания или же промышленные предприятия (обмывочные производства, гаражи и др.), то есть разбирается из городской теплосети.

Открытая водяная система теплоснабжения - водяная система теплоснабжения, в которой вода частично или полностью отбирается из сети потребителями теплоты.

В паровых системах пар может использоваться непосредственно для пропарки железобетона в пропарочных камерах заводов ЖБИ, в бучильных аппаратах красильных и химических производств, в смешивающих барботажных подогревателях горячей воды и рабочих жидкостей, контактных аппаратах и др. Конденсат при этом полностью используется в технологическом производстве или аппаратах и назад не возвращается.

обсудить на форуме

объявления: стройка и ремонт

Поделитесь ссылкой в социальных сетях