Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,737

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ В ТЕПЛОВЫХ СЕТЯХ ГОРОДА ТЮМЕНИ

Чекардовский М.Н. 1 Илюхин К.Н. 1 Ильин В.В. 1 Алейников Д.А. 1 Мельников А.П. 1
1 ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет»
В данной статье проведена исследовательская работа в системе централизованного теплоснабжения города Тюмени. За основу были взяты фактические гидравлические режимы тепловой сети с учетом перспективной тепловой нагрузки и с учетом аварийного режима работы тепловой сети. Для примера был рассмотрен гидравлический расчет, электронной модели Тюменской тепловой сети, выполненный в программном комплексе ZuluThermo. Даны рекомендации по повышению энергетической эффективности системы централизованного теплоснабжения в контуре Тюменской ТЭЦ-2. Рекомендации связаны с перекладкой трубопроводов, которые позволят изменить существующий гидравлический режим в сторону увеличения пропускной способности трубопроводов, тем самым появится возможность увеличить количество подаваемого тепла к потребителю. Потребитель в свою очередь будет регулировать количество тепла в зависимости от его потребности, согласно тем параметрам, которые дает тепловая сеть, тем самым при выполнении всех рекомендаций потребитель получает необходимое количества тепла, а оставшееся тепло подается на перспективную застройку города.
тепловые сети
гидравлический режим
развитие систем теплоснабжения.
1. Исследование режимов работы магистральных тепловых сетей в контуре Тюменской ТЭЦ-2 / К.Н. Илюхин, А. П. Мельников, Д.А. Алейников, А.Ф. Шаповал, О.А. Степанов // Приволжский научный журнал, период. науч. изд. – Н. Новгород, ННГАСУ, 2012. – № 2. – С. 104-108.
2. Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок. Утверждены Приказом Минэнерго РФ от 24.03.2003 № 115. – 192 с.
3. Сканави А.Н., Махов Л.М. Отопление: учебник для вузов. Изд-во АСВ, 2008. – 576 с.
4. СНиП 41-02-2003. Тепловые сети: утв. Госстроем России: взамен СНиП 2.04.07 – 86*: дата введ. 01.09.03. – М.: ГУП ЦПП, 2003. – 38 с.
5. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: учеб. для вузов / Е.Я. Соколов. – М.: Изд-во МЭИ, 2001. – 472 с.

Постановлением Правительства РФ № 154 от 22.02.2012 (далее – Постановление Правительства № 154) введены в действие «Требования к схемам теплоснабжения, порядку их разработки и утверждения». Они разработаны с целью – обеспечить реализацию Федерального закона № 190-ФЗ «О теплоснабжении». В качестве одного из требований к схемам теплоснабжения Постановление Правительства РФ № 154 определяет разработку электронных моделей систем централизованно теплоснабжения (СЦТ).

В связи с этим, с 1 января 2013 года использование расчётных моделей систем централизованного теплоснабжения (СЦТ) станет обязательным условием для городских округов с численностью населения 100 тыс. человек и более. Следует отметить, что такая модель для СЦТ г. Тюмени была разработана в 2010 г.

Для разработки расчётной модели на план городского округа необходимо нанести существующие тепловые сети. В качестве исходных данных, например, в программном обеспечении ZuluThermo необходимо указать информацию об источнике (геодезическая отметка, расчётные температуры наружного воздуха, холодной воды и горячего водоснабжения, режим работы источника и др.), тепловых сетях (диаметры, длины, местные сопротивления, шероховатость и др.) и потребителях (тепловая нагрузка, геодезическая отметка, требуемый напор и др.). Схема дополняется такими элементами как повышающие и дроссельные насосные станции, указываются открытые / закрытые секционные задвижки и т.д.

Для определения возможности использования полученной модели проводится аналогия фактических гидравлических параметров и полученных расчётным путём.

В связи с этим, актуальностью исследования является анализ гидравлических режимов тепловой сетив контуре Тюменской ТЭЦ-2 в программном комплексе ZuluThermo, с учетом подключения к СЦТ перспективной тепловой нагрузки.

Во время проведения исследования были решены следующие задачи:

  • проведен анализ гидравлических параметров в магистральной тепловой сети с учетом подключения к ней перспективной тепловой нагрузки по действующим техническим условиям;
  • проведен анализ необходимых требований для реализации плана по подключению новой тепловой нагрузки;
  • внесены предложения по улучшению параметров тепловой сети с учетом подключения новой тепловой нагрузки.

Для анализа возможных сценариев работы тепловых сетей требуется разработка аварийных и перспективных режимов.

Следовательно, необходимо выделять и перспективные гидравлические режимы, который необходим для предотвращения уменьшения необходимых параметров теплоносителя на конечных потребителях [1].

Фактический гидравлический режим используется при разработке аварийных режимов для моделирования всех возможных вариантов ухудшения параметров теплоносителя, определения потребителей, параметры теплоносителя которых будут снижены в связи с возникновением аварии на тепловых сетях.

Разработка перспективных гидравлических режимов заключается в определении технической возможности подключения дополнительной тепловой нагрузки. При этом организация, осуществляющая эксплуатацию сетей инженерно-технического обеспечения, определяет технические условия в соответствии с ранее выданными обязательствами по обеспечению подключения объектов капитального строительства. Иными словами, учитываются все действующие технические условия. В результате в расчётной модели СЦТ увеличивается расход теплоносителя по сравнению с фактическим гидравлическим режимом.

При этом следует учитывать, что общими принципами организации отношений в сфере теплоснабжения являются [2]:

  • обеспечение надёжности теплоснабжения в соответствии с требованиями технических регламентов;
  • обеспечение энергетической эффективности теплоснабжения и потребления тепловой энергии [5];
  • развитие систем централизованного теплоснабжения;

В связи с этим, у каждого подключенного потребителя тепловой энергии должны выдерживаться следующие параметры:

  • давление в обратном трубопроводе не должно быть выше предельно допустимого – 6,0 кгс/см2, для систем отопления с чугунными отопительными приборами, 10,0 кгс/см2 – со стальными [4];
  • располагаемый перепад на вводе в тепловой пункт не должен быть ниже 1,5 кгс/см2 [2].

Так, при подключении суммарной тепловой нагрузки по выданным техническим условиям в размере 380 Гкал/ч в контуре Тюменской ТЭЦ-2 наблюдаются следующие отклонения от эффективного гидравлического режима (таблица 1):

Таблица 1. Параметры теплоносителя тюменской тепловой сети от ТЭЦ-2 до 4к25

Контрольная точка

Давление, м. вод.ст.

Геодезическая отметка, м

Подающий трубопровод

Обратный трубопровод

ТЭЦ-2

117,2

14,2

73,8

9к1а

87,6

36,5

72

ПНС-5.1

71

45,8

72

115

9П5-1.2

90,8

42,6

84,2

9П6-1.2

64,6

36,8

100

9П8-1.2

62,7

46,9

96

ПНС-3

68,4

66,3

83,8

39,3

4П8

58,9

43,6

86

4к25

62,5

59,2

76

  • в тепловой камере 4К11, а также на участке тепловой сети от теплового павильона 4П9 до тепловой камеры 4К25 не обеспечивается нормативный располагаемый перепад в 15 м. вод.ст.;
  • давление в обратном трубопроводе на участке тепловой сети от теплового павильона 4П9 до тепловой камеры 4К25, а также в тепловой камере 4К11 превышает допустимое рабочее давление, которое для зависимых систем теплоснабжения составляет 6,0 кгс/см2.

Таким образом, для стабилизации гидравлических параметров необходимо предусмотреть развитие тепловых сетей.

Вместе с тем, при проектировании новых и реконструкции действующих СЦТ, а также при разработке мероприятий по повышению эксплуатационной готовности и безотказности работы всех звеньев системы расчёт гидравлических режимов обязателен [2].

Для обеспечения технической возможности подключения перспективной тепловой нагрузки филиалом ОАО «УТСК» Тюменские тепловые сети использована электронная модель СЦТ города Тюмени, с целью разработки мероприятий по развитию тепловых сетей, которые включены в Инвестиционную программу по развитию системы коммунальной инфраструктуры, используемой для производства товаров (оказания услуг), в целях обеспечения централизованного теплоснабжения на 2012–2016 годы (ИП). В соответствии с ИП в контуре Тюменской ТЭЦ-2 предусмотрена реализация 8 мероприятий по реконструкции тепловых сетей что, в свою очередь, значительно повысит эффективность работы СЦТ. Данные мероприятия включают в себя:

  • реконструкцию участка тепломагистрали по ул. Широтной от камеры 9П1 (9П1-а-1) до камеры 9К1б с увеличением диаметра 2Ду = 1000 мм на 2Ду = 1200мм, L=75 м (в двухтрубном исчислении);
  • модернизацию ПНС-3 с установкой насосных агрегатов на подающем трубопроводе и строительство подающего;
  • реконструкцию участка тепломагистрали № 9 по ул. Широтной от смотровой камеры до ПНС-5 в ППУ изоляции с увеличением диаметра до 4Ду1000мм, L=160 м (в четырехтрубном исчислении);
  • реконструкцию участка тепломагистрали № 4 от ПНС №3 до 4К12 с увеличением диаметра до 720 мм, L=140 м (в двухтрубном исчислении);
  • реконструкцию участка тепломагистрали № 1 по ул. 50 лет. Октября от камеры 1П3 до камеры 4П1, через ПНС-1, с увеличением диаметра трубопроводов и запорной арматуры 2Ду = 800мм на 2Ду = 1200мм, L=1400 м (в двухтрубном исчислении);
  • реконструкцию участка тепломагистрали № 1 по ул. Одесская от камеры 11П1 до камеры 1П2 с увеличением диаметра 2Ду = 700мм на 2Ду = 1000мм, L=900 м (в двухтрубном исчислении);
  • реконструкцию участка тепломагистрали № 5 от 5К24 до 5К27 с увеличением диаметра до 2Ду700, L=800 м (в двухтрубном исчислении);
  • реконструкцию участка тепломагистрали № 5 от 5П2а до 5К22а с увеличением диаметра до 2Ду700, L=180 м (в двухтрубном исчислении).

После выполнения мероприятий по развитию СЦТ отмеченные ранее отклонения от эффективного гидравлического режима будут устранены (таблица 2).

Таблица 2. Параметры теплоносителя в тюменских тепловых сетях от ТЭЦ-2 до 4к25 после реализации инвестиционной программы

Контрольная точка

Давление, м.вод.ст.

Геодезическая отметка, м.

Подающий трубопровод

Обратный трубопровод

ТЭЦ-2

117,2

14,2

73,8

9к1а

95

29,8

72

ПНС-5.1

76,7

41,7

72

115,2

9П5-1.2

94,8

36,8

84,2

9П6-1.2

68,7

30,9

100

9П8-1.2

66,9

40,9

96

ПНС-3

75,2

57,6

83,8

30,6

4П8

66,5

33,6

86

4к25

70,1

49,3

76

Кроме этого, представляется возможным подключение дополнительной перспективной тепловой нагрузки. Однако принятие окончательного решения о возможности подключение объектов капитального строительства должно производиться на основании гидравлического расчёта.

Практическая ценность электронных моделей СЦТ заключается в быстром выполнении расчётов и отображении параметров теплоносителя на каждом тепловом пункте потребителей тепловой энергии.

Хочется верить, что уже в ближайшее время использование электронных моделей СЦТ станет обычной практикой теплоснабжающих организаций при разработке гидравлических режимов.

Однако для разработки эффективной системы централизованного теплоснабжения необходим комплексный подход в использовании энергосберегающих технологий. Так, например, применение систем автоматического регулирования потребления тепловой энергии в индивидуальных тепловых пунктах позволит значительно снизить температуру в обратном трубопроводе тепловых сетей (рисунок 1). Тем самым повысится выработка электрической энергии на источнике централизованного теплоснабжения, работающем по теплофикационному циклу. Снизится расход в тепловой сети и расход электрической энергии на перекачку теплоносителя.

Рис 1. Температура в обратном трубопроводе тепловой сети

Таким образом, для разработки энергоэффективной системы централизованного теплоснабжения требуется:

  • поэтапное внедрение современных технологий во всей цепочке теплоснабжения (источник – тепловые сети – потребитель);
  • своевременный ремонт всей цепочки теплоснабжения для предотвращения появления аварийных ситуаций;
  • создание нормативной базы по стимулированию к развитию высоких технологий в области теплоснабжения.

Рецензенты:

Миронов В.В., д.т.н., профессор, профессор кафедры «Водоснабжения и водоотведения» ТюмГАСУ, г. Тюмень.

Степанов О.А., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Промышленной теплоэнергетики» ТюмГАСУ, г. Тюмень.


Библиографическая ссылка

Чекардовский М.Н., Илюхин К.Н., Ильин В.В., Алейников Д.А., Мельников А.П. ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ В ТЕПЛОВЫХ СЕТЯХ ГОРОДА ТЮМЕНИ // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 6.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=10788 (дата обращения: 15.07.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252