Обеспечение надёжного функционирования тепловых сетей в эксплуатации

Система тепловых сетей, как всякая сложная техническая система, должна обладать свойствами контролируемости и управляемости. Контролепригодность системы закладывается при проектировании путём размещения на пультах управления соответствующих контрольно-измерительных приборов и применения стационарных и передвижных средств технического диагностирования.

Управляемость системы тепловых сетей предусматривает возможность обеспечения бесперебойного теплоснабжения потребителей за счёт переключения отдельных участков сети при изменении внешних условий и при отказах отдельных элементов.

Как уже отмечалось, в тепловых сетях могут происходить отказы, приводящие к недоотпуску тепла той или иной группе потребителей. Отказ может быть полным (отказ-срыв), когда система прекращает работу, и частичным (отказ-помеха), при котором осуществляется пониженная подача тепла.

Системы централизованного теплоснабжения (СЦТ) — это сложные, пространственно распределенные инженерные сооружения с принципиальной недостаточностью статистической информации об отказах элементов и законах распределения случайных величин. При возникновении отказа в СЦТ недопустимо полное длительное отключение нагрузки отопления. Вместе с тем, благодаря инерционности и аккумулирующей способности тепловых сетей и зданий и возможности некоторого временного снижения температуры внутри отапливаемых помещений против заданного значения (за исключением отдельных категорий потребителей) в аварийных условиях можно ограничить подачу тепла, т. е. установить пониженный по сравнению с расчетным уровень теплоснабжения.

Надежность системы теплоснабжения можно обеспечить различными способами. Один из общепринятых — применение более надежных элементов СЦТ в сочетании с резервированием наиболее ответственных элементов системы. Резервирование может потребовать внедрения режимных мероприятий для повышения управляемости СЦТ, чтобы в состоянии отказа перераспределять потоки тепла и обеспечивать выполнение нормативов надежности. Нерезервированные элементы должны иметь такие показатели, при которых выход их из строя не повлек бы за собой полного отказа всей системы.

Системы тепловых сетей могут резервироваться отдельными нагрузочными линиями или перемычками. Нагрузочные линии в нормальных условиях несут нагрузку ниже расчетной. Современные тепловые сети в России, как правило, не оснащены средствами перераспределения расхода теплоносителя и автоматического регулирования нагрузки в аварийных ситуациях, что значительно усложняет резервирование. Изменение расхода теплоносителя происходит нерационально. Потребители, находящиеся в аварийных ситуациях в конце вновь образованного пути снабжения, недополучают тепло даже при достаточных резервных связях. Определение достаточности резервирования — процесс трудоемкий, так как подбор резервных связей ведется методом проб и ошибок с проверкой гидравлических режимов.

Вместе с тем резервные связи сами по себе снижают надежность СЦТ в целом, так как приводят к росту вероятности отказов из-за увеличения количества элементов в системе. Указанное кажущееся противоречие отмечено выше при рассмотрении кривых на рис. 3 и 4. Для каждой системы необходимо определять предельное суммарное значение резервируемых теплопроводов по критерию вероятности безотказной работы.

Управляемость системы теплоснабжения при изменении внешних условий имеет целью не допустить перерывов в подаче тепла потребителям при ярко выраженном стохастическом спросе с их стороны. Случайное изменение спроса на теплоту должно восприниматься источниками тепловой энергии, и путём автоматического воздействия на регулирующие органы должна соответствующим образом изменяться подача теплоносителя. Эти функции должна выполнять система центрального регулирования на ТЭЦ, однако, учитывая специфику регулирования гидравлических систем, центральное регулирование может обеспечить только частичную компенсацию изменения спроса потребителей. Полная компенсация осуществляется регулированием гидравлического и теплового режима со стороны потребителей.

Регулирование подачи теплоносителя осуществляется двумя способами: путём изменения температуры теплоносителя (качественное регулирование) и изменением его расхода (количественное регулирование). Наиболее распространено центральное качественное регулирование и местное количественное за счёт изменения гидравлического режима сети.

Исследования показали⁴, что современные системы теплоснабжения для обеспечения требований по надёжности должны иметь иерархическое построение с крупными узлами управления на ТЭЦ или в районных котельных и автоматизацию расхода теплоносителя у потребителей. Это означает, что СЦТ должна проектироваться на максимальные тепловые нагрузки, а местные потребители должны управлять поступающими потоками теплоносителя и снижением температуры сетевой воды.

Современные системы местного регулирования, основанные на поддержании нужного гидравлического режима поступления теплоносителя из СТЦ, обеспечивают достаточную точность соответствия подачи теплоты её потребностям. Заданная температура горячей воды, поступающей к потребителям, поддерживается автоматическим регулятором температуры, устанавливаемым на теплообменнике горячего водоснабжения. Эти регуляторы обеспечивают поддержание требуемой температуры путём дросселирования поступающего потока теплоносителя, т. е. путём управления гидравлическим режимом теплообменника горячего водоснабжения.

Рассмотренный процесс регулирования теплоснабжения потребителей обеспечивает надёжную работу системы при различных внешних возмущениях, возникающих при эксплуатации СТЦ и не связанных с возникновением аварийных ситуаций.

Для повышения надёжности систем при отказах, связанных со значительным отключением потребителей и большой недопоставкой тепловой энергии, основные тепломагистрали закольцовывают. Но даже при кольцевых системах отказ головных или близких к ним участков вызывает напряжённый гидравлический режим, что в свою очередь требует перевода системы на режим лимитированного теплоснабжения. Подобной ситуации можно избежать при расчёте резервированных теплотрасс на 100% -й расход теплоносителя, что значительно увеличивает капитальные затраты на систему теплоснабжения.