7233

Таблица 2.2. Расчет величины ∑ωi Q j

Сумма параметров потока отказов системы составляет:

Для каждой аварийной ситуации определим по схеме теплоснабжения (см. рис. 2.3) недоподачу тепла Q 3 . Так, например, при отказе головного узла задвижек вся система не получает тепло, следовательно, Q = Q0 = 1000 МВт; при отказе участка 4 Q = 200 МВт, так как для ремонта перекрывается задвижка 1 4 .

Расчеты сведем в табл. 2.2, где перенумеруем все аварийные ситуации, проставим недоподачу тепла для каждой из них Q j , укажем значения параметра потока отказов ωi и определим произведение ωi Q 3 для каждой аварийной ситуации. В итоге определим ∑ωi Q j для системы.

Показатель надежности рассчитываем по формуле:

Полученное значение показателя надежности ниже допустимого. Следовательно, такую систему теплоснабжения нельзя проектировать нерезервированной.

Для оценки влияния секционирующих задвижек на надежность рассчитаем показатель надежности этой системы, но в предположении, что на ней не установлены задвижки. В этом случае отказ любого участка приведет к отказу всей системы и показатель надежности можно определить из выражения:

61

где

При секционировании надежность повышается в 0,73:0,1065 = 6,85 раза.

Определим надежность тепловой сети рассмотренного выше района при условии, что магистрали закольцованы перемычкой (см. рис. 2.3). Общее число отказов, приводящих к отключению потребителей, увеличится на два (отказы задвижек перемычки) и составит 21.

Таблица 2.3. Расчет величины ∑ωi Q j

Сумма параметров потока отказов элементов равна:

Все расчеты, так же как и в предыдущем случае, сведем в табл. 2.3. Показатель надежности равен:

Полученное значение показателя надежности соответствует требуемому минимальному уровню (0,9) для больших систем теплоснабжения. Надежность системы можно повысить, изменив схему присоединения узловых потребителей. По схеме, показанной на рис. 2.3, каждый узловой потребитель присоединен к одному участку магистрали. По схеме, показанной на рис. 2.4, каждый узловой потребитель присоединен к двум соседним участкам. При таком присоединении потребителей исключается

62

влияние отказов участков магистралей на теплоснабжение узлов. При отказе одного участка магистрали потребитель будет получать тепло от соседнего участка. К отказу теплоснабжения узлового потребителя приводит отказ или одной из задвижек узла присоединения или ответвлений к нему. Так как задвижки и ответвления по понятию надежности соединены последовательно, параметр потока отказов узла равен сумме параметров потоков отказов его элементов.

Рассчитаем параметр потока отказов узла, считая длину ответвлений равной 2 км:

К отказу системы приводят следующие аварийные ситуации:

1)отказы головного узла задвижек с ω = 0,002·4 = 0,008 и недоподачей тепла Q0= 1000 МВт;

2)отказ любого узла присоединения потребителей с ωуз = 0 , 2 1 2 и недоподачей тепла Q = 1100 МВт (таких ситуаций 10).

Всего аварийных ситуаций 11. Сумма параметров потока отказов равна:

Рассчитаем показатель надежности:

Надежность увеличивается в 0,928:0,9081 = 1,022 раза, ненадежность уменьшилась в 0,0993:0,072=1,379 раза. Такие схемы следует применять для ТЭЦ с большими тепловыми нагрузками и ответвлениями к теплоснабжаемым узлам большой протяженности.

В результате проведенных расчетов обоснован структурный резерв системы из условия значения показателя надежности не менее 0,9.

63

Рис. 2.4 Расчетная схема тепловой сети с подачей тепла узловому потребителю от двух

соседних участков (См подрисуиочную подпись к рис. 2 3)

Рис. 2.5 Схема тепловой сети с перемычкой (См подрисуночную подпись к рис. 2.3)

64

Второй этап расчета надежности состоит в определении резерва пропускной способности (мощности) системы для обеспечения лимитированного теплоснабжения в любой аварийной ситуации рассмотрим расчеты этого этапа на примере схемы теплоснабжения, показанной на рис 10.3 Эта схема в двухлинейном изображении приведена на рис 10.5

Первоначально рассчитаем диаметры трубопроводов тепловой сети, считая ее нерезервированной, тупиковой (перемычку не рассматриваем) На коллекторах ТЭЦ примем следующие напоры на подающем — 120 м, на обратном — 20 м

Гидравлический расчет магистралей проведем исходя из условия, что напор на концевых участках трубопроводов обратной линии не превышает предела прочности нагревательных приборов системы отопления и для чугунных радиаторов составляет 60 м. Диаметры участков магистралей определим из условия, что суммарная потеря напора в обратной магистрали не превышает H=60— H0 = 60—20 = 40 м, где H0 — напор в коллекторе обратной магистрали ТЭЦ. Все ответвления от магистрали к контрольно-распределительным пунктам (КРП) примем одинакового диаметра. Для учета потерь напора в местных сопротивлениях введем коэффициент 1,25. Расход воды определим исходя из удельного расхода 10,75 т/ч на 1 МВт тепла.

Гидравлический расчет тупиковой тепловой сети приведен в табл. 2.4.

Таблица 2.4. Гидравлический расчет тупиковой схемы см. рис. 2.5)

Определим материальную характеристику нерезервированной тупиковой тепловой сети:

где d i l i — диаметр и длина участка; п — число участков. Материальная характеристика задвижки принималась равной мате-

риальной характеристике участка трубопровода соответствующего диа-

65

метра длиной 5 м. При расчете материальной характеристики учитывались диаметры трубопроводов подающей и обратной магистралей, а также ответвлений от магистралей к КРП.

М= 0,92·2000·2 + 0,82·2000·2 + 0,72·2000·2 + 0,63·2000·2 + 0,53·2000·2

+0,377·10 000·2 + 10·5·2 = 22120 м2.

Теперь проведем расчет аварийного режима для рассматриваемой схемы тепловой сети, считая ее закольцованной однотрубной перемычкой П между узлами 5 и 1 0 (см. рис. 2.5). Наиболее напряженный гидравлический режим возникает при отказе головного участка обратной магистрали. Из рассмотрения этого режима и определим диаметры трубопроводов магистралей, обеспечивающие необходимый резерв пропускной способности. Лимитированный расход теплоносителя примем равным 70% расчетной величины. Следовательно, в аварийной ситуации в каждый КРП будет подаваться 0,7-140=104,3 кг/с воды.

Вследствие симметричности схемы сети, гидравлический расчет аварийного режима проводим только для случая отказа трубопровода об ратной линии участка 6 а. При этом выключаются на время аварии два КРП, присоединенные к участку 6 . Охлажденная вода от потребителей участков 7 а, 8 а, 9 а, 10а движется против расчетного направления и через перемычку П вливается в обратный трубопровод 5а—1 а.

Таблица 2.4. Гидравлический расчет аварийного режима обратного трубопровода (аварийный участок 6а)

66

Рис. 2.6. Пьезометрические графики тепловой сети при отказах участков 6 и 6 а

1 — 1 0 — участки подающего трубоп ровода; 1 а— 1 0 а— участки обратного трубопровода; I , I I — при аварии на участке 6 а; I I I , I V — при аварии на участке 6 ; пунктиром показано направление движе ния теплоносителя при аварийных гидравлических режимах.

Гидравлический рас чет проводим исходя из условия, что суммарная потеря напора в трубопроводе обратной магистрали в ава рийном режиме не превышала H = 40 м. Диаметры магистралей и перемычки принимаем постоянными.

Результаты гидравлического расчета аварийного режи ма приведены в табл. 2.5.

Пьезометрические графики для подающего и обратного трубопроводов, соответствующие аварийным отключениям участков 6 а и 6 , показаны на рис. 2.6.

67

Материальная характеристика сети, рассчитанная с резервом пропускной способности, обеспечивающим в любой аварийной ситуации лимитированное теплоснабжение в размере 70% расчетного, равна:

М = 0,92·10 000·2 + 0,92·2000 + 0,377·10 000·2 + 12·5·2 = 26860 м2.

Таким образом, система теплоснабжения с показателем надежности, равным 0,9081, и лимитированным теплоснабжением в аварийных ситуациях в размере 70% расчетного, характеризуется дополнительными капитальными вложениями в размере: 26860 : 22120 = 1,21, т. е. 21%.

ПОСТРОЕНИЕ СХЕМ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ С УЧЕТОМ НАДЕЖНОСТИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Для возможности распределения теплоносителя между узловыми потребителями при аварийном гидравлическом режиме система должна быть управляемой.

Для осуществления быстрого перехода с расчетного гидравлического режима на аварийный, средства управления системы должны быть автоматизированными. В системе теплоснабжения, разработанной МИСИ и показанной на рис. 2.7, в каждом узле присоединения потребителей установлен специальный блок с регулятором-ограничителем расхода, который заранее настраивают на лимитированное теплоснабжение. Одновременно с включением регулятора-ограничителя расхода выключаются подогреватели горячего водоснабжения и включаются насосы, обеспечивающие необходимую циркуляцию теплоносителя в сетях потребителя.

Переход системы на лимитированное теплоснабжение при наличии необходимых автоматизированных средств управления возможен лишь при ограниченном числе узлов, т. е. только у систем с иерархическим построением. По верхнему иерархическому уровню осуществляют распределение теплоносителя между укрупненными тепловыми узлами и к сетям этого уровня непосредственно потребителей не присоединяют. К низшему уровню относятся распределительные сети микрорайонов и кварталов, в которые теплоноситель поступает из укрупненных узлов. В этих узлах должны быть специальные циркуляционные насосы, обеспечивающие при аварийных ситуациях в сетях микрорайонов нормальный гидравлический режим, но с пониженной по сравнению с расчетным значением температурой теплоносителя.

Рассмотренные управляемые системы резервированы на верхнем иерархическом уровне. Магистральные теплопроводы закольцованы, а резерв их пропускной способности рассчитан на лимитированное теплоснабжение. Так как к кольцующим перемычкам потребители не присоединяются, их целесообразно выполнять однотрубными, что дает существенный экономический эффект. Система по низшему

68

иерархическому уровню не резервирована, но ее надежность должна быть рассчитана на заданны й уровень. Этот уровень в итоге и определяет мощность укрупненног о теплового узла системы.

Рис. 2.7. Управляемая система теплоснабжения, закольцованная однотрубными перемычками

Главными достоин ствами системы тепловых сетей с иерархическим построением являются высокие эксплуатационные каче ства, хорошая управляемость, возможность осуществления лимитированн ого теплоснабжения в аварийных ситуациях, а также использование для кольцевания однотрубных перемычек.

Основным лимитирующим условием при определении резерва пропускной способности теплопроводов является жесткое ограничение максимального давления в обратной магистрали.

Кардинальным решением, обеспечивающим наиболее полное использование давления, созда ваемого циркуляционными насоса ми в аварийных гидравлических режим ах, является независимое присоединение потребителей. Однако сле дует отметить, что независимое присоединение абонентов само по се бе не решает проблемы надежности, т. е. такая система может иметь неуправляемый гидравлический реж им в аварийных ситуациях. В таком сл учае через теплообменники дальних потребителей пойдет ничтожный расход теплоносителя, в результате чего системы отопления зданий практически лишатся источников тепла. Для обеспечения надежного теплоснабжения необходимо управлять распределением теплоносителя между теплообменниками потребителей, а это возможно осуществлять лишь на крупных тепловых узлах. При этом

69

следует сохранять иерархичность построения системы. В таком случае каждый тепловой узел будет представлять собой отдельный источник тепла для распределительных сетей, присоединенных к нему. Циркуляционный контур сетей будет иметь самостоятельные нас осы и не будет гидравлически связан с режимом тепловых магистралей. Аварийные ситуации на тепловых магистралях будут сказываться л ишь на лимитированной подаче тепла в узел, что приведет к некоторому снижению температуры воды, ц иркулирующей в распределительных сетях, без гидравлической их разрегулировки, а, следовательно, будет обеспечено лимитированное теплоснабжение всех потребителей.

Резервирование теп ловых магистралей возможно не только путем кольцевания. Трехтрубная резервированная система тепловых магистралей предложенная М ИСИ и показанная на рис. 2.8, обл адает высокими

двухтрубные ответвления, ведущие к РТП потребителей 5, подающие и обратные трубопроводы снабжены задвижками 6 — 1 1 , позволяющими отключать любой участок трубопровода тепловой магистра ли. Перемычка

Рис 2.8 Схема трехтрубной системы тепломагистралей.

При аварии на труб опроводе 1 с помощью задвижек 6 и 7 отключается поврежденный участок, задвижки 8 и 9 на трубопроводе 2 закрываются, а на перемычках 1 3 и 1 4 открываются и теплоноситель с неповрежденного участка трубопровода 1 по перемычке с откры той задвижкой 1 4 передается на отклю ченный участок трубопровода 2 и по перемычке с открытой задвижкой 1 3 на следующий, неповрежденный участок трубопровода 1 . Охлажденный теплоноситель транспортируется по перемычкам 1 2 и участку трубопровода 3 .

70