ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ

РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ. РЕЗЕРВИРОВАНИЕ И СЕКЦИОНИРОВАНИЕ

(10.22)

Надежность тепловых сетей оценивается показателем надежности Ясист (0, величина которого должна быть не менее установленного уров­ня. Так как с ростом системы ущерб, связанный с авариями, прогрессив­но растет, поэтому для Оольших систем уровень надежности устанавли­
вают выше. Вопрос об оптимальном уровне надежности систем тепло­снабжения в настоящее время не решен. Предварительно уровень на­дежности систем теплоснабжения от квартальных котельных и район­ных тепловых станций можно принимать не ниже 0,85, а от ТЭЦ — не ниже 0,90. Такой сравнительно невысокий уровень надежности объясня­ется большими значениями параметра потока отказов элементов тепло­вых сетей.

Из рассмотрения формулы (10.21) следует, что надежность зависит от параметра потока отказов элементов тепловых сетей со, величины системы, расчетного значения времени t и величины относительной теп­ловой нагрузки, отключаемой при аварийных ситуациях на сетях.

Расчетное значение параметра со для элементов тепловых сетей, ко­торые запроектированы и построены соответственно действующим нор­мам, является величиной достаточно устойчивой. Снижения параметра <0 можно добиться путем применения более совершенных материалов и конструкций теплопроводов и оборудования сетей, возможность исполь­зования которых связана с общим техническим прогрессом. При проек­тировании параметр to следует закладывать с учетом прогноза при­менения более совершенных элементов систем теплоснабжения на расчетный период. Следовательно, при обосновании схемы тепловых се­тей в процессе проектирования параметр со является величиной задан­ной и определяющей надежность нерезервированных систем.

За расчетное значение времени t принимают длительность отопитель­ного сезона.

Таким образом, у проектировщика имеются следующие средства по­вышения надежности системы:

1) секционирование, в результате которого уменьшается относитель­ная величина отключаемой нагрузки ЛQJQ&,

2) резервирование, с помощью которого уменьшается число аварий­ных ситуаций I.

При секционировании, связанном с увеличением числа отключаю­щих устройств, требуется меньше дополнительных капитальных вложе­ний, поэтому оно должно применяться в первую очередь. При этом сле­дует отметить, что с увеличением числа задвижек (элементов) тепловой сети увеличивается и число аварийных ситуаций, вследствие чего на­дежность снижается. Однако эффект от снижения величины отключае­мой нагрузки при отказах значительно больше, что в итоге приводит к повышению надежности системы.

Резервирование тепловых сетей осуществляют путем строительства перемычек между магистралями, т. е. путем их кольцевания.

При кольцевании применяют двухтрубные іперемьічки для раздель­ного кольцевания подающей и обратной линий. В МИСИ им. В. В. Куй­бышева была предложена и разработана новая система теплоснабже­ния с кольцеванием магистралей однотрубными перемычками, которые могут резервировать и подающую, и обратную линии. При устройстве однотрубных перемычек сокращаются капиталовложения в тепловую сеть.

Необходимая степень кольцевания, т. е. доля резервированной части тепловой сети, должна определяться в результате расчета надежности с удовлетворением заданного уровня.

Резервировать теплопроводы можно путем дублирования как пода­ющей, так и обратной линии. Но такой метод повышения надежности требует неоправданно больших капитальных вложений. В МИСИ им. В. В. Куйбышева была предложена и разработана трехтрубная система теплоснабжения, которая в ряде случаев оказывается экономичнее коль­цевой.

Расчет надежности тепловой сети ведут в два этапа. На первом эта­
пе обосновывается необходимый структурный резерв, на втором —ре­зерв пропускной способности (мощности) сети.

На первом этапе расчета надежности учитывают только те элемен­ты, ремонт которых длительнее допустимого перерыва в теплоснабже­нии, поэтому трубы и арматура малых диаметров не должны учиты­ваться при расчете системы (предварительно тДОп=5 ч, что соответст­вует трубе диаметром 200 мм).

При расчете надежности следует перенумеровать все элементы тепловой сети, отказы которых приводят к отключению потребителей, определить недоотпуски тепла, связанные с отключением потребителей, и рассчитать показатель надежности системы. При расчете показателя надежности Rcuci(t) необходимо знать шг всех элементов и расчетное время t. Недоотпуски тепла AQj для различных состояний систем опре­деляют по принятой схеме сети без гидравлических расчетов и расчетов потокораспределения.

Для небольших нерезервированных систем полученная величина /?сист(0 может оказаться достаточной, тогда на этом расчет надежности заканчивается.

Второй этап состоит в расчете резерва диаметров трубопроводов для наиболее неблагоприятных аварийных ситуаций. Такие ситуации связа­ны с отключением головных элементов. В результате этих расчетов все неотключенные потребители должны получать в любой аварийной ситу­ации не менее лимитированного количества тепла.

Рассчитаем надежность нерезервированной тепловой сети при сум­марной тепловой нагрузке 1000 МВт. Эта сеть обеспечивает теплоснаб­жение района размером 5X4 км, на территории которого расположено 20 сосредоточенных потребителей. Тепловая нагрузка каждого узла сос­тавляет 50 МВт. Схема сети показана на рис. 10.3 (перемычка в этом расчете не учитывается).

При расчете надежности примем следующие исходные данные: сот = = 0,1 1/км-год — для теплопроводов; со3 = 0,002 1/год — для задвижек, время ^=0,56 года (длительность отопительного периода 205 дней).

Число возможных аварийных ситуаций (считая, что ТЭЦ располо­жена в непосредственной близости от сети), связанных с отключением участков теплопроводов, составляет 10. Протяженность подающих и обратных линий каждого участка, включая ответвления к тепловым уз­лам, составляет 4 км.

Число аварийных ситуаций, связанных с отказами узлов секциони­рующих задвижек, составляет восемь плюс отказ головного узла задвижек. Та­ким образом, общее число рассматрива­емых аварийных ситуаций составляет 19.

Рассчитаем значение параметра по­тока отказов для элементов сети.

1. Для участков теплопроводов, включая ответвления к узловым потре­бителям:

Со — 4-0,1 = 0,4.

2 Для головного узла задвижек:

Со = 4-0,002 = 0,008. 3. Для узлов задвижек:

Со = 2-0,002 = 0,004.

Рис 10 3 Расчетная схема тепловой сети

РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ. РЕЗЕРВИРОВАНИЕ И СЕКЦИОНИРОВАНИЕ

/ 1 — тепломагистраль, 2 — однотрубная перемычка 1— 10 — номера участков тепловой сети, //—22 —номера секционирующих задвижек

ТАБЛИЦА 10.2. РАСЧЕТ ВЕЛИЧИНЫ 2(Ј>ЈAQj

№ отказавше­го элемента

1

(О-, ------- -------------

Год

Недопо- дача тепла

A Qr МВт

Со, Д Qj

№ отказавше­го элемента

І

-----

Год

Недопо- дача тепла

A Qj, МВт

Ш. Д Q/

1

0,4

500

200

11, 17

0,008

1000

8

2

0,4

400

160

12

0,004

500

2

3

0>,4

300

120

13

0,004

400

1,6

4

0i,4

200

80

14

0,004

300

1,2

5

0і,4

100

40

15

0,004

200

0,8

6

0,4

500

200

18

0,004

500

2

7

0,4

400

160

19

0,004

400

1,6

8

0,4

ЗиО

120

20

0,004

300

1,2

9

0,4

2и0

80

21

0,004

200

0,8

10

0,4

100

40

2=1219,2

Сумма параметров потока отказов системы составляет: 2 со,- = 0,4-10 + 0,008 + 0,004-8 = 4,04.

Для каждой аварийной ситуации определим по схеме теплоснабже­ния (см. рис. 10.3) недоподачу тепла AQj. Так, например, при отказе го­ловного узла задвижек вся система не получает тепло, следовательно, AQ — Qo='1000 МВт; при отказе участка 4 AQ = 200 МВт, так как для ремонта перекрывается задвижка 14.

Расчеты сведем в табл. 10.2, где перенумеруем все аварийные ситуа­ции, проставим недоподачу тепла для каждой из них AQj, укажем зна­чения параметра потока отказов сог и определим произведение соіАQ3 для каждой аварийной ситуации. В итоге определим HocnAQj для сис­темы.

Показатель надежности рассчитываем по формуле (10.21):

Л Q/ — Е (О. і — 2 со. t

Rc

Qo

(0 = 1-2* {l~e 1 ) = 1- (1-« » ) X

/=1

2 CO;

1=1

2 Д

_______

1219,2

4,04-0,56

= 0,73.

= 1 — (1 — e -

X

1000 - 4,04

Qo S CO;

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:

— 2 со. t

— со,, t 2 I

■Дсист (0 = б

= е-2'24- 0,1065,

Где

Сort 2 / = 0,1-0,56.40 = 2,24.

Надежность повышается в 0,73 :0,1065-

При секционировании = 6,85 раза.

Определим надежность тепловой сети рассмотренного выше района при условии, что магистрали закольцованы перемычкой (см. рис. 10.3). Общее число отказов, приводящих к отключению потребителей, увели­чится на два (отказы задвижек перемычки) и составит 21.

ТАБЛИЦА 10.3. РАСЧЕТ ВЕЛИЧИНЫ So^-AQy

№ отказавше­го элемента

І

-----

Год

Недопо- дача тепла Д <?,-, МВт

Со. Д Q}

№ отказавше­го элемента

І

Со., -----

Год

Недопо - дача тепла

A Q/,

МВт

<ог Д Q,

1

0,4

100

40

12

0,004

200

0,8

2

0,4

100

40

13

0,004

200

0,8

3

0,4

100

40

14

0,004

200

0,8

4

0,4

100

40

15

0,004

200

0,8

5

0,4

100

40

16

0,002

100

0,2

6

0,4

100

40

18

0,004

200

0,8

7

0,4

100

40

19

0,004

200

0,8

8

0,4

100

40

20

0,004

200

0,8

9

0,4

100

40

21

0,004

200

0,8

10

0,4

100

40

22

0,002

100

0,2

И, 17

0,008

1000

8

2 414,8

Сумма параметров потока отказов элементов равна: 2 сог-= 4,04 + 0,002-2 = 4,044.

Показатель

Все расчеты, так же как и в предыдущем случае, сведем в табл. 10.3. надежности равен: 1=1

/=1

2 л (s>i

— 2 (О. t

Ясист (О = 1 - (1-е 1 )

Qo 2 со,-

414,8

= 0,9081,

1000-4,044

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. 10.3, каждый уз­ловой потребитель присоединен к одному участку магистрали. По схеме, показанной на рис. 10.4, каждый узловой потребитель присоединен к двум соседним участкам. При таком присоединении потребителей ис­ключается 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:

С0уз = 0,002-6 + 2-0,1 == 0,212.

К отказу системы приводят следующие аварийные ситуации:

1) отказы головного узла задвижек с co = 0,002-4 = 0,008 и недопода - чей тепла Q0= 1000 МВт;

2) отказ любого узла присоединения потребителей с о)уз = 0,212 и не - доподачей тепла AQ =1100 МВт (таких ситуаций 10).

Всего аварийных ситуаций 11. Сумма параметров потока отказов равна:

2 со,- = 0,008 + 0,212.10 = 2,128.

Рассчитаем показатель надежности:

Rc

10

+

— 0,928.

1000 0,2128

1000 0,2128

100 0,212 , 1000 30,008

= 2,128.0,56) ^

4 /ем

-fx.

РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ. РЕЗЕРВИРОВАНИЕ И СЕКЦИОНИРОВАНИЕ

КЙ

3d

U

О

KpiiFFQ

J}?0

Рис 10 5 Схема тептовой сети с пере­мычкой

РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ. РЕЗЕРВИРОВАНИЕ И СЕКЦИОНИРОВАНИЕ

Рис 10 4 Расчетная схема тепловой се­ти с подачей тепла узловому потребите лю от двух соседних участков См подрисуиочную подпись к рис 10 3

2а] 0=

Ї

?7

$=0

( j

См подрисуиочную подпись к рис 10.3

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.

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 Д#=60—#0 = 60—20 = 40 м, где Я0— 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 10 4

ТАБЛИЦА 10.4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТУПИКОВОЙ СХЕМЫ (СМ. РИС. 10.5)

1493

920

1000

2,3

47

47 000

58 750

5,99

1194

820

1000

2,4

57

57 000

71 250

13,26

За

896

720

1000

2,4

70

70 000

87 500

22,19

597

630

1000

2,1

63

63 000

78 750

30,22

299

530

1000

1,9

41

41 000

51 250

35,45

5а—КПР

149

377

500

1,9

60

30 000

37 500

39,27

Длина участка, I, м

Скорость движения теплоно­сителя W, м/с

Определим материальную характеристику нерезервированной тупи­ковой тепловой сети:

П 1

Где diU —диаметр и длина участка; п — число участков.

Материальная характеристика задвижки принималась равной мате­риальной характеристике участка трубопровода соответствующего диа­метра 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 = 22 120 м2.

Теперь проведем расчет аварийного режима для рассматриваемой схемы тепловой сети, считая ее закольцованной однотрубной перемыч­кой Я между узлами 5 и 10 (см. рис. 10.5). 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 0,7-149=104,3 кг/с воды.

Вследствие симметричности схемы сети, гидравлический расчет ава­рийного режима проводим только для случая отказа трубопровода об-

Потери давления

С учетом

Удельные

На участ­

Местных

На трение

Ке

Сопротив­

Ар/1,

Ар,

Лений

Па/м

Па

1,25 Ар,

Па

Расход теплоноси­теля на участке G, кг/с

Наружный диаметр d„.

ТАБЛИЦА 10.4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АВАРИЙНОГО РЕЖИМА ОБРАТНОГО ТРУБОПРОВОДА (АВАРИЙНЫЙ УЧАСТОК 6а)

Длина участка I, м

1872

920

1000

2,9

76

76 000

95 000

9,69

2 а

1664

920

1000

2,6

59

59 000

73 750

17,2

За

1456

920

1000

2,2

45

45 000

56 250

22,95

1248

920

1000

2

33

33 000

41 250

27,16

1040

920

1000

1,7

24

24 000

30 000

30,2

П

832

920

2000

1,3 1

16

32 000

40 000

34,28

Юа

624

920

1000

9

9 000

И 250

35,43

416

920

1000

0,6

4

4 000

5 000

35,94

208

920

1000

0,3

1

1 000

1 250

36,07

КРП—7а

104

377

500

1

30

15 000

18 750

37,98

Потери давления

Скорость

С учетом

Движения

Удельные

На участ­

Меотныч

Теплоно­

На трение

Ке

Сопротив­

Сителя

Ар/1,

Ар,

Лений

До, м/с

Па/м

Па

1,25 Ар,

Па

Расход теплоно­сителя на участке G, кг/с

Наружный диаметр d.

РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ. РЕЗЕРВИРОВАНИЕ И СЕКЦИОНИРОВАНИЕ

Рис. 10.6. Пьезометрические графики тепловой сети при отказах участков 6 и 6а 1—10—участки подающего трубопровода; 1а—10а—участки обратного трубопровода; I, II — при аварии на участке 6а III, IV — при аварии на участке 6 пунктиром показано направление движения теплоносителя при аварийных гидравлических режимах

Ратной линии участка 6а. При этом выключаются на время аварии два КРП, присоединенные к участку 6. Охлажденная вода от потребителей участков 7а, 8а, 9а, 10а движется против расчетного направления и че­рез перемычку Я вливается в обратный трубопровод 5а—la.

Гидравлический расчет проводим исходя из условия, что суммарная потеря напора в трубопроводе обратной магистрали в аварийном режи­ме не превышала ДЯ=40 м. Диаметры магистралей и перемычки при­нимаем постоянными.

Результаты гидравлического расчета аварийного режима приведены в табл. 10iJ4.

Пьезометрические графики для подающего и обратного трубопрово­дов, соответствующие аварийным отключениям участков 6а и 6, показа­ны на рис. 10.6.

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 = 26 860 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: 26 860:22 120—1,21, т. е. 21%

Скачать оригинал книги в формате ДЖВЮ можно здесь

ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕПЛОФИКАЦИИ

Комбинированный метод производства электрической и тепловой энергии на ТЭЦ является наиболее совершенным методом современ­ной энергетики, так как при этом расходы топлива значительно мень­ше, чем при раздельном методе, когда электроэнергия вырабатывается …

ВЫБОР СХЕМ ПРИСОЕДИНЕНИЯ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ ЗДАНИЙ ПРИ СЛОЖНОМ РЕЛЬЕФЕ МЕСТНОСТИ

Наименьшие требования к расположению пьезометрических линий как при статическом, так и при гидродинамическом режимах предъяв­ляет независимая схема присоединения систем отопления, так как при­соединение через теплообменники разобщает гидравлические режимы тепловой сети …

СОСТАВЛЕНИЕ И РЕШЕНИЕ УРАВНЕНИЙ ПРИ ОПТИМИЗАЦИИ И СРАВНЕНИИ ВАРИАНТОВ

Каждый технико-экономический расчет по определению рациональ­ного (оптимального) решения начинается с анализа условий поста­новки задачи и определения переменных составляющих, т. е. статей рас­ходов, изменяющихся в зависимости от искомых параметров или ва­риантов. …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.