К ВОПРОСУ О МЕТОДИКЕ РАСЧЕТА НАДЕЖНОСТИ СХЕМ НАРУЖНЫХ ТЕПЛОПРОВОДОВ

Современная теория надежности разработана в основном в применении к изделиям массовой продукции и поэтому не может быть механически применена к протяженной в пространстве системе, состоящей из множества разнородных, но взаимосвязанных элементов. Тепловые сети, вместе с тем, не только взаимосвязанные элементы массового производства (стальные трубопроводы, задвижки, сальниковые компенсаторы и пр.), но и инженерные сооружения, качество которых во многом зависит от производства строительных, изоляционных и монтажных работ непосредственно на трассе.

Поэтому, если оценки надежности для изделий массовой продукции могут даваться на основе большого количества испытаний, имитирующих условия их работы, то для теплопроводов этот путь принципиально невозможен. Конечно, такого вывода нельзя делать по отдельным готовым элементам тепловой сети. Так, например, массовое испытание серийной продукции какого-либо завода можно выполнить для стальных и чугунных задвижек и прочей арматуры, сальниковых компенсаторов. Такие испытания можно провести со стальными трубами. Однако весь остальной процесс сооружения теплопровода, хотя и должен выполняться высококачественно и тщательно контролироваться работниками технического надзора, все же подвержен воздействию множества случайных факторов. Количество этих факторов нарастает после того, как подземный теплопровод засыпан в земле и подвергается воздействию грунта, воды и воздуха. Правда, с целью изучения поведения в эксплуатации теплопровода той или иной конструкции он может быть подвергнут на специальных полигонах испытаниям, имитирующим нормальные или даже ужесточенные условия его работы в трассе.

Такие испытания могут помочь отбраковать ненадежные конструкции, разработать мероприятия по улучшению конструкции, повышению долговечности его работы, но, конечно, не могут заменить те испытания, которым подвергаются изделия массовой продукции при проверке на надежность.

Следовательно, при анализе надежности линейной части теплопроводов принципиально можно воспользоваться лишь данными статистики о повреждаемости теплопроводов. Учитывая большое количество эксплуатируемых теплопроводов, можно при хорошо организованной статистике повреждений получить достаточно апробированные материалы о надежности теплопроводов различных конструкций.

К сожалению, такой материал отсутствует и, вероятно, не может быть получен в ближайшем будущем, но для того, чтобы он был получен в последующем именно в необходимой форме, следует разобраться в основных вопросах надежности применительно к схемам городских подземных теплопроводов.

Всякая тепловая сеть состоит из отдельных элементов. Под элементом следует понимать участок теплопровода одинаковой надежности (прокладка в однотипной конструкции, в одних гидрогеологических условиях) либо специальное устройство в виде, например, насосно- перекачивающей станции, переключательного пункта с запорной и регулировочной арматурой.

Всякое повреждение теплопровода, вызывающее необходимость выключения его из работы для устранения повреждения, есть отказ. И, наоборот, повреждение, не вызывающее необходимости отключения теплопровода, нельзя считать отказом. Сюда относятся, например, повреждения сопутствующего или отводящего дренажа, которые, хотя и значительно ухудшили работу теплопровода и требуют быстрого устранения, но не вызвали отказа. С другой стороны, повреждение смежного сооружения или трубопровода может вызвать необходимость отключения теплопровода (и, следовательно, отказ) по соображениям надежности.

Таким образом, отказом нужно считать отключение участка теплопровода, вызванное его повреждением или другими причинами.

Если участок теплопровода должен работать круглосуточно, то выключение его для выполнения профилактического ремонта следует считать также отказом. Сокращение сроков ремонта или переход на удлиненный межремонтный период —метод повышения надежности теплоснабжения. На возникновение отказов могут влиять два вида факторов — предвидимые, или причинно обусловленные, и случайные.

В гл. 1 было установлено, что основным видом повреждений в подземных теплопроводах канальной прокладки в настоящее время являются очаговые из-за наружной коррозии. Исходя из этого, к первой группе факторов — условно предвидимым — следует отнести:

1. Тип прокладки — например, воздушная, в проходном и полупроходном канале, в не проходном канале, бесканальная,

2. Вид антикоррозионного покрытия — по степени надежности и долговечности.

3. Среднегодовая температура стенки (по интервалам, например, 30—50; 60—90; 100 и более градусов).

4. Гидрогеологические условия (уровень грунтовой воды).

В зависимости от этих факторов различным участкам теплопроводов при проектировании и эксплуатации могут даваться различные оценки «начальной надежности», пока что априорные (экспертные), а затем уточняемые по статистическим эксплуатационным данным по мере их получения. Очевидно, из-за недостаточности данных количество таких градаций должно быть небольшим.

Наивысшую оценку начальной надежности при про ектировании должны получить воздушные прокладки, а наинизшую — бесканальные при плохой антикоррозионной защите, проложенные в высоком уровне грунтовых вод.

В целях упрощения сравнительных расчетов по надежности можно для предварительных расчетов сделать следующие допущения: не оценивать отдельно сальниковые компенсаторы, а учесть их наличие для всех магистральных теплопроводов; надежность стальных задвижек, присоединяемых обычно к трубопроводам на сварке, оценивать только «на плотность», считая, что надежность задвижек «на проход» одинакова с самим теплопроводом. Надежность чугунных задвижек на распределительных сетях следует учитывать и «на проход» и «на плотность».

Необходимо отметить, что несмотря на повышенную относительную надежность конструкций прокладок теплопроводов в проходных и полупроходных каналах, а также воздушных, их надежность ни в коем случае не может считаться абсолютной или достаточной для ответственных городских магистралей.

Здесь необходимо отметить принципиальное различие этого показателя при различных методах резервирования. Если при резервировании без подъема температуры любой отказ будет связан с недодачей тепла потребителям, то при резервировании с подъемом температуры недоотпуск тепла будет иметь место лишь на части отопительного сезона. Так, при подаче 70% воды (или 85% тепла) продолжительность этого периода составит для условий Москвы 550 ч, или 11%), а для Иркутска— 2000 ч, или 35%. Возможно, что полученное большое различие условий резервирования между городами в средней полосе европейской части СССР и Сибири даст основания принять за однову расчета уровня надежности абсолютную продолжительность того периода, в течение которого резервирование будет производиться с недоотпуском тепла (например, 500—1000 ч).

Величина H(Rlfi) представляет собой вероятность безотказной подачи максимального часового количества тепла за заданный период эксплуатации системы теплоснабжения тр (например, 30—35 лет), a H(Rf) —вероятность подачи тепла в количестве, не меньшем чем срХ ХЮ0%.

Поскольку резервирование связано с удлинением пути снабжения либо с введением дополнительных элементов, то всякое резервирование снижает вероятность 100%-ного теплоснабжения и увеличивает вероятность 100%-ного снабжения. В нашем случае это может относиться к введению в схему снабжения дополнительного элемента — КРП. Поэтому очень важно, чтобы надежность КРП была высокой. Для этого необходимо (при типовой схеме КРП с насосами): резервировать электроснабжение и автоматизировать включение резерва, автоматизировать переключение работающего насоса на резервный при неполадках, предусмотреть автономную работу КРП при выходе из строя регуляторов давления.

Надежность теплоснабжения по нескольким путям определяется по формуле вероятности безотказной работы параллельного соединения

Громов Н. К. Городские теплофикационные системы. М., «Энергия», 1974