МЕТОДЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ СЕТЕЙ
Появление в протяженных сетях районных КРП, оборудованных авторегуляторами и устройствами телемеханического контроля и управления, может коренным образом изменить режим работы сетей и потребителей в направлении сближения интересов ТЭЦ, сетей и потребителей. Крупным недостатком режима работы современных протяженных сетей является, как указывалось выше, необходимость соблюдения постоянства расхода циркулирующей воды в сети из-за отсутствия авторегуляторов у потребителей и малой гидравлической устойчивости сетей.
Районные КРП позволяют фиксировать постоянный режим давлений во всех начальных точках распределительных сетей за КРП. Распределительные сети за КРП имеют небольшой радиус действия (около 1 км), малые потери давления и поэтому сравнительно большую гидравлическую устойчивость. Эти два фактора дают возможность проводить режимы с переменным расходом циркулирующей воды как в магистральной, так и в распределительной сетях. На рис. 5-21 и 5-22 показаны примерные графики давлений в магистралях и распределительных сетях.
Приведенные на рисунках графики отличаются от применяемых в современных сетях следующими особенностями. В магистралях — отсутствием насосно-перекачивающих станций на обратных линиях (заменены насосами на КРП), повышением давления в обратных магистралях и снижением давления в подающих. Дальнейшее снижение давления в подающих магистралях может быть достигнуто путем сооружения насосно-перекачивающих станций, как это и показано на рис. 5-21. Распределительные сети характеризуются постоянным режимом давлений в сети, не зависящим от местоположения ТЭЦ и устанавливаемым на уровне, наиболее благоприятном для обслуживаемых зданий (рис. 5-22, с). В современных условиях давление в распределительных сетях колеблется в широких пределах (рис. 5-22, б) от максимума (сплошные линии) до минимума (пунктирные линии).
Эти особенности позволяют обеспечить наиболее благоприятные условия для ТЭЦ-—режим отпуска тепла ТЭЦ будет соответствовать графику потребления тепла, совпадающему в основном с графиком электрической нагрузки. Температура обратной воды на ТЭЦ значительно снизится. В распределительных сетях и тепловых пунктах понизятся против действующих расчетные давления для труб, арматуры и оборудования. В системах отопления и вентиляции будет более точным совпадение режима подачи и потребления тепла и сетевой воды, что значительно облегчит их авторегулирование.
Для проверки гидравлической устойчивости разводящей сети после КРП и ее влияния на тепловой режим жилого здания по программе ВТИ (инж. А. И. Миркина) был выполнен на ЭЦВМ специальный расчет. Для расчета приняты следующие условия: разность напоров в начале сети —25 м, в конце—15 м (при Qr.cp и „=2,5°С); график отопительный с Ti=150°C при н=— 26 °С; вводы индивидуальные с тепловой нагрузкой на отопление — 0,37 Гкал/ч при tK——26°С; на горячее водоснабжение по средней нагрузке 0,12 Гкал/ч, по максимуму 0,12-2,2 = 0,26 Гкал/ч, схема включения подогревателей смешанная; подогреватель диаметром 80 мм, 9(4 + 5) секций; график водоразбора представлен следующим образом:
Подогреватель горячего водоснабжения оборудуется авторегулятором температуры, вводы отопления работают без авторегуляторов.
Расчет выполнен для самого неблагоприятно расположенного потребителя. Основные результаты расчета приведены в табл. 5-2 (цифры даны с округлением). Как видно из таблицы, максимальные колебания расходов воды на отопление не превышают +9 и —19% от среднего. Разбег температур воздуха в отапливаемых помещениях в зоне температур всего отопительного сезона не превышает 1,3 °С, что следует признать вполне удовлетворительным. Таким образом, тепловая сеть с гидравлической устойчивостью У 15/25 = 0,75 даже при смешанной схеме присоединения и сравнительно высоком соотношении нагрузок горячего водоснабжения (0,12/0,35 = 0,34) позволяет обеспечить устойчивый температурный режим в отапливаемых помещениях без установки регуляторов постоянства расхода на отопительных вводах . Возможность работы сетей с переменным расходом воды в течение суток обеспечивает значительное снижение расхода электроэнергии на ее перекачку.
Исключение представляет зона высоких tH, когда tB достигает недопустимой величины 23,5 °С. Ранее указывалось, что это может быть исправлено путем местного автоматического регулирования либо путем организации ночных «пропусков» при наличии аккумуляторов горячей воды в жилых зданиях. При высокой гидравлической устойчивости разводящей сети вполне допустимо и чисто количественное регулирование в этом периоде. Для этого необходимо дистанционно с диспетчерского пункта понижать располагаемый перепад напоров в КРП. При Н= + 10°С, например (рис. 5-22), необходимо снизить удельный расход воды до 68%. Для этого нужно уменьшить разницу напоров в КРП с 25 до 11— 12 м. Такой режим возможен, конечно, только в том случае, если все отопительные вводы обеспечены смесительными насосами или подогревателями. Таким образом, районные КРП позволяют обеспечить возможность точного распределения циркулирующей воды в соответствии с тепловыми нагрузками потребителей и тем самым значительного снижения температур возвращаемой на ТЭЦ воды, а следовательно, увеличение выработки электроэнергии на тепловом потреблении.
Соблюдение в норме температуры возвращаемой на ТЭЦ воды является постоянной обязанностью персонала теплосетей. В настоящее время в сетях практически имеется только одно место постоянного контроля этой температуры — на коллекторах ТЭЦ. При большой разветвленной сети этого совершенно недостаточно.
Протяженные теплопроводы обладают существенными транспортными запозданиями, связанными с небольшой скоростью воды в сети. При резких изменениях погодных условий это чрезвычайно снижает возможности центрального регулирования и повышает трудности регулирования местного, на вводах потребителей. Наличие на КРП насосов позволяет путем смешения получить в распределительных сетях необходимый режим температур, разумеется, более низкий по сравнению с магистралями. Для этого диспетчер должен иметь возможность дистанционно влиять на задатчик температуры смешанной воды.
Наличие насосов в районных КРП позволяет в принципе совершенно разделить графики температур в магистралях и разводящих сетях. Повышением температуры воды в магистрали можно значительно повысить пропускную способность (по отпуску тепла) магистралей, например с целью передачи тепла из района одной ТЭЦ в другой или из одной магистрали в другую. Такое повышение может быть как кратковременным, например на время ремонта оборудования ТЭЦ или магистрали, так и длительным, например при осуществлении параллельной работы ТЭЦ с целью получения дополнительной экономии топлива.
Итак, каковы же основные преимущества предлагаемой схемы и как при ее применении устраняются те основные дефекты современных схем, которые отмечались во введении и последующих главах книги?
Преимущества предлагаемой схемы сетей с КРП следующие:
1. Обеспечивается возможность управления гидравлическим и тепловым режимами магистральных и распределительных сетей, что позволяет:
а) сохранить принимаемые ныне при проектировании диаметры магистральных теплопроводов, не увеличивая их с целью взаимного резервирования магистралей. Применять в периоды резервирования повышение (против графика) температуры подаваемой воды при снижении ее количества;
б) обеспечивать подачу тепла всем КРП независимо от повреждения любого участка магистрали (за исключением повреждения в узле переключения КРП);
в) проводить самостоятельный гидравлический И тепловой режимы в каждом КРП, регулируя давление и понижая температуру подаваемой воды в соответствии с условиями погоды и временем суток;
г) применять как индивидуальные тепловые пункты в подвалах с простой автоматикой, так и центральные в отдельных зданиях, производя выбор между ними По технико-экономическим соображениям;
д) быстро определять и отключать поврежденную секцию магистральной и распределительной сети для снижения потерь сетевой воды;
г) проводить присоединение к действующей сети новых участков и потребителей, не затрагивая режима работы уже присоединенных потребителей.
2. Значительно повышается гидравлическая устойчивость распределительных сетей (после КРП), что обеспечивает:
а) относительную стабильность перепада давлений на тепловых пунктах при всех суточных и сезонных изменениях нагрузки потребителей;
б) повышение точности распределения сетевой воды по тепловым пунктам потребителей, что ликвидирует бесполезный перегрев отапливаемых зданий из-за увеличения расхода воды в ночное время;
в) возможность постепенного внедрения автоматизации отопительных вводов в существующих сетях.
3. Снижается средний уровень давлений в распределительных сетях (Pi = 6-г-7 и Рг=3-г-4 кгс/см2), что позволяет:
а) применять чугунную арматуру в распределительных сетях вместо стальной;
б) сохранить в действующих и проектируемых сетях наиболее простую схему присоединения систем отопления с элеватором, дополнив ее бесшумным насосом.
4. Организовать работу магистральных и распределительных сетей с переменным расходом циркулирующей воды, соответствующей условиям погоды и часам суток, что обеспечивает:
а) экономию циркулирующей воды и тепла у потребителей;
б) экономию электроэнергии на перекачку воды;
в) соответствие графика отпуска тепла графику электрической нагрузки энергосистем.
Разберем теперь, как устраняются в новой схеме основные недостатки современных крупных систем теплоснабжения.
1. Высокая повреждаемость подземных тепловых сетей (20—40 случаев в год на 100 км трассы) и отсутствие резервирования приводят к частым отключениям потребителей как в зимний, так и летний периоды.
Новая схема предусматривает резервирование: в первую очередь магистральных сетей (путем сооружения перемычек и КРП с двусторонним питанием), во вторую — распределительных. В действующих сетях должна проводиться профилактика (см. гл. 1 и 6). При проектировании должны предусматриваться мероприятия, намеченные в гл. 1.
2. Отсутствие совместной работы источников тепла затрудняет выполнение графиков отпуска тепла.
В новой нише совместная работа источников тепла обеспечивается через магистрали и КРП при балансовом графике тепла.
3. Малая гидравлическая устойчивость протяженных сетей, что из-за неточности распределения циркулирующей воды по потребителям приводит к завышению ее расчетного расхода и, следовательно, удорожанию сетей, завышению температуры обратной воды и расхода электроэнергии на перекачку.
В новой схеме повышение гидравлической устойчивости обеспечивается за счет отделения распределительных сетей от магистралей и поддержания постоянного перепада давлений в КРП.
4. Недостаточная управляемость крупных сетей из-за большого количества самостоятельных абонентов, что приводит к необходимости работы сетей с постоянным расходом циркулирующей воды и, следовательно, к перерасходу электроэнергии на перекачку.
При новой схеме управление через КРП позволяет изменять расход циркулирующей воды и в магистральной и распределительной сети, приводя его в полное соответствие с потреблением тепла.
5. Непосредственная гидравлическая связь магистральных и распределительных сетей, а также систем отопления, что ведет к повышенным давлениям в распределительных сетях и системах отопления, повреждениям чугунной арматуры и нагревательных приборов.
В новой схеме давление в распределительных сетях (после КРП) не будет превышать Pi=6-=-7 /сгс/см2 и 34-3,5 кгс/см2.
6. Спуск воды из систем отопления при повреждениях в сетях, что ведет к большим потерям горячей воды и увеличению перерыва в теплоснабжении.
В новой схеме реле утечки в КРП автоматически отключает распределительные сети при повреждениях. На отопительных узлах устанавливаются обратные клапаны на подающих трубах и регуляторы давления на обратных.
7. Применение элеваторов, не допускающих количественного регулирования на вводах отопления, что приводит к перегреву помещений и перерасходу топлива.
В новой схеме элеваторы дополняются бесшумными насосами, что дает возможность проводить количественное регулирование с помощью простых авторегуляторов.
8. Обязательность применения ЦТП (с подогревателями горячего водоснабжения), что обычно приводит к повышенным капиталовложениям и быстрой коррозии разводящих труб горячего водоснабжения.
В новой схеме возможно применение как ИТП, так и ЦТП, выбор между ними должен производиться по технико-экономическим соображениям.
9. Невозможность повышения расчетного графика температур со 150° до 165—170 °С, что не дает возможности снизить стоимость сооружения сетей и продолжительность зоны постоянной температуры воды в сетях (ri= = 70 °С).
Новая схема снимает эти препятствия. Особенно благоприятные условия для подъема температуры воды создаются в магистральных сетях (до КРП), стоимость которых составляют до 60% от стоимости всех сетей. Магистральные сети могут работать на балансовом графике, при котором температура подаваемой сетевой воды в каждый момент может колебаться от минимальной (по условиям погоды) до максимальной расчетной.
10. Необходимость применения сложных авторегуляторов во всех тепловых пунктах из-за малой гидравлической устойчивости сетей и большого диапазона в колебании давлений на тепловых пунктах (от 15 до 100 м).
В новой схеме диапазон колебаний давлений на тепловых пунктах будет составлять±5 м-
Все сказанное говорит о высокой эффективности предложенных принципов при проектировании и реконструкции крупных тепловых сетей.
Громов Н. К. Городские теплофикационные системы. М., «Энергия», 1974
