РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ И СХЕМЫ ПРИСОЕДИНЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
Большое значение для надежного теплоснабжения потребителей имеют и распределительные сети. У них более мелкие диаметры, чем у магистральных, и, следовательно, они прокладываются из более тонкостенных труб. Так как скорость местной почвенной коррозии труб в каналах не зависит от их диаметра, то возможный срок сквозных повреждений для распределительных сетей наступает значительно раньше, чем для магистральных. Статистика повреждаемости трубопроводов (см. гл. 1) подтверждает это положение — чем меньше диаметр труб и, следовательно, тоньше стенка трубы, тем выше повреждаемость.
В современных сетях распределительные теплопроводы, как правило, работают с теми же параметрами, что и сети магистральные. При наличии районных КРП режим давлений в разводящих сетях может быть значительно облегчен, температурный режим в нормальном режиме сохранится. Однако в современных сетях ответвления от магистралей для подключения распределительных сетей делаются обычно чаще, чем через 1 км, как это предусматривается при районных КРП. Таким образом, селективность возможных отключений распределительных сетей при повреждениях на них снижается. Чтобы не допустить снижения надежности, можно применить секционированные или кольцевые схемы.
Наилучшие возможности для резервирования распределительных сетей создаются при расположении их между магистралями. В этих случаях сравнительно незначительное удорожание сетей позволяет значительно повысить их надежность. Необходимо остановиться на самом принципе резервирования в распределительных сетях. Размеры тепловой нагрузки и количество потребителей здесь несоизмеримы с сетями магистральными. И, что особенно важно, разводящие сети после районных КРП гидравлически значительно устойчивее, так как потери давления в них значительно меньше, чем активный перепад давлений у потребителей. Из этого можно сделать вывод о том, что при резервировании в таких сетях нет оснований добиваться сохранения 100%-ного расхода сетевой воды. Во-первых, само распределение расхода сетевой воды при его сокращении будет значительно более равномерным, чем в сети магистральной, во-вторых, вполне возможно прибегнуть к местной ручной подрегулировке на вводах потребителей, включая временное на период ликвидации повреждения отключение установок горячего водоснабжения. Кроме того, возможно на это время несколько увеличить перепад давлений после КРП. Переключение нагрузки одного КРП с одной магистрали на другую, параллельную, может увеличить нагрузку магистрали лишь незначительно и, как правило, не вызовет необходимости повышения температуры подаваемой воды.
На рис. 5-15 показаны примерная расчетная схема и пьезометрический график в разводящих сетях без резервирования. Перепад давлений после КРП принят 25 ж и у конечного потребителя — 15,5 м. Диаметр теплопровода на головном участке определен 400 мм при радиусе действия сети 900 м и расходе сетевой воды 14 г на 1 Гкал/ч. Материальная характеристика сетей от
При соединении однотрубной перемычкой двух смежных разводящих сетей и расчете сети на случай повреждения в подающем теплопроводе на 70% расхода воды (рис. 5-16) материальная характеристика сети возрастает всего на 10%. Так как перемычки на разводящих сетях могут использоваться при летних ремонтных работах, то при небольшой протяженности целесообразно проложить их двухтрубными.
На рис. 5-17 приведены различные возможные схемы распределительных сетей при наличии двух параллельно идущих от одной ТЭЦ тепловых магистралей. На схеме а показана однолучевая тупиковая сеть. В отличие от применяемых в настоящее время она секционирована, что дает возможность сохранения части потребителей при повреждениях в хвостовых частях. На схеме б распределительная сеть — кольцевая, что значительно повышает ее надежность. В схеме в распределительная сеть соединяет два районных КРП, сеть также кольцевая. Распределительные сети по схемам а, б и в подключены к одной магистрали, в схеме г и последующих они присоединяются уже к двум магистралям. Схема г — однолучевая секционированная. В отличие от схемы а повреждение на любой из секций вызывает отключение только тех потребителей, которые к ней подключены. В схеме д — сеть двухлучевая, что вдвое снижает количество отключаемых потребителей при повреждении на любой из секций. В схеме ж распределительная сеть — кольцевая (как в схеме б), но кольца соединены перемычкой. В схеме е подключения всех ответвлений от однолучевой линии, соединяющей два КРП, сделаны так же, как присоединяются КРП к магистралям, т. е. с обеих сторон секционных задвижек. Повреждение на любой секции в этой схеме, кроме повреждения на задвижках, не приводит к отключению потребителей. Эту схему, очевидно, следует признать наиболее надежной. Селективность отключения потребителей, конечно, будет зависеть от расстояния между секционными задвижками, которые и определят величину отключаемой тепловой нагрузки. Схемы з и и повторяют схемы г и е с той лишь разницей, что в них потребители подключаются через ЦТП.
Наличие распределительных сетей, соединяющих магистрали между собой, не может, как правило, использоваться при резервировании самих магистралей, так как пропускная возможность их невелика, а изменение перепадов давления на вводах потребителей потребует весьма трудоемкой их наладки.
Первостепенным вопросом централизованного теплоснабжения всегда остается выбор схемы присоединения для наиболее многочисленной категории городских потребителей — жилых зданий. Если выбор схемы для систем горячего водоснабжения предопределяется самим выбором сети — открытой или закрытой — то схемы присоединения систем отопления могут выбираться весьма различными и не зависеть от выбранной системы теплоснабжения.
Как уже отмечалось (см. гл. 3), в последние годы усилилась тенденция к применению независимых схем присоединения систем отопления. Неоспоримыми достоинствами таких схем являются: постоянство расхода воды и давления в системе отопления, сохранение воды и циркуляции ее при повреждениях в наружной сети, возможность повышения давления в обратных магистралях, снижение необходимого перепада давлений на вводе потребителя. Эти достоинства особенно важны в сетях большой мощности, где значительно возрастают абсолютные давления в трубопроводах, количества теряемой сетевой воды и длительность ликвидации повреждений.
Однако вместе с тем нельзя не видеть и теневых сторон такой схемы присоединения — увеличения капитальных затрат, повышения температуры возвращаемой на ТЭЦ сетевой воды. По расчетам ВТИ (Н. М. Зингер) при одинаковых температурных графиках во внешней сети расход сетевой воды при независимой схеме превышает расход воды при зависимой схеме на 10%, а температура обратной воды в сети выше в среднем на 7°С. При одинаковых расходах сетевой воды требуемый температурный график для независимой схемы на 3—4°С выше, чем для зависимой. Если установить отопительный подогреватель в техническом подполье каждого дома, то необходим бесшумный насос или нужно применять систему отопления с естественной циркуляцией. Бесшумных насосов пока еще нет, а применение систем с естественной циркуляцией вызывает удорожание как их амих, так и подогревателей и, кроме того, не гарантирует систему от замерзания при длительных отключениях. Установка подогревателей в ЦТП на группу зданий вызывает увеличение диаметров разводящих труб, расхода электроэнергии и пр.
Обычно независимая схема присоединения систем отопления увязывается с применением графиков с высокой температурой подаваемой воды (TI = 170-200°С). В этом случае затраты на абонентские подогреватели снижаются. Однако при определении общих затрат на абонентские вводы необходимо учесть, по крайней мере, два основных обстоятельства.
Первое — повышение параметров воды на абонентских вводах — приведет к обязательной замене чугунной арматуры на стальную и удорожание монтажа ввода при этом будет даже большим, чем от применения подогревателя.
Второе — практически во всех крупных городах, а именно о них идет речь, уже действуют системы централизованного теплоснабжения, в которых отопительные системы в своем абсолютном большинстве присоединены через элеваторы. Перевод таких сетей на температурный график с TI=170-=-200°C требует единовременной замены элеваторов на подогреватели, что делает вопрос применения такого режима чисто теоретическим. Но даже и в теоретических расчетах следует, очевидно, учитывать дополнительные расходы, связанные с указанной заменой оборудования на абонентских вводах.
По расчетам ВТИ и других организаций температурный график в сетях после ЦТП следует принимать с максимальной температурой 130—140 °С при графике внешней сети 150 °С. Следует, конечно, категорически возражать против прокладки дополнительных труб для установок приточной вентиляции. Как системы отопления, так и калориферы вентиляции должны присоединяться к общей двухтрубной сети, работающей по графику 130—140 °С. Эти обстоятельства заставляют очень внимательно подойти к выбору типовой схемы присоединения систем тепловых сетей с районными КРП.
Появление районных КРП, оборудованных средствами автоматического регулирования, контроля и защиты, коренным образом изменяет сам принцип сетей. Вся протяженная сеть разбивается как бы на участки, гидравлический режим которых становится практически независимым от наружной сети, а тепловой режим может регулироваться. Постоянство расхода воды и давления в системах отопления здесь обеспечивается постоянством давления в сетях за КРП и гидравлической устойчивостью сетей. При повреждениях в сети за КРП сети и потребители автоматически отключаются, для этого в схеме КРП предусмотрено специальное реле утечки. При повреждениях на магистралях, что наиболее опасно в смысле количества теряемой воды, все КРП отключаются от магистралей и переключаются на автономную работу.
Разумеется, применение независимых схем присоединения в сетях после КРП не может являться нежелательным, так как качество теплоснабжения потребителей при этом может возрасти. Однако при наличии КРП применение таких схем присоединения как наиболее дорогих в строительстве и эксплуатации на современной стадии развития не является остро необходимым и может ограничиться зданиями высокой этажности (12—16 и более этажей), зданиями с ненадежными чугунными радиаторами, а также специальными, в которых должна быть гарантирована высокая надежность.
Как применение сетей с резервированием, так и независимых схем присоединения отопительных систем неизбежно связано с удорожанием системы теплоснабжения. В этой связи первоочередность работ по резервированию, обеспечивающих решение основных задач по повышению надежности, бесспорно. Работы по повышению надежности теплоснабжения необходимо начать с резервирования и применения насосного смешения на отопительных вводах.
В практических условиях может иметь место случай отсутствия необходимых для нормального функционирования КРП приборов автоматического регулирования, защиты и контроля. Вероятно, наиболее эффективным по расчетным затратам и по удобству эксплуатации п этом случае будет монтаж в КРП общей подогревательной установки и двухтрубной сети после нее до зданий. Температурный график в распределительной сети желательно сохранить путем соответствующего повышения графика в сети магистральной.
Вторым и не менее важным вопросом при проектировании систем централизованного теплоснабжения является выбор типа присоединения потребителей. В последнее десялетие в крупных и средних системах теплоснабжения в районах массовой застройки преимущественное распространение получили групповые тепловые пушкты. При открытой системе теплоснабжения это пункты учета и распределения тепла, размещаемые в подвалах зданий. В закрытых системах это центральные тепловые пункты, размещаемые в отдельных специальных зданиях, в которых, кроме пунктов учета и распределения тепла, размещаются центральные подогреватели горячего водоснабжения. Таким образом, в современных условиях групповые пункты являются общепринятой рациональной формой теплоснабжения городских кварталов.
Необходимо ли сохранение этой формы и при сооружении районных КРП?
Как видно из предыдущего изложения, весьма важная часть функций, осуществляемая ЦТП в современных сетях, а именно распределение сетевой воды и регулирование гидравлического режима, передается на КРП. При гидравлически устойчивой тепловой сети после районного КРП распределение сетевой воды по отопительным вводам может быть выполнено с помощью сопл в элеваторах или ограничительных диафрагм при насосном смешении, на вводах горячего водоснабжения и вентиляции простейшими регуляторами температуры.
Однако решающим фактором здесь остается возможность и целесообразность установки подогревателей горячего водоснабжения в каждом жилом доме. Возможность размещения подогревателей в технических подпольях высотой 1,6 м при местном понижении помещения на 0,4 м бесспорна, но также бесспорна невозможность размещения центробежных насосов в современном исполнении в подвалах жилых зданий. Нецелесообразна по капитальным затратам установка таких насосов и в вынесенных за пределы зданий подвальных помещениях.
Вопрос размещения подогревателей горячего водоснабжения в подвальных помещениях может быть решен, по меньшей мере, тремя способами:
1. Применением бесшумных насосов, производство которых по типу производимых за рубежом намечается.
2. Переходом в системах горячего водоснабжения на естественную циркуляцию, которая применялась прежде.
3. Отказом от циркуляции, что в массовом порядке применяется при сетях с водоразбором, работающих от ТЭЦ.
Противоречивость технико-экономических расчетов по выбору схем индивидуального и группового присоединения зданий и объясняется именно исходными техническими данными о дополнительных мероприятиях по установке подогревателей горячего водоснабжения в подвалах.
Разумеется, сооружение групповых КРП вполне возможно и на сетях после районного КРП. Более того, при открытой системе теплоснабжения их сооружение будет вполне оправданным, так как маневренность сети и простота учета отпуска тепла возрастают, а затраты на монтаж группового КРП в подвале в этом случае минимальны.
При закрытой системе теплоснабжения выбор типа присоединения определяется возможностью установки местных подогревателей в подвалах домов. При наличии такой возможности целесообразность сооружения групповых КРП с бойлерами горячего водоснабжения определяется технико-экономическими расчетами и местными условиями, например качеством воды в городском водопроводе, наличием площади земли для размещения здания и пр. Особо следует учесть внутреннюю коррозию труб горячего водоснабжения.
Большое разнообразие местных условий дает возможность при наличии районных КРП применять самые разнообразные схемы присоединений потребителей, выбирая те из них, которые наиболее целесообразны по соображениям строительства и эксплуатации.
На рис. 5-18 показаны в качестве примера три варианта возможных схем присоединения потребителей к сетям за районными КРП. В варианте а подогреватели расположены в каждом здании. Разводящие сети работают по тому же температурному графику, что и сети магистральные. Возможна в случае необходимости, например по условиям надежности (проходка по подвалам и пр.), работа разводящих сетей и по пониженному графику. Подогреватели горячего водоснабжения могут присоединяться по любой из схем. Циркуляция в системах горячего водоснабжения должна быть либо естественной, либо с помощью бесшумного насоса.
На рис. 5-19 показаны в качестве примера две схемы присоединения жилых зданий для варианта рис. 5-18.
В обеих схемах предусмотрены верхние баки-аккумуляторы, смешанные двухступенчатые схемы включения подогревателей и шайбирование водоразборных кранов. В схеме рис. 5-19, а — естественная циркуляция в системе горячего водоснабжения, в схеме б —с элеватором и бесшумным насосом. Системы отопления — пофасадные, небольшого радиуса действия. В схеме а присоединение систем отопления через элеватор, в схеме б с бесшумным насосом. Автоматизация работы систем отопления—местными пропусками по трем—пяти представительным точкам в отапливаемых помещениях.
На рис. 5-18, б подогреватели горячего водоснабжения располагаются в групповых КРП. Наиболее желательной в данном случае будет схема группового КРП по рис. 3-17 с аккумулятором и смесительным насосом. Наличие насоса позволяет освободиться от местных про пусков на отопительных вводах и перейти на центральное подмешивание в групповом КРП. Присоединение пофасадных систем отопления возможно как с помощью элеваторов, так и бесшумных насосов. Местное регулирование в данном случае необходимо лишь для систем, отапливающих фасады с южной и западной ориентацией, и должно учитывать солнечную радиацию с помощью специального датчика.
В групповых системах горячего водоснабжения, как ранее отмечалось, очень важным является осуществление равномерной циркуляции по всем зданиям и стоякам. Для этого прежде всего необходимо устройство самостоятельных систем горячего водоснабжения в каждом здании, подобно тому как это делается в системах отопления. Заманчивой с точки зрения простоты устройства и режима работы является совмещение районных КРП с пунктами приготовления воды для бытовых нужд (рис. 5-18, г).
Расчеты по выбору оптимальной величины тепловой нагрузки ЦТП, проведенные в 1965 г. институтом Мос- проект и в 1967 г. ЦНИИЭП инженерного оборудования, показали, что в пределах от 10 до 50 Гкал/ч капиталовложения и эксплуатационные расходы на присоединенную 1 Гкал/ч колеблются в крайне незначительных пределах. При теплопроводах, прокладываемых в сухих грунтах, и средней тепловой плотности 0,7 Гкал/ч на 1 га территории капиталовложения колеблются всего от 16,7 до 17,2 тыс. руб. и эксплуатационные расходы от 2,7 до 2,5 тыс. руб. Таким образом, тепловая нагрузка 40 Г кал/ч для ЦТП лежит в пределах оптимальной. Вводы отдельных зданий при этом варианте будут такими же простыми, как и в варианте 5-18, б — при ЦТП. Небольшое количество крупных КРП позволяет вполне обоснованно поставить вопрос о сооружении в них установок по защите сетей горячего водоснабжения от внутренней коррозии.
Многотрубность схем теплоснабжения с ЦТП и интенсивная внутренняя коррозия разводящих сетей горячего водоснабжения всегда являлись весьма существенными дефектами подобных схем. Постепенное вытеснение из практики строительства схем с ЦТП в силу этих недостатков кажется предрешенным. Однако это может быть пересмотрено, если бы удалось отказаться от циркуляционной трубы горячего водоснабжения. Возможность проработки и экспериментальной проверки такого отказа может основываться на следующем:
1. Дополнительный подогрев воздуха в ванных комнатах можно осуществлять в зимнее время от системы отопления, в летнее (при необходимости)—от электрической сети.
2. Снижение температуры воды значительно лишь в стояках мелкого диаметра, которые к тому же не имеют тепловой изоляции. Однако объем воды в них весьма невелик и в самых неблагоприятных условиях может быть спущен жителем за 1—2 мин (объем воды на этаж 1,5—3 л, спуск воды в минуту 10 л).
3. Уменьшение снижения температуры воды в разводящих трубах в ночные часы может быть достигнуто некоторым увеличением диаметра, толщины и качества тепловой изоляции на трубах диаметром до 100 мм.
Организация резервирования в тепловых сетях, особенно уже существующих, представит собой длительный и трудный процесс. Однако есть определенная, сравнительно немногочисленная группа потребителей, надежность теплоснабжения которых должна быть обеспечена в первую очередь и в кратчайшие сроки. Эти потребители не могут отключаться даже кратковременно ни в отопительный период, ни в летний для ремонта. К потребителям, требующим обязательного резервирования, должны быть отнесены: лечебные учреждения со стационарами (родильные дома, больницы, госпитали, клиники, диспансеры и пр.), теплицы, детские дома, ясли, интернаты, фабрики-кухни, крупные столовые и рестораны, заводы и фабрики с грязным производством или с потреблением горячей воды на технологические нужды.
Для предварительного суждения о возможном количестве таких потребителей можно указать, что из 6,5 тыс. потребителей Московской теплосети в 1965 г. их оказалось около 220, т. е. 3,5% с тепловой нагрузкой около 8,5% от общей.
Наиболее простым методом резервирования таких потребителей является, как указывалось выше, прокладка распределительных сетей в виде перемычек между магистралями. В этом случае не резервированным является только один ввод, обычно имеющий небольшую протяженность. В камере ответвления устанавливаются секционирующие задвижки. Схема такого резервирования (в однолинейном изображении) приведена на рис. 5-20.
Распределительные сети и в этом случае могут рассчитываться без запаса в пропускной способности, так как количество потребителей, требующих безусловного резервирования, очень небольшое и они обычно рассредоточены по территории города. Однако проверочные расчеты пропускной способности распределительных сетей должны быть выполнены при питании с обеих сторон. При аварийном резервировании обычно трудно рассчитывать на поддержание нормальных параметров подаваемого тепла. Поэтому будет весьма полезно у потребителей, требующих резерва в теплоснабжении, установить дополнительные циркуляционные насосы (обычно на обратных линиях). Такие же насосы могут быть необходимы у потребителей горячего водоснабжения с подогревателями при не круглосуточной подаче тепла, например в летнее время. В этом случае циркуляционные насосы включаются потребителями только в ночное время на время централизованного пропуска в работе тепловой сети. Регулятор температуры на подогревателе на эти часы должен отключаться.
Подача горячей воды на бытовые нужды в летний период упрощается при открытом водоразборе. В этом случае возможны работа и ремонт обеих труб попеременно. Однако условия ремонтных работ в этом случае значительно ухудшаются.
Другим способом резервирования теплоснабжения потребителей являются местные котельные. Этот способ особенно прост тогда, когда к тепловой сети присоединяется потребитель с имеющейся котельной. Более того, в большинстве теплосетей существует порядок, при котором вновь подключаемые потребители с котельными обязаны их сохранять в исправном состоянии в течение первого года эксплуатации и ликвидировать их только с разрешения Теплосети. Однако фактически этот порядок соблюдается обычно только формально и местные котельные после теплофикации обслуживаемых зданий немедленно выводятся из строя. Даже тогда, когда все оборудование котельной сохраняется на месте, оно подвергается интенсивной коррозии, так как не обеспечивается необходимая консервация. Ввиду этого за резервной котельной должен быть поставлен такой же постоянный эксплуатационный контроль, как и за котельной работающей. Периодически, по графику, все оборудование котельной, особенно котлы, должны включаться в работу. Наиболее просто сохранять в качестве резервных чугунные котлы. Возможно, что в ряде случаев будет целесообразно установить электрические нагреватели (котлы).
Громов Н. К. Городские теплофикационные системы. М., «Энергия», 1974
