ХЕМЫ СОВРЕМЕННЫХ СЕТЕЙ
Как в первые годы развития, так и до последнего времени по традиции, узаконенной действующими нормами проектирования, тепловые сети в городах прокладывались по радиальной схеме. Перемычки между магистралями в действующих сетях возникали в значительной мере случайно, для чего использовались идущие в нужном направлении распределительные сети.
При постепенной теплофикации отдельных кварталов в старых городах количество таких перемычек становилось весьма значительным. Наглядным образцом такого возникновения многокольцевой сети является показанная на рис. 4-1 схема тепловых сетей одной ТЭЦ Мосэнерго. В таких сетях нет сколько-нибудь резкой границы между магистральными и распределительными сетями. Они могут разделяться лишь по диаметрам трубопроводов. Как те, так и другие работают с одним и тем же тепловым и гидравлическим режимом. Разница в давлениях теплоносителя больше зависит от расстояния данного участка от ТЭЦ, чем от его принадлежности к магистральной или распределительной сети. Одинаковые параметры теплоносителя в сетях объективно приводят к большому количеству ответвлений на тепловых магистралях и даже к присоединению к ним близко расположенных отдельных потребителей. В результате тепловая сеть становится очень разветвленной, с большим количеством отдельных самостоятельных потребителей. Еще 10—15 лет назад тепловые нагрузки магистралей, отходящих от ТЭЦ, редко превышали 100—150 Гкал/ч, диаметр их 500—600 мм и радиус действия 2,5—3,0 км. В такой сравнительно короткой сети разность напоров на выводах ТЭЦ обычно не превышала 50—60 м, а максимальное давление в подающих трубах 7—8 кгс/см2, в обратных 3,5—4,5 кгс/см2. Прошедшие годы резко изменили характер систем городов. Вместе с внедрением в энергетику мощных теплофикационных турбин и крупных ТЭЦ значительно возросли радиусы действия тепловых сетей, диаметры магистральных теплопроводов, их тепловые нагрузки.
Рост радиусов действия и тепловых нагрузок наглядно виден, например, из табл. 4-1, в которой приведена группировка по радиусам и нагрузкам водяных магистралей, отходящих от коллекторов Московских ТЭЦ. Из 40 магистралей третья часть имеет радиус действия более 6 км, а шестая часть — более 10 км. Если же учесть их проектную нагрузку, то в первом случае она составит около 65% от суммарной, а во втором — около 40%. К этому следует добавить, что последние годы сооружались только магистрали большого радиуса действия.
Увеличение радиуса действия магистралей естественно привело к повышению располагаемых напоров на ТЭЦ, к появлению насосно-перекачивающих станций. Так на Московских ТЭЦ средний располагаемый напор возрос до 10 кгс/см2, в тепловых сетях сооружено более 20 насосно-перекачивающих станций с установленной мощностью насосных агрегатов около 50 тыс. кет. На рис. 4-2 приведен в качестве примера график давления в протяженной тепловой магистрали от ТЭЦ № 22.
Во многих случаях к сетям присоединены теперь потребители, перерыв в теплоснабжении которых совершенно недопустим — медицинские учреждения со стационарами, парниковые хозяйства и др. С другой стороны, значительно увеличилось количество потребителей С резко переменной нагрузкой — научно-исследовательские институты, опытные производства, работающие в 1—1,5 смены, и пр. Вместе с ростом радиуса магистралей в несколько раз возросло и общее количество присоединенных к ним потребителей.
Для анализа современного положения в качестве примера в табл. 4-2 приведена характеристика потребителей, присоединенных к водяным сетям от Московских
ТЭЦ. Средняя тепловая нагрузка абонента с самостоятельным присоединением к сети в целом по теплофицированным коммунальным зданиям Москвы составляет всего 1 Гкал1ч и даже по новым районам теплофикации не превосходит 3 Гкал/ч (сети от ТЭЦ № 22). Некоторое положительное значение в смысле повышения управляемости сетей имеет применение групповых ЦТП. Однако количество объединяемых ими зданий невелико (8200 зданий на 910 ЦТП)
Существующие тепловые сети в городах, как правило, не имеют резервирования. Такое утверждение может по казаться необоснованным, если бегло смотреть на схемы сетей существующих ТЭЦ, особенно старых. Сети имеют большое количество взаимных связей, образуют много колец. Таковы, например, тепловые сети от ТЭЦ Мосэнерго, начавшие свое развитие с 1931 г. (рис. 4-1), Однако первое впечатление о наличии резерва пропадает, если посмотреть на диаметры соединительных связей.
Расчеты и опыт работы показывают, что резервирование через такие связи осуществить невозможно, во- первых, из-за их недостаточной пропускной способности и, во-вторых, вследствие невозможности быстрого перераспределения сетевой воды по потребителям при аварийных режимах.
На рис. 4-3 графически представлены результаты расчетов на ЭВМ аварийных режимов тепловой сети одной ТЭЦ Мосэнерго, схема которой приведена на рис. 4-1. Как видно из рис. 4-3, в подавляющем большинстве случаев располагаемые напоры при аварийных отключениях участков магистралей (линии 2) значительно ниже номинальных и допускаемых (линии /). Расчет производился на 100%-ный расход сетевой воды при резервировании, так как к тепловым сетям ТЭЦ присоединено около 1800 потребителей со средней нагрузкой каждого около 0,6 Гкал/ч.
К сожалению, в соответствии с рекомендациями норм проектирования так же сооружаются в настоящее время тепловые сети и от крупных ТЭЦ. На рис. 4-4 приведена упрощенная радиальная схема тепловых сетей от мощной ТЭЦ, применяемая в настоящее время. Параллельно идущие от Тр)Ц магистрали большого диаметра фактически могут работать только изолированно, так как перемычки, выполненные через ответвления к потребителям, могут использоваться только в летнее время при сниженных расходах воды. Присоединение потребителей, которое необходимо производить только через групповые ЦТП (схема б на рис. 4-4), фактически выполняется либо индивидуально (схема рис. 4-4,а), либо смешанно, как это показано на схеме рис. 4-4, в. На магистралях большого диаметра появляется большое количество ответвлений, что при радиальной сети увеличивает количество камер и затраты на обслуживание.
Главные недостатки этой схемы: множество самостоятельных тепловых пунктов, в которых необходимо регулировать расход сетевой воды, и большая продолжительность отключения ответвлений при повреждениях на магистралях. Так, например, в Московских сетях магистрали с тепловой нагрузкой 600—700 Гкал/ч работают при начальном давлении 14—15 кгс/см2. Транспортируемый ими расход воды в 7—8 тыс. т нужно распределить по нескольким сотням первичных КРП. На каждом километре магистральной сети отходит от трех до пяти ответвлений. Отсутствие резервирования в сетях приводит к отключениям больших групп потребителей. Масштабы, срок и время отключения зависят от диаметра поврежденного трубопровода, от характера повреждения. Чем больше диаметр теплопровода, тем больше к нему присоединено зданий и тем обычно больше срок отключения для аварийного ремонта. Повреждение на трубопроводах диаметром 1000—1 200 мм ведет к отключению многих сотен зданий на двое-трое суток.
В настоящее время, как твердо показывает практика, наиболее слабым звеном в крупных системах теплоснабжения является тепловая сеть и именно подземный теплопровод. Многое в вопросе надежности теплоснабжения можно, несомненно, сделать путем поднятия долговечности работы самого теплопровода (гл. 1). Однако главная причина недостаточной надежности лежит в том, что в отличие от электрических, водопроводных и газовых тепловые сети в городах, как было указано выше, сооружаются как тупиковые, радиальные (рис. 4-4) и рассчитываются на расход воды только закрепленных за ними потребителей.
Для обеспечения надежности теплоснабжения необходимо изменить сам принцип проектирования городских тепловых сетей [Л. 2, 5]. Магистральные, а в последующем и разводящие сети должны иметь взаимное резервирование. При круглогодичной работе сетей, широком круге разнородных потребителей такое резервирование необходимо независимо от надежности и долговечности работы подземных теплопроводов.
Абсолютно надежных конструкций теплопроводов не существует и существовать не может. Большое количество повреждений на современных конструкциях теплопроводов лишь обостряет необходимость резервирования магистралей как зимой, так и летом —для проведения ремонтов. Резервирование в тепловых сетях нельзя понимать только как прокладку определенного количества перемычек и увеличение диаметра магистралей. Под системой разервирования следует понимать принцип построения всей сети, включая дислокацию первичных тепловых пунктов.
Громов Н. К. Городские теплофикационные системы. М., «Энергия», 1974
