ТЕХНИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ЭКСПЛУАТАЦИИ
Техническая структура современных крупных теплоснабжающих систем не может обеспечить высокой эффективности работы. Для решения этой задачи вновь сооружаемые системы должны конструироваться и работать на тех новых принципах, основы которых были изложены в гл. 4 и 5. Работающие системы должны быть подвергнуты реконструкции, которая постепенно приведет их к нужному состоянию. Очень важно, чтобы сооружение новых и реконструкция существующих систем проводились по единому хорошо продуманному плану и были зафиксированы в утвержденных положениях, нормах и других руководящих документах.
Особенно тщательно должны быть продуманы схема управления системой, иерархическая структура системы, контроль, сигнализация и управление. Крупная система не может управляться без хорошо организованной информации о результатах работы, о неполадках, об отклонениях от нормы и пр. Для всего этого система должна иметь хорошую надежную связь. Объем информации, с одной стороны, должен быть достаточным для принятия решений, с другой, не должен излишне перегружать звенья управления, принимающие эти решения.
Следует иметь в виду, что та техническая структура, которая может обеспечить высокую эффективность, принципиально должна иметь значительно больший объем информации, чем это имеет место и нужно в современных системах. Современные системы работают или стремятся работать на постоянном гидравлическом режиме с небольшими колебаниями по часам суток; магистральные сети и КРП в новых системах будут работать в переменном режиме.
Исходя из этого, в крупных системах необходимо ориентироваться на двухступенчатую структуру диспетчерского управления: Центральный диспетчерский
пункт — Районный диспетчерский пункт. На рис. 6-2 показана принципиальная схема диспетчерского управления одним объектом крупной теплоснабжающей системы. В объект входит ТЭЦ № 1 с отходящими от нее четырьмя тепловыми магистралями: магистрали № I и 2 взаимно резервируют друг друга, магистраль № 3 резервируется районной котельной (РК), а магистраль № 4 — от сетей ТЭЦ № 2; остальные тепловые сети ТЭЦ № 2 на схеме не показаны. Потребители от всех магистралей присоединяются через КРП, магистрали № 1 и 2 соединены перемычками, для чего предусмотрены переключательные пункты (ПП).
На магистрали № 1 показана насосно-перекачиваю- щая станция (НПС) на подающей трубе. На магистрали № 4, соединяющей две ТЭЦ в месте установки разделительных задвижек, показан насосно-подпиточный пункт (НПП). В зависимости от местных условий ТЭЦ № 1 и 2 могут работать и параллельно и раздельно.
При параллельной работе подпитка может подаваться либо с обеих ТЭЦ, либо с одной, т. е. в любой комбинации, что весьма целесообразно по соображениям ремонта и вообще повышения надежности. Такая же необходимость часто возникает и при раздельной работе ТЭЦ, эту возможность и обеспечивает НПП.
Контроль за работой и состоянием оборудования в установках потребителей в предлагаемой схеме предусмотрен через объединенные диспетчерские пункты (ОДС), подчиненные жилищным организациям. ОДС
выполняют эти функции наряду с диспетчированием работы лифтов, наружного освещения, водопровода и пр.
Если учесть, что на рис. 6-2 показан лишь один объект (сети от одной ТЭЦ), а таких объектов в крупной системе будет не менее четырех-пяти, то будет ясен объем информации. Так, например, если предположить, что тепловая нагрузка каждой из четырех отходящих от ТЭЦ магистралей составляет 600 Гкал/ч, то количество контролируемых пунктов составит: КРП = 60,
ОДС = 180, НПС=3, ТЭЦ=1.
Для контроля и управления указанными пунктами на рис. 6-2 предусмотрен районный диспетчерский пункт (РДП). Центральный диспетчерский пункт сетевого предприятия координирует и управляет работой РДП и ТЭЦ в части отпуска тепла. В свою очередь центральный диспетчерский пункт энергосистемы управляет работой ТЭЦ, координируя отпуск тепла с выработкой электроэнергии.
Объем работы РДП и ЦДП и качество теплоснабжения в значительной мере будут зависеть от того, насколько в системе информации и управления будет проведен принцип автоматизации. Этот принцип должен быть проведен во всех элементах теплоснабжающей системы в теплоприемных устройствах потребителей, в районных КРП, в насосно-перекачивающих и дренажных станциях. Все эти элементы должны иметь надежно работающие системы автоматизации, предусматривающие нужный режим работы и защиту при неисправностях. Система дистанционного управления должна дополнять систему автоматического управления.
Как неоднократно указывалось, техническая структура в действующих крупных тепловых сетях является, как правило, неудовлетворительной и не может обеспечивать высококачественного теплоснабжения потребителей. Выше приводились и те основные мероприятия, с помощью которых техническая структура должна улучшаться. Сюда относятся: прокладка резервных связей, а иногда и дополнительных тепловых магистралей, сооружение районных КРП и, наконец, реконструкция местных тепловых пунктов — установка отопительных подогревателей с насосами или только смесительных насосов и средств защиты к ним.
Надо понимать, что реконструкция действующих сетей— процесс всегда длительный и достаточно трудоемкий. Поэтому весьма важно определить правильную очередность проведения работ. Реконструкция прежде всего должна коснуться сетей наименее надежных, пораженных наружной коррозией в наибольшей степени. Именно в этих сетях наиболее вероятны повреждения, вызывающие перерывы в теплоснабжении и опасные из-за возможности размыва дорог, строений и ожогов населения.
Перерыв в теплоснабжении, особенно длительный (табл. 1-10), неприятный сам по себе, сопровождается потерей большого количества сетевой воды, а иногда при отсутствии или невнимательности обслуживающего персонала даже замораживанием систем отопления.
В современных крупных сетях наибольший объем воды имеют наружные теплопроводы. Так, в московских сетях присоединенная тепловая нагрузка потребителей на начало 1972 г. составляла около 12 тыс. Гкал/ч, а объем воды в сетях 560 тыс. м3 или 46 м3 на 1 Гкал/ч тепловой нагрузки. Удельная емкость абонентских систем в большой степени зависит от двух факторов: от удельного веса нагрузки отопления и особенно от типа нагревательных приборов в системах отопления. При стальных конвекторах удельный объем воды в системах отопления примерно равен таковому для систем приточной вентиляции и кондиционирования, т. е. примерно 8—9 м3, при чугунных радиаторах он в 2—3 раза выше. В зависимости от этих факторов объем воды в современных сетях в 3—5 раз больше, нежели в абонентских системах. Отсюда крайне важна быстрота локализации места повреждения теплопровода, особенно магистрального.
Быстрота локализации зависит прежде всего от выявления поврежденной секции теплопровода, от наличия и исправности секционирующих задвижек, от типа и надежности их привода, от доступности и предохранения от залива горячей водой. В обычных условиях при отсутствии телемеханического управления секционными задвижками даже исправное состояние их приводов и наличие дежурного персонала не могут обеспечить быстрого отключения, необходимого при повреждениях трубопроводов большого диаметра.
При отсутствии в настоящее время телемеханических устройств по обнаружению мест интенсивной утечки сетевой воды единственно надежным является выявление поврежденной магистрали лиШь по показаниям на ТЭЦ. Перемычки между магистралями, хотя бы и небольшого диаметра, имеющиеся в сетях, во-первых, искажают показания расходомеров, а, во-вторых, не дают возможности произвести быстрое и полное отключение поврежденной магистрали. Поэтому впредь до организации систем телемеханического обнаружения повреждений необходимо применять принцип разомкнутой работы каждой магистрали (направления), отходящей от ТЭЦ., В дальнейшем, после отключения поврежденного участка перемычки между магистралями могут быть включены для организации теплоснабжения потребителей. В нормальном режиме все перемычки между направлениями закрыты (рис. 6-3) и сети работают по радиальной тупиковой схеме. Это дает возможность персоналу ТЭЦ при возникновении большой утечки воды из сети определить по показаниям расходомеров поврежденную магистраль (направление) и принять по согласованию с дежурным диспетчером тепловой сети немедленные меры по ее отключению.
Отключение поврежденной магистрали снижает давление в ней, а следовательно, и утечку воды. При больших размерах повреждений крупного теплопровода возможные утечки воды из сети настолько велики, что приводят даже при максимально возможной подаче
Подпиточной воды на ТЭЦ к быстрому снижению Давления в сети и частичному опорожнению систем отопления, присоединенных по зависимой схеме. Быстрое отключение поврежденной магистрали нормализует работу остальных магистралей, но не предохраняет от спуска воды из распределительных сетей и систем отопления, присоединенных к поврежденной магистрали.
Как указывалось выше (см. гл. 1), повреждения обычно имеют место на подающих теплопроводах. В схеме сетей с КРП отключение распределительных сетей и потребителей будет автоматическим благодаря наличию в схеме КРП реле утечки, воздействующих на регуляторы. В сетях без КРП обеспечить сохранение воды в распределительных сетях и системах отопления зданий возможно путем установки обратных клапанов на подающих линиях распределительных сетей.
На рис. 6-3 схематически показаны две магистрали, отходящие от ТЭЦ. Задвижки на перемычке между магистралями в нормальном режиме закрыты. На распределительной сети, отходящей от магистрали № 1, показан обратный клапан (на подающей трубе).
При длительном выключении подачи тепла от ТЭЦ очень важно предохранить систему отопления здания от замерзания. Это возможно путем сохранения в ней местной автономной циркуляции либо спуском воды. Так как последующий за спуском напуск воды в системы отопления приводит к удлинению перерыва в теплоснабжении и подаче в сеть неумягченной воды без деаэрации, то весьма желательно сохранить воду в системах отопления. Наиболее просто это выполняется в сетях с КРП, а также в системах отопления, присоединенных к тепловой сети через теплообменник (при насосной циркуляции). В системах, присоединенных к сети с помощью смесительных насосов, предохранение системы от опорожнения возможно путем установки обратного клапана на » подающей трубе ввода и регулятора давления прямого действия на обратной трубе. Наиболее просто это выполнять в ЦТП. Если присоединения систем отопления к сети выполнены через элеваторы, то в ЦТП должен быть установлен дополнительный циркуляционный насос, который помимо данного случая необходим и для работы в теплое время отопительного сезона. Бесспорно, что организационная структура эксплуатации не может быть одинаковой и будет в большой степени зависеть от местных условий — величины теплоснабжающей системы, ее принадлежности, характера тепловых потребителей и прочих факторов. Но также можно утверждать, что во многих случаях даже при одинаковых или почти одинаковых местных условиях могут быть предложены и эффективно использованы различные структуры организации эксплуатации. Таким образом, все последующее рассматривается только как возможные варианты, основанные на изучении опыта эксплуатации и тенденциях его развития.
С некоторым приближением все многообразие действующих систем теплоснабжения можно разбить на три группы:
1- я группа — системы теплоснабжения от квартальных котельных с водогрейными либо паровыми котлами. Такие котельные весьма часто находятся в эксплуатации жилищных организаций. К этой группе можно также отнести системы теплоснабжения поселков при крупных загородных электростанциях и заводах.
2- я группа — объединения квартальных и районных котельных, управляемые общей дирекцией.
3- я группа — теплоснабжающие системы от ТЭЦ общего пользования или промышленных ТЭЦ.
В 1-й группе источник тепла, тепловая сеть и сами потребители (тепловые пункты и местные системы) обычно принадлежат одному владельцу. Во 2-й одному владельцу принадлежат лишь источник тепла и тепловая сеть, этот владелец продает тепловую энергию различным потребителям и осуществляет контроль за ее использованием- В 3-й группе разделение функций является еще более глубоким: ТЭЦ и тепловая сеть принадлежат разным предприятиям энергосистемы. Предприятие по эксплуатации тепловых сетей (Теплосеть), получая тепловую энергию от ТЭЦ, осуществляет транспортировку его по наружным сетям, распределение по тепловым пунктам потребителей и контроль за его использованием. Отпуск тепла потребителям во 2-й и 3-й группах производится по договорам, в которых записаны взаимные обязательства сторон: с одной стороны, по подаче тепла в соответствии с его потребностью, с другой стороны, по правильному и экономичному его использованию и оплате.
Обеспечение надежной и экономичной работы всей системы теплоснабжения и высокого качества обеспечения потребителей возможно лишь при согласованной четкой работе всех звеньев этой системы. Таким образом, во всей системе теплоснабжения должны действовать одни общие правила, обязательные как для ТЭЦ (или котельной), так и Теплосети и потребителей. Эти правила, отдавая приоритет вопросам надежности теплоснабжения потребителей, вместе с тем должны предусматривать строгое выполнение потребителем определенных правил пользования теплом. Выполнение этих правил всеми потребителями и должно создавать возможность проведения определенного режима работы.
Выше указывалось, какая тесная взаимосвязь существует в тепловых сетях между их тепловым и гидравлическим режимами. Нормальная подача тепла возможна лишь при строгом соблюдении гидравлического режима каждым из потребителей. Отсюда необходимость строгого соблюдения установленных правил и норм использования тепловой энергии потребителями и необходимость систематического контроля за соблюдением правил.
Казалось бы, что соблюдение правил и контроль за этим наиболее просто осуществить при одном, общем владельце всей системы теплоснабжения. Такое совпадение имеет место в 1-й группе систем, т. е. при теплоснабжении от отдельных квартальных и районных котельных. Однако практика показывает, что именно при этой форме организации наиболее низка культура эксплуатации и весьма часто не обеспечивается ни качество, ни экономичность теплоснабжения. Причина обычно лежит в заброшенности этого участка в жилищном хозяйстве, отсутствии грамотных эксплуатационников, плохой обеспеченности материалами, запасными частями, ремонтной базой и пр. При такой форме организации система может надежно работать лишь в заводских или пристанционных поселках под контролем энергетической службы предприятия.
Практикуемая в последние годы в городах организация специализированных дирекций по эксплуатации квартальных и районных котельных и тепловых сетей от них несомненно является более совершенной формой организации теплового хозяйства городов. Широкое распространение в последний период времени получила и организация самостоятельных предприятий по эксплуатации тепловых сетей от ТЭЦ, заменившая цехи теплофикации при электростанциях.
Как в дирекциях котельных, так и в теплосетях от ТЭЦ потребители могут быть самой различной принадлежности. Первым важным вопросом, определяющим объем работы по эксплуатации сетей и тепловых пунктов, являются границы собственности и эксплуатации (они, как правило, должны совпадать) между сетями и потребителями. В большинстве городских теплосетей установился порядок, по которому такой границей является камера на распределительных сетях, от которой выполнен ввод к данному потребителю. Все оборудование ввода — ответвление и тепловой пункт — принадлежит потребителю и им эксплуатируется.
Такой порядок разграничения возлагает эксплуатацию вводов на персонал потребителей. Если принять во внимание разобщенность эксплуатационного персонала потребителей, отсутствие квалифицированного руководства его работой, то такое разграничение эксплуатации и такая форма организации хотя и являются допустимыми, но не могут быть признаны оптимальными. Решающими недостатками такой организации являются прежде всего невозможность создания ремонтной производственной базы у каждого потребителя, большие трудности в организации надлежащего снабжения материалами и пр. В исключительно трудном положении при такой организации оказываются потребители, имеющие отдельные индивидуальные здания, а также школы и детские учреждения. Ремонтные работы на подземных теплопроводах крайне сложны также и для жилищно-эксплуатационных контор.
Очевидно, наиболее рациональной формой организации эксплуатации сетей в городах явится создание общего предприятия по эксплуатации тепловых сетей, вводов и распределительных пунктов потребителей в городах. Исключение могут составлять промышленные предприятия и отдельные специальные комплексы, располагающие собственным квалифицированным персоналом. Эксплуатационные организации должны подчиняться городским советам наравне с предприятиями, ведущими эксплуатацию газовых, электрических и водопроводных сетей. Главное при их организации — это оснащение производственными базами, автотранспортом, механизмами и материалами.
Большое значение в организации наблюдения за правильным функционированием оборудования распределительных пунктов в зданиях могут иметь создаваемые кустовые, объединенные для всего инженерного хозяйства, диспетчерские пункты — ОДС при ЖЭК. В Москве в 1971 г. работало 40 таких ОДС. В этом случае из одного центрального пункта организуется контроль (по проводам) работы нескольких десятков пунктов. Такой контроль прежде всего необходим за работой циркуляционных насосов как отопительных, так и в системах горячего водоснабжения. Второй ступенью диспетчеризации может быть контроль за температурой и давлением подаваемой на разбор горячей воды, температурой обратной воды на тепловых пунктах.
При отсутствии авторегуляторов на отопительных узлах из диспетчерского пункта может осуществляться периодическое отключение отопительных систем, необходимое в теплые периоды отопительного сезона. Диспетчерский пункт желательно располагать на головном участке тепловой сети, питающей кварталы, намечаемые к диспетчеризации. В нем должны быть установлены манометры и термометры, показывающие параметры горячей воды на этом головном участке сети. При другом расположении диспетчерского пункта возможен дистанционный вывод таких показаний на тепловой щит диспетчера. Диспетчерский пункт должен обязательно иметь телефон. Перевод на диспетчерское управление должен обязательно сопровождаться автоматизацией насосных установок. Для этого электродвигатели оборудуются автоматическим включением резервного насоса приостановке рабочего, на напорных патрубках насосов устанавливаются обратные клапаны. Желательна автоматизация работы циркуляционных насосов горячего водоснабжения, исходя из режима их работы. Остановка рабочего насоса приводит к включению резервного с одновременной сигнализацией об этом на диспетчерский щит. При получении такого сигнала из диспетчерской должен быть выслан дежурный для выяснения и по возможности устранения причины. На каждом контролируемом объекте должен быть установлен щиток аварийной сигнализации, соединенный проводами с диспетчерским щитом.
На диспетчерский щит также должны подаваться сигналы при исчезновении напряжения на щитках аварийной сигнализации, а также при обрыве или замыкании проводов линий связи, соединяющих щитки аварийной сигнализации на объектах с диспетчерским пунктом. Воздушные линии от щитков аварийной сигнализации могут выполняться по стенам зданий, а между зданиями — воздушными перекидками на троссах. Крайне желательно использование линий городского телефона.
Внутри каждой городской эксплуатационной организации должны быть созданы по территориальному признаку самостоятельные ячейки по эксплуатации (районы, конторы и т. п.). Как правило, городские ТЭЦ в нормальном режиме работают по теплоснабжению раздельно или небольшими комплексами из двух станций. Исходя из удобства учета показателей работы каждой территориальной ячейки, весьма желательно границы ее деятельности совместить с районом действия тепловых сетей этой ТЭЦ или комплекса ТЭЦ.
Основными задачами такой низовой эксплуатационной ячейки (района) являются: организация наблюдения за техническим состоянием сетей, проведение профилактических ремонтов на них, распределение циркулирующей воды по абонентским вводам и контроль за ее использованием. В соответствии с этими задачами эксплуатационный район должен иметь дежурную службу, ремонтный и эксплуатационный персонал. При оптимальной структуре эксплуатации, как указывалось выше, в функции предприятия входят также обслуживание и ремонт тепловых пунктов потребителей. Эти задачи также будут возложены на эксплуатационные районы, что увеличит их персонал, даст возможность создать полноценные дежурные службы и повысит возможности их влияния на режим распределения циркулирующей воды, на Мобильность ликвидации повреждений.
Общими для всего предприятия должны быть и такие эксплуатационные службы, как служба электрохозяйства и насосно-перекачивающих станций, служба КИП, автоматики и телемеханики. На эти две службы с точным разделением функций должны быть возложены эксплуатация и ремонт районных КРП, в которых будет сосредоточено большое количество разнообразного оборудования.
При наличии в предприятии постоянно работающих котельных эксплуатация их может быть сосредоточена в отдельной службе котельных. Если котельные находятся в теплом резерве (под циркуляцией сетевой воды), то наблюдение за ними может быть поручено эксплуатационному району.
Очень важное значение в предприятии имеет диспетчерская служба, которая должна четко координировать работу источников тепла, сетей и потребителей. Особенно ответственна роль диспетчерской службы при ликвидации повреждений.
Важнейшим показателем работы любой производственной организации, в том числе и эксплуатационной, является производительность труда. В сетевых предприятиях энергосистем производительность труда обычно оценивается по штатному коэффициенту, представляющему собой количество промышленно-производственного персонала на 1000 уел. ед. Подсчет условных единиц (трудоемкость эксплуатации) в настоящее время производится по устаревшей системе, в которой чрезвычайно завышена роль теплового надзора за потребителями и не учтены появление и быстрый рост протяженности теплопроводов большого диаметра. Разработана, но не утверждена новая система подсчета условных единиц. Чем крупнее тепловая сеть, тем при прочих равных условиях ниже ее штатный коэффициент. На рис. 6-4 приведен примерный график зависимости штатного коэффициента от объема работ эксплуатационного предприятия (по материалам ОРГРЭС). Несомненно, объединение сетевых организаций с персоналом ЖЭК приведет к заметному увеличению производительности труда. На рис. 6-5 приведены данные по крупнейшей тепловой сети — Московской.
Громов Н. К. Городские теплофикационные системы. М., «Энергия», 1974
