НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Надежность систем теплоснабжения - их способность производить, транспортировать и распределять среди потребителей в необходимых количествах теплоноситель с соблюдением заданных параметров при нормальных условиях эксплуатации. Понятие надежности систем теплоснабжения базируется на вероятностной оценке работы системы, что в свою очередь связано с вероятностной оценкой продолжительности работы ее элементов, которая определяется законом распределения времени этой работы. Главный критерий надежности систем теплоснабжения — безотказная работа элемента (системы) в течение расчетного времени. Система теплоснабжения относится к сооружениям, обслуживающим человека, ее отказ влечет недопустимые для него изменения окружающей среды. Методика оценки надежности систем теплоснабжения учитывает социальные последствия перерывов в подаче теплоты. При выходе из строя система теплоснабжения переходит из работоспособного состояния в отказовое и считается, что она не выполнила задачу, поэтому в течение отопительного периода она рассматривается как перемонтируемая.
Надежность систем теплоснабжения совершенствуют повышением качества элементов, из которых она состоит, или резервированием. Первый путь реализуют при конструировании, изготовлении и приемке элементов и узлов в эксплуатацию. Когда технической возможности повышения качества элементов исчерпаны или когда дальнейшее повышение качества экономически не выгодно, переходят к резервированию. Оно необходимо и в том случае, когда надежность систем теплоснабжения должна быть выше надежности ее элементов. Для оценки надежности пользуются понятиями отказа элемента и отказа системы. Под первым понимают внезапный отказ, когда элемент необходимо немедленно выключить из работы. Отказ системы — такая аварийная ситуация, при которой прекращается подача теплоты хотя бы одному потребителю. У нерезервированной системы отказ любого ее элемента приводит к отказу всей системы; у резервированной такое явление может и не произойти. Система теплоснабжения — сложное техническое сооружение, поэтому ее надежность оценивается показателем качества функционирования. Если все элементы системы исправны, то исправна и она в целом. При отказе части элементов система частично работоспособна, при отказе всех элементов — полностью не работоспособна. Переход из одного состояния в другое обусловливается отказами или восстановлением элементов системы и описывается вектором состояний, который изменяется случайным образом. С каждым состоянием системы сопоставляют расчетный максимальный часовой расход теплоты через нее, дающий численную оценку степени выполнения задачи и являющийся характеристикой качества ее функционирования. Математическое ожидание этой характеристики есть показатель качества функционирования.
Для оценки надежности систем теплоснабжения в целом используется детерминированный показатель Кп, который характеризует транспортный резерв — резерв диаметров закольцованных магистралей для обеспечения необходимой пропускной способности сети при аварийных ситуациях. Возможность проектирования системы тепловых сетей с нерезервированной частью, а также допустимость лимитированного теплоснабжения при отказах ее элементов обеспечиваются теплоаккумулирующей способностью зданий, которая в конечном счете и разграничивает систему на два иерархических уровня. Детерминированный показатель Кл определяет степень снижения температуры воздуха внутри помещения при переводе его на лимитированное теплоснабжение в конце аварийной ситуации. Следовательно, Кл определяет тепловой режим не отключенных от тепловой сети зданий при отказе элемента централизованной системы теплоснабжения на период ремонта отказавшего элемента и связывает воедино три разнородных характеристики системы: допустимое снижение темературы внутри здания (социальная характеристика), теплоаккумулирующую способность здания (конструктивная характеристика здания) и время восстановления (ремонта) отказавшего элемента, определяемое в основном характером отказа, размерами и конструкцией элемента, мощностью аварийно-восстановительной службы. Соответственно значению Кл сокращается расход теплоносителя, циркулирующего в кольцевых сетях верхнего иерархического уровня при аварийных ситуациях. Каждому значению Кл соответствует коэффециент лимитированного расхода теплоносителя Kw. Для обеспечения лимитированного теплоснабжения при аварийных ситуациях гидравлическим режимом тепловой сети управляют.
Как допустимость снижения температуры внутри помещения, так и степень ее снижения определяются социальными и экономическими факторами, по которым рассчитывается транспортный резерв. Для оценки ущерба потребителей, переводимых на лимитированное теплоснабжение, используют дополнительный показатель надежности, который устанавливает допустимую частоту попадания потребителя в режим лимитированного теплоснабжения. Он отражает вероятность совпадения двух событий: отказа элемента кольцевой сети и попадания этого отказа в зону наружных температур ниже той, которая соответствует потребности абонента в теплоте, равной лимитированной.
При расчете вероятности попадания потребителя в лимитированное теплоснабжение величина пл является расчетным временем.
Надежность теплоснабжения обеспечивается надежной работой всех иерархических уровней системы: источниками теплоты, магистральными тепловыми сетями, квартальными сетями, включая тепловые пункты потребителей. Надежность первого иерархического уровня (источников теплоты) — задача самостоятельная, которая решается при проектировании и строительстве ТЭЦ и отопительных котельных (тепловых станций). На каждой станции, состоящей из нескольких агрегатов (котлов, турбин, водоподогревателей), традиционно применяют резервирование, поэтому обеспечение надежности их возможно при ограниченных капиталовложениях. Резервирование второго иерархического уровня (магистральных тепловых сетей) для обеспечения неотключенных потребителей нормальным теплоснабжением увеличивает их стоимость в 1,5—2 раза. Повышение надежности тепловых сетей, наиболее дорогой и уязвимой части системы, достигается правильным выбором ее схемы, резервированием и автоматическим управлением как эксплуатационным, так и аварийными гидравлическим и тепловыми режимами.
Тепловые сети делятся на два иерархических уровня: верхний — магистральные резервированные теплопроводы, нижний — квартальные сети. В основе принципа разделения лежит величина математического ожидания отключаемой мощности тепловых пунктов при авариях. Ее определяют исходя из допустимого времени восстановительных работ и значений параметра потока отказов эквивалентированных зон, отключаемых при авариях секционирующими задвижками. Эквивалентированная зона состоит из элементов, которые по надежности соединены последовательно, т.е. таким образом, что отказ любого из них влечет отключение от тепловой сети одних и тех же потребителей. Величину математического ожидания отклоняемой мощности определяют из условий аварийно-восстановительного ремонта наиболее трудно восстанавливаемого или заменяемого элемента нерезервированной части сети и социального значения снижения качества теплоснабжения. Эта величина определяет тепловую нагрузку и диаметр тупиковых ответвлений и в итоге значение показателя надежности. Нормированием численно определяются надежность тепловых сетей и разделение их на два иерархических уровня.
При аварийной ситуации кольцевую часть тепловой сети переключают на нерасчетный гидравлический режим, при котором путь теплоносителя и нагрузки на отдельных участках возрастают. При таком переключении для пропуска расчетного расхода теплоносителя всем неотключенным потребителям необходимо существенно увеличить диаметры участков тепловой сети, что влечет за собой значительные металло- и капиталозатраты. Обычно в таком случае потребителям подают меньшее количество теплоты, вводя коэффециент лимитированного теплоснабжения Кл. На этот понижающий коэффециент и рассчитаны гидравлические режимы при аварийных ситуациях, для которых определяют транспортный резерв (резерв в диаметрах) кольцевой части тепловой сети. Таким образом, показатели надежности определяют структуру, структурный и транспортный резервы тепловой сети — средства повышения их надежности. Надежность тепловой сети можно повысить не изменяя степень кольцевания, а уменьшая отключаемую тепловую мощность разделением сети на большее число отключаемых зон, увеличением числа секций, делением нерезервированной части сети на большее число локальных тупиковых сетей, присоединяемых к кольцевым и несущим меньшие тепловые нагрузки. Показатели надежности систем теплоснабжения нормируют, а надежность сетей рассчитывают, удовлетворяя нормам.