Наладка гидравлического режима тепловой сети – нераскрытый потенциал энергосбережения в сфере ЖКХ
А. В. Воробьев, главный специалист отдела энергоаудита и технической экспертизы КОГУП «Агентство энергосбережения»
Тепловые сети после монтажа и во время долгой эксплуатации нуждаются в проведении гидравлической наладки для правильного распределения потоков рабочей среды по системе. Очень часто в процессе эксплуатации сети подвергаются изменениям (прокладываются новые ответвления или ликвидируются существующие, присоединяются новые потребители или изменяется нагрузка у потребителей). Все это оказывает серьезное влияние на гидравлический режим системы. Одной из главных проблем теплоснабжения является неравномерное распределение тепла между потребителями. На практике абоненты часто самовольно устанавливают дополнительные радиаторы или изменяют схемы их подключения, что приводит к нарушению теплового и гидравлического режима работ тепловой сети. Для решения данной проблемы необходимы расчет и наладка гидравлического режима работы сетей.
Гидравлический режим систем теплопотребления определяется параметрами установленных насосов и пропускной способностью трубопроводов тепловых сетей и систем теплопотребления. Рабочая точка работы системы устанавливается на основе указанных факторов. Поэтому если не будет проведена гидравлическая регулировка, расход теплоносителя через систему отопления не будет соответствовать расчетному для каждого потребителя и велика вероятность отсутствия его циркуляции в наиболее удаленных от источника участках тепловой сети. Нарушение теплового и гидравлического режимов тепловой сети ведет к изменению температурного графика в системе отопления отдельных потребителей. Данное изменение температурного графика является частой причиной недотопа или перетопа. Последствия таких изменений у потребителей проявляется в виде ухудшения условий в отапливаемых помещениях.
Если расход теплоносителя в системе теплопотребления значительно завышен, то имеет место перерасход электроэнергии на сетевых насосах и заниженное значение температуры сетевой воды после водонагревательного оборудования и, как следствие, низкое качество и надежность всех абонентов системы теплоснабжения. Сетевой насос изначально был подобран в проектной организации, которая осуществляла проектирование тепловой сети и расчет тепловой нагрузки потребителей, очень часто с перспективой развития строительства и соответственно подключения новых потребителей. После монтажа системы теплоснабжения эксплуатирующая организация не анализирует работу котельной и тепловой сети с целью снижения затрат на выработку единицы тепловой энергии.
Большинство руководителей не уделяет внимания данному виду деятельности экспертных организаций по причине неполного понимания необходимости проведения гидравлической наладки и стоимости этой работы. В основе наладки заложен гидравлический расчет. Результатами данного расчета является подбор и установка балансировочных клапанов для каждого потребителя, а также окончательная настройка клапанов после их установки
Конечно, при упоминании балансировочных клапанов многие сразу подумают про их стоимость и, разумеется, тут же вспомнят про шайбы. Но шайбирование ушло в далекое прошлое по причине обязательной и необходимой корректировки результатов гидравлического расчета с поправкой на техническое состояние внутренней поверхности трубопроводов. При наладке данным способом на месте проводится корректировка результатов расчета для обеспечения необходимого расчетного расхода теплоносителя у потребителя путем рассверливания шайб с предварительным сливом и последующим заполнением всей системы. Балансировочные же клапана одновременно являются не только регулирующей, но и запорной арматурой. Таким образом, при использовании балансировочных клапанов таким проблем не возникает и их достаточно установить один раз, а корректировка расхода осуществляется выставлением расчетного расхода теплоносителя для каждого потребителя путем корректировки перепада давления за счет изменения положения штока балансировочного клапана. Балансировочные клапаны, как и дроссельные шайбы, могут засоряться, но для восстановления их работы достаточно очистить сопутствующий фильтр, исключая слив всей системы. Как показывает практика, после 3–4 лет эксплуатации система теплоснабжения с установленными ранее дроссельными шайбами работает без гидравлической регулировки из-за отказа от использования. Причинами являются частые засорения и дальнейшее рассверливанию для обеспечения потребителей необходимым количеством тепловой энергии, что влечет за собой установку более мощного насоса. Такое решение ведет к увеличению удельной нормы расхода электроэнергии на отпуск единицы тепла и возвращает систему в первоначальное состояние гидравлического режима работы тепловой сети, не окупая первоначальных затрат.
Монтаж балансировочных клапанов осуществляется подобно установке стандартной запорной арматуры. После монтажа и запуска системы теплоснабжения ведется наладка системы теплоснабжения на основе гидравлического расчета с помощью специализированного портативного расходомера. На каждом участке тепловой сети выставляется требуемый расчетный расход теплоносителя с учетом дополнительных условий трубопроводов (загрязненность внутренних поверхностей, дополнительные местные сопротивления и т. д.) для правильного распределения тепловой энергии между потребителями. После проведенной гидравлической наладки у существующего насоса уменьшается КПД с одновременным увеличением удельной нормы расхода электрической энергии. Как известно из курса физики, напор и расход насоса являются основными множителями для расчета электрической мощности. Для решения данной задачи осуществляется замена сетевого насоса и подбирается, как правило, импортный насос ведущих производителей для получения максимального КПД сетевого насоса при работе его в рабочей точке, которая образуется при пересечении его характеристики с характеристикой сети, которая была получена на основе гидравлического расчета. Номенклатурный ряд импортных насосов имеет широкий диапазон для выбора насоса и в последние годы вытесняет отечественные насосы с рынка продаж. Отечественные насосы так же могут являться заменой существующих насосов до гидравлической наладки при условии совпадения требуемых параметров с характеристикой насоса. Но поскольку они имеют очень узкий ряд параметров, то в большинстве случаев неэффективны.
Стоимость работ по гидравлическому расчету и наладке системы теплоснабжения в каждом случае индивидуальна и зависит от количества потребителей тепловой энергии, а также от технических характеристик тепловой сети.
Наладка тепловых сетей и внутренних систем теплопотребления — путь к масштабному энергосбережению
В.С. Стрепетов, главный специалист-теплотехник,
ООО «Мегаград», г. Москва
О наладке тепловых сетей
Эффективность использования тепловой энергии во многих случаях недостаточна: завышены потери теплоты в тепловых сетях; разрегулировка и низкая гидравлическая устойчивость систем теплопотребления обуславливают общий перерасход тепловой энергии и теплоносителя при недогреве одних и перегреве других потребителей. Важнейшими задачами теплоэнергетиков являются разработка и внедрение в системах теплоснабжения рациональных тепловых и гидравлических режимов, технических и организационных мероприятий, обеспечивающих максимальную экономичность работы этих систем, высокую эффективность и надежность их эксплуатации, а также нормальный микроклимат в жилых, общественных и производственных помещениях.
Разработка и внедрение указанных режимов и мероприятий являются предметом наладки централизованных систем теплоснабжения, которая имеет целью разработку и внедрение комплекса технических и организационных мероприятий, обеспечивающих подачу расчетного количества теплоносителя в каждую систему теплопотребления и отдельные ее элементы, а также экономичность, надежность и безопасность эксплуатации источника теплоты и каждого звена системы теплоснабжения как при работе, так и при остановке.
В результате выполнения наладочных работ и регулировки расход теплоносителя по тепловой сети в целом и по отдельным системам теплопотребления должен соответствовать расчетному с отклонением +7-8%. Одновременно при поддержании температуры теплоносителя в подающем трубопроводе сети в соответствии с установленным графиком с допустимыми отклонениями ±1 О С должны обеспечиваться достаточный и равномерный прогрев всех отопительных и вентиляционных систем. При этом температура обратной воды от этих систем не должна превышать расчетную более чем на 2 О С.
При выполнении наладочных работ необходимо помнить, что все звенья системы теплоснабжения: сетевая теплофикационная или водоподогревательная установка источника теплоты, тепловые сети, с находящимися на них насосами или дроссельными устройствами, тепловые пункты и все системы теплопотребления составляют единую гидравлическую систему. Наладочные работы могут быть успешными лишь тогда, когда они охватывают все указанные звенья. При наличии на тепловом вводе минимально необходимого гарантированного напора возможна наладка отдельного комплекса или отдельной крупной системы теплопотребления, например промышленного предприятия.
При выполнении наладочных работ необходимо также по мере возможности разрабатывать мероприятия по совершенствованию организации эксплуатации и подготовке персонала к снижению тепловых и гидравлических потерь в сети и утечек теплоносителя, улучшения качества подпиточной воды, борьбе с внутренней и наружной коррозией, а также по организации учета, отпуска и потребления тепловой энергии.
Наладка системы централизованного теплоснабжения по технологии ее исполнения включает в себя два этапа.
На первом этапе разрабатываются технические и организационные мероприятия, обеспечивающие требуемые расходы теплоносителя через все системы теплопотребления при надежном, безопасном и наиболее экономичном для данных условий режиме работы всех звеньев системы теплоснабжения.
Первый этап включает в себя уточнение схем сетевой водоподогревательной установки источника теплоты и наружных тепловых сетей, в том числе сетей, принадлежащих потребителям тепла, а также тепловых пунктов. Для систем теплоснабжения промышленных объектов, производственных и других зданий, в которых имеются калориферные установки и технологическое оборудование, необходимо также уточнение всех схем теплопотребляющих установок.
Важнейшим элементом первого этапа является уточнение или определение тепловых нагрузок систем теплопотребления, подключенных к тепловой сети.
Применительно к системам теплопотребления промышленных зданий тепловые нагрузки определяются по каждому теплоприемнику — калориферной установке, подогревателю воды или отопительному прибору и суммируются по стоякам и ветвям.
На основании полученных данных производятся:
1) разработка графиков отпуска теплоты;
2) определение расчетных расходов сетевой воды;
3) определение фактических гидравлических характеристик водоподогревательной установки источника теплоты и тепловых сетей;
4) гидравлический расчет водоподогревательной установки источника теплоты, тепловой сети и систем теплопотребления промышленных зданий;
5) разработка гидравлического режима работы системы теплоснабжения, построение графиков давлений в тепловых сетях;
6) выбор принципиальных схем автоматического регулирования и защиты сетей и систем теплопотребления;
7) расчет смесительных и дроссельных устройств для тепловых вводов и для отдельных теплоприемников систем теплопотребления;
8) разработка технических и организационных мероприятий, направленных на обеспечение рассчитанных гидравлического и теплового режимов работы системы теплоснабжения.
Результатом наладочных работ на первом этапе являются таблицы с расчетными данными, а также схемы и графики, иллюстрирующие технические решения и рекомендуемые режимы работы тепловой сети.
Разработка мероприятий для наладки является наиболее трудоемким этапом наладочных работ. В основе ее лежит изучение проектной, исполнительной и эксплуатационной документации по всем звеньям системы и их анализ, на данных которого базируются выбор оптимальных режимов работы системы и расчет параметров работы всего оборудования.
Окончание работ по первому этапу подтверждается выдачей технического отчета «Заказчику».
На втором этапе разработанные технические решения внедряются во всех звеньях системы. При этом особое внимание уделяется мероприятиям, влияющим на гидравлический режим сети и систем.
Далее начинается регулировка систем по фактическому ее состоянию после проведения работ первого этапа.
Второй этап наладочных работ сводится к коррекции размеров отверстий дроссельных устройств и к соответствующей настройке автоматических регуляторов расхода, напора, давления и температуры. Коррекция производится на основании данных о фактическом режиме работы отдельных теплоприемников или системы теплопотребления в целом, которые определяются путем замера температуры и давления сетевой воды в подающих и обратных трубопроводах на вводах тепловой сети или внутри систем теплопотребления.
К регулировке системы централизованного теплоснабжения приступают после выполнения всех мероприятий для наладки, к которым относятся: перекладка участков сети с недостаточной пропускной способностью, ввод в эксплуатацию насосных и дроссельных станций и установка всех без исключения регулирующих устройств. Попытка отрегулировать систему теплоснабжения до полного внедрения всех мероприятий, как правило, не дает положительных результатов.
Свежий пример
В начале 2012 г. по инициативе «Роскосмоса» наша компания была привлечена к выполнению работ по наладке тепловых сетей и внутренних систем теплопотребления пл. № 31 космодрома «Байконур». На данный момент этот стартовый комплекс один из наиважнейших на космодроме. С теплоснабжением на площадке были проблемы. Первые от модульной котельной здания, в том числе и МИК (монтажно-испытательный корпус) перегревались, а последние недогревались, в том числе и заправочная станция. Это большое сооружение, где осуществляется заправка ракеты топливом и по нормам там должно быть зимой +18 О С. Нагреть такое большое сооружение в зимний период, когда наружная температура минус 20-30 О С и сильный пронизывающий ветер, не так просто. В зимний период ввиду плохой работы системы отопления нагреть зал удавалось на +12 О С и это притом, что были включены все системы электрического нагрева. Расход электроэнергии был в этот период значительный.
Договор на наладочные работы по пл. № 31 с «Роскосмосом» был заключен в начале июня 2012 г, и сразу начались работы по 1-му этапу. Была обследована вся тепловая сеть (воздушной прокладки), составлена ведомость дефектов и недоделок. На тепловой сети обнаружено свыше 20 перемычек, две трети из которых вообще не нужны и остались с времен монтажа сети (это примерно пятидесятые годы). Обследованы все тепловые узлы, по ним тоже выдана ведомость дефектов и недоделок с эскизами. Составлена точная расчетная схема тепловой сети с длинами, диаметрами и наличием арматуры. Выполнен гидравлический расчет тепловой сети и внутренних систем теплопотребления с отопительно-вентиляционными агрегатами, который показал, что потери гидравлические в тепловой сети в норме, а во внутренних трубопроводах с отопительно-вентиляционными агрегатами корпуса МИС (монтажно-испытательный корпус) очень большие и требуется перекладка трубопроводов на больший диаметр. Исходя из гидравлических потерь в тепловой сети и характеристик теплового насоса был составлен пьезометрический график, по которому должна работать тепловая сеть. Рассчитаны дроссельные диафрагмы (шайбы). Все эти данные были собраны в технический отчет и выданы заказчику в конце августа. После чего подрядчик и заказчик составили подробный план подготовительных работ к пуско-наладке. Заказчик, исходя из этого плана, для его исполнения нанял подрядную организацию, которая приступила к выполнению всех рекомендаций, замечаний, перекладке трубопроводов, установке дроссельных диафрагм (шайб). Все эти работы осуществлялись под надзором заказчика и пуско-наладочной организации.
К 10 октября все подготовительные работы были завершены. 15 октября тепловая сеть была запущена в работу. После 3-5 дней, когда спускался воздух и ликвидировались мелкие шероховатости, работа тепловой сети стабилизировалась. Удалось сразу выйти на расчетный гидравлический режим. На выходе из котельной было 50 м вод. ст., на обратном трубопроводе в котельной 20 м вод. ст., располагаемый напор на выходе из котельной был 30 м вод. ст., как и было определено расчетом. Перепады давлений на тепловых узлах составили от 15 м вод. ст. до 23 м вод. ст., что даже больше нормы и на некоторых тепловых узлах от избыточного перепада появился свист. Для гашения свиста пришлось устанавливать на тепловых узлах еще одну дроссельную шайбу. После чего «свисты» прекратились. Все концевые здания, включая и заправочную станцию сразу «загрели». На тепловом узле заправочной станции перепад давления между подающим и обратным трубопроводом составил 15 м вод. ст., что очень неплохо для концевого здания. Сократился расход теплоносителя примерно на 35-40%. Благодаря установленным дроссельным шайбам здания стали получать столько теплоносителя, сколько им надо для нормального теплоснабжения. В модульной котельной вместо постоянно работающих 2-х сетевых насосов, работал один, его мощности и производительности вполне хватало, даже с небольшим запасом. На заправочной станции все регистры отопления прогревались очень хорошо, а в предыдущие отопительные сезоны были чуть теплые. Исходя из того, что расход теплоносителя сократился, уменьшилась нагрузка на котлы. Расход топлива (это привозная солярка) сократился на 17%. Данные по экономии, полученной заказчиком после окончания отопительного сезона 2012-2013 гг., он не представил, сославшись на секретность.
Вся работа была выполнена за 5 месяцев одним человеком (автором), опытным наладчиком, инженером-теплотехником с 40-летним стажем. Все затраты окупились за 1 отопительный сезон, хотя работы по наладке дешевыми не считаются. Срок окупаемости может быть разный, все зависит от величины объекта и степени разрегулировки тепловой сети, но это, исходя из опыта, в любом случае не больше 2-х отопительных сезонов.
Основные трудности в работе сейчас для нас, немногих оставшихся в живых профессионалов, считаю — массовый приход в специальность махровых дилетантов, которые дискредитируют саму наладку. Тендеры и электронные торги выигрывают, как правило, фирмы, предложившие низкую цену, но весьма отдаленные от теплотехники. Профессионалы за низкую зарплату никогда работать не будут. Поэтому главной задачей на сегодня считаю — повышение профессионализма наладчиков, совершенствование системы торгов, чтобы выигрывали не те, кто меньше предложит цену, а тот, у кого больше опыта и знаний, а то порой результаты торгов доходят до абсурда.
