(10.22)

Надежность тепловых сетей оценивается показателем надежности Ясист (0, величина которого должна быть не менее установленного уров­ня. Так как с ростом системы ущерб, связанный с авариями, прогрессив­но растет, поэтому для Оольших систем уровень надежности устанавли­
вают выше. Вопрос об оптимальном уровне надежности систем тепло­снабжения в настоящее время не решен. Предварительно уровень на­дежности систем теплоснабжения от квартальных котельных и район­ных тепловых станций можно принимать не ниже 0,85, а от ТЭЦ — не ниже 0,90. Такой сравнительно невысокий уровень надежности объясня­ется большими значениями параметра потока отказов элементов тепло­вых сетей.

Из рассмотрения формулы (10.21) следует, что надежность зависит от параметра потока отказов элементов тепловых сетей со, величины системы, расчетного значения времени t и величины относительной теп­ловой нагрузки, отключаемой при аварийных ситуациях на сетях.

Расчетное значение параметра со для элементов тепловых сетей, ко­торые запроектированы и построены соответственно действующим нор­мам, является величиной достаточно устойчивой. Снижения параметра <0 можно добиться путем применения более совершенных материалов и конструкций теплопроводов и оборудования сетей, возможность исполь­зования которых связана с общим техническим прогрессом. При проек­тировании параметр to следует закладывать с учетом прогноза при­менения более совершенных элементов систем теплоснабжения на расчетный период. Следовательно, при обосновании схемы тепловых се­тей в процессе проектирования параметр со является величиной задан­ной и определяющей надежность нерезервированных систем.

За расчетное значение времени t принимают длительность отопитель­ного сезона.

Таким образом, у проектировщика имеются следующие средства по­вышения надежности системы:

1) секционирование, в результате которого уменьшается относитель­ная величина отключаемой нагрузки ЛQJQ&,

2) резервирование, с помощью которого уменьшается число аварий­ных ситуаций I.

При секционировании, связанном с увеличением числа отключаю­щих устройств, требуется меньше дополнительных капитальных вложе­ний, поэтому оно должно применяться в первую очередь. При этом сле­дует отметить, что с увеличением числа задвижек (элементов) тепловой сети увеличивается и число аварийных ситуаций, вследствие чего на­дежность снижается. Однако эффект от снижения величины отключае­мой нагрузки при отказах значительно больше, что в итоге приводит к повышению надежности системы.

Резервирование тепловых сетей осуществляют путем строительства перемычек между магистралями, т. е. путем их кольцевания.

При кольцевании применяют двухтрубные іперемьічки для раздель­ного кольцевания подающей и обратной линий. В МИСИ им. В. В. Куй­бышева была предложена и разработана новая система теплоснабже­ния с кольцеванием магистралей однотрубными перемычками, которые могут резервировать и подающую, и обратную линии. При устройстве однотрубных перемычек сокращаются капиталовложения в тепловую сеть.

Необходимая степень кольцевания, т. е. доля резервированной части тепловой сети, должна определяться в результате расчета надежности с удовлетворением заданного уровня.

Резервировать теплопроводы можно путем дублирования как пода­ющей, так и обратной линии. Но такой метод повышения надежности требует неоправданно больших капитальных вложений. В МИСИ им. В. В. Куйбышева была предложена и разработана трехтрубная система теплоснабжения, которая в ряде случаев оказывается экономичнее коль­цевой.

Расчет надежности тепловой сети ведут в два этапа. На первом эта­
пе обосновывается необходимый структурный резерв, на втором —ре­зерв пропускной способности (мощности) сети.

На первом этапе расчета надежности учитывают только те элемен­ты, ремонт которых длительнее допустимого перерыва в теплоснабже­нии, поэтому трубы и арматура малых диаметров не должны учиты­ваться при расчете системы (предварительно тДОп=5 ч, что соответст­вует трубе диаметром 200 мм).

При расчете надежности следует перенумеровать все элементы тепловой сети, отказы которых приводят к отключению потребителей, определить недоотпуски тепла, связанные с отключением потребителей, и рассчитать показатель надежности системы. При расчете показателя надежности Rcuci(t) необходимо знать шг всех элементов и расчетное время t. Недоотпуски тепла AQj для различных состояний систем опре­деляют по принятой схеме сети без гидравлических расчетов и расчетов потокораспределения.

Для небольших нерезервированных систем полученная величина /?сист(0 может оказаться достаточной, тогда на этом расчет надежности заканчивается.

Второй этап состоит в расчете резерва диаметров трубопроводов для наиболее неблагоприятных аварийных ситуаций. Такие ситуации связа­ны с отключением головных элементов. В результате этих расчетов все неотключенные потребители должны получать в любой аварийной ситу­ации не менее лимитированного количества тепла.

Рассчитаем надежность нерезервированной тепловой сети при сум­марной тепловой нагрузке 1000 МВт. Эта сеть обеспечивает теплоснаб­жение района размером 5X4 км, на территории которого расположено 20 сосредоточенных потребителей. Тепловая нагрузка каждого узла сос­тавляет 50 МВт. Схема сети показана на рис. 10.3 (перемычка в этом расчете не учитывается).

При расчете надежности примем следующие исходные данные: сот = = 0,1 1/км-год — для теплопроводов; со3 = 0,002 1/год — для задвижек, время ^=0,56 года (длительность отопительного периода 205 дней).

Число возможных аварийных ситуаций (считая, что ТЭЦ располо­жена в непосредственной близости от сети), связанных с отключением участков теплопроводов, составляет 10. Протяженность подающих и обратных линий каждого участка, включая ответвления к тепловым уз­лам, составляет 4 км.

Число аварийных ситуаций, связанных с отказами узлов секциони­рующих задвижек, составляет восемь плюс отказ головного узла задвижек. Та­ким образом, общее число рассматрива­емых аварийных ситуаций составляет 19.

Рассчитаем значение параметра по­тока отказов для элементов сети.

1. Для участков теплопроводов, включая ответвления к узловым потре­бителям:

Со — 4-0,1 = 0,4.

2 Для головного узла задвижек:

Со = 4-0,002 = 0,008. 3. Для узлов задвижек:

Со = 2-0,002 = 0,004.

Рис 10 3 Расчетная схема тепловой сети

/ 1 — тепломагистраль, 2 — однотрубная перемычка 1— 10 — номера участков тепловой сети, //—22 —номера секционирующих задвижек

ТАБЛИЦА 10.2. РАСЧЕТ ВЕЛИЧИНЫ 2(Ј>ЈAQj № отказавше­го элемента 1 (О-, ------- ------------- Год Недопо- дача тепла A Qr МВт Со, Д Qj № отказавше­го элемента І ----- Год Недопо- дача тепла A Qj, МВт Ш. Д Q/ 1 0,4 500 200 11, 17 0,008 1000 8 2 0,4 400 160 12 0,004 500 2 3 0>,4 300 120 13 0,004 400 1,6 4 0i,4 200 80 14 0,004 300 1,2 5 0і,4 100 40 15 0,004 200 0,8 6 0,4 500 200 18 0,004 500 2 7 0,4 400 160 19 0,004 400 1,6 8 0,4 ЗиО 120 20 0,004 300 1,2 9 0,4 2и0 80 21 0,004 200 0,8 10 0,4 100 40

2=1219,2

Сумма параметров потока отказов системы составляет: 2 со,- = 0,4-10 + 0,008 + 0,004-8 = 4,04.

Для каждой аварийной ситуации определим по схеме теплоснабже­ния (см. рис. 10.3) недоподачу тепла AQj. Так, например, при отказе го­ловного узла задвижек вся система не получает тепло, следовательно, AQ — Qo='1000 МВт; при отказе участка 4 AQ = 200 МВт, так как для ремонта перекрывается задвижка 14.

Расчеты сведем в табл. 10.2, где перенумеруем все аварийные ситуа­ции, проставим недоподачу тепла для каждой из них AQj, укажем зна­чения параметра потока отказов сог и определим произведение соіАQ3 для каждой аварийной ситуации. В итоге определим HocnAQj для сис­темы.

Показатель надежности рассчитываем по формуле (10.21):

Л Q/ — Е (О. і — 2 со. t

Rc

Qo

(0 = 1-2* {l~e 1 ) = 1- (1-« » ) X

/=1

2 CO;

1=1

2 Д

_______

1219,2

4,04-0,56

= 0,73.

= 1 — (1 — e -

X

1000 - 4,04

Qo S CO;

Полученное значение показателя надежности ниже допустимого. Следовательно, такую систему теплоснабжения нельзя проектировать нерезервированной.

Для оценки влияния секционирующих задвижек на надежность рас­считаем показатель надежности этой системы, но в предположении, что на ней не установлены задвижки. В этом случае отказ любого участка приведет к отказу всей системы и показатель надежности можно опре­делить из выражения:

— 2 со. t

— со,, t 2 I

■Дсист (0 = б

= е-2'24- 0,1065,

Где

Сort 2 / = 0,1-0,56.40 = 2,24.

Надежность повышается в 0,73 :0,1065-

При секционировании = 6,85 раза.

Определим надежность тепловой сети рассмотренного выше района при условии, что магистрали закольцованы перемычкой (см. рис. 10.3). Общее число отказов, приводящих к отключению потребителей, увели­чится на два (отказы задвижек перемычки) и составит 21.

ТАБЛИЦА 10.3. РАСЧЕТ ВЕЛИЧИНЫ So^-AQy № отказавше­го элемента І ----- Год Недопо- дача тепла Д <?,-, МВт Со. Д Q} № отказавше­го элемента І Со., ----- Год Недопо - дача тепла A Q/, МВт <ог Д Q, 1 0,4 100 40 12 0,004 200 0,8 2 0,4 100 40 13 0,004 200 0,8 3 0,4 100 40 14 0,004 200 0,8 4 0,4 100 40 15 0,004 200 0,8 5 0,4 100 40 16 0,002 100 0,2 6 0,4 100 40 18 0,004 200 0,8 7 0,4 100 40 19 0,004 200 0,8 8 0,4 100 40 20 0,004 200 0,8 9 0,4 100 40 21 0,004 200 0,8 10 0,4 100 40 22 0,002 100 0,2 И, 17 0,008 1000 8 2 414,8 Сумма параметров потока отказов элементов равна: 2 сог-= 4,04 + 0,002-2 = 4,044.

Показатель

Все расчеты, так же как и в предыдущем случае, сведем в табл. 10.3. надежности равен: 1=1

/=1

2 л (s>i

— 2 (О. t

Ясист (О = 1 - (1-е 1 )

Qo 2 со,-

414,8

= 0,9081,

1000-4,044

Полученное значение показателя надежности соответствует требуе­мому минимальному уровню (0,9) для больших систем теплоснабжения. Надежность системы можно повысить, изменив схему присоединения узловых потребителей. По схеме, показанной на рис. 10.3, каждый уз­ловой потребитель присоединен к одному участку магистрали. По схеме, показанной на рис. 10.4, каждый узловой потребитель присоединен к двум соседним участкам. При таком присоединении потребителей ис­ключается влияние отказов участков магистралей на теплоснабжение узлов. При отказе одного участка магистрали потребитель будет полу­чать тепло от соседнего участка. К отказу теплоснабжения узлового по­требителя приводит отказ или одной из задвижек узла присоединения или ответвлений к нему. Так как задвижки и ответвления по понятию надежности соединены последовательно, параметр потока отказов узла равен сумме параметров потоков отказов его элементов.

Рассчитаем параметр потока отказов узла, считая длину ответвле­ний равной 2 км:

С0уз = 0,002-6 + 2-0,1 == 0,212.

К отказу системы приводят следующие аварийные ситуации:

1) отказы головного узла задвижек с co = 0,002-4 = 0,008 и недопода - чей тепла Q0= 1000 МВт;

2) отказ любого узла присоединения потребителей с о)уз = 0,212 и не - доподачей тепла AQ =1100 МВт (таких ситуаций 10).

Всего аварийных ситуаций 11. Сумма параметров потока отказов равна:

2 со,- = 0,008 + 0,212.10 = 2,128.

Рассчитаем показатель надежности:

Rc

10

+

— 0,928.

1000 0,2128

1000 0,2128

100 0,212 , 1000 30,008

= 2,128.0,56) ^

4 /ем

-fx.

КЙ

3d

U

О

KpiiFFQ

J}?0

Рис 10 5 Схема тептовой сети с пере­мычкой

Рис 10 4 Расчетная схема тепловой се­ти с подачей тепла узловому потребите лю от двух соседних участков См подрисуиочную подпись к рис 10 3

2а] 0=

Ї

?7

$=0

( j

См подрисуиочную подпись к рис 10.3

Надежность увеличивается в 0,928:0,9081 = 1,022 раза, ненадеж­ность уменьшилась в 0,0993 0,072=1,379 раза. Такие схемы следует при­менять для ТЭЦ с большими тепловыми нагрузками и ответвлениями к теплоснабжаемым узлам большой протяженности.

В результате проведенных расчетов обоснован структурный резерв системы из условия значения показателя надежности не менее 0,9.

Второй этап расчета надежности состоит в определении резерва про­пускной способности (мощности) системы для обеспечения лимитиро­ванного теплоснабжения в любой аварийной ситуации Рассмотрим расчеты этого этапа на примере схемы теплоснабжения, показанной на рис 10 3 Эта схема в двухлинейном изображении приведена на рис 10 5

Первоначально рассчитаем диаметры трубопроводов тепловой сети, считая ее нерезервированной, тупиковой (перемычку не рассматрива­ем) На коллекторах ТЭЦ примем следующие напоры на подающем — 120 м, на обратном-—20 м

Гидравлический расчет магистралей проведем исходя из условия, что напор на концевых участках трубопроводов обратной линии не пре­вышает предела прочности нагревательных приборов системы отопле­ния и для чугунных радиаторов составляет 60 м. Диаметры участков магистралей определим из условия, что суммарная потеря напора в об­ратной магистрали не превышает Д#=60—#0 = 60—20 = 40 м, где Я0— напор в коллекторе обратной магистрали ТЭЦ. Все ответвления от ма­гистрали к контрольно-распределительным пунктам (КРП) примем одинакового диаметра. Для учета потерь напора в местных сопротивле­ниях введем коэффициент 1,25. Расход воды определим исходя из удель­ного расхода 10,75 т/ч на 1 МВт тепла.

Гидравлический расчет тупиковой тепловой сети приведен в табл 10 4

ТАБЛИЦА 10.4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТУПИКОВОЙ СХЕМЫ (СМ. РИС. 10.5)

1а	1493	920	1000	2,3	47	47 000	58 750	5,99
2а	1194	820	1000	2,4	57	57 000	71 250	13,26
За	896	720	1000	2,4	70	70 000	87 500	22,19
4а	597	630	1000	2,1	63	63 000	78 750	30,22
5а	299	530	1000	1,9	41	41 000	51 250	35,45
5а—КПР	149	377	500	1,9	60	30 000	37 500	39,27

Длина участка, I, м

Скорость движения теплоно­сителя W, м/с

Определим материальную характеристику нерезервированной тупи­ковой тепловой сети:

П 1

Где diU —диаметр и длина участка; п — число участков.

Материальная характеристика задвижки принималась равной мате­риальной характеристике участка трубопровода соответствующего диа­метра длиной 5 м. При расчете материальной характеристики учитыва­лись диаметры трубопроводов подающей и обратной магистралей, а также ответвлений от магистралей к КРП.

М = 0,92-2000-2 + 0,82-2000-2 + 0,72-2000.2 + 0,63-2000-2 + 0,53-2000-2 + + 0,377-10 000-2 + 10.5.2 = 22 120 м2.

Теперь проведем расчет аварийного режима для рассматриваемой схемы тепловой сети, считая ее закольцованной однотрубной перемыч­кой Я между узлами 5 и 10 (см. рис. 10.5). Наиболее напряженный гид­равлический режим возникает при отказе головного участка обратной магистрали. Из рассмотрения этого режима и определим диаметры тру­бопроводов магистралей, обеспечивающие необходимый резерв пропуск­ной способности. Лимитированный расход теплоносителя примем рав­ным 70% расчетной величины. Следовательно, в аварийной ситуации в каждый КРП будет подаваться 0,7-149=104,3 кг/с воды.

Вследствие симметричности схемы сети, гидравлический расчет ава­рийного режима проводим только для случая отказа трубопровода об-

Потери давления

		С учетом
Удельные	На участ­	Местных
На трение	Ке	Сопротив­
Ар/1,	Ар,	Лений
Па/м	Па	1,25 Ар,
		Па

Расход теплоноси­теля на участке G, кг/с

Наружный диаметр d„.

ТАБЛИЦА 10.4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АВАРИЙНОГО РЕЖИМА ОБРАТНОГО ТРУБОПРОВОДА (АВАРИЙНЫЙ УЧАСТОК 6а)

Длина участка I, м 1а 1872 920 1000 2,9 76 76 000 95 000 9,69 2 а 1664 920 1000 2,6 59 59 000 73 750 17,2 За 1456 920 1000 2,2 45 45 000 56 250 22,95 4а 1248 920 1000 2 33 33 000 41 250 27,16 5а 1040 920 1000 1,7 24 24 000 30 000 30,2 П 832 920 2000 1,3 1 16 32 000 40 000 34,28 Юа 624 920 1000 9 9 000 И 250 35,43 9а 416 920 1000 0,6 4 4 000 5 000 35,94 8а 208 920 1000 0,3 1 1 000 1 250 36,07 КРП—7а 104 377 500 1 30 15 000 18 750 37,98

Потери давления

Скорость			С учетом
Движения	Удельные	На участ­	Меотныч
Теплоно­	На трение	Ке	Сопротив­
Сителя	Ар/1,	Ар,	Лений
До, м/с	Па/м	Па	1,25 Ар,
		Па

Расход теплоно­сителя на участке G, кг/с

Наружный диаметр d.

Рис. 10.6. Пьезометрические графики тепловой сети при отказах участков 6 и 6а 1—10—участки подающего трубопровода; 1а—10а—участки обратного трубопровода; I, II — при аварии на участке 6а III, IV — при аварии на участке 6 пунктиром показано направление движения теплоносителя при аварийных гидравлических режимах

Ратной линии участка 6а. При этом выключаются на время аварии два КРП, присоединенные к участку 6. Охлажденная вода от потребителей участков 7а, 8а, 9а, 10а движется против расчетного направления и че­рез перемычку Я вливается в обратный трубопровод 5а—la.

Гидравлический расчет проводим исходя из условия, что суммарная потеря напора в трубопроводе обратной магистрали в аварийном режи­ме не превышала ДЯ=40 м. Диаметры магистралей и перемычки при­нимаем постоянными.

Результаты гидравлического расчета аварийного режима приведены в табл. 10iJ4.

Пьезометрические графики для подающего и обратного трубопрово­дов, соответствующие аварийным отключениям участков 6а и 6, показа­ны на рис. 10.6.

Материальная характеристика сети, рассчитанная с резервом про­пускной способности, обеспечивающим в любой аварийной ситуации лимитированное теплоснабжение в размере 70% расчетного, равна:

М = 0,92.10 000-2 + 0,92-2000 + 0,377.10 000-2 + 12-5-2 = 26 860 м2.

Таким образом, система теплоснабжения с показателем надежности, равным 0,9081, и лимитированным теплоснабжением в аварийных ситу­ациях в размере 70% расчетного, характеризуется дополнительными капитальными вложениями в размере: 26 860:22 120—1,21, т. е. 21%