Содержание к диссертации
Введение
Глава первая Анализ современного состояния траспортировки тепловой энергии 13
Глава вторая Обоснование величины тепловых потерь при транспортировке теплоносителя 28
2.1. Анализ факторов, влияющих на тепловые потери трубопроводами 28
2.2. Определение оптимальных норм плотности теплового потока через тепловую изоляцию трубопроводов 29
2.3. Выбор рациональной конструкции тепловой изоляции трубопроводов тепловых сетей
Глава третья Теоретические исследования процесса распространения теплоты в транспортном трубопроводе 39
3.1. Постановка задачи 39
3.2. Основы метода «температурной волны» 43
3.3. Математическое моделирование процесса распространения тепловой волны в трубопроводах 45
Глава четвертая Экспериментальные исследования процесса движения «тепловых волн» 56
4.1. Цели и задачи экспериментальных исследований 56
4.2. Характеристика объекта исследования 57
4.3. Расчет процесса теплопередачи 63
4.4. Экспериментальные исследования на лабораторном стенде 65
4.5. Производственная проверка 87
4.6. Оценка погрешности измерений 90
Глава пятая Методика проведения испытаний тепловых сетей 98
Основные выводы и результаты 103
Библиографический список 105
Приложения 118
- Определение оптимальных норм плотности теплового потока через тепловую изоляцию трубопроводов
- Математическое моделирование процесса распространения тепловой волны в трубопроводах
- Характеристика объекта исследования
- Оценка погрешности измерений
Введение к работе
Актуальность темы
Анализ мирового опыта в решении проблемы энергосбережения показывает, что экономия топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) является стратегической задачей любого государства, так как гарантирует его энергетическую безопасность.
В ноябре 2009 года вышел новый Федеральный закон № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации», определяющий широкомасштабные действия во всех областях промышленности и жилищно-коммунальном секторе. Особое внимание уделено вопросам учета энергоносителей, контроля их потребления и транспортировки.
С 2009 года в России введен новый порядок расчета и обоснования нормативов технологических потерь при передаче тепловой энергии (приказ Минэнерго РФ от 30 декабря 2008 г. № 325). Согласно этому документу для каждой тепловой сети должны разрабатываться нормативы технологических потерь при передаче тепловой энергии, которые применяются при проведении объективного анализа работы теплосетевого оборудования и определении тарифов на отпускаемую потребителям тепловую энергию. Эффективность практической реализации установленного порядка расчета технологических потерь в тепловых сетях напрямую зависит от точности измерения тепловых потерь в реальных условиях эксплуатации. Сдерживающим фактором является отсутствие эффективного и доступного метода контроля состояния изоляции, а также простого и надежного способа испытаний тепловых сетей на предмет определения тепловых потерь трубопроводами в условиях эксплуатации.
Снижение тепловых потерь в жилищно-коммунальном хозяйстве и промышленности регламентируется новыми, более жесткими требованиями СНиП 41-03-2003 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов». Для достижения нормативных значений требуется обоснованный технико-экономический выбор рациональной конструкции тепловой изоляции. Подобный выбор часто бывает весьма затруднен из-за большого количества видов тепловой изоляции, присутствующих на современном рынке. Объем рынка теплоизоляционных материалов в России возрос с 6-7 млн м3 в 1998 году до 28-30 млн м3 в 2009 году, т. е. более чем в 4 раза. Появились материалы, имеющие хорошие теплозащитные характеристики, но продаваемые по высоким ценам. При этом каждый раз приходится делать выбор по соотношению цена-качество, не имея обоснованного подхода к решению данного вопроса.
Сложившаяся система нормирования тепловых потерь не позволяет учитывать ряд факторов, определяющих эффективность работы системы теплоснабжения. Более правильным в современных условиях представляется переход к практике гибкого нормирования, учитывающего конъюнктуру цен на тепловую энергию и теплоизоляционные материалы, а также специфику условий эксплуатации теплоизоляционных конструкций, характерных для различных регионов страны.
Все сказанное позволяет сделать вывод, что настало время радикального пересмотра принципов выбора изоляционных конструкций тепловых сетей, так как применение традиционных для России технических решений не обеспечивает требуемые по современным требованиям теплопотери.
Цель диссертационной работы заключается в повышении эффективности систем теплоснабжения за счет сокращения тепловых потерь, достигаемого путем мониторинга и оптимизации параметров тепловой изоляции.
Для достижения указанной цели были решены следующие задачи:
Выполнена оценка достоверности существующих методик экспериментального определения тепловых потерь на основе анализа фактических данных по материалам, конструкциям, состоянию тепловой изоляции и величинам теплопотерь в различных условиях эксплуатации.
Разработана методика мониторинга тепловых потерь в тепловых сетях с использованием данных о динамике эволюции искусственно генерируемой «тепловой волны».
Разработана методика определения оптимальных значений параметров тепловой изоляции тепловых сетей при её проектировании, учитывающая наибольшее количество влияющих факторов.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-
Разработана математическая модель эволюции искусственно генерируемой «тепловой волны».
-
Выполнена экспериментальная проверка данной математической модели и предложена формула для расчета расхода теплоносителя по скорости распространения «тепловой волны».
-
Разработан способ тепловых испытаний систем теплоснабжения методом «тепловой волны».
-
Получена формула для расчета оптимальной величины удельных тепловых потерь через изоляцию трубопроводов водяных тепловых сетей.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
разработан удобный и надежный способ экспериментального определения тепловых потерь на участках тепловых сетей, не требующий отключения абонентов;
разработана методика мониторинга тепловых сетей, позволяющая своевременно обнаруживать участки со сверхнормативными тепловыми потерями;
разработана методика поиска оптимальных значений конструкционных параметров тепловой изоляции на стадии её проектирования;
разработана методика определения расхода теплоносителя в участках тепловых сетей по скорости распространения в них «тепловой волны».
Разработанная математическая модель, способ экспериментального определения фактических тепловых потерь на участках тепловых сетей, инженерный метод расчета оптимальных конструкционных характеристик тепловой изоляции для различных условий эксплуатации тепловых сетей, а также средства компьютерной поддержки нашли практическое применение в работах по проектированию, энергетическому обследованию и предложению энергосберегающих мероприятий ООО Научно-технический центр «Промышленная Энергетика», 000 «Промэнергоконсалтинг», 000 Инженерно-технический центр «Газпром трансгаз Екатеринбург», ЗАО Научно-технический центр «ЛАГ Инжиниринг», 000 «Газпромэнерго».
Результаты диссертационного исследования использованы при выполнении научно-исследовательской работы «Разработка программного обеспечения и базы данных по расчету потерь тепловой энергии при ее передаче в сетях 000 "Газпромэнерго"».
Достоверность полученных результатов обеспечивается:
организацией экспериментальных исследований с учетом требований отраслевых нормативных документов, государственных и международных стандартов в области метрологии, теплотехнического контроля;
применением стандартизованных методов измерений и обработки экспериментальных данных, использованием поверенных средств измерений;
проведением исследований в условиях промышленной эксплуатации методом активного эксперимента;
сопоставлением полученных данных с результатами вычислительных экспериментов.
Объектом исследования являются тепловые и гидравлические процессы в теплоизолированных трубопроводах систем теплоснабжения.
Предмет исследования - температурные и гидравлические режимы теплоизолированных трубопроводов тепловых сетей, возможности их оптимизации и управления ими.
Обоснование соответствия диссертации паспорту научной специальности 05.14.04 «Промышленная теплоэнергетика»
Соответствие диссертации формуле специальности
В соответствии с формулой специальности 05.14.04 «Промышленная теплоэнергетика», объединяющей исследования по совершенствованию промышленных теплоэнергетических систем, по разработке и созданию нового и наиболее совершенного теплотехнического и теплового технологического оборудования, в диссертационном исследовании разработана математическая модель теплогидравлического процесса течения жидкости в трубопроводе при искусственном генерировании тепловой нестационарности в виде температурной волны, определены связи между гидравлическими и тепловыми параметрами при движении теплоносителя в трубопроводе в виде формул для определения скорости движения теплоносителя в зависимости от скорости распространения температурной волны в трубопроводе. На основе разработанной математической модели предложен способ определения тепловых потерь, позволяющий своевременно обнаруживать участки со сверхнормативными тепловыми потерями, что обеспечит сбережение как энергетических, так и материальных ресурсов, а также защиту окружающей среды от тепловых выбросов.
Соответствие диссертации области исследования специальности
Отражённые в диссертации научные положения соответствуют области исследования специальности 05.14.04 «Промышленная теплоэнергетика»: поиск структур и принципов действия теплотехнического оборудования, которые обеспечивают сбережение энергетических ресурсов, уменьшение энергетических затрат на единицу продукции, сбережение материальных ресурсов, направляемых на изготовление теплопе-редающего и теплоиспользующего оборудования, защиту окружающей среды.
Пункту 1 «Разработка научных основ сбережения энергетических ресурсов в промышленных теплоэнергетических устройствах и использующих тепло системах и установках» соответствует следующий результат диссертации, отражённый в поставленных задачах и имеющий научную новизну:
S математическая модель распространения тепловой волны по участку трубопровода позволяет исследовать связи между гидравлическими и тепловыми процессами, происходящими при турбулентном режиме движения теплоносителя. На основании полученной зависимости разработан способ испытаний тепловых сетей методом «температурной волны».
Пункту 3 «Теоретические и экспериментальные исследования процессов тепло-и массопереноса в тепловых системах и установках, использующих тепло. Совершенствование методов расчета тепловых сетей и установок с целью улучшения их технико-экономических характеристик, экономии энергетических ресурсов» соответствует следующий результат диссертации:
* теоретические и экспериментальные исследования термогидравлических процессов в трубопроводах тепловых сетей позволяют получить формулу, отражающую зависимость между скоростями распространения «тепловой волны» и движением теплоносителя.
Пункту 7 «Разработка теоретических аспектов и методов интенсивного энергосбережения в тепловых технологических системах» соответствует следующий результат диссертации:
S разработанная на основе теоретических и экспериментальных исследований методика определения фактических тепловых потерь в тепловых сетях позволяет своевременно обнаружить участки с завышенными теплопотерями.
На защиту выносятся:
метод выбора оптимальных параметров тепловой изоляции трубопроводов тепловой сети, учитывающий конструктивные, климатические, экономические и эксплуатационные факторы;
зависимость скорости распространения температурной волны от гидродинамического режима течения жидкости в трубопроводе;
результаты экспериментальных исследований движения температурных волн при различных скоростях жидкости и времени генерирования тепловой нестационарности;
способ определения поучастковых тепловых потерь в тепловых сетях, позволяющий оперативно оценивать состояние тепловой изоляции без изменения гидродинамических параметров систем теплоснабжения в реальных условиях эксплуатации.
Апробация работы
Основные положения диссертации доложены и обсуждены на следующих конференциях: Межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (Иваново, 2005 г.), Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Молодые исследователи регионам» (Вологда 2006 г.), Региональной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Теплоэнергетика» (Иваново 2006-2007 гг.), XIII Международной научно-технической конференции «Информационная среда вуза» (Иваново, 2006 г.), III Российской Школы-семинара молодых ученых и специалистов «Энергосбережение - теория и практика» (Москва, 2006 г.), III Ивановском инновационном салоне научных достижений Ивановской области «Инновации-2006» (Иваново, 2006 г.), VII Московском международном салоне инноваций и инвестиций (Москва, 2007 г.), Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии - XIV и XVI Бенардосовские чтения» (Иваново, 2007, 2011 гг.), Международной научно-технической конференции «Энергетика 2008: инновации, решения, перспективы» (Казань, 2008 г.), V Всероссийской научно-практической конференции «Повышение эффективности энергетического оборудования» (Иваново, 2010 г.). Работа была отмечена дипломами и награждена золотой медалью.
Публикации
Основное содержание диссертации опубликовано в 14 печатных работах, в том числе в 3 изданиях, предусмотренных перечнем ВАК.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованных источников (150 наименований работ) и приложений. Работа содержит 155 страниц, в том числе 117 страниц основного текста и приложения на 38 страницах.
Определение оптимальных норм плотности теплового потока через тепловую изоляцию трубопроводов
Это обусловило появление в последнее время различных методик определения фактических тепловых потерь в тепловых сетях при эксплуатационных условиях[13, 70, 73-75, 91-92, 97]. В частности, В.В. Семенов предложил методику, основанную на измерении тепловых потерь от источника до потребителей с приборами учета и определении на основании этих данных некоторых показателей, которые потом распространяются на оставшуюся часть тепловых сетей. Следует отметить, что применяемые показатели, как правило, зависят от режима работы сети и могут вносить значительную погрешность при определении теплопотерь при распространении их на всю сеть. Также сами методики позволяют определить тепловые потери и их соответствие нормативным значениям только для тепловой сети в целом, без разбивки по участкам или хотя бы по типам применяемых прокладок трубопроводов: При этом под участком сети следует понимать участок трубопровода с постоянным по длине диаметром и расходом воды-, а также одним- типом прокладки.
Из современных методик также следует отметить попытку определять тепловые потери по результатам тепловизионной съёмки. К сожалению, этот метод не даёт достаточной точности, так как температура грунта над теплотрассой зависит не только от теплопотерь в трубопроводах, но и от влажности и состава грунта, глубины залегания и конструкции теплосети, состояния канала и дренажа, утечек в трубопроводах, времени года, асфальтировки поверхности. К тому же показания тепловизора в значительной степени зависят от вида и состояния наружной поверхности изоляционной конструкции. Это приводит к необходимости внесения корректировки результатов в лучшем случае и невозможности определения истинных значений - в худшем, что затрудняет его использование при проведении финансовых расчётов за отпущенную тепловую энергию.
Существуют способы определения тепловых потерь посредством установки приборов-измерителей плотности потока теплоты. Данный способ имеет значительный недостаток, заключающийся в высокой стоимости приборов.
Итак, основным источником затруднений при тепловых испытаниях водяных сетей по действующим методикам является несоответствие принципа калориметра практическим условиям испытаний; принцип калориметра требует соблюдения строго стационарного температурного режима; тогда как на практике в большей или меньшей степени неизбежны отклонения от этого режима. Возникает необходимость в разработке и теоретическом обосновании методики определения потерь теплоты на отдельных участках водяных сетей, приспособленной для испытаний при обычном нестационарном температурном режиме. В то же время использование накладных расходомеров ограничено прямыми участками в камерах, точностью измерений и, необходимостью иметь большое количество дорогостоящих приборов.
Решение поставленной проблемы дается на основании обобщения методов определения потерь теплоты в водяных сетях на общий случай течения жидкости в трубопроводах при неустановившемся температурном режиме. Особое внимание нестационарному тепловому режиму уделял В.В. Левкович [63]. Метод обобщения открывает возможность решения всех задач, связанных с разработкой методики поучастковых испытаний, которые, как было только что установлено, не нашли- своего разрешения до сих пор. Но вместе с тем обоснование этого метода требует разработки теоретической проблемы, охватывающей вопросы взаимодействия температурного поля в турбулентном потоке жидкости с факторами турбулентного перемешивания и аккумуляции теплоты в стенках трубопровода. Выполненный анализ литературных источников показал, что повышение эффективности систем теплоснабжения требует решения следующих задач: 1. Собрать статистический материал по теплоизоляционным конструкциям и состоянию тепловой изоляции в различных условиях эксплуатации. 2. На основе анализа теоретических и практически реализуемых способов определения тепловых потерь в водяных тепловых сетях и обследований дать оценку достоверности, существующих методик экспериментального определения тепловых потерь. 3., Провести анализ факторов (конструктивных, климатических, экономических и эксплуатационных), влияющих на теплопотери в окружающую среду в тепловых сетях и выбор материала и конструкции тепловой изоляции. 4. Разработать математическую модель распространения теплоты в трубопроводах, определяющую связь гидравлических и тепловых характеристик потока теплоносителя при его движении в трубопроводах. 5. Разработать методику определения оптимального значения параметров тепловой изоляции на стадии выбора теплоизоляционной конструкции с учетом всех влияющих факторов. 6. С использованием современных высокоточных приборов теплотехнического контроля получить новые экспериментальные данные, характеризующие распространение теплоты в трубопроводах. 7. Разработать методику мониторинга тепловых потерь на основе математической модели теплогидравлического процесса течения жидкости в трубопроводе при искусственном генерировании тепловой нестационарности в виде температурной волны; определить связи между гидравлическими и тепловыми параметрами при движении теплоносителя в трубопроводе в виде формул для определения скорости движения теплоносителя в зависимости от скорости распространения по движению температурной волны в трубопроводе. 8. Получить формулу, определяющую оптимальное значение норматива удельных тепловых потерь через изоляцию трубопроводов водяных тепловых сетей. 9. Разработать удобный и надежный экспериментальный способ определения тепловых потерь на участках тепловых сетей, не требующий отключения абонентов.
Математическое моделирование процесса распространения тепловой волны в трубопроводах
Из уравнения (3.3) видно, что основную трудность при определении теп-лопотерь составляет входящих туда величин Atcp и т„,.
Нетрудно убедиться в том, что если бы температуры и скорости во всех точках поперечного сечения потока имели одинаковые значения, то температурные волны в этих сечениях совпадали бы между собой по форме, продолжительности движения волны и жидкости по участку совпали по величине, и в этом случае тн, = rq. Значит, в реальности rw Tq и между ними существует зависимость Tw-f{rq).
Величина rq находится как расстояние между центрами волн на графиках температур в начальном и конечном сечениях трубопровода.
Неоднородность скоростного и температурного полей в реальных условиях течения жидкости приводит к перемешиванию, сопровождающемуся перераспределением температур. Это отражается на форме и положении во времени температурной волны в конечном сечении трубопровода, а следовательно, и на продолжительности перемещения температурной волны по участку трубопровода, обусловливая некоторое отклонение xq от т,„.
На форму и положение температурной волны оказывает влияние теплообмен между жидкостью и стенками трубопровода при нестационарном температурном режиме жидкости. Поэтому при возрастании температуры жидкости, поступающей на участок, нарастание температуры в конечном сечении участка будет отставать от температуры в начальном сечении также в связи с частичной аккумуляцией теплоты в стенках трубопровода при их нагревании. При понижении температуры жидкости, поступающей на участок, получается обратное: температура жидкости в конечном сечении участка будет опережать температуру в начальном сечении по той причине, что стенки трубопровода при своем охлаждении будут возвращать жидкости аккумулированную в них теплоту. Отмеченное обстоятельство вызовет дополнительное отклонение rq от т„ . На основании сказанного соотношение rw = f(jq) можно выразить в следующем виде
Величина Atq находится как разность средних температур сходственных волн на графиках температур в начальном и конечном сечениях трубопровода. Поскольку существует зависимость между падением температуры на участке, обусловленным потерями теплоты через стенки трубопровода в окружающую среду, и падением средней температуры волны на том же участке, то на основании соображений, аналогичных тем, которые были приведены при рассмотрении зависимости tw = f{rq), можно заключить, что при отсутствии действия факторов «перемешивания» и «аккумуляции» величины Atcp и Atq совпадают между собою и будет существовать тождество Atcp = Atq.
Действие факторов «перемешивания» и «аккумуляции» обусловит отклонение А от At . Обозначая это отклонение через 5Atq, можно записать Определение тм и Atcp сопряжено с необходимостью разработки методов экспериментального определения величин тд и Atq, а также с необходимостью исследования влияния факторов «аккумуляции», «перемешивания» и «теплопотерь» на течение температурной кривой В потоке жидкости в целях выявления отклонений Дт? и 5Atq, входящих в уравнения (3.5) и (3.6). Решение поставленных задач и определяет основное содержание данной работы.
Следует отметить, что в принципе методика требует проведения испытаний при постоянном расходе теплоносителя. Однако отмеченное обстоятельство не должно быть серьезным препятствием, так как испытания всегда можно проводить в периоды малого изменения расхода.
Настоящий раздел посвящен исследованию влияния термических и гидромеханических условий течения турбулентного потока жидкости в трубе на температурное поле, а также на форму и положение температурной кривой в любом сечении потока при заданной ее форме в начальном сечении. Подобные задачи описываются в [9, 15, 38, 81, 95, 114, 122] но несколько с другой целью.
Рассмотрим развитие процесса теплообмена вдоль трубы при создании температурной волны. Во входном сечении температура жидкости отличается от температуры стенки трубы. По мере движения потока между жидкостью и стенкой происходит процесс теплообмена и температура жидкости изменяется. Вначале вблизи от входного сечения изменение температуры происходит лишь в тонком слое поверхности. Затем, по мере удаления от входного сечения, все большая часть потока вовлекается в процесс теплообмена. Около поверхности трубы образуется тепловой пограничный слой, толщина которого постепенно увеличивается
Характеристика объекта исследования
Данная глава посвящена разработке методики определения тепловых потерь систем теплоснабжения при транспортировке тепловой энергии. Методика подразумевает два основных этапа: подготовительный, включающий в себя сбор необходимых сведений о работе тепловой сети, определение и осмотр мест для установки регистраторов температур, оценку величины превышения фактических тепловых потерь над нормативными по направлениям потребителей и испытания участков-тепловых сетей методом «температурной волны».
На первом этапе производится сбор данных о длинах, диаметрах участков, способах прокладки; оценивается фактическая величина тепловых потерь в тепловых сетях в целом, без распределения по участкам с различными типами прокладок трубопроводов, и на основании этого определяется фактические режимы потребления тепла совокупностью абонентских вводов. Далее отбираются участки тепловой» сети, на которых предполагается проводить испытания с целью определения фактического состояния- тепловой изоляции, подготавливаются места установки регистраторов температуры. На основании расчетов по разработанной методике возможно определение фактического теплопотребления абонентских вводов приборов учета и есть возможность анализа показателей режимов работы таких вводов.
Определение фактических тепловых потерь производится за некоторый контрольный интервал, в. качестве которого целесообразно принимать достаточно протяженный период времени от недели и более, с сравнительно стабильными значениями температур воздуха и сетевой воды в подающей линии на источнике тепла, как правило, для наиболее холодных условий.
Для расчета нормативных тепловых (проектных) потерь при условиях рассматриваемого интервала необходимо знать среднегодовые температуры наружного воздуха и грунта на средней глубине заложения осей теплопроводов тепловой сети, а также соответствующие среднегодовые температуры сетевой воды в подающей и обратной линиях по утвержденному температурному графику тепловой сети. С этой же целью для тепловой сети должны быть известны данные о протяженности трубопроводов различных диаметров с их разбивкой по срокам эксплуатации в соответствии с нормативными документами по проектированию тепловой изоляции-(«Нормами технологического проектирования» и различными СНиП). При проведении энергетических обследований указанные данные должны быть получены І для расчетов и анализа различных других показателей-работы тепловой, сети.
Предварительно на основании приведенных выше данных по протяженности трубопроводов различных диаметров при известных среднегодовых температурах наружного воздуха и грунта определяются нормативные среднегодовые тепловые потери, их величина пересчитывается на температурные условия контрольного интервала и производится распределение тепловых потерь между подающим и обратным трубопроводами. Определение фактических тепловых потерь производится раздельно для подающей и обратной линий.
Определяется отношение фактической- суммарной величины тепловых потерь для вводов с приборами учета к нормативной их доле и эта величина распространяется на всю подающую линию. При этих условиях фактические тепловые потери в подающей линии сети равны произведению нормативной величины тепловых потерь на полученный выше коэффициент для вводов с приборами учета.
По результатам предыдущих расчетов из теплового баланса определяется средняя температура воды в «конце» подающей линии тепловой сети (температура совокупности абонентов в подающей линии), равная разности температуры воды на источнике тепла и отношения фактических тепловых потерь к расходу воды в подающей линии на источнике тепла.
После определения фактических потерь тепла через изоляцию трубопроводов по подающей линии, из теплового баланса сети определяется величина тепловой нагрузки абонентских вводов без приборов учета потребления тепла. Эта величина определяется как разность тепловой нагрузки источника (с учетом подпитки) и суммы отпуска тепла на абоненты с приборами учета, тепловых потерь в подающей линии, нормативных тепловых потерь в обратной линии и потерь тепла с сетевой водой.
Полученная величина тепловой нагрузки потребителей без, приборов учета может использоваться для сопоставления с расчетной при температуре наружного воздуха контрольного интервала величиной этой нагрузкой. По этим данным может быть определена также величина удельного расхода воды на рассматриваемые вводы, которая, как показывает опыт, значительно превосходит среднюю по сети величину и является основным источником ухудшения режимных показателей всей сети.
При известных расходах воды на такие вводы, полученной величине их тепловой нагрузки и средней температуры совокупности абонентов по подающей линии определяется средняя температура воды после абонентов без приборов учета, которая, как правило, превосходит среднюю для сети величину.
По результатам измерений (по приборам учета абонентов) определяется средняя по соответствующим расходам температура в обратной линии после совокупности этих абонентов и рассчитывается средневзвешенная температура общей совокупности абонентов по обратной линии в целом, которая равна температуре смеси воды после вводов с приборами учета и без.
Произведение разности температур сетевой воды общей совокупности абонентских вводов и у источника тепла на расход воды в обратной линии (расход в подающей линии минус расход подпитки тепловой сети) и представляет собой фактическую величину тепловых потерь в обратной линии.
Далее определяется суммарная величина фактических тепловых потерь по подающей и обратной линиям и рассчитывается величина коэффициента отношения фактических тепловых потерь сети к нормативному значению для всей сети в целом при температурных условиях проведения измерений. В первом приближении полученный коэффициент с некоторой незначительной погрешностью может использоваться для пересчета тепловых потерь на другие температурные условия, и в том числе-на среднегодовые условияіработьі тепловых сетей.
Как следует из вышеизложенного, приведенная методика достаточно просто позволяет оценить величину тепловых потерь в тепловых сетях при проведении энергетических обследований, или при анализе,фактического состояния тепловой изоляции для других целей, не требуя отключения потребителей и сбора данных по схеме трубопроводов» сети. На основании расчетов в соответствии с методикой может быть также проведена оценка основных показателей режимов и фактического теплопотребления совокупности присоединенных к сети абонентских вводов без приборов учета потребления тепла. Последнее является важным условием при проведении энергетических обследований, поскольку режимы работы таких вводов могут оказывать заметное влияние на общие показатели работы тепловой сети в целом.
Оценка погрешности измерений
После определения фактических потерь тепла через изоляцию трубопроводов по подающей линии, из теплового баланса сети определяется величина тепловой нагрузки абонентских вводов без приборов учета потребления тепла. Эта величина определяется как разность тепловой нагрузки источника (с учетом подпитки) и суммы отпуска тепла на абоненты с приборами учета, тепловых потерь в подающей линии, нормативных тепловых потерь в обратной линии и потерь тепла с сетевой водой.
Полученная величина тепловой нагрузки потребителей без, приборов учета может использоваться для сопоставления с расчетной при температуре наружного воздуха контрольного интервала величиной этой нагрузкой. По этим данным может быть определена также величина удельного расхода воды на рассматриваемые вводы, которая, как показывает опыт, значительно превосходит среднюю по сети величину и является основным источником ухудшения режимных показателей всей сети.
При известных расходах воды на такие вводы, полученной величине их тепловой нагрузки и средней температуры совокупности абонентов по подающей линии определяется средняя температура воды после абонентов без приборов учета, которая, как правило, превосходит среднюю для сети величину.
По результатам измерений (по приборам учета абонентов) определяется средняя по соответствующим расходам температура в обратной линии после совокупности этих абонентов и рассчитывается средневзвешенная температура общей совокупности абонентов по обратной линии в целом, которая равна температуре смеси воды после вводов с приборами учета и без.
Произведение разности температур сетевой воды общей совокупности абонентских вводов и у источника тепла на расход воды в обратной линии (расход в подающей линии минус расход подпитки тепловой сети) и представляет собой фактическую величину тепловых потерь в обратной линии.
Далее определяется суммарная величина фактических тепловых потерь по подающей и обратной линиям и рассчитывается величина коэффициента отношения фактических тепловых потерь сети к нормативному значению для всей сети в целом при температурных условиях проведения измерений. В первом приближении полученный коэффициент с некоторой незначительной погрешностью может использоваться для пересчета тепловых потерь на другие температурные условия, и в том числе-на среднегодовые условияіработьі тепловых сетей.
Как следует из вышеизложенного, приведенная методика достаточно просто позволяет оценить величину тепловых потерь в тепловых сетях при проведении энергетических обследований, или при анализе,фактического состояния тепловой изоляции для других целей, не требуя отключения потребителей и сбора данных по схеме трубопроводов» сети. На основании расчетов в соответствии с методикой может быть также проведена оценка основных показателей режимов и фактического теплопотребления совокупности присоединенных к сети абонентских вводов без приборов учета потребления тепла. Последнее является важным условием при проведении энергетических обследований, поскольку режимы работы таких вводов могут оказывать заметное влияние на общие показатели работы тепловой сети в целом.
После определения направлений с повышенными теплопотерями на данный участках проводятся испытания методом «температурной волны» в целях определения поучастковых фактических потерь тепловой энергии чесрез изоляцию теплопроводов.
Далее описаны ограничения использования данного способа, условия применения, определены формулы длительности генерирования волны, расстояния между датчиками для конкретных участков тепловой сети.
На втором этапе предполагается следующее: подготовка к испытаниям, проведение испытаний и обработка результатов.
На подготовительном этапе производится ознакомление с обстановкой предстоящих испытаний, согласовывается вопрос о длине, высоте и количестве полуволн и волн, которые необходимо осуществить в процессе испытания. При этом необходимо, чтобы полуволны имели возможно большую продолжительность (но не свыше часа) и меньшую высоту, чтобы форма волны приближалась к симметричной, т.е. чтобы продолжительность возрас-таниятемператур приближалась к продолжительности1 их убывания.
При выборе времени для проведения.» испытаний на.участках открытых водяных сетей во избежание погрешностей, обусловленных переменным расходом теплоносителя, необходимо, чтобы это время не совпало с часами.суток, когда происходит резкое изменение расхода теплоносителя.
В подготовительный период также производится определение минимального количества отсчетов температур и максимального интервала времени между отсчетами. В процессе испытаний производится генерирование ряда температурных волн и регистрирование их термометрами в-начальном и конечном сечениях участка тепловой сети.
Для того чтобы потери тепловой энергии, определенные по данным испытания, возможно ближе подходили к действительным, следует выбирать такие дни для проведения испытаний, которым бы предшествовали один-два дня с постоянной температурой воздуха, близкой к температуре в день испытания.
Время и мощность генерации тепловой волны определяется следующим образом: температура на выходе с источника должна быть на 10С выше чем при стационарном (эксплуатационном) режиме, время генерирования определяется исходя из удаленности испытуемого участка тепловой сети от источника тепловой волны. Основное требование к времени генерирования тепловой волны это создание «не размывшейся» волны. Исходя из этого, ориентировочное время генерации волны принимается исходя из скорости теплоносителя в 1м/с, т.е. для участка тепловой сети удаленного от источника на 1,5 км требуется генерации волны в течение 25 мин. Этого времени более чем достаточно для создания и фиксирования требуемой тепловой волны и оценки по характеру ее изменения величины тепловых потерь.
