Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ существующих систем теплоснабжения (на примере г. Омска) 12
1.1 Тепловые источники систем теплоснабжения 13
1.1.1 Источники теплоснабжения Омского филиала ОАО «ТГК-11» 20
1.1.2 Источники теплоснабжения промышленных предприятий 30
1.1.3 Источники теплоснабжения МП г.Омска «Тепловая компания» 32
1.1.4 Источники теплоснабжения ООО ПФ «Октан» 33
1.1.5 Источники теплоснабжения индивидуальные и прочие 35
1.2 Системы и схемы централизованного теплоснабжения 36
1.2.1 Тепловые сети Омского филиала ОАО «ТГК-11» 38
1.2.2 Тепловые сети МП г.Омска «Тепловая компания» 42
1.3 Системы присоединения потребителей 44
1.3.1 Схемы присоединения систем отопления 45
1.3.2 Схемы присоединения систем горячего водоснабжения 52
1.4 Характеристика существующей системы теплоснабжения г. Омска 54
1.5 Выводы и заключения 58
ГЛАВА 2. Исследование путей совершенствования систем теплоснабжения крупных городов на перспективное развитие 59
2.1 Постановка задачи 59
2.2 Создание единого теплотранспортного предприятия 64
2.3. Иерархическая структура построения системы теплоснабжения г. Омска 67
2.4 Развитие источников теплоснабжения 73
2.5 Развитие тепловых сетей
2.6 Гидравлические и тепловые режимы 78
2.7 Вопросы надежности тепловых сетей 79
2.8 Современные методы диагностики трубопроводов 87
2.9 Разработка перспективной схемы теплоснабжения города 91
2.10 Выводы и заключения 95
ГЛАВА 3. Определение эффективности путей совершенствования системы централизованного теплоснабжения г. Омска 96
3.1 Постановка задачи 96
3.2 Эффективность перевода в летний период тепловой нагрузки ГВС от котельных различных форм собственности на ТЭЦ 97
3.3 Влияние температурного графика на эффективность системы теплоснабжения 120
3.4 Анализ эффективности различных видов тепловой изоляции 126
3.5 Выводы и заключения 131
ГЛАВА 4. Использование программных продуктов на базе геоинформационных технолигий с целью повышения эффективности систем централизованного теплоснабжения крупных городов 132
4.1 Постановка задачи 132
4.2 Анализ рынка существующих программных продуктов 133
4.3 Система контроля функционирования тепловых сетей «СКФ-99» на основе геоинформационных технологий 135
4.4 Модернизация «СКФ-99» для решения практических задач 142
4.5 Пример переключения тепловых нагрузок с котельной ОАО АК «ОмскАгрегат» на ТЭЦ-5 144
4.7 Выводы и заключения 148
Основные результаты и выводы 149
Библиографический список
- Источники теплоснабжения ООО ПФ «Октан»
- Иерархическая структура построения системы теплоснабжения г. Омска
- Эффективность перевода в летний период тепловой нагрузки ГВС от котельных различных форм собственности на ТЭЦ
- Система контроля функционирования тепловых сетей «СКФ-99» на основе геоинформационных технологий
Введение к работе
Актуальность исследования. В настоящее время в Российской Федерации, как и во всем мире, возрастают экономические требования к решению вопросов энергосбережения и топливоиспользования, при этом особую актуальность приобретают проблемы оптимального функционирования систем теплоснабжения с максимальным производством энергии комбинированным способом.
Разноведомственная подчиненность теплоисточников из-за различных форм собственности, невозможность их работы в таких условиях на единые тепловые сети, отсутствие отработанной структуры управления теплоснабжением города в целом, отсутствие централизованного оперативного управления оптимизацией работы систем теплоснабжения приводит к значительному перерасходу топлива в регионе и напряжению городского бюджета.
Исследование путей совершенствования систем централизованного теплоснабжения (СЦТ) крупных городов весьма актуально как по России в целом, так и по г. Омску, особенно теперь с развитием региональных рынков электрической и тепловой энергии. В настоящее время, когда «Схема теплоснабжения г. Омска на перспективное развитие» не разработана, а предыдущая «Схема теплоснабжения на 2000г. с перспективой до 2010 г.» устарела, особенно актуальны научные исследования в области совершенствования СЦТ.
В настоящем исследовании выполнен комплекс работ по изучению проблем СЦТ крупных городов в Российской Федерации и в г. Омске конкретно, указаны пути, разработаны конкретные предложения на научной основе для обязательного учета при разработке новой концепции развития схемы теплоснабжения г. Омска с перспективой до 2025 г.
Объектом исследования являются СЦТ крупных городов Российской Федерации (в том числе г. Омска), включающие в себя разноведомственные теплоисточники, не работающие на единые тепловые сети.
Предмет исследования - оптимизация схем и режимов работы СЦТ для генерации и трансформации энергоносителей, основанных на принципах их комбинированного производства.
Цель исследования состоит в комплексном научном подходе к совершенствованию СЦТ крупных городов (на примере г. Омска) с рациональным использованием разноведомственных источников теплоснабжения, их тепловых мощностей; в совершенствовании методов расчета тепловых сетей с целью улучшения их энергетических характеристик, повышения надежности и резервирования для гарантированного качества теплоснабжения потребителей.
Задачи исследования:
-
провести анализ структуры существующей системы централизованного теплоснабжения крупного города и ее особенностей (на примере г. Омска);
-
сформулировать основные принципы построения СЦТ крупных городов в современных условиях с учетом разноведомственных источников и оптимального использования их генерирующих мощностей;
-
рассмотреть возможность максимального перевода в летний период нагрузки горячего водоснабжения (ГВС) от разноведомственных котельных на теплоэлектроцентрали;
-
исследовать пути создания в г. Омске классической иерархической схемы теплоснабжения на базе современных компьютерных технологий;
-
проанализировать влияние температурного графика на гидравлический режим работы теплосети, на загрузку теплофикационных отборов ТЭЦ, на качество теплоснабжения;
-
выполнить исследование теплоизоляционных материалов и современных методов диагностики тепловых сетей.
Методы исследования. Методологической, теоретической и информационной базой диссертации послужили труды ведущих отечественных ученых и специалистов в области теплоэнергетики Л. А. Мелентьева, Е. Я. Соколова, Н. М. Зингера, Н. К. Громова, Л. С. Попырина, Л. С. Хрилева, Е. В. Сенновой, И. А. Смирнова, Е. П. Шубина, С. А. Чистовича, Б. В. Яковлева и др., а также законодательные и нормативные документы Российской Федерации и Омского региона, данные федеральной службы государственной статистики, интернет-сайты энергетических компаний, статистические документы хозяйственной отчетности предприятий, периодическая литература. При решении задач исследования были использованы следующие методы: математического моделирования, методы решения сетевых уравнений с применением законов Кирхгофа, контурных расходов и узловых давлений; методы объектно-ориентированного программирования; современные методы обработки результатов компьютерных расчетов и экспериментальных исследований, численные методы решения нелинейных уравнений; теория эксперимента. При разработке программного обеспечения использовались программные пакеты работы с базами данных Autodesk AutoCAD, Microsoft Excel, Microsoft Access, C++Builder.
Научная новизна настоящей работы состоит в следующем:
-
-
На основе обширного анализа СЦТ крупных городов РФ и СНГ предлагается вариант совершенствования системы теплоснабжения г. Омска по трем направлениям: тепловые источники, тепловые сети, режимы их работы.
-
Разработаны алгоритм и математическая модель определения экономической эффективности от реализации технического проекта по переводу в летний период среднечасовой нагрузки ГВС от разноведомственных неэкономичных котельных малой мощности на ТЭЦ.
-
Проведено исследование влияния температурного графика теплосети на экономические показатели СЦТ и качество теплоснабжения потребителей.
-
Представлен анализ существующих программных продуктов на Российском рынке в сравнении с программным комплексом «Система контроля функционирования тепловых сетей - «СКФ-99» с применением геоинформационных технологий, разработанном на базе Тепловых сетей г. Омска.
-
Осуществлен анализ применения различных типов изоляции и выработаны рекомендации их применения.
Практическая значимость:
-
-
-
Компьютерная программа, разработанная на основе авторской математической модели и алгоритма, позволила закрыть ряд неэкономичных котельных в г. Омске и перевести тепловую нагрузку их потребителей на генерирующие источники;
-
Внедрение программного комплекса «СКФ-99» позволяет: рассчитывать гидравлические и тепловые режимы, моделировать нештатные ситуации, выявлять резервы и узкие места в процессе новых подключений, решать вопросы надежности, диагностики, планирования ремонтных компаний на пять лет вперед;
-
Перевод в летний период нагрузки горячего водоснабжения от неэкономичных котельных разных ведомств позволило загрузить теплофикационные отборы на ТЭЦ и увеличить выработку энергии на тепловом потреблении.
Достоверность научных положений и результатов подтверждается фактом переключения тепловых нагрузок отопительных и промышленно-отопи- тельных котельных заводов «Релеро», «Сибзавод», «Октан», котельной по ул. Малиновского, котельной МП «Тепловая компания» по ул. 26 Северная суммарной нагрузкой 725 ГДж/ч на ТЭЦ г. Омска. Полученные в результате переключений нагрузок гидравлические режимы соответствуют расчетным, полученные данные из практики эксплуатации показывают удовлетворительную сходимость.
Автор защищает:
-
-
-
-
научно обоснованную стратегию варианта реконструкции СЦТ с учетом разработки схемы централизованного теплоснабжения г. Омска до 2025 г. путем модернизации существующих ТЭЦ, строительства теплопроводов и насосных станций, закрытием неэффективных котельных с переключением их тепловой нагрузки на ТЭЦ;
-
экономическую эффективность от перевода тепловой нагрузки горячего водоснабжения в летний период от разноведомственных котельных на ТЭЦ;
-
внедрение и модернизацию программного комплекса «Система контроля функционирования тепловых сетей» («СКФ-99») для управления централизованным теплоснабжением (на примере г. Омска).
Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях регионального, федерального значения, а также на зарубежных научных семинарах: «Нетрадиционные методы выработки тепловой энергии» (Норвегия. Осло, 2006); «Использование в системах теплоснабжения оборудования фирмы Danfoss» (Финляндия. Хельсинки, 2007); «Euro Heat and Power: тенденции и реалии теплоснабжения в ЕС» (Дания. Копенгаген, 2007); «Проблемы энергосбережения и энергобезопасности регионов Западной Сибири» (Омск, 2008); «Российское теплоснабжение: проблемы и тенденции развития» (Москва, 2009); «Энергоэффективность. XXI век» (Санкт-Петербург, 2009); «Повышение надежности и эффективности эксплуатации электрических станций и энергетических систем» (Москва, 2010); «Повышение эффективности энергетического оборудования» (Иваново, 2011); на научно-технических семинарах кафедры «Теплоэнергетика» ОмГУПСа (Омск, 2008 - 2012); на заседании кафедры «Промышленная теплоэнергетика» ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет (СФУ)» (Красноярск, 2012).
Использование результатов диссертации. Основные результаты диссертационной работы внедрены в муниципальном предприятии (МП) г. Омска «Тепловая компания»: закрытие мелких неэкономичных котельных и перевод их тепловой нагрузки на тепловые источники ОФ ОАО «ТГК-11»; использование программного комплекса «СКФ-99» при расчете тепловых и гидравлических режимов от тепловых источников г. Омска; перевод нагрузки ГВС в летний период с неэкономичных котельных на ТЭЦ. Результаты работы могут быть использованы: научно-исследовательскими и проектными институтами, занимающимися разработкой систем централизованного теплоснабжения; предприятиями централизованного теплоснабжения крупных городов в процессе их адаптации в условиях конкурентной среды, а также в ВУЗах на кафедрах при подготовке специалистов по направлению «Теплоэнергетика».
Личный вклад автора заключается в том, что он по существу излагаемых в диссертации вопросов лично определил основные направления по повышению эффективности системы централизованного теплоснабжения на примере г. Омска, выразившиеся в совершенствовании ее иерархической структуры; разработал концепцию по переводу в летний период нагрузки ГВС от разноведомственных неэкономичных котельных на ТЭЦ; разработал математическую модель и компьютерную программу определения экономичности от выработки электроэнергии на тепловом потреблении с учетом затрат на строительство перемычек между тепловыми сетями ТЭЦ и котельных; адаптировал и модернизировал «СКФ-99» к условиям эксплуатации тепловых сетей в г.Омске. Основные положения, разработанные в диссертации, изложены в инженерных решениях, научных статьях и подтверждаются опытом эксплуатации СЦТ г. Омска.
Публикации. По теме диссертации опубликовано десять печатных работ (из них две статьи - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 145 источников, пяти приложений. Работа изложена на 178 страницах основного текста, включает в себя 45 рисунков, 27 таблиц.
Источники теплоснабжения ООО ПФ «Октан»
Омский филиал ОАО «Территориальная генерирующая компания №11» реорганизован 1 ноября 2007 г. в рамках реформирования Российской электроэнергетики после решения акционеров ОАО «Омская электрогенери-рующая компания» о присоединении Общества к ОАО «ТГК-11». Основными видами деятельности Омского филиала является производство тепловой и электрической энергии, транспортировка и сбыт тепловой энергии.
Структура филиала включает в себя тепловые электростанции: ТЭЦ-2, 3, 4, 5, КРК и Тепловые сети. Установленная тепловая мощность теплоисточников - 23 744 ГДж/ч. Суммарная установленная электрическая мощность ТЭЦ - 1580 МВт, в которой доли станций составляют: ТЭЦ-3 - 22 %, ТЭЦ-4 - 34 %, ТЭЦ-5 - 44 %. Стабильный рост потребления электрической и тепловой энергии в регионе требует ввода новых генерирующих мощностей. Развитие омской энергетики связано с проектами по дальнейшему развитию генерирующих мощностей и теплотрацспортной инфраструктуры. Омский филиал ОАО «ТГК-11» выработкой на своих генерирующих мощностях обеспечивает только 61 % от общего объема потребления электрической энергии Омской области, 39 % поставляется с оптового рынка электрической энергии и мощности. Потребность г. Омска в тепловой энергии станции энергокомпании закрывают почти на 70 %. Успешно реализуется программа по использованию золошлаковых материалов, признанная одной из лучших в стране.
Омская ТЭЦ-2 Электрогенерирующее оборудование на станции списано. В 1990 г. была демонтирована последняя турбина типа Т-25-29. С этого времени омская ТЭЦ-2 работает в режиме котельной: в течение отопительного периода ТЭЦ-2 обеспечивает тепловой энергией в виде горячей воды жилищно-коммунальный сектор и в виде горячей воды и пара ближайшие промышленные предприятия. В летний период ТЭЦ-2 выводится из работы в резерв, при этом нагрузка горячего водоснабжения её потребителей передается на омскую ТЭЦ-5 через перемычки на тепловых сетях.
Коэффициент эффективности использования установленной тепловой мощности омской ТЭЦ-2 за 2010 г. равен 0,245.
Неполное использование установленной тепловой мощности ТЭЦ-2 вызвано следующими факторами: прекращением подачи тепла в горячей воде на теплично-парниковый комбинат в размере 400 ГДж/ч, передача всей тепловой нагрузки в летний период на оборудование ТЭЦ-5; полное прекращение подачи пара на завод Транспортного машиностроения. Несмотря на это, на протяжении последних 15 лет производство тепловой энергии от ТЭЦ-2 остается стабильным и составляет около 3,7 млн. ГДж в год.
Котлоагрегаты типа НЗЛ-650, Бабкок-Верке, Бабкок-Вилькокс выпуска начала 40-х годов выработали двойной срок, морально и физически устарели. В настоящее время ежегодные затраты на ремонт основного и вспомогатель ного оборудования оцениваются значительно выше, чем стоимость самого оборудования. Омская ТЭЦ-3 ТЭЦ-3 обеспечивает энерго- и теплоснабжение крупных промышленных предприятий нефтехимического комплекса, основные из которых - ОАО «Роснефть-ОНПЗ» и ОАО «Омский каучук», а также теплоснабжение с открытым горячим водоразбором жилого сектора Советского административного округа г. Омска.
Установленная тепловая мощность ТЭЦ-3 составляет 5 992 ГДж/ч. Основное энергетическое оборудование вводилось в 1954-1958 гг., первые агрегаты на омской ТЭЦ-3 введены в эксплуатацию еще в 1954 г. Оборудование отработало свыше нормативного срока (55 лет при норме 33 года), морально и физически устарело.
С приходом в Омск природного газа котельные агрегаты ТЭЦ-3 были переведены с мазута на природный газ. С 1992 г. в качестве основного топлива используется природный газ, резервное топливо - топочный мазут.
В период с 2007 г. по 2012 г. производилась реконструкция и строительство тепловых сетей для перераспределения тепловой нагрузки между ТЭЦ-3 и КРК, в результате чего располагаемая тепловая мощность ТЭЦ-3 увеличилась на 1257 ГДж/ч за счет переключения жилых микрорайонов № 6, № 10, №5.
Иерархическая структура построения системы теплоснабжения г. Омска
Очевидно, с ростом процесса внедрения ИТП такие системы будут себя изживать, хотя по такой схеме, получившей ранее наибольшее распространение в г. Омске, подключено более 70 % отапливаемых зданий [85].
До 1997 г. в качестве смесительного устройства применялся исключительно элеваторный узел, как наиболее дешевый и доступный. Элеваторы -струйные насосы, просты и надежны в эксплуатации, однако для нормальной работы элеватора требуется разность давлений в подающем и обратном трубопроводах не менее 0,08-Ю, 15 МПа, для устойчивой работы - не менее 0,3 МПа.
При прекращении подачи сетевой воды в сопло элеватора, прекращается циркуляция воды в отопительной установке, что является существенным недостатком схемы с элеваторным смешением и неоднократно приводило к размораживанию систем отопления, особенно с верхним распределением теплоносителя. В процессе автоматизации элеваторных узлов особенно остро встал вопрос о коэффициенте смешения. В Омске большинство элеваторных узлов работает с повышенным коэффициентом смешения, что является следствием неправильного подбора номера элеватора, наличия дефектов в изготовлении, низкой квалификации обслуживающего персонала, недостаточным напором воды перед элеватором, отсутствием частотно-регулируемых приводов на электродвигателях сетевых насосов и т.д.
Установка автоматики на элеваторных узлах, в результате сложной регулировки распределения тепловой энергии на жилые дома, не дает пока желаемого результата. Завышенные температуры после смешения приводят, с одной стороны, к сокращению циркуляции воды в отопительной системе, а, с другой стороны, к «перетопу» квартир в ближайших к узлу подъездах и к снижению температуры в квартирах, расположенных в крайних подъездах.
В последние три - пять отопительных сезонов тепловая энергия от источников теплоснабжения Омского филиала ОАО «ТГК-11» в виде горячей воды поступает в распределительные сети города со снижением температуры против нормативного графика на 20 + 40 С с целью якобы экономии топлива.
Однако общеизвестно, что при снижении температуры прямой сетевой воды увеличивается ее расход, а это вызывает увеличение сопротивления в теплопроводах, расхода электроэнергии на перекачку сетевой воды, снижение выработки электроэнергии на тепловом потреблении, а значит, вызывает не снижение, а наоборот, повышение удельных расходов топлива [39, 42, 84]. Не выдерживание расчетного температурного графика теплоносителя привело к разрегулировке системы теплоснабжения города, оборудованной, как это было изложено ранее, в основном элеваторными вводами. По существу, начинается стихийный процесс: ликвидируются на отдельных вводах диафрагмы, несанкционированно увеличиваются сопла в элеваторах, что приводит к созданию практически малоуправляемых перемычек, когда в одних домах жарко, а в других - холодно. Таких примеров в г. Омске предостаточно, и лишь установка в отдельных домах насосов смешения спасала жильцов от замерзания, хотя установка этих насосов, в свою очередь, приводит к разрегулировке гидравлического режима в соседних домах или целых микрорайонах [40, 47].
Проводимая на протяжении многих лет работа по наладке систем теплоснабжения, в один момент рухнула, на восстановление ее опять потребуются годы, с увеличенными материальными затратами.
Уже зафиксировано, когда при высоких температурах наружного воздуха во многих жилых домах имеет место большой «перетоп» из-за чрезмерно завышенной циркуляции сетевой воды в отопительной системе.
Применение в узлах смешения бесшумных насосов, хотя и более дорогих, с учетом наличия резерва, устраняет недостатки элеваторных узлов. Такие узлы легко автоматизируются для обеспечения подачи расчетного расхода сетевой воды с температурой в соответствии с графиком наружных температур воздуха, не требуют сложной регулировки. Таким образом, для г. Омска при решении вопросов автоматического регулирования подачи тепловой энергии на жилые дома наиболее рациональным решением зависимого присоединения установок к сети является совместная установка в узле присоединения элеватора и смешивающего насоса с разработкой режима их совместной работы на систему. Взаимная компенсация недостатков одного смешивающего устройства достоинствами другого позволит иметь достаточно надежный, легко автоматизируемый узел присоединения. Современные бесшумные насосы позволяют это сделать.
Это направление является перспективным в развитии систем теплоснабжения, повышает надежность их работы и снижает расход электроэнергии на перекачку теплоносителя, как у потребителя, так и на источнике.
Эффективность перевода в летний период тепловой нагрузки ГВС от котельных различных форм собственности на ТЭЦ
Противодействие влиянию неблагоприятных факторов на состояние трубопроводов (шурфовки, установка индикаторов коррозии, замер электропотенциалов и.т.д.) даёт положительные результаты и позволяет пока поддерживать довольно высокий уровень надёжности теплоснабжения в городе от теплоисточников энергокомпании. Но для того, чтобы вести речь о повышении надёжности теплоснабжения при снижении эксплуатационных расходов по обслуживанию тепловых сетей и расходов на перекладку трубопроводов, очевидно, что предпринимаемых мер уже недостаточно [ 60 ].
В 2010 году в СП «Тепловые сети» Омского филиала ОАО «ТГК-11» разработана и внедрена «Методика оценки воздействия отрицательных факторов на трубопроводы тепловых сетей», в основу которой заложена «Матрица критериев оценки...» для определения приоритетности замены трубопроводов на участках теплотрасс. Данные, из которых формируется Матрица, передаются из программного комплекса «СКФ-99», подробно описанном в главе 4. Многолетний опыт эксплуатации тепловых сетей в условиях г. Омска позволил сформировать перечень из 19 факторов, которые влияют на надежность и продолжительность безотказной эксплуатации трубопроводов тепловых сетей, а также определяют степень риска при возможных повреждениях трубопроводов. Все факторы в «Матрице критериев оценки воздействия отрицательных факторов на трубопроводы тепловых сетей» разделены на две группы: а) группа технических факторов; б) группа социально-экономических факторов. Технические факторы включают: 1. срок эксплуатации участка; 2. коэффициент удельной повреждаемости; 3. коэффициент удельной повреждаемости за последние два года эксплуатации; 4. наличие электрических коммуникаций, оборудования электрохимической защиты газопровода и других инженерных сооружений; 5. наличие электрифицированного транспорта; 6. уровень наведенного электрического потенциала; 7. степень наружной коррозии (утонение металла трубы); 8. степень внутренней коррозии (показания индикаторов коррозии); 9. интенсивность подтопления; 10. состояние строительных конструкций теплотрасс; 11. водоотведение на участке; 12. сложность отключения тепловых сетей для устранения повреждения; 13. объем отключаемых потребителей при устранении повреждения; 14.Сложность выполнения аварийно-восстановительных работ. Социально- экономические факторы: 1. прокладка трубопроводов под пешеходными зонами; 2. прокладка трубопроводов под автомобильными и железными дорогами; 3. прокладка трубопровода в местах массового скопления жителей; 4. нанесение ущерба населению от подтопления при возможном по вреждении трубопроводов; 5. нанесение ущерба инфраструктуре города при возможном повреждении трубопроводов.
Каждый фактор по степени воздействия на металл трубопровода, а так же по степени возможного ущерба оценивается по пяти - шести балльной шкале.
На основании вышеуказанной Методики, в СП «Тепловые сети» создана электронная модель «Матрица...» ввода и расчёта критериев с выводом в итоговую таблицу и определением приоритетности замены трубопроводов по годам на пять лет вперед. Вместе с тем, в «Матрице...» представлены результаты постоянного электронного обобщенного анализа, такие как: визуализация структуры, фактического состояния, оснащения тепловых сетей и тенденция их изменений с учётом замены трубопроводов тепловых сетей, реконструкции и нового строительства; возрастная структура тепловых сетей в динамике и с учётом замены тепловых сетей на новые, влияние отклонений выполнения фактической перекладки тепловых сетей от нормативного на изменение эксплуатационного возраста тепловых сетей, а также фактический межремонтный период тепловых сетей по видам прокладки; динамика повреждаемости тепловых сетей.
Преимущество электронной модели в том, что она позволяет в текущий момент времени анализировать состояние всех тепловых сетей на основе введенных эксплуатационных факторов (критериев) и предлагать приоритетность вывода участков тепловых сетей для замены по результатам проведенного анализа и расчёта абсолютных и относительных показателей.
На основе данной методики были сформированы планы замены тепловых сетей 2010, 2011 и 2012 гг. Итоги ремонтных компании доказывают достаточную аргументированность, а главное - эффективность выбранного подхода при формировании планов замены участков тепловых сетей. Совпадение прогноза поадресной повреждаемости на участках тепловых сетей с фактической повреждаемостью достигает 80 %.
Данная методика позволяет более эффективно определять приоритетность выполнения замены тепловых сетей в пределах выделяемых средств и тем сдерживать рост удельной повреждаемости, но не решает в корне проблему прогрессирующего старения тепловых сетей. Созданная электронная база данных, характеризующая технические, структурные и эксплуатационные характеристики тепловых сетей, позволяет проследить динамику состояния тепловых сетей за период с 2000 г. и составить предположительный прогноз изменения состояния на перспективу, в нашем случае, до 2024 г. с вариантами возможного развития. В табл. 2.2 приведена Матрица диагностики - фрагмент «Возраст тепловых сетей», где рассмотрены три варианта прогноза: 1. при планировании и выполнении замены тепловых сетей в объёме 2010 г. (11 001 п. м.), доля протяженности сетей, достигших возраста 25 лет и более, остается стабильной без резких колебаний в пределах 33 % от общей протяженности; 2. при планировании и выполнении замены тепловых сетей в нормативном объёме (17 842 п. м., начиная с 2011 г.), доля протяженности сетей, достигших возраста 25 лет и более, постепенно снижается и к 2020 г. достигает 17,7 % (уровень 2002 г. - 18,3 %), а к 2024 г. достигает 11,0 % (уровень 2000 г. - 11,3 %) от общей протяженности; 3. при планировании и выполнении замены тепловых сетей в сверхнормативном объёме (21 000 п. м., начиная с 2011 г.), доля протяженности сетей, достигших возраста 25 лет и более, снижается более стремительно и к 2020 г. достигает 12,0 % (уровень 2000 г. - 11,3 %), а к 2024 г. сводится к минимуму 2,9 % от общей протяженности.
На рис. 2.7 представлена динамика повреждаемости Омских тепловых сетей, построенная на основе Матрицы - фрагмент «Повреждаемость тепловых сетей».
Система контроля функционирования тепловых сетей «СКФ-99» на основе геоинформационных технологий
В течение 10 лет в СП «Тепловые сети» Омского филиала ОАО «ТГК-11» эксплуатируется программный комплекс «Система контроля функционирования тепловых сетей» главный разработчик - директор ООО НТЦ «Теплоснабжение» Л. В. Чупин (г. Омск) [141].
Методы математического моделирования, положенные в основу гидравлических режимов разветвленных тепловых сетей ПК «СКФ-99», позволяют определить потокораспределение в тепловых сетях методом стационарного распределения жидкости в трубах, относящееся к итеративным, так называемым "увязочным" методам. "Увязка" сети с заданными сопротивлениями, нагрузками и действующими напорами имеет своей целью найти такие значения расходов на всех участках и давлений в узлах, которые с наперед заданной точностью удовлетворяли бы обоим законам Кирхгофа. К классическим увязочным методам относится метод Лобачевского-Кросса.
Математическая характеристика увязочньгх методов заключается в том, что каждый из них представляет лишь один из возможных вариантов применения обобщенных методов расчета нелинейных гидравлических цепей, названных (по аналогии с известными электротехническими методами расчета линейных цепей) методом контурных расходов (МКР) и методом узловых давлений (МД).
Для расчета распределения потоков в сетях с регуляторами применяются алгоритмы решения задачи потокораспределения, основанные на методе последовательных приближений, обеспечивающих сходимость на системах с числом неизвестных 5 000 - 20 000, при этом число итераций не превышает 50; число регуляторов, параллельно работающих в сети источников напора, не ограничено.
Метод эквивалентирования участков больших тепловых сетей позволяет квартальные тепловые сети, присоединенные к магистральному трубопроводу одной врезкой, т.е. образующие ответвление, можно заменять обобщенным потребителем, с эквивалентным сопротивлением, равным сопротивлению ответвления. Такой подход укрупняет схему, уменьшает размерность решаемой системы нелинейных уравнений и улучшает сходимость вычислительного процесса.
После решения задачи потокораспределения и определения напоров в узлах определяется разность напоров на врезке, что позволяет затем решить задачу потокораспределения внутри квартальной сети при условии, если внутри сети отсутствуют источники напоров и регуляторы расхода и напора, т.е. элементы с изменяющимся сопротивлением.
Описание математического ядра, положенного в основу ПК «СКФ-99», приводится в приложении 4.
В настоящее время программный комплекс «СКФ-99» полностью адаптирован к условиям эксплуатации тепловых сетей г. Омска, создана и накоплена уникальная база данных, в которой содержатся характеристики более 130 тысяч элементов [143].
Система предназначена для решения целого комплекса задач по управлению сложными системами централизованного теплоснабжения крупных городов.
Основанная на компьютерной телекоммуникационной сети и современных технологиях обработки информации, система позволяет в едином информационном пространстве осуществлять контроль, диспетчеризацию, оптимизацию систем теплоснабжения. Базовая версия «СКФ-99» представляет собой логически завершенный программный продукт, достаточно полно решающий возложенные на него задачи. При этом система постоянно развивается в направлении, как увеличения количества ее функций, так и полноты их реализации. В основу системы положена подробная принципиальная схема тепло 136 вой сети крупного города (в данном случае г. Омска). Главная идея при разработке системы - ее поэтапная реализация с достижением максимального экономического эффекта на каждом этапе и обеспечение ее развития до максимальной функциональной полноты.
В настоящее время программный комплекс имеет законченный вид, полностью соответствующий многочисленным задачам, решаемым в процессе эксплуатации тепловых сетей Омского филиала ОАО «ТГК-11».
На сервере СП «Тепловые сети» установлен основной модуль программного комплекса «СКФ-99», удаленные терминалы работают в сетевом режиме во всех тепловых районах, технических службах и на диспетчерском пункте Тепловых сетей города Омска (рис. 4.2).
Графический интерфейс Основным объектом в «СКФ-99» является принципиальная гидравлическая схема. Ее создание, модификация и управление осуществляются на базе встроенного графического редактора. Результаты графических манипуляций отображаются в базе данных.
Графический интерфейс наглядно отображает реальную топологическую схему тепловых сетей (рис.4.3) с детализацией ее элементов (участки труб, задвижки, тепловые камеры, насосы, регуляторы и т.д.). Каждый элемент в схеме является уникальным объектом в базе данных и имеет семантические характеристики (подающая и обратная магистрали, год закладки, шероховатость, тип изоляции, ее состояние и др.). Максимальное соответствие расчетной модели реальной трубопроводной сети повышает точность расчета потокораспределения теплоносителя и связанных с ним задач.
Похожие диссертации на Совершенствование систем теплоснабжения
-
-
-
-
-
-
