Надежность систем тепловых сетей
Структура потребления органического топлива для производства теплоты в Российской Федерации. Характерные отказы тепловых сетей. Наружная коррозия как основная причина повреждения тепловых сетей. Статистические оценки показателей надежности трубопроводов.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | лекция |
Язык | русский |
Дата добавления | 06.09.2017 |
Размер файла | 54,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Лекция: Надежность систем тепловых сетей
Введение
Структура теплопотребления Российской федерации
Характерные отказы тепловых сетей
Заключение
Введение
В 2004 году исполнилось 80 лет отечественному централизованному теплоснабжению. За прошедшие годы централизованное теплоснабжение и теплофикация стали одной из ключевых отраслей энергетики России. В настоящее время ими обеспечивается более 74 % потребности в тепле различных потенциалов и около 36 % в электроэнергии. Установленная электрическая мощность теплофикационного оборудования в целом по России более 65 млн. кВт
Все эти годы теплофикация городов и промышленных объектов развивалась нарастающими темпами. В процессе развития теплофикации страны были решены многие важные задачи, обеспечивающие прогресс этой отрасли энергетики. Базой современной теплофикации являются турбоагрегаты на высокие и закритические параметры пара единичной мощностью 80 - 250 МВт. Более 50 ТЭЦ имеют установленную мощность свыше 300 МВт, из них мощность 12 ТЭЦ превышает 600 - 700 МВт, а мощность четырёх станций равна 1 000 МВт.
Основная группа генерирующего теплофикационного оборудования - это агрегаты на давление свежего пара 13 МПа с температурой 555 0С. Наиболее мощным освоенным теплофикационным агрегатом, предназначенным для снабжения теплом больших жилых массивов в крупных городах, является турбина Т-250/300-240 блочной компоновки с котлами производительностью 950 - 1 000 т/ч. Эта турбина рассчитана на давление свежего пара 24 МПа и максимальную тепловую нагрузку отборов более 1 200 ГДж/ч. В Мосэнерго и Ленэнерго в 90-х годах работали 22 таких энергоблока общей мощностью 5,5 млн. кВт.
1. Структура теплопотребления Российской Федерации
В настоящее время система теплоснабжения является одним из крупнейших в России потребителей органического топлива. Структура использования органического топлива показана в табл.1.
надежность тепловой сеть трубопровод
Таблица 1
Структура потребления органического топлива для производства теплоты
Производство теплоты по видам источников |
Qуст |
Qотп |
|||
Гкал/ч |
% |
млн. Гкал |
% |
||
Всего: |
1367,0 |
100,0 |
2639,0 |
100,0 |
|
ТЭС всего, в том числе: |
295,0 |
21,6 |
953,6 |
36,2 |
|
ТЭЦ ОП |
173,3 |
12,7 |
648,1 |
24,6 |
|
ТЭЦ ПР |
47,3 |
3,5 |
173,4 |
6,6 |
|
ГРЭС |
74,4 |
5,4 |
132,1 |
5.0 |
|
Котельные всего, в том числе: |
925,0 |
67.7 |
1222,5 |
46,2 |
|
большой мощности (более 116 МВт) |
187,0 |
13,7 |
277,0 |
10,3 |
|
средней мощности (23-116 МВт) |
240,0 |
17.6 |
367.2 |
13,9 |
|
малой мощности (менее 23 МВт) |
498,0 |
36.4 |
578,3 |
22,0 |
|
Автономные теплогенераторы |
116,0 |
8.5 |
360,0 |
13,6 |
|
Теплоутилизационные установки |
25.0 |
1,75 |
93,2 |
3,5 |
|
Ядерные источники тепла |
1.1 |
0,08 |
6,2 |
0.2 |
|
Электрокотлы |
3,6 |
0,27 |
6.0 |
0,2 |
|
Геотермальные и солнечные установки |
1.3 |
0,1 |
3,5 |
0,1 |
Более двух третей суммарного количества выработанной теплоты израсходовано на отопление, вентиляцию, кондиционирование воздуха и горячее водоснабжение жилых, общественных и промышленных зданий и передано потребителям с горячей водой. Структура теплопотребления в России показана на рис.1.
Централизация теплоснабжения, и особенно на базе комбинированного производства электрической и тепловой энергии, обеспечила значительную экономию органического топлива, улучшение экологической обстановки в крупных городах, сокращение затрат живого труда, создание более благоприятных условий для решения градостроительных проблем.
В то же время, централизованное теплоснабжение потребовало строительства разветвлённых тепловых сетей. В настоящее время в России построено и эксплуатируется более 260 тыс. км водяных тепловых сетей с диаметром труб от 50 до 1 400 мм. Эти сети часто строились при реализации принципа минимизации затрат при максимальном использовании местных строительных и изоляционных материалов. В результате российские тепловые сети оказались самыми дешёвыми и одновременно самыми ненадёжными городскими инженерными сооружениями. Установлено, что из-за низкой надёжности большинства тепловых сетей в российских городах затраты энергии на транспортирование и распределение теплоты от всех источников неоправданно велики11 Малафеев В.А., Пейсахович В.Я. Роль теплоснабжения в энергосбережении и охране окружающей среды// Энергетик 1994. №11. С. 9 -13. .
До недавнего времени многие технические и технологические решения, принимаемые при проектировании, сооружении и эксплуатации систем централизованного теплоснабжения (СЦТ), не учитывали требования по надёжности, которые часто в НТД просто не устанавливались.
В настоящее время коллектив сотрудников ряда институтов (головная организация -ЭНИН им. Г.М. Кржижановского) разработал комплекс нормативно- технической документации для решения задач оценки показателей надёжности СЦТ при проектировании и при эксплуатации22 Попырин Л.С., Зубец А.Н. Надёжность систем теплоснабжения // Энергетик 1994. №11.С. 14 -16.. Данный метод оценки надёжности, как и некоторые другие 33Ковылянский Я.А, Старостенко H.H. Практическая методика количественной оценки надежности тепловых сетей при проектировании и в условиях эксплуатации// Теплоэнергетика. 1997. №1.С. 12 -16.,44Ионин А.А. Надёжность систем тепловых сетей. М.: Стройиздат, 1989.-268 с. , использует вероятностные показатели, которые получаются с использованием аппарата марковских процессов.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис.1. Структура теплопотребления Российской федерации:
1- городская промышленность; 2 - коммунально-бытовые нужды города; 3 - сельскохозяйственное производство; 4 - коммунально-бытовые нужды села
2. Характерные отказы тепловых сетей
Системы централизованного теплоснабжения (СЦТ), как и все технические системы массового обслуживания, должны обеспечивать потребителей тепловой энергией, выполнять заданные функции при минимальных затратах на сооружение и эксплуатацию, обладать требуемой надежностью.
Надежность тепловых сетей - это свойство транспортной системы обеспечивать в течение заданного времени подачу потребителю требуемого количества теплоносителя с определенными температурой и давлением.
Тепловые сети состоят из участков трубопроводов, секционирующих и отключающих задвижек, оборудования сетей (компенсаторы, опоры, спускные краны и пр.), насосные подстанции. Насосные подстанции представляют собой достаточно сложные подсистемы и должны рассматриваться с точки зрения надёжности как самостоятельные объекты.
Ниже приведены характерные отказы тепловых сетей, обобщённые в МИСИ по определённой методике, позволяющей получить данные, которые пригодны для статистической обработки. Сбор информации осуществлялся по журналам учёта повреждений эксплуатационных районов. Не рассматривались отказы:
происшедшие в период гидравлических и температурных испытаний тепловых сетей;
повлекшие за собой отключение участков и абонентов на время менее 3 часов;
на магистралях, которые по ряду причин находились в крайне неблагоприятных условиях эксплуатации (каналы периодически затапливались грунтовыми и ливневыми водами, заносились грунтом, нарушалась целостность антикоррозионного покрытия трубопроводов и т.п.).
Все повреждения на теплотрассах и оборудовании, которые после анализа были отнесены к отказам, имеющим случайную природу, были классифицированы по видам, и для каждого вида была установлена относительная частота появления.
Наиболее частой причиной повреждения тепловых сетей является наружная коррозия. Обычно коррозия равномерно поражает теплопроводы на значительных участках по длине. При этом встречаются отдельные участки (с нарушенным защитным покрытием), которые поражены наиболее интенсивно. Причина коррозии в контакте металла труб с влагой. В результате коррозии снижается толщина стенок, появляются свищи и, как следствие, происходят разрывы теплопроводов.
Значительно меньше отказов связано с разрывом продольных и поперечных швов. Встречаются случаи вырыва гильз под термометры и патрубков под манометр, вызванные некачественной сваркой. Повреждения сальниковых компенсаторов вызываются коррозией стакана сальникового компенсатора, выходом из строя грундбуксы, размывкой набивки.
Задвижки на трубопроводах отказывают из-за коррозии корпуса, коррозии байпаса, неплотности фланцевых соединений, трещин в корпусе. Классификация отказов по причинам приведена в табл.2.
Таблица 2
Классификация отказов по причинам
Вид повреждения |
Период наблюдения, год |
Среднее значение |
||||
1974 |
1975 |
1976 |
1977 |
|||
Наружная коррозия труб |
83 |
82 |
82 |
85 |
83 |
|
Разрывы сварных швов |
5 |
5 |
3 |
7 |
5 |
|
Коррозия стаканов сальниковых компенсаторов, выход из строя грундбуксы |
5 |
4 |
5 |
5 |
4,75 |
|
Повреждение задвижек |
7 |
9 |
10 |
3 |
7,25 |
|
Итого |
100 % |
100 % |
100 % |
100 % |
100 % |
По результатам наблюдений вычислялся параметр потока отказов
где n - количество отказов, зафиксированных на трубопроводах одного диаметра; t - время наблюдения за трубопроводами; L - суммарная длина подающего и обратного трубопроводов одного диаметра, км.
Зависимость параметра потока отказов от диаметра трубопровода исследованиями не установлена, что объясняется малой вероятностью появления одновременного поражения трубы в нескольких местах на одном диаметре одновременно. Наблюдения не выявили также зависимости времени восстановления от диаметра трубы, что можно объяснить недостаточным объёмом статистических данных. Некоторые результаты наблюдения за отказами трубопроводов показаны в табл.3.
Таблица 3
Статистические оценки показателей надёжности трубопроводов
Показатель |
Диаметр трубопроводов, мм |
|||||||||||||
200 |
250 |
300 |
350 |
400 |
450 |
500 |
600 |
700 |
800 |
1000 |
1200 |
1400 |
||
Протяжённость труб (подающих и обратных), км |
401 |
60 |
88 |
23 |
113 |
13 |
136 |
67 |
31 |
42 |
36 |
58 |
27 |
|
Число отказов |
9 |
11 |
14 |
1 |
7 |
5 |
17 |
1 |
4 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
Параметр потока отказов, ?? 1/(кмгод) |
0,01 |
0,081 |
0,071 |
0,02 |
0,027 |
0,171 |
0,056 |
0,034 |
0,057 |
0,011 |
- |
- |
0,016 |
|
Среднее время восстановления, ч |
6,2 |
6,6 |
5,3 |
4 |
7,5 |
6,2 |
13 |
8 |
24,6 |
4 |
- |
- |
5 |
Примечание. Анализировались тепломагистрали протяжённостью 1094,5 км; общее количество отказов 71.Среднее значение потока отказов для труб всех диаметров 0,041, 1/(кмгод).
Интервальная оценка по данным табл.10.3 при доверительной вероятности g--= 0,95 показывает, что значение параметра потока отказов находится в пределах 0,0288 < w < 0,0532. Верхнее граничное значение w = 0,0532 можно принимать за расчётную величину.
Аналогичные исследования по безотказности задвижек для тех же тепломагистралей показали, что интервальная оценка параметра потока отказов при доверительной вероятности g=0,95 равна 0,00069< wз < 0,00111. Правую границу интервала можно принять за расчётную величину.
Проверка влияния срока службы тепломагистралей на параметр потока отказов показала, что при сроке службы более 35 лет wср = 0,059, при сроке службы от 20 до 30 лет wср = 0,046 и при сроке службы от 10 до 20 лет wср = 0,023. При этом ежегодное уменьшение w--составило 0,0015, что означает снижение параметра потока отказов с сокращением длительности эксплуатации теплопроводов.
Приведённые оценки показателей надёжности относятся только к одному из регионов и не могут претендовать на обобщение для всей территории Российской федерации. Однако анализ данных по некоторым другим регионам показал, что качественная картина отказов сохраняется. По-прежнему, основными причинами отказов являются внешняя коррозия, разрывы сварных швов, дефекты компенсационных устройств, дефекты задвижек, механические повреждения при монтаже, аварии водопроводных и канализационных трасс.
Примерно 55 % всех зафиксированных отказов вызвано внешней коррозией, причём большая часть из них на теплопроводах со сроком службы 5-15 лет. Эти коррозионные повреждения вызываются следующими факторами:
отсутствием попутного дренажа и дренажных насосных станций на теплотрассах;
недостаточной высотой и прочностью скользящих опор, в результате чего постоянно увлажняется теплоизоляция на трубах;
применением малоэффективных антикоррозионных покрытий (лак 177, краска АЛ-177, изол на битуме вместо изола на изольной мастике);
повреждением антикоррозионных покрытий при транспортировке труб;
применением бесканальных прокладок теплотрассы в битумперлитной изоляции, отличающейся высоким водопоглощением.
Внешняя коррозия труб вызывается также блуждающими токами - утечками от городского и железнодорожного транспорта, работающего на постоянном токе. Несмотря на защиту теплопроводов изолирующими покрытиями и применение электрических методов защиты, возможны случаи совпадения мест повреждения изоляции с зонами коррозионно-активных грунтов и возникновения коррозионных процессов. Таким образом, процесс развития коррозии можно считать нестационарным случайным процессом с неизвестными параметрами.
Разрывы сварных швов возникают при снижении прочностных свойств металла по сравнению с действующими внутренними и внешними нагрузками. Точное значение нагрузок на трубопровод определить невозможно из-за случайности многих нагрузочных факторов. Принимаемые запасы прочности должны компенсировать эту неопределённость, но при дефектах сварных швов, при случайных нагрузках, например, из-за проседания отдельных опор усилия превышают предел прочности металла и происходит разрыв. Параметр потока отказов, вызванных разрывами сварных швов, практически не зависит от диаметра.
Повреждения задвижек могут носить различный характер: неплотное закрытие задвижки или нарушения герметичности корпуса или фланцевых соединений, вызывающие утечку теплоносителя. В первом случае увеличивается длина трубопровода, отключаемого при аварии, и возрастает недопоставка теплоносителя потребителям. При нарушениях герметичности приходится отключать задвижку, чтобы локализовать последствия аварии. Отказы системы из-за неисправности задвижек составляют 1,5-2 % от общего числа отказов.
Обобщение данных по отказам тепломагистралей показывает их следующую классификацию по причинам возникновения:
наружная коррозия трубопроводов ………………………..55 %
разрывы сварных швов ……………………………………..20 %
дефекты компенсационных устройств………………………6 %
дефекты задвижек ………………………………………….1,5 %
прочие причины (механические повреждения при монтаже, аварии на водопроводных и канализационных сетях и т.д.) ……….17,5 %
Восстановление работоспособности тепломагистралей после отказа зависит от многих факторов, определяющим среди которых является диаметр трубопровода. В Московском инженерно-строительном институте получена формула4 для расчёта времени восстановления теплопроводов, ч
tв = 5,06 + 14,93 d
где d - диаметр теплопроводов, м.
Установлено, что время восстановления можно разделить на три части: время слива, которое составляет 7-8 % общего времени ремонта; время собственно ремонта 76-79 %; время наполнения теплопроводов 14-15 %.
Насосные станции в 30 % случаев отказывают из-за течи сальников насосов, в 30 % случаев из-за повреждения подшипников, в 12 % из-за необходимости ревизии или ремонта насоса, в 1 % случаев из-за ремонта электродвигателя; 3 % составляют повреждения вала насоса или его центровки; 3 % - неисправность задвижек; 3 % - повреждение обратного клапана; 2,5 % - повреждение автоматических регуляторов давления. Кроме того, встречаются отказы из-за коррозии трубопроводов в пределах станции, протечки, неисправности токовых преобразователей.
При анализе показателей надёжности насосных станций учитывают отказы насосного агрегата, обратного клапана и двух отключающих задвижек. Всё это вместе образует насосный блок. Параметр потока отказов насосного блока определяется по формуле
wб = wн.а + wо.к + 2wз,
где wн.а, wо.к, wз - параметры потока отказов насосного агрегата, обратного клапана и задвижек.
На основе обобщения и статистической обработки эксплуатационных данных получены следующие значения параметров потоков отказов:
wн.а= 0,97,1/год; wо.к = 0,017, 1/год; wз = 0,015, 1/год.
Среднее время восстановления насосного блока можно принимать при оценочных расчётах tр.б = 7 ч.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Описание тепловых сетей и потребителей тепловой энергии. Рекомендации по децентрализации, осуществлению регулировки и отводящим трубопроводам. Технико-экономическая оценка инвестиций в реконструкцию тепловых сетей. Анализ потребителей в зимний период.
дипломная работа [349,8 K], добавлен 20.03.2017Основные требования к организации и ведению безопасной, надёжной и экономичной эксплуатации тепловых, атомных, гидравлических, ветровых электрических станций, блок-станций, теплоцентралей, станций теплоснабжения, котельных, электрических и тепловых сетей.
учебное пособие [2,2 M], добавлен 07.04.2010Проект теплоснабжения промышленного здания в г. Мурманск. Определение тепловых потоков; расчет отпуска тепла и расхода сетевой воды. Гидравлический расчёт тепловых сетей, подбор насосов. Тепловой расчет трубопроводов; техническое оборудование котельной.
курсовая работа [657,7 K], добавлен 06.11.2012Расчет тепловых нагрузок цехов промышленного предприятия, тепловой и гидравлический расчет водяных тепловых сетей, паропроводов и конденсатопроводов, выбор схем присоединения зданий к тепловой сети. График температур в подающем и обратном трубопроводах.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 22.09.2021Котельная, основное оборудование, принцип работы. Гидравлический расчет тепловых сетей. Определение расходов тепловой энергии. Построение повышенного графика регулирования отпуска теплоты. Процесс умягчения питательной воды, взрыхления и регенерации.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 15.02.2017Расчет тепловых нагрузок района города. График регулирования отпуска теплоты по отопительной нагрузке в закрытых системах теплоснабжения. Определение расчетных расходов теплоносителя в тепловых сетях, расход воды на горячее водоснабжение и отопление.
курсовая работа [269,3 K], добавлен 30.11.2015Принцип действия тепловых реле, влияние перегрузок и температуры окружающей среды на их долговечность. Время-токовые характеристики и выбор тепловых реле. Конструктивные особенности тепловых реле, применение во всех сферах промышленности и в быту.
контрольная работа [1,2 M], добавлен 26.06.2011Место вопросов надежности изделий в системе управления качеством. Структура системы обеспечения надежности на базе стандартизации. Методы оценки и повышения надежности технологических систем. Предпосылки современного развития работ по теории надежности.
реферат [29,8 K], добавлен 31.05.2010Определение надежности линейной (трубопроводной) части газораспределительных систем, их основных элементов и узлов. Проектирование распределительных газовых сетей. Построение кольцевых, тупиковых и смешанных газопроводов, принципы их расположения.
контрольная работа [232,9 K], добавлен 24.09.2015Теплоснабжение от котельных и переключение потребителей жилого фонда от источника. Основные технические решения по строительству источника тепла и тепловых сетей. Централизованная диспетчеризация объектов управления. Конструктивное решение котельной.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 16.05.2015Основные методы и технологии защиты внутренних и внешних поверхностей труб водопроводных и тепловых систем. Кинетика образования диффузионных хромовых покрытий. Особенности нанесения покрытий на трубы малого диаметра. Условия эксплуатации изделия.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 22.06.2011Особенности теплоснабжения населенных пунктов. Характеристика потребителей тепловой энергии поселка Шексна. Анализ параметров системы теплоснабжения, рекомендации по ее модернизации. Технико-экономическая оценка инвестиций в реконструкцию тепловых сетей.
дипломная работа [1,4 M], добавлен 20.03.2017Разработка мероприятий по повышению эффективности системы теплоснабжения поселка Тарногский городок. Расчет гидравлического режима тепловой сети, ее регулировка. Расчет технико-экономической эффективности инвестиций в проект модернизации тепловых сетей.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 20.03.2017Описание существующей системы теплоснабжения зданий в селе Шуйское. Схемы тепловых сетей. Пьезометрический график тепловой сети. Расчет потребителей по теплопотреблению. Технико-экономическая оценка регулировки гидравлического режима тепловой сети.
дипломная работа [2,7 M], добавлен 10.04.2017Надежность как один из основных показателей качества, ее характерные свойства и предъявляемые требования. Классификационные группы системы стандартов "Надежность в технике". Показатели надежности и методика их определения для различных объектов.
лекция [36,8 K], добавлен 19.04.2011Определение тепловых нагрузок и расхода топлива производственно-отопительной котельной; расчет тепловой схемы. Правила подбора котлов, теплообменников, баков, трубопроводов, насосов и дымовых труб. Экономические показатели эффективности установки.
курсовая работа [784,4 K], добавлен 30.01.2014Схемы наружных и внутренних сетей газоснабжения для посёлка Войвож. Оборудование газорегуляторного пункта с учетом подключения к газопроводу сетей среднего давления Ф273х8,0, проходящему по посёлку. Определение плотности и теплоты сгорания газа.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 10.04.2017Методы использования тепловых вторичных ресурсов, установки для внешнего теплоиспользования. Принципиальные схемы использования теплоты производственной воды, тепловые аккумуляторы. Расчет процесса горения в топке, тепловой нагрузки и расхода топлива.
курсовая работа [727,1 K], добавлен 21.06.2010Изучение основных функций активации (пороговой, линейный, сигмоидный) элементов нейронных сетей и правил их обучения (Больцман, Хебб) сетей с целью разработки метода автоматизации процесса металлизации на базе адаптивного нейросетевого подхода.
дипломная работа [305,8 K], добавлен 31.05.2010Принцип работы бытовых и хозяйственных тепловых насосов. Конструкция и принципы работы парокомпрессионных насосов. Методика расчета теплообменных аппаратов абсорбционных холодильных машин. Расчет тепловых насосов в схеме сушильно-холодильной установки.
диссертация [3,0 M], добавлен 28.07.2015