Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский энергетический институт (технический университет)

Потери энергии в системах транспортировки теплоносителя, обусловленные тепловой и гидравлической разбалансированностью

Аннотация

теплоснабжение гидравлический разбалансированность энергия

В статье рассматривается проблема тепловой и гидравлической разбалансированности систем теплоснабжения, описаны некоторые причины ее возникновения и последствия, к которым она приводит. Рассмотрено влияние тепловой и гидравлической разбалансированности на потери энергии в системах теплоснабжения.

План

Введение

1. Тепловая и гидравлическая разбалансированность, критерии ее оценки

2. Причины тепловой и гидравлической разбалансированности, последствия и связанные с ней потери энергии

2.1 Причины возникновения разбалансированности систем теплоснабжения

2.2 Влияние потерь теплоты на разбалансированность системы теплоснабжения

2.3 Влияние разбалансированности на затраты электрической энергии при транспортировке теплоносителя

Заключение

Список литературы

Введение

При эксплуатации системы теплоснабжения ее разбалансировка может возникнуть по множеству причин, зависящих от режимов работы и состава установленного оборудования источника теплоснабжения, состояния тепловых сетей и их протяженности, а также характеристик потребителей теплоты. В результате совместного воздействия этих причин происходит отклонение ряда параметров (температур, расходов, давлений) от их расчетных значений, что дополнительно может провоцировать дальнейшее ухудшение ситуации -- еще большее отклонение этих параметров. Причины образования тепловой и гидравлической разбалансированности системы теплоснабжения часто взаимосвязаны, поэтому эти две проблемы в подавляющем большинстве случаев необходимо рассматривать одновременно и в комплексе.

1. Тепловая и гидравлическая разбалансированность, критерии ее оценки

Под разбалансированностью системы теплоснабжения обычно понимают существенное отклонение ряда параметров в различных узлах и звеньях системы (расходов, давлений, температур) от их расчетных (оптимальных) значений, полученных в результате наладочных расчетов. Указанные отклонения параметров часто приводятся в виде негативных результатов влияния разбалансированности, в то время как они являются промежуточным результатом, поскольку основными показателями качества теплоснабжения должны быть показатели, характеризующие качество теплоснабжения конечного потребителя: температура внутреннего воздуха в помещениях отапливаемых зданий, температура горячей воды у потребителя и т.д.

В настоящее время отсутствуют единые, всеми признанные критерии, характеризующие тепловую и гидравлическую разбалансированность, а действует ряд гидравлических и тепловых параметров: величины давлений, температура сетевой воды в подающей и обратной линии тепловой сети, температура воздуха внутри отапливаемых помещении и другие параметры.

2. Причины тепловой и гидравлической разбалансированности, последствия и связанные с ней потери энергии

2.1 Причины возникновения разбалансированности систем теплоснабжения

Основное влияние на теплогидравлический режим работы системы теплоснабжения оказывает фактическое состояние составляющих ее элементов, их характеристики и режимы работы.

Работа автоматических регулирующих устройств у потребителя тепла, возникновение отложений в трубопроводах и теплообменниках вследствие несоблюдения водно-химического режима и протекания коррозионных процессов, изменение диаметров трубопроводов при проведении ремонтных работ, подключение новых потребителей или изменение их схем подключения и т.д. влияют на гидравлическое сопротивление системы теплоснабжения. А наличие резкопеременных по времени суток тепловых нагрузок (например, горячее водоснабжение) приводят к тому, что расходы и давления в системе теплоснабжения непрерывно изменяются во времени.

Большой вклад в долю разрегулированности вносит автоматизация тепловых процессов части потребителей. Как показывает практика, действующие тепловые сети не удовлетворяют современным требованиям надежности и долговечности ни по качеству, ни по теплофизическим показателям, т.е. не обеспечивают нормативных значений потерь теплоты. На практике часто встречаются случаи недопустимо высоких потерь теплоты, увеличенных по сравнению с нормативными в 2-4 раза.

Другой причиной являются большие тепловые потери вследствие разрушения или увлажнения теплоизоляции. При увеличении тепловых потерь при транспортировке теплоносителя происходит снижение его температуры, что приводит к недоотпуску теплоты потребителю. При этом тепловая сеть может быть гидравлически сбалансирована путем проведения наладочных работ. Однако потребители получат расчётный расход сетевой воды с недостаточным температурным потенциалом и недополучат расчётное количество теплоты -- то есть сеть будет иметь тепловую разбалансированность. Для исправления этой ситуации автоматика потребителя может дать команду увеличить расход теплоносителя. При этом произойдет увеличение расхода теплоносителя также на участках тепловой сети от источника до потребителя теплоты, а следовательно, и увеличение гидравлических потерь на этих участках. Это, в свою очередь, приводит к перераспределению давлений и расходов на всех участках тепловой сети, у всех потребителей. Таким образом, тепловая разбалансированность может привести к гидравлической.

Разбалансировка является крайне негативным явлением, которое приводит к перерасходу электроэнергии, теплоты при ее транспортировке и потреблении, увеличению расхода топлива на источнике теплоты, а также ухудшению условий комфортности у потребителей. При совершенствовании системы теплоснабжения очень важно знать ее фактическое состояние и режим эксплуатации, уметь выявлять недостатки, количественно оценивать потери энергии.

Основными причинами отклонения от проектных режимов работы тепловых сетей являются невыдерживание температурного графика источником теплоты, отклонение характеристик элементов системы теплоснабжения от проектных, увлажнение теплоизоляции и грунта из-за нарушения целостности строительной и изоляционной конструкций теплопроводов, а также быстрое старение и разрушение практически всех применяемых видов теплоизоляционных материалов.

2.2 Влияние потерь теплоты на разбалансированность системы теплоснабжения

Существенное влияние тепловых потерь на режимы работы потребителей теплоты будет оказываться только в том случае, если эти потери велики. Именно такая ситуация возникает при увлажнении теплоизоляции трубопроводов тепловых сетей, когда их тепловые потери могут возрастать многократно по сравнению с нормативными (рис. 1). Особенно сильное влияние увеличения тепловых потерь на снижение температуры теплоносителя наблюдается на участках трубопроводов малого диаметра, большой протяженности или с малой скоростью движения теплоносителя.

Тепловые потери трубопроводов тепловых сетей зависят от состояния и теплофизических характеристик применяемых теплоизоляционных материалов. Минераловатные материалы, использованные для теплоизоляции подавляющего большинства трубопроводов тепловых сетей в нашей стране, имеют весьма высокое влагопоглощение, что значительно уменьшает срок службы самой изоляции, снижает ее эффективность и увеличивает скорость коррозии металла труб.

Вода, проникающая из окружающей среды в теплоизоляционные конструкции в процессе их эксплуатации, существенно изменяет условия теплообмена. Процессы совместного тепло - и влагообмена, возникающие при этом в изоляции, включая фазовые превращения влаги в пористой структуре теплоизоляционного слоя, приводят к значительному увеличению потерь теплоты по сравнению с расчетными, определенными без учета влагообмена. Потери теплоты теплоизолированными трубопроводами подземных тепловых сетей, работающих в условиях интенсивного воздействия грунтовой влаги, зачастую превышают нормативные в 1,5--2 раза и более. Нормативы тепловых потерь трубопроводов тепловых сетей все время ужесточаются (рис. 2). В настоящее время строятся тепловые сети, удовлетворяющие нормативам тепловых потерь, действующим с 2004 года [2].

Поэтому увлажнение изоляции приводит к тем большему превышению фактических тепловых потерь над нормативными, чем меньше срок эксплуатации теплотрассы, т.к. ее теплоизоляция выполнена в соответствии с более строгими нормативными требованиями.

Как показали проведенные авторами исследования, при увлажнении минераловатных материалов происходит ухудшение их теплоизоляционных свойств более, чем в 4 раза при массовой влажности материала до 40 %. Пропорционально при этом увеличиваются и тепловые потери трубопроводов.

С течением времени при устранении причины увлажнения происходит подсушка минераловатной теплоизоляции на трубопроводе. Это характерно для практически всех минераловатных материалов. Намокание и высыхание изоляции происходит непрерывно во времени, при этом непрерывно изменяются ее теплоизоляционные свойства. В ряде случаев эти процессы могут служить причиной возникновения тепловой разбалансированности, величина которой во времени также изменяется.

Иногда разбалансированность может быть вызвана ошибками, возникшими при выборе параметров теплоизоляционной конструкции трубопроводов. Зачастую выбор толщины теплоизоляционного слоя трубопроводов тепловых сетей происходит без должного технико-экономического обоснования, в лучшем случае руководствуясь требованиями СНиП по нормативной величине тепловых потерь. Как показывают расчеты, такой выбор толщины теплоизоляционного слоя не всегда является оптимальным при совместном учете капитальных и эксплуатационных затрат. Авторами разработана программа, позволяющая провести оптимизацию параметров теплоизоляционных конструкций трубопроводов тепловых сетей для любого типа прокладки с учетом различных условий эксплуатации, температурных графиков, величины дисконтирования и назначенного срока эксплуатации.

Влияние различных факторов на величину тепловой и гидравлической разбалансированности существенно различается в зависимости от условий работы конкретной системы теплоснабжения, ее конфигурации, топологии, оборудования, режимов и условий ее эксплуатации.

2.3 Влияние разбалансированности на затраты электрической энергии при транспортировке теплоносителя

Еще одним негативным проявлением разбалансированности тепловых сетей является повышенный расход электроэнергии на транспортировку теплоносителя, а также возможное снижение надежности работы насосного оборудования.

При изменении скорости теплоносителя в несколько раз требуемая на прокачку теплоносителя мощность увеличивается на порядки (рис.3).

Длительная работа насосов в режиме существенной перегрузки приводит к перерасходу электроэнергии, выходу из строя электропривода, а недогрузки - в большинстве случаев к снижению КПД

на 10-25 % по сравнению с максимальным, к существенному увеличению радиальных усилий, воздействующих на вал со стороны рабочего колеса и к появлению пульсаций скоростей и давлений в насосе.

Длительная эксплуатация насоса вне его рабочей области недопустима. При работе в режимах, значительно удаленных от границ рабочей зоны, резко снижается надежность работы самого насоса. Возникает комплекс отрицательных последствий, неполный перечень которых приведен ниже:

- снижение экономической эффективности эксплуатации насоса вследствие значительного уменьшения его КПД;

- увеличение расхода энергии на транспортировку единицы объема теплоносителя;

- появление неравномерности скоростей и давлений в потоке, внутри насоса и в прилегающих участках трубопроводов, и, как следствие, рост шумов и вибраций;

- увеличение действующей на вал гидравлической радиальной силы, величина которой для центробежных одноступенчатых и многоступенчатых насосов со спиральными отводами может на один или два порядка превышать весовые и инерционные нагрузки, что приводит к преждевременному износу и выходу из строя подшипников, а иногда и к поломке вала или приводного электродвигателя;

- возникновение в насосе кавитационных явлений, усиливающих перечисленные выше эффекты и влекущих за собой появление ряда дополнительных негативных последствий, вплоть до полного прекращения подачи;

- сокращение межремонтных периодов и срока службы насосов.

Следует также отметить, что зависимость допустимого кавитационного запаса ААД от расхода Q на характеристике насоса приводится только для рабочей зоны. При работе насоса вне этой зоны его кавитационные показатели неизвестны, и потому предвидеть и предотвратить наступление кавитационных явлений весьма проблематично.

Заключение

Разбалансированность является крайне негативным явлением, которое приводит к перерасходу электроэнергии, снижению надежности теплоснабжения, увеличению потерь теплоты при ее транспортировке и потреблении, увеличению расхода топлива на источнике теплоты, а также ухудшению условий комфортности у потребителей.

Причины возникновения тепловой и гидравлической разбалансированности системы теплоснабжения очень часто взаимосвязаны, поэтому эти две проблемы в подавляющем большинстве случаев необходимо рассматривать комплексно.

Влияние различных факторов на величину тепловой и гидравлической разбалансированности существенно различно в зависимости от условии работы конкретной системы теплоснабжения, ее конфигурации, топологии, оборудования, режимов и условий ее эксплуатации. Каких-то универсальных рекомендаций для устранения и критерии для ее оценки привести затруднительно.

Выявление и особенно устранение разбалансированности, должны осуществляться как решение комплексной задачи с учетом взаимного влияния факторов.

Список литературы

1. СНиП 2.04.14-88* Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов.

2. СНиП 41-03-2003 Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов.

Размещено на Allbest.ru