Размещено на http://www.allbest.ru/

К вопросу определения эффективного радиуса теплоснабжения

Ю.В. Кожарин, директор, к.т.н. Д.А. Волков,

заместитель начальника ПТО,

ОАО «Набережночелнинская теплосетевая компания»,

г. Набережные Челны

Федеральный закон № 190 «О теплоснабжении» закрепил такое понятие, как «радиус эффективного теплоснабжения».

Эффективный радиус теплоснабжения - максимальное расстояние от теплопотребляющей установки до ближайшего источника тепловой энергии в системе теплоснабжения, при превышении которого подключение теплопотребляющей установки к данной системе теплоснабжения нецелесообразно по причине увеличения совокупных расходов в системе теплоснабжения.

Иными словами, эффективный радиус теплоснабжения определяет условия, при которых подключение теплопотребляющих установок к системе теплоснабжения нецелесообразно по причинам роста совокупных расходов в указанной системе.

Учет данного показателя позволит избежать высоких потерь в сетях, улучшит качество теплоснабжения и положительно скажется на снижении расходов. теплоноситель трубопровод теплотрасса потеря

Сложившаяся к середине 90-х годов прошлого века система теплового хозяйства страны характеризовалась тенденцией к централизации теплоснабжения (до 80% производимой тепловой энергии). В крупных городах России сформировались и эксплуатируются тепловые сети с радиусом теплоснабжения до 30 км, требующие периодического ремонта и замены. Постоянная тенденция к повышению стоимости отпускаемого тепла связана не только с повышением тарифов на газ и электроэнергию, но и с постоянно растущими потерями в теплосетях и затратами на их поддержание в рабочем состоянии.

Подключение новой нагрузки к централизованным системам теплоснабжения требует постоянной проработки вариантов их развития. Оптимальный вариант должен характеризоваться экономически целесообразной зоной действия источника зоны теплоснабжения при соблюдении требований качества и надежности теплоснабжения, а также экологии.

Расчет оптимального радиуса теплоснабжения, применяемого в качестве характерного параметра, позволит определить границы действия централизованного теплоснабжения по целевой функции минимума себестоимости полезно отпущенного тепла. При этом также возможен вариант убыточности дальнего транспорта тепла, принимая во внимание важность и сложность проблемы.

Отсутствие разработанных, согласованных на федеральном уровне и введенных в действие методических рекомендаций по расчету экономически целесообразного радиуса централизованного теплоснабжения потребителей не позволяет формировать решения о реконструкции действующей системы теплоснабжения в направлении централизации или децентрализации локальных зон теплоснабжения и принципе организации вновь создаваемой системы теплоснабжения.

Определение эффективного радиуса теплоснабжения является актуальной задачей. Расчет по целевой функции минимума себестоимости полезно отпущенного тепла является затруднительным и не всегда оказывается достоверным, как в случае комбинированной выработки тепла на ТЭЦ, когда затраты на выработку электрической энергии и тепла определяются по устаревшим методикам, разработанным более 50 лет назад.

Предлагаемая методика расчета эффективного радиуса теплоснабжения основывается на определении допустимого расстояния от источника тепла двухтрубной теплотрассы с заданным уровнем потерь и состоит из следующих задач.

1. Расчет годовых тепловых потерь через изоляцию и с утечкой теплоносителя

Расчет годовых тепловых потерь через изоляцию и с утечкой теплоносителя произведен в программном комплексе РаТеН-325 в соответствии с методическими указаниями по составлению энергетических характеристик для систем транспорта тепловой энергии по показателям: тепловые потери и потери сетевой воды СО 153-34.20.523 2003 г.

В качестве теплоизоляционного слоя выбран пенополиуретан (ППУ). Время работы тепловой сети в год - более 5000 ч. Предполагая, что ведется новое строительство теплотрассы, коэффициент старения принят равным 1,0. Длина участка - 100 метров.

Расчет годовых тепловых потерь произведен для трех типов прокладки тепловых сетей: канальная, бесканальная и надземная по диаметрам трубопроводов от 57 мм до 1020 мм раздельно по подающему и обратному трубопроводу. Температурный график работы тепловых сетей принят 150-70. Среднемесячные температуры наружного воздуха и грунта - по СНиП 23-01-99 «Строительная климатология». Результаты представлены в таблице 1.

Анализ результатов позволяет сделать вывод о том, что при реконструкции тепловых сетей с заменой трубопроводов с традиционной изоляцией на трубопроводы с ППУ изоляцией необходимо, по возможности, укладывать новые трубопроводы на скользящие опоры в существующие каналы из железобетонных лотков без последующей засыпки песком последних.

2. Определение пропускной способности трубопроводов водяных тепловых сетей

Пропускная способность Q^Di определена по [1] в Гкал/час при температурном графике 150/70 ^ОС при следующих условиях: к_э=0,5 мм, г=958,4 кгс/м² и удельных потерях давления на трение ?h=5 кгс.м/м². Результаты сведены в таблицу 2.

3. Годовой отпуск тепловой энергии через трубопровод.

Годовой отпуск тепловой энергии определим по следующей формуле:

где к_от - коэффициент, учитывающий долю нагрузки отопления и вентиляции; к_от=0,6; п_зим - продолжительность отопительного сезона, дней; п_зим=217;

t_в - температура воздуха в помещении, ^ОС; t_в =20;

t _от - средняя температура наружного воздуха за отопительный период, ^ОС; t_cp.oт =-5,7; t_нот- расчетная температура наружного воздуха за отопительный период, ^ОС; t_HOT =-34; n - продолжительность бесперебойного горячего водоснабжения, дней; n=344; к_ГВС - коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки ГВС; к_от=2,2.

Результаты расчетов годового отпуска тепловой энергии представлены в таблице 2.

4. Определение годовых тепловых потерь в соответствии с заданным уровнем.

Примем заданный уровень тепловых потерь равным 5% годового отпуска тепловой энергии. Результаты сведены в таблицу 2.

5. Определение допустимого расстояния двухтрубной теплотрассы постоянного сечения с заданным уровнем потерь.

Учитывая, что годовые потери тепловой энергии зависят от длины трубопровода линейно, определяем допустимую длину теплотрассы постоянного сечения по следующей формуле:

где У₁₀₀Q_пот - суммарные тепловые потери на 100 метрах трассы (табл. 1).

Результаты расчетов для всех типов прокладки сведены в таблицу 2.

Представленные результаты - частные решения более общего случая, когда тепловая сеть представляет собой разветвленный граф, в котором участки тепловой сети расположены по телескопическому принципу. В этом случае, при допущении, что длины графов определенной пропускной способности одинаковы, решение задачи представляет собой систему уравнений:

¦ сумма произведений количества графов с определенной пропускной способностью на длину графа и допустимые годовые потери тепловой энергии на теплотрассе, приведенные на один метр трассы определенного диаметра, равняется заданным годовым потерям тепловой энергии на первом от источника участке телескопического графа (по таблице 2 столбец 4);

¦ сумма длин графов должна стремиться к максимуму,

где - количество графов одинаковой пропускной способности;

li - длина графа (участка тепловой сети) с пропускной способностью Q^D1+i_год, м;

- годовые потери тепловой энергии на теплотрассе, приведенные на один метр трассы определенного диаметра, Гкал;

Q^D1_пот - годовые потери тепловой энергии заданного уровня на первом от источника участке телескопического графа, Гкал.

Алгоритм решения представлен в таблице 3.

Пример. Проектная нагрузка строящегося объекта (множества объектов) - 3,6 Гкал/час, которой соответствует трубопровод Ду159. Годовой отпуск тепловой энергии Q^Di_год через трубопровод Ду159 - 11056,3 Гкал (столбец 3). Задаемся уровнем потерь в 5%, которому соответствуют годовые потери через трубопровод Ду159 Q^Di_пот =552,82 Гкал (столбец 4). Принимаем канальную прокладку. Составляем уравнение:

Преобразовываем уравнение к виду: l₀х44,71+2хl₁х42,18+3хl₂х35,32+5хl_эх32,39+8хl₄х х29,9+19хl₅х25,31=55282,0.

Решение этого уравнения с учетом ограничения, что сумма длин должна быть максимальной, возможно с помощью современного вычислительного оборудования. Приведем частные решения этого уравнения:

1) длины участков различной пропускной способности - одинаковы, т.е. l₀=l₁=l₂=l_з=l₄=l₅.

Решение уравнения с одним неизвестным даст результат: l₀=l₁=l₂=l_з=l₄=l₅=49,50 м. Уl=297 м. Протяженность всей сети - 1881,06 м.

2) длина участка с максимальным диаметром отличается в n-число раз по количеству слагаемых в уравнении, каждый следующий - в (n-1).

l0=6Чl5; l1=5Чl5; l2=4Чl5; l3=3Чl5; l4=2Чl5; l5=l5.

Решение такого уравнения дает следующие результаты:

l_о=129,68; l₁=108,06; l₂=86,45;

l_з=64,84; l4=43,23; l₅=21,61.

Уl=453,87 м. Протяженность всей сети - 1685,8 м.

3) в случае теплотрассы постоянного сечения, т.е. отсутствуют участки пониженной пропускной способности:

l0=l1=l2=l3=l4=l5=0

уравнение преобразуется к виду:

(11056,3/11056,3)хl₀х(44,71/100)=552,82, решение которого (l₀=1236,36) соответствует значению, приведенному в таблице 2.

Практика. Описанная методика определения эффективного радиуса теплоснабжения была применена для оценки состояния схемы теплоснабжения г. Набережные Челны. Существующая схема теплоснабжения г. Набережные Челны представляет собой систему с двумя поставщиками тепловой энергии: ОАО «Генерирующая компания» (Набережночелнинская ТЭЦ) и ОАО «Набережночелнинское предприятие тепловых сетей» (Тепловая станция), от которых тепловая энергия транспортируется:

¦ Набережночелнинская ТЭЦ - Новый город, Промкомзона, п. ЗЯБ;

¦ НчПТС - п. ГЭС, п. Сидоровка, БСИ, Нижний бьеф.

Теплоисточники объединены перемычкой 2Д1000 мм (тепловод 410).

В межотопительный период теплоноситель для нужд горячего водоснабжения транспортируется во все районы города от Набережночел- нинской ТЭЦ.

Тепловая сеть представляет собой двухтрубную систему с различными вариантами прокладки: надземная, канальная - в непроходных, полупроходных и проходных каналах (рис. 3). Головные участки тепловой сети:

¦ от Набережночелнинская ТЭЦ - 3 тепловода 2Д1000 мм;

¦ от Тепловой станции - 1 тепловод 2Д1000 мм. Для определения эффективного радиуса теплоснабжения на начальном этапе были выполнены в ручную расчеты тепловой сети Нового города, Промкомзоны, тепловода на п. ЗЯБ с учетом имеющихся результатов годовых тепловых потерь на трубопроводах различного диаметра, полученных в программном комплексе «РаТеН-325» (табл. 1).

На каждый участок тепловода в соответствии с типом прокладки, диаметром и длины были определены годовые потери тепловой энергии. Результаты ручного расчета хорошо согласовались с результатом расчета, выполненного в «РаТеН-325» намного позже (после внесения всех изменений о типе изоляции, годе проектирования, коэффициенте старения в базу данных программы на каждый участок теплотрассы).

Принимая допущение, что суммарные годовые тепловые потери не должны превышать определенного уровня от годового отпуска тепловой энергии (5%), можно сделать вывод о том, что теплоснабжение в г. Набережные Челны от источников осуществляется за пределы эффективного радиуса.

Описанная методика определения эффективного радиуса теплоснабжения может быть использована специалистами при работе, связанной с подключением новых потребителей тепловой энергии, в условиях сформировавшихся тепловых сетей. Результаты, полученные при оценке схемы теплоснабжения, такие как: годовые потери тепловой энергии трубопроводами в ППУ изоляции различного диаметра и типа прокладки могут быть использованы теплосетевыми компаниями для оценки работы тепловых сетей в аналогичных климатических условиях и условиях работы тепловой сети.

Литература