Повышение уровня эксплуатационной надежности тепловых сетей при реконструкции систем теплоснабжения в условиях ограниченного финансирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Повышение уровня эксплуатационной надежности тепловых сетей при реконструкции систем теплоснабжения в условиях ограниченного финансирования

К.т.н. Э.М. Малая, доцент, С.А. Сергеева, ассистент,

Одним из ключевых вопросов реконструкции существующих тепловых сетей (ТС) является технико-экономическое обоснование эффективности инвестиций в повышение надежности теплоснабжения потребителей. Математический анализ изменения показателей надежности ТС позволяет прогнозировать состояние ТС и моделировать по годам фактический уровень потока отказов и стоимость предполагаемого ущерба при различных объемах финансирования и разных вариантах перекладок трубопроводов.

Анализ данных эксплуатирующих организаций тепловых сетей показывает, что в большинстве случаев фактическое значение параметра потока отказов существенно превышает нормативные показатели. Это значит, что надежность этих сетей не удовлетворяет нормам и требует повышения. В последнее время остро ставятся вопросы реконструкции тепловых сетей (ТС) для оптимизации теплоснабжения потребителей, особенно снабжаемых теплотой от тупиковых систем. Анализ реальных схем подключения показывает, что многие существующие жилые здания подключены к таким сетям без технико-экономического обоснования длины ответвлений от основной магистрали и не входят в оптимальный радиус действия данного теплоисточника.

Существуют различные методики определения дополнительных денежных затрат в реконструкцию существующих систем теплоснабжения, в укрупненном виде их можно представить как пошаговый алгоритм расчета дополнительных денежных затрат (рис. 1).

При этом одним из ключевых вопросов данной проблемы является технико-экономическое обоснование эффективности инвестиций в повышение надежности теплоснабжения потребителей. Повышение надежности достигается различными путями:

¦ прокладываются дополнительные перемычки, если возможно закольцевать существующую тупиковую систему трубопроводов;

¦ перекладываются проблемные участки подземной сети трубопроводов, ранее подверженные местному ремонту, затоплениям, с выявленными коррозионными дефектами поверхности;

¦ изменяются условия прокладки трубопроводов: ветки ТС подземной прокладки, не выдерживающие параметры надежности, перекладываются надземным способом, т.к. срок службы (надежность) воздушных прокладок значительно выше;

¦ при недостаточной мощности теплоисточника (причинами могут выступать досрочный выход из строя оборудования, снижение тепловой мощности из-за несбалансированной работы, подключение абонентов, тепловая нагрузка которых превышает фактическую свободную тепловую мощность источника, и т.п.) - демонтаж существующей ветки с переводом потребителя на автономное теплоснабжение, что исключает зависимость снабжения потребителя теплоносителем от надежности работы ТС.

На практике, разветвленные тупиковые квартальные сети теплоснабжения зачастую невозможно закольцевать путем введения дополнительных перемычек или изменить тип прокладки трубопроводов, например по архитектурным требованиям. В этом случае рассматриваются варианты реконструкции существующей ТС либо решается вопрос о нерентабельности реконструкции, демонтаже сети и перевода абонента на автономное теплоснабжение при соответствующем технико-экономическом обосновании. Основная сложность состоит в правильной оценке состояния ТС. Ведь важно не только оценить степень изношенности трубопроводов, но и спрогнозировать изменение состояния теплоснабжающей ветки в течение последующих нескольких лет при различных вариантах замены тех или иных участков, исходя из условий ограниченного объема финансирования, в которых находится подавляющее большинство эксплуатирующих организаций.

ТС на практике не является равновозрастной структурой, т.к. в разные периоды эксплуатации некоторые участки перекладывались, трубы частично заменялись новыми, подключались новые абоненты и т.п.

Теплотрассы, доставляющие теплоноситель, находятся зачастую в крайне изношенном состоянии, по оценкам экспертов потери по теплотрассе превышают 20%. Тщательный анализ состояния ТС коммунально-бытового теплоснабжения в Саратовской области показал, что порядка 50% сетей жилищно-коммунального хозяйства и до 60% ТС абонентских вводов требуют капитального ремонта [1].

Общая протяженность магистральных трубопроводов ТС Саратовских Тепловых сетей (СТС) - 183 км. Около 50% ТС эксплуатируются более 20 лет (порядка 100 км). 161 км имеют срок эксплуатации 10 лет, что составляет 88% от общей протяженности теплотрасс. При этом 12% трубопроводов эксплуатируются свыше 30 лет (рис. 2).

Исходя из фактического срока службы трубопроводов ТС с минераловатной изоляцией (6-7 лет), в год требуется перекладка 16-17 км трубопроводов. В каждом конкретном случае, рассматривая теплоснабжение отдельных абонентов, необходимо величину перекладок определять с учетом надежности теплоподводя- щей магистрали. Количество перекладок должно обеспечить заданный уровень надежности сети. Так, например, сокращение объема перекладок в 2 раза при существующем ограничении финансирования, ведет к увеличению потока отказов в 6,06 раза [2]. Надежность ТС необходимо сделать одним из критериев оценки состояния ТС. В части эксплуатационных затрат должны присутствовать отчисления на компенсацию возможного ущерба от снижения надежности ТС в результате эксплуатации и вызванных этим отказов в работе системы теплоснабжения. Ущерб при аварийных отказах системы равен [3]:

затрата реконструкция сеть теплоснабжение

Предположим, что данная ТС состоит из n веток, содержащих m участков (от 1 до j). Участки разновозрастные, возраст участков t изменяется в интервале от 1 года до k лет. Тогда затраты на возмещение этого ущерба на каждой ветке составят:

Величина параметра потока отказов rajt данной ветки j зависит от ее возраста, и чем старее трубопровод на этом участке, тем выше риск аварии на нем. В [3, 4] приводятся таблицы параметров потока отказов для возрастных групп трубопроводов. Это не совсем удобно для расчетов, т.к. дискретность данных не позволяет описать математически процесс старения трубопроводов. Тем не менее, зависимость параметра потока отказов от возраста трубопровода позволит смоделировать процесс старения всей системы в целом и выявить изменения показателей ее надежности в динамике: при естественном старении системы и при частичной замене существующих проблемных участков сети новыми трубами.

За исходные данные приняты величины параметра потока отказов, отнесенные к среднему возрасту трубопровода в каждой из групп возрастов: от 0 до 9 лет, от 10 до 19 лет, от 20 до 30 лет. Дополнительными исходными данными можно считать среднюю величину параметра потока отказов, высчитанную по общей статистике по трубопроводам, а так же допущение, что трубы, прошедшие проверку и отпущенные с завода, не имеют явных или видимых повреждений, способных повлечь за собой отказ системы, т.е. параметр потока отказов труб в возрасте до 1 года (условно - 0 лет) равен нулю.

Если принять параметр потока отказов задвижек величиной постоянной, а параметр потока отказов трубопроводов как функцию срока службы (3), то выражение (2) можно представить в виде:

В результате анализа выявлено, что практически без ущерба для точности расчетов, параметр потока отказов можно рассматривать как линейную функцию:

Эта формула позволяет прогнозировать затраты на возмещение ущерба при изменении показателей надежности в динамике, т.е. с учетом фактора времени.

При решении задач по эксплуатационной надежности рассматриваются существующие, действующие магистрали, следовательно, за время обслуживания данных магистралей у обслуживающих организаций имеется статистика повреждений по всем участкам ТС, так называемые паспорта теплотрасс.

Конкретная оценка и сравнение капитальных вложений по вариантам реконструкции сети для повышения уровня надежности и переводу потребителя на автономное теплоснабжение, если реконструкция нерентабельна, позволит выявить наиболее выгодный, с точки зрения потребителя, способ теплоснабжения.

Если организация не имеет возможности выделить средства на перекладку расчетного количества трубопроводов, то данная задача может быть решена в динамике определенного временного периода. Расчет надежности системы в этом случае будет определяться с учетом того, что увеличение значения параметра потока отказов как существующих, так и вновь уложенных трубопроводов принимается в размере 0112.1/(км.год).

Таким образом, можно повышать уровень надежности в течение определенного количества лет. Расчетная величина возможного ущерба при этом будет изменяться с уменьшением уровня потока отказов системы.

Такие расчеты, проводимые для каждого участка ТС, позволят оценить динамику старения трубопроводов и спрогнозировать дополнительные вложения в ТС. Эта зависимость отражена в математической модели, послужившей основой для создания компьютерной программы расчета определения ущерба с учетом старения трубопроводов (рис. 3).

По схеме прокладки ТС выявляются наиболее проблемные участки трубопровода: подвергаемые затоплению, имеющие большой срок службы, подвергавшиеся ремонту ранее и т.д. Схема разбивается на отдельные участки. В таблицу программы вносятся данные о длинах участков, возрасте, количестве секционирующих задвижек на участках. Также в качестве расчетной величины вводится стоимость ущерба С_у, т.е. удельная стоимость недополученной потребителями тепловой энергии, при отключении их от сети в результате отказа, моделируемого на любом участке данной ветки путем задания его диаметра и тепловой нагрузки.

В результате расчетов определяются фактический параметр потока и нормативная величина параметра для системы заданного возраста, время восстановления поврежденного участка трубопровода, расчет ущерба и рекомендуемый объем перекладок для достижения нормативного уровня надежности. Моделирование аварий на участках, с последующим моделированием замены трубопроводов этих участков на новые, позволяет наглядно продемонстрировать изменение стоимости риска отказа трубопровода и скорректировать то количество денежных средств, которое необходимо для реконструкции ТС.

Литература

1. Малая Э.М., Сергеева С.А. Энергосбережение как важный фактор развития инфраструктуры теплоснабжения //Вестник СГТУ. - Саратов: изд-во СГТУ, 2004. № 4.