Методы экспресс-оценки тепловых потерь в сетях теплоснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вопрос определения фактических потерь теплоты в тепловых сетях поднимается на протяжении уже нескольких десятилетий. Имеются методики расчета тепловых потерь, обязательным условием которых является наличие аттестованных приборов учета теплоты не менее чем у 20% абонентов. Предлагается использовать безразмерный комплекс kF(i), для нахождения которого необходимо хотя бы 1 раз измерить параметры теплоносителя (давление и температуру на вводе у каждого потребителя), что ввиду недостаточной оснащенности приборами учета не представляется возможным.

В процессе длительной работы теплопроводов под влиянием нештатных условий эксплуатации (затопление каналов, резкие перепады температур, вибрационные воздействия) термическое сопротивление изоляционных конструкций ухудшается. Обследования технического состояния теплопроводов показывают, что неизолированные или имеющие разрушенную тепловую изоляцию участки теплотрассы могут составлять существенную часть ее протяженности. В состоянии затопления в среднем по стране находится около 12% тепловых сетей, а в некоторых городах затопленными могут быть до 60% теплотрасс. Наблюдения за условиями работы трубопроводов в проходных и непроходных каналах свидетельствуют, что объемная влажность теплоизоляции в каналах с воздушным зазором составляет до 6,5%, а в каналах без воздушного зазора - до 9,8%.

На сегодняшний день отмечены единичные попытки оценки влияния некоторых нештатных условий эксплуатации на изменение транспортных тепловых потерь. Однако их применение на практике не возможно, ввиду отсутствия официального статуса.

Единственная официальная методика расчета тепловых потерь в сетях централизованного теплоснабжения не учитывает влияние нештатных условий эксплуатации и неудовлетворительного технического состояния изоляции, поэтому показывает значительно заниженные транспортные потери теплоты. На практике не редко задаются значениями потерь тепловой энергии в 10-15% от потребления абонентов без достаточных на то обоснований. Единственный достоверный способ определения фактических тепловых потерь, связанных с охлаждением теплоносителя, - проведение испытаний. Однако требует больших временных и материальных затрат (осушение каналов, очистка дренажей и стоков, создание циркуляционного кольца, отключение потребителей). Испытания невозможно провести на всем объеме тепловых сетей в России.

По причине отсутствия официальных методик оперативного определения фактических транспортных тепловых потерь и в связи с актуальностью вопроса энергосбережения в статье предлагается альтернативный вариант решения проблемы.

Цель - разработка новой методики оценки тепловых потерь, позволяющей аналитически учитывать влияние основных эксплуатационных факторов, изменяющих термическое сопротивление изоляции со временем.

Предлагаемый подход базируется на принципе декомпозиции рассматриваемой системы (теплотрассы). На основании информации о характере дефектов изоляции трубопроводов по выведенным соотношениям рассчитываются удельные тепловые потери на каждом характерном участке теплотрассы. Общие транспортные потери в тепловых сетях получаются суммированием удельных тепловых потерь по участкам.

Предлагаемая методика основана на простых инженерных соотношениях, что делает ее доступной для практического применения. Разветвленность тепловых сетей обуславливает необходимость оптимизации расчетов. С этой целью на кафедре «Автоматизация теплоэнергетических процессов» Томского политехнического университета разработан и зарегистрирован программный продукт, который позволяет определять тепловые потери и падение температуры теплоносителя по длине теплопроводов для любой конфигурации тепловых сетей. Реализованный в программе пошаговый расчет удельных тепловых потерь позволяет на каждом единичном участке теплотрассы пересчитывать переменную по длине температуру воздуха в канале и учитывать изменение коэффициента теплоотдачи, связанное с охлаждением теплоносителя.

Анализ результатов определения тепловых потерь по предлагаемой методике выполнен на примере участков тепловой сети г. Томска (табл. 1). Рассматриваемые участки (табл. 1) ранее были подвергнуты тепловым испытаниям по заказу ОАО «Томские коммунальные системы». В табл. 1 представлены характеристики участков и дефекты изоляции, определенные по результатам визуального осмотра. Во время проведения испытаний температура наружного воздуха составляла +2С, средняя скорость ветра 1-3 м/с. В табл. 2 и на рисунке выполнено сравнение расчетных удельных тепловых потерь в программном комплексе (црасч) с учетом состояния изоляции и условий эксплуатации теплопроводов (табл. 1) с измеренными (цизмер) и проектными потерями (цпроект).

теплопровод изоляционный термический декомпозиция

Таблица 1

Таблица 2. Сравнение расчетных, измеренных и проектных удельных транспортных тепловых потерь

Из анализа результатов (табл. 2) следует, что при учете эксплуатационных факторов, ухудшающих термическое сопротивление изоляции, на всех участках наблюдается закономерное увеличение расчетных тепловых потерь, по сравнению с проектными потерями. В зависимости от характера и масштабности дефектов изоляции, тепловые потери могут изменяться в широком диапазоне, в несколько раз превышая проектные значения. Для рассматриваемых участков расчетные тепловые потери на 81-770% превысили проектные. Данные табл. 2 иллюстрируют недостаточную точность применения методики для оценки фактических потерь тепловой энергии в действующих тепловых сетях и важность учета основных нештатных условий эксплуатации трубопроводов.

Рис. 1

Сравнение (табл. 2) расчетных тепловых потерь с измеренными значениями позволяет говорить о корректности результатов расчета. Погрешность определения тепловых потерь расчетным способом не превышает 4%, что допустимо для практического применения.

В ряде случаев при визуальном осмотре трубопроводов затруднительно точное установление масштабности дефекта изоляции. Так, например, визуальным осмотром выявлено, что на объектах № 1, 4, 5, 6 изоляция увлажнена. На основании сопоставления расчетных и измеренных тепловых потерь можно прогнозировать, что на объекте № 1 изоляция подающего трубопровода увлажнена на 39%, обратного на 78%. На объекте № 4 изоляция подающего и обратного трубопроводов увлажнена на 30%. Для объекта № 5 изоляция подающего трубопровода увлажнена на 14%, обратного на 36%. Для объекта № 6 увлажнена на 11% и на 15% соответственно для подающего и обратного трубопроводов.

Полученные результаты служат обоснованием преимущества декомпозиционного подхода к оценке фактических потерь теплоты на каждом характерном участке трубопроводов с учетом нештатных условий эксплуатации и ненормативного технического состояния изоляции по длине. Совместно с современными способами диагностики состояния подземных теплопроводов предлагаемая методика позволит выявлять участки со сверхнормативными тепловыми потерями, обосновывать целесообразность проведения ремонтно-изоляционных работ, осушения каналов, дополнительной гидроизоляции железобетонных перекрытий. Оперативное приведение завышенных тепловых потерь к проектному уровню обеспечит частичное выполнение программы энергосбережения.

Кроме того, применение предлагаемой методики позволит решать обратную задачу: по измеренным тепловым потерям прогнозировать характер и масштабность дефекта изоляции.

На основании результатов табл. 2 и рисунка можно рекомендовать применение для оценки фактических тепловых потерь в системе транспортирования тепловой энергии в качестве альтернативы испытаниям или как инструмент прогнозирования действительного состояния изолированных теплопроводов.

Размещено на Allbest.ru