Разработка рекомендаций по повышению эффективности системы теплоснабжения поселка Тарногский городок (Вологодская область)

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

В данный период развития мира важность энергетики в экономической и технологической отраслях развитии России очень высока, ведь в настоящее время страна идет на втором месте (занимает второе место мире по потреблению тепловой энергии). В это же время Россия является владельцем одних крупнейших в мире потенциалов и запасов топливно-энергетических ресурсов - это ее значимое и весомое конкурентное преимущество.

В системах снабжения тепловой энергией городов России в настоящее время имеется много проблем, которые необходимо решать и рассматривать одновременно с позиций энергетической безопасности и энергоэффективности. Для повышения уровня безопасности и эффективности степлоснабжения требуется использовать не только обновленный парк существующего оборудования, а также оптимизировать тепловой рынок (точнее, бизнес-процессы), оптимизации энергетических активов, которые включают в себя реструктуризацию видов управления и форм собственности.

Давно не ново то, что сегодня одним из наиболее перспективных путей развития в энергетике является энергосбережение. [1-3].

По оценкам спец экспертов, возможность экономии видов электроэнергии может достигать 45 %, и этот потенциал может быть очень эффективно использован для внедрения энергосберегающих технологий.

В основном пути повышения эффективности энергетического сектора представляют собой реализацию программ и мероприятий, позволяющих получить высококачественное, бесперебойное и доступное по стоимости снабжение потребителей теплом и горячей водой.

Тепловые сети представляют собой один из самых ответственных и технически сложных элементов системы трубопроводов как городского хозяйства, так и промышленности. Высокая рабочая температура и давление теплоносителя, которым является вода, причина повышения требований к надежности сетей теплоснабжения и безопасности их эксплуатации. Сегодняшние методы и материалы, используемые в их строительстве и ремонте, приведет к необходимости их замены каждые 12-15 лет, капитальный ремонт с полной заменой труб и теплоизоляции, а также потерям до 30 % транспортируемого тепла. Кроме того, так же нужно постоянно проводить профилактические работы. Все это требует больших затрат материалов и средств. Спад жилищно-коммунального комплекса, как отрасли в целом, вызванного недостаточным финансированием, плохой организацией и устаревающей структурой, которые мало изменились с советских времен. Бюджетные субсидии на жилищно-коммунальные услуги были обусловлены ростом в подавленной инфляции и политикой уменьшения стоимости строительства, что привело к увеличению эксплуатационных расходов.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что проблемы жилищного коммунального комплекса имеет не только экономический и структурный характер. Неэффективное использование энергии непосредственно приводит к увеличению расхода топливных ресурсов, росту тарифов. Необходимы срочные действия по повышения эффективности энергетических составляющих в жилищно-коммунальном комплексе.

Целью данной диссертационной работы является разработка рекомендаций по повышению эффективности системы теплоснабжения поселка Тарногский городок (Вологодская область). С этой целью в рамках данной диссертационной работы были выполнены следующие задачи:

- обследование, а также описание системы отопления и потребителей;

- работы с диаметром тепловой сети;

- расчет и оптимизация температурного графика источника тепловой энергии;

- расчеты по децентрализации источника тепловой энергии

Диссертационная работа состоит из пяти глав и трех приложений, заключения и списка литературы.

В первой главе приведен обзор таких источников информации как интернет-ресурсы, патентные разработки, научные журналы по данной теме.

Во второй главе анализируются основные параметры теплоснабжения, а именно:

- диаметр тепловой сети;

-тепловая изоляция;

- температурный график котельной;

- рассмотрена тема децентрализации источника теплоснабжения.

Расчеты представлены в таблицах, графиках, диаграммах которые наглядно представляют информацию.

В третьей главе были произведены следующие действия с основными параметрами тепловой сети:

- расчет диаметров тепловой сети;

- расчет и оптимизация температурного графика источника тепловой энергии;

- децентрализация источника теплоснабжения;

Так же была произведена разработка ноу-хау для системы теплоснабжения. Были сделаны выводы и рекомендации по повышению эффективности системы теплоснабжения поселка.

В четвертой главе проведена технико-экономическая оценка таких мероприятий как:

- расчет экономической эффективности от регулировки тепловых сетей;

- экономическая эффективность от замены отводящих трубопроводов.

В пятой главе рассматривались правила безопасности жизнедеятельности при работе в тепловом пункте.

В дополнение к научно-исследовательской работе обсуждались дополнительные темы:

- экологическая безопасность;

- принципы расчеты выбросов котельной.

В заключении представлены основные выводы по работе.

1. Обзор источников информации

1.1 Интернет обзор источников

В качестве одного из источников материала рассматривался сайт www.RosTeplo.ru.

RosTeplo.ru - Крупнейший ресурс российского интернета, освещающий вопросы теплоснабжения. Сайт создан ОАО "ВНИПИэнергопром" при поддержке ООО "Издательство "Новости теплоснабжения" для оказания практической помощи теплоснабжающим организациям и специалистам. Доступ ко всем материалам свободный

Основная задача сайта дать объективную информацию и разные мнения на общие для всех проблемы, т.е. заменить поток рекламы информацией о реальном опыте.

На данном портале сегодня доступны следующие материалы и разделы:

- федеральный закон от 27 июля 2010 г. № 190-ФЗ «О теплоснабжении»;

- подзаконные акты к ФЗ-190 "О теплоснабжении".

Так же данный сайт позволяет участвовать в форумах по интересующим темам, что дает возможность как обмениваться информацией так и получать новые сведения от специалистов в данной сфере. Имеется функция «Ежедневная лента новостей отрасли» которая позволяет оставаться в курсе самых актуальных и важных новостей сферы.

На сайте присутствует несколько сотен научно-технических статей на такие темы как:

Источники тепловой энергии, тепловые сети, водоподготовка, когенерация децентрализованное теплоснабжение, теплопотребление и тепловые пункты учет энергоносителей, общестроительные материалы, энергосбережение, энергоаудит, юбилейная дата и публицистика.,экономика и управление, охрана труда и промышленная безопасность, аналитические материала, состояние теплоснабжения в РФ, аналитические материалы, обзор научно-технических изданий и материалы НТС, НП "Российское теплоснабжение",централизованное теплоснабжение, правовое регулирование, новые технологии .

Еще одним плюсом портала является наличие каталога оборудования. Справочник-Каталог оборудования, здесь можно найти основное оборудование (свыше 11000 позиций), применяемое в теплоснабжении, с необходимыми техническими характеристиками, а так же адреса, телефоны и e-mail всех заводов-изготовителей.

Присутствует «Адресная книга Теплоснабжения России». В данный момент в Адресной книге представлены тысячи организаций, раздел постоянно пополняется. Для удобства использования все организации разбиты на рубрики и подрубрики. Оборудование для источников тепла, тепловые сети, материалы, применяемые в теплоэнергетике, водоподготовка, теплофикация (когенерация) автономное теплоснабжение, насосы, вентиляторы, дымососы, теплообменное оборудование, учет тепла, АСУ ТП и КИПиА, оборудование для ремонта, отопительные приборы, комплексные поставки теплоэнергетического оборудования, пресса и издательства, сайты энергетиков, учебные заведения и научные организации, программное обеспечение, электротехника, энергоснабжение.

Возможности информационной системы по теплоснабжению специалисту:

· подобрать для своего проекта оборудование по Каталогу, в котором есть все необходимые технические параметры оборудования, применяемого в теплоснабжении;

· пообщаться в форуме со своими коллегами;

· получать ежедневно новости отрасли.

Регистрация даст возможность:

· найти Ваших коллег-экспертов по вопросам теплоснабжения;

· найти коллег из Вашего городами специалистов со схожей специализацией и профессиональными навыками;

· управлять своими сообщениями на форуме и общаться с другими пользователями;

· выставлять оценку, комментировать статьи специалистов, ставить метки на заинтересовавшие материалы;

· размещать объявления о купле или продаже.

Организациям предоставляется масса полезной технической и нормативно-правовой информации обеспечивает высокую посещаемость ресурса, ежедневно РосТепло.ру посещает свыше 10 000 специалистов (статистика).

1.2 Обзор патентных источников информации

- Патент № 2386889 на «Стабилизатор давления»

Изобретение относится к средствам гашения пульсации давления жидкости и газа, возникающей при включении, работе и выключении насосов, открытии и закрытии клапанов или задвижек в трубопроводах тепловодоснабжения, нефтяной промышленности и в машиностроении.

- Патент №2161663 на «Систему катодной защиты магистральных трубопроводов от коррозии»

Изобретение относится к области предотвращения коррозии металлов, а именно катодной зашиты металлов или металлических объектов, например трубопроводов.

1.3 Обзор научных журналов по теме

Журнал "Новости Теплоснабжения" - это практические рекомендации для оказания конкретной помощи теплоснабжающим организациям, промышленным предприятиям с самостоятельным тепловым хозяйством и соответствующим подразделениям административных органов, отвечающим за качество теплоснабжения [5].

Редакция готова рассмотреть любой интересующий вопрос, провести исследование и дать квалифицированный ответ с привлечением специалистов научно-исследовательских и эксплуатационных организаций, министерств и ведомств. В разделе "Экономика и управление" рассматриваются вопросы планирования, инвестиций, финансирования, снижения издержек и экономического обоснования новых технологических решений.

В разделе "Техника и технологии" даются практические рекомендации по вопросам совершенствования как систем теплоснабжения, так и конкретного оборудования с акцентом на улучшение характеристик и повышение ресурса. Рассматриваются вопросы эксплуатации, диагностики, ремонта, модернизации, повышения надежности технологического оборудования и тепловых сетей. Своим опытом по решению проблем при эксплуатации и внедрении технологического оборудования, приспособлений и механизмов делятся специалисты из России, стран СНГ и Балтии.

Юридическая и правовая поддержка представлена в виде информации о действующих и новых нормативных актах, инструкциях, рекомендациях, постановлениях директивных органов.

В рубрике журнала "обзор научно-технических изданий" Вы можете познакомиться с наиболее интересными материалами региональных и центральных специализированных периодических и электронных изданий.

Не остаётся без внимания статистический анализ аварийности по стране с разбором отдельных случаев, вопросы техники безопасности.

Редакционная коллегия научно-технического журнала "Новости теплоснабжения" надеется, что журнал станет полезным подспорьем в работе не только для руководящего звена, но и настольной книгой, полной практических советов, для рядовых работников каждого предприятия.

Периодичность выхода 12 номеров в год.

Издаётся с 2000 года.

Распространение журнала:

- подписка через агентства;

- подписка через редакцию журнала;

- адресная рассылка по профильным организациям и органам власти;

- бесплатное распространение на выставках, конференциях и семинарах.

Разделы журнала:

- новости;

- экономика и управление;

- НП «Российское теплоснабжение»;

- техника и технологии;

- обзор научно-технических изданий;

- источники тепла;

- централизованное теплоснабжение;

- децентрализованное теплообеспечение;

- тепловые сети;

- теплопотребление и тепловые пункты;

- водоподготовка;

- учет энергоносителей;

- новые технологии;

- правовое регулирование;

- техника безопасности;

Диаграмма анализа аудитории журнала представлена на рисунке 1.1.



Рисунок 1.1 - Анализ аудитории журнала

1.4 Описание потребителей тепловой энергии

Централизованная система теплоснабжения исполняет обеспечение тепловой энергией 20 объектов. Большая часть из их с оставляют административно-публичного назначения (средние учебные заведения, детские сады, дом культуры и др.) Тепловая энергия, вырабатываемая на котельной, идет на нагревание.

Весь список отапливаемых объектов, представлен в таблице 1.1, также приведены значения тепловых нагрузок для каждого потребителя отдельно.

Таблица 1.1 - Список отапливаемых объектов

№ п/п	Наименование отапливаемых зданий	Vн (М3)	Qo.p. (Гкал/час)
Центральная Котельная с. Тарногский Городок ул. Кирова, 16а.
1.	Здание почты ул.Советская д.43	6837	0,1406
2.	Здание гаража почты ул. Советская д.43	1156	0,03418
3.	Жилой дом ул.Кирова д.20	3123	0,0803
4.	Жилой дом ул.Кирова д.20а	3367	0,08448
5.	Жилой дом пер.Парковый д.3	4021	0,09797
6	Дом культуры ул.Советская д.41	6322	0,1061
7.	Гостиница с социальным центром и банком ул.Советская д.39	5209	0,115575
8.	Здание администрации сельского поселения	3506	0,07526
9.	Здание детсада «Теремок» ул.Кирова д.12	5356	0,0944
10.	Здание детсада «Улыбка»Песчаный переулок д.1	3413	0,06723
11.	Здание детсада «Солнышко» ул.Советская д.13а	6207	0,1094
12.	Дом детского творчества ул.Кирова	2666	0,05252
13	МОУ ДОД «Тарногская школа искусств» ул.Советская д.23	2917	0,05461
14	Гараж школы искусств ул.Советская д.23	450	0,01331
15.	КЦСОН	1139	0,036136
16	Здание администрации района	4303	0,092366
17.	Гараж управления образования	545	0,016115
18.	Магазин маслозавода	502	0,008973
19.	Здание сбербанка	1742	0,037393
20.	Здание кафе	466,3	0,0078338
21.	Здание центральной котельной ул.Кирова	576	0,002765

Потребление тепловой энергии в дифференцированной форме по объектам представлено на рисунке 1.2 в виде диаграммы.

Рисунок 1.2 - Тепловая нагрузка здания на отопление

Из диаграммы следует, что объекты потребления имеют неравномерные показатели, что позволяет судить о вопросах с регулированием тепловой сети и эксплуатации отдельных участков сети.

1.5 Выводы по главе

На данном этапе работы была рассмотрена информация по теме из интернет источников, патентных источников, научных журналов. Представлено описание потребителей тепловой энергии.

2. Основные направления повышения эффективности тепловых сетей

2.1 Диаметр тепловой сети

Энергосбережение и энергоэффективность являются одними из наиболее приоритетных направлений развития экономики многих стран мира. Для России вопрос энергетического развития стоит очень остро, так как именно мы обладаем значительными запасами энергетических ископаемых и возобновляемых источников, однако неэкономно их потребляем.

Россия является самой большой по территории страной мира, следовательно, климатические условия из-за значительных размеров довольно разнообразны. Мы живем при перепадах температур от -40°С до + 35°С, именно поэтому огромное значение имеет обеспечение потребителей тепловой энергией в должном количестве.

Немалая часть котельных построена еще в советское время с огромным размахом и сейчас работают неэффективно. Важнейшим компонентом любой системы централизованного теплоснабжения являются тепловые сети. В транспортировку тепловой энергии вкладываются огромные средства, которые соизмеримы со стоимостью строительства крупных котельных и ТЭЦ.В России насчитывается более 220 тыс. км в двухтрубном исчислении тепловых сетей.

По разным оценкам общая доля тепловых потерь в тепловых сетях составляет около 30% .Одной из причин этой проблемы является завышенный диаметр трубопроводов тепловой сети. Если завышение диаметров магистральных трубопроводов еще как-то оправдано запасом для развития системы теплоснабжения и присоединения в дальнейшем новых объектов, то завышение диаметров отводящих трубопроводов является причиной неоправданных потерь тепловой энергии в тепловых сетях.

Одним из способов повышения эффективности данной системы теплоснабжения является уменьшение диаметров существующих трубопроводов. Необходимо произвести замену старых труб, желательно на трубы с пенополиуретановой изоляцией, в связи с их долговечностью, простотой монтажа и низкими теплопотерями.

Наиболее перспективным является снижение диаметра трубопроводов ТС путём замены используемых отводящих трубопроводов на трубопроводы меньшего диаметра при аварийных или планово-предупредительных ремонтах. Такой подход позволит оптимизировать систему теплоснабжения, сохранив потенциал ТС по транспортировке тепловой энергии на случай подключения новых потребителей, окажет наименьшее влияние на существующую систему теплоснабжения.

Сущность способа заключается в прокладке нового прямого или обратного отводящего трубопроводов, осуществляемой путем установки трубопроводов меньшего диаметра. При этом диаметр устанавливаемых трубопроводов выбирают таким образом, чтобы гидравлическое сопротивление прямого и обратного трубопровода было максимально приближено к гидравлическому сопротивлению сужающего устройства, но не превышало его. Преимущество отдаётся подающим трубопроводам, так как их потери тепловой энергии больше ввиду более высокой температуры проходящего по ним теплоносителя.

К установке принимается трубопроводы с ближайшим по значению большим внутренним диаметром.

Снижение диаметра отводящих трубопроводов ведёт к снижению общей поверхности трубопроводов ТС и увеличению скорости движения в них теплоносителя, а, следовательно, приводит к снижению потерь тепловой энергии.

Необходимо отметить, что некоторые участки тепловых сетей обладают завышенным диаметром трубопроводов, что обусловлено перспективными планами развития ТС. В этом случае снижение диаметров участков тепловой сети следует проводить в соответствии с учётом дальнейшего увеличения тепловой нагрузки.

Ещё одним важным аспектом реализации указанного мероприятия является увеличение скорости движения теплоносителя по трубопроводам ТС, что может привести к возникновению повышенного уровня шума и вибрации трубопроводов. Согласно [3] оптимальное значение скорости теплоносителя в тепловых сетях, которое не повышает уровень шума При возникновении таких явлений необходимо предусмотреть установку антивибрационных компенсаторов, позволяющих развязать систему теплоснабжения здания от негативных последствий снижения диаметров трубопроводов.

Предлагаемая методика позволяет предприятию теплоснабжения составить план реконструкции тепловой сети, предполагающий при аварийных или планово-предупредительных ремонтах замену используемых трубопроводов на трубопроводы меньшего диаметра. Её использование позволяет снизить тепловые потери ТС в среднем на 20 - 25 % за счёт снижения среднего диаметра трубопроводов сети.

Экономию отводящих трубопроводов рассчитывают в предположении, что новые трубопроводы выбираются меньшего диаметра (рекомендованного ранее) и разность, вычисленная в рублях, считается экономическим эффектом замены.

Значение среднего диаметра тепловой сети вычисляют по формуле

,

где -диаметр i-го участка, мм;

-длина i-го участка, м;

- суммарная длина участка, м.

Расчетный расход теплоносителя определяется по формуле:

,

где - оптимальный диаметр, м;

-оптимальная скорость движения теплоносителя, м/с.

Скорость движения сетевой воды на каждом участке трубопровода по формуле:

, м/с,

где - расчетный расход сетевой воды на участке, т/ч;

d - фактический диаметр расчетного участка трубопровода, м.

По результатам расчетов для наглядности строят диаграмму и делают выводы. Например, если скорость движения теплоносителя будет меньше оптимальной , то можно судить, что скорость на отводящих трубопроводах из-за небольшого расхода явно так же будет меньше рекомендуемой скорости, что еще раз подтверждает завышение диаметров и необходимость рассмотрения их замены на оптимальные при плановых или аварийных работах.

Воспользовавшись [4] можно подобрать отводящие трубопроводы.

2.2 Тепловая изоляция тепловой сети

Обострение вопроса экономии средств по отношению к топливно-энергетическому комплексу страны происходит на фоне сложных природных условий нашего северного климата, где зачастую возникают серьезные перепады температур в течение всего года. Утепление тепловых сетей - эффективное решение проблемы утечки тепла тепломагистралей, общая протяженность которых на территории России составляет около 260 тысяч километров.

Внимательное отношение к тепловым потерям породили достаточно грамотно выстроенную систему работ по теплоизоляции тепловых сетей, которая позволяет сократить расходы на её содержание и продлить срок службы трубопровода, что закономерно сокращает затраты энергии, максимально снижает теплопотери и избавляет от большого количества аварий, из-за которых многие районы страны остаются без тепла.

Качественная изоляция теплотрассы и трубопроводов является основным ключом к экономии энергии и предотвращению регулярных аварий, оставляющих без тепла целые районы. На данный момент правильная изоляция теплосети позволяет продлить срок службы трубопровода, снизить теплопотери и затраты энергии, а также обеспечить значительную экономию средств. Главное, при выборе теплоизоляционного материала не только обратить внимание на привычное соотношение показателей цены и качества, но и учесть теплотехнические показатели, область применения и эксплуатационные характеристики материалов.

Для трубопроводов тепловых сетей подземной бесканальной прокладки сейчас применяются преимущественно предварительно изолированные в заводских условиях трубы с гидроизоляционным покрытием, исключающим возможность увлажнения изоляции в процессе эксплуатации.

На рисунке 2.1 представлен вид предварительно изолированных труб.



Рисунок 2.1 - Предварительно изолированные трубы

В качестве основного теплоизоляционного слоя в конструкциях теплоизолированных трубопроводов бесканальной прокладки по СНиП 2.04.07-86* и СНиП 2.04.14-88 рекомендуется применять армопенобетон (АПБ), пенополимерминерал (полимербетон) и пенополиуретан (ППУ).

Данные материалы сравнивают по следующим характеристикам :

- условный проход трубопровода, мм

- средняя плотность r, кг/м3

- теплопроводность сухого материала l, Вт/(м С)

- максимальная температура применения, С

- предел прочности при сжатии, Мпа

В таблице 2.1 приведены значения характеристик материалов.

Таблица 2.1 - Значения характеристик материалов

Наименование материала	Условный проход трубопровода, мм	Средняя плотность r, кг/м3	Теплопроводность сухого материала l, Вт/(м °С)	Максимальная температура применения, °С	Предел прочности при сжатии, Мпа
Армопенобетон	50-1400	200+50	0,05	300	0,5
Пенополимер-минерал	50-500	200-250	0,047	150	1,2
Пенополиуретан	50-1000	60-80	0,03	130	0,3

Пенополиуретан является современным, экологичным теплоизоляционным материалом, широко используемым в современном строительстве. Он обладает следующими характеристиками:

· легкостью,

· высокой ударной прочностью,

· повышенной износостойкостью,

· допускает различные способы обработки,

· низкой теплопроводностью,

· устойчивостью к плесени и гниению,

· способностью «работы» в грунте.

Благодаря своим свойствам ППУ изоляция используется в широком спектре отраслей. Например, для изоляции трубопроводов, что особенно важно для нашей страны, поскольку в зимнее время такая теплоизоляция пластиковых и стальных труб позволяет сокращать тепловые потери подаче горячей воды и предотвращать от замерзания холодную воду, проходящую по трубопроводам.

Использование пенополиуретана обеспечивает:

· увеличение срока эксплуатации предизолированного трубопровода без ремонта или замены;

· увеличение интервала обслуживания трубопровода и снятия контрольных замеров;

· быстрый доступ к поврежденным участкам и доступный локальный ремонт повреждений;

· надежную теплоизоляцию труб на протяжении всего срока службы трубопровода;

· существенное сокращение периода ввода в действие строительных объектов;

· высокую сопротивляемость трубопровода в отношении химических соединений (исключение составляют некоторые растворители и концентрированные кислоты).

На рисунке 2.2 представлено схематическое строение ППУ трубы.

Оптимальная толщина тепловой изоляции ППУ трубы равна 5-6 мм.

Это объясняется тем, что при увеличении толщины слоя не происходит сильных изменений в теплотехнических характеристиках,а значит увеличение толщины теплоизоляционного слоя будет экономически не выгодно. Также в свою очередь уменьшение толщины изоляции приведет к невозможности технологически протолкнуть теплоизоляционный слой на всю длину трубопровода.

теплоснабжение трубопровод пенополиуретан

Рисунок 2.2 - Схематическое строение ППУ трубы

2.3 Температурный график

Температурный график отопления - нормальный температурный график контуров отопительных сетевых трубопроводов, работающих исключительно на отопительную нагрузку и регулируемых централизованно.

Температурный график определяет режим работы тепловых сетей, обеспечивая центральное регулирование отпуска тепла. По данным температурного графика определяется температура подающей и обратной воды в тепловых сетях, а также в абонентском вводе в зависимости от температуры наружного воздуха.

Температура воды в системе отопления должна поддерживаться в зависимости от фактической температуры наружного воздуха по температурному графику, который разрабатывается специалистами-теплотехниками проектных и энергоснабжающих организаций по специальной методике для каждого источника теплоснабжения с учетом конкретных местных условий. Эти графики должны разрабатываться исходя из требования, чтобы в холодный период года в жилых комнатах поддерживалась оптимальная температура «ГОСТ 30494-2011.Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» равная 20 - 22 °С.

При расчетах графика учитываются потери тепла (температуры воды) на участке от источника теплоснабжения до жилых домов.

Температурные графики должны быть составлены как для теплосети на выходе из источника теплоснабжения (котельной, ТЭЦ), так и для трубопроводов после тепловых пунктов жилых домов (групп домов), т. е. непосредственно на входе в систему отопления дома.

От источников теплоснабжения в тепловые сети подается горячая вода по следующим температурным графикам:

· от крупных ТЭЦ:150/70°С, 130/70°С или 105/70°С;

· от котельных и небольших ТЭЦ: 105/70°С или 95/70°С.

В зависимости от конкретных местных условий могут быть применены и другие температурные графики.

Нормативное требование об обязательности составления температурных графиков отопления восстановлено Федеральным Законом № 190-ФЗ от 27 июля 2010 г «О теплоснабжении».

Расчет режимов регулирования основан на уравнениях теплового баланса.

Общее уравнение для регулирования отопительной нагрузки при зависимых схемах присоединения отопительных установок к тепловой сети имеет вид:

, (2.1)

где относительный расход тепла на отопление, лежит в пределах 01; Qо- расход тепла на отопление при текущей температуре наружного воздуха tн; t1, t2.o- соответственно температура сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети; k- коэффициент теплопередачи; Дto- температурный напор в нагревательном приборе при тех же условиях; те же величины при расчетной температуре наружного воздуха tр.о;

Изменение коэффициента теплопередачи отопительных приборов описывается выражением:

k=A*( to)n= A*(tср-tв)n, (2.2)

где to- температурный напор;

tср- средняя температура теплоносителя в приборе;

tв- температура воздуха в помещение;

А, n- константы зависящие от типа прибора и схемы его установки; принимают n=0,25.

Для расчета отопительного графика используются следующие уравнения:

; (2.3)

; (2.4)

, (2.5)

где t1- температура воды в подающем трубопроводе при температуре наружного воздуха tв;

t1_ температура воды на вводе в систему отопления;

to- температура воды после системы отопления;

- расчетная температура в системе отопления, (95+70)*0,5=82,5оС;

расчетная температура внутреннего воздуха 20 0С.

Отпускаемая тепловая энергия центральной котельной Тарногского Городка в виде горячей воды имеет температурный график 84-700С.

2.4 Децентрализация источника котельной

Целью является разработка методики определения оптимального сочетания децентрализованной и централизованной систем теплоснабжения. В качестве основного критерия оценки эффективности работы системы предлагается использовать тариф на тепловую энергию.

Большинство потребителей тепловой энергии в России получают ее из централизованной системы теплоснабжения, источником в которой является крупная котельная или ТЭЦ.

Из-за объективных и субъективных трудностей, в последние годы постоянно ухудшаются технико-экономические показатели централизованных систем теплоснабжения, что ведет к росту тарифов на отпускаемую тепловую энергию, снижению качества и надежности.

Поэтому большой интерес у потребителей вызывает переход на индивидуальную систему теплоснабжения на базе собственных небольших котлов малой мощности.

Опыт перехода на индивидуальную отопительную систему, использующийся в Вологодской области, показывает, что такая система теплоснабжения имеет следующие преимущества по сравнению с существующими:

* ниже стоимость тепловой энергии;

* выше качество теплоснабжения;

* лучше осуществляется регулировка (автоматизация) отпуска тепловой энергии.

Реализованные в Вологодской области проекты по переходу на индивидуальные отопительные системы имели срок окупаемости менее двух лет.

В качестве объектов для децентрализации района можно выделить несколько потребителей, затраты на транспорт тепла или потери тепловой энергии до которых заметно превышает соответствующие показатели у других потребителей.

На рисунке 2.3 для наглядности представлена диаграмма потерь тепловой энергии на отводящих трубопроводах в зимний период Тарногского городка Вологодской области.



Рисунок 2.3 - Тепловые потери на отводящих трубопроводах в зимний период

В целом потери теплоты в зимний период не равномерны и можно выделить несколько объектов, на которых тепловые потери велики. Это здание почты, дом детского творчества, тарногская школа искусств и здание Сбербанка

Эффективность системы тем выше, чем больше величина разницы тепловых потерь до и меньше после децентрализации. Отсюда следует, что централизованная система теплоснабжения будет оптимизирована отсоединением потребителей, подача тепловой энергии к которым происходит с большими потерями. Обычно этот относится к объектам, значительно удаленным от источника теплоты, тепловая сеть которых находятся в плохом состоянии.

2.5 Материал тепловой сети

В качестве одного из шагов повышения эффективности тепловых сетей рассмотрим возможность применения нетрадиционных материалов при прокладке трубопровода.

К нетрадиционным материалам можно отнести стекло, пластмассу, ковкий чугун.

Стекло.

Стекло - один из самых распространенных материалов на планете.
Плюсами являются : легкость обработки, не подвержен коррозии, малый вес, гладкость

Есть вещества, которые нельзя доверить металлическим трубам по той простой причине, что уже через час стальные стенки превратятся в решето, или швы между секциями прохудятся. В общем и целом, очень много жидкостей и газов оказывают крайне агрессивное воздействие на металл и нейтральны к стеклу. Поэтому стеклянные трубы - единственный способ для создания напорных или безнапорных систем для транспортировки таких веществ.

На рисунке 2.4 представлен внешний вид стеклянных труб.

Рисунок 2.4 - Внешний вид стеклянных труб

По большей части трубопроводы из стекла используются в химической промышленности, нередко их можно найти в цехах различных пищевых фабрик. По трубам из стекла, отличающимся высокой стерильностью, течет молоко на автоматизированных фермах.

На рисунке 2.6 представлен пример использования стеклянного трубопровода на молочном предприятии.



Рисунок 2.6 - Стеклянный трубопровод на молочном предприятии

Стеклянные трубы применяют для прокладки напорных, безнапорных и вакуумных трубопроводов, которые используются для транспортирования агрессивных жидкостей и газов (за исключением плавиковой кислоты), пищевых продуктов, воды и других веществ при температуре от -- 50 до +120°С и при избыточном давлении Ру для жидких и твердых сред 0,001--0,7 МПа, для газообразных 0,001--0,1 МПа Применение стеклянных труб эффективно,они обладают высокой коррозионной стойкостыо, газонепроницаемостью, прочностью. Стекло практически нерастворимо в жидких средах и не влияет на состав и качество транспортируемых веществ Химическая стойкость стеклянных труб примерно в 50 раз превышает стойкость труб из нержавеющей стали.

Механические показатели стекла: модуль упругости -- 45...80 МПа, предел прочности при растяжении -- 30. .80 Па; предел прочности на сжатие -- 500..Л200 МПа.

Промышленность выпускает стеклянные трубы по ГОСТ 8894-86 длиной 1500--3000 мм с интервалом, кратным 250 мм.

На рисунке 2.7 представлен вид соединительной муфты стеклянного трубопровода.



Рисунок 2.7 - Соединительная муфта

Эмалевые и стеклоэмалевые (силикатно-эмалевые) покрытия стальных углеродистых труб.

Эмалевые и стеклоэмалевые покрытия относятся к категории силикатных покрытий. По сравнению с другими покрытиями они обладают рядом преимуществ:

-высокой твердостью;

-химической стойкостью;

-гладкой поверхностью, которая обеспечивает минимальное гидравлическое сопротивление трубы;

-данные покрытия не подвержены старению.

Благодаря относительной дешевизне материалов, необходимых для изготовления покрытий, высоким эксплуатационным свойствам стеклоэмалевые покрытия все шире применяются для защиты трубопроводов.

Трубопроводы с силикатно-эмалевыми покрытиями используются для водопроводной сети, систем теплоснабжения, ГВС, перекачки нефтепродуктов, химически активных и коррозионноактивных веществ.

Трубы изготавливаются с односторонним или двухсторонним покрытием.

По данным Всероссийского научно - исследовательского института «ВНКТИ» и Всероссийского теплотехнического института «ВТИ», срок службы стальных труб с силикатно-эмалевым покрытием толщиной 200 - 400 микрон, применяемых, в трубопроводах теплоснабжения и ГВС увеличивается, в два раза по сравнению со стальными углеродистыми трубами без покрытия, а гидравлическое сопротивление таких труб в 4,8 раза ниже.

Основной изготовитель труб стальных с силикатно-эмалевым покрытием в России - ОАО "Пензаводпром" (ТУ 1308-004-02066613-97).

К основным эксплуатационным недостаткам данных труб следует отнести:

- хрупкость;

- скалываемость при ударах и других механических воздействиях;

- износа и разрушения материала покрытий вследствие его выщелащивания, при транспортировании по трубопроводу жидкостей с температурой свыше 100*С. При повышении температуры со 100*С до 160*С, скорость выщелащивания возрастает в 8 -10 раз.

- цена труб с силикатно-эмалевым покрытием превышает цену водогазопроводных труб 3,5-4 раза.

Пластмасса.

Пластиковые трубы широко применяются во многих сферах, связанных с построением инженерных коммуникаций. В качестве названия также употребляются термины полимерные или пластмассовые трубы. Это понятие включает различные изделия, свойства которых могут отличаться в зависимости от области применения.

На рисунке 2.8 представлен внешний вид труб из полиэтилена.



Рисунок 2.8 - Полиэтиленовые трубы

По сравнению с трубами из традиционных материалов, таких как железо, сталь или чугун, пластиковые трубы обладают рядом преимуществ. К ним относятся следующие:

· долговечность и надежность использования;

· высокая коррозийная и химическая стойкость;

· стойкость к перепадам температур и негорючесть;

· небольшой вес, простота установки и модификации;

· экологичность и возможность утилизации;

· высокая гибкость, ударопрочность и эластичность;

· устойчивость к электрическим токам;

· легкий монтаж и низкая степень аварийности за счет малого числа соединений.

· низкая теплопроводность

· способность эффективно подавлять шум водяного потока

Пластмассовые трубы превосходят аналогичную металлическую продукцию по большинству параметров, которые наиболее существенны для современной промышленности. Такие трубы отвечают требованиям бестраншейных технологий, используемых при прокладке коммуникационных сетей.

По используемому материалу различают пластмассовые трубы из термопластов и реактопластов. Среди термопластов выделяют полиэтилен (ПЭ), сшитый полиэтилен (РЕХ), полипропилен (ПП), полибутилен (ПБ), поливинилхлорид (ПВХ) и полиамид (ПА).

На рисунке 2.9 представлена схема строения слоев пластмассовых труб.

Рисунок 2.9 - Схема строения слоев пластмассовых труб

Следует отметить, что для создания тепловых сетей применяются ППУ-трубы в специальной полиэтиленовой оболочке, которая используется при их производстве. А вообще спектр применения таких труб достаточно широк. Они используются для создания подземных водопроводных и канализационных сетей, различных систем водоснабжения внутри помещений, а также внутренних канализационных сетей, газопроводные трубы, для создания подземных самотёчных систем отвода дренажных вод, водопропускные трубы, которые укладываются под дорогами. Применяются они также как теплоизоляционные футляры для труб систем отопления, защитных футляров для электрических кабелей поземной прокладки. Такое широкое применение пластиковых труб обусловлено множеством их преимуществ.

Вместе с очевидными достоинствами пластиковые трубы имеют и свои минусы, которые всё-таки существенно ограничивают области их применения

Недостатки пластиковых труб:

- жёсткие температурные ограничения носителя;

- наличие существенных ограничений по химическому составу транспортируемых веществ;

- во многих случаях определённая сложность установки фитингов отдельных видов труб, и как следствие высокая стоимость изоляции стыка пластиковых труб;

- существенные различия в технологиях монтажа различных видов пластиковых труб.

- горючесть пластика, и как следствие невозможность использования, например, в системе пожарного водопровода.

Самыми популярными являются пластиковые трубы из поливинилхлорида (ПВХ). Они способны сохранять форму при относительно высоком нагреве (+80-85° C), запросто поддаются сварке, могут растворяться в некоторых растворителях, имеют наиболее низкий коэффициент линейного расширения при рабочей температуре +60° C. Их применяют в системах канализации и водоснабжения, в пищевой промышленности и прочих технологических системах. Монтаж труб из ПВХ обычно осуществляется методом холодной сварки. Прокладываются они как наружным, так и скрытым способом. Трубы из полипропилена (ПП) используются для устройства трубопроводов горячего и холодного водоснабжения, а также для монтажа воздуховодов. Они могут функционировать при температуре рабочей жидкости до +95° C на протяжении не одного десятка лет. Их монтаж выполняется методом диффузионной сварки, осуществить которую можно всего за несколько минут, а сама конструкция имеет высокую герметичность.

Полиэтиленовые (ПЭ) трубы подходят для использования при низких температурных показателях. Их часто применяют при создании наружных трубопроводов, предназначенных для транспортирования воды питьевого и хозяйственного назначения, а кроме того, разнообразных газообразных и жидких веществ, не вызывающих химических реакций при контакте с полиэтиленом. ПЭ сохраняет свои характеристики даже при температуре -20° C, однако стоит помнить, что температура транспортируемых веществ не должна превышать +40° C. Соединение полиэтиленовых труб, имеющих диаметр меньше 63 мм, проводится с помощью электросварных муфт, полипропиленовых и латунных фитингов с уплотнительными кольцами. Трубы с диаметром, превышающим 63 мм, соединяют методом стыковой сварки, а трубы из сшитого полиэтилена - методом неразъемного соединения или холодной запрессовки, как его еще называют.

Довольно часто применяются металлопластиковые трубы, отличающиеся от других видов своей трехслойной конструкцией. Между двумя слоями пластика находится слой алюминиевой фольги. Она служит защитой от проникновения кислорода и необходима для снижения показателей теплового линейного расширения. Монтаж металлопластиковых труб проводится за счет компрессионных и пресс-фитингов. Применимы такие трубы в напорных и отопительных системах, так как могут быть эксплуатируемыми при температуре рабочей среды до +95° C.

Ковкий чугун. Основной особенностью микроструктуры ковкого чугуна (КЧ), определяющей его свойства, является наличие компактных включений графита, что придает чугуну высокую прочность и пластичность.

Механические свойства ковкого чугуна регламентируются «ГОСТ 1215-79 .Отливки из ковкого чугуна. Общие технические условия».

На рисунке 2.10 представлен внешний вид трубы из ковкого чугуна.



Рисунок 2.10 - Труба из ковкого чугуна

В основу маркировки и стандартизации ковкого чугуна положен принцип регламентирования допустимых значений механических свойств при растяжении В и . Так же, как в сером и высокопрочном, в ковком чугуне твердость зависит главным образом от матрицы, а прочность и пластичность - от матрицы и графита.

Среди соединительных деталей трубопроводов одно из первых мест по многообразию занимают фитинги из ковкого чугуна с круглой резьбой. Они предназначены для трубопроводов с условным проходами от Ду 8 мм до Ду 50 мм (нормативная документация регламентирует, но не рекомендует применение чугунных фитингов с условными проходами Ду 65, 80 и 100 мм.) К этой группе изделий относятся такие поставляемые APEX metal детали трубопроводов как:

· угольники проходные и переходные по ГОСТ 8946-75 и ГОСТ 8947-75;

· тройники прямые и переходные по ГОСТ 8948-75 - 8950-75;

· кресты прямые и переходные по ГОСТ 8951-75 - 8953-75;

· муфты разного исполнения по ГОСТ 8954-75 - 8957-75 и другие детали.

На рисунке 2.11 представлены фитинги из ковкого чугуна.



Рисунок 2.11 - Фитинги из ковкого чугуна

Технические условия производства чугунных фитингов представлены в «ГОСТ 8944-75 Соединительные части из ковкого чугуна с цилиндрической резьбой для трубопроводов. Технические условия.»

Ковкие чугуны - историческое название серого чугуна с хлопьевидной формой графита. Благодаря такой форме графита и пластичной матрице, ковкий чугун имеет повышенную, по сравнению с литым серым чугуном, пластичность: относительное удлинение в зависимости от марки составляет 1,5…12%. Прочность чугуна в зависимости от состава и структуры матрицы равна 294…784 Н/мм2. Отливки КЧ поставляются согласно ГОСТ 1215-79. Маркировка включает данные по прочности и пластичности, например, ковкий чугун КЧ 37-12 имеет прочность (временное сопротивление разрыву) не ниже 362 Н/мм2 (37 кгс/см2) и относительное удлинение не ниже 12%.

2.6 Регулировка гидравлического режима тепловой сети

Гидравлический расчет тепловых сетей, выполняемый для подбора дроссельных устройств и разработки эксплуатационного режима, производится в целях определения потерь давления в трубопроводах тепловой сети от источника теплоты до каждого потребителя при фактических тепловых нагрузках и существующей тепловой схеме сети.

При гидравлическом расчёте трубопроводов определяют расчётный расход сетевой воды, складывающийся из расчётных расходов на отопление. Перед гидравлическим расчётом составляют расчётную схему тепловой сети с нанесением на ней длин и диаметров трубопроводов, местных сопротивлений и расчётных расходов теплоносителя по всем участкам тепловой сети. Выбираю расчётную магистраль. За расчётную магистраль принимают направление движения теплоносителя от котельной до одного из абонентов, при чём это направление должно обладать наибольшими потерями давления.

В настоящем дипломном проекте гидравлический расчёт тепловой сети выполнен на ЭВМ с применением системы электронных таблиц «Excell». В качестве исходных данных в программу вводились:

- номер расчётного участка;

- номер участка предыдущего расчётному;

- внешний диаметр трубопровода;

- толщина стенки;

- тепловая нагрузка на участки;

- длина расчётного участка;

- коэффициент абсолютной эквивалентной шероховатости.

Программа вычисляет следующие величины:

- сечения трубопровода;

- разность температур прямой и обратной воды;

- плотность воды; внутренний диаметр трубопровода;

- площадь живого сечения трубопровода;

- средняя температура теплоносителя;

- расход теплоносителя;

- скорость жидкости в трубопроводе;

- предельная квадратичная скорость движения воды;

- число Рейнольдса;

- коэффициент кинематической вязкости;

- коэффициент местных потерь;

- предельное число Рейнольдса;

- осреднённый коэффициент местных потерь по формуле Шифринсона;

- коэффициент гидравлического трения по формуле Альтшуля;

- удельное линейное падение давление;

- эквивалентная длина местных сопротивлений;

- приведённая длина рассчитываемого участка;

- потери напора на участках;

Суммарные потери напора в трубопроводе определяются по формуле:

, (2.6)

где Н - линейные потери напора на участке, м;

Нм - потери напора в местных сопротивлениях, м;

Rл- удельное линейное падение напора, кг/м2м;

l - длинна расчетного участка, м ;

а - осреднённый коэффициент местных потерь;

1экв -эквивалентная длина местных сопротивлений, м;

lnp-приведенная длина рассчитываемого участка трубопровода,

р-плотностьтеплоносителя, кг/м3,

Удельное падение давления от трения:

, (2.7)

где - коэффициент гидравлического трения;

- скорость воды в трубопроводе, м/с;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

р - плотность теплоносителя, кг/м3;

d - внутренний диаметр трубопровода, м.

Коэффициент гидравлического трения при Re < Re пр - рассчитывается по формуле Альтшуля:

, (2.8)

где Кэ - абсолютная эквивалентная шероховатость в водяных сетях принимается 0,001м при существующей схеме), 0,0005 м (при проектируемой схеме).

. (2.9)

Тепловые сети обычно работают в квадратичной области.

Скорость воды в трубопроводе вычисляется по формуле:

(2.10)

где G - секундный массовый расход, кг/сек;

d - внутренний диаметр трубопровода, м.

Действительный критерий Рейнольдса:

. (2.11)

Исследование режимов течения вшероховатых трубах показывают, что существуют некоторые значения Re пр, при переходе через которые при дальнейшем увеличении число Рейнольдса коэффициент гидравлического трения остаётся постоянным = const при неизменном диаметре трубопровода.

. (2.12)

Длина прямолинейного участка трубопровода диаметром d, линейное падение давления на котором равно падению давления в местных сопротивлениях является эквивалентной длинной местных сопротивлений:

, (2.13)

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений.

При расчетах, когда характер и размещение местных сопротивлений на трубопроводе неизвестны, рекомендуется определять осредненный коэффициент местных потерь по формуле профессора Б.Л. Шифринсона:

( 2.14)

где G - расход теплоносителя, т/ч;

Z - постоянный коэффициент, зависящий от вида теплоносителя. Для воды Z=0,01.

Отсюда можно записать:

Lэ=l*a. (2.15)

Приведенная длина участка:

1пр=1+1э, м. (2.16)

Стабилизацию гидравлического режима, поглощение избыточных напоров на тепловых пунктах при отсутствии автоматических регуляторов производят с помощью постоянных сопротивлений - дроссельных диафрагм.

Дроссельные диафрагмы перед системами теплопотребления или обратном трубопроводе или на обоих трубопроводах в зависимости от необходимого для системы гидравлического режима.

Диаметр отверстия дроссельной диафрагмы определяют по формуле:

, (2.17)

где G - расчетный расход воды через дроссельную диафрагму, т/ч;

- напор, дросселируемой диафрагмой, м.

Дросселируемый в диафрагме напор находят как разность между располагаемым напором перед системой теплопотребления или отдельным теплоприемником и гидравлическим сопротивлением системы (с учетом сопротивления установленных в ней дроссельных устройств) или сопротивлением теплообменника. Во избежание засорения не следует устанавливать дроссельные диафрагмы с диаметром отверстия менее 2,5 мм. При расчетном диаметре диафрагмы менее 2,5 мм избыточный напор дросселируют в двух диафрагмах, устанавливая их последовательно (на расстоянии не менее 10 диаметров трубопровода) либо на подающем и обратном трубопроводах. Дроссельные диафрагмы как правило, устанавливают во фланцевых соединениях (на тепловом пункте после грязевика) между запорной арматурой, что позволяет заменять их без спуска воды из системы.

2.7 Выводы по главе 2

На данном этапе работы были рассмотрены следующие основные направления повышения эффективности тепловых сетей: диаметр тепловой сети, тепловая изоляция сети, температурный график, децентрализация, материал тепловой сети, регулировка гидравлического режима тепловой сети.

3. Расчеты основных параметров системы теплоснабжения

3.1 Рекомендации по диаметру тепловой сети

Российские тепловые сети теряют около 40% тепла для отопления. Одной из причин этого большие диаметры трубопроводов тепловых сетей.

Если трубопровод завышенного диаметра оправданно резервом для развития систем и подключение новых объектов, завышение диаметра выпускной трубы вызывает ненужные потери тепла в сети.

Одним из способов повышения эффективности работы системы теплоснабжения поселка Тарнога, уменьшение диаметра существующих трубопроводов. Необходимо заменить старые трубы, предпочтительно на трубы с пенополиуретановой изоляции, благодаря их долговечности, простоты установки и минимальные потери тепла.

Также среди основных мероприятий по энергосбережению в системах теплоснабжения можно выделить оптимизацию систем теплоснабжения в Тарногском сельском поселении с учетом эффективного радиуса теплоснабжения.

Передача тепловой энергии на большие расстояния является экономически неэффективной.

Радиус эффективного теплоснабжения позволяет определить условия, при которых подключение новых или увеличивающих тепловую нагрузку теплопотребляющих установок к системе теплоснабжения нецелесообразно вследствие увеличения совокупных расходов в указанной системе на единицу тепловой мощности, определяемой для зоны действия каждого источника тепловой энергии.

Радиус эффективного 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.

Суть способа заключается в прокладке новых прямого или обратного отводящего трубопроводов, осуществляемый путем установки трубопроводов меньшего диаметра. При этом диаметры устанавливаемых трубопроводов выбирают таким образом, чтобы гидравлические сопротивления прямого и обратного трубопровода было максимально приближено к гидравлическому сопротивлению сужающего устройства, но не превышало его. Преимущество отдаём подающим трубопроводам, так как их потери тепловой энергии больше ввиду более высокой температуры проходящего по ним теплоносителя.

...