РосТепло.ru - Информационная система по теплоснабжению
РосТепло.ру - всё о теплоснабжении в России

О системе теплоснабжения города Набережные Челны

К.т.н. Д.А. Волков, начальник отдела; В.В. Малкин, О.А. Черкасова, И.Л. Сабищанский – специалисты службы наладки и испытаний; Е.О. Милованов, инженер производственно-технического отдела, филиал АО «Татэнерго» – НчТС, г. Набережные Челны

Введение

Численность населения г. Набережные Челны – 526 тыс. человек. Тепловые сети города эксплуатирует филиал АО «Татэнерго» – Набережночелнинские тепловые сети (НЧТС).

Теплоснабжение города осуществляется от двух источников тепловой энергии НчТЭЦ и Котельного цеха БСИ. Установленная тепловая мощность НчТЭЦ – 4092 Гкал/ч, у Котельного цеха БСИ – 589,2 Гкал/ч.

По проекту схема теплоснабжения Юго-Западной части города, которая включает в себя микрорайоны п. ЗЯБ, п. ГЭС, п. Сидоровка, п. Замелекесье, Промплощадка, Промзона БСИ (его старая часть), – закрытая, Северо-Восточная часть (Новый город и Промкомзона) – открытая.

Рис. 1. Схема тепловых сетей г. Набережные Челны.

До 2006 г. НчТЭЦ обеспечивала тепловой энергией Северо-Восточную часть, Котельный цех БСИ – Юго-Западную часть города.

В 2006 г. две части города были объединены в единую систему теплоснабжения посредствам строительства перемычки-тепловода № 410 (2 Ду 1000). Таким образом, основным тепловым источником для всего города в настоящее время является НчТЭЦ. Котельный цех БСИ локально работает на небольшую часть промышленной зоны, а в системе теплоснабжения города является резервным источником (рис. 1).

Проектная присоединённая нагрузка НчТЭЦ на 01.01.2017 г. составляет: отопление – 1077,05 Гкал/ч; вентиляция – 233,34 Гкал/ч; ГВС – 857,72 Гкал/ч (с максимальным ГВС).

С 2005 г. в городе начали осуществляться мероприятия по энергосбережению, а именно:

• установка узлов учёта тепловой энергии на вводах объектов –100%;

• установка автоматизированных индивидуальных тепловых пунктов (АИТП) – 92%;

• установка квартирных счётчиков холодной и горячей воды – 98%;

• герметизация и утепление зданий, в том числе дверных и оконных проёмов;

• перекладка тепловых сетей с применением тепловой пенополиуретановой изоляции в заводской оболочке (ППУ) – 31,8%;

• изолирование трубопроводов тепловой сети в подвальной части зданий – 100%;

• внедрение частотно-регулируемых приводов (ЧРП) на всех насосных станциях города;

• мероприятия по ликвидации ЦТП и переносу центров приготовления горячей воды непосредственно на ввода объектов – 100%;

• мероприятия по закрытию системы теплоснабжения Северо-Восточной части города – 70%.

Эффект от выполнения данных мероприятий оказался ощутимым. Отпуск тепловой энергии и расходы сетевой воды в целом по городу сократились на 30%.

Оснащённость объектов города АИТП и их влияние на гидравлические режимы работы тепловых сетей

Работа 1535 АИТП (92%, без учёта прочих потребителей) значительно повлияла на гидравлический режим системы теплоснабжения города существенным изменением расходов сетевой воды в зависимости от времени суток и от температуры наружного воздуха. Так, разница между максимальным и минимальным расходом в течение суток доходит до 4500 т/ч.

Для восприятия изменяющихся расходов сетевой воды на всех подкачивающих насосных станциях (ПНС) установлены ЧРП.

Оснащённость АИТП по городу приведены в табл. 1.

В 2017 г. планируется полностью завершить оснащение объектов города АИТП, за исключением объектов с тепловой нагрузкой менее 50 кВт.

Таблица 1. Сведения об оснащённости АИТП и «закрытии» города.

п/п

Группа потребителей Количество объектов АИТП Количество объектов с закрытой схемой Нагрузка ГВС,

Гкал/ч

шт % шт % всего по закрытой схеме %
Северо-Восточная часть города
1 Жилой фонд 847 835 99 577 68 530 358 67
2 Бюджет 213 184 89 176 83 66 58 88
ВСЕГО 1060 1019 96 753 71 596 416 70
Юго-Западная часть города
1 Жилой фонд 477 431 90 477 100 177 177 100
2 Бюджет 139 85 61 139 100 27 27 100
ВСЕГО 616 516 84 616 100 204 204 100
ИТОГО по городу 1676 1535 92 1369 82 800 620 78

Режимные карты работы тепловых сетей

Согласно [2] для магистральных водяных тепловых сетей следует предусматривать следующие гидравлические режимы:

• расчётный – по расчётным расходам сетевой воды в отопительный период;

• летний – при максимальной нагрузке ГВС в неотопительный период.

Расчётный режим представляет собой конкретный расход, соответствующий присоединённой тепловой нагрузке системы теплоснабжения в отопительный период.

Источник тепла – НчТЭЦ работает по заданной среднесуточной температуре теплоносителя, в зависимости от усреднённой суточной температуры наружного воздуха. В течение суток температура наружного воздуха меняется, соответственно, и фактические расходы сетевой воды отличаются от расчётного режима, который рассчитан на температуру наиболее холодной пятидневки. Разница между максимальным и минимальным расходом сетевой воды в течение суток доходит, как указывалось выше, до 4500 т/ч.

Более значительное отклонение расходов наблюдается в диапазоне температуры наружного воздуха от +8 до +2 °С – температуры, соответствующей точке излома температурного графика.

Фактически в течение суток осуществляется количественное регулирование отпуска теплоэнергии, которое стало возможно благодаря оснащённости объектов города АИТП.

В течение отопительного сезона расходы теплоносителя в тепловодах изменяются от 5500 до 16500 т/ч. Для города, оснащённого АИТП, режимная карта, составленная на расчётный расход сетевой воды, с установленным давлением, колеблющимся от ±0,5 кгс/см2 неприемлема, так как ведет к значительным расходам теплоносителя, и, как следствие, увеличению расхода электрической энергии на перекачку сетевой воды.

С целью охвата режимной картой всех возможных при эксплуатации тепловых сетей расходов предложен новый подход к составлению режимных карт, а именно: уставки режимной карты рассчитываются с шагом в 500 т/ч. При этом достигается охват возможного диапазона расходов сетевой воды в отопительный период. Режимная карта позволяет вести оптимальные режимы работы системы теплоснабжения и значительно экономит электрическую энергию. Данная режимная карта внедрена в работу на отопительный сезон 2016-2017 гг. (табл. 2).

Все насосные станции локально автоматизированы и управляются диспетчером дистанционно и уставки ЧРП насосов и регулирующих клапанов устанавливают вручную.

Для совершенствования управления системой теплоснабжения города и экономии электрической энергии в настоящее время, на основании данной режимной карты разрабатывается программа автоматического управления гидравлическими режимами работы тепловых сетей города, в зависимости от расходов сетевой воды. Суть данной программы заключается в том, что в контроллеры управления ЧРП и регулирующие клапаны (РК) для каждой из точек регулирования «забиты» уставки по давлению с шагом изменения расхода теплоносителя с НчТЭЦ в 500 т/ч, принятые согласно режимной карты. Уставки будут изменяться автоматически, в зависимости от расходов теплоносителя в данный момент времени. Программа разрабатывается специалистами службы АСУ ТП предприятия и данное внедрение намечено на 2017 г.

По предварительным расчётам, за отопительный сезон за счёт оптимизации гидравлических режимов работы тепловых сетей предполагается сэкономить 1,8 млн кВт электрической энергии (табл. 3).

Расчёт гидравлических режимов работы тепловых сетей города Набережные Челны, с учётом изменения температур наружного воздуха и расходов сетевой воды, был произведён известным программно-расчётным комплексом для систем теплоснабжения.

Применение новой режимной карты в текущем отопительном сезоне показало её состоятельность и необходимость. Внедрение автоматизированной программы значительно облегчит работу диспетчера по управлению системы теплоснабжения города.


Таблица 2. Режимная карта работы тепловых сетей г. Набережные Челны т филиала АО «Татэнерго» – НчТЭЦ в отопительный период 2016-2017 гг.


Таблица 3. Расчёт экономического эффекта при ведении режима
по новой режимной карте (ПНС-5, тепловод № 100) (фрагмент).

Расход сетевой воды, тыс. т/ч перепад давления
в сети
ΔН, м вод. ст.
Фактический

расход электроэнергии, тыс. кВт/сут.

Количество
дней
Экономия электроэнергии, тыс. кВт
в подающей магистрали, Gп в обратной
магистрали, Gо
Новый

режим

Фактический

режим

Новый

режим

Фактический

режим

Новый

режим

Фактический

режим

16,5 16 16 15,5 62 62 30,8 1 0
16 15,5 15,5 15 60 60 28,24 2 0
15,5 15 15 14,5 49 51 25,37 7 6,96
15 14,5 14,5 14 46 50 20,6 9 14,8
14,5 14 14 13,5 43 48 19,22 9 18,02
14 13,5 13,5 13 39 43 18,56 20 34,53
13,5 13 13 12,5 36 44 18,11 26 85,6
13 12,5 12,5 12 37 45 18,05 44 133,85
12,5 12 12 11,5 35 38 15,15 34 40,67
12 11,5 11,5 11 34 39 15,0 21 40,39
11,5 11 11 10,5 30 34 11,58 9 12,3
11 10,5 10,5 10 25 33 8,05 2 3,9
10,5 10 10 9,5 18 19 7,0 3 1,1
10 9,5 9,5 9 12 17 6,6 3 5,8
9,5 9 9 8,5 12 33 6,0 3 11,5
9 8,5 8,5 8 13 15 6,52 5 4,35
8,5 8 8 7,5 11 11 4,03 2 0
8 7,5 7,5 7 10 17 3,9 0 0
7,5 7 7 6,5 7 12 3,85 3 4,8
7 6,5 6,5 6 2 8 3,1 4 9,3
6,5 6 6 5,5 2 17 2,65 6 14,03
Всего за отопительный сезон 213 441,9

Температурные графики работы тепловых сетей и систем теплопотребления

Согласно техническому проекту, выполненному ЦНИИЭП Инженерного оборудования (г. Москва, 1974 г.), для НчТЭЦ принят температурный график 150-70 °С.

Данный температурный график ввиду неудовлетворительного технического состояния внутренних систем теплопотребления, низкого коэффициента смешения элеваторов, отсутствия регуляторов температуры горячей воды у потребителей с открытой системой теплоснабжения, а также по причине применения трубопроводов тепловых сетей с ППУ изоляцией (условия эксплуатации которой ограничены температурой 130 °С), всегда применялся со срезкой 105-70 °С, 109-70 °С.

Сегодня, ввиду значительного снижения расходов теплоносителя за счёт внедрения энергосберегающих мероприятий в Набережных Челнах, появилась возможность уйти от расчётного температурного графика и перейти на пониженный график 114-64 °С без срезки по температуре. Существующие тепловые сети города способны пропустить фактические расходы сетевой воды, что подтверждается расчётами и актуализированной схемой теплоснабжения г. Набережные Челны на 2017 г. (на период до 2032 г.), где также предложен переход работы системы теплоснабжения на температурный график 114-64 °С.

Наши предложения по снижению температурного графика основываются на опыте эксплуатации и практических соображениях, а также научных разработках [1]. В целом, наши позиции совпадают с выводами автора указанной статьи.

Считаем принятый нами температурный график работы тепловых сетей достаточно разумным, технически рассчитанным и экономически обоснованным. При таких параметрах теплоносителя ППУ изоляция работает в щадящем режиме, а тепловые удлинения трубопроводов значительно ниже, что уменьшает напряжение в металле, тем самым снижая аварийность в тепловых сетях. Эксплуатация тепловых сетей с пониженным температурным графиком привела к тому, что с 2003 г. не было ни одного крупного повреждения на магистральных трубопроводах.

Рассматривался (и был разработан) также вариант ступенчатого графика температуры в подающем трубопроводе от источника тепла, однако он накладывал определённые ограничения на диспетчера тепловой сети.

В результате, для отопительного сезона 2016-2017 гг. согласован и утверждён график работы НчТЭЦ 114-64 °С без срезки (рис. 2).

Рис. 2. Температурный график работы НчТЭЦ.

Сегодня, по факту, наружные тепловые сети в течение суток работают с постоянной температурой, заданной в соответствии с прогнозом температуры наружного воздуха. В течение суток происходит количественное регулирование. Качественное же регулирование осуществляется только между сутками, при переходе на другую температуру.

Построение температурного графика для источников тепла по подающему трубопроводу учитывает тепловые потери по температуре теплоносителя при его транспортировке. Линия обратной сетевой воды учитывает как остывание сетевой воды от потребителя до источника, так и снижение температуры за счёт первой ступени водоподогревателей горячей воды.

Расчёт и построение температурных графиков для НчТЭЦ и потребителей выполнен отдельно для различных отопительных графиков, по рекомендации инженерного центра энергетики УралОРГРЭС (г. Екатеринбург).

Графики температур в обратном трубопроводе для потребителей построены по отопительной нагрузке.

Разработаны графики: для систем отопления потребителей при непосредственном подключении к тепловым сетям (рис. 3), при работе АИТП с внутренним температурным графиком 90-65 °С и 90-60 °С (рис. 4), при работе АИТП с внутренним температурным графиком 105-70 °С и 95-70 °С (рис. 5), а также при работе системы отопления от элеваторов (рис. 6).

Все расчёты выполнены в программно-расчётном комплексе для систем теплоснабжения.

При полном закрытии системы теплоснабжения города, температурный график будет изменён на 114-62 °С, благодаря применению в городе, в основном, 2-ступенчатой схемы подключения подогревателей ГВС.

Стратегически же считаем возможным полностью отказаться от температурных графиков и перейти на качественное регулирование с фиксированной подачей температуры в подающем трубопроводе 115 °С. Для реализации этого проекта необходимо большую часть трубопроводов (не менее 80%) проложить в ППУ изоляции. В этом случае экономия электрической энергии на транспортировку теплоносителя будет более весомой, чем потери тепловой энергии, а вследствие отсутствия удлинений трубопроводов напряжения в тепловых сетях аварийность будет сведена к минимуму.

Применённый нами в качестве эксперимента указанный температурный график в текущем отопительном сезоне зарекомендовал себя положительно, как для станции, так и для потребителей.

Рис. 3. Температурный график работы систем потребителей при непосредственном подключении.

Рис. 4. Температурный график работы систем отопления потребителей при работе от АИТП 90-65 °С и 90-60 °С.

Рис. 5. Температурный график работы систем отопления потребителей при работе от АИТП 105-70 °С и 95-70 °С.

Рис. 6. Температурный график работы систем отопления потребителей при работе от элеваторов 105-70 °С и 95-70 °С.

О закрытии схемы теплоснабжения города

Закрытие схемы теплоснабжения города началось 10 лет назад, как вынужденная мера при объединении в 2006 г. двух систем: открытой - Северо-Восточной части города и закрытой - Юго-Западной части, что недопустимо нормативным документом [2].

У потребителей Северо-Восточной части города, получающих воду из открытой части системы, ухудшилось качество воды, ввиду уменьшения кратности обмена сетевой воды в системе в целом.

С учётом динамики расходов подпиточной воды в сторону уменьшения (рис. 7), в последующие годы прогнозируется дальнейшее уменьшение кратности объёма сетевой воды (рис. 8) и, соответственно, значительное ухудшение качества горячей воды в открытой схеме города.

Рис. 7. Динамика подпитки тепловой сети, млн т.

Рис. 8. Кратность обмена теплоносителя в системе.

Индикаторы коррозии, установленные в тепловых узлах на трубопроводах тепловых сетей, имели следующие линейные скорости коррозии (2009 г.):

- подающий трубопровод: 0,09 ÷ 0,175 мм/год;

- обратный трубопровод: 0,165 ÷ 0,200 мм/год.

Характер коррозионного процесса – сильный. Основные причины сильной коррозии: присутствие кислорода, обусловленное открытой схемой теплоснабжения, в т.ч. и попадание кислорода в обратные трубопроводы через смесительные устройства абонентов.

Такие условия оказывают значительное влияние на сроки службы наружных тепловых сетей и внутренних систем теплопотребления.

Так, нормативный срок службы трубопроводов отопления для открытых систем составляет 15 лет, для закрытых – 25 лет. Срок службы наружных тепловых сетей для открытых систем не более 25 лет, для закрытых до 40 лет.

На сегодня 78% нагрузки ГВС города осуществляется по закрытой схеме, оставшиеся 22% запланированы городом к переводу в течение двух лет (2017, 2018 гг.); при этом предполагается в указанные годы осуществить монтаж подогревателей горячей воды (без их включения в работу), а перевод осуществить одномоментно в 2018 г., после завершения всех работ. Такой подход позволит сохранить приемлемое качество воды у потребителей, остающихся работать по открытой схеме.

Переход на закрытую схему теплоснабжения привёл к позитивным сдвигам, а именно:

• улучшилось качество воды у потребителей, установивших теплообменники;

• индикаторы коррозии указывают на снижение её уровня. В 2016 г. он составил 0,08÷0,11 мм/год.

Выводы

1. При подавляющем оснащении объектов системы теплоснабжения АИТП (более 90%), необходимо:

ü разрабатывать режимные карты, учитывающие весь диапазон возможных расходов сетевой воды за отопительный сезон;

ü пересмотреть проектные температурные графики в сторону снижения температуры в подающем трубопроводе.

2. При переходе на закрытую систему теплоснабжения необходимо учитывать ухудшение качества горячей воды по мере проведения таких работ.

Литература

1. В.Ф. Гершкович. Сто пятьдесят… Норма или перебор? // Новости теплоснабжения, № 5, 2005.

2. СП 124.133.30.2012 «Свод Правил. Тепловые сети. Актуализированная редакция СНиП 41-02-2003».

Д.А. Волков, В.В. Малкин, О.А. Черкасова, И.Л. Сабищанский, Е.О. Милованов, О системе теплоснабжения города Набережные Челны

Источник: Журнал «Новости теплоснабжения» №03 (199) 2017 г. , www.rosteplo.ru/nt/199

Коментарии

Tatiana TCO, [ 09:04:49 / 19.04.2017]

Хотелось бы знать, такого рода мероприятия надо прописывать в городской Схеме теплоснабжения? Какие условия необходимы, чтобы в городе были разработаны и воплощались подобные мероприятия? Понятно, что в части закрытия системы ГВС в данном случае это была вынужденная мера, связанная с объединением двух видов систем.
И за чей счет может осуществляться финансирование таких мероприятий?

Оставить комментарий

Тематические закладки (теги)

Тематические закладки - служат для сортировки и поиска материалов сайта по темам, которые задают пользователи сайта.

Похожие статьи:

Подбор теплообменника!

Теплообменник ТТАИ для ГВС, отопления, промпроизводств. Эффективней пластинчатого!

+7(495)741-20-28, info@ntsn.ru

Программы Auditor

Технические семинары для специалистов теплоснабжающих предприятий

Подробнее