INFLUENCE OF CONNECTION OF NEW CONSUMERS ON HYDRAULIC STABILITY OF THERMAL NETWORKS
Abstract and keywords
Abstract (English):
At present, intensive urban construction, there is a need to connect new subscribers to existing heating networks. Often, the data connection of new subscribers leads to a hydraulic misalignment of the network, which in turn affects the provision of existing consumers with heat. In order, if possible, to reduce the likelihood of misalignment, appropriate recommendations are needed that can be obtained during the research. In the article, the authors carried out a corresponding experiment aimed at revealing the tendency of the connection of new subscribers to the hydraulic stability of the entire network. The result of the research became relevant recommendations, which will be useful for engineering workers both in the design of new ones and in the reconstruction of old networks.

Keywords:
centralized heat supply, heat networks, hydraulic misalignment, reliability of heat supply, coefficient of hydraulic stability
Text
Publication text (PDF): Read Download

Введение. Поскольку от бесперебойного и качественного теплоснабжения зависит не только экономическая [1] и энергетическая, но и социальная безопасность государства [2], обеспечение тепловой энергией потребителей является одной из наиболее важных задач, как энергетической отрасли страны, так и всей Российской Федерации.

Перспективы развития централизованного теплоснабжения определяются задачами совершенствования и повышения эффективности строительства и эксплуатации теплоисточников, систем транспортирования и потребителей тепла [3–4]. Важным этапом современного развития централизованного теплоснабжения крупных городов, особенно в связи со строительством зданий повышенной этажности, является повышение надежности теплоснабжения.

Так, ежегодно происходит подключение потребителей к тепловым сетям или же их отключение, реконструкция трубопроводов, введение в эксплуатацию или вывод из эксплуатации котельных. Однако существующие способы регулирования отпуска теплоты в водяных системах теплоснабжения не обеспечивают в течение всего отопительного сезона потребителей требуемым количеством тепловой энергии. Все это приводит к несоответствию у абонентов фактических расходов теплоносителя проектным [2]. Как следствие возникает гидравлическая разрегулировка тепловой сети [5].

Основная часть. Для решения этой проблемы необходимо достижение стабильного гидравлического режима или максимального показателя гидравлической устойчивости тепловой сети в течение всего отопительного периода [6–7].

Под коэффициентом гидравлической устойчивости понимают способность системы сохранять постоянный расход теплоносителя на абонентских вводах при изменении условий работы других потребителей.

Коэффициент гидравлической устойчивости определяется по формуле:

 

Ку = Gф/Gр,                            (1)

 

где Gф – фактический расход сетевой воды на абонентском вводе; Gр – расчетный (максимально возможный) расход сетевой воды на абонентском вводе.

Для исследования влияния подключения потребителей на гидравлическую устойчивость тепловых сетей мы создали модель потокораспределения теплосети отдельного микрорайона, на основе методики гидравлического расчета по характеристикам сопротивления [8–10]. На рисунке 1 приведена схема системы теплоснабжения расчетного микрорайона с тремя  точками последующего подключения новых потребителей. Гидравлический расчет микрорайона методом характеристик сопротивления произвели с помощью программного комплекса Microsoft Excel. Результаты представлены в таблице 1.

 

Рис. 1. Схема системы теплоснабжения расчетного микрорайона с точками последующего подключения новых потребителей

 

Таблица 1

Результаты гидравлического расчета микрорайона методом характеристик сопротивления

 

№ участка

Диаметр

трубопровода

Длина участка

Общая нагрузка

Расход сетевой

воды

Потери давления на участке

 

Располагаемый напор

Характ. сопр. S, м·ч26

S·Q2

мм

м

Гкал/ч

м3

м. вод. ст.

м

Участка

Парал.

Послед.

м. вод. ст.

жд6

УТ13

108

84

0,9599

12

0,456

16,5

0,120917

0,055572

17,41

жд7

УТ13

76

17,3

0,4526

5,7

0,153

17,1

0,535734

 

 

УТ12

УТ13

114

106,9

1,4125

17,7

0,922

17,5

0,005886

0,061458

19,25

жд8

УТ12

57

19,3

0,4193

5,2

0,839

17,6

0,712944

0,036726

19,26

УТ12

УТ11

133

21,7

1,8318

22,9

0,13

19,3

0,000496

0,037222

19,52

УТ14

УТ11

108

33

1,5248

19,1

0,493

18,6

0,053920

0,011104

 

УТ11

УТ10

159

95

3,3566

42

0,767

19,6

0,000870

0,011974

21,12

УТ10

УТ9

159

139

3,3566

42

1,122

21,1

0,001272

0,013246

23,37

УТ9

УТ8

159

74

3,3566

42

0,597

23,3

0,000677

0,013923

24,56

УТ8

ЦТП

133

34,5

3,3566

42

0,736

24,5

0,000834

0,014757

26,03

жд9

УТ15

89

72

0,8179

10,2

0,906

16,3

0,174087

0,097948

 

жд9

УТ15

57

18

0,2723

3,4

0,365

17,4

1,568339

 

 

УТ15

УТ14

108

31

1,0902

13,6

0,237

18,1

0,002563

0,100511

 

жд9

УТ14

57

22

0,2

5,5

0,31

18,3

0,625455

0,051217

 

УТ14

УТ11

108

33

1,5248

19,1

0,493

18,6

0,002703

0,053920

 

жд5

УТ7

108

30

0,4713

5,9

0,048

20,1

0,580178

0,164014

20,2

жд4

УТ7

89

30

0,4193

5,2

0,111

20

0,747855

 

20,2

УТ7

УТ6

108

85

0,8906

11,1

0,482

20,2

0,007824

0,171838

20,2

УТ6

жд4-3

89

26,7

0,8563

10,7

0,412

20,4

0,185379

0,044604

 

УТ6

УТ5

133

62,5

1,7469

21,8

0,409

21,2

0,001721

0,046325

 

УТ5

УТ4

133

60

1,7469

21,8

0,34

22

0,001431

0,047756

 

 

 

Продолжение таблицы 1

№ участка

Диаметр

трубопровода

Длина участка

Общая нагрузка

Расход сетевой

воды

Потери давления

на участке

Располагаемый

напор

Характ. сопр. S, м·ч26

S·Q2

мм

м

Гкал/ч

м3

м. вод. ст.

м

Участка

Парал.

Послед.

м. вод. ст.

УТ4

УТ3

133

91

1,8929

23,7

0,605

22,7

0,002154

0,049910

 

жд2

УТ3

76

13,5

0,5619

7

0,203

23,5

0,487878

0,028651

 

УТ3

УТ2

133

27

2,4548

30,7

0,314

23,9

0,000666

0,029318

 

жд2

УТ2

76

14,7

0,6916

8,6

0,335

23,9

0,332207

 

24,6

УТ1

УТ2

108

59

1,71116

21,4

1,109

22,3

0,045550

0,006652

 

УТ2

ЦТП

159

13

4,8992

61,2

0,227

24,5

0,000121

0,006773

25,37

школа

УТ16

76

42

1,1125

13,9

2,5

11,5

0,085399

0,058001

15,9

хоз.блок

УТ16

57

30

0,192

2,4

0,3

10,2

1,875000

 

3,4

УТ16

УТ1

76

14

1,3045

16,3

1,136

16,5

0,008551

0,066552

19,3

1а-1

УТ1

76

25

0,41

5,1

0,148

22

0,857209

0,040707

5,4

УТ1

УТ2

108

59

1,71116

21,4

1,109

22,3

0,004843

0,045550

23,4

 

 

 

Найдя характеристики сопротивления каждого участка и всей сети, определили необходимое количество опытов (пересчетов гидравлических характеристик) исходя из теории полного факторного эксперимента. [11]

Полный факторный эксперимент – это эксперимент, в котором реализуются все возможные сочетания уровней факторов. Необходимое количество опытов n при этом определяется по формуле:

n=N^k=3^2=9,                    (2)

где N – количество уровней факторов, k – количество факторов.

В нашем случае факторами являются точка подключения нового потребителя и его тепловая нагрузка. Таким образом, количество факторов k=2, количество уровней факторов N=3. Таким образом, девять пересчетов гидравлических характеристик будут удовлетворять требованиям проведения полного факторного эксперимента.

С помощью программного комплекса Microsoft Excel выполнили пересчет гидравлических характеристик тепловой сети, с учетом поочередного подключения в точке 1, точке 2 и точке 3 нового потребителя с тепловой нагрузкой, равной 10, 50 и 90 % от нагрузки ветви.

По формуле (1) определили коэффициент гидравлической устойчивости для жилых домов. Результаты вычисления коэффициента гидравлической устойчивости жилого дома №6 свели в таблицу 2.

 

Таблица 2

Результаты вычисления коэффициента гидравлической устойчивости жилого дома №6

 

  

 

0

0,42

1

0,1

0,965

0,982

0,987

0,5

0,843

0,921

0,944

0,9

0,750

0,871

0,907

 

где – тепловая нагрузка после точки подключения нового потребителя, Гкал/ч;

 – общая тепловая нагрузка на ветвь, Гкал/ч; Qi – тепловая нагрузка подключаемого потребителя, Гкал/ч.

Отношение   условно выражает координату точки подключения потребителя.

 

 

Анализ результатов вычисления коэффициента гидравлической устойчивости жилого дома №6 (рис. 6) показал, что величина изменения коэффициента гидравлической устойчивости находится в пределах от 1 % до 25 %. Понижение коэффициента гидравлической устойчивости негативно влияет на надежность всей системы теплоснабжения [6–7]. Так, в таблице 3 приведена зависимость показателя надежности системы теплоснабжения от коэффициента гидравлической устойчивости.

 

Рис. 2. Зависимость коэффициента гидравлической устойчивости жилого дома №6 от тепловой нагрузки

и точки подключения нового потребителя

Таблица 3

Зависимость показателя надежности системы теплоснабжения

от коэффициента гидравлической устойчивости

 

Изменение гидравлической устойчивости, доля ед.

Максимальный предел надежности, доля ед.

До 0,05

0,93–0,91

0,060‒0,10

0,90–0,84

0,11‒0,15

0,83–0,79

0,16‒0,20

0,78–0,71

0,21–0,25

0,70–0,66

0,26–0,30

0,65–0,61

0,31–0,35

0,60–0,56

 

 

В соответствии с СП 124.13330.2012 «Тепловые сети» (актуализированная редакция СНиП 41-02-2003), минимально допустимый показатель вероятности безотказной работы системы централизованного теплоснабжения (СЦТ) в целом следует принимать равным Рсцт = 0,86. А минимально допустимый показатель готовности СЦТ к исправной работе принимается Kг = 0,97 [9]. Таким образом, минимально допустимый показатель надежности системы централизованного теплоснабжения находится по формуле:

 

 Нсцт = Pсцт∙Kг = 0,86∙0,97 = 0,83          (3)

 

Показатель надежности Нсцт = 0,83 соответствует 0,11 доли единиц изменения гидравлической устойчивости системы согласно табл. 3. Значит, при уменьшении гидравлической устойчивости ниже данного значения система теплоснабжения не будет являться надежной.

Таким образом, по табл.2. видим, что при подключении в каждой рассмотренной точке потребителя с тепловой нагрузкой, равной 10% от нагрузки ветви, величина изменения гидравлической устойчивости всегда остается в пределах допустимой для обеспечения надежности системы теплоснабжения. А при подключении во всех рассмотренных точках потребителя с тепловой нагрузкой, равной 90% от нагрузки ветви, величина изменения гидравлической устойчивости не удовлетворяет уровню обеспечения надежности системы теплоснабжения. При подключении в точке 1 и 2 потребителя с тепловой нагрузкой, равной 50% от нагрузки ветви, величина изменения гидравлической устойчивости остается в пределах допустимой для обеспечения надежности системы теплоснабжения, а при подключении в точке 3 не удовлетворяет требованиям обеспечения надежности.

Выводы. Таким образом, чем больше тепловая нагрузка подключаемого потребителя и чем ближе к конечному потребителю он расположен, тем большее влияние оказывается на его коэффициент гидравлической устойчивости. Для устранения разрегулировки необходимо выполнение расчетов потокораспределения, и в случае отклонения реальных расходов от расчетных значений проведение наладочных мероприятий. По существу, наладочные мероприятия заключаются в увязке гидравлических сопротивлений теплопотребляющих установок в соответствии с режимом работы сетевого оборудования [5, 14, 15] и требуемыми расходами теплоносителя.

References

1. Kuschev L.A., Dronova G.L. Puti snizheniya energozatrat v zhilischno-kommunal'nom hozyaystve // Vestnik BGTU im V.G. Shuhova. 2008. №2. S. 24--25.

2. Paramonova E.Yu., Elistratova Yu.V., Seminenko A.S. Problema peretopov i nedotopov v otopitel'nyy period // Sovremennye naukoemkie tehnologii. 2013. № 8-1. S. 48-50.

3. Balaman Ş. Y., Selim H. Sustainable design of renewable energy supply chains integrated with district heating systems: A fuzzy optimization approach. Journal of Cleaner Production. 2016. Vol. 133. Pp 863-885.

4. Bashmakov I.A. Povyshenie energoeffektivnosti v sistemah teplosnabzheniya chast' 1. problemy rossiyskih sistem teplosnabzheniya // Energosberezhenie. 2010. № 2. S. 46-54.

5. Sterligov V.A., Manukovskaya T.G., Kramchenko E.M. Sistemy vodyanogo teplosnabzheniya i otpusk teploty // Santehnika, otoplenie, kondicionirovanie. 2012. №12 (132). S. 60-63.

6. Abdulaev D.A., Markelova E.A., Sabirzyanov A.R., Mironov N.Yu. Gidravlicheskaya ustoychivost' teplovoy seti // Stroitel'stvo unikal'nyh zdaniy i sooruzheniy. 2017. №1 (52). S. 67-85.

7. Pashenceva L.V. Vliyanie narusheniya gidravlicheskoy ustoychivosti na nadezhnost' teplosnabzheniya // Stroitel'stvo i tehnogennaya bezopasnost'. 2012. №44. S. 85-88.

8. Minko V.A., Seminenko A.S., Alifanova A.I., Elistratova J.V., Tkach L.V. Assumptions and premises of heating systems hydraulic calculation methods: part 2 // Ecology, Environment and Conservation Paper. 2015 Vol 21. Issue 2. Pp. 1075-1080.

9. Bryanskaya Yu.V. Sovershenstvovanie metodov gidravlicheskogo rascheta harakteristik techeniya i soprotivleniya v trubah / avtoreferat dissertacii na soiskanie uchenoy stepeni kandidata tehnicheskih nauk // Moskovskiy gosudarstvennyy stroitel'nyy universitet (nacional'nyy issledovatel'skiy universitet). Moskva, 2003

10. Minko V.A., Seminenko A.S., Elistratova Yu.V. Dopuscheniya i predposylki metodov gidravlicheskogo rascheta sistem otopleniya // Uspehi sovremennogo estestvoznaniya. 2014. № 4. S. 114-118.

11. Gorlenko O.A., Mozhaeva T.P., Proskurin A.S. Metod analiza polnyh faktornyh eksperimentov // Metody menedzhmenta kachestva. 2009. № 3. S. 44-48.

12. SP 124.13330.2012 «Teplovye seti». Aktualizirovannaya redakciya SNiP 41-02-2003. vved. 2013-01-01.

13. Anan'ina L.I., Pervak G.I. Gidravlicheskaya ustoychivost' abonentskih ustanovok // Sbornik materialov Vserossiyskoy nauchnoy studencheskoy konferencii. 2015. S. 12-14.

14. Sheremet E.O., Seminenko A.S. Primenenie teplovyh nasosov v sistemah centralizovannogo teplosnabzheniya v celyah povysheniya ekonomichnosti i energoeffektivnosti teplovyh setey // Sovremennye naukoemkie tehnologii. 2013. № 8-1. S. 54-57.

15. Skripchenko A.S. Optimizaciya teplogidravlicheskogo rezhima teplovyh setey // Materialy XI Mezhdunarodnoy uchebno-nauchno-prakticheskoy konferencii. Truboprovodnyy transport -2016. Ufa: UGNTU 2016. S. 377-379.


Login or Create
* Forgot password?