горячая вода при транспортировке не теряет своей теплоты за счет

Тепловые сети. Потери энергии при транспортировке тепла

Качество электроэнергии.

Согласно ГОСТ существует 11 показателей качества электроэнергии. Наиболее часто встречаются следующие проблемы качества электроэнергии:

¡ Перепады напряжения – кратковременное уменьшение амплитуды питающего напряжения вызывающее сбои в чувствительном оборудовании таком, как частотно регулируемые приводы, реле, и роботы.

¡ Пропадания напряжения – кратковременное снижение напряжения в сети до нуля. Пропадание напряжения может быть на 1 или нескольких фазах, имеет короткую продолжительность менее 30 секунд.

¡ Фликер напряжения. — субъективное восприятие человеком колебаний светового потока искусственных источников освещения, вызванных колебаниями напряжения в электрической сети, питающей эти источники.

Снабжение теплотой потребителей состоит из трех взаимосвязанных процессов: сообщения теплоты теплоносителю, транспорта теплоносителя и использования теплового потенциала теплоносителя.

Системой теплоснабжения называется комплекс устройств по выработке, транспорту и использованию теплоты. Транспорт тепловой энергии осуществляется через систему трубопроводов. Систему трубопроводов часто называют тепловой сетью (Рис. 7).

Системы теплоснабжения классифицируются по следующим основным признакам: по мощности, по виду источника теплоты и по виду теплоносителя. По мощности системы теплоснабжения характеризуются дальностью передачи теплоты и числом потребителей. Они могут быть местными и централизованными. Местные – системы теплоснабжения, в которых три основных звена объединены и находятся в одном или смежных помещениях. При этом получение теплоты и передача ее воздуху помещений объединены в одном устройстве и расположены в отапливаемых помещениях (печи). Централизованные – системы теплоснабжения, в которых от одного источника теплоты подается теплота для многих помещений.

По виду источника теплоты системы централизованного теплоснабжения разделяют на районное теплоснабжение и теплофикацию. При районном теплоснабжении источником теплоты служит районная котельная, при теплофикации – ТЭЦ.

Системы водяных теплопроводов могут быть однотрубными и двухтрубными (в отдельных случаях многотрубными). Наиболее распространенной является двухтрубная система теплоснабжения (по одной трубе подается горячая вода потребителю, по другой, обратной, охлажденная вода возвращается на ТЭЦ или котельную).

Различают открытую и закрытую системы теплоснабжения. В открытой системе осуществляется «непосредственный водоразбор», то есть горячая вода из подающей сети разбирается потребителями для хозяйственных, санитарно-гигиенических нужд. При полном использовании горячей воды может быть применена однотрубная система. Место присоединения потребителей тепла к теплопроводной сети называется абонентским вводом.

Параметры теплоносителей – температура и давление. Вместо давления в практике эксплуатации используется напор[11] Н. Напор и давление связаны зависимостью

Мощность теплового потока Q (кВт), отдаваемого водой, характеризуется формулой

где G – массовый расход воды через систему теплопотребления, кг/с; c _p– удельная теплоемкость воды c _p = 4.19 кДж/кг×К; t₁ – температура воды после источника теплоты до системы потребления; t₂– температура воды после системы потребления до источника теплоты.

В современных системах теплоснабжения применяют следующие значения температур воды: 1) t ₁ = 105 °С, t ₂ =70 °С в системах отопления жилых и общественных зданий; 2) t ₁ = 150 °С, t₂ =70 °С в системах централизованного теплоснабжения от котельной или ТЭЦ, а также в системах отопления промышленных зданий.

Основными элементами тепловых сетей являются трубопровод, состоящий из стальных труб, соединенных между собой с помощью сварки, изоляционная конструкция, предназначенная для защиты трубопровода от наружной коррозии и тепловых потерь, и несущая конструкция, воспринимающая вес трубопровода и усилия, возникающие при его эксплуатации.

Тепловая изоляци[12]я накладывается на трубопроводы для снижения потерь теплоты при транспортировке теплоносителя. Потери теплоты снижаются при надземной прокладке в 10–15 раз, а при подземной – в 3–5 раз по сравнению с неизолированными трубопроводами. Тепловая изоляция должна обладать достаточной механической прочностью, долговечностью, стойкостью против увлажнения (гидрофобностью), не создавать условий для возникновения коррозии и при всем этом быть дешевой.

При транспорте тепла по трубам возникают линейные Q_л и местные Q_м тепловые потери. Линейные потери тепла по длине прямых или криволинейных (повороты, отводы, колена П-образных компенсаторов) участков труб определяют по формуле

здесь l – длина трубопровода в м, q – удельные теплопотери Дж/м. Местные тепловые потери возникают в результате стока тепла через опорные конструкции, соединения и др. Эти потери определяются приближенно различными способами. Потери тепла вызывают падение температуры теплоносителя, вследствие этого удельные теплопотери по длине возрастают.

Коэффициенты эффективности изоляционных конструкций определяются как:

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Потери тепла при его транспортировке от котельной к потребителю

Панарин В.М., Котлеревская Л.В., Дабдина О.А.
Тульский государственный университет,
Россия, г. Тула

Проблема энергосбережения сложилась сегодня на подавляющем большинстве отечественных объектов производства, транспортировки и потребления тепловой энергии.

Учитывая, что основной ввод теплоэнергетических мощностей был осуще­ствлен в 1960-70 гг., в последние годы в электроэнергетике России неуклонно обостряется проблема физического и морального старения оборудования теп­лоэнергетических сетей (ТЭС). Так, степень физического износа оборудования характеризуется составом оборудования ТЭС по возрастным группам на 2002 г. ориентировочно следующими показателями: от 5 до 20 лет – 35 %; от 20 до 30 лет – 35 %; от 30 до 50 лет – 30 %.

Существующие тепловые системы, в основной своей массе, проектировались и создавались без учета возможностей, появившихся на теплоэнергетичском рынке в течение последних 10 лет. Массовое развитие вычислительной техники обусловило появление в это время огромного количества технологических новшеств, которые коренным образом изменили ситуацию в энергосбережении.

Современные трубопроводы расположены преимущественно под землей, лишь в немногих местах выходя на поверхность. Это позволяет избежать загромождения проезжих частей, городских дворов, скверов и просто не портят внешний вид многих пейзажей. Но такое расположение труб не освобождает их от требований безопасности и стойкости к экстремальным температурам. Кроме того, в системах отопления и горячего водоснабжения должны быть сведены к минимуму потери тепла на этапе транспортировки.

Тепловая изоляция трубопроводов и оборудования тепловых сетей применяется при всех способах прокладки независимо от температуры теплоносителя. Теплоизоляционные материалы непосредственно контактируют с внешней средой, для которой свойственны непрерывные колебания температуры, влажности и давления.

В ходе эксплуатации различные физико-химические воздействия окружающей среды вызывают деструктивные процессы в гидро-теплоизоляционных конструкциях подземных теплопроводов, которые существенно изменяют пористую структуру материала, увеличивая количество сквозных пор и их размеры, способствуя появлению трещин и других дефектов. Подобные изменения структуры практически не оказывают влияния на теплопроводность изоляции в сухом состоянии, однако, в очень большой степени влияют на коэффициент переноса жидкой влаги, увеличивая его на несколько порядков, что приводит к увеличению эксплуатационной влажности изоляции и, вследствие этого, к резкому снижению ее теплозащитных свойств. На участках увлажнения теплоизоляции, как правило, возникает наружная коррозия труб.

Причины появления и воздействия наружной коррозии наподземные трубопроводы достаточно хорошо изучены специалистами и широко представлены в специализированной литературе. Наиболее существенными факторами, определяющими коррозионную активность вмещающей среды, является структура, гранулометрический состав, влажность, воздухопроницаемость, окислительно-восстановительный потенциал, общая кислотность и общая щелочность почв и грунтов. Помимо почвенной коррозии, подземные теплопроводы подвержены электрокоррозии, вызываемой блуждающими токами, и внутренней коррозии.

Обычно тепловая энергия, переданная в котельной теплоносителю поступает в теплотрассу и следует на объекты потребителей. Величина КПД данного участка обычно определяется следующим:

· КПД сетевых насосов, обеспечивающих движение теплоносителя по теплотрассе;

· потерями тепловой энергии по длине теплотрасс, связанными со способом укладки и изоляции трубопроводов;

· потерями тепловой энергии, связанными с правильностью распределения тепла между объектами-потребителями, т.н. гидравлической настроенностью теплотрассы;

· периодически возникающими во время аварийных и нештатных ситуаций утечками теплоносителя.

При разумно спроектированной и гидравлически налаженной системе теплотрасс, удаление конечного потребителя от участка производства энергии редко составляет больше 1,5-2 км и общая величина потерь обычно не превышает 5-7 %. Однако:

· использование отечественных мощных сетевых насосов с низким КПД практически всегда приводит к значительным непроизводительным перерасходам электроэнергии. Современные импортные насосы, разработанные уже в течение последнего десятилетия имеют КПД в 2-3 раза выше, чем у широко применяющихся сегодня отечественных, обладают высокой надежностью и качеством работы. Применение же устройств частотного модулирования для автоматического управления скоростью вращения асинхронных двигателей насосов в несколько раз (!) повышает экономичность работы насосного оборудования;

· гидравлическая налаженность теплотрассы является основополагающим фактором, определяющим экономичность ее работы. Подключенные к теплотрассе объекты теплопотребления должны быть правильно шайбированы таким образом, чтобы тепло распределялось по ним равномерно. В противном случае тепловая энергия перестает эффективно использоваться на объектах потребления и возникает ситуация с возвращением части тепловой энергии по обратному трубопроводу на котельную. Помимо снижения КПД котлоагрегатов это вызывает ухудшение качества отопления в наиболее отдаленных по ходу теплосети зданиях.

Обычно потери тепловой энергии в теплотрассах не должны превышать 5-7 %. Но фактически они могут достигать величины в 25 % и выше!

Однако не стоит забывать, что тепловые потери являются величиной индивидуальной для конкретной тепловой сети и не могут напрямую применяться в качестве аналогов для других тепловых сетей, т.к. включенные в испытания участки тепловых сетей существенно отличаются по диаметру, глубине прокладки и условиям эксплуатации от основной массы теплосетей. Условия эксплуатации изменяются в зависимости от времени года, а также отличаются по влиянию потребителей (резкое отличие температуры воды в обратной трубе и ступенчатое изменение этой температуры по отрезкам теплосети в реальных условиях эксплуатации).

Для повсеместной характеристики тепловой сети (или отдельных теплопроводов) по величине тепловых потерь в разное время отопительного сезона целесообразно использовать методы и средства инструментального контроля, позволяющие выявлять основные факторы, приводящие к возрастанию тепловых потерь, и количественно учитывать воздействие реальных условий эксплуатации при определении величины тепловых потерь.

Рациональное использование ресурсов за последние годы по праву стало проблемой века: экономия и минимизация потерь по всех сферах стала важнейшей тематикой исследований и поисков технических усовершенствований. Именно поэтому одной из важнейших современных проблем по праву можно считать потерю тепла в отопительных системах, что приводит как к перерасходу ресурсов, так и к неоправданному повышению стоимости тепла.

1. Электронный журнал энергосервисной компании “Экологические системы” №6. Июнь 2007г.

2. Влияние различных эксплуатационных факторов на тепловые потери в бесканальных подземных трубопроводах тепловой сети. В.С.Слепченок, ГУП «ТЭК СПб»; А.Н.Рондель, генеральный директор, Н.Н.Шаповалов, генеральный директор ООО «ДИсСО», г. Санкт-Петербург

Источник

Лекция №3

ТРАНСПОРТИРОВКИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ

МЕТОДЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В СИСТЕМАХ

I. Виды потерь энергии и ресурсов в тепловых сетях

II. Потери тепловой энергии через изоляцию трубопроводов и меры по сокращению данных потерь

III. Потери теплоты с утечками теплоносителя и меры по их снижению

IV. Затраты энергии на прокачку теплоносителя и меры по снижению данных затрат

V. Потери, связанные с неоптимальными тепловыми и гидравлическими режимами тепловой сети

Виды потерь энергии и ресурсов в тепловых сетях

При передаче теплоносителя по тепловым сетям возникают следующие потери энер­гии

— потери тепловой энергии через изоляцию трубопроводов. Этот вид потерь связан с охлаждением поверхности трубопрово­дов при контакте с окружающей средой из-за плохой теплоизоляции;

— потери с утечками теплоносителя;

— потери на прокачку теплоносителя;

— потери, связанные с неоптимальными тепловыми и гидравлическими режимами работы тепловой сети.

Потери энергии в тепловых сетях неразрывно связаны с потерей ресурсов. Так, при утечках безвозвратно теряются теплоносители — вода или пар, которые должны быть восполнены у источника теплоты. На подго­товку теплоносителя (его транспортировку к источнику, химическую подго­товку и др.) затрачиваются как материальные средства, так и энергия.

Другими теряемыми ресурсами являются материал трубопроводов, их тепло- и гидроизоляция, выходящие из строя вследствие коррозии, увлажне­ния и механических повреждений. В этом случае изготовление и монтаж новых трубопроводов либо восстановление изоляционных конструкций тре­буют значительных материальных, трудовых и энергетических затрат. Таким образом, правильная эксплуатация тепловых сетей является важней­шим энерго- и ресурсосберегающим мероприятием.

Рассмотрим наиболее подробно отдельные виды потерь энергии и ресурсов в тепловых сетях, в соответствии со схемой представленной на рисунке 1.

Рисунок 1- Потери энергии и ресурсов в тепловых сетях

Потери тепловой энергии через изоляцию трубопроводов

и меры по сокращению данных потерь

Потери теплоты с поверхности трубопроводов определяются по-разному для различных случаев прокладки (надземная, в каналах, бесканальная).

Если трубопровод находится на открытом воздухе, потери теплоты с его неизолированной поверхности или с поверхности теплоизоляции происходят за счет конвекции (естественной или вынужденной, если он подвергается воз­действию ветра) и излучения на поверхности окружающих его объектов.

В случае канальной прокладки имеет место передача теплоты конвекцией и излучением от поверхности теплоизоляции к внутренней поверхности канала, а далее за счет теплопроводности через слой грунта.

В случае бесканальной прокладки передача теплоты осуществляется за счет теплопроводности через стенку трубопровода, слой теплоизоляции и слой грунта. На потери теплоты при этом влияют температура воды в трубопроводе, теплопроводность и толщина слоя теплоизоляции, глубина залегания тру­бопровода, теплопроводность грунта и его температура на удалении от тру­бопровода.

Бесканальная прокладка трубопроводов при централизованном теплоснабжении экономически выгодна тогда, когда потребители тепла рассредоточены на значи­тельные расстояния, а геологические условия позволяют использовать подземную прокладку. Бесканальный теплопровод должен (кроме несущего) состоять из четырех защитных слоев: антикоррозионного, теплоизоляционного, гидро­изоляционного и внешнего защитного. При этом некоторые слои могут со­вмещать функции соседних. Например, внешний защитный слой может выполнять и функции гидроизоляционного.

В практике эксплуатации систем теплоснабжения применяются четыре вида под­земных бесканальных прокладок:

1) Засыпные бесканальные прокладки трубопроводов

При засыпной прокладке трубы опираются на бетонные опоры или сплошное основание и засыпаются теплоизоляционными материалами, в качестве кото­рых чаще используют торф, асфальтоизол, керамзит и др.

На рисунках 2 и 3 изображены схемы бесканальной прокладки теплопро­вода засыпным способом. Такой способ обходится дешевле при сооружении теплопроводов, но дороже в эксплуатации из-за повышенных теплопотерь за счет чрезмерного увлажнения теплоизолирующей засыпки, отсутствия каче­ственной гидроизоляции и, как следствие, повышенного коррозионного из­носа. Отсюда следует, что засыпная бесканальная прокладка может исполь­зоваться только при низких грунтовых водах, то есть на возвышенных местах с песчаными грунтами.

Рисунок 2 — Схема теплопровода (в заводской изоляции)

Рисунок 3 — Схема бесканальной прокладки теплопровода

2) Сборные бесканальные прокладки трубопроводов

Сборная бесканальная прокладка отличается от засыпной тем, что теп­лоизолирующий слой накладывается на трубопровод из штучных элементов (скорлуп), а его внешнюю поверхность охватывает гидроизолирующий мате­риал, выполненных на битумной основе. При такой прокладке теплопровод работает в более благоприятных условиях, что обеспечивает большую его долговечность и меньшие теплопотери.

3) Литые бесканальные прокладки трубопроводов

По сравнению с засыпной и сборной, более качественной зарекомен­довала себя литая бесканальная прокладка, при которой литая теплоизоляция выполняется непосредственно на трассе заливкой пенобетона (пеносиликата) в специальную опалубку. При этом создаются условия для перемещения тру­бопровода внутри теплоизоляционного слоя (температурные удлинения), снимаются внутренние напряжения, и повышается долговечность конструк­ции.

4) Монолитные.

Разновидностью литой прокладки является монолитная. Изготавливаются монолитные конструкции в заводских условиях, а затем транспортируются и монтируются на трассе. Если теплоизоляционный слой выполнен из пенобе­тона или поропласта, то он прочно соединен с поверхностью трубопровода. При использовании теплоизолирующих материалов на битумной основе, тру­ба имеет возможность перемещаться внутри слоя теплоизоляции, что является более предпочтительным моментом в эксплуатации теплопровода.

В наибольшей мере основным требованиям, предъявляемым к работе бесканального трубопровода (надежность, минимальные тепловые потери, устойчивость характеристик защитных слоев в течение нормативного срока службы, минимальные эксплуатационные затраты) отвечают монолитные конструкции.

Тепловые потери трубопроводов при бесканальной прокладке обуслов­лены теплофизическими свойствами грунтов и условиями теплообменных процессов в грунте, зависящими от количества и взаимного расположения труб в грунте. Влажность грунта на глубине заложения теплопровода решающим образом влияет на теплопотери и определяет характер температурного поля вблизи него.

Вне зависимости от способа прокладки тепловых сетей, поверхность неизолированных трубопроводов теряет теплоту в несколько раз интенсивнее, чем поверхность изолированных трубопроводов, поэтому восстановление разрушенного теплоизоляционного покрытия очень быстро окупается.

Тепловые потери с поверхности трубопроводов увеличиваются при увлажнении теплоизоляции. Влага к поверхности трубопровода поступает при затоплении его грунтовыми и поверхностными водами. Данная проблема приобретает особую актуальность, если учесть что в целом по стране свыше 12 % тепловых сетей периодически или постоянно затапливаются грунтовыми или поверхностными водами, а в отдельных городах этот показатель может достигать 70% общей длины теплотрасс. Другим источником увлажнения теплоизоляции является естественная влага, содер­жащаяся в грунте. Если трубопроводы проложены в каналах, то на поверхности перекрытий каналов возможна конденсация влаги из воздуха и попадание ее в виде капель на поверхность трубопроводов. Для снижения воздействия капель на твердую изоляцию необходима вентиляция каналов тепловых сетей.

Главными энергосберегающими мероприятиями, уменьшающими потери теплоты с поверхности трубопрово­дов, являются:

1) изоляция неизолированных участков и восстановление целостности существующей теплоизоляции;

2) восстановление целостности существующей гидроизоляции.

3) нанесение покрытий, состоящих из новых теплоизоляционных материа­лов, либо использование трубопроводов с новыми типами теплоизоляцион­ных покрытий. Например, для исключения увлажнения теплоизоляции и обеспечения долговечности ее работы на металлическую поверхность трубы наносится антикоррозионное покрытие (например, в виде силикатных эмалей, изола и др).

4) изоляция фланцев и запорной арматуры.

В настоящее время широко внедряются теплопроводы типа «труба в трубе» с пенополиуретановой изоляцией в гидрозащитной оболочке с дистанционным контролем целостности изоляции. Такая конструкция преду­сматривает предварительную изоляцию пенополиуретаном и заключение в полиэтилен не только труб, но и всех компонентов системы (шаровой арматуры, температурных компенсаторов и др.). Теплопроводы этой конструкции прокладываются под землей бесканально и обеспечивают существенное энергосбережение за счет предварительного изготовления отдельных изолированных элементов в заводских условиях и высокой тепло- и влагонепроницаемости. Для успешной эксплуатации предварительно изолированных трубопроводов необходимо высокое качество их монтажа. При этом они могут функционировать без замены до 30 лет.

Профилактическими мерами, позволяющими сокращать потери теплоты с поверхности трубопроводов, являются:

— предотвращение затопления тру­бопроводов в результате установки дренажей и содер­жания их в должном порядке;

— вентиляция проходных и непроходных каналов для предупреждения попадания конденсата на поверхность.

Потери теплоты с утечками теплоносителя

и меры по их снижению

Причинами утечек теплоносителя является:

— разрушение трубопроводов от внешней и внутренней коррозии;

— разрушение трубопроводов в результате дефектов монтажа под действием механических нагрузок.

— неплотности запорной и регулирующей арматуры.

Кроме того, существуют затраты теплоносителя, связанные с эксплуатацией тепловых сетей.

Утечки теплоносителя могут быть

1) Постоянные (зависят от давления в трубопроводе и размеров неплотностей).

2) Аварийные (возникают при авариях, связанных с разрывами трубопроводов). Большая часть аварий (до 90%) приходится на подающие трубопроводы, в которых движется вода с более высокой температурой и под большим давлением.

Для общего представления о потерях тепловой энергии, вызванных утечками теплоносителя через небольшие неплотности в течении года рассмотрим таблицу 1.

Таблица 1 – Утечки теплоносителя через отверстие диаметром 1 мм при различном давлении теплоносителя

Нормативное значение часовых утечек теплоносителя при эксплуатации тепловых сетей составляет 0,25 % объема сети.

Потери теплоносителя из-за утечек должны быть восполнены водой подпитки у источника теплоты — на ТЭЦ или в котельной. Вода для подпитки должна быть предварительно подготовлена. Затем ее необходимо подогреть от начальной температуры (температуры холодной воды, в летнее время составляющей около +15 °С, во время отопительного периода — около +5 °С) до температуры в подающем трубопроводе водяной тепловой сети.

В случае паровой тепловой сети воду нужно превратить в пар с параметрами, соответствующими параметрам пара, направляемого потребителю.

Как для водяной, так и для паровой сети для восполнения утечек необходимо затратить энергию у источника теплоты.

К мероприятиям по снижению утечек теплоносителя относятся:

— своевременные обследования трубопроводов различными существую­щими методами (акустическим, тепловизионным и др.) в целях выявления и устранения утечек и последующая замена поврежденных участков трубо­проводов;

— возврат конденсата в паровых сетях;

— установка конденсатоотводчиков за теплопотребляющими установками.

Профилактическими мерами, позволяющими сокращать потери теплоты с утечками теплоносителя относятся:

— нанесение антикоррозионных покрытий и катодная защита трубопроводов, предотвращающие электрохимическую коррозию;

— определение остаточного ресурса трубопроводов в результате расчетов и инструментальных обследований. Это позволяет свое­временно определить участки трубопроводов, выработавшие свой ресурс, и произвести их замену.

— повышение качества подготовки воды посредством ее деаэрации. Снижение количества растворенного кислорода приводит к замедлению коррозии внутренних поверхностей труб, что предотвращает утечки.

Затраты энергии на прокачку теплоносителя

и меры по снижению данных затрат

При движении жидкого или газообразного теплоносителя по трубопроводам системы теплоснабжения мощность (N, Вт), затрачиваемая на его прокачку, определяется по формуле

(1)

где Q— поток теплоты, передаваемый по теплопроводу, Вт;

Dр— перепад давления в системе теплоснабжения, Па;

Dt— перепад температур теплоносителя, поступающего к потребителю и уходящего от него,°С.

r — плотность теплоносителя, кг/м 3 ;

h_наг — КПД нагнета­тельного устройства.

Из формулы (1) следует, что при одинаковых передаваемых тепловых нагрузках Q, перепадах температур Dtмощность, затрачиваемая на прокачку теплоно­сителя, будет тем меньше, чем выше удельная теплоемкость и плотность теплоносителя при прочих равных условиях.

Общий перепад давления в системе Dррассчитывается по формуле

(2)

Dр_м— потери за счет местных сопротивлений, Па

Составляющие Dр_т и Dр_мопределяются из выражений

,(3)

,(4)

где x, x_м – соответственно, коэффициент трения и коэффициент местного сопротивления (зависящие от шероховатости поверхности трубопроводов);

Увеличение диаметра трубопровода при постоянном расходе теплоносителя способствует снижению мощности N, но приводит к увеличению металлоемкости конструкции и затрат на произ­водство и монтаж трубопровода. Поэтому с увеличением диаметра и сниже­нием мощности, затрачиваемой на прокачку теплоносителя, вместо ожидае­мой экономии можно получить повышение затрат.

Внутренняя коррозия трубопроводов и отложения на их поверхности приводят к резкому увеличению шероховатости, а следовательно, коэффи­циентов x и x_м, в результате чего увеличиваются потери давления в трубо­проводе и мощность N.

Кроме того, за счет отложений также уменьшается внутренний диаметр трубопровода. При постоянном расходе в системе последнее обстоятельство при­водит к росту скорости теплоносителя и потерь давления. Поэтому, даже относительно небольшое изменение диаметра трубопровода может привести к существенному изменению затрат энергии на работу насосов, перекачивающих теплоноситель.

Дополнительные затраты на перемещение теплоносителя вызывают также утечки последнего, поэтому их сокращение экономит не только тепловую энергию и теплоноситель, но и электрическую энергию на привод насосов.

В целях снижения затрат на перекачивание теплоносителя необходимо проводить ряд следующих мероприятий:

— выполнять промывку и очистку трубопроводов, в результате чего удаля­ются отложения и снижается шероховатость труб;

— использовать насосы с высоким КПД;

— устанавливать шаровую запорную арматуру, имеющую меньшее гидравлическое сопротивление, чем обычно применяемые задвижки. В результате уменьшаются потери давления в местных сопротивлениях (Dр_м).

В качестве профилактических мер первоочередное значение имеют:

— улучшение качества химической подготовки воды, что позволяет снизить отло­жения солей жесткости на внутренней поверхности трубопроводов. Эти отложения приводят к уменьшению проходных сечений и увеличению шероховатости поверхности трубопроводов, что вызывает рост гидравли­ческих потерь и затрат энергии на перекачивание теплоносителя.

— предотвращение утечек и балансировка тепловой сети.

Потери, связанные с неоптимальными тепловыми

и гидравлическими режимами тепловой сети

5.1 Потери теплоты при изменении теплового режима тепловой сети и меры по снижению данных потерь

В зависимости от мощности источника теплоснабжения и особенностей теплопотребителей, распределение теплоносителя осуществляется различными способами: от примитивного подключения абонентов «напрямую» до использования современных элеваторных тепловых пунктов для каждого по­требителя. Включение потребителей «напрямую» характерно для систем тепло­снабжения мелких сельских поселков или локальных систем с теплоисточни­ками малой мощности (до 1000 кВт).

В большинстве случаев распределение тепла по потребителям вне зависимости от применяемого оборудования осу­ществляется с отклонениями от нормативов. Обусловлено это тем, что реаль­ные системы теплоснабжения значительно отличаются от проектных по ко­личеству и характеристикам потребителей, характеристикам насосного оборудования, диаметрам трубопроводов, длине участков, способам про­кладки, трассировке и т.п. Все эти отклонения приводят в конечном итоге к изменению теплового и гидравлического режимов работы тепловой сети. Данное изменение может быть произойти в результате:

— морального и физического износа тепловой сети, а следовательно изменения ее характеристик в процессе ее эксплуатации;

— изменений, внесенных в процессе ремонтов и частичной реконструкции отдельных элементов систем теплоснабжения при выходе из строя оборудования вследствие износа или аварий.

— при отключении старых или подключении новых потребителей, а также изменении требуемой потребителями тепловой нагрузки (ввод в действие новых и вывод старых зданий, технологических установок, пере­вод части системы на теплоснабжение от других источников, переход па лучистое отопление и др.).

Отсутствие регулирующих отпуск тепла устройств у теплопотребителей не только снижает качество поставляемых услуг, но является одной из основных причин сверхнормативных потерь теп­ловой энергии, снижения коэффициента использования тепла от сжигаемого топлива. Нали­чие подобных систем теплоснабжения противоречит самой идее энергосбе­режения.

5.2 Потери при изменении гидравлического режима тепловой сети и меры по снижению данных потерь

На преодоление сил трения при движении теплоносителя по трубопро­водам расходуется энергия, сообщаемая жидкости гидронасосом. В свою очередь на привод гидронасоса расходуется механическая энергия.

Снижение гидропотерь в трубопроводах, которые складываются из ли­нейных и местных потерь, может рассматриваться как один из способов энергосбережения.

В основе гидравлических расчетов тепловой сети, как известно, лежат два уравнения:

1) Уравнение Бернулли (отражает закон со­хранения энергии при стационарном изотермическом течении вязкой жидко­сти).

2) Уравнение неразрывности потока. (связывает математически основные характеристики потока: объемный (или массовый) расход, сечение трубопровода и среднюю ско­рость.

По уравнению Бернулли можно определить перепад давлений на участке магистрали, обусловленный потерями по длине, местными потерями и раз­ницей геодезических отметок начала и конца участка. Если участок горизон­тальный или представляет собой замкнутый контур (второе характерно для систем теплоснабжения), то влияние геодезических отметок на общее гидро­сопротивление равно нулю.

Гидравлические потери контура циркуляции преодолеваются за счет ра­боты циркуляционных насосов, численное значение этих потерь определяет­ся на основе преобразования уравнения Бернулли:

, (5)

где DР — гидропотери контура циркуляции теплоносителя, Па;

R_тр — удельные линейные гидропотери, Па/м;

l — общая длина трубопровода, м;

DР_м — суммарные местные потери давления в контуре циркуляции, Па

Величина R_тр определяется уравнением Дарси-Вейсбаха:

, (6)

где l_тр— безразмерный коэффициент гидравлического сопротивления;

W — скорость жидкости, м/с;

d_вн — внутренний диаметр магистрали, м.

В общем случае l_тр, величина не постоянная, т.к. во мно­гих случаях зависит от скорости и температуры жидкости, в соответствии с функцией l_тр=f(R_e) (где R_е — число (критерий) Рейнольдса, характеризую­щий режим движения потока:

, (7)

где n — коэффициент кинематической вязкости, м 2 /с;

Расчеты показывают, что характер движения воды в магистралях и рас­пределительных сетях систем теплоснабжения только турбулентный (т.е. R_е >10 4 ), поскольку даже при минимальных значениях диаметра d_вн=0,026м для обеспечения ла­минарного режима необходима скорость движения менее 0,06 м/с, а ре­альные скорости находятся в пределах от 0,5 до 3,5 м/с.

В условиях турбу­лентного течения жидкости в трубах l_трявляется не только функцией числа Рейнольдса, но и зависит от шероховатости внутренней поверхности магист­рали. Поэтому снижение численных значений R (Па/м) возможно за счет снижения скорости до значений, близких к минимальным рекомендуемым (W£1м/с), а также за счет:

— замены стальных трубопроводов на полиэтилено­вые, обладающие меньшей шероховатостью;

— замены имеющихся стальных трубопроводов на стальные трубы с внутрен­ним полимерным покрытием.

5.3 Меры по оптимизации теплового и гидравлического режимов тепловой сети

Как отмечалось ранее, при изменении теплового и гидравлического режима работы тепловой сети возникает необходимость оптимизации режимных параметров тепловой сети и ее последующей наладки у потребителей.

Целью оптимизации тепловых и гидравлических режимов работы тепловой сети является изменение гидравлических сопротивлений отдельных ее участков таким образом, чтобы расположенные на этих участках потребители имели расчетные тепловые нагрузки.

Оптимизация режимов работы тепловой сети состоит из следующих этапов:

1. Расчеты оптимальных тепловых и гидравлических режимов системы теплоснабжения с учетом ее реального состояния после проведенных в ней изменений. Поскольку разветвленная тепловая сеть представляет собой сложную тепловую и гидравлическую систему, включающую в себя большое число элементов, для ее расчета и оптимизации обычно используют компьютерное моделирование.

3. Регулирование тепловых сетей, которое сводится к проверке соответствия установившихся параметров их расчетным значениям.

В паровых системах иногда целесообразна замена существующих паропроводов на паропроводы другого диаметра. Выполнение последнего мероприятия возможно после значительных изменений тепловых нагрузок у различных потребителей в существующей сети или вызванных присоединением новых потребителей. Уменьшение диаметра паропровода приводит к снижению тепловых потерь с его поверхности и улучшению работы тепло-использующих установок.

Подводя итог анализу способам снижения теплопотерь и гидропотерь в тепловых сетях следует отметить, что реконструкция тепловой сети должна обосновываться предварительным расчетом, свидетельствующим о снижении тепловых и гидравлических по­терь в рекомендуемом варианте. Одним из критериев экономичности прямой тепловой магистрали является снижение температуры теплоносителя у наи­более удаленного потребителя, которое при значительной протяженности не должно превышать 5°С. Теплопровод магистральный считается удовле­творительно функционирующим, если на 1км его длины падение температу­ры не превышает 1°С. При этом предполагается, что диаметры трубопрово­дов, скорости движения теплоносителя и его расходы соответствуют реальным значениям для современных систем теплоснабжения, эксплуати­рующимся в типичных для средней полосы России природно-климатических условиях.

Источник