Определение потребителей с ненормативными гидравлическими параметрами
Автор: Специалист компании ООО «Корпус»
Тырышкин А.С
Задача
При актуализации схемы теплоснабжения города Березники в Пермском крае определить потребителей, у которых гидравлические параметры не соответствуют нормам.
Основная работа – актуализация всех схем теплоснабжения, перерасчет системы по актуализированным данным по:
- Нагрузки на потребителях
- Гидравлические параметры на ПНС и ЦТП
- Гидравлические параметры в реперных точках
- Изменение температурного графика системы теплоснабжения
Помимо основной задачи было также определение потребителей с ненормативными гидравлическими параметрами и недоотпуск тепловой энергии на нужды отопления на основании реестра жалоб собственников, поступавших как в ЗАО «БСК», так и в городскую администрацию.
Виду сложной корреляции по двум инстанциям, отсутствия ведения данного списка в отношении трассировки существующих сетей и даты обращения в нужной форме, с помощью Электронной Модели систем теплоснабжения г. Березники было дано задание определить по данной схеме, после актуализации внутренней семантики, перечень потребителей и зоны действия ненормативных гидравлических параметров. Также этот перечень соотнести с имеющимися заявками от собственников на отсутствие давления во внутренних системах теплоснабжения (поквартирное разведение тепловых сетей), а в следствии отсутствие теплоснабжения.
Исходя из предоставленных заявлений и собственников и ответов ЗАО «БСК» и городской администрации, уточняем и актуализируем гидравлический режим работы на основании следующих требований:
- Давление воды в подающих трубопроводах водяных тепловых сетей при работе сетевых насосов должно приниматься, исходя из условий невскипания воды при ее максимальной температуре в любой точке подающего трубопровода, в оборудовании источника теплоты и в приборах систем потребителей, непосредственно присоединённых к тепловым сетям. (СП 124.13330.2012 «Тепловые сети» п.п. 8.9);
- Давление воды в обратных трубопроводах водяных тепловых сетей при работе сетевых насосов должно быть избыточным (не менее 0,05 МПа) и не превышать допускаемого давления в системах теплоиспользования потребителей. (СП 124.13330.2012 «Тепловые сети» п.п. 8.10);
- Давление воды в обратных трубопроводах водяных тепловых сетей открытых систем теплоснабжения в неотопительный период, а также в подающем и циркуляционном трубопроводах сетей горячего водоснабжения следует принимать не менее чем на 0,05 МПа больше статического давления систем горячего водоснабжения потребителей (СП 124.13330.2012 «Тепловые сети» п.п. 8.11);
- Также на основании гидравлического режима теплосети г. Березники БТЭЦ-2 и пиковой котельной БТЭЦ-2 в зимний период с давлением сетевой воды не более 6 кгс/кв.см, в летний период не более 3,5 кгс/кв.см.
Вводные данные
Система теплоснабжения г. Березники расположена на сложном рельефе местности и системе распределения тепловой энергии.
Город Березники построен на возвышенности и в большей своей части располагается на её южной и западной стороне. Источники тепловой энергии БТЭЦ-2 и Пиковая котельная БТЭЦ-2 располагаются в северной части города, ниже самой высокой точки города, и от источников до города ведут две тепломагистрали М1 и М2, где М2 огибает возвышенность с восточной части и обеспечивает как самые высокие точки системы, так и самые низкие в южной части города. В зонах действия магистралей также две повысительные насосные станции (в дальнейшем ПНС), поднимающие теплоноситель по обратному трубопроводу с наиболее удалённых и низких по отношению к источникам токе системы. Также до 2018 года источник тепловой энергии ТЭЦ-10 был частью системы, но в результате провалов грунта часть тепловой магистрали попала в зону возможны провалов и ТЭЦ-10 было решено ликвидировать, а южную часть города переключили на БТЭЦ-2.
Транспортировка тепла от источников до потребителей осуществляется по магистральным и распределительным тепловым сетям, общая протяжённость которых, с учётом квартальных сетей составляет более 450 км в однотрубном исчислении. Для обеспечения транспортировки и создания необходимых гидравлических режимов у потребителей, в высоких точках, на магистральных тепловых сетях выполнен «подпор» на обратном трубопроводе – за счёт насосных станция ПН-1 и ПН-2, поднимавших давление в обратном трубопроводе с наиболее удалённой и низкой южной части города.
Гидравлический режим тепловых сетей микрорайонов, находящихся в нижних точках южной части города Березники (левобережная часть), осуществляется регулировкой насосных станций, расположенных в ЦТП № 8, №11, №12, №13, №18, №23, №27. Гидравлический режим тепловых сетей районов с равнинным рельефом местности обеспечивается оборудованием источников. Гидравлический режим тепловых сетей второго контура обеспечивается работой пяти ЦТП: №9, №24, №26, №10 и №17.
Протяжённость тепловых сетей и сложный рельеф местности сформировали локальные зоны, где не обеспечиваются параметры качества предоставляемых услуг, а именно: низкий располагаемый напор и (или) превышение сверх допустимого давления в обратном трубопроводе, а также низкое значение величины коэффициента смешения в связи с удалённостью потребительской системы от источника тепла или ЦТП, определяющей значительную величину падения температуры в подающем трубопроводе.
Отпуск тепла с БТЭЦ-2 в город осуществляется по двум коллекторам: М1 2Ду 600 мм и 1Ду800 мм, М2: 2Ду 800 мм. В области павильона М1-6 была проведена реконструкция тепловых сетей, и между магистралями была установлена перемычка 2Ду500 мм, а создав переход из одной магистрали в другую:
- М2 - 2Ду800 мм в М1 - 2Ду700 мм и 1Ду800 мм;
- М1 - М1 2Ду 600 мм и 1Ду800 мм в М2 – 2Ду800мм.
В системе теплоснабжения зоны действия ТЭЦ-2 расположены ПНС ПН-1, ПН-2. Насосные станции ПН-1, ПН-2 в отопительный период находятся в работе.
ПН-1 в г. Березники Пермского края на участке, ограниченном ул. Пятилеток, ул. Кунгурская, ул. Апрельская. Присоединение насосной станции предусмотрено к существующей сети теплоснабжения по ул. Пятилеток и подключено к тепловой камере М 3-2.
ПН-2 в г. Березники Пермского края на участке по проспекту Советский до пересечения с ул. Парковая. Присоединение насосной станции предусмотрено к реконструируемому участку тепловой сети от М1-22 до М3-30. Строительство ПНС обусловлено необходимостью обеспечения нормативных значений давления в обратном трубопроводе теплоснабжения.
Чтобы компенсировать сложный рельеф местности система теплоснабжения поделена на несколько зон действия:
- Зона действия магистрали М1 до ПН-2 – от источника БТЭЦ-2 до ПН-2 в западной части города;
- Зона действия магистрали М2 до ПН-1 – от источника Пиковой котельной БТЭЦ-2 до ПН-1 в восточной части города
- Зона действия насосной станции ПН-1 – от ПН-1 до крайних потребителей в юго-восточной части города;
- Зона действия насосной станции ПН-2 – от ПН-2 до крайних потребителей в юго-западной части города.
Основная задача ПН-1 и ПН-2 – разделение системы теплоснабжения на несколько зон работы:
- Подъём теплоносителя на обратном трубопроводе из южной части города Березники до источников БТЭЦ-2 (и Пиковой Котельной БТЭЦ-2)
- Понижение давление на подающем трубопроводе для потребителей южной части города после ПН-1 и ПН-2.
Большая часть абонентов имеет зависимое присоединение к центральной системе отопления, из чего выходит рекомендуемое давление на выходе из потребителя не более 60 м.вод.ст. с целью обеспечения гидравлической безопасности и защиты внутреннего ТСО. Ниже приведены сравнительны графики работы центральной системы отопления г. Березники с работающими насосами на ПН-1 и ПН-2 и без них.
Как можно увидеть, область действия ПН-1 и ПН-2 приходится на район г. Березники, чьи геодезические отметки ниже центральной части города: разница между БТЭЦ-2 и самой низкой точкой в области действия ПН-1 – 22,7 м, ПН-2 – 23,7 м. Без учёта работы и дросселирующего оборудования на станциях давление в подающем трубопроводе для удалённых потребителей составит:
- для ПН-2 Р1 = 82 м.вод.ст и Р2 = 77 м.вод.ст;
- для ПН-1 Р1 = 87 м.вод.ст и Р2 = 85 м.вод.ст.
В результате для потребителей в области ПН-1 и ПН-2 без учёта работы насосной станции наблюдается низкий располагаемый на вводе, а также избыточный напор на подающем и обратном трубопроводах.
Также при работе ПНС Гидравлический расчёт (Наладочный и Поверочный) показал достаточную пропускную способность тепловой сети и отсутствие критических недопустимых параметров работы.
Определение высотных показателей и статического напора для зон действия источников
Чтобы определить какие потребители работаю не по нормативным параметрам, необходимо знать статический напор каждой зоны и его максимальные и минимальные высотные отметки (геодезическая высота в сумме с высотой здания). Можно сделать это двумя способами:
- С помощью инструмента «Поиск пути» ограничить каждую зоны, выделить потребителей входящих в каждую, и через «окно информации» потребителей с помощью запросов определить каждый из параметров;
- По пересечению слоя с сетями теплоснабжения и зон действия источников (продемонстрированных выше) создать SQL запрос и определить данные параметры.
Было решено использовать 2-ой вариант – создать запрос. Ниже представлен используемый запрос и его результаты:
SELECT
--Из слоя [Области действия ПН] выбираем одну из строк, по которой в дальнейшем будет происходить деление
a.[Источник теплоснабжения] as "Статическая напорная зона",
--Находим среднестатистическое значение статического напора в каждой из зон действия и округляем до первого знака после запятой
round(avg(b.[Статический напор, м]), 1) as " Средний статический напор, м.вод.ст.",
--Находим максимальное значение статического напора в каждой зоне действия
max(b.[Статический напор, м]) as " Максимальный статический напор, м.вод.ст.",
--Находим минимальное значение статического напора в каждой зоне действия
min(b.[Статический напор, м]) as " Минимальный статический напор, м.вод.ст.",
--Находим максимальное высотное значение в каждой зоне действия
max(b.[Геодезическая отметка, м] + b.[Высота здания потребителя, м]) as "Самая высокая напорная точка, м",
--Находим минимальное высотное значение в каждой зоне действия
min(b.[Геодезическая отметка, м] + b.[Высота здания потребителя, м]) as "Самая низкая напорная точка, м"
--Выбираем слои с сетями теплоснабжения и зоны действия источников/зон статического напора
FROM
[Области действия ПН] as a, [Сети существующие] as b
--Определяем объекты, откуда берём нужную информацию, в данном случае это потребитель, работающий
WHERE
b.typeid = 3
AND b.modeid = 1
--Тип пересечения используем следящий: в зоне действия должны содержаться выбранные объекты и слоя сетей теплоснабжения
AND a.geometry.stcontains(b.geometry)
--Группируем полученные данные по зона действия источников/зон статического напора, содержащиеся в базе данных слоя
GROUP BY
a.[Источник теплоснабжения]
Получаем следующий результат:
Статическая напорная зона | Магистраль М1 от источника до ПН-2 | Магистраль М2 от источника до ПН-1 | ПН-1 | ПН-2 |
---|---|---|---|---|
Средний статический напор, м.вод.ст. | 196,5 | 197,4 | 176,5 | 142,4 |
Максимальный статический напор, м.вод.ст. | 197,12 | 205,5 | 179,82 | 175,36 |
Минимальный статический напор, м.вод.ст. | 168,16 | 174 | 149,19 | 127,52 |
Самая высокая напорная точка, м | 204 | 212 | 178,64 | 175,91 |
Самая низкая напорная точка, м | 142,61 | 148 | 121,82 | 111,69 |
Статическая напорная зона | Магистраль М1 от источника до ПН-2 | Магистраль М2 от источника до ПН-1 | ПН-1 | ПН-2 |
---|---|---|---|---|
Разница между максимальным и минимальным статическим напором, м.вод.ст. | 28,96 | 31,5 | 30,63 | 47,84 |
Разница между самой высокой и низкой напорной точкой, м | 61,39 | 64 | 56,82 | 64,22 |
Разница между самыми высокими и низкими точками в каждой из зон выше 50 м. – весьма большой перепад высот. Разница с статическом напоре и высотными точками между зонами магистралей не очень высока, как и между зонами ПН, и в тоже время ощутимая для самих потребителей и оборудования на вводе. Чтобы лучше понимать ситуацию с перепадом высот необходимо понимать, расположение потребителей с ненормативными гидравлическими параметрами, а также рельеф местности.
Для этого необходимо построить изолинии, чтобы визуально понять ситуацию в городе. Для этого воспользуемся актуализированными «отметками уровня земли, м» проставленными на каждом из существующем «объекте» сети и на основании их построим рельеф, и на основании этого рельефа построим изолинии.
Имеем следующий результат:
Что можно понять из построенных изолиний и наложенных существующий сетей:
- Центр города располагается на возвышенности, а окраины располагаются в низменности;
- Обе части города (разделённые на магистрали М1 и М2) по тепловым сетям поднимают в самые высокие точки рельефа и также спускаются, создавая ситуацию, что одна и таже точка, от которой разветвляются магистральные сети поддерживает давление и в самое его высокой части и самой низкой – разница между высокими и низкими точками рельефа высока;
- ПН-1 и ПН-2 поднимают теплоноситель с самых низких точек системы теплоснабжения.
Данная проблема возникла в результате быстрого роста города и расширения сетей – мощности насосов на источниках тепловой энергии было достаточно для обеспечения потребителей, располагающихся на возвышенности, но излишняя сложность нивелировали весь результат, и в следствии чего в одной и той же точке магистральной сети существуют потребители с избытков давления на вводе в абонент и недостаток напора для заполняемости системы по обратному трубопроводу.
Определение потребителей с ненормативным значением гидравлических параметров
Чтобы определить потребителей с ненормативными гидравлическими параметрами, создадим несколько тематических раскрасок, для определения их на тепловых сетях и последующей визуализацией.
Первая раскраска для определения потребителей, давление на обратном трубопроводе у которых ниже высоты здания и дополнительного резерва в 5 м.вод.ст.
Следующая тематическая раскраска для потребителей, напор на обратном трубопроводе у которых ниже уровня статического напора и запаса в 5 м.вод.ст.
Как мы уже знаем, статический напор для каждой зоны разный и для большинства ситуаций разрешение проблем с ненормативными гидравлическими параметрами будет индивидуальный.
В результате имеем следующую картину по потребителям, у которых не выполняет условие заполняемости системы – давление в обратном трубопроводе ниже высоты здания и запаса в 5 м.вод.ст.
Как можно увидеть из данной картины потребители, у которых не соблюдается принцип заполняемости системы заполняемости, располагаются в наиболее высоких точках системы. Часть потребителей находится разрозненно, и данная проблема регулируется установкой на обратных трубопроводах регуляторов давления «до себя» с целью повышения уровня давления до требуемых параметров.
Часть потребителей располагается после ЦТП, в данном случае будет рекомендовано к рассмотрению изменению режимных карт данных ЦТП с изменением давления на выходе из насосных станций.
Теперь рассмотрим картину для потребителей, напор на обратном трубопроводе у которых ниже уровня статического напора и запаса в 5 м.вод.ст.
Как можно понять, картина существенно меняется и мало пересекается с предшествующей проблемой. В данном случае на участки магистральных сетей и зоны действия ЦТП накладывается факт, что в точке разветвления сети одна ветка поднимается по рельефу выше, другая опускается и разница между высотными точками становится существенной (как мы видели из Таблицы №2 – свыше 50 м.).
Решение проблемы ненормативного напора на абонентах тепловой энергии
Так как проблемы в целом являются результатом неудачной планировки трассировки сетей, разрешается эта ситуация следующим образом:
-
Увеличение располагаемого напора на источнике и понижение напора на обратном трубопроводе:
- БТЭЦ-2 (М1-М2) до 46 м.вод.ст в обратном трубопроводе, 63 м.вод.ст располагаемые напоры;
- Пиковая котельная БТЭЦ-2 (М2-М1) до 46 м.вод.ст в обратном трубопроводе, 62 м.вод.ст располагаемые напоры
- БТЭЦ-2 (М1-М2) после 40 м.вод.ст в обратном трубопроводе, 68 м.вод.ст располагаемые напоры;
- Пиковая котельная БТЭЦ-2 (М2-М1) после 43,62 м.вод.ст в обратном трубопроводе, 68 м.вод.ст располагаемые напоры.
- Корректировка напоров на ПН-1 и ПН-2 и регуляторах давления;
- Корректировка напоров на ЦТП, на которых установлены теплообменники;
- Корректировка напоров на ЦТП, на которых установлены насосы на обратном трубопроводе;
- Установка регуляторов давления «до себя» на обратных трубопровода в тех ответвлениях, где общие гидравлические изменения оказались недостаточны;
- Установка на потребителях дополнительного защитного оборудования там, где соблюдение всех условий нормативного давления в обратном трубопроводе по тем или иным причинам невозможны;
- Для абонентов по ул. Ломоносова для повышения давления выводе и соблюдения условия заполняемости по обратному трубопроводу был предусмотрен регулятор давления «до себя» в камере К-Л2-5.
- Для абонентов в целом по ул. Пятилетки был предусмотрен регулятор давления «до себя» в камере К-М4-28.
- Для абонентов, идущих вдоль ул. Гагарина, и в частности ул. Пятилетки предусмотрен регулятор давления «до себя» в камере К-Г-6.
- Для абонентов, идущих вдоль ул. Юбилейная, и в частности ул. Юбилейная 71, 69 и 69а был предусмотрен регулятор давления «до себя» в камере К-М1-16.
- Для потребителей ЦТП-28Б предусмотрен насос на обратном трубопроводе в районе самого строения ЦТП.
По итоговым расчётам и замерам, были приведены следующие изменения:
Наименование источника | БТЭЦ-2 | Пиковая котельная БТЭЦ-2 |
---|---|---|
Напор в подающем тр-де после корректировки, м | 250,689 | 250,18 |
Давление в подающем тр-де после корректировки, м | 109,509 | 113,17 |
Напор в подающем тр-де до корректировки, м | 251,18 | 250,627 |
Давление в подающем тр-де до корректировки, м | 110 | 113,617 |
Текущий напор в обратном тр-де на источнике после корректировки, м | 180,689 | 180,18 |
Давление в обратном тр-де после корректировки, м | 39,509 | 43,17 |
Текущий напор в обратном тр-де на источнике до корректировки, м | 187,18 | 186,627 |
Давление в обратном тр-де до корректировки, м | 46 | 49,617 |
Текущая нагрузка на отопление после корректировки, Гкал/ч | 143,97754 | 195,7121 |
Текущая нагрузка на вентиляцию после корректировки, Гкал/ч | 9,69119 | 9,11298 |
Текущая нагрузка на ГВС после корректировки, Гкал/ч | 24,23584 | 21,73598 |
Суммарная тепловая нагрузка после корректировки, Гкал/ч | 188,33283 | 274,07281 |
Текущая нагрузка на отопление до корректировки, Гкал/ч | 140,03385 | 170,58913 |
Текущая нагрузка на вентиляцию до корректировки, Гкал/ч | 10,28126 | 7,70923 |
Текущая нагрузка на ГВС до корректировки, Гкал/ч | 22,57224 | 20,98121 |
Суммарная тепловая нагрузка до корректировки, Гкал/ч | 189,02131 | 239,40532 |
Расход сетевой воды на СО после корректировки, т/ч | 2246,62 | 2848,65 |
Расход сетевой воды на СВ после корректировки, т/ч | 124,94 | 107,73 |
Расход сетевой воды на откр. ГВС после корректировки, т/ч | 0 | 4,24 |
Суммарный расход сетевой воды в под.тр. после корректировки, т/ч | 2381,805 | 3264,908 |
Расход сетевой воды на СО до корректировки, т/ч | 2181,3 | 2722,9 |
Расход сетевой воды на СВ до корректировки, т/ч | 132,64 | 97,72 |
Суммарный расход сетевой воды в под.тр. до корректировки, т/ч | 2325,449 | 3129,32 |
Наименование насосной станции | Давление в обратном тр-де за НС после корректировки, м | Давление в обратном тр-де перед НС после корректировки, м | Расход воды в обратном трубопроводе после корректировки, т/ч | Давление в обратном тр-де за НС до корректировки, м | Давление в обратном тр-де перед НС до корректировки, м | Расход воды в обратном трубопроводе до корректировки, т/ч |
---|---|---|---|---|---|---|
ПН-1 | 29,999 | 58,755 | -571,34 | 29,999 | 62,539 | -565,72 |
ПН-2 | 23,931 | 63,225 | -1883,82 | 29,001 | 69,787 | -1884,61 |
насос в ЦТП-23 | 39,499 | 43,213 | -73,56 | 33,999 | 47,012 | -75,26 |
насос в ЦТП8 | 46,999 | 45,269 | -69,59 | 36 | 45,19 | -67,75 |
насос в ЦТП11 | 47,999 | 50,874 | -42,84 | 41 | 50,846 | -42,81 |
насос в ЦТП12 | 43,999 | 41,258 | -69,25 | 36 | 41,232 | -68,97 |
насос в ЦТП13 | 39,499 | 40,842 | -108,27 | 33,999 | 40,774 | -107,73 |
насос в ЦТП18 | 42,999 | 42,17 | -36,63 | 32 | 42,317 | -40,21 |
насос в ЦТП27 | 51,999 | 57,151 | -80,25 | 53 | 57,099 | -77,12 |
После
После
Наименование дросселирующего узла | Камера | Диаметр эквивалентной шайбы, мм | Располагаемый напор до узла, м | Располагаемый напор после узла, м | Давление в обратном тр-де перед узлом, м | Давление в обратном тр-де после узла, м |
---|---|---|---|---|---|---|
РД-П Аксакова | К-А1-4 | 4,7 | 42,198 | 30,15 | 27,287 | 39,335 |
РД-П Гагарина | К-Г-6 | 34,31 | 33,84 | 24,635 | 29,106 | 38,311 |
РД-П Ломоносова | К-Л2-5 | 16,7 | 12,464 | 5,224 | 21,89 | 29,13 |
РД-П Пятилетки | К-М4-28 | 41,85 | 30,094 | 23,294 | 19,349 | 26,15 |
РД-П Щорса | К-А1-3-23 | 10,97 | 42,52 | 30,243 | 31,824 | 44,101 |
РД-П Юбилейная | К-М1-16 | 103,58 | 37,171 | 25,483 | 36,345 | 48,034 |
Также для индивидуальных потребителей с ненормативными гидравлическими параметрами были предусмотрены следующие решения:
Последовавшие изменения в гидравлике приведены на сравнительных пьезометрических графиках ниже. Также приведены основные характеристики дросселирующих узлов и насосной станции, которые были введены в качестве элементов корректировки и регулирования давления в сетях.
Наименование насосной станции | Номер источника | Способ задания насоса на обратном | Давление в обратном тр-де после узла, м | Давление в обратном тр-де перед узлом, м | Расход воды в обратном трубопроводе, т/ч |
---|---|---|---|---|---|
Перспективный НС ЦТП-28Б | 102 | Регулятор давления до насоса | 54.999 | 61.51 | -21.99 |
Последнее обновление — 23.03.2023 13:19:57