RUS  ENG 

Определение потребителей с ненормативными гидравлическими параметрами

21 марта 2023

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.

Схема теплоснабжения города Березники была разработана на основании исходных схем сетей теплоснабжения ЗАО «БСК» и ПАО «ТПлюс», топографических материалов и адресного плана города.

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:

  1. Зона действия магистрали М1 до ПН-2 – от источника БТЭЦ-2 до ПН-2 в западной части города;
  2. Зона действия магистрали М2 до ПН-1 – от источника Пиковой котельной БТЭЦ-2 до ПН-1 в восточной части города
  3. Зона действия насосной станции ПН-1 – от ПН-1 до крайних потребителей в юго-восточной части города;
  4. 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:

  1. 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;
  2. 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:

Таблица № 1 – Показатели напора гидравлических зон действия
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

Таблица №2 – Сравнительные значения показателей напора гидравлических зон действия
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:

    1. 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.
    2. Корректировка напоров на ПН-1 и ПН-2 и регуляторах давления;
    3. Корректировка напоров на ЦТП, на которых установлены теплообменники;
    4. Корректировка напоров на ЦТП, на которых установлены насосы на обратном трубопроводе;
    5. Установка регуляторов давления «до себя» на обратных трубопровода в тех ответвлениях, где общие гидравлические изменения оказались недостаточны;
    6. Установка на потребителях дополнительного защитного оборудования там, где соблюдение всех условий нормативного давления в обратном трубопроводе по тем или иным причинам невозможны;

    По итоговым расчётам и замерам, были приведены следующие изменения:


    Таблица №3 Гидравлические характеристики Источников до корректировки и после
    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

    Таблица №4 Гидравлические характеристики насосных станций до корректировки и после
    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:

    • 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.

    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.


    Таблица 7 Основные параметры насоса на обратном трубопроводе ЦТП-28Б
    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


Возврат к списку

Последнее обновление — 23.03.2023 13:19:57