Главная >  Документация 

 

Самокомпенсирующиеся трубные секции заводского изготовления представляют собой законченные модули, при необходимости легко заменяемые, из которых высокомеханизированными методами монтируется теплопров. Потапенко А.Н., канд. техн. наук, проф.,

 

Яковлев А.О., ассистент

 

Белгородский государственный технологический

 

университет им. В.Г. Шухова

 

Актуальными являются задачи, связанные с модернизацией источников, а также с повышением эффективности транспортировки, распределения и потребления тепловой энергии.

 

Энергетическое обследование котельных в регионе показало, что в городах-спутниках, находящихся вблизи промышленных центров, они строились с завышенной мощностью. Это было связано с учетом перспективного роста населения этих городов. Однако этого не произошло, в связи с известными процессами в развитии страны. Рассмотрим на примере одного из таких городов-спутников (г. Новый Оскол) его котельную и гидравлический режим работы тепловых сетей.

 

Максимальная нагрузка потребителей города составляет 25 Гкал/ч. В городской котельной расположены 3 котла с установленной мощностью одного котла 20 Гкал/ч.. Для обеспечения заданных параметров в тепловых сетях включены параллельно 2 сетевых насоса типа “ЦН”. Они создают расход от 730 м3/ч (G0) и выше. При работе одного котла типа “КВГМ” через него проходит теплоноситель с расходом около 245 м3/ч, а через линию подмеса с учетом G0 соответственно – 485 м3/ч. Это приводит к тому, что, например, при температуре теплоносителя на выходе из котла Tk=128 0C, температура в подающей магистрали Tп=69 0C. Следовательно, для обеспечения температурного графика работы тепловой сети затрачивается количество газа значительно больше нормы.

 

При этом важно отметить, что гидравлический режим тепловой сети при работе двух сетевых насосов с расходом G0  имеет следующие особенности. Давление на выходе из котельной в подающем трубопроводе Pпk=0,72 МПа, в обратном трубопроводе Pоk=0,28 МПа. При этом давление в магистралях на центральную часть города соответственно составляет в подающем трубопроводе Pп1=0,56 МПа, в обратном трубопроводе Pо1=0,50 МПа. Исходя из этих данных перепад давления на центральную часть города соответственно составляет DР=Pп1-Pо1=0,06 МПа, что явно недостаточно для нормальной работы индивидуальных тепловых пунктов центральной части города с существующими нерегулируемыми водоструйными элеваторными узлами.

 

При проведении экспериментальных исследований в г. Новый Оскол применялись следующие основные приборы для энергетического обследования тепловых сетей города: термометр инфракрасный RAYNGER ST (RAY ST60), ультразвуковой толщиномер Sonagage II, ультразвуковой расходомер жидкости Portaflow 300, манометр МТП - 100.

 

На рис. 1 представлена укрупненная технологическая схема тепловых сетей г. Новый Оскол, на которой введены следующие обозначения: ТК1 – технологическая камера на выходе из котельной, ТК4 – технологическая камера, из которой выходят магистрали теплосетей на центральную часть города и микрорайон по ул. Белгородской, ТК10 –технологическая камера, из которой выходят магистрали теплосетей на центральную часть города, A, B, C, D, E – обозначения центральных магистралей теплосетей, от которых происходит распределение тепловой энергии потребителям (частный жилой сектор, многоэтажные дома и др.), Д142 и Д37 – концевые многоэтажные дома соответственно на магистралях теплосетей A и D, также на основных магистралях теплосетей приведены технологические параметры и давления на концевых участках.

 

Экспериментальные исследования проводились в переходные периоды отопительного сезона и при этом были получены следующие результаты, приведенные в табл. 1.

 

Таблица 1.

 

Результаты обследования тепловых сетей основных потребителей

 

На выходе котельной (до ТК1)

 

Центральная часть города (ТК10)

 

М-н  по ул. Белгород-ская (ТК4)

 

М-н Северный

 

(ТК1, А -магистраль)

 

Tп,0C

 

55,6

 

54,2

 

54,7

 

55,0

 

Tо,0C

 

47,4

 

42,0

 

44,3

 

48,8

 

T,0C

 

8,2

 

12,2

 

10,4

 

6,2

 

трубопро-водов, мм

 

426

 

325

 

273

 

325

 

Толщина трубопро-водов, мм

 

7,5

 

6

 

5,5

 

5,7

 

Расход теплоноси-теля, м3/ч

 

730

 

283

 

123

 

245

 

Максимальная тепловая нагрузка котельной составляет 25 Гкал/ч, по основным потребителям города следующая: центральная часть города – 15,5 Гкал/ч, микрорайон Северный – 3,185 Гкал/ч и микрорайон по ул. Белгородской – 2,809 Гкал/ч.

 

Результаты обследования тепловых сетей показали, что в переходные периоды отопительного сезона тепловая мощность по магистралям теплосетей основных потребителей следующая: центральная часть города – 3,453 Гкал/ч, микрорайон Северный – 1,519 Гкал/ч и микрорайон по ул. Белгородской – 1,279 Гкал/ч. Следует отметить, что суммарная тепловая мощность по магистралям теплосетей основных потребителей с точностью до 5% совпадает с тепловой мощностью на выходе котельной.

 

Анализ результатов в относительном выражении показывает, что согласно максимальной тепловой нагрузки соотношения по основным потребителям с учетом их общей нагрузки в 21,494 Гкал/ч следующие: центральная часть города – 0,72, микрорайон Северный – 0,15 и микрорайон по ул. Белгородской – 0,13. При этом в переходные периоды отопительного сезона соотношения тепловой мощности по магистралям теплосетей основных потребителей следующие: центральная часть города – 0,55, микрорайон Северный – 0,24 и микрорайон по ул. Белгородской – 0,21. Из сравнительного анализа следует, что по соотношениям тепловой мощности по магистралям теплосетей основных потребителей центральная часть города недополучает энергии, а по микрорайонам города идет существенный ее перерасход.

 

Для анализа процессов магистральных тепловых сетей в реальном времени необходимо использовать автоматизированную систему мониторинга в составе автоматизированной системы диспетчерского управления котельной.

 

На рис. 2 представлена функциональная схема автоматизированной системы мониторинга в составе многоуровневой автоматизированной системы диспетчерского управления (АСДУ) котельной. За основу для разработки АСДУ приняты работы [1-3], а при построении автоматизированной системы мониторинга магистральных тепловых сетей [4,5].

 

На верхнем уровне АСДУ расположено автоматизированное рабочее место (АРМ) диспетчера, состоящее из персонального компьютера и SCADA-программного обеспечения. В АСДУ предусмотрены возможности наблюдения за работой котельной, регулирования работы энергохозяйства, получения информации для анализа и выработки рекомендаций по управлению процессами магистральных тепловых сетей с любого компьютера локальной сети с целью экономии энергоресурсов.

 

На АРМ диспетчера функционируют следующие программные модули: среда для программирования контроллеров среднего уровня, среда разработки и среда выполнения InTouch, сервер ввода-вывода Modbus и программное обеспечение, позволяющее публиковать информацию о функционировании АСДУ в Интернет. Взаимодействие между программными компонентами (см. рис. 2) осуществляется по протоколу DDE. С любого компьютера локальной сети и вне ее можно обратиться за информацией о состоянии котельной и технологических камер магистральных тепловых сетей, используя протокол передачи гипертекста HTTP. Помимо этого, в АСДУ предусмотрен программный модуль автоматической системы для оповещения главных специалистов по указанным телефонным номерам и сигнализацию о нештатных и аварийных режимах работы котельной и объектов тепловых сетей. Обмен между средним и верхним уровнем осуществляется по протоколу Modbus.

 

Список литературы

 

1. Соколов М., Цветков Л. Автоматизированная система управления водогрейными котлами КВГМ-100 тепловой станции // Современные технологии автоматизации. - 2002. - №1. – С. 16-19.

 

2. Потапенко А.Н., Белоусов А.В., Потапенко Е.А. Вопросы эффективности и особенности развития АСДУ распределенными энергосистемами зданий образовательного назначения // Энергоэффективность: Опыт, проблемы, решения. – 2003. - №3. - С. 58-67.

 

3. Потапенко А.Н., Белоусов А.В., Потапенко Е.А. АСДУ образовательных учреждений // Энергоэффективность: Опыт, проблемы, решения». – 2004. - №3. - С. 60–65.

 

4. Перминов А. Использование различных приборов учета энергоресурсов в единой системе сбора данных // Современные технологии автоматизации. - 2005. - №1. – С. 48-51.

 

5. Потапенко Е.А., Воробьев Н.Д., Потапенко А.Н. Мониторинг систем отопления в составе автоматизированной системы диспетчерского управления // Известия ВУЗов. Проблемы энергетики. – 2003. - №5-6. – С. 120 -123.

 

 

Применение труб с непрерывным компенсатором дает заметный эффект при изготовлении труб, укладке их на местности и, главным образом, в процессе эксплуатации труб. Основной эффект – самокомпенсация продольной деформации трубы от изменений температуры и других осевых воздействий. Повышается способность труб следовать рельефу местности, а в плане - располагаться по кратчайшей линии. При использовании усилений появляется возможность применения тонколистовой термически обработанной стали в качестве материалов для труб и навивки. Наконец, экономический эффект повышения надежности теплопровода, работающего в условиях значительных перепадов температуры, благодаря снятию опасных продольных напряжений.

 

При эксплуатации теплопровода из СК труб благодаря наличию винтовых гофров обеспечивается равномерная по длине трубы компенсация температурных деформаций.

 

Самокомпенсирующиеся трубные секции заводского изготовления представляют собой законченные модули, при необходимости легко заменяемые, из которых высокомеханизированными методами монтируется теплопровод, укладываемый непосредственно в грунт (рис. 1).

 

Рис. 1. Самокомпенсирующаяся трубная секция:

 

1 – стальная труба; 2 – антикоррозионный слой; 3 – теплоизоляционный слой;

 

4 – слой механической защиты и гидроизоляции; 5 – винтовой сварной шов

 

При закреплении концов прямолинейного участка из СК труб любой протяженности положение теплопровода условно фиксируется по всем винтовым линиям трубы, расположенным посередине гофрированных и гладкостенных участков. Гофр, являясь гибким элементом, компенсирует удлинение участка трубы в пределах шага винтовой линии.

 

Расчеты, выполненные специалистами ВНИПИэнергопрома при проектировании тепловых сетей из труб со спиральными гофрами, показали, что при сжатии или растяжении труб в спиральном гофре появляется крутящий момент, вызывающий поворот трубы вокруг своей оси. Поэтому в проектах теплопроводов пришлось предусмотреть защемление концов труб в массивных неподвижных опорах. Однако, по данным Института электросварки им. Е. О. Патона [1], защемление труб приводит к снижению их компенсирующей способности в 6,5 8,5 раз и двукратному увеличению жесткости. Способ прокладки теплопроводов из труб со спиральными гофрами, при котором концы труб не требуют защемления, разработан в Ленинградском филиале Энергомонтажпроекта [2]. Сущность этого способа состоит в следующем. Теплопровод сваривается из четного количества труб равной длины, причем трубы стыкуются так, чтобы спиральные гофры справа и слева от стыка имели противоположное направление (т. е. если справа от стыка гофры расположены по часовой стрелке, то слева – против и наоборот).

 

В этом случае при сжатии или растяжении труб их линейные деформации компенсируются в промежутках между сварными стыками, а концы труб не вращаются, следовательно, отпадает необходимость в их защемлении. Это дает возможность применять при сооружении тепловых сетей стандартные неподвижные опоры, используемые при прокладке гладкостенных труб с компенсаторами, и принимать в расчетных схемах концы труб свободными от защемления. В местах сварных стыков теплопровода предусматривается установка скользящих или катковых опор, которые обеспечивают разгрузку труб от собственной массы и массы рабочей среды (пара или воды) и, вместе с тем, не препятствуют повороту стыка при сжатии или растяжении спиральных гофров. При нагреве гофры сжимаются и сварные стыки труб закручиваются на некоторый угол. Если же теплопровод остывает, они поворачиваются в обратную сторону на тот же угол.

 

Автором был предложен способ прокладки теплопроводов, когда спирально-гофрированные трубы, отличающиеся повышенной компенсирующей способностью, можно применять совместно с гладкостенными [3]. Для этого в теплопровод вваривается участок из двух труб одинаковой длины со спиральными гофрами. Длина участка l1, м, выполняющего роль компенсатора, зависит от расстояния между неподвижными опорами L и температуры теплоносителя и определяется по формуле:

 

где: a - коэффициент линейного расширения материала труб, мм/(м 0С); Dt – разность между температурой теплоносителя и окружающей среды в момент монтажа, 0С; DТ – компенсирующая способность спирально-гофрированной трубы.

 

При монтаже компенсатор из труб со спиральными гофрами может быть растянут на величину, соответствующую компенсирующей способности при сжатии, что позволяет вдвое увеличить общую компенсирующую способность. Институтом электросварки им. Е. О. Патона и Рижским отделением Всесоюзного института «Теплоэлектропроект» предложен [4] метод предварительного напряжения самокомпенсирующих труб с пониженной продольной жесткостью, снабженных или винтовыми, или кольцевыми гофрами, при помощи высоконапорной среды – воды, воздуха, газа – с давлением, меньшим испытательного. Величина внутреннего давления Р для предварительного напряжения трубы:

 

где: a - температурный коэффициент расширения материала трубы; Dt – перепад температуры, 0С; Е - модуль упругости материала, Па; d - толщина стенки трубы, мм; R – внутренний радиус трубы, мм; k – коэффициент снижения продольной жесткости.

 

Коэффициент k показывает, во сколько раз удлинение трубы с кольцевыми или винтовыми гофрами больше удлинения такой же обычной гладкой трубы и k=20 30.

 

Однако, поскольку спирально-гофрированные трубы обладают большей жесткостью, чем сильфонные и другие компенсаторы, применяемые обычно для растяжки приспособления в данном случае не годятся. Монтажную растяжку рекомендуется выполнять при гидравлических испытаниях, когда компенсатор растягивается в результате роста давления воды на заглушку. Для этого достаточно один из концов не закреплять в неподвижной опоре.

 

После введения предварительного нагружения напряженно-деформированное состояние защемленного теплопровода будет иметь значения, приведенные в табл. 1.

 

Усилия и крутящий момент, действующие на неподвижные опоры при этом приведены в табл. 2.

 

Табл. 2

 

Нагрузка

 

Усилия, тн

 

Крутящий момент, тн/м

 

Без учета предварительного напряжения

 

0

 

- 8,1

 

С учетом предварительного напряжения

 

-28,0

 

-15,0

 

Компенсатор из спирально-гофрированных труб – самый дешевый из всех известных конструкций аналогичного назначения. Он может серийно изготавливаться на трубопрокатных заводах. Он прост в обслуживании, не требует устройства специальных камер, необходимых при использовании компенсаторов других типов, хорошо приспособлен для выполнения тепло- и гидроизоляционных защитных покрытий.

 

Применение труб с непрерывным компенсатором дает заметный эффект при изготовлении труб, укладки их на местности и, главным образом, в процессе эксплуатации теплопроводов. Основной эффект – самокомпенсация продольной деформации труб от изменений температуры и других осевых воздействий. Повышается способность теплопроводов следовать рельефу местности, а в плане располагаться по кратчайшей линии. При использовании усилений появляется возможность применения тонколистовой термически обработанной стали в качестве материалов для труб и навивки. Наконец, экономический эффект повышения надежности теплопровода, работающего в условиях значительных перепадов температуры, благодаря снятию опасных продольных напряжений.

 

Литература

 

1. Временные указания по проектированию самокомпенсирующихся труб для тепловых сетей. - М.: 1985. - 35 с.

 

2. Авторское свидетельство СССР № 875173 МКИ F16L53/00.

 

3. Ильин В. В., Шабарова Н. И., Шаповал А. Ф. Новая технология сооружения трубопроводов тепловых сетей из гофрированных гладких самокомпенсирующихся труб. Природные промышленные и интеллектуальные ресурсы Тюменской области. Научно-техническая конференция. - Тюмень, 1997. - с. 167-168.

 

4. Патон Б. Е., Новиков В. И., Лось А. О. и др. Способ бескомпенсаторной прокладки трубопроводов. Авт. свид. СССР № 11617694; кл. 16 21/00, 1985.

 

 

Необходимая составляющая защитной конструкции теплопровода в любой системе централизованного теплоснабжения тепловые сети являются наиболее металлоемким и наименее надежным элементом. известно, что ос. Проект 2: установка котельной, работающей на биотопливе, для поставки тепла в централизованную отопительную систему в посёлок верхнетуломский. в настоящее время заканчиваются монтажно-наладочные работ. Паровые котлы дквр-20-13, предназначенные для работы в промышленных и отопительных котельных, выпускались с 1961 г. бийским котельным заводом (ныне оао «бикз»). всего было выпущено около четырех тысяч. В результате сложившейся ситуации подпитка тепловой сети в декабре 2002 г. с наступлением холодов достигла 500 м3/ч и более, что еще более усугубило неблагоприятную ситуацию с теплоснабжением микрорай. - эп предприятия [2]; -  эп здания ;.

 

Главная >  Документация 


0.0036