Защита от повышенного давления в системе отопления

Журнал «Новости теплоснабжения», № 3, (19), март, 2002, С.22 – 25, www.ntsn.ru

Мартынов С.М., государственный инспектор, ГУ «Брянскгосэнергонадзор»

Из опыта эксплуатации крупных систем теплоснабжения (СТ), которые оснащены большим объемом запорной арматуры, насосного оборудования, а так же имеющих большую протяженность сетей и высокое гидравлическое сопротивление, известны трудности при обеспечении высокой степени их надежности. В частности, это относится как к крупным квартальным или районным котельным, так и к присоединенным сетям и системам теплопотребления. В таких СТ существует высокая вероятность возникновения аварийных либо переходных гидравлических процессов, характеризуемых колебаниями либо повышением давления сетевой воды, значения которых выходят за пределы допустимых значений прочностных характеристик оборудования и сетей. Подобные процессы возможны и в СТ невысокой мощности и протяженности, и кроме того могут иметь характер гидравлического удара. Степень же надежности проектируемых и, в большей степени эксплуатируемых СТ, является одним из важнейших факторов при осуществлении договорных отношений между теплоснабжающими организациями (ТСО) и потребителями тепловой энергии.

Отсутствие в составе СТ специализированных устройств защиты от названных явлений в значительной степени усугубляет аварийную ситуацию, приводит к цепному характеру ее распространения и серьезным последствиям для системы теплоснабжения, таким как:

— повреждение тепломеханического оборудования источников теплоснабжения;

— разрыв сетевых трубопроводов с затоплением помещений источников теплоснабжения, выводом из строя электрооборудования и потерей собственных нужд;

— прекращение теплоснабжения объектов ЖКХ и социальной сферы, предприятий, влекущее с серьезные социальные последствия и нанесение материального ущерба;

— разрыв отопительных приборов внутренних систем теплопотребления с затоплением помещений.

Подобные инциденты могут сопровождаться травматизмом обслуживающего персонала ТСО и третьих лиц.

Нарушения нормального гидравлического режима СТ имеют следующие технические причины:

— аварийные отключения сетевых и подпиточных насосов ТСО;

— закрытие (открытие) регуляторов, запорной, предохранительной и обратной арматуры на источниках теплоснабжения, в тепловых сетях и в тепловых пунктах потребителей (причем разрывы коррозионно-ослабленных трубопроводов могут происходить даже в случае плановых переключений в тепловых схемах, при перепуске насосов, уменьшении или увеличении подпитки сети);

— вскипание воды в котлах и оборудовании ТСО;

— разрывы магистральных сетевых трубопроводов.

В зависимости от инерционности системы трубопроводов и характеристик возмущения переходные гидравлические режимы можно подразделить на условно-стабильные и на гидравлические удары. Обе разновидности могут носить характер затухающего колебательного процесса.

Последние отличаются высокими значениями мгновенных давлений, высокой скоростью нарастания и спада давления (т.е. динамическим воздействием на оборудование) и высокой скоростью распространения. Вероятность гидравлического удара в СТ выше с увеличением длин и диаметров трубопроводов, а так же при оснащении СТ такими устройствами, отказ или срабатывание которых приводит к быстротечному знакопеременному изменению скорости теплоносителя (в т.ч. локальному), нарушению неразрывности потока, локальному понижению давления с достижением температуры кипения, вскипанию и последующей конденсации теплоносителя. Кроме того, величина скачкообразного приращения давления и скорость распространения ударной волны, вызванной гидроударом, находятся в пропорциональной зависимости от скорости и расхода теплоносителя в трубопроводе, а так же от степени упругости материала трубопровода.

Условно-стабильные режимы характеризуются монотонными нарушениями стационарного гидравлического режима, при которых скорость изменения (в т.ч. нарастания) давления невысока. Подобные режимы наиболее часто являются следствием операций с регулирующими клапанами, закрытия или открытия арматуры с электроприводом.

Кроме того, СТ обладают следующей особенностью: существует значительный разброс допустимых давлений для оборудования и трубопроводов, установленных в ТСО, тепловых сетях и системах теплопотребления. Например, системы теплопотребления, укомплектованные чугунными радиаторами, имеют допустимое давление 0,6 МПа и присоединены по зависимой схеме к тепловым сетям, имеющим допустимое давление 1,6 МПа. А эта разница обусловливает необходимость применения защиты от повышения давления, так как колебания последнего, возникающие, к примеру при отключении сетевых насосов, недопустимы для такой отопительной системы.

Таким образом, учитывая вероятность возникновения названных аварийных режимов необходимо разработать принципы практического применение для СТ комплекса работ по расчету параметров переходных гидравлических процессов и режимов, выявлению необходимости оснащения системы специальными устройствами защиты с определенными характеристиками (быстродействие; пропускная способность; простота в настройке и эксплуатации; стоимость). Следует сделать вывод, что приступать к проектированию и монтажу защитных устройств рационально только после проведения анализа гидравлического режима СТ.

Помимо технических проблем существуют и организационные. Заключаются они в необходимости разграничения степени ответственности субъектов теплоснабжения единой СТ, по соблюдению требований НТД, которые регламентируют предельные отклонения параметров и объем оснащения элементов СТ устройствами автоматики, регулирования и защиты, а так же договорных обязательств сторон по качеству тепловой энергии, в т. ч. и в аварийных ситуациях. Такие вопросы необходимо решать в порядке, определяемом Гражданским кодексом РФ (гл. 6 «Энергоснабжение»). Действующие же НТД предписывают установку специальных защитных устройств на всех элементах единой СТ, что вызывает многочисленные споры на всех стадиях взаимоотношений субъектов теплоснабжения:

· разработка проектов;

· выдача технических условий на присоединение систем теплопотребления;

· заключение договоров теплоснабжения;

· подготовка к ОЗП и получение акта готовности к эксплуатации систем теплопотребления;

· расследование технологических нарушений;

· определение долей ущерба, подлежащего погашению различными ведомствами.

Юридические взаимоотношения между субъектами теплоснабжения регламентируются следующими основными документами: Гражданским кодексом РФ, часть 2-я, в основном главой 6 «Энергоснабжение», а также договорами теплоснабжения, исходя из которых, требования, учитываемые при решении вопросов по защите оборудования СТ от недопустимого повышения давления теплоносителя, таковы:

· надежность теплоснабжения, т.е. глубина и длительность ограничений, а также количество и длительность отключений;

· качество тепловой энергии, т.е. взятое ТСО обязательство выдерживать на границе балансовой принадлежности (или эксплуатационной ответственности) с потребителем оговоренных в договоре параметров: минимального перепада давления в подающем и обратном трубопроводах при давлении в подающем трубопроводе не более оговоренного значения; давления в обратном трубопроводе в пределах , удовлетворяющих по условиям прочностных характеристик оборудования потребителя и обязательном заполнении теплопотребляющих установок (ТПУ) потребителя и др.;

· требования к режимам теплопотребления, т.е. соблюдение потребителем обусловленных договором максимального часового расхода теплоносителя в подающем трубопроводе, максимального часового расхода теплоносителя, не возвращенного абонентом в тепловую сеть ТСО (в т.ч. несанкционированный водоразбор) и др.

В случае если в договоре теплоснабжения не отображены обязательства сторон по качеству тепловой энергии и режимам теплопотребления, могут быть приняты требования действующих НТД, устанавливающих допускаемые пределы отклонений указанных выше параметров. В соответствии требований п. 4.11.8 «ПТЭ электрических станций и сетей РФ» (ПТЭ) на каждом источнике теплоснабжения «должна быть предусмотрена защита обратных трубопроводов от внезапного повышения давления», при этом должно быть обеспечено поддержание заданного давления на всасывающей стороне сетевых насосов в рабочем режиме тепловой сети и при останове сетевых насосов. Эксплуатационный режим работы СТ определяется требованиями п. 4.11.1 и п. 4.12.38 ПТЭ, в которых оговорены пределы отклонения давления в рабочем режиме. Кроме того, п. 4.12.36 и 4.12.39 определяют требования к качеству тепловой энергии в случае отсутствия таковых в договорах теплоснабжения. Пункт 4.12.40 ПТЭ содержит также требования по необходимости оснащения тепловых сетей «специальными устройствами, предохраняющими систему теплоснабжения от гидроударов при аварийном прекращении электроснабжения сетевых и перекачивающих насосов». Таким образом, ПТЭ не допускают отклонений давления сетевой воды в статических и переходных режимах во всех точках подающих и обратных трубопроводов, для всех видов оборудования по тракту сетевой воды вне зависимости от места нахождения оборудования и, соответственно, его балансовой принадлежности.

«Правила эксплуатации теплопотребляющих установок и тепловых сетей потребителей» (п. 2.2.17); СНиП 2.04.07-86 «Тепловые сети» (п. 12.14); СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов» (п.п.3.5; 4.47) так же требуют безусловной установки на тепловых пунктах потребителей автоматических устройств, которые в т.ч.: «должны обеспечивать… заданное давление в обратном трубопроводе… защиту систем теплопотребления от повышенного давления и температуры воды в случае превышения допустимых предельных параметров». «Правила и нормы технической эксплуатации жилищного фонда» (1998г.) изд. п.п. 5.1.5 и 5.2.15 так же устанавливают требования к ТСО в части выдерживания параметров теплоносителя и недопустимости повышения давления.

Обобщая сказанное, можно сделать вывод: каждый элемент единой СТ (источник тепла, тепловые сети, системы теплопотребления) должен быть оборудован специальными устройствами защиты от недопустимого повышения (колебания; изменения ) давления теплоносителя, обеспечивающими поддержание заданного давления на границах эксплуатационной ответственности субъектов теплоснабжения при внезапных изменениях гидравлического режима, вызванных оборудованием данного элемента СТ. То есть, устройства защиты должны обеспечить поддержание давления в допустимых предел

Источник

Надежное и эффективное теплоснабжение населенных пунктов и промышленных предприятий может быть обеспечено, в первую очередь, при условии минимизации рисков негативного воздействия на здоровье людей (обслуживающего персонала и населения), а также исключения случаев прекращения или перерывов подачи потребителям тепловой энергии, уничтожения или порчи имущества юридических и физических лиц при аварийных ситуациях.

Одним из существенных факторов, влияющих на безопасность и надежность теплоснабжения, является обеспечение защиты трубопроводов и оборудования водоподогревательных установок источников тепловой энергии, тепловых сетей и потребителей тепловой энергии от гидравлических ударов, а также от повышения давления сетевой воды сверх допускаемых значений.

Гидравлические удары в системах теплоснабжения возникают при отключении под нагрузкой сетевых или перекачивающих насосных групп вследствие отказов электроснабжения, при ошибочном закрытии запорной и регулирующей арматуры, а также при повторной конденсации вскипевшего теплоносителя по причине резких колебаний давления в системе теплоснабжения. Согласно статистическим данным, в течение года происходит 10 и более случаев потери электроснабжения собственных нужд на ТЭЦ и крупных котельных по Российской Федерации. Значительно чаще происходят отказы электроснабжения подкачивающих насосных станций, групп сетевых и подпиточных насосов источников тепловой энергии. Также нередки случаи несанкционированных действий персонала или посторонних лиц, приводящие к подобным аварийным ситуациям.

Аварии, вызванные гидравлическими ударами, могут сопровождаться разрушением сетевого оборудования источника тепловой энергии, теплопроводов, массовыми разрывами отопительных приборов потребителей, что приводит к порче имущества, ожоговому травматизму людей и, как правило, к длительному прекращению теплоснабжения, а в период стояния низких температур наружного воздуха – часто к невозможности восстановить теплоснабжение вплоть до потепления с тяжелейшими социальными последствиями. Разрывы сетевых станционных трубопроводов нередко приводят к затоплению сетевой водой источника тепловой энергии со стороны тепловых сетей с «посадкой на ноль».

Такие аварии имели место в различных городах России и сопровождались ожоговым травматизмом персонала и населения, приводили к серьезным материальным ущербам, социальным последствиям и в разные годы происходили в гг. Белгороде, Владивостоке, Ижевске, Москве, Новочебоксарске, Чебоксарах, Петропавловске-Камчатском, Саратове, Сургуте, Сызрани, Томске, Улан-Удэ, Электростали Московской обл. и ряде других городов России, многии из которых широко освещались в средствах массовой информации.

Основные требования по защите оборудования источников тепловой энергии, тепловых сетей, систем теплопотребления от недопустимых изменений (повышения и понижения) давления устанавливаются требованиями обязательных нормативно-технических документов:

— СНиП 41-02-2003 «Тепловые сети» пункт 8.18: регламентирует для систем теплоснабжения с присоединенной нагрузкой 100 Гкал/ч и более обязательность комплексной проработки систем защиты, предотвращающей возникновение гидравлических ударов и недопустимых давлений в оборудовании водоподогревательных установок источников теплоты, в тепловых сетях, системах теплоиспользования потребителей;

— СП 124.13330.2012 «Свод правил Тепловые сети Актуализированная редакция СНиП 41-02-2003» пункт 8.19: «При проектировании СЦТ следует определять необходимость комплексной системы защиты, предотвращающей возникновение гидравлических ударов, недопустимых давлений и вскипания сетевой воды в оборудовании водоподогревательных установок источников теплоты, в тепловых сетях, системах теплоиспользования потребителей. В подкачивающих насосных станциях следует устанавливать на обводной линии, соединяющей напорные и всасывающие коллекторы, обратный клапан, диаметром, равным диаметру подходящего к насосной станции трубопровода. Отказ от выполнения защитных мероприятий должен быть обоснован расчетными или экспериментальными исследованиями»;

— «Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ» п.4.11.8, п.4.12.40, «Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок» п.5.1.14, п.6.2.62, СП 124.13330.2012 «Свод правил Тепловые сети Актуализированная редакция СНиП 41-02-2003» пункт 15.6 – устанавливают обязательность предварительной проверки опасности для оборудования всех элементов системы теплоснабжения (источника тепловой энергии, тепловых сетей, потребителей) возникающих гидравлических ударов и колебаний давления при отключении под нагрузкой сетевых и подкачивающих насосов, и в случае опасности – предусматривать установку подпиточно-сбросных устройств, при этом производить проверку возможности снижения давления с обеспечением невскипания сетевой воды и повторной конденсации теплоносителя, обеспечивать запрет повторного пуска (самозапуска, пуска по АВР) отключаемых насосов;

— «Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок» п.9.1.1 и п.9.1.42, а также СП 124.13330.2012 «Свод правил Тепловые сети Актуализированная редакция СНиП 41-02-2003» пункт 15.14 – предписывают установку защитных устройств на тепловых пунктах (центральных и индивидуальных).

— «Методические указания по проведению испытаний источников тепловой энергии и тепловых сетей в системах централизованного теплоснабжения при нестационарных гидравлических режимах их работы» СО 34.20.365-98 (РД 153-34.1-20.365-98) – устанавливают классификацию систем теплоснабжения по степени сложности для выполнения специальных работ по определению параметров нестационарных гидравлических режимов, указывают способы определения параметров нестационарных режимов, рекомендуют последовательность и состав работ при выборе защитных мероприятий и их реализации.

ООО «Центр Тепловидения» выполняет:

Экспериментальное (на основе специальных испытаний) или расчетное (на базе компьютерного моделирования) определение параметров нестационарных гидравлических режимов и гидравлических ударов в системах теплоснабжения любой сложности
Анализ возможных аварийных ситуаций в системе теплоснабжения с выдачей обоснованного расчетными и/или экспериментальными исследованиями Технического заключения об опасности или отсутствии опасности аварийных нестационарных гидравлических режимов для оборудования всех элементов системы теплоснабжения
Разработка защитных мероприятий от повышения давления и гидроударов, в том числе при вскипании теплоносителя и его повторной конденсации: динамических способов защиты – дополнительных блокировок, АВР и др., специальных сбросных защитных устройств (при необходимости) с взаимоувязкой их действия с другими технологическими защитами и средствами авторегулирования, а именно:
- принципиальные схемы автоматизации и защиты с применением гидравлических (без использования внешних источников энергии) и электрогидравлических автоматических систем регулирования и защиты
- типы и места установки защитных устройств на источниках тепловой энергии, в тепловых сетях, в системах теплопотребления
- расчетные объемы и продолжительность сброса теплоносителя
- рекомендуемые значения уставок регуляторов и защит
- обоснование и уточнение показателей качества теплоснабжения в части допускаемых значений давления сетевой воды в точках поставки тепловой энергии и теплоносителя — на границах балансовой принадлежности (эксплуатационной ответственности) теплоснабжающих и теплосетевых организаций с указанием опасных зон в системе теплоснабжения и предельных значений давления теплоносителя в этих зонах для включения в договоры теплоснабжения (на услуги по передаче тепловой энергии)
- локальные защитные мероприятия для отдельных абонентов в соответствии с п.9.1.1 и п.9.1.42 «Правил технической эксплуатации тепловых энергоустановок»
- варианты организации закупки и/или изготовления специальных защитных устройств с указанием их производителей (поставщиков)
- Согласование разработанных мероприятий Заказчиком

Результаты работы ООО «Центр Тепловидения» являются основой для разработки Технического задания на проектирование и собственно проекта системы защиты от повышения давления сетевой воды и гидравлических ударов в СЦТ в целом или на ее локальных элементах (источнике теплоты, подкачивающей насосной станции, группы потребителей тепловой энергии, центральном или индивидуальном тепловом пункте).

ООО «Центр Тепловидения» при необходимости консультирует эксплуатирующую, проектную организацию по всем вопросам, связанным с разработанными защитными мероприятиями, проводит анализ разработанного проекта в части полноты реализации защитных мероприятий, участвует в согласовании и приемке разработанного проекта, проведении экспертизы промышленной безопасности проекта.

ООО «Центр Тепловидения» при необходимости по заявке Заказчика участвует в надзоре за монтажом устройств защиты, пуско-наладочных работах, поузловом и комплексном опробовании системы защит, включая ее приемо-сдаточные испытания.

ООО «Центр тепловидения» обладает

необходимыми кадровыми ресурсами:

квалифицированными специалистами, имеющими большой опыт выполнения работ по предотвращению негативного воздействия повышенных давлений (в том числе гидравлических ударов) на оборудовании систем теплоснабжения более чем 40 городов России и СНГ, включая :

выполнение компьютерного моделирования, натурного определения (осциллографирования) и специальных расчетов параметров нестационарных гидравлических режимов (в том числе гидравлических ударов),
разработка комплексных и локальных схем автоматизации и защиты оборудования источников теплоты, тепловых сетей и систем теплопотребления,
техническая помощь при проектировании систем автоматизации и защиты
организация изготовления и поставки специальных противоударных быстродействующих сбросных устройств , их шеф-монтаж и проведение пуско-наладочных работ,
участие в приемо-сдаточных испытаниях автоматических систем регулирования и защиты
являются авторами и соавторами нормативно-технических и методических документов и признанными экспертами по этим вопросов;

необходимыми материально-техническими ресурсами:

специализированным программно-расчетным комплексом для компьютерного моделирования и выполнения многовариантных расчетов параметров нестационарных гидравлических режимов в системах теплоснабжения любой сложности;
специализированным программно-расчетным комплексом для разработки стационарных динамических эксплуатационных и перспективных теплогидравлических режимов систем централизованного теплоснабжения любой сложности, для моделирования послеаварийных режимов с анализом системной надежности СЦТ в ОЗП при различных температурах наружного воздуха с разработкой вариантов резервирования тепловых сетей
обширным парком высокоточных приборов, отвечающих метрологическим требованиям и обладающих повышенным быстродействием, позволяющим регистрировать практически мгновенные изменения во времени параметров теплоносителя в аварийных режимах, выполнять специальные испытания по экспериментальному определению параметров нестационарных гидравлических режимов на действующем оборудовании систем теплоснабжения.

Консультация и заказ

Источник