На главную Обратная связь Карта сайта

Статьи по теплоизоляции

Вопросцы комплексной защиты оборудования систем теплоснабжения при переходных гидравлических режимах
К .
т .
н .
Л .
П .
Канина ,
Г .
А .
Чапкина ,
инженер ,
ОАО «Инженерный центр ЕЭС» ,
филиал «Компания ОРГРЭС» Избранные ошибочно средства защиты или просто не обеспечивают защиту оборудования системы теплоснабжения в аварийных переходных гидравлических режимах ,
или могут привести к развитию трагедии Одним из требований нормативных документов [1, 2] содействующих увеличению надежности и сохранности работы оборудования энергосистем, является требование о необходимости выполнения защиты оборудования системы теплоснабжения от недопустимых конфигураций давлений в переходных и послеаварийных гидравлических режимах.
При обычной эксплуатации систем теплоснабжения в их имеет место медленное изменение характеристик гидравлических режимов. Наличие в системе теплоснабжения огромного количества насосного оборудования источников тепла и насосно-перекачивающих станций, запорно-регулирующей арматуры магистральных тепловых сетей безизбежно сопровождается повышением вероятности отказа того либо другого элемента оборудования. Надлежащие сиим отказам неустановившиеся гидравлические процессы могут, как указывает опыт эксплуатации, сопровождаться появлением давлений, недопустимых по условиям прочности оборудования системы теплоснабжения (источника тепла, тепловых сетей и теплопотребляющих установок).
Неустановившийся гидравлический режим, определяющий переход гидравлической системы из 1-го стационарного состояния в другое (к примеру, к послеаварийному режиму), именуется переходным гидравлическим режимом.
В зависимости от инерционных параметров трубопроводной системы и черт возмущающего действия переходные гидравлические режимы могут иметь нрав гидравлического удара либо квазистационарного режима [3]. Гидравлические удары характеризуются существенными значениями моментальных давлений и вызываются, обычно, аварийным отключением (включением) под перегрузкой сетевых и перекачивающих насосных агрегатов, несанкционированным закрытием (открытием) запорно-регулирующей арматуры, стремительными разрывами теплопроводов, обусловливающими понижение давления в отдельных точках системы теплоснабжения до давления вскипания. Квазистационарные режимы имеют однообразный нрав и вызываются продолжительными возмущениями, к примеру, плановым закрытием головных задвижек при выключении магистралей. В этих режимах опасность, обычно, может представлять конечное давление.
Исследованиям переходных гидравлических режимов в системах теплоснабжения и средствам защиты оборудования систем теплоснабжения посвящены работы [3,6-11]. В указанных работах тщательно изложены способы расчета переходных гидравлических режимов, приведены результаты расчетного и экспериментального исследования переходных гидравлических режимов, показана адекватность используемых методик расчета настоящим физическим действиям.
Для систем теплоснабжения по сопоставлению с иными системами транспорта воды имеет место значимая разница допустимых давлений для различного оборудования систем теплоснабжения. При всем этом меньшее допустимое давление типично для зависимоприсоединенных отопительных установок - не выше 0,6 МПа. Аварийные отключения сетевых насосов, обычно, обусловливают увеличение давления в обратных теплопроводах, недопустимое для зависимоприсоединенных отопительных установок теплопотребителей. Как следствие, разрывы отопительных устройств вызывают огромные материальные вреды и суровые социальные трудности. Не считая того, возможны разрушения сетевых подогревателей и интегрированных теплофикационных пучков в конденсаторах.
Кроме увеличения давления для оборудования системы теплоснабжения представляет опасность резкое понижение давления (до давления вскипания теплоносителя) и возможность появления следующей нестационарной (стремительной) конденсации, сопровождающейся значимым локальным повышением давления. Более распространенные аварийные ситуации такового рода - это вскипание теплоносителя за водогрейными котлами источников тепла при выключении сетевых насосов и следующая нестационарная конденсация (конденсационные удары) при повторном пуске сетевых насосов либо включении резервного насоса. При всем этом возможны разрушения подающих теплопроводов, ожоговый травматизм персонала. Не считая того, существенную опасность представляет понижение давления в переходных гидравлических режимах на поглощающих патрубках сетевых насосов до давления кавитации. Срыв в работе сетевого насоса и следующий выход из режима кавитации сетевого насоса обусловливает резкий рост давления, которое, распространяясь по системе теплоснабжения со скоростью звука, может вызвать разрушение теплопроводов. Подобные режимы были зафиксированы в неких системах теплоснабжения.
Возможность появления неустановившихся гидравлических режимов, сопровождающихся недопустимыми давлениями по условиям прочности оборудования, обусловливает необходимость внедрения способов защиты в указанных режимах.
Для защиты оборудования систем теплоснабжения разработаны и употребляются разные противоударные устройства и мероприятия. Наибольшее применение отыскали быстродействующие сбросные устройства: гидрозатворы-переливы, быстродействующие сбросные клапаны, мембрано-предохранительные устройства.
Долголетняя работа профессионалов ОАО «ВНИПИэнергопром», «Компании ОРГРЭС» и остальных организаций дозволила выполнить разработку и внедрение мероприятий по защите оборудования систем теплоснабжения от недопустимых конфигураций давлений в переходных гидравлических режимах.
Разработанные системы защит от недопустимых давлений в переходных гидравлических режимах внедрены в работающих системах теплоснабжения ряда городов: Москва, Кострома, Кисловодск, Ульяновск, Нерюнгри, Саратов, Рязань, Тюмень, Томск, Омск, Петропавловск-Камчатский, Владивосток, Сургут, Нижневартовск, Санкт-Петербург, Кемерово, Железноводск, Чебоксары, Нижнекамск, Ижевск, Белгород, Минск, Харьков, Кишинев, Таллин, Шяуляй, Рига, Тарту и др.
Выбор защитных устройств и мероприятий в системах теплоснабжения нужно осуществлять на базе расчетных данных и (либо) экспериментальных исследований переходных гидравлических режимов при более нередко встречающихся в практике эксплуатации возмущениях, вызванных отказами в работе оборудования систем централизованного теплоснабжения.
Защита оборудования в технологически и гидравлически единой системе теплоснабжения обязана быть комплексной для того, чтоб предотвратить появление недопустимых давлений на оборудовании всех частей системы теплоснабжения (источника тепла, тепловых сетей, систем теплопотребления) и учитывать взаимовлияние средств защиты, установленных в разных точках системы теплоснабжения. Следует отметить, что вопросцы защиты оборудования систем теплоснабжения от недопустимых давлений в переходных гидравлических режимах должны решаться, в особенности для источников тепла, вместе с вопросцами нарушения электроснабжения электродвигателей сетевых насосов и анализа соответственных систем защиты в схемах электроснабжения источника тепла [12]. Наиболее тщательно вопросцы работы системы теплоснабжения при кратковременных перерывах электроснабжения изложены в [12, 13]. Не считая того, внедрение противоударных устройств просит внесения конфигураций в имеющиеся схемы защиты и автоматизации источников тепла и насосных станций (к примеру, внедрение автоматики включения резерва (АВР) сетевых насосов, уставки защиты малого напряжения на отключение электродвигателей сетевых насосов, изменение схем рассечки тепловых сетей на гидравлически изолированные зоны и др.).
Раздельно следует разглядеть вопросец о внедрении средств защиты без подготовительного обоснования (расчетного либо экспериментального) системы защит и определения требований к конструктивным характеристикам и настройке противоударных устройств. Избранные ошибочно средства защиты или просто не обеспечивают защиту оборудования системы теплоснабжения в аварийных переходных гидравлических режимах, или могут привести к развитию трагедии.
Схожая ситуация быть может проиллюстрирована плодами натурных испытаний, проведенных в одной из систем теплоснабжения, схема которой приведена на рисунке 1. На рис.1 также показан график давления в эксплуатационном гидравлическом режиме. На ТЭЦ циркуляция сетевой воды обеспечивается двухступенчатой группой сетевых насосов типа СЭ 2500-70 (1-ая степень) и СЭ 2500-180 (2-ая ступень) по два насоса в каждой группе. Для защиты сетевых подогревателей типа ПСГ в обратном коллекторе ТЭЦ установлен быстродействующий сбросной клапан (БСК). Обоснование выбора характеристик БСК и его опции не было выполнено в согласовании с вышеуказанными требованиями. Во время натурных испытаний был проведен ряд тестов, имитирующих аварийные ситуации. Один из опытов имитировал аварийное отключение 1-го сетевого насоса 2-ой ступени ТЭЦ. Результаты указанного опыта приведены на рис. 2, где показано изменение моментальных давлений во поглощающем и напорном коллекторах сетевых насосов 2-ой ступени, до сетевых подогревателей типа ПСГ, в подающем и обратном коллекторах ТЭЦ.
Аварийное отключение 1-го сетевого насоса 2-ой ступени на ТЭЦ из 2-ух работающих обусловило резкий рост давления во поглощающем коллекторе сетевых насосов 2-ой ступени (на 0,3 МПа за 1 с) и резкое понижение давления в напорном коллекторе сетевых насосов 2-ой ступени (на 0,4 МПа за 1 с). Увеличение давления, от поглощающего коллектора сетевых насосов 2-ой ступени, проходя по станционным теплопроводам со скоростью звука в воде (с учетом упругих параметров трубопровода ~1000 м/с) привело к увеличению давления перед сетевыми подогревателями типа ПСГ. Непростая конфигурация станционных теплопроводов, при значимой протяженности станционных теплопроводов, обусловила усиление роста давления перед ПСГ по сопоставлению с ростом давления во поглощающем коллекторе сетевых насосов 2-ой ступени (рис. 2). Во время опыта сбросной клапан открылся по импульсу увеличения давления перед сбросным клапаном до 0,75 кГ/см
(при времени t=20 c в согласовании с рис. 2). За это время давление перед ПСГ возросло до 1,1 МПа и превысило допустимое значение на 0,3 МПа. Срабатывание сбросного устройства обусловило резкое понижение давления в обратном коллекторе ТЭЦ, и, как следствие, понижение давления в подающем коллекторе ТЭЦ. Понижение давления в подающем коллекторе ТЭЦ, вызванное как аварийным отключением сетевого насоса, так и срабатыванием сбросного устройства, распространяясь по подающему трубопроводу от ТЭЦ к ПНС, приведет к понижению давления во поглощающем коллекторе ПНС.
Понижение давления может обусловить появление вскипания сетевой воды при больших температурах (в зимний отопительный период). Опасность в этом режиме представляет следующая нестационарная (стремительная) конденсация при росте давления, вследствие, к примеру, запуска насосов. Следует отметить, что эксплуатационный гидравлический режим характеризуется давлениями близкими к допустимым величинам, что значительно понижает надежность работы системы теплоснабжения при появлении аварийных ситуаций. Таковым образом, установленное быстродействующее сбросное устройство не только лишь не обеспечило защиту ПСГ на ТЭЦ, но могло обусловить в отопительном сезоне развитие аварийной ситуации до полного останова системы теплоснабжения и разрыва теплопроводов.
При разработке технических решений по защите оборудования рассматриваемой системы теплоснабжения в одном из вариантов было предложено для локализации возмущающих действий от отключения сетевых насосов ТЭЦ обеспечить работой АВР сетевых насосов первой и 2-ой ступени по факту отключения электродвигателя рабочего насоса. Установленное сбросное устройство на ТЭЦ обязано быть настроено таковым образом, чтоб не допускать лишнего понижения давления при его срабатывании, импульс на срабатывание БСК должен определяться давлением перед ПСГ.
Ниже представлен иной пример недопустимости использования противоударных устройств, не обоснованных расчетным и (либо) экспериментальным исследованиями переходных гидравлических режимов.
В ближайшее время компанией «ДКМ Венчурные проекты» предлагается для противоаварийной защиты в системах теплоснабжения от недопустимых давлений в переходных гидравлических режимах и пульсаций давлений стабилизаторы давления [14]. Указанные устройства по принципу собственного деяния обеспечивают защиту в гидравлических режимах, сопровождающихся незначимыми пульсациями давлений (амплитуда колебаний ~ ± 0,04 МПа). Конфигурации давлений, возникающие в системе теплоснабжения в итоге аварийных переходных гидравлических режимах, не имеют нрав пульсаций, при этом величины увеличения давлений составляют 0,5-0,6 МПа и выше, т.е. на порядок наиболее амплитуды колебаний, гасимых стабилизаторами давлений «ДКМ Венчурные проекты». Приведенные на рис. 2 результаты натурных испытаний в системе теплоснабжения это подтверждают. Разумеется, что стабилизаторы давления «ДКМ Венчурные проекты» в рассмотренной ситуации бесполезны. Следует отметить, что согласно п. 4.11.1 [1] допустимым является отклонение давлений от данного режима в подающих и обратных трубопроводах за головными задвижками источников тепла на 0,02 - 0,4 МПа. Сопоставление допустимого спектра отклонений давлений (0,02 - 0,4 МПа) с экспериментальными данными проверки эффективности работы стабилизаторов давления «ДКМ Венчурные проекты» (~ ± 0,04 МПа) свидетельствует о нецелесообразности применений данной конструкции стабилизаторов в системах теплоснабжения в качестве защитных устройств от недопустимых конфигураций давлений, возникающих в переходных гидравлических режимах.
Выводы 1.   Возможность появления аварийных переходных гидравлических режимов, сопровождающихся недопустимыми переменами давления, обусловливает необходимость защиты оборудования систем теплоснабжения в указанных режимах. Требования выполнения защиты оборудования ТЭЦ, котельных, тепловых сетей и потребителей тепла от недопустимых конфигураций давлений в переходных гидравлических режимах предусмотрены в нормативно-технических документах: «Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ», СНиП 2.04.07-86* «Термо сети».
2.   Выбор защитных устройств и мероприятий при аварийных переходных гидравлических режимах в системах теплоснабжения нужно базировать на данных расчетных и (либо) экспериментальных исследований переходных гидравлических режимов при более нередко встречающихся в практике эксплуатации возмущениях, вызванных отказами в работе оборудования систем теплоснабжения.
3.   Защита оборудования в гидравлическиединой системе теплоснабжения обязана быть комплексной, предотвращающей появление недопустимых давлений на оборудовании источника тепла, тепловых сетей и систем теплопотребления.
4.   Вопросцы защиты оборудования системы теплоснабжения от недопустимых давлений в переходных гидравлических режимах должны решаться вместе с вопросцами вероятных нарушений электроснабжения движков сетевых насосов и устранения того либо другого аварийного перерыва в электроснабжении.
5.   По окончании монтажа системы защиты от недопустимых конфигураций давлений нужно проведение натурных испытаний для проверки работоспособности системы защиты и уточнения уставок смонтированной системы защиты в согласовании с [15].
6.   Нужно уже на стадии выбора схемы теплоснабжения определять места установки насосных станций и запорно-регулирующих устройств и режимы их работы с тем, чтоб при вероятных нарушениях в работе оборудования уменьшить последствия аварийных гидравлических режимов.
Литература 1.
Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ .
М .:
СПО ОРГРЭС , 2003
г .
2.
2.04.07-86*
СНиП «Термо сети» .
М .:
Стройиздат , 1994.
3.
Громов Б .
Н .,
Свинухов Б .
И .,
Сальман В .
И .
и др . -
В сб .:
Гидравлические и термо режимы систем централизованного теплоснабжения (5- я Интернациональная конференция по централизованному теплоснабжению ).
Способы защиты тепловых сетей от нарушений гидравлических режимов .
Киев ,1982.
4.
Жуковский Н .
Е .
О гидравлическом ударе в водопроводных трубах - Гос .
изд .
техн .-
теоретич .
лит . 1949.
5.
Чарный И .
А .
Неустановившееся движение настоящей воды в трубах .
М .:
ГИТТЛ , 1961.
6.
Громов Б .
Н .
Переходные гидравлические процессы в тепловых аква сетях . -
В кн .:
Теплофикация и централизованное теплоснабжение .
М .:
ВТИ , 1974.
7.
Свинухов Б .
И .
Исследование переходных гидравлических действий в системах теплофикации . -
В кн .:
Автоматика в строительстве .
М .:
Тр .
МИСИ , 1973,
№ 117.
8.
Лаврентьев В .
Л .
Исследование переходных гидравлических действий в сетях теплоснабжения : Автореф .
дис .
на соиск .
учен .
степени канд .
техн .
наук .
Новосибирск , 1982.
9.
Громов Б .
Н .,
Свинухов Б .
И .
Неустановившиеся гидравлические процессы в тепловых сетях . -
Электрические станции ,1972,
№ 10.
10.
Громов Б .
Н .,
Канина Л .
П .,
Сидлер В .
Г .
Нестационарные гидравлические процессы и противоударные мероприятия вводных тепловых сетях .
Новейшие информационные технологии управления развитием и функционированием трубопроводных систем энергетики .
Иркутск : РАН СО СЭИ , 1993.
11.
Громов Б .
Н .,
Канина Л .
П .,
Нестке К .
и др .
«Способы расчета нестационарных гидравлических режимов в тепловых сетях» - Теплоэнергетика , 1981,
№ 7.
12.
Георгиади В .
Х .,
Канина Л .
П .
Поведение системы теплоснабжения при маленьких замыканиях в главной схеме электрических соединений ТЭС .
Электрические станции , 1999,
№ 2.
13.
Канина Л .
П .,
Чапкина Г .
А .
Увеличение надежности работы системы теплоснабжения при кратковременных перерывах электроснабжения .
Энергетик , 2003,
№ 5.
14.
Заматаев В .
А .,
Низамов Х .
П .
Практический опыт внедрения новейшей технологии противоаварийной защиты гидросистем водоснабжения жилищно - коммунального хозяйства .
Анонсы теплоснабжения , 2003,
№ 8.
15.
РД 153-34.1-20.365-98.
Методические указания по проведению испытаний источников тепловой энергии и тепловых сетей в системах централизованного теплоснабжения при нестационарных гидравлических режимах их работы .
М .:
СПО ОРГРЭС , 2000
г .
Рекомендуем еще поглядеть по теме .
      
Метки: