Full Text

Исходная задача проекта и пути ее решения. В проекте была поставлена задача: создать первую интерактивную схему теплоснабжения города Добрянки (объект разработки) на основе программного обеспечения информационно-графической системы «CityCom-ТеплоГраф» [1-2] и провести комплексный анализ теплового хозяйства с целью выработки комплекса мероприятий, направленных на оптимизацию всей системы теплоснабжения объекта разработки. Решение данной задачи позволяет до минимума снизить издержки по транспортировке тепла от источника до конечного потребителя, рассчитать тепловые потери, проработать различные аварийные режимы и пути минимизации ущерба от внештатных ситуаций (порывов трубопроводов и т.д.) [3]. В ходе проекта мы построили базу данных и разместили в ней результаты паспортизации и диагностики объекта. Это позволило нам провести в дальнейшем всесторонние расчеты и впервые создать полноценную и расширяемую компьютерную модель системы теплоснабжения города Добрянки. Общая характеристика системы теплоснабжения города: - численность населения города Добрянки - около 30 тыс. чел.; - теплоснабжение осуществляет АО «Интер РАО - Электрогенерация» (филиал «Пермская ГРЭС»), установленная мощность 298 Гкал/ч; - температурный график для прямой и обратной воды: 150/70 оС; - со срезкой 130/70 оС; - потребляемая городская мощность (максимальная) 85 Гкал/ч (по данным ресурсоснабжающей организации). Количество центральных тепловых пунктов - 1; индивидуальных тепловых пунктов - около 500. протяженность теплотрасс - 101 км (в двухтрубном представлении). Исходные материалы для создания информационной системы Доступные исходные информационные материалы на момент начала реализации данного проекта таковы: - перечень потребителей с их договорными нагрузками (по данным абонентской службы теплоснабжающего предприятия); - устаревшие, но в большинстве случаев актуальные данные, предоставленные Бюро технической инвентаризации г. Добрянки, представляющие собой технические паспорта магистральных и квартальных сетей в виде схем с указанием углов поворотов, компенсаторов и длин; - схемы тепловых камер с указанием действующей запорно-регулирующей арматуры; - устаревшая коммунальная база г. Добрянки (по состоянию на 1987 г.), которая послужила главным источником геодезических отметок тепловых сетей (принята Балтийская система высот). Графическое представление городской территории и системы теплоснабжения. Первая проблема, с которой пришлось столкнуться при построении информационной базы данных, - отсутствие актуального электронного плана города с адресным реестром. Также пришлось уточнять и осуществлять привязку к топографической основе схемы прокладки трасс трубопроводов, включая сети квартальной разводки. За основу были взяты имеющиеся копии устаревших планшетов в масштабе М 1:2000. Бумажный материал сканировался по частям сканером. Полученные растровые фрагменты привязывались по «крестам» к прямоугольной сетке квадратов на общей схеме покрытия, после чего они векторизовались средствами ИГС «CityCom». По этой технологии был создан электронный план, покрывающий почти всю городскую территорию и весьма близкий к действительности. Перечень новых объектов, которые отсутствовали в созданной модели, оказался настолько мал (около 10 зданий), что было принято решение добавить их вручную, используя средства системы «ТеплоГраф». Главной проблемой при разработке схемы теплоснабжения города оставалось получение актуализированных данных по фактическому состоянию системы теплоснабжения. В теплосетевой организации был получен план размещения магистральных, разводящих и квартальных трубопроводов в чертёжном формате DWG, выполненный в программной среде AutoCAD. Данный план был успешно интегрирован в систему «ТеплоГраф» и методом наложения привязан к уже созданной модели города. На этом подготовительные работы были завершены. Следующий этап - создание интерактивной схемы теплоснабжения - заключался в прорисовке в ручном режиме на плане города тепловых сетей и их объектов (фрагмент схемы для примера показан на рис. 1). Рис. 1. Фрагмент созданной интерактивной схемы системы теплоснабжения города Эта работа сопровождалась одновременной паспортизацией и фиксацией в базе данных результатов инженерной диагностики. Наполнение базы данных осуществлялось строго по технологии, предусмотренной в ИГС «CityCom» для математического моделирования тепловых сетей. Таким образом, к моменту завершения паспортизации каждого законченного фрагмента тепловых сетей (от локального источника до конечных абонентских вводов) фактически создавалась его математическая модель для гидравлических расчетов. Последний штрих в создании модели - ее калибровка, т.е. приведение результатов расчета в соответствие с данными замеров давлений в контрольных точках при определенных условиях. Данные давления для калибровки системы были взяты из суточных ведомостей, предоставленных теплосетевой организацией. По результатам показаний приборов учета тепловой энергии на коллекторах котельной ГРЭС за 2014 г. произведен анализ отпуска тепла в отопительный и межотопительный период. Фактические данные отпуска тепловой энергии за отопительный период пересчитаны на расчетную температуру наружного воздуха: -35 ºС (для Уральского региона). Из этого условия определена максимальная тепловая нагрузка на коллекторах теплового источника: Qmax = 83,7 Гкал/ч. Фактические данные отпуска тепловой энергии за летний период определяют тепловую нагрузку с коллекторов теплового источника на подготовку горячего водоснабжения летом: Qгвс = 11 Гкал/ч. Анализ результатов позволил сделать вывод, что фактические данные отпуска тепловой энергии, представленные в графическом виде на рис. 2, показывают отсутствие превышения температуры в обратном трубопроводе (в сравнении с утвержденным температурным графиком и расходом сетевой воды). Отсюда следует, что мероприятия по наладке системы теплоснабжения города в исследованный период времени соответствовали необходимому уровню требований. Пояснение к рис. 2 «Обоснованное снижение температуры теплоносителя» заключается в обоснованной «срезке» температурного графика теплоносителя при качественном регулировании зависимых систем теплоснабжения. Снижение температуры в подающей магистрали позволяет исключить «перетопы» и снизить потери в тепловых сетях. Возможность подачи теплоносителя с более низкими, чем это требуется по не срезанному температурному графику, температурами обусловлена тем, что однократный воздухообмен, который учитывается при расчете тепловых потерь зданий, в сильные морозы некомфортен. Поэтому он нигде реально не поддерживается, и тепловая мощность отопительных систем при температурах, близких к расчетным, на самом деле заметно меньше расчетного значения. 10 5 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 Tнаружн, оС Линейная аппроксимирующая функция для Т2 Линейная аппроксимирующая функция для Т1 Неотопительный период, Т2 оС Отопительный период, Т2 оС Срезка, Т2 оС Неотопительный период, Т2 оС Отопительный период, Т1 оС Срезка, Т1 оС Т1 температура подающего трубопровода Т2 температура обратного трубопровода Рис. 2. Фактические данные отпуска тепловой энергии, представленные в графическом виде Выводы и рекомендации. По результатам паспортизации объектов системы теплоснабжения выполнен гидравлический расчет магистральных тепловых сетей. Расчет показывает неудовлетворительный гидравлический режим по локальным зонам, установленный нормативными требованиями документов [4, 5]: - располагаемый напор потребителей верхней зоны насосной станции составляет 8-9 м водяного столба, что неустойчиво для нормальной работы элеваторных узлов потребителей; - минимальное давление в подающем трубопроводе в узлах частного сектора от условной точки (УТ)-11 составляет 26 м водяного столба, что меньше давления вскипания теплоносителя при расчетной температуре; - максимально возможная температура теплоносителя при расчетном давлении в узле составляет 135 оС, что соответствует заданной срезке температур; - по результатам описания и гидравлического расчета магистральных тепловых сетей в качестве примеров рекомендаций предлагается в соответствии с проведенными исследованиями и материалами работ [6-8] выполнить капитальный ремонт (на первом этапе возможна экспертиза промышленной безопасности) участков тепловой сети с заменой трубопровода со сроком эксплуатации более 30 лет. Особое внимание следует уделить нерезервируемому магистральному трубопроводу 2Ду500 на выявленном в результате исследований участке от павильона № 3 до условной точки № 65, который эксплуатируется с 1979 г.; - для обеспечения удовлетворительного располагаемого напора в верхней зоне насосной станции и для невскипания теплоносителя при температуре более 135 оС предлагается увеличить давление в подающем трубопроводе на коллекторе ГРЭС с выполнением наладочных мероприятий потребителей верхней зоны понижающей насосной станции (ПНС); - для повышения надежности и устойчивости к перегрузкам системы теплоснабжения возможно строительство 3-го подающего трубопровода 1Ду500 на участке от павильона № 3 до условной точки № 65. В этом случае мероприятия по повышению давления на коллекторе теплового источника можно не проводить. Выводы Созданная компьютерная модель системы теплоснабжения с базой данных паспортизации, уточненной по результатам инженерной диагностики, позволила достичь целей, поставленных в рамках проекта. При существующей схеме подключения абонентов удалось рассчитать конструктивные параметры наладочных устройств абонентов таким образом, чтобы сбалансировать гидравлические режимы от источников до самых удаленных потребителей, тем самым обеспечив более экономный и энергетически эффективный режим загрузки источника и центрального теплового пункта (ЦТП). Рекомендации «по локализации аварийности» охватили анализ более 30 различных аварийных режимов и содержали три предложения по установке дополнительной запорной арматуры. Например, было предложено установить дополнительную отсекающую запорную арматуру на одном трубопроводе Dy700 в районе павильона № 0 для перевода теплоснабжения города в летнем режиме на два трубопровода Dy500, что позволяет исключить летние тепловые потери только на одном подающем трубопроводе Dy700 в размере 1669,3 Гкал в год. Для расчета использовались нормативные документы [9]. Экономия для транспортирующей организации составит более 1,1 млн рублей в год. Закладываемые в базу данных сведения о качестве и состоянии тепловой изоляции, полученные в результате диагностики, в сочетании с гидравлическим моделированием позволили оценить суммарные и приведенные тепловые потери для каждого расчетного режима отпуска и потребления тепла. Этот расчёт является одним из самых важных конечных результатов, так как значения тепловых потерь закладываются в тариф при транспортировке тепловой энергии от источника к конечному потребителю. Мероприятия, направленные на уменьшение тепловых потерь, позволяют существенно снизить затраты при транспортировке тепловой энергии, как указывается в положениях документа [10]. При передаче созданной модели системы теплоснабжения в службы транспортирующей организации последние получили мощный инструмент для решения текущих общепроизводственных и диспетчерских задач. В частности, при оперативном диспетчерском управлении качество принимаемых решений и более высокая степень «аварийной устойчивости» достигаются за счет того, что любую комбинацию действий (включение-выключение насосных агрегатов, плановые и аварийные переключения в камерах, режимные мероприятия и т.п.) можно «проиграть» на компьютерной модели до их реального исполнения. Это дает возможность оценить последствия предполагаемых действий и минимизировать риск ошибок, которые могут привести к аварии. Выдача технических условий на подключение новых потребителей или изменение договорных нагрузок может быть предварена проверкой реализуемости заявленных требований на математической модели существующей сети. С информацией, содержащейся в системе, можно одновременно работать на произвольном количестве рабочих мест в локальной компьютерной сети предприятия. При этом любые текущие изменения в «контрольной» базе данных сразу становятся доступными для всех заинтересованных служб. Описанный выше информационный проект реализован практически «с нуля» менее чем за два года. Все этапы проектирования, анализа и расчётов выполнены студентами ПНИПУ. Их работа была номинирована на международном конкурсе «Инновационная энергетика» в рамках одноименного форума Ассоциации технических вузов России и Китая (АТУРК-ASRTU) на английском языке (29.06-03.07 2015 г., Россия, Пермь, ПНИПУ) и заняла 1-е место по разделу «Менеджмент в энергетике» [11].

About the authors

V. V Tiunov

Perm National Research Polytechnic University

Email: tiuvas@mail.ru

N. A Laba

Perm National Research Polytechnic University

Email: Laba_Nikita@mail.ru

S. M Kuminov

Perm National Research Polytechnic University

Email: kuminov.ser@yandex.ru

A. M Lotokhov

Perm National Research Polytechnic University

Email: alt_59@mail.ru

References

Statistics

Views

Abstract - 66

PDF (Russian) - 22

Refbacks

• There are currently no refbacks.