Меню

Давление в системе централизованного теплоснабжения

Использование избыточного давления в системах централизованного теплоснабжения для производства электрической энергии

А. С. Иванов, инженер, МЭИ, Н. Ф. Котеленец, кандидат технических наук, доцент, МИЭЭ

При таком огромном потенциале энергосбережения, который имеется на сегодняшний день в России и, в частности, в Москве, решать проблему надежного обеспечения города энергоресурсами только за счет увеличения производства энергии неразумно. Стоит задуматься в первую очередь об её рациональном использовании, о том например, как избыточную энергию при некоторых технологических процессах не рассеивать в воздух, а отбирать с целью возвращения её в виде электроэнергии в сеть.

Ключевые слова: тепловой пункт, избыточное давление, рекуперация, электрическая энергия.

Крупные города по всему миру потребляют огромное количество энергии. Так Москва, население которой составляет на данный момент более 10 млн. человек (а это сопоставимо с населением таких стран, как Португалия или Белоруссия), потребляет энергоресурсов столько же, сколько Республика Беларусь, в два раза больше, чем Республика Татарстан и в три раза больше, чем Саратовская область [1].

Потребление электроэнергии в столице постоянно растет. В 2006 году количество потребителей по сравнению с предыдущим годом увеличилось более чем на 8 %. При росте электропотребления растёт и дефицит мощностей. В настоящее время он оценивается в 12-15 % от общего уровня потребления. Во время максимальных нагрузок на энергосистему зимой 2005-2006 гг. дефицит достигал 4 000 МВт, а пик потребления в московской энергосистеме достигал 16 200 МВт. По данным Департамента топливно-энергетического хозяйства Москвы, зимой 2007 года уже при небольшой отрицательной температуре (— 8 о С) потребление электроэнергии составило 15 770 МВт. При этом потенциал энергосбережения Москвы оценивается примерно в 11 млн. тонн условного топлива в год, т.е. около 1 % от всего потребления первичной энергии в России [2].

Неразумно при таком огромном потенциале энергосбережения решать проблему надежного обеспечения города энергоресурсами только за счет увеличения производства энергии. Стоит задуматься в первую очередь об её рациональном использовании, о том например, как избыточную энергию при некоторых технологических процессах не рассеивать в воздух, а отбирать с целью возвращения её в виде электроэнергии в сеть.

Известно, что при транспортировке рабочих и технологических жидкостей (водные среды, углеводороды и др.) для преодоления гидравлического сопротивления магистральных трубопроводов мощность насосных агрегатов выбирается исходя из требуемого давления среды для обеспечения самых удалённых объектов. Применительно к теплоснабжению, абоненты, расположенные близко к источнику тепла, вынужденно получают теплоноситель с избыточным давлением, которое попросту дросселируется и безвозвратно теряется в тепловых пунктах. В качестве примера на рис. 1 приведены значения потерь давления при дросселировании потоков теплоносителя на 17-ти характерных центральных тепловых пунктах (ЦТП), эксплуатирующихся в ОАО «МОЭК». Очевидно, значительная часть энергии, затраченной на создание магистрального перепада давления, является потерянной и составляет от 50 до 75% для всей представленной выборки тепловых пунктов [3].

В МЭИ был разработан способ получения электрической энергии на основе рекуперации избыточного магистрального давления жидкостей [4]. На основе результатов научных исследований была разработана и реализована на практике система рекуперации магистрального давления (СРД) в системах централизованного теплоснабжения. Система, схема которой показана на рис. 2, представляет собой совокупность гидроагрегата (гидротурбина и асинхронный генератор), запорно-регулирующей арматуры и блока автоматического управления.

СРД, выполняя функции демпфирующего устройства, обеспечивает снижение давления до требуемой величины. При этом весь избыточный перепад давления посредством гидроагрегата преобразуется в механическую энергию, которая, в свою очередь, преобразуется в электрическую с помощью асинхронного генератора. Вырабатываемая в СРД электроэнергия используется на собственные нужды или возвращается в централизованную сеть.

Читайте также:  Найти давление воды на глубине 5 метров

Общий вид установки на одном из ЦТП Москвы представлен на рис. 3. В качестве гидротурбины был использован насос, работающий в турбинном режиме, а в качестве генератора — серийный асинхронный двигатель [5]. Для того чтобы использовать весь диапазон избыточного давления (рис. 1), был выбран двухскоростной асинхронный двигатель (3000/1500 об/мин). Это позволило обеспечить выработку электроэнергии с максимальным КПД во всем диапазоне избыточных давлений. Мощность установок определяется параметрами технологических циклов, в которых они используются. В настоящее время на ЦТП ОАО «МОЭК» работают десять установок мощностью 4,75 и 9,5 кВт. Система автоматики и управления обеспечивает эксплуатацию установок без участия оператора.

Данные по выработке электроэнергии на этих установках приведены в табл. 1 и показаны на рис. 4.

Диаграммы выработки электроэнергии на этих установках представлены на рис. 4. За три года эксплуатации они выработали 135 МВт·ч электрической энергии. В среднем каждая установка выработала 13,5 МВт·ч электроэнергии, или 4500 кВт·ч в год. Если учесть, что в среднем одна двухкомнатная квартира потребляет в год примерно 1000 кВт·ч электроэнергии, то одна такая установка обеспечивает годовые потребности примерно пяти таких квартир.

В автоматическом режиме блок управления обеспечивает:

— автоматический запуск СРД;

— автоматический плановый останов СРД;

— ограничение снизу минимального давления воды за турбиной;

— максимальную мощность генератора и выбор рациональной частоты вращения;

— автоматический останов СРД в аварийных ситуациях без вмешательства оператора.

Важно отметить, что система рекуперации давления может использоваться не только в системах тепло- и водоснабжения, но и в других технологических процессах, таких как транспортировка углеводородов или даже в системах стоков и сбросов.

Рассмотренная система использования избыточного давления имеет следующие преимущества:

• электрическая энергия производится нетрадиционным, экологически чистым способом, полностью отвечающим требованиям Киотского протокола;

• до 30% повышается экономичность эксплуатации ЦТП за счёт экономии электроэнергии на собственные нужды;

• повышается эксплуатационная надежность основного оборудования и ресурс дроссельной регулирующей арматуры ЦТП благодаря уменьшению рабочего перепада давлений;

• уменьшаются энергетические затраты на привод насоса подпитки системы отопления за счет повышения входного давления подпитки;

• СРД можно использовать в качестве аварийного источника электроэнергии на ЦТП при внезапном отключении электроэнергии;

• снижаются эксплуатационные расходы на ремонт (замену) тепломеханического оборудования основных технологических циклов;

• благодаря регулировочным способностям СРД предотвращаются процессы кавитации в теплообменном оборудовании;

1. Тихоненко Ю. Ф. Энергосбережение в Москве //Новости теплоснабжения. — 2007.- №3.

2. Семь предложений Гринпис России по рационализации потребления электроэнергии в Москве. Февраль 2008. Электронный ресурс, код доступа: www.greenpeace.org.

3. Волков А. В., Парыгин А. Г., Рыженков В. А., Щербаков С. Н. Получение электрической энергии в системах тепло- и водоснабжения на основе рекуперации избыточного магистрального давления //Новости теплоснабжения. — 2007 — №10. — С.46-50.

4. Волков А. В., Погорелов С. И., Рыженков В. А. Система рекуперации избыточного давления магистральных сетей водо- и теплоснабжения. Патент РФ № 2239752. Бюл. №31, 2004.

Источник

Давление в системе отопления многоэтажного дома

Давление, которое должно быть в системе отопления многоквартирного дома, регламентируется СНиПами и установленными нормами. При расчете берут во внимание диаметр труб, типы трубопровода и отопительных приборов, расстояние до котельной, этажность.

Виды давления

Говоря о давлении в системе отопления, подразумевают 3 его вида:

  1. Статическое (манометрическое). При выполнении расчетов его принимают равным 1атм или 0,1 МПа на 10 м.
  2. Динамическое, возникающее при включении в работу циркуляционного насоса.
  3. Допустимое рабочее, представляющее собой сумму двух предыдущих.
Читайте также:  Верхние и нижние границы нормального давления

В первом случае это сила давления теплоносителя в радиаторах, запорной арматуре, трубах. Чем выше этажность дома, тем большее значение приобретает этот показатель. Чтобы преодолеть подъем столба воды применяют мощные насосы.

Второй случай — это давление, возникающее в процессе движения жидкости в системе. А от их суммы — максимального рабочего давления, зависит работа системы в безопасном режиме. В многоэтажном доме его величина достигает 1 МПа.

Требования ГОСТ и СНиП

В современных многоэтажных домах монтаж системы отопления осуществляют, опираясь на требования ГОСТа и СНиП. В нормативной документации оговорен диапазон температур, которые центральное отопление должно обеспечить. Это от 20 до 22 градусов С при параметрах влажности от 45 до 30%.

Чтобы достичь этих показателей, необходим просчет всех нюансов в работе системы еще при разработке проекта. Задача теплотехника — обеспечить минимальную разность значений давления жидкости, циркулирующей в трубах, между нижними и последними этажами дома, сократив тем самым теплопотери.

Этажность Рабочее давление, атм
До 5 этажей 2-4
9-10 этажей 5-7
От 10 и выше 12

На реальную величину давления влияют следующие факторы:

  • Состояние и мощность оборудования, подающего теплоноситель.
  • Диаметр труб, по которым теплоноситель циркулирует в квартире. Бывает, что желая повысить температурные показатели, хозяева сами меняют их диаметр в большую сторону, снижая общее значение давления.
  • Расположение конкретной квартиры. В идеале это не должно иметь значения, но в действительности существует зависимость от этажа, и от удаленности от стояка.
  • Степень износа трубопровода и нагревательных приборов. При наличии старых батарей и труб не следует ожидать, что показатели давления останутся в норме. Лучше предупредить возникновение нештатных ситуаций, заменив отслужившую свое теплотехнику.

Как меняется давление от температуры

Проверяют рабочее давление в высотном доме при помощи трубчатых деформационных манометров. Если при проектировании системы конструкторы заложили автоматическую регулировку давления и его контроль, то дополнительно устанавливают датчики разных типов. В соответствии с требованиями, прописанными в нормативных документах, контроль осуществляют на наиболее ответственных участках:

  • на подаче теплоносителя от источника и на выходе;
  • перед насосом, фильтрами, регуляторами давления, грязевиками и после этих элементов;
  • на выходе трубопровода из котельной или ТЭЦ, а также на вводе его в дом.

Давление в летний период

В период, когда отопление бездействует как в теплосети, так и в системах отопления поддерживается давление, величина которого превышает статическое. В противном случае в систему попадет воздух и трубы начнут коррозировать.

Минимальное значение этого параметра определяется высотой здания плюс запас от 3 до 5 м.

Как поднять давление

Проверки давления в отопительных магистралях многоэтажных домов нужны обязательно. Они позволяют анализировать функциональность системы. Падение уровня давления даже на незначительную величину, может стать причиной серьезных сбоев.

При наличии централизованного отопления систему чаще всего испытывают холодной водой. Падение давления за 0,5 часа на величину большую, чем 0,06 МПа указывает на наличие порыва. Если этого не наблюдается, то система готова к работе.

Непосредственно перед стартом отопительного сезона выполняют проверку водой горячей, подаваемой под максимальным давлением.

Изменения, происходящие в системе отопления многоэтажного дома, чаще всего не зависят от хозяина квартиры. Пытаться повлиять на давление — затея бессмысленная. Единственное, что можно сделать, устранить воздушные пробки, появившиеся из-за неплотных соединений или неправильно выполненной регулировки клапана спуска воздуха.

Читайте также:  Почему падает давление в газовом котле альфа колор

На наличие проблемы указывает характерный шум в системе. Для отопительных приборов и труб это явление очень опасно:

  • Расслаблением резьбы и разрушениями сварных соединений во время вибрации трубопровода.
  • Прекращением подачи теплоносителя в отдельные стояки или батареи в связи со сложностями с развоздушиванием системы, невозможностью регулировки, что может привести к ее размораживанию.
  • Понижением эффективности системы, если теплоноситель прекращает движение не полностью.

Чтобы предотвратить попадание воздуха в систему необходимо перед ее испытанием в рамках подготовки к отопительному сезону осмотреть все соединения, краны на предмет пропускания воды. Если услышите характерное шипение при пробном запуске системы, немедленно ищите утечку и устраняйте ее.

Можно нанести на стыки мыльный раствор и там, где герметичность нарушена, будут появляться пузырьки.

Иногда давление падает и после замены старых батарей на новые алюминиевые. На поверхности этого металла от контакта с водой появляется тонкая пленка. Побочным продуктом реакции является водород, за счет его сжимания давление снижается.

Вмешиваться в работу системы в этом случае не стоит — проблема носит временный характер и со временем уходит сама по себе. Это происходит исключительно в первое время после монтажа радиаторов.

Повысить напор на верхних этажах высотного здания можно путем установки циркуляционного насоса.

Минимальное давление

Из условия, когда перегретая вода в системе отопления не вскипает, принимается минимальное давление.

градусов С Минимальное давление ,

атм 130 1,8 140 2,7 150 3,9

Определить его можно следующим образом:

К высоте дома (геодезической) добавляют запас приблизительно 5 м, чтобы избежать завоздушивания, плюс еще 3 м на сопротивление системы отопления внутри дома. Если на подаче давление недостаточное, то батареи на верхних этажах останутся непрогретыми.

Если взять 5-этажный дом, то на подаче минимальное давление должно иметь значение:

Перепад давления

Чтобы отопительная система нормально выполняла свои функции, перепад давлений, представляющий собой разность между его величинами на подаче и обратке, должен быть определенной и постоянной величины. В числовом выражении он должен быть в пределах от 0,1 до 0,2 МПа.

Отклонение параметра в меньшую сторону свидетельствует о сбое в циркуляции теплоносителя по трубам. Колебание в сторону увеличения показателя — о завоздушивании отопительной системы.

В любом случае нужно искать причину изменения, иначе отдельные элементы могут выйти со строя.

Если давление упало, то проверяют на наличие утечек: отключают насос и наблюдают изменения статического давления. Если оно продолжает снижаться, то ищут место повреждения путем последовательного выведения из схемы разных участков.

В случае, когда статический напор не меняется, то причина кроется в неисправности оборудования.

Стабильность перепада рабочего давления изначально зависит от проектировщиков, от выполненных ими расчетов по гидравлике, а затем правильного монтажа магистрали. Нормально функционирует отопления многоэтажки, при монтаже которого учтены следующие моменты:

  • Подающий трубопровод, за редким исключением, находится вверху, обратный внизу.
  • Разливы выполнены из труб сечение от 50 до 80 мм, а стояки и подвод к батареям — от 20 до 25 мм.
  • В отопительную систему в байпасную линию насоса или перемычку, соединяющую подачу и обратку врезаны регуляторы, гарантирующие, что даже при резких перепадах давления завоздушивание не появится.
  • В схеме теплоснабжения присутствует запорная арматура.

Идеальных условий эксплуатации отопительной системы не существует. Всегда есть потери, снижающие показатели давления, но все же они не должны выходить за пределы регламентированными Строительными нормами и правилами РФ СНиП 41-01-2003.

Источник

Adblock
detector