Тепловые сети

Согласно документу «Концепция развития теплоснабжения в России, включая коммунальную энергетику, на среднесрочную перспективу. Официальная информация Минэнерго РФ» от 2000 года, в России «суммарная протяженность тепловых сетей в двухтрубном исчислении составляет около 183 300 км», «средний процент износа [теплосетей] оценивается в 60-70 %. По экспертной оценке 15 % тепловых сетей требуют безотлагательной замены… Для приведения системы транспорта теплоносителя в надежное состояние необходимо капитально отремонтировать или построить заново 150 тыс. км теплотрасс в двухтрубном исчислении»

Что представляет из себя тепловая сеть

Тепловая сеть - система трубопроводов, по которой транспортируют и распределяют между потребителями теплоноситель. Тепловая сеть — основное звено системы теплоснабжения, в значительной степени определяющее надежность, качество и экономичность подачи теплоты потребителям. Под тепловой сетью понимают трубопроводы с оборудованием и сооружения на сетях — насосные, дроссельные станции, тепловые пункты. Тепловые сети больших централизованных систем теплоснабжения представляют самостоятельную систему, имеющую два иерархических уровня: магистральные сети и распределительные — квартальные и микрорайонные.

Тепловые сети

Магистральные сети соединяют источники теплоты с районными тепловыми пунктами и являются основными теплопроводами. Они имеют большие диаметры (500—1400 мм) и представляют собой городские инженерные сооружения, охватывающие всю территорию города. Их сооружают в виде единой закольцованной системы, обеспечивающей надежное и удовлетворяющее спрос на теплоту транспортирование теплоносителя.

Иерархические уровни тепловых сетей

Разделение тепловых сетей на два иерархических уровня облегчает ее эксплуатацию и служит основой для создания автоматизированной системы управления, которая повышает надежность и качество теплоснабжения. Верхний иерархический уровень выполняется с резервными связями, объединяющими источники теплоты, и образует единую управляемую систему, обеспечивающую требуемые эксплуатационные, гидравлические и тепловые режимы, совместную работу источников теплоты, взаимное резервирование их и тепломагистралей.

Соблюдение необходимых режимов позволяет точно распределять теплоноситель по тепловым пунктам, экономить топливо при использовании теплоты и совместной работе ее источников. Автоматизация и телемеханизация магистралей и районных тепловых пунктов позволяет управлять потоками теплоносителя при аварийных отказах элементов тепловой сети, обеспечивая подачу теплоты всем не отключенным потребителям.

Термоусаживаемые муфтыТермоусаживаемые муфты

Оперативное управление тепловой сети осуществляется с помощью запорных органов (обычно задвижек, разделяющих тепловую сеть на участки), манипулируя которыми отключают и включают отдельные участки тепловой сети, насосно-перекачивающие и дроссельные станции.

Для повышения надежности подачи теплоносителя в районные тепловые пункты последние присоединяют ответвлениями с двух сторон секционирующей задвижки. Задвижки диаметром 400—500 мм и более делают с электроприводом. Расстояние между задвижками — 1—2 км. Управление тепловыми сетями основывается на контроле над режимами, состоянием элементов, возникающими утечками теплоносителя. В районных тепловых пунктах устанавливается защита от гидравлических ударов — сбросное устройство. 

Нижний иерархический уровень тепловых сетей

Разводящие тепловые сети кварталов и микрорайонов (нижний иерархический уровень) создают как локальные, нерезервированные в виде разветвленных тупиковых систем, часто с автономными режимами, получающими теплоноситель из тепловых пунктов. Их диаметры невелики, обычно до 400 мм, поэтому связанные с ремонтами перерывы теплоснабжения потребителей считаются допустимыми. Автоматизация тепловых пунктов позволяет оперативное управление, способствующее экономии в расходовании теплоты на отопление зданий.

Тепловые сети

Распределительные тепловые сети присоединяют к магистрали непосредственно с помощью смесителей или смесительно-циркуляционных насосов или через водоподогреватели. В последнем случае гидравлические режимы магистральных и распределительных тепловых сетей разобщаются, что делает систему более надежной, гибкой и маневренной.

Верхний иерархический уровень тепловых сетей

В тепловых сетях верхнего иерархического уровня теплоноситель может подаваться из различных источников с различными температурами, превышающими температуру воды в магистралях. Наличие нескольких источников питания сокращает необходимый резерв пропускной способности кольцевой сети. В системах теплоснабжения с насосами в тепловых пунктах отсутствует гидравлическая изоляция магистралей тепловых сетей от распределительных. Это усложняет управление аварийными гидравлическим режимом. Однако и в этом случае возможно поддерживать самостоятельный циркуляционный и температурный режимы в распределительных сетях, отличные от режимов в магистралях.

Тепловые сети

Принципиальная схема тепловой сети большой системы теплоснабжения имеет два иерархического уровня.


Верхний уровень представлен кольцевой магистрали тепловой сети с ответвлениями к районным тепловым пунктам, присоединяемым ординарным способом. В таком случае при отказе участка магистрали, к которому осуществлено присоединение, потребители лишаются теплоснабжения.

От районного теплового пункта идут локальные распределительные тепловые сети, к которым присоединены потребители. Они составляют нижний иерархический уровень.

К магистральной тепловой сети потребителей не подключают, теплоноситель поступает в магистральной тепловой сети от двух ТЭЦ и районной котельной. Резервирование тепловой сети осуществлено путем соединения перемычками подающих, а также обратных магистралей. Одни перемычки резервируют тепловые сети, обеспечивая ее функционирование при отказах участков теплопроводов или оборудования, других — источники теплоты, обеспечивая переток теплоносителя из зоны теплоснабжения одного источника в зону другого.

Тепломагистрали вместе с перемычками образуют единую кольцевую сеть. Диаметры теплопроводов тепловых сетей, включая перемычки, рассчитывают на пропуск необходимых расходов теплоносителя при самых неблагоприятных аварийных ситуациях. В нормальном режиме теплоноситель движется по всем теплопроводам системы, и понятием "кольцующая перемычка" теряет смысл. Резервирование будет нагруженным. Возможен другой метод с использованием ненагруженного резерва. В этом случае перемычки при нормальном режиме перекрыты и не работают. Их включают при отказах элементов тепловой сети.

Эксплуатация теплопроводов

Основным элементом тепловых сетей являются теплопроводы, по которым движется теплоноситель — горячая вода, несущая теплоту потребителям. Теплопроводы прокладывают под землей и над землей. Надземная прокладка долговечнее из-за уменьшения наружной коррозии. При ней легче контролировать состояние трубопровода и проводить ремонты. Однако применение наружной прокладки в городах ограничено из архитектурных соображений. Основной вид прокладки — подземная. Теплопроводы прокладывают в специальных каналах, выполненных из железобетона, или бесканально непосредственно в грунте. 

Комплект для заделки стыков

В процессе эксплуатации теплопроводы заполняются горячей водой, опорожняются от нее, а температура воды изменяется в течение года. В результате температура стенки трубы непрерывно изменяется, и для восприятия температурных удлинений трубопроводы оборудуют компенсаторами. Участок трубопровода закрепляют по концам в неподвижных опарах, а между ними устанавливают компенсатор.

С помощью неподвижных опор трубопроводы закрепляют вблизи теплообменных аппаратов, насосов и другого оборудования, чтобы снять нагрузки от температурных деформаций. Неподвижные опоры располагают в камерах и непосредственно в каналах. Трубопроводы в каналах укладывают на подвижные опоры. Для возможности эксплуатационных наблюдений за состоянием оборудования тепловых сетей и их ремонта сооружают специальные подземные камеры. В них размещают задвижки, компенсаюры, спускные и воздушные краны.

Неподвижная опора

При больших диаметрах теплопроводов (500 мм и выше) для создания благоприятных условий обслуживания теплопроводов, задвижек с электроприводом над камерами устраивают надземные сооружения в виде павильонов. Тепловые пункты и насосные подстанции тепловых сетей размещают в специальных зданиях.

Ввиду многообразия возможных решений по схемам, способам трассировки тепловых сетей и их прокладки проектирование ведется вариантно. Для разработанных конкурентоспособных вариантов проводят технико-экономические расчеты, и для строительства принимается наиболее экономичный вариант. Технико-экономическим расчетом определяют диаметры труб, тепловую изоляцию, напор насосов.

Учитывают затраты на сооружение теплопроводов, потери теплоты в окружающую среду и расходы энергии на перекачку теплоносителя. Оптимальный варианту соответствует минимум приведенных расходов.