Энергосберегающие технологии при эксплуатации теплосетей

Состояние тепловых сетей говорит о необходимости решения проблем энергосбережения и экономии ресурсов. Это требует применения принципиально новых технологичных и энергетически эффективных инженерных систем в строительстве и модернизации тепловых сетей, особенно в сельской местности. В настоящее время действующие тепловые сети характеризуются высокой степенью износа. Около 25 % тепловых сетей превысили нормативный срок эксплуатации (30 лет). Эту проблему необходимо срочно решать, иначе ситуация может стать катастрофической.

С целью конкретизации общих положений концепции по развитию теплоснабжения предусматривается сконцентрировать основное внимание на следующие направления развития тепловых сетей:

- строительство тепловых сетей при подземной прокладке с использованием предварительно изолированных труб;

- строительство тепловых сетей при надземной прокладке с высокоэффективной теплоизоляцией;

- оснащение зданий индивидуальными тепловыми пунктами по независимой схеме (при технической возможности и обеспечении температурных параметров теплоносителя), оборудованными средствами автоматического регулирования и учета потребления тепловой энергии;

- развитие существующих и проектирование новых автоматизированных систем управления технологическими процессами тепловых сетей.

Обновление основных производственных фондов, подключение новых потребителей в соответствии с темпами ввода жилья, приемка дополнительных тепловых нагрузок от жилищно-коммунальных организаций и промышленных потребителей требует ежегодной замены 100-120 км трубопроводов (в однотрубном исчислении) в системе ГПО «Белэнерго». а также 0-660 км в системе жилищно- коммунального хозяйства.

Беларусь является страной с высоким уровнем централизованного теплоснабжения с преобладающим способом прокладки тепловых сетей в виде прокладки в непроходных каналах с минераловатной теплоизоляцией. Увлажнение применяемых материалов в процессе эксплуатации резко снижает теплозащитные свойства теплоизоляционных конструкций, что приводит к непроизводительным потерям теплоты превышающим нормируемые. Следует помнить, что непроизводительные потери тепловой энергии - это потери, обусловленные неудовлетворительным техническим состоянием теплоиспользующего оборудования и тепловых сетей или неудовлетворительной организацией их эксплуатации. Нормируемые потери тепловой энергии - это сумма нормируемых потерь тепловой энергии через изоляцию трубопроводов и с утечкой теплоносителя из тепловых сетей.

Основным условием нормального функционирования систем теплоснабжения является обеспечение в тепловых сетях, перед тепловыми пунктами потребителей, располагаемого напора, достаточного для возникновения в системах теплопотребления расхода теплоносителя, соответствующего их тепловой потребности. Однако из-за низкой гидравлической устойчивости тепловых сетей при различных возмущениях в них происходит разрегулировка- тем большая, чем ниже их гидравлическая устойчивость.

Регулирование тепловой сети сводится к регулировке функционирования отдельных систем теплопотребления путем изменения при необходимости гидравлического сопротивления, установленных дросселирующих устройств. Критериями правильности регулирования тепловых сетей являются следующие показатели:

- установление расчетного расхода теплоносителя в тепловой сети и в каждой из систем теплопотребления;

- соблюдение необходимого температурного перепада в каждой из систем теплопотребления;

- поддержание в отапливаемых зданиях расчетной температуры воздуха.

Кроме того, необходимо помнить, что регулированию тепловой сети обязательно должны предшествовать тщательное обследование системы теплоснабжения и разработка оптимальных для конкретной тепловой сети эксплуатационных режимов. На основании этого должны быть разработаны и осуществлены в полном объеме наладочные (оптимизационные) мероприятия. Без разработки для теплосети оптимального гидравлического режима и оптимизационных мероприятий и их выполнения в полном объеме не возможно добиться положительных результатов.

Наиболее эффективным решением поставленных выше проблем является широкое внедрение в практику строительства тепловых сетей трубопроводов с пенополиуретановой теплоизоляцией типа «труба в трубе» (рис. 1 и 2).

Рис. 1. Конструкция теплоизолированной трубы 1 - центрирующая опора; 2 - изоляция из пенополиуретана;

3 - труба-оболочка из полиэтилена; 4 - стальная труба;

5 - проводники-индикаторы системы опера тивного дистанционного контроля за увлажнением теплоизоляции

Потери теплоты в трубах новой конструкции минимальны, а сама конструкция позволяет полностью исключить наружную коррозию трубопровода. При этом исполнение трубопроводов показывает высокую надежность и долговечность теплосети, а также значительное снижение эксплуатационных расходов после запуска теплосети в действие. Новые конструкции имеют еще одно важное

преимущество - систему оперативного дистанционного контроля за увлажнением изоляции, что позволяет своевременно реагировать на нарушение целостности стальной трубы или полиэтиленового гидроизоляционного покрытия и заранее предотвращать утечки и аварии.

Рис. 2 Расположение ПИ-труб в канале (без соединительных муфт)

Одним из энергосберегающих решений устройства тепловых сетей также является использование гибких полимерных теплоизолированных трубопроводов с тепловой изоляцией из полужесткого пенополиуретана и гидрозащитным покрытием (рис. 3). Напорная труба изготавливается из сшитого полиэтилена, который позволяет транспортировать теплоноситель с рабочей температурой до 95 °C.

Рис. 3. Гибкая ПИ-труба ИЗОПЕКС:

1 - труба ПЭКС; 2 - пенополиуретановая изоляция; 3 - полиэтиленовая пленка;

4 - гофрированная гидрозащитная оболочка

Достоинства полимерных теплоизолированных трубопроводов весьма показательно можно отобразить путем сравнения с металлическими аналогами.

Первое. Гибкие трубы поставляются на строительную площадку длинномерными отрезками до 200 м в бухте или на специальном барабане. Металлические трубы - кусками по 8-12 м. Таким образом, на объект протяженностью в один километр приходится по 10 стыковых соединений при укладке теплотрассы при помощи гибких полимерных труб и около 100 соединений - при использовании металлических труб.

Второе. При монтаже полимерных трубопроводов не нужны сварочные работы, соединение труб производится при помощи специальных фитингов. Монтаж одного фитинга занимает 10-15 мин и не требует работы высококвалифицированных сварщиков.

Третье. Срок службы полимерного трубопровода составляет не менее лет, в то время как металлическая труба (в зависимости от качества транспортируемой по ней воды) в среднем служит только 10-20 лет.

Использование гибких полимерных трубопроводов значительно сокращает время на проведение монтажных работ, что ведет к удешевлению прокладки теплосети. Помимо этого достигается значительный экономический эффект за счет снижения затрат на сопутствующие материалы, необходимые для теплоизоляции стыковых соединений.

Однако при их использовании возникает ряд серьезных трудностей. Распространенные на Западе гибкие теплоизолированные трубы, предлагаемые компаниями Brugg Rohrsysteme, Rehau, Uponor, Logstor. Isoplus и др., имеют ограниченные диаметры (как правило, до 110 мм) и были разработаны для небольших квартальных тепловых сетей с умеренными тепловыми нагрузками. Поэтому их распространение на рынке Республики Беларусь ограничивается теплоснабжающими организациями небольших городов с населением в несколько десятков тысяч человек, небольшими предприятиями перерабатывающей области АПК, а также коттеджными застройками и агрогородками.

Как указано в правилах, водяные тепловые сети из гибких ПИ-труб в период эксплуатации не должны подвергаться ежегодным гидравлическим испытаниям, а также испытаниям на расчетную температуру и тепловые потери, проверкам на наличие потенциала блуждающих токов. Это также приводит к экономии средств и рабочего времени. Основные показатели гибких ПИ-труб приведены в табл. 1.

Таблица 1 Показатели свойств полиэтиленовой трубы

Наименование показателя	Значение
Средний коэффициент линейного теплового расширения полиэтилена К 1 при температурах от 0 до 70 °C	1.5 • 10-4
Теплопроводность полиэтиленовой трубы. Вт/(мК)	0.38
Теплопроводность полиэтиленовой оболочки, Вт/(мК)	0.43
Теплопроводность тепловой изоляции из пенополиуретана при средней температуре °C, Вт/(мК)	Не более 0.033

Кроме этих ПИ-труб широко используются аналогичные гибкие трубы типа «Изопрофлекс» и «Касафлекс» (рис. 4 и 5), разработанные и изготавливаемые в СНГ (в том числе и в Республики Беларусь).

Рис. 4. Прокладка гибких труб «Касафлекс»

Впервые при создании трубы применен армирующий слой (кевлар), позволяющий использовать трубу при значительно большем давлении без увеличения толщины стенки напорной трубы. Подобной технологией нанесения армирующего слоя не владеет ни одна из ведущих профильных компаний в мире. Новая технология

полу чила название «Изопрофлекс». Эксплуатационные характеристики труб «Изопрофлекс» позволяют использовать их в тепловых сетях с температурой теплоносителя до 95 °C и давлением до 10 бар. Для сетей с более высокими рабочими характеристиками предназначены трубы «Касафлекс». Напорная труба в них гофрированная, что позволяет конструкции оставаться гибкой, и изготовлена из хром-никелевой нержавеющей стали, стойкой к хлорированной воде тепловых сетей. Эксплуатационные характеристики труб «Касафлекс» позволяют использовать теплоноситель с температурой до 130 °C (кратковременно до 150 °C) под давлением до 16 бар.

Рис. 5. Гибкие ПИ-трубы Изофлекс (а) и Касафлекс (б):

1 - защитная оболочка из полиэтилена высокого давления;

2 - технологическая коронированная пленка; 3 - полужесткий пенополиуретан:

4 - композиция на базе сополимера этилена; - адгезив (кислородно-защитный слой); 6 - армирующий слой (кевлар); 7 - адгезив; 8 -труба РЕХ-а; 9 - сигнальный кабель; 10 - защитная оболочка из полиэтилена;

11- напорная гофрированная труба; 12 - теплоизоляция из пенополиуретана; 13 - барьерный слой

В некоторых тепловых пунктах систем отопления заданий до сих пор используют насосные узлы смешения и элеваторные узлы. Поскольку элеваторные узлы практически не допускают возможности энергетически эффективной модернизации системы отопленияи несовместимы с термостатическими клапанами, то их необходимо заменить насосными смесительными схемами и независимыми системами с теплообменником. А установка балансировочных клапанов позволит оптимизировать работу тепловых пунктов, обеспечив проектные расходы на всех нагрузках и соответственно получив их проектную теплоотдачу, а также корректную температуру обратной воды. При этом достигается значительная экономия энергии и увеличение срока службы оборудования.

Повышение энергетической эффективности тепловых сетей состоит в следующем:

- оптимизация сечения трубопроводов при перекладке;

- прокладка трубопроводов «труба в трубе» с пенополиуретановой изоляцией;

- замена минераловатной изоляции на пенополиуретановую с металлическими отражателями;

- электрохимическая защита металлических трубопроводов;

- применение систем дистанционной диагностики состояния трубопроводов;

- применение обоснованных режимов снижения температуры теплоносителя;

- исключение подсоса грунтовых и сточных вод в подземные теплотрассы;

- установка тепловых счетчиков на центральных тепловых пунктах (ЦГП);

- замена малоэффективных кожухотрубных теплообменников на Ц ГП на пластинчатые с устранением течей;

- установка частотно регулируемых приводов для поддержания оптимального давления в сетях (экономия электроэнергии 20-25 % и снижение аварийности);

- закрытие малоэффективных и ненагруженных котельных;

- проведение мероприятий по оптимизации тепловых режимов здания ЦГП и вторичному использованию теплоты обратной сетевой воды и вытяжной вентиляции;

- применение блочных тепловых пунктов при модернизации их абонентских вводов;

- установка регулируемых вентилей на подаче теплоты на нагруженные участки теплотрасс;

- использование мобильных измерительных комплексов для диагностики состояния и подачи теплоты, а так же для регулирования отгиска теплоты;

- установка тепловых счетчиков на входах тепловой подачи зданий;

- внедрение автоматизированных комплексов диспетчеризации ЦТП;

- комплексная гидравлическая балансировка теплосетей;

- премирование работников осуществляющих эксплуатацию теплосетей и ЦТП с учетом показателей энергетической эффективности.

В общем случае блочный тепловой пункт должен состоять из комбинации следующих составляющих:

- узла учета и регулирования тепловой энергии для учета фактического расхода теплоносителя и теплоты, а также регулировки (снижения) расхода теплоносителя в соответствии с заданным графиком температуры;

- узла отопления для обеспечения требуемого расхода тепловой энергии с учетом погодных условий, времени суток, дней недели и пр.;

- узла горячего водоснабжения для поддержания нормативной температуры воды (55-60 °C) в системе горячего водоснабжения;

- узла вентиляции для регулирования расхода тепловой энергии в соответствии с погодными условиями и временем суток.

Применение блочных тепловых пунктов, по сравнению с традиционным абонентским вводом, позволяет:

- снизить затраты на создание теплового пункта;

- сэкономить тепловую энергию и денежные средства;

- повысить надежность теплоснабжения здания;

- упростить дальнейшую модернизацию (автоматизацию) инженерных систем зданий.