О ВОПРОСАХ ВНЕДРЕНИЯ ЗАЩИТЫ ОБОРУДОВАНИЯ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ОТ ПОВЫШЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ И ГИДРАВЛИЧЕСКИХ УДАРОВ

Источник: Журнал "Новости теплоснабжения", № 3, (19), март, 2002, С.22 – 25

           Из опыта эксплуатации крупных систем теплоснабжения (СТ), которые оснащены большим объемом запорной арматуры, насосного оборудования, а так же имеющих большую протяженность сетей и высокое гидравлическое сопротивление, известны трудности при обеспечении высокой степени их надежности. В частности, это относится как к крупным квартальным или районным котельным, так и к присоединенным сетям и системам теплопотребления. В таких СТ существует высокая вероятность возникновения аварийных либо переходных гидравлических процессов, характеризуемых колебаниями либо повышением давления сетевой воды, значения которых выходят за пределы допустимых значений прочностных характеристик оборудования и сетей. Подобные процессы возможны и в СТ невысокой мощности и протяженности, и кроме того могут иметь характер гидравлического удара. Степень же надежности проектируемых и, в большей степени эксплуатируемых СТ, является одним из важнейших факторов при осуществлении договорных отношений между теплоснабжающими организациями (ТСО) и потребителями тепловой энергии.
          Отсутствие в составе СТ специализированных устройств защиты от названных явлений в значительной степени усугубляет аварийную ситуацию, приводит к цепному характеру ее распространения и серьезным последствиям для системы теплоснабжения, таким как:           - повреждение тепломеханического оборудования источников теплоснабжения;
          - разрыв сетевых трубопроводов с затоплением помещений источников теплоснабжения, выводом из строя электрооборудования и потерей собственных нужд;
          - прекращение теплоснабжения объектов ЖКХ и социальной сферы, предприятий, влекущее с серьезные социальные последствия и нанесение материального ущерба;
          - разрыв отопительных приборов внутренних систем теплопотребления с затоплением помещений.
          Нарушения нормального гидравлического режима СТ имеют следующие технические причины:
          - аварийные отключения сетевых и подпиточных насосов ТСО;
          - закрытие (открытие) регуляторов, запорной, предохранительной и обратной арматуры на источниках теплоснабжения, в тепловых сетях и в тепловых пунктах потребителей (причем разрывы коррозионно-ослабленных трубопроводов могут происходить даже в случае плановых переключений в тепловых схемах, при перепуске насосов, уменьшении или увеличении подпитки сети);
          - вскипание воды в котлах и оборудовании ТСО;
          - разрывы магистральных сетевых трубопроводов.
          В зависимости от инерционности системы трубопроводов и характеристик возмущения переходные гидравлические режимы можно подразделить на условно-стабильные и на гидравлические удары. Обе разновидности могут носить характер затухающего колебательного процесса.
          Последние отличаются высокими значениями мгновенных давлений, высокой скоростью нарастания и спада давления (т.е. динамическим воздействием на оборудование) и высокой скоростью распространения. Вероятность гидравлического удара в СТ выше с увеличением длин и диаметров трубопроводов, а так же при оснащении СТ такими устройствами, отказ или срабатывание которых приводит к быстротечному знакопеременному изменению скорости теплоносителя (в т.ч. локальному), нарушению неразрывности потока, локальному понижению давления с достижением температуры кипения, вскипанию и последующей конденсации теплоносителя. Кроме того, величина скачкообразного приращения давления и скорость распространения ударной волны, вызванной гидроударом, находятся в пропорциональной зависимости от скорости и расхода теплоносителя в трубопроводе, а так же от степени упругости материала трубопровода.
          Условно-стабильные режимы характеризуются монотонными нарушениями стационарного гидравлического режима, при которых скорость изменения (в т.ч. нарастания) давления невысока. Подобные режимы наиболее часто являются следствием операций с регулирующими клапанами, закрытия или открытия арматуры с электроприводом.
          Кроме того, СТ обладают следующей особенностью: существует значительный разброс допустимых давлений для оборудования и трубопроводов, установленных в ТСО, тепловых сетях и системах теплопотребления. Например, системы теплопотребления, укомплектованные чугунными радиаторами, имеют допустимое давление 0,6 МПа и присоединены по зависимой схеме к тепловым сетям, имеющим допустимое давление 1,6 МПа. А эта разница обусловливает необходимость применения защиты от повышения давления, так как колебания последнего, возникающие, к примеру при отключении сетевых насосов, недопустимы для такой отопительной системы.
          Таким образом, учитывая вероятность возникновения названных аварийных режимов необходимо разработать принципы практического применение для СТ комплекса работ по расчету параметров переходных гидравлических процессов и режимов, выявлению необходимости оснащения системы специальными устройствами защиты с определенными характеристиками (быстродействие; пропускная способность; простота в настройке и эксплуатации; стоимость). Следует сделать вывод, что приступать к проектированию и монтажу защитных устройств рационально только после проведения анализа гидравлического режима СТ. Помимо технических проблем существуют и организационные. Заключаются они в необходимости разграничения степени ответственности субъектов теплоснабжения единой СТ, по соблюдению требований НТД, которые регламентируют предельные отклонения параметров и объем оснащения элементов СТ устройствами автоматики, регулирования и защиты, а так же договорных обязательств сторон по качеству тепловой энергии, в т. ч. и в аварийных ситуациях. Такие вопросы необходимо решать в порядке, определяемом Гражданским кодексом РФ (гл. 6 "Энергоснабжение"). Действующие же НТД предписывают установку специальных защитных устройств на всех элементах единой СТ, что вызывает многочисленные споры на всех стадиях взаимоотношений субъектов теплоснабжения:
          • разработка проектов;
          • выдача технических условий на присоединение систем теплопотребления;
          • заключение договоров теплоснабжения;
          • подготовка к ОЗП и получение акта готовности к эксплуатации систем теплопотребления;
          • расследование технологических нарушений;
          • определение долей ущерба, подлежащего погашению различными ведомствами.
          Учитывая результаты работ по анализу параметров переходных гидравлических режимов следует проводить пересмотр договоров теплоснабжения - в части дополнения их положениями о соблюдении сторонами режимов потребления и показателей качества тепловой энергии. В договорах должны находить отражение гарантии ТСО по поддержанию предельных отклонений гидравлических режимов и параметров теплоносителя, но с учетом влияния на единую сеть нарушений, вызываемых воздействием потребителей. А так же необходимо предусматривать в договорах распределение ответственности между сторонами при невыполнении договорных условий, в частности – по организации и эксплуатации защитных устройств.
          При выдаче технических заданий на проектирование СТ и их структурных частей, следует включать в них позиции по конструкторской проработке вопросов защиты оборудования и сетей от недопустимого повышения давления сетевой воды в аварийных ситуациях; а так же отказывать в согласовании проектов, в которых не обоснованно исключены устройства защиты. При разработке графиков аварийных ограничений и отключений рациональнее изначально учитывать возможность возникновения аварий в СТ и их дальнейшего распространения.
          В заключение следует отметить что с целью достижения максимальной эффективности, мероприятия по организации защиты оборудования и сетей от недопустимых изменений давления должны иметь комплексный подход, проводиться с участием соответствующих специализированных организаций и обязательно учитывать взаимовлияние всех элементов единой СТ. На практике при реализации этих предложений прослеживается стремление субъектов теплоснабжения, например в Брянской области, обходиться минимальными затратами на комплектацию устройств защиты и тенденция применения в этих целях общеизвестных предохранительных клапанов с высокой инерционностью и наличием нерегулируемой протечки теплоносителя. На предприятиях имеются случаи самодеятельной модернизации предохранительных клапанов с благими намерениями, но не приводящие в итоге к достижению положительного результата. А с учетом возросшей юридической грамотности населения и персонала организаций-потребителей и увеличением числа исков потребителей по возмещению ущерба, внедрение защитных мероприятий является менее дорогостоящим по сравнению с выплатами компенсаций пострадавшим в результате технологических нарушений и участием в судебных разбирательствах. То есть предупреждение технологического нарушения обходится дешевле его ликвидации и устранения его последствий, т.е. перефразируя - скупой платит дважды. Однако понимание этих положений на практике встречается редко, а до реализации дело доходит еще реже. И это несмотря на факты, что по Брянской области за последние годы зарегистрировано несколько технологических нарушений, вызванных повышением давления сетевой воды
          Что же касается стоимости и объема работ по организации защиты, то для обоснования перед РЭК они должны определяться специализированными организациями.
          Настоящей публикацией хотелось бы не только определить свою точку зрения, но и высказать приглашение обсудить затронутую тему, изложить свои взгляды и поделиться опытом решения подобных проблем, а может быть и конкретными разработками защитных устройств всем заинтересованным сторонам: работникам эксплуатирующих организаций, знающих о существовании данных проблем из собственного опыта, представителям специализированных исследовательских и проектных организаций, изготовителям энергетического оборудования.