V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Тепловые сети относятся к сложным техническим системам. Отказ или временный выход из строя элемента может привести к аварии, то есть к длительным перерывам в подаче теплоты. Наиболее опасна такая ситуация в холодный период года в связи с тем, что это может привести к замерзанию труб. Также недоотпуск теплоты может привести к нарушению требований условий труда, отдыха людей, нарушению технологического процесса на промышленных предприятиях. Поэтому вопрос повышения надежности систем теплоснабжения актуален.

Согласно [1] расчет показателей системы должен производиться с учетом надежности. Предсказать безотказность работы элементов весьма сложно. Она зависит от множества факторов, например, от условий прокладки труб (влажность почв, наличие вблизи прокладки электрокабеля и т.д.), от качества воды-теплоносителя, от качества работы монтажников.

С целью определения показателей надежности тепловых сетей были выявлены основополагающие факторы, влияющие на безотказность системы, посчитана вероятность отказа элементов. На основе этого была построена математическая модель процесса, выведены формулы для расчета показателей надежности [2].

Результаты данных исследований были применены для проектирования системы централизованного теплоснабжения микрорайона города. Система теплоснабжения закрытая, тип прокладки - канальная. На рис.1 условно изображена тепловая сеть с узлами теплофикации, компенсаторами, неподвижными опорами.

Показатель надежности системы теплоснабжения R_с.т.(t), согласно [2], определяют как отношение показателя качества функционирования реальной системы к показателю качества функционирования идеальной системы Q_и (t). Идеальная система всегда находится в исправном состоянии и все компоненты равны единице

R_с.т.(t)=. (1)

Чтобы определить R_с.т.(t) по данной методике, нужно посчитать другие величины.

Тепловые сети состоят из следующих элементов: участков теплопроводов, секционирующих и отключающих задвижек, оборудования сетей (см. рис.1). Рассмотрим работу элемента с позиции теории надежности. Элементы работают до отказа. После отказа его выключают из системы, ремонтируют (заменяют) и вновь включают в работу. Последовательность отказов элемента во времени составляет поток отказов. Рис.1 - Тепловая сеть с изображением узлов теплофикации

Поток отказов характеризуется параметром потока отказов ω. Если за время наблюдения Δt (обычно Δt принимают равным одному году) каждый элемент из наблюдаемых отказал m_i раз, тогда

ω= , (2)

где Δt - период наблюдений, год; m_i - число отказов за Δt; N - число элементов.

Параметр потока отказов теплопроводов обычно, относят к 1 км длины, так как из практики известно, что число отказов в основном зависит от длины участка, влияние диаметра незначительно. В этом случае

ω= ω_н.тр·l_тр+ ω_н.зад. ·z, (3)

где ω_н.тр, ω_н.зад - нормированные значения для трубопровода и стальных задвижек, принимаем по [2]; l_тр - длина трубы; z - количество задвижек.

Среднее значение фактически отключаемой мощности при аварийных ситуациях на сетях равно

Q_ср.ф. =, (4)

где j - число эквивалентных элементов; n - число возможных аварийных ситуаций; - отражает общее количество отказов в системе за год; ΔQ_j·ω_j- отключаемая тепловая мощность за год в зависимости от частоты отказов эквивалентированного элемента сети j.

Средняя вероятность состояний системы за расчетный период t

1-e ^-∑ωj·t . (5)

Вероятность безотказной работы системы

Р_о(t) = 1-e ^-∑ωj·t . (6)

Математическое ожидание MΔQ_j отражает среднее значение отключаемой тепловой мощности при аварийных отказах на тепловой сети с учетом вероятности каждого отказа

MΔQ_j = (1-e ^-∑ωj·t)·Q_ср.ф. (7)

Основной показатель надежности системы теплоснабжения

R_с.т.(t) = 1-. (8)

Сравним расчет нескольких вариантов прокладки тепловой сети по вышеописанной методике. На рис.2 представлены варианты прокладки данной тепловой сети. Результаты сравнительного расчета по формулам (1-8) представлены в таблице.

Таблица

Результаты сравнительного расчета

№ варианта	1-e -∑ωj·t	Qср.ф	MΔQj	Rс.т.(t)
а) вариант	0,137	10,49	1,44	0,955
б) вариант	0,137	8,21	1,17	0,964
в) вариант	0,137	7,07	1,06	0,97

В данном случае повышение надежности системы теплоснабжения осуществлялось за счет строительства перемычек между магистралями [5]. Этот способ позволяет понизить значение отключаемой тепловой мощности при аварии, тем самым повышая основной показатель надежности.

Также был произведен экономический расчет вариантной прокладки тепловой сети ресурсно-индексным методом. Результат расчета представлен на рис.3.

Эксплуатационные расходы, к которым приводит авария, не представляется возможным оценить. Это расходы на своевременное обнаружение и ликвидацию, возможные судебные издержки из-за последствий недоотпуска теплоты, таких как нарушение технологического процесса и условий труда и отдыха людей.

Рис 2 - Варианты прокладки тепловой сети: а) без перемычек; б) с перемычкой на одном участке;

в) с перемычкой на двух участках

Рис.3 - Капитальные затраты на строительство тепловой сети по вариантам

С учетом требований надежности согласно [1] и неоцененных эксплуатационных затрат, для проектирования был выбран вариант в).

Полученные результаты позволили оценить эффективность применения одного из способов повышения надежности тепловых сетей, а именно, строительства перемычек между магистралями. Расчет был применен для выбора наиболее приемлемого варианта прокладки сетей с учетом требований надежности и экономических затрат.

Библиографический список

1. СНиП 41-02-2003. Тепловые сети. – Взамен СНиП 2.04.07-86; введ. 2003-01-09. - М.: Стройиздат, 2003.- 38 c.

2. Ионин, А.А. Надежность сиcтем тепловых сетей / А.А. Ионин. - М.: Стойиздат, 1989. - 268 с.

3. Николаев, А.А. Проектирование тепловых сетей. Справочник проектировщика / А.А. Николаев. - М.: Стройиздат, 1965. – 360 с.

4. Китаев, Д.Н. Вариантное проектирование систем теплоснабжения с учетом надежности тепловой сети/ Д.Н. Китаев, C.Г. Булыгина, М.А. Слепокурова // Молодой ученый. Технические науки. - 2010 .- № 7 (18). - С. 46-48.

5. Дьяченко, С.М. К вопросу оценки технико-экономической эффективности развития систем теплоснабжения на краткосрочную и долгосрочную перспективу / С.М. Дьяченко, К.Н. Сотникова // Инженерные системы и сооружения. – 2010. - № 2. – С. 137-148.

Код для цитирования: Скопировать