Совершенствование системы централизованного теплоснабжения при реконструкции и эксплуатации тепловых сетей

Актуальность работы обусловлена совершенствованием критериев
надежности трубопроводов тепловых сетей, вспомогательных
конструкций, качеством исполнения теплопроводов и обо рудования,
уровень автоматизации и диспетчеризации, технология эксплуатации
систем централизованного теплоснабжения населенных пунктов России
приводят к сохранению практики использования разрушающих методов
контроля надежности тепловых сетей – гидравлических испытаний на
плотность и прочность. Интенсивность отказов достигает пяти единиц на
километр в год, ее снижение – это базовое условие для перехода к
концепту систем централизованного теплоснабжения четвертого
поколения (4th Generation District Heating), существенно повышающему
энергоэффективность и активно внедряемому за рубежом. Время
ликвидации аварий на теплопроводах диаметром 1000 -1400 мм достигает
предельно установленных СП 124.13330.2012 «Тепловые сети» значений
в 54 часа, такие отключения затрагивают жилые районы с населением до
50 тыс. чел.
Степень разработанности проблемы. Вопросы надежности тепловых
сетей исследовались Henrik Lund, Sven Werner, B. Babiarz, Братенковым
В.Н., Терлецкой Е.Н., Сенновой Е.В., Иониным А.А., Плавич А.Ю.,
Горбуновой Т. Г. и др. Однако авторы затрагивали в основном вопросы
схемной надежности систем централизованного теплоснабжения .
При разработке Схем теплоснабжения учитываются показатели,
отражающие лишь качество решений, заложенных на этапе
проектирования: коэффициент готовности, вероятность безотказной
работы, ремонтопригодность, долговечность.
Объектом исследования в настоящей диссертационной работе
являются тепловые сети систем централизованного теплоснабжения
населенных пунктов.
Предметом исследования являются свойства надежности
трубопроводов тепловых сетей: безотказность, ремонтопригодность,
восстанавливаемость, долговечность, сохраняемость, готовность;
показатели надежности: интенсивность отказов, параметр потока
отказов.
Целью диссертационной работы является повышение
эксплуатационной надежности тепловых сетей путем разработки и
реализации научно обоснованных методов обобщенной оценки
состояния трубопроводов.
Задачи исследования:
1. Провести анализ состояния системы теплоснабжения крупного
населенного пункта Российской Федерации на основе статистических
данных с выделением наиболее информативных показателей
эксплуатационной надежности.
2. Разработать методику оценки остаточного ресурса участка
тепловой сети
3. Разработать методику обработки результатов технической
диагностики тепловых сетей и выбора оптимального метода диагностики
при проведении испытаний с обоснованием внесения изменений в
нормативно-техническую документацию
4. Предложить способ сравнения разработанных и существующих
программ гидравлических испытаний тепловых сетей на прочность и
плотность по результатам эксплуатации.
Методы исследования. В работе использовались методы теории
надежности сложных систем, статистические методы анализа данных.
Для получения достоверных сведений был выбран метод
ретроспективного анализа данных о порядке эксплуатации
магистральных трубопроводах г. Омска по материалам дефектных
ведомостей и актов, заполняемых при ликвидации повреждения, актов
расследования причин аварии и других документов. Был проведен
анализ актуальной информации из научно-технической документации и
статей известных авторов. Совместно со специалистами компании,
эксплуатирующей магистральные тепловые сети г. Омска, были
уточнены методики и списки выдвинутых предложений по внесению
участков тепловых сетей в программу капитального ремонта, замене
испытаний на плотность и прочность на отдельных участках методами
неразрушающего контроля, увеличению или уменьшению величины
пробного давления, соблюдая требование Правил технической
эксплуатации тепловых энергоустановок об установлении такового на
уровне 1,25 рабочего давления, но не менее 0,2 МПа (2 кгс/см2). Автор
принял личное участие при выполнении обследования мест повреждений
и проведения гидравлических испытаний на прочность и плотность
непосредственно на участках тепловых сетей. Для расчетов и построения
графических зависимостей использовался пакет программ Microsoft
Excel.
Достоверность и обоснованность полученных результатов
обусловлена применением современных методов и средств
теоретических и статистических исследований, применением
действующих нормативных документов, апробацией и внедрением
результатов работы компанией АО «Омск РТС», эксплуатирующей
магистральные тепловые сети города Омска.
На защиту выносятся:
1. Методы обобщенной оценки состояния трубопроводов:
а) алгоритм и методика оценки степени совершенствования
программы гидравлических испытаний тепловых сетей на прочность и
плотность;
б) методика проведения диагностики трубопроводов тепловых сетей
и обработки ее результатов.
в) методика оценки остаточного ресурса участка тепловой сети.
2. Способ оценки ущерба от возможной аварийной ситуации при
сохранении существующего порядка проведения гидравлических
испытаний.
3. Результаты апробации разработанных алгоритмов и методик.
Научная новизна работы:
1. Разработаны математическая модель и методики обобщенной
оценки состояния трубопроводов тепловых сетей и оценки их
остаточного ресурса, отличающиеся от известных минимальной ручной
обработкой результатов инженерной диагностики и использованием
традиционной формы представления сведений в качестве исходных
данных.
2. Предложена приоритетная схема проведения гидравлических
испытаний тепловых сетей на прочность и плотность, позволяющая
обоснованно подойти к выбору оптимального метода проведения новых
мероприятий по технической диагностике на каждом конкретном участке
трубопроводов тепловых сетей и обработки ее результатов.
3. Предложен способ оценки повышения эффективности программы
гидравлических испытаний тепловых сетей на прочность и плотность,
основанный на сравнении итогов отопительных сезонов,
заключающийся в расчете общего и на каждом рассматриваемом
участке в отдельности параметра потока отказов до и после внедрения
предлагаемых мероприятий, и отличающийся тем, что он учитывает
возможность применения неразрушающих методов контроля взамен
гидравлических испытаний, увеличения или уменьшения величины
пробного давления, соблюдая при этом нормативное требование об
установлении такового на уровне 1,25 рабочего давления, но не менее
0,2 МПа (2 кгс/см2).
Практическая ценность работы заключается в том, что полученные
результаты дают возможность повысить надежность магистральных
тепловых сетей канальной прокладки с позиции уменьшения количества
повреждений, выявляемых в течение отопительного периода и при
проведении опрессовок. Следующие мероприятия обоснованы в качестве
приоритетных: выглубление каналов тепловых сетей, восстановление и
замена строительных конструкций каналов, устройство их
гидроизоляции, нанесение антикоррозионных покрытий и применение
предизолированных труб ППУ.
Обосновано предложение внесения поправок в Правила технической
эксплуатации тепловых энергоустановок – отказ от формулировок п.
6.2.37: … участки с утонением стенки трубопровода на 20% и более
подлежат замене.
Обосновано предложение внесения поправок в Федеральные нормы
“Правила промышленной безопасности … оборудование, работающее
под избыточным давлением” – отказ от подпункта в) п. 360 – замена
экспертизы промышленной безопасности оценкой остаточного ресурса.
Реализация работы. Разработанные алгоритмы и методики
внедрены в Структурном подразделении «Тепловые сети» АО «Омск
РТС», что подтверждено соответствующим актом реализации научных
исследований. Результаты исследований предложены к изучению и
применению инженерно-техническим работникам компании.
Апробация работы. Основные положения и практические
результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на
международных конференциях: Ресурсоэффективным технологиям –
энергию и энтузиазм молодых (г. Томск, 2016 г.), X школе -семинаре
молодых ученых и специалистов академика РАН В.Е. Алемасова (г.
Казань, 2016 г.), Перспективы развития новых технологий в энергетике
России (г. Москва, 2016 г.), Наука. Технологии. Инновации (г.
Новосибирск, 2016 г.), Повышение энергоэффективности объектов
энергетики и систем теплоснабжения (г. Омск, 2017, 2018 гг.),
Технологии климата и окружающей среды CONECT 2018 (г. Рига,
Латвия, 2018 г.), Шестнадцатом симпозиуме по централизованному
тепло- и холодоснабжению (г. Гамбург, Германия, 2018 г.), Десятом
Международном водно-энергетическом форуме (г. Казань, 2018 г.),
Тринадцатой научной конференции Инновационные проекты и
технологии в образовании, промышленности и на транспорте (г. Омск,
2019 г.) и II Международной научной конференции «Энерго –
ресурсоэффективность в интересах устойчивого развития» (г. Иркутск,
2019 г.).