АНАЛИЗ ОГРАНИЧЕНИЙ НОРМАТИВНОЙ МЕТОДИКИ РАСЧЁТА НАДЁЖНОСТИ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ ПРИ УСЛОЖНЕНИИ ИХ КОНСТРУКЦИИ

Аннотация. В работе рассмотрены особенности применения действующей нормативной методики расчёта надёжности тепловых сетей при оценке современных систем теплоснабжения. На примере теплового ввода центрального теплового пункта выполнено сравнение показателей надёжности для базовой и усложнённой конструкции тепловой сети. Показано, что увеличение количества конструктивных элементов, направленное на повышение эксплуатационной устойчивости, может приводить к существенному росту параметра потока отказов и снижению вероятности безотказного теплоснабжения. Выявлены ключевые ограничения методики, обусловленные использованием усреднённых статистических параметров, и предложены направления её совершенствования.

Ключевые слова: анализ, ограничения нормативной методики, расчёт надёжности тепловых сетей, усложнение конструкции.

Введение

Надёжность систем теплоснабжения является одним из ключевых показателей их эффективности и безопасности эксплуатации [1, 2]. Нарушения теплоснабжения в отопительный период приводят к значительным социальным и экономическим последствиям, что обуславливает высокие требования к качеству проектирования и эксплуатации тепловых сетей.

Для оценки надёжности тепловых сетей в практике проектирования широко применяются нормативные методики, основанные на использовании статистических данных об отказах трубопроводов и оборудования [1, 2]. Данные методики позволяют получить унифицированную оценку надёжности, однако их применение в условиях модернизации и усложнения конструкции тепловых сетей требует критического анализа.

Целью настоящей работы является анализ ограничений нормативной методики расчёта надёжности тепловых сетей при оценке систем с усложнённой конструкции и выявление направлений повышения точности расчётных оценок.

Краткие теоретические положения

Оценка надёжности тепловых сетей в рамках нормативной методики основана на вероятностном подходе и использовании показателей интенсивности отказов, параметра потока отказов, среднего времени восстановления и вероятности безотказного теплоснабжения [2, 4, 5]. Интенсивность отказов λᵢ характеризует вероятность выхода i-го элемента из строя в единицу времени.

Параметр потока отказов системы определяется как сумма параметров потоков отказов отдельных элементов:

где  – длина участка ТС, км; – интенсивность отказов элементов ТС, 1/(км·ч).

Среднее время восстановления элементов используется для определения интенсивности восстановления μ, обратной среднему времени восстановления.

Стационарная вероятность рабочего состояния системы определяется соотношением интенсивностей отказов и восстановления и может быть представлена в следующем виде:

где  – число элементов ТС;  – параметр потока отказов участков ТС, 1/ч;  – интенсивность восстановления элементов ТС, 1/ч.

Вероятность безотказного теплоснабжения потребителей в течение отопительного периода определяется с учётом продолжительности расчётного периода и параметра потока отказов:

где  – стационарная вероятность рабочего состояния сети;  - интенсивность восстановления f-го элемента, 1/ч;  - продолжительность (число часов) стояния в течение отопительного периода температуры наружного воздуха  ниже  - температура наружного воздуха, при которой время восстановления f-го элемента  равно временному резерву j-го потребителя, т.е. времени снижения температуры воздуха в здании j-го потребителя до минимально допустимого значения .

Данный показатель является интегральной характеристикой надёжности системы и используется для оценки риска нарушения теплоснабжения.

Описание объекта и сравниваемых конструкций

В качестве объекта исследования рассмотрен тепловой ввод центрального теплового пункта, предназначенный для теплоснабжения административных зданий. Базовая конструкция теплового ввода включает трубопровод заданной протяжённости и ограниченное количество запорной арматуры.

Усложнённая конструкция тепловой сети предусматривает установку дополнительных сильфонных компенсаторов и увеличение количества запорной арматуры. Данные конструктивные решения направлены на компенсацию температурных деформаций трубопроводов и повышение управляемости системы, однако при этом увеличивают число элементов, потенциально подверженных отказам.

Для обеих конструкций расчёт показателей надёжности выполнен по одной и той же нормативной методике, что обеспечивает сопоставимость результатов.

Анализ вклада отдельных элементов в общую ненадёжность показал, что доминирующую роль играют сильфонные компенсаторы, доля которых составляет порядка 75 % от суммарного параметра потока отказов [6, 7]. Это указывает на необходимость более детального учёта надёжности таких элементов при расчётах.

Ограничения нормативной методики

Проведённый анализ выявил ряд системных ограничений действующей методики расчёта надёжности тепловых сетей. В первую очередь, методика основана на использовании усреднённых значений интенсивности отказов и времени восстановления, не учитывающих конкретные условия эксплуатации.

Равенство расчётных параметров для элементов, находящихся в различных эксплуатационных условиях, приводит к искажению оценки надёжности. Кроме того, методика недостаточно чувствительна к изменению конструкции системы и не позволяет корректно оценить влияние дополнительных элементов на итоговые показатели надёжности.

Особенно наглядно данные ограничения проявляются при анализе современных тепловых сетей, оснащённых большим количеством компенсаторов и арматуры, надёжность которых существенно зависит от конструктивных и эксплуатационных факторов.

Направления совершенствования методики

Для повышения точности расчётов предлагается усовершенствовать порядок определения интенсивности отказов и среднего времени восстановления путём введения поправочных коэффициентов, учитывающих материал трубопроводов, условия их прокладки, коррозионную агрессивность среды и сезонность выполнения ремонтных работ [3, 5].

Также целесообразно предусмотреть отдельный учёт надёжности сильфонных компенсаторов и иных конструктивно сложных элементов, оказывающих значительное влияние на суммарную ненадёжность системы. Введение таких усовершенствований позволит адаптировать методику к современным условиям эксплуатации тепловых сетей без принципиального изменения её структуры.

Заключение

В работе показано, что применение нормативной методики расчёта надёжности тепловых сетей при оценке систем с усложнённой конструкцией может приводить к заниженной оценке рисков отказов. Усложнение конструкции тепловой сети, направленное на повышение эксплуатационной устойчивости, сопровождается существенным ростом параметра потока отказов и снижением вероятности безотказного теплоснабжения.

Полученные результаты подтверждают необходимость критического применения нормативных методик и обосновывают целесообразность их дальнейшего совершенствования с учётом конструктивных и эксплуатационных особенностей современных тепловых сетей.