Статья:

Потери теплоносителя

Конференция: XX Студенческая международная научно-практическая конференция «Технические и математические науки. Студенческий научный форум»

Секция: Технические науки

Выходные данные
Волков А.В. Потери теплоносителя // Технические и математические науки. Студенческий научный форум: электр. сб. ст. по мат. XX междунар. студ. науч.-практ. конф. № 9(20). URL: https://nauchforum.ru/archive/SNF_tech/9(20).pdf (дата обращения: 25.06.2022)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

Потери теплоносителя

Волков Антон Владимирович
студент, Российский университет транспорта (МИИТ), РФ, г. Москва
Драбкина Елена Васильевна
научный руководитель, канд. техн. наук, доцент, Российский университет транспорта (МИИТ), РФ, г. Москва

 

К нормируемым технологическим потерям теплоносителя относятся технически неизбежные в процессе передачи и распределения тепловой энергии потери теплоносителя с его утечкой через не плотности в арматуре и трубопроводах тепловых сетей в пределах, установленных правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей, а также правилами технической эксплуатации тепловых энергоустановок.

Нормативные значения потерь теплоносителя за год с его нормируемой утечкой, м3, определяются по формуле :

               

Где: - норма среднегодовой утечки теплоносителя, м3/чм3, установленная правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей, а также правилами технической эксплуатации тепловых энергоустановок, в пределах 0,25% среднегодовой емкости трубопроводов тепловых сетей в час;

- среднегодовая емкость трубопроводов тепловых сетей;

- продолжительность функционирования тепловых сетей в год, ч/год;

Данная формула в соответствие с применима для всех видов трубопроводов тепловых сетей. На основании этого получается зависимость, при которой годовые потери с утечкой теплоносителя прямо пропорциональны времени эксплуатации трубопроводов в течение года и их объему.

При этом, фактическая утечка теплоносителя, для трубопроводов, находящихся в эксплуатации на протяжении длительного времени, как показывает практика, превышает расчетную в несколько раз. Это вызвано частым возникновением прорывов, вследствие возникновения коррозии, снижением плотности сварных соединений и сальниковых компенсаторов, ухудшением состояния запорной арматуры. [1]

Действующая нормативная документация требует периодического проведения освидетельствования трубопроводов сетей, а также, по истечении нормативного срока эксплуатации (25 лет), с целью нахождения участков со снижением толщины стенок труб превышающей 20 % от исходной толщины их расчет на прочность и замену участков, с недостаточным ресурсом - подразумевается 100 % надежность тепловых сетей благодаря предупредительным мерам, вместо ликвидации прорывов трубопроводов. Как показывает реальность, большая часть прорывов на трубопроводах, из-за возникающей коррозии, происходит намного раньше завершения нормативного срока эксплуатации, и ставит перед необходимостью преждевременной замены больших участков тепловых сетей.

Потери тепловой энергии с утечкой теплоносителя увеличиваются по мере увеличения срока службы сетей. Если изначально, в соответствие с нормативом, объем утечки теплоносителя 0,25%, то распределение ее объема по основным диаметрам трубопроводов использующихся в системах централизованного теплоснабжения на 1 км сетей, с продолжительностью эксплуатации 5000 часов в год, согласно формуле , будет выглядеть следующим образом [2]:

1. Для трубопроводов диаметром 100мм:

2. Для трубопроводов диаметром 150мм:

3. Для трубопроводов диаметром 200мм:

4. Для трубопроводов диаметром 250мм:

5. Для трубопроводов диаметром 300мм:

6. Для трубопроводов диаметром 350мм:

7. Для трубопроводов диаметром 400мм:

8. Для трубопроводов диаметром 450мм:

9.  Для трубопроводов диаметром 500мм:

10. Для трубопроводов диаметром 600мм:

11. Для трубопроводов диаметром 700мм:

12.  Для трубопроводов диаметром 800мм:

13. Для трубопроводов диаметром 900мм:

14.  Для трубопроводов диаметром 1000мм:

Данные номинальной утечки предоставляем в виде диаграммы на рисунке 1.

 

Рисунок 1. Нормативные годовые потери теплоносителя с утечкой, на 1км трубопроводов тепловых сетей

 

Фактические объемы утечки теплоносителя по некоторым предприятиям показывают, что для трубопроводов тепловых сетей со сроком службы более 12 лет, превышают нормативные значения в среднем в 2-3 раза. Данные факты обусловлены возникновением прорывов на тепловых сетях, вследствие возникновения наружной коррозии трубопроводов, и увеличением неоплатностей соединений в местах установки запорной арматуры.

Полученные данные представим в виде диаграммы, на рисунке 2.

 

Рисунок 2. Фактические годовые потери теплоносителя с утечкой, на 1км трубопроводов тепловых сетей старше 12 лет

 

Объем потерь тепловой энергии с утечкой теплоносителя за нормируемый период производим по формуле (8) :

                                                            (2)

Где: - годовой объем утечки теплоносителя, м3/год;

- среднегодовая плотность теплоносителя, при его средней температуре в подающем и обратном трубопроводах тепловых сетей, кг/м3;

- удельная теплоемкость теплоносителя, ккал/кг*°С;

- доля массово расхода теплоносителя теряемого подающим трубопроводом тепловой сети (;

;- средние годовые значения температуры в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети, согласно температурного графика регулирования тепловой нагрузки, °С;

- среднегодовое значение температуры исходной воды, подаваемой на источник теплоснабжения, для подпитки тепловой сети, °С.

Для расчета возьмем типовой температурный график  работы источника теплоснабжения и тепловых сетей. Из данного графика выберем параметры теплоносителя для средней температуры отопительного периода Ленинградской области, согласно  СЗФО, имеющего по данным Росстата большое количество аварий на сетях теплоснабжения, а так же большие протяженности тепловых сетей нуждающихся в замене.

Средняя температура за отопительный период для Санкт-Петербурга составляет -1,3°С, параметры теплоносителя: =88°C, =49°C, тогда, объем потерь тепловой энергии с утечкой теплоносителя трубопроводами основных диаметров, по формуле  составит:

Введем в формулу постоянные коээфициенты:

,                                                                  

 

На основании полученных данных строим графическую зависимость, рисунок 3.

 

Рисунок 3. Нормативные годовые потери тепловой энергии с утечкой теплоносителя, на 1км трубопроводов тепловых сетей

 

Рисунок 4. Суммарные объемы технологических потерь, на 1км трубопроводов тепловых сетей

 

Для трубопроводов с ППУ изоляцией, согласно данным производителей, объем технологических потерь через изоляцию ниже, как минимум на 30%, в сравнении с нормативами для трубопроводов проектируемых с 2004 года. [3] При этом все современные, предварительно изолированные трубопроводы, комплектуются системой ОДК (оперативно-диспетчерского контроля), что в свою очередь, при правильном монтаже, позволяет снизить утечки теплоносителя до нуля, на протяжении первых 24 лет службы, за счет отсутствия электро-химической коррозии наружных поверхностей трубопроводов.

Данная информация позволяет, произвести расчеты возможной экономии тепловой энергии в процессе ее транспортировки, Гкал/год*км:

                                                                                                            (4)

Где:  - фактические потери тепловой энергии через изоляцию трубопроводами спроектированными после 2004г, Гкал/год*км; [4]

 – коэффициент снижения потерь тепловой энергии трубопроводами с ППУ изоляцией.

Нормативные потери тепловой энергии через изоляцию и трубопроводами в ППУ изоляции.

Таблица 1.

Потери тепловой энергии

 

 

Диаметр трубопровода

100

150

200

250

300

350

400

450

500

600

700

800

900

1000

Период проектирования и тип прокладки

ППУ канальная

83

101

121

141

161

179

197

215

235

267

301

334

370

400

ППУ бесканальная

120

147

183

215

247

277

303

337

367

426

495

535

598

669

 

Для остальных периодов и способов прокладки сравним данные с полученными на основании расчетов для периода проектирования с 2004года. Полученные данные сводим в таблицу 2. И представим в виде графика.

Таблица 2.

Объемные показатели экономии тепловой энергии трубопроводами тепловых сетей, Гкал/год*км

 

 

Диаметр трубопровода

100

150

200

250

300

350

400

450

500

600

700

800

900

1000

Тип прокладки и период проектирования

1959-1989г.г. канальная и бесканальная

347

493

706

956

1239

1559

1932

2352

2819

3848

5022

6413

7948

9670

1990-1997г.г. бесканальная

255

386

594

733

976

1262

1585

1954

2369

3334

4434

5753

7379

9022

1990-1997г.г. канальная

168

275

444

647

899

1176

1526

1883

2312

3259

4394

5693

7153

8776

1998-2003г.г. канальная и бесканальная

125

226

377

577

811

1082

1409

1766

2184

3112

4227

5510

6948

8548

с 2004г. канальная

121

236

394

595

838

1124

1452

1823

2238

3191

4317

5614

7082

8719

с 2004г. бесканальная

137

255

420

626

875

1166

1497

1875

2294

3260

4401

5700

7180

8835

 

Рисунок 5. Объемные показатели экономии тепловой энергии и теплоносителя, на 1км трубопроводов тепловых сетей

 

Список литературы:
1. МДК 4-03.2001 Методика определения нормативных значений показателей функционирования водяных тепловых сетей систем коммунального теплоснабжения.
 РД 153-34.0-17.464-00 «Методические указания по контролю металла и продлению   срока службы трубопроводов II, III и IV категорий».
2. https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=2624
3. http://web.snauka.ru/issues/2016/05/67651