Распределение и транспортировка теплоносителя между потребителями происходит по специальной тепловой сети. Она является одним из основных элементов всей структуры инженерных коммуникаций. От того как она работает, напрямую зависят надежность и качество передачи. Трубопроводы тепловых сетей – не единственные элементы данной структуры. Кроме них, она включает в себя также различные сооружения. К ним, в частности, относят дроссельные и насосные станции, тепловые пункты.
Структура
Тепловая сеть, основанная на централизованной схеме снабжения, по своей структуре подразделяется на два уровня: магистральную и квартальную (микрорайонную). Первая состоит из элементов, соединяющих источники тепла с местными (районными) пунктами его распределения среди конечных потребителей. В большинстве случаев они представляют собой закольцованную систему труб (диаметр 500–1400 мм) и инженерных сооружений. Эти элементы располагаются по всей территории города, что обеспечивает надежность передачи и возможность удовлетворения спроса на потребление. Благодаря разделению существенно облегчается эксплуатация тепловых сетей. Так, создаются различные схемы управления, повышающие надежность работы и увеличивающие качество снабжения. Проектирование и прокладка тепловых сетей магистрального типа осуществляются с учетом возможных сбоев в работе какого-либо подводного элемента. В связи с этим создаются резервные связи. Они соединяются с источниками подачи тепла. При таком подходе создается единая система управления. Она способна бесперебойно обеспечивать заявленные показатели тепловых и гидравлических режимов. При этом работа осуществляется даже при условии выхода из строя одного из ее элементов (снабжающего источника, одной из веток магистрали). Распределение теплоносителя при таких условиях происходит более качественно, снижаются потери в результате передачи, наблюдается экономия топлива.
Управление
Правила тепловых сетей предусматривают наличие особых элементов, с помощью которых осуществляется управление структурой. К ним, в частности, относят запорные механизмы – задвижки. При их помощи общая тепловая сеть разделяется на отдельные участки. Воздействие на задвижки позволяет включать (отключать) небольшие отрезки магистрали, а также расположенные на них насосные и дроссельные станции. Большинство современных приспособлений оснащены электроприводом. Размещаются они в среднем через каждые 1-3 км магистрали. Общее управление сетями включает в себя контроль режима функционирования и состояния структурных элементов, предупреждение возможных неполадок. Для защиты от гидравлических ударов в местных пунктах устанавливается специальное сбросное устройство.
Квартальная тепловая сеть. Особенности
Эти структуры представляют собой разветвленные тупиковые системы. Соединяются они с тепловыми пунктами. Управление происходит как в ручном, так и в автономном режимах. Такая структура имеет диаметр до 400 мм, в связи с этим перерывы в снабжении потребителей тепловой энергией в результате поломки такой сети считается допустимыми. Однако в результате общего устройства схем снабжения в случае неисправности страдает лишь небольшая часть конечных потребителей. Ремонт тепловых сетей в этом случае не занимает много времени. Пункты, через которые в систему попадает носитель, автоматизируются. Это позволяет получить экономию при расходовании тепловой энергии.
Подключение к магистрали
Подсоединение распределительных сетей к общей системе происходит с помощью смесителей или насосов (смесительно-циркулярных), реже через водоподогреватели. Применение последних делает систему более гибкой и надежной. Это возможно за счет разделения гидравлических режимов магистральной и распределительной систем. Носитель, поступающий в общие сети из разных источников, может обладать разными температурами, превышающими ту, которую имеет уже находящийся в трубопроводе. Системы снабжения, оборудованные насосами, исключают гидравлическую изоляцию магистралей от распределительных схем. В результате этого усложняется управление соответствующим аварийным режимом. В этом случае появляется возможность самостоятельного поддержания с помощью насоса в распределительных сетях циркулярных и температурных условий, которые будут отличаться от магистральных.
Двухуровневый вид системы
Схема большой структуры тепловой сети имеет двухуровневый вид. На верхнем представлена кольцевая магистраль. От нее отходят ответвления к тепловым пунктам районов. В присоединении используется ординарный способ. В случае отказа участка магистрали, к которому присоединен тепловой пункт, конечные потребители лишаются тепловой энергии. К районному пункту пользователи присоединены с помощью локальных систем – это нижний уровень.
Резервирование подачи
В магистральную сеть теплоноситель поступает из ТЭЦ и районной котельной. В данном случае возможно осуществление процесса резервирования подачи при поломке одного из пунктов нагрева носителя. Осуществляется это с помощью установки соединительной перемычки на подающие и обратные магистрали. Совокупностью этих элементов формируется единая кольцевая тепловая сеть. Проектируемый диаметр проводящих элементов систем рассчитывается таким образом, чтобы обеспечить пропускную способность необходимого носителя даже при аварийных ситуациях. В условиях стабильной бесперебойной работы теплоноситель перемещается по всем теплопроводам сети. В этом случае использование перемычек теряет свой смысл. Для более эффективного использования перемычек и снижения затрат на прогрев теплоносителя используется метод "ненагруженного резерва". В этом случае происходит полное перекрытие перемычек. Включение перемычек осуществляется только при поломке элементов тепловой сети.
Теплопроводы сетей
По этим элементам осуществляется движение носителя, в виде которого выступает вода. Теплопроводы устанавливаются надземным и подземным способами. В первом случае прокладка обладает рядом существенных преимуществ: повышенным сроком службы, легким контролем состояния системы, облегченным доступом для устранения неисправности. Однако установка надземного теплопровода в условиях современных городов практически невозможна из-за архитектурных ограничений. В этих условиях большинство систем - подземные. Для установки таких трубопроводов вырываются специальные каналы.
Пользование системой
Перед рабочим запуском осуществляются тепловые испытания тепловых сетей. Установленные элементы заполняются горячей водой разной температуры. Жидкость впоследствии неоднократно сливается в течение срока службы. В результате всех внутренних воздействий стены трубы изменяются, выходом из этой ситуации служит установка в трубопроводах компенсаторов. Два конца участка неподвижно закрепляются на опорах. Посередине устанавливается компенсатор. Дополнительно трубопроводы неподвижно закрепляются около теплообменных устройств, насосов. Производится это для снятия нагрузки, оказываемой температурной деформацией. Опоры размещают в каналах или специальных камерах. В каналах трубопровод укладывается на подвижные опоры. С целью постоянного наблюдения за состоянием систем сооружаются специальные подземные камеры. В них размещают различные задвижки, спускные клапаны, воздушные краны и компенсаторы. В некоторых случаях (например, при диаметре водопровода более 500 мм) для проведения испытания тепловых сетей и более комфортного обслуживания над камерами возводятся наземные павильоны. Размещение пунктов и насосных станции происходит в специально оборудованных зданиях.
Выбор оптимального варианта тепловых сетей
В настоящее время существует огромное количество схем тепловых сетей и способов их прокладки. Поэтому на этапе проектирования рассматривается несколько вариантов. Сравнивая все возможные условия, производят технико-экономические расчеты, выбирается наименее затратный вариант с лучшими характеристиками. Согласно этим расчетам определяется диаметр используемых элементов, изоляционные материалы и их толщина, мощность устанавливаемых насосов. Кроме того, ведется учет затрат на возведение и обслуживание теплопровода, на потери тепла при передаче от источника потребителю.
Российские системы теплоснабжения
Большинство эксплуатируемых на сегодняшний момент тепловых сетей в России были построены еще в СССР, после распада которого финансирование на перекладку и обновление действующих теплопроводов резко сократилось. Перестали производиться плановые проверки состояния систем и их регулярные замены, контроль со стороны государства также стал ослабевать.
