ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

ОБОСНОВЫВАЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ

К СХЕМЕ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ГОРОДА

КОЗЛОВКА ЧУВАШСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

НА ПЕРИОД ДО 2027 ГОДА

ГЛАВА 11. ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

№ 0231-2021.ОМ-АСТ.011

г. Козловка, 2022 год

ОБОСНОВЫВАЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ

К СХЕМЕ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ГОРОДА

КОЗЛОВКА ЧУВАШСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

НА ПЕРИОД ДО 2027 ГОДА

ГЛАВА 11. ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

№ 0231-2022.ОМ-АСТ.011

г. Казань, 2022 год

СПИСОК ДОКУМЕНТОВ ОБОСНОВЫВАЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ

СОДЕРЖАНИЕ ГЛАВЫ 11

СПИСОК ОСНОВНЫХ ИСПОЛНИТЕЛЕЙ.. 5

ВВЕДЕНИЕ. 6

СПИСОК ОПРЕДЕЛЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ.. 7

ГЛАВА 11. ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ.. 9

11.1. Общие положения. 9

11.2. Методы и результаты обработки данных по отказам участков ТС (аварийным ситуациям), средняя частота отказов участков ТС (аварийных ситуаций) в каждой системе теплоснабжения. 12

11.3. Методы и результаты обработки данных по восстановлениям отказавших участков ТС (участков ТС, на которых произошли аварийные ситуации), среднее время восстановления отказавших участков ТС в каждой системе теплоснабжения. 13

11.4. Результаты оценки вероятности отказа (аварийной ситуации) и безотказной (безаварийной) работы системы теплоснабжения по отношению к потребителям, присоединенным к магистральным и распределительным теплопроводам. 13

11.5. Результаты оценки коэффициентов готовности теплопроводов к несению тепловой нагрузки. 14

11.6. Результаты оценки недоотпуска тепловой энергии по причине отказов (аварийных ситуаций) и простоев ТС и источников ТЭ.. 20

11.7. Предложения, обеспечивающие надежность систем теплоснабжения. 20

11.7.1. Применение на источниках ТЭ рациональных тепловых схем с дублированными связями и новых технологий, обеспечивающих готовность энергетического оборудования. 20

11.7.2. Установка резервного оборудования. 20

11.7.3. Организация совместной работы нескольких источников ТЭ.. 20

11.7.4. Взаимное резервирование ТС смежных районов поселения, городского округа  20

11.7.5. Устройство резервных насосных станций. 20

11.7.6. Установка баков-аккумуляторов. 20

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.. 21

СПИСОК ОСНОВНЫХ ИСПОЛНИТЕЛЕЙ

ВВЕДЕНИЕ

Схема теплоснабжения г. Шумерля разработана с целью обеспечения надежного и качественного теплоснабжения на основе анализа фактических тепловых нагрузок потребителей с учетом прогноза перспективного градостроительного развития до2027 года, структуры топливного баланса региона, оценки состояния существующих источников тепла и тепловых сетей и возможности их дальнейшего использования, а также определения необходимых мероприятий и затрат на решение выявленных проблем, реконструкцию и модернизацию тепловых сетей и энергоисточников.

Схема теплоснабжения определяет стратегию и единую политику перспективного развития централизованных систем теплоснабжения города.

Основой для разработки схемы теплоснабжения г. Шумерля до 2027 года являются:

1. Федеральный закон от 27.06.2010 года № 190-ФЗ «О теплоснабжении» (Статья 23. Организация развития систем теплоснабжения поселений, городских округов), регулирующий всю систему взаимоотношений в теплоснабжении и направленный на обеспечение устойчивого и надёжного снабжения тепловой энергией потребителей;
2. Постановление Правительства РФ от 22.02.2012 года №154 «О требованиях к схемам теплоснабжения, порядку их разработки и утверждения» в редакции постановления Правительства РФ от 16.03.2019 года № 276 «О внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации по вопросам разработки и утверждения схем теплоснабжения в ценовых зонах теплоснабжения»;
3. Приказ Министерства энергетики РФ от 5 марта 2019 г. № 212 "Об утверждении Методических указаний по разработке схем теплоснабжения";
4. документы территориального планирования;
5. техническое задание на выполнения работ.

За отчетный (базовый) период актуализации утвержденной Схемы теплоснабжения г. Шумерля принято состояние 2021 года. За расчетный срок долгосрочного планирования принят 2027 год.

Работы проводились на основании договора №ЭР-2020-263-П от 16.12.2020г.

Заказчиком выполнения работ является Государственное унитарное предприятие «Чувашгаз» (ГУП «Чувашгаз»), которая является Единой теплоснабжающей организацией (ЕТО) г. Шумерля Чувашской Республики.

Исполнитель: Общество с ограниченной ответственностью Инженерный центр «ЭнергоРазвитие» (ООО ИЦ «ЭнергоРазвитие») г.Казань.

СПИСОК ОПРЕДЕЛЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

Базовый период – год, предшествующий году разработки и утверждения первичной схемы теплоснабжения населенного пункта;

Базовый период актуализации – год, предшествующий году, в котором подлежит утверждению актуализированная схема теплоснабжения населенного пункта;

Зона действия источника тепловой энергии – территория населенного пункта или ее части, границы которой устанавливаются закрытыми секционирующими задвижками тепловой сети системы теплоснабжения;

Зона действия системы теплоснабжения – территория населенного пункта или ее части, границы которой устанавливаются по наиболее удаленным точкам подключения потребителей к тепловым сетям, входящим в систему теплоснабжения;

Мастер-план развития систем теплоснабжения населенного пункта – раздел схемы теплоснабжения, содержащий описание сценариев развития теплоснабжения населенного пункта и обоснование выбора приоритетного сценария развития теплоснабжения населенного пункта; 

Материальная характеристика ТС – сумма произведений значений наружных диаметров трубопроводов отдельных участков ТС и длины этих участков;

Местные виды топлива – топливные ресурсы, использование которых потенциально возможно в районах их образования, производства, добычи (торф и продукты его переработки, попутный газ, отходы с/х деятельности, отходы производства и потребления и иные виды топливных ресурсов), экономическая эффективность потребления которых ограничена районами (территориями)их происхождения;

Мощность источника тепловой энергии (ТЭ) нетто –располагаемая мощность источника ТЭ за вычетом тепловой нагрузки на собственные и хозяйственные нужды теплоснабжающей организации в отношении источника тепловой энергии;

Обосновывающие материалы – обосновывающие материалы к схеме теплоснабжения, являющиеся ее неотъемлемой частью, разработанные в соответствии с постановлением Правительства РФ от 22.02.2012 года №154;

Схема теплоснабжения населенного пункта – документ, содержащий материалы по обоснованию эффективного и безопасного функционирования системы теплоснабжения, ее развития с учетом правового регулирования в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности;

Располагаемая мощность источника ТЭ – установленная мощность источника ТЭ за вычетом объемов мощности, не реализуемых по техническим причинам, в том числе по причине снижения тепловой мощности оборудования в результате эксплуатации на продленном техническом ресурсе (снижение параметров пара перед турбиной, отсутствие рециркуляции в пиковых водогрейных котлах и др.);

Расчетная тепловая нагрузка – тепловая нагрузка, определяемая на основе данных о фактическом отпуске ТЭ за полный отопительный период, предшествующий началу разработки схемы теплоснабжения, приведенная в соответствии с методическими указаниями (МУ) по разработке схем теплоснабжения к расчетной температуре наружного воздуха;

Расчетный элемент территориального деления – территория населенного пункта или ее части, принятая для целей разработки схемы теплоснабжения в неизменяемых границах на весь срок действия схемы теплоснабжения;

Теплосетевые объекты – объекты в составе тепловой сети и обеспечивающие передачу ТЭ от источника до теплопотребляющих установок потребителей ТЭ;

Топливный баланс – документ с взаимосвязанными показателями количественного соответствия необходимых для функционирования системы теплоснабжения поставок топлива различных видов и их потребления источниками ТЭ в системе теплоснабжения, устанавливающий распределение топлива различных видов между источниками ТЭ в системе теплоснабжения и позволяющий определить эффективность использования топлива при комбинированной выработке ЭЭ и ТЭ;

Установленная мощность источника ТЭ – сумма тепловых мощностей всего принятого по актам ввода в эксплуатацию оборудования, предназначенного для отпуска ТЭ потребителям и для обеспечения собственных и хозяйственных нужд теплоснабжающей организации в отношении данного источника ТЭ;

Электронная модель системы теплоснабжения населенного пункта – документ в электронной форме, в котором представлена информация о характеристиках систем теплоснабжения населенного пункта.

Список используемых сокращений:

ГВС – горячее водоснабжение;

ИТП, ЦТП– индивидуальный тепловой пункт, центральный тепловой пункт;

КПД – коэффициент полезного действия;

МТС – магистральная тепловая сеть;

НС – насосная станция;

ППУ – пенополиуретан;

ПРК, ПО – программно-расчетный комплекс, программное обеспечение;

ПСВ, ОСВ – прямая и обратная сетевая вода;

СО – система отопления;

ТОА – теплообменный аппарат;

ТП – тепловой пункт;

ТС – тепловая сеть;

ТСО – теплоснабжающая организация;

ТЭ, ЭЭ – тепловая энергия, электрическая энергия;

ТЭР – топливно-энергетические ресурсы;

ХВС, ХПВ – холодное водоснабжение, хозяйственно-питьевая вода.

ГЛАВА 11. ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

11.1. Общие положения

Надежность теплоснабжения определяется структурой, параметрами, степенью резервирования и качеством элементов всех ее подсистем – источников тепловой энергии, тепловых сетей, узлов потребления, систем автоматического регулирования, а также уровнем эксплуатации и строительно-монтажных работ.

Наиболее ненадежным звеном теплоснабжения являются тепловые сети, особенно при их подземной прокладке. Это, в первую очередь, обусловлено низким качеством применяемых ранее конструкций теплопроводов, тепловой изоляции, запорной арматуры, недостаточным уровнем автоматического регулирования процессов передачи, распределения и потребления тепловой энергии, а также все увеличивающимся моральным и физическим старением тепловых сетей из-за хронического недофинансирования работ по их модернизации и реконструкции. Кроме того, структура тепловых сетей в крупных системах не соответствует их масштабам.

«Методика и алгоритм расчета надежности тепловых сетей при разработке схем теплоснабжения городов» разработана ОАО «Газпром промгаз», которая используются в программном комплексе Zulu.

Объект исследования – тепловые сети и подключенные к ним узлы потребления тепла.

Цели расчета – количественная оценка надежности теплоснабжения потребителей в тепловых сетях систем централизованного теплоснабжения и обоснование необходимых мероприятий по достижению требуемой надежности для каждого потребителя.

Важным свойством тепловых сетей является малая вероятность полного отказа системы. Для тепловых сетей с большим количеством элементов характерны частичные отказы, приводящие к отключению или снижению уровня теплоснабжения одного или части потребителей.

Для того, чтобы обеспечить выполнение основной функции тепловых сетей надежную подачу тепловой энергии потребителям, рассредоточенным по узлам сети, в соответствии с их индивидуальными требованиями, надежность тепловых сетей необходимо оценивать узловыми показателями.

Другая важная особенность тепловых сетей – наличие временного резерва, который создается аккумулирующей способностью отапливаемых зданий, а также возможностью некоторого снижения температуры воздуха в зданиях против расчетного значения во время восстановления теплоснабжения после отказа (при ограничении частоты отказов и их глубины в соответствии с физиологическими требованиями к температурному режиму в зданиях).

Временной резерв может быть увеличен резервированием тепловых сетей, позволяющим поддерживать в послеаварийных режимах некоторый (пониженный) уровень теплоснабжения потребителей.

Резервирование тепловых сетей, наряду с повышением качества и надежности конструкций, теплопроводов и оборудования, является основным средством обеспечения требуемого уровня надежности теплоснабжения.

Надежность расчетного уровня теплоснабжения потребителей оценивается коэффициентом готовности K_j, представляющим собой вероятность того, что в произвольный момент времени будет обеспечен расчетный уровень теплоснабжения j-го потребителя (среднее значение доли отопительного сезона, в течение которой теплоснабжение j-го потребителя не нарушается).

Надежность пониженного уровня теплоснабжения потребителей оценивается вероятностью безотказной работы P_j, представляющей собой вероятность того, что в течение отопительного периода температуре воздуха в зданиях j-го потребителя не опустится ниже граничного значения.

В тепловых сетях без резервирования величина K_j имеет наибольшее значение по сравнению с резервированной сетью, а P_j наименьшее. Введение в сеть минимальной структурной избыточности и дальнейшее увеличение объема резервирования ведут к повышению надежности обеспечения пониженного уровня теплоснабжения (значение P_j растет), что обусловлено увеличением временного резерва потребителей при отказах элементов резервированной части сети.

Классификация потребителей

Потребители теплоты по надежности теплоснабжения делятся на категории:

– первая категория – потребители, не допускающие перерывов в подаче расчетного количества теплоты и снижения температуры воздуха в помещениях ниже предусмотренных ГОСТ 30494: больницы, родильные дома, детские дошкольные учреждения с круглосуточным пребыванием детей, картинные галереи, химические и специальные производства, шахты и т.п.;

– вторая категория – потребители, допускающие снижение температуры в отапливаемых помещениях на период ликвидации аварии, но не более 54 ч:

– жилых и общественных зданий до 12°С;

– промышленных зданий до 8°С.

Надежность

Расчет надежности осуществляется на основании «Методики и алгоритма расчета надежности тепловых сетей при разработке схем теплоснабжения городов», разработанной ОАО «Газпром промгаз».

Способность действующих и проектируемых тепловых сетей обеспечивать в течение заданного времени требуемые режимы, параметры и качество теплоснабжения (отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, а также технологических потребностей предприятий в паре и горячей воде) следует определять по следующим показателям (критериям): вероятности безотказной работы [Р], коэффициенту готовности [К_г]. Расчет показателей системы с учетом надежности должен производиться для каждого потребителя.

Минимально допустимые показатели вероятности безотказной работы в соответствии со СНиП 41-02-2003 «Тепловые сети» следует принимать для:

– источника теплоты Р_ИТ = 0,97;

– тепловых сетей Р_ТС = 0,9;

– потребителя теплоты Р_ПТ = 0,99;

– СЦТ в целом Р_СЦТ = 0,9×0,97×0,99 = 0,86.

Минимально допустимые показатель коэффициента готовности [К_г] принимается равным К_г = 0,97.

При подземной прокладке тепловых сетей в непроходных каналах и бесканальной прокладке величина подачи теплоты (%) для обеспечения внутренней температуры воздуха в отапливаемых помещениях не ниже 12 °С в течение ремонтно-восстановительного периода после отказа должна приниматься по таблице 11.1 в соответствии со СНиП 41-02-2003 «Тепловые сети».

Таблица 11.1. Сроки восстановления теплоснабжения при отказах ТС

Принятые допущения

Вероятность одновременного возникновения двух отказов не учитывается, так как она пренебрежимо мала (на три-четыре порядка меньше вероятности возникновения одного отказа).

Принимается, что при восстановлении отказавшего элемента ТС отказы других элементов ТС не происходят.

Если статистические данные по отказам не используются, расчет интенсивности отказов теплопроводов λ с учетом времени их эксплуатации производится по зависимостям распределения Вейбулла при начальной интенсивности отказов 1 км однолинейного теплопровода λ_нач равной 5,7*10^-6 1/(км•ч) или 0,05 1/(км•год). Начальная интенсивность отказов соответствует периоду нормальной эксплуатации нового теплопровода после периода приработки. Средняя интенсивность отказов единицы ЗРА (например, задвижки) принимается равной 2,28*10^-7 1/ч или 0,002 1/год.

Для схем теплоснабжения городов и городских округов с общим количеством жителей более 100 тыс. человек расчет ПН выполняется для узлов с обобщенными потребителями. Коэффициент тепловой аккумуляции зданий в этом случае принимается пользователем либо для представительных в данном узле категорий зданий, либо для здания с наихудшей теплоустойчивостью.

Расчеты надежности тепловых сетей проводились в программном комплексе Zulu в модуле «Надежность».

11.2. Методы и результаты обработки данных по отказам участков ТС (аварийным ситуациям), средняя частота отказов участков ТС (аварийных ситуаций) в каждой системе теплоснабжения

Статистических данных по отказам участков тепловых сетей недостаточно для корректного расчета средней частоты отказов в каждой системе теплоснабжения.

Интенсивность отказов теплопровода с учетом времени его эксплуатации рассчитывается в соответствии с методическими рекомендация по формуле:

, 1/(км*ч),

где λ^нач – начальная интенсивность отказов теплопровода, соответствующая периоду нормальной эксплуатации, 1/(км*ч);

τ^экспл – продолжительность эксплуатации участка, лет;

α – коэффициент, учитывающий продолжительность эксплуатации участка:

.

Интенсивность отказов существующих теплопроводов ʎ с учетом времени их эксплуатации представлена в таблице 11.2.

Таблица 11.2. Интенсивность отказов теплопровода λ с учетом времени его эксплуатации.

11.3. Методы и результаты обработки данных по восстановлениям
отказавших участков ТС (участков ТС, на которых произошли аварийные ситуации), среднее время восстановления отказавших участков ТС в каждой системе теплоснабжения

Время восстановления теплоснабжения потребителей при аварийных ситуациях на тепловых сетях в среднем составляет 3-4 часа, но время устранения особо крупных порывов трубопроводов тепловых сетей составляет 8-10 часов.

Сведений по восстановлениям отказавших участков тепловых сетей недостаточно для определения среднего времени восстановления отказавших участков тепловых сетей в каждой системе теплоснабжения.

Время восстановления участков тепловых сетей было получено из расчетов, выполненных в соответствии с Приказом Министерства энергетики от 5 марта 2019 г. № 212, которые представлены в таблице 11.7.

11.4. Результаты оценки вероятности отказа (аварийной ситуации) и безотказной (безаварийной) работы системы теплоснабжения по отношению к потребителям, присоединенным к магистральным и распределительным теплопроводам

Расчет вероятности безотказной работы системы теплоснабжения по отношению к потребителям производится для существующего и перспективного состояния каждой системы теплоснабжения.

Сводные результаты расчета существующих и перспективных показателей надежности представлены в таблицах 11.3-11.5. Подробные результаты расчетов представлены в таблице 11.5.

Таблица 11.3. Результаты расчета показателей надежности тепловых сетей котельных ГУП «Чувашгаз».

Таблица 11.4. Анализ результатов перекладки тепловых сетей до 2032 года в связи с исчерпанием эксплуатационного ресурса.

Как показали расчеты, надежность централизованной системы теплоснабжения г. Козловка не в полной мере отвечает существующим нормативным требованиям, т.к. вероятность безотказной работы теплоснабжения ряда потребителей ниже требуемой величины.

Основными причинами низкой надежности системы теплоснабжения г. Козловка является наличие участков тепловых сетей со сроком службы более 30 лет.

На конец рассматриваемого периода без учета замен участков тепловой сети ожидается ухудшение показателей надежности теплоснабжения, связанное с сильным износом (старением) тепловых сетей. Для приведения показателей надежности к нормативным значениям необходимо выполнение мероприятий, представленных в Главе 8. Предложения по строительству, реконструкции и модернизации тепловых сетей обосновывающих материалов.

11.5. Результаты оценки коэффициентов готовности теплопроводов
к несению тепловой нагрузки

Коэффициент готовности к обеспечению расчетного теплоснабжения j-го потребителя (определяется для каждого потребителя расчетной схемы ТС):

,

где F_j – множество элементов ТС, выход которых в аварию не нарушает расчетный уровень теплоснабжения j-го потребителя.

Результаты расчета приведены в таблицах 11.3. Подробные результаты представлены в таблице 11.5.

Таблица 11.5. Результаты расчета существующих показателей надежности участков тепловых сетей

11.6. Результаты оценки недоотпуска тепловой энергии по причине отказов (аварийных ситуаций) и простоев ТС и источников ТЭ

Результаты расчетов недоотпуска тепловой энергии представлены в таблице 11.5.

11.7. Предложения, обеспечивающие надежность систем теплоснабжения

11.7.1. Применение на источниках ТЭ рациональных тепловых схем с дублированными связями и новых технологий, обеспечивающих готовность энергетического оборудования

Дополнительных мероприятий по применению на источниках ТЭ рациональных тепловых схем с дублированными связями, обеспечивающих готовность энергетического оборудования, не рассматриваются, кроме мероприятий Главы 7. Предложения по строительству, реконструкции, техническому перевооружению и модернизации источников ТЭ.

11.7.2. Установка резервного оборудования

Установка дополнительного резервного оборудования не рассматривается.

11.7.3. Организация совместной работы нескольких источников ТЭ

Совместная работа источников ТЭ на одну сеть не предусматривается.

11.7.4. Взаимное резервирование ТС смежных районов поселения, городского округа

Дополнительное резервирование ТС не предусмотрено, кроме мероприятий в рамках Главы 8. Предложения по строительству, реконструкции и модернизации тепловых сетей.

11.7.5. Устройство резервных насосных станций

Установка дополнительных резервных насосных станций не рассматривается.

11.7.6. Установка баков-аккумуляторов

Предложения по установке баков-аккумуляторов не предусматривается.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Федеральный закон от 27.06.2010 года № 190-ФЗ «О теплоснабжении».

2. Постановление Правительства РФ от 22.02.2012 года №154 «О требованиях к схемам теплоснабжения, порядку их разработки и утверждения» в редакции постановления Правительства РФ от 16.03.2019 года №276 «О внесении изменений в некоторые акты Правительства РФ».

3. Федеральный закон от 23.11.2009 № 261-ФЗ «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности…».

4. Новости теплоснабжения № 9 2010 год, Папушкин В.Н. «Радиус теплоснабжения. Хорошо забытое старое», (стр. 44÷49).

5. Приказ Министерства энергетики РФ от 5 марта 2019 г. № 212 "Об утверждении Методических указаний по разработке схем теплоснабжения".

6. Постановление Правительства РФ от 08.08.2012 N 808 (ред. от 26.07.2018) «Об организации теплоснабжения в Российской Федерации и о внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации».

7. Постановление Правительства РФ от 22.10.2012 г. №1075 «О ценообразовании в сфере теплоснабжения».

8. СП 131.13330.2012 «Строительная климатология». Актуализированная редакция СНиП 23-01-99* (с Изменениями № 1, 2).

9. СП 124.13330.2012 «Тепловые сети». Актуализированная редакция СНиП 41-02-2003. Минрегион России, 2012 г.

10. РД-7-ВЭП «Расчет систем централизованного теплоснабжения с учетом требований надежности».

11. Приказ Минрегиона РФ от 28.12.2009 N 610 «Об утверждении правил установления и изменения (пересмотра) тепловых нагрузок».

12. Постановление Правительства Российской Федерации от 7 марта 1995 г. № 235 «О порядке передачи объектов социально-культурного и коммунально-бытового назначения федеральной собственности в государственную собственность субъектов Российской Федерации и муниципальную собственность».

13. Федеральный закон от 21 декабря 2001 г. №178-ФЗ «О приватизации государственного и муниципального имущества».

14. Приказ Министерства Энергетики Российской Федерации от 24.03.2003 г. № 115 «Об утверждении Правил технической эксплуатации тепловых энергоустановок».

15. Приказ Минстроя России от 17.03.2014 N 99/пр «Об утверждении Методики осуществления коммерческого учета тепловой энергии, теплоносителя» (Зарегистрировано в Минюсте России 12.09.2014 N 34040).