Внедрение энергосберегающих мероприятий при проведении ремонта тепловых сетей АО «Омск РТС»

Журнал: «Строительство: новые технологии - новое оборудование», №1-2, 2018г.

В процессе эксплуатации тепловых сетей значительную долю затрат составляют потери тепловой энергии, величина которых достигает 25–30 % от величины отпуска тепловой энергии от тепловых источников. Повышенные потери тепловой энергии приводят не только к дополнительным затратам теплосетевой организации, но также ухудшают качество теплоснабжения потребителей. Поэтому проблема энергосбережения при транспортировке тепловой энергии от источника до потребителей в части снижения потерь тепловой энергии и потерь теплоносителя является весьма актуальной.

Анализируя проблему сверхнормативных потерь в тепловых сетях, можно выделить основные факторы низкой энергоэффективности тепловых сетей. Это несовершенство и износ тепловой изоляции трубопроводов из-за периодического либо постоянного воздействия воды природного и техногенного характера, увлажнение тепловой изоляции под воздействием влаги, длительность эксплуатации трубопроводов, утечки теплоносителя через неплотности трубопроводов и оборудования и ряд других факторов.

Одним из основных мероприятий по решению проблемы является своевременный ремонт тепловых сетей, выполняемый в соответствии с утвержденным графиком (планом) на основе фактического состояния трубопроводов. При ремонте тепловой сети выполняется комплекс технических мероприятий, направленных на поддержание или восстановление первоначальных эксплуатационных качеств тепловой сети и входящих в нее оборудования и сооружений [4]. Сама по себе замена трубопроводов без выполнения мероприятий по увеличению межремонтного периода значительного эффекта не приносит, поэтому уже на этапе проектирования и в процессе выполнения строительно-монтажных работ необходимо предусматривать мероприятия не только по обеспечению долговечности трубопроводов, но также по энергосбережению и исключению причин повышенных потерь либо снижению степени влияния факторов.

В настоящее время на балансе АО «Омск РТС» находится 266 км магистральных тепловых сетей, в том числе 149 км надземной прокладки (56 %), 90 км подземной канальной прокладки (34 %) и 27 км подземной бесканальной прокладки (10 %). Средний диаметр трубопроводов – 600 мм. Доля трубопроводов со сроком эксплуатации свыше 25 лет составляет 34 % (91 км), в том числе надземной прокладки – 27 % (73 км), подземной – 7 % (18 км).

Ниже приведены основные энергосберегающие мероприятия, реализованные в последние годы в процессе подготовки и проведения ремонтных работ в тепловых сетях АО «Омск РТС».

Капитальный ремонт тепловых сетей

При проведении капитального ремонта тепловых сетей одновременно решаются две задачи: повышение надежности и повышение энергоэффективности за счет исключения сверхнормативных потерь тепловой энергии через изоляцию и с утечками.

В процессе эксплуатации трубопроводов тепловых сетей под воздействием влаги происходит коррозионный износ стенки трубопровода. Анализ повреждаемости трубопроводов тепловых сетей АО «Омск РТС» показал, что основной причиной повреждений является наружная коррозия (58 %). Эта же причина характерна для систем теплоснабжения в других городах [1]. Возникновению и развитию наружной коррозии способствуют негерметичность канала и его перекрытий, в результате чего происходит попадание в канал и на трубопроводы воды и солесодержащих растворов при обработке автодорог противогололедными реагентами, попадание грунта в канал, заиливание канала на углах поворота и перед футлярами. Скорость наружной электрохимической коррозии увеличивается при наличии в непосредственной близости электрических кабельных линий и линий электрического транспорта.

В условиях ограниченности средств перед персоналом теплосетевых организаций стоит задача по определению самых ненадежных участков, на которых в первую очередь необходимо производить замену трубопроводов, причем требования к качеству планирования возрастают из-за увеличения количества ненадежных участков и снижения протяженности ремонта.

В АО «Омск РТС» разработана методика определения приоритетности вывода в ремонт участков. Для каждого участка рассчитывается комплексный показатель K, исходя из 19 критериев (технические и социально-экономические), каждый из которых имеет свой весовой коэффициент. В зависимости от величины показателя (K – max) производится расстановка приоритетов и формируется план капитального ремонта участков с наибольшими значениями показателя.

Между трубопроводом тепловой сети и окружающей средой постоянно протекает процесс теплообмена, интенсивность которого при соприкосновении трубы с водой либо полном затоплении возрастает, что приводит к увеличению потерь. Поэтому уже на этапе проектирования анализируется возможность выглубления канала и трубопроводов из зон подтопления, возможность максимального поднятия трубопровода от дна канала с целью исключения взаимодействия с водой. К сожалению, в условиях плотной городской застройки и наличия большого количества смежных коммуникаций выглубить канал без выноса смежных коммуникаций не всегда возможно. В этом случае решением может стать прокладка попутных дренажей и выпусков воды.

В процессе производства ремонтных работ особое внимание уделяется восстановлению и (или) замене строительных конструкций каналов, устройству гидроизоляции строительных конструкций каналов и камер, а также нанесению антикоррозионных покрытий и теплоизоляционных конструкций.

Несмотря на существенное снижение суммарной протяженности заменяемых трубопроводов, количество аварий по причине коррозионного износа трубопроводов за последние годы снизилось, что подтверждает правильность подхода к решению задачи определения приоритетности вывода в капитальный ремонт участков трубопроводов.

Восстановление тепловой изоляции

На большинстве трубопроводов тепловых сетей АО «Омск РТС» согласно проектным решениям применена изоляция из минераловатных матов. В процессе эксплуатации конструкция тепловой изоляции не выдерживает поверхностных нагрузок, со временем сжимается и обвисает вниз, а также увлажняется при воздействии атмосферных осадков. Помимо естественных природных факторов тепловая изоляция подвергается актам вандализма, что ведет к увеличению тепловых потерь и эксплуатационных затрат.

Основной эффект при восстановлении изоляции заключается в снижении потерь и увеличении долговечности теплоизоляционной конструкции за счет применения менее сжимаемого материала расчетной толщины, обеспечивающего нормативные тепловые потери.

В условиях ограниченности средств задача заключается в определении участков, на которых в первую очередь необходимо восстанавливать изоляцию с целью максимального снижения потерь.

В АО «Омск РТС» разработана методика оп-ределения приоритетности восстановления тепловой изоляции на участках. По каждому участку производится расстановка приоритетов по сроку окупаемости (Т – min) и формируется план восстановления изоляции на участках. При определении срока окупаемости учитываются режимы и период работы каждого участка в зависимости от источника тепловой энергии, стоимость вырабатываемой тепловой энергии, затраты на восстановление изоляции, потери тепловой энергии исходя из фактического состояния изоляции, нормативные потери.

Фактическое состояние изоляции определяется экспертной оценкой в процессе проведения обследования: отсутствие (100 %), сильный износ (75 %), средний износ (30–50 %), незначительный износ (< 30 %). При расчете потерь тепловой энергии к коэффициентам теплопроводности теплоизоляционных материалов применяются соответствующие поправки kλ, указанные табл. 1 [3].

Таблица 1

Значения поправок kλ к коэффициентам теплопроводноститеплоизоляционных материалов в зависимости от технического состояния изоляции

Техническое состояние теплоизоляционной конструкцииПоправочный коэффициент kλ
Незначительное разрушение покровного и основного слоев изоляционной конструкции1,3–1,5
Уплотнение изоляции сверху трубопровода и обвисание снизу1,6–1,8
Частичное разрушение теплоизоляционной конструкции, уплотнение основного слоя изоляции на 30–50 ٪1,7–2,1
Уплотнение основного слоя изоляции на 75 %3,5

Для участков без изоляции расчет потерь выполняется по известным зависимостям процесса теплопередачи через стенку трубы.

Восстановление изоляции осуществляется как в процессе проведения капитального ремонта, так и текущим ремонтом (на надземных участках трубопроводов). При выполнении ремонтных работ в качестве основного теплоизоляционного материала применяются минераловатные плиты с низким коэффициентом сжимаемости (8 %), который позволяет максимально сохранить теплотехнические свойства в течение срока эксплуатации. Данный материал было выбран в результате анализа основных технических и эксплуатационных характеристик различных изоляционных материалов в сравнении со стоимостью. Толщина теплоизоляционного слоя определяется в соответствии с действующими нормами [6] и в зависимости от диаметра и температуры теплоносителя составляет для больших диаметров от 80 до 120 мм. Покровный слой выполняется из рулонных материалов: для прокладки в каналах применяется рубероид РПП-300, на надземных участках – рубероид и стеклопластик РСТ-250.

Эффективность восстановления изоляции подтверждена результатами проводимых испытаний участков тепловых сетей на тепловые потери, а также тепловизионным обследованием.

Установка вытяжных устройств

В процессе эксплуатации в каналы тепловых сетей может попадать вода как в силу естественных (грунтовая, паводковая), так и техногенных (повреждения трубопроводов тепловых сетей, смежных сетевых организаций) причин, при этом влажность воздуха в канале увеличивается.

Проведенные исследования показывают, что с увеличением влажности воздуха в каналах, помимо увеличения скорости наружной коррозии, также увеличиваются потери тепловой энергии. Так, например, увеличение влажности с 60 до 100 % приводит к повышению скорости кислородной коррозии в 1,5–2 раза и увеличению потерь тепловой энергии на 10–15 % [2].

При расчете потерь тепловой энергии в зависимости от условий эксплуатации каналов тепловых сетей и увлажнения изоляции к коэффициентам теплопроводности теплоизоляционных материалов применяются соответствующие поправки kλ, указанные в табл. 2 [3].

Таблица 2

3начения поправок kλ к коэффициентам теплопроводноститеплоизоляционных материалов в зависимости от условий эксплуатации изоляции

Условия эксплуатации Поправочный коэффициент kλ
Периодическое затопление канала грунтовыми водами или смежными коммуникациями 3,0–5,0
Незначительное увлажнение изоляции (10–15 ٪) 1,4–1,6
Увлажнение изоляции на 20–30 ٪ 1,9–2,6
Сильное увлажнение изоляции (40–60 ٪) 3,0–4,5

Для снижения влажности воздуха в канале и, соответственно, увлажнения изоляции при выполнении ремонтных работ устанавливаются вытяжные устройства, принцип работы которых заключается в естественной вентиляции каналов и тепловых камер за счет поступления холодного, более сухого воздуха в канал с одной стороны и удаления влажного воздуха с другой. Всего на подземных тепловых сетях АО «Омск РТС» установлено более 130 шт. подобных вытяжных устройств.

Прокладка попутных дренажей и выпусков

В городе Омске существует проблема высокого уровня грунтовых вод. Отсутствие систем ливневой канализации и отвода ливневых вод приводит к тому, что в период паводка каналы теплотрасс пропускают паводковые воды. Кроме того, при проведении гидравлических испытаний и повреждениях трубопроводов теплоноситель из трубопровода попадает в канал, в результате чего происходит намокание изоляции. Вода также может попадать в негерметичный канал в местах пересечения с другими коммуникациями (водопровод, канализация) в случаях их повреждения.

С целью исключения подтоплений каналов прокладываются попутные дренажные линии (вдоль канала) и выпуски в системы ливневой канализации.

Применение трубопроводовв ППУ-изоляции

Применение современных предизолированных труб в ППУ-изоляции с системой ОДК в тепловых сетях АО «Омск РТС» осуществляется с 2004 г. на объектах нового строительства и реконструкции. Так как трубопроводы прокладываются бесканально, то, соответственно, исключаются проблемы, связанные с герметичностью каналов и воздействием влаги. Тепловые сети из труб в ППУ-изоляции проектируются в соответствии с требованиями свода правил [5].

В процессе выполнения строительно-монтажных работ особое внимание следует уделять испытаниям теплопроводов при промежуточной приемке: предварительным гидравлическим испытаниям на прочность, испытаниям стыков изоляции труб, испытаниям сигнальной системы ОДК. При качественном выполнении строительно-монтажных работ обеспечивается расчетный срок эксплуатации и нормативный уровень потерь, так как, во- первых, исключается контакт трубопровода непосредственно с водой, во-вторых, теплотехнические свойства ППУ-изоляции сохраняются в течение длительного срока. В АО «Омск РТС» в эксплуатации находятся 29 участков тепловых сетей в ППУ-изоляции различных диаметров (от 150 до 1000 мм) протяженностью 20 км.

Применение сильфонных компенсаторов

Применение сильфонных компенсаторов позволяет сократить протяженность трубопроводов и, соответственно, потери тепловой энергии за счет исключения вылетов П-образных компенсаторов. В АО «Омск РТС» доля применения компенсаторов этого типа ничтожно мала, но сильфонные компенсаторы применяются на объектах нового строительства и реконструкции, и их дальнейшее применение является одним из перспективных направлений.

Применение необслуживаемой запорной арматуры

Необслуживаемая арматура (краны шаровые, затворы поворотные) позволяет исключить протечки теплоносителя через сальниковые уплотнения. Кроме того, плотность закрытия арматуры при отключении поврежденного участка исключает дополнительные сбросы теплоносителя при устранении повреждений. В качестве наработки опыта эксплуатации на объектах нового строительства и реконструкции применено оборудование разных производителей: Naval OY, Danfoss JiP (до принятия требований по импортозамещению), LD, СТК и ряда других отечественных производителей.

Применение необслуживаемой запорной арматуры на объектах АО «Омск РТС» также является одним из перспективных направлений.

Установка дополнительной запорной арматуры

Протяженность секционированного участка определяется, исходя из продолжительности опорожнения (заполнения) трубопровода на секционированном участке и максимальном допустимом расстоянии (как правило, 1 км между секционирующей арматурой) [7]. Уменьшение протяженности секционирующего участка позволяет в процессе эксплуатации при возникновении повреждений (аварийных либо при испытаниях) уменьшить объем сбрасываемого теплоносителя и соответствующего количества тепловой энергии, а в отопительный период – снизить количество отключаемых объектов.

При проведении капитального ремонта также производится установка дополнительной секционирующей арматуры. 3а последние несколько лет на тепломагистралях дополнительно было установлено более 20 единиц секционирующей запорной арматуры большого диаметра (500–800 мм).

Выводы

● Внедренные в тепловых сетях АО «Омск РТС» энергосберегающие мероприятия позволяют снизить потери тепловой энергии и теплоносителя, получить положительный экономический эффект и повысить качество теплоснабжения потребителей.

● Энергосберегающие мероприятия должны предусматриваться и выполняться на всех этапах подготовки и проведения ремонт-ных работ.