تعیین شاخص های قابلیت اطمینان تجهیزات قدرت حرارتی. در مورد ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم های تامین حرارت شهری. وضعیت تجهیزات را محدود کنید

مقاله بر اساس مطالب مجموعه گزارش های ششمین کنفرانس بین المللی علمی و فنی "مبانی نظری تامین گرما و گاز و تهویه" NRU MGSU تهیه شده است.

تجزیه و تحلیل عملکرد سیستم های تامین گرما، که توسط کارکنان آزمایشگاه تحقیقاتی "سیستم ها و تاسیسات حرارتی و برق" (NIL TESU) UlSTU در تعدادی از شهرهای روسیه انجام شد، نشان داد که به دلیل درجه بالای فیزیکی و کهنگی از شبکه های حرارتی و تجهیزات اصلی منابع حرارتی، قابلیت اطمینان سیستم ها به طور مداوم در حال کاهش است. این با داده های آماری تأیید می شود، به عنوان مثال، تعداد آسیب ها در طول آزمایش های هیدرولیک در شبکه های حرارتی شهر اولیانوفسک در طول هشت سال 3.5 برابر افزایش یافته است. در برخی شهرها (سن پترزبورگ، سامارا و غیره) خرابی های عمده خطوط لوله حرارتی اصلی در طول نگهداری دما و فشار بالا در شبکه های گرمایش رخ داده است، بنابراین، حتی در یخبندان های شدید، دمای مایع خنک کننده در خروجی گرما رخ می دهد. منبع بالاتر از 90-110 درجه سانتیگراد بالا نمی رود، سپس منابع گرمایی وجود دارد که مجبور می شوند با سرد کردن سیستماتیک آب شبکه تا دمای استاندارد ("کم گرم شدن") کار کنند.

هزینه های ناکافی سازمان های تامین گرما برای نوسازی و تعمیرات اساسی شبکه های حرارتی و تجهیزات منابع گرمایی منجر به افزایش قابل توجه تعداد خسارات و افزایش تعداد خرابی های سیستم های تامین حرارت متمرکز می شود. در این میان، سیستم‌های تامین گرمای شهری، سیستم‌های پشتیبانی حیات هستند و خرابی آن‌ها منجر به تغییراتی در ریزاقلیم ساختمان‌ها می‌شود که برای انسان غیرقابل قبول است. در چنین شرایطی، طراحان و سازندگان در تعدادی از شهرها از تامین گرمای مناطق مسکونی جدید خودداری می‌کنند و قصد دارند منابع گرمایی محلی را در آنجا بسازند: دیگ‌های روی پشت بام، دیگ‌های بلوک یا دیگ‌های بخار جداگانه برای گرمایش آپارتمان.

در همان زمان، قانون فدرال شماره 190-FZ "در مورد تامین گرما" استفاده از اولویت گرمایش منطقه ای، یعنی تولید ترکیبی انرژی الکتریکی و حرارتی را برای سازماندهی تامین گرما در شهرها فراهم می کند. علیرغم این واقعیت که سیستم های تامین حرارت غیرمتمرکز از مزایای ترمودینامیکی سیستم های گرمایشی برخوردار نیستند، امروزه جذابیت اقتصادی آنها بیشتر از مرکز CHP است.

در عین حال، اطمینان از سطح معینی از قابلیت اطمینان و راندمان انرژی تامین گرما برای مصرف کنندگان یکی از الزامات اصلی است که هنگام انتخاب و طراحی سیستم های گرمایش مطابق با قانون فدرال شماره 190-FZ "در مورد تامین گرما" و SNiP اعمال می شود. 41-02-2003 "شبکه های حرارتی". سطح هنجاری قابلیت اطمینان با سه معیار زیر تعیین می شود: احتمال عملکرد بدون خرابی، در دسترس بودن (کیفیت) تامین گرما و بقا.

قابلیت اطمینان سیستم های تامین گرما را می توان با بهبود کیفیت عناصری که از آنها تشکیل شده اند یا با افزونگی بهبود بخشید. وجه تمایز اصلی یک سیستم غیر زائد این است که خرابی هر یک از عناصر آن منجر به خرابی کل سیستم می شود، در حالی که در یک سیستم زائد احتمال چنین پدیده ای به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. در سیستم های تامین حرارت، یکی از راه های افزونگی عملکردی، بهره برداری مشترک از منابع مختلف گرما است.

به منظور بهبود قابلیت اطمینان و بهره وری انرژی سیستم های تامین گرما، NIL TESU UlSTU فناوری هایی را برای بهره برداری از سیستم های حرارتی و برق ترکیبی با منابع حرارتی اصلی و محلی متمرکز ایجاد کرد که عناصر ساختاری سیستم های تامین حرارت متمرکز و غیرمتمرکز را ترکیب می کند.

روی انجیر شکل 1 بلوک دیاگرام یک سیستم ترکیبی حرارت و برق را با اتصال سریالی منابع اصلی گرمای مرکزی و محلی اوج نشان می دهد. در چنین سیستم تامین گرما، CHPP با حداکثر کارایی با ضریب تامین حرارت 1.0 کار می کند، زیرا کل بار حرارتی از طریق استخراج حرارتی بخار توربین به بخاری های شبکه تامین می شود. با این حال، این سیستم تنها یک پشتیبان از منبع گرما و افزایش کیفیت تامین گرما به دلیل تنظیم موضعی بار حرارتی را فراهم می کند. از امکانات افزایش قابلیت اطمینان و بهره وری انرژی سیستم گرمایشی در این راه حل به طور کامل استفاده نشده است.

برای رفع نواقص سیستم قبلی و بهبود بیشتر فن‌آوری‌های تامین حرارت ترکیبی، سیستم‌های گرمایش ترکیبی با گنجاندن موازی منابع گرمای مرکزی و محلی اوج پیشنهاد شده‌اند، که وقتی فشار یا دما به زیر سطح تعیین‌شده کاهش می‌یابد، امکان جداسازی هیدرولیکی را فراهم می‌کند. سیستم های تامین حرارت محلی از یک متمرکز. تغییر بار حرارتی پیک در چنین سیستم‌هایی با تنظیم کمی محلی برای هر یک از مشترکین با تغییر مصرف آب شبکه در گردش از طریق منابع گرمای پیک مستقل و سیستم‌های مشترک محلی انجام می‌شود. در مواقع اضطراری می توان از منبع حرارت محلی پیک به عنوان پایه استفاده کرد و گردش آب شبکه از طریق آن و سیستم تامین حرارت محلی با استفاده از پمپ سیرکولاسیون انجام می شود. تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان سیستم های تامین حرارت از نقطه نظر توانایی آنها در انجام عملکردهای مشخص شده انجام می شود. توانایی سیستم گرمایش برای انجام عملکردهای مشخص شده توسط حالت های آن با سطوح مربوط به قدرت، عملکرد و غیره تعیین می شود. در این راستا، لازم است بین حالت سالم، خرابی جزئی و شکست کامل سیستم به عنوان یک کل تمایز قائل شد.

NIL TESU UlSTU فناوری‌هایی را برای بهره‌برداری از سیستم‌های ترکیبی حرارت و برق با منابع اصلی و محلی مرکزی متمرکز ایجاد کرد.

مفهوم شکست برای ارزیابی قابلیت اطمینان یک سیستم تامین گرما مرکزی است. با در نظر گرفتن این واقعیت که نیروگاه ها و سیستم های حرارتی اشیاء قابل بازیافت هستند، خرابی عناصر، مجموعه ها و سیستم ها را باید به خرابی عملکرد و خرابی عملیات تقسیم کرد. دسته اول خرابی ها با انتقال یک عنصر یا سیستم در زمان t از یک حالت قابل اجرا به حالت غیرقابل اجرا (یا تا حدی غیرقابل اجرا) مرتبط است. خرابی های عملکردی به این واقعیت مربوط می شود که سیستم در یک زمان معین t سطح تامین حرارت مشخص شده توسط مصرف کننده را ارائه نمی دهد (یا تا حدی ارائه نمی کند). بدیهی است که خرابی عملکرد یک عنصر یا سیستم به معنای خرابی در عملکرد نیست. و برعکس، نقص عملکرد می تواند حتی در مواردی که نقص عملکرد رخ نداده باشد، رخ دهد. با در نظر گرفتن این موضوع، انتخاب شاخص های قابلیت اطمینان سیستم انجام می شود.

شاخص های شناخته شده را می توان به عنوان شاخص های جداگانه قابلیت اطمینان عناصر یا سیستم های تامین گرما به طور کلی مورد استفاده قرار داد: λ(τ) شدت (پارامتر جریان شکست) خرابی ها است. μ(τ) شدت بازیابی است. پ(τ) احتمال عملیات بدون خرابی در طول دوره زمانی τ است. اف(τ) احتمال بازیابی در یک دوره زمانی τ است.

اجازه دهید قابلیت اطمینان سیستم های حرارت و برق سنتی و ترکیبی را با بار حرارتی یکسان 418.7 مگاوات مقایسه کنیم که بار پایه 203.1 مگاواتی توسط یک CHPP با توربین T-100-130 (مصرف آب شبکه 1250 کیلوگرم است) ارائه می شود. /s)، و اوج بار 215.6 مگاوات پیک منابع گرمایی است. CHP و مصرف کننده توسط یک شبکه گرمایشی دو لوله ای به طول 10 کیلومتر به هم متصل می شوند. در سیستم گرمایش منطقه ای سنتی، کل بار حرارتی توسط CHP تامین می شود. در یک سیستم ترکیبی، منبع حرارت اوج به صورت سری با مرکزی (شکل 1)، در دیگری - به صورت موازی (شکل 2) نصب می شود.

سه دیگ آبگرمکن در شوفاژ مصرف کننده تعبیه شده است که یکی از آنها ذخیره است.

همانطور که در شکل دیده میشود. 1 و 2، هر سیستم گرمایشی یک ساختار پیچیده است. محاسبه شاخص های قابلیت اطمینان چنین سیستم های چند منظوره یک کار نسبتا وقت گیر است. بنابراین برای محاسبه شاخص های قابلیت اطمینان این گونه سیستم ها از روش تجزیه استفاده می شود که بر اساس آن مدل ریاضی محاسبه شاخص های قابلیت اطمینان سیستم به تعدادی زیرمدل تقسیم می شود. این تقسیم بندی با توجه به ویژگی های فنی و عملکردی انجام می شود. بر این اساس، منبع حرارت اصلی (CHP)، سیستمی برای انتقال گرما از CHP به مصرف کنندگان، منبع حرارت غیرمتمرکز پیک و سیستم شبکه توزیع برای پوشش بارهای گرمایشی در سیستم گرمایش اختصاص داده شده است. این رویکرد امکان محاسبه شاخص های قابلیت اطمینان را برای زیرسیستم های جداگانه به طور مستقل می دهد. محاسبه شاخص های قابلیت اطمینان کل سیستم گرمایش مانند ساختار سری موازی انجام می شود.

از نقطه نظر قابلیت اطمینان، واحد گرمایش یک CHPP یک ساختار پیچیده از عناصر متصل به سری است: یک واحد دیگ بخار، یک توربین و یک کارخانه گرمایش. برای چنین بلوک دیاگرام، خرابی یکی از واحدها منجر به شکست کل نصب می شود. بنابراین، ضریب در دسترس بودن واحد گرمایش با فرمول تعیین می شود:

جایی که ک d CHP، ک g k ک g t و ک rtu به ترتیب فاکتورهای در دسترس بودن کل CHPP، واحد دیگ بخار، توربین و نیروگاه حرارتی هستند.

مقادیر ثابت ضریب در دسترس بودن ک r برای عناصر متناظر مدار بسته به شدت ترمیم ها تعیین می شود }