Lämpövoimalaitteiden luotettavuusindikaattoreiden määrittäminen. Kaupunkien lämmönjakelujärjestelmien luotettavuuden arvioinnista. Laitteen rajatila

Artikkeli on laadittu VI kansainvälisen tieteellisen ja teknisen konferenssin "Lämmön ja kaasun toimituksen ja ilmanvaihdon teoreettiset perusteet" NRU MGSU raporttikokoelman materiaalien perusteella.

UlSTU:n tutkimuslaboratorion "Lämpövoimajärjestelmät ja -laitteistot" (NIL TESU) työntekijöiden suorittama lämmönjakelujärjestelmien analyysi useissa Venäjän kaupungeissa osoitti, että korkean fyysisen ja moraalisen rappeutumisen vuoksi lämpöverkoissa ja lämmönlähteiden päälaitteistoissa järjestelmien luotettavuus heikkenee jatkuvasti. Tämän vahvistavat tilastotiedot, esimerkiksi Uljanovskin kaupungin lämpöverkkojen hydraulisten testien aikana tapahtuneiden vaurioiden määrä on kasvanut 3,5-kertaiseksi kahdeksan vuoden aikana. Joissakin kaupungeissa (Pietari, Samara jne.) päälämmön putkistoissa tapahtui suuria onnettomuuksia samalla kun lämpöverkoissa säilytettiin korkeita lämpötiloja ja paineita, joten jopa kovissa pakkasissa jäähdytysnesteen lämpötila lämmön poistoaukossa lähde ei nouse yli 90-110 ° C, silloin on lämmönlähteitä, jotka pakotetaan työskentelemään järjestelmällisesti verkon veden alilämmityksellä standardilämpötilaan ("alilämmitys").

Lämmönjakeluorganisaatioiden riittämättömät kustannukset lämpöverkkojen ja lämmönlähteiden laitteiden peruskorjaukseen ja peruskorjaukseen johtavat vahinkojen määrän merkittävään kasvuun ja keskitettyjen lämmönjakelujärjestelmien vikojen määrän kasvuun. Samaan aikaan kaupunkien lämmönjakelujärjestelmät ovat elämää ylläpitäviä järjestelmiä, ja niiden epäonnistuminen johtaa rakennusten mikroilmaston muutoksiin, joita ihminen ei hyväksy. Tällaisissa olosuhteissa useiden kaupunkien suunnittelijat ja rakentajat kieltäytyvät toimittamasta lämmitystä uusille asuinalueille ja suunnittelevat paikallisten lämmönlähteiden rakentamista sinne: kattoon, lohkokattilahuoneisiin tai yksittäisiin kattiloihin asuntojen lämmitykseen.

Samanaikaisesti liittovaltion laissa nro 190-FZ "Lämmöntoimituksesta" säädetään kaukolämmön ensisijaisesta käytöstä, toisin sanoen sähkön ja lämmön yhteistuotannosta lämpöhuollon järjestämiseksi kaupungeissa. Huolimatta siitä, että hajautetuilla lämmönjakelujärjestelmillä ei ole lämmitysjärjestelmien termodynaamisia etuja, niiden taloudellinen houkuttelevuus on nykyään korkeampi kuin keskitetyillä lämpö- ja voimalaitoksilla.

Samanaikaisesti kuluttajien lämmöntoimitusten tietyn luotettavuuden ja energiatehokkuuden tason varmistaminen on yksi tärkeimmistä vaatimuksista, jotka asetetaan lämmitysjärjestelmien valinnalle ja suunnittelulle liittovaltion lain nro 190-FZ "Lämmöntoimituksesta" mukaisesti. " ja SNiP 41-02-2003 "Lämmitysverkot". Vakiovarmuuden taso määräytyy seuraavien kolmen kriteerin perusteella: häiriöttömän toiminnan todennäköisyys, lämmönsaannin saatavuus (laatu) ja kestävyys.

Lämmönjakelujärjestelmien luotettavuutta voidaan lisätä joko parantamalla niiden elementtien laatua tai redundanssilla. Ei-redundantin järjestelmän tärkein erottuva piirre on, että minkä tahansa sen elementin vikaantuminen johtaa koko järjestelmän epäonnistumiseen, kun taas redundantissa järjestelmässä tällaisen ilmiön todennäköisyys pienenee merkittävästi. Lämmönjakelujärjestelmissä yksi toiminnallisen redundanssin menetelmistä on eri lämmönlähteiden yhteiskäyttö.

Lämmönjakelujärjestelmien luotettavuuden ja energiatehokkuuden lisäämiseksi TESU UlSTU:n T&K-laboratorio on kehittänyt tekniikoita yhdistelmälämmitysjärjestelmien toimintaan keskitetyillä pää- ja paikallisilla huippulämmönlähteillä, joissa yhdistyvät keskitetyn ja hajautetun lämmönjakelujärjestelmän rakenneosat. .

Kuvassa Kuva 1 esittää lohkokaavion yhdistetystä lämmitysjärjestelmästä, jossa on sarjaliitäntä keskitetyistä pää- ja paikallisista huippulämmönlähteistä. Tällaisessa lämmönjakelujärjestelmässä CHPP toimii maksimaalisella hyötysuhteella kaukolämpökertoimella 1,0, koska koko lämpökuorma saadaan aikaan yhteistuotannossa tapahtuvan höyryn poiston ansiosta turbiineista verkkolämmittimiin. Tämä järjestelmä tarjoaa kuitenkin vain lämmönlähteen redundanssin ja lämmönsyötön laadun paranemisen lämpökuorman paikallisen säätelyn ansiosta. Mahdollisuudet kaukolämpöjärjestelmän luotettavuuden ja energiatehokkuuden lisäämiseen eivät ole täysin hyödynnetty tässä ratkaisussa.

Aiemman järjestelmän puutteiden poistamiseksi ja yhdistetyn lämmönjakelun teknologioiden edelleen parantamiseksi on ehdotettu yhdistettyjä lämmitysjärjestelmiä, joissa rinnakkain kytketään keskitetyt ja paikalliset huippulämmönlähteet, jotka paineen tai lämpötilan laskeessa alle asetetun tason mahdollistaa paikallisten lämmönjakelujärjestelmien hydraulisen eristämisen keskitetystä järjestelmästä. Tällaisissa järjestelmissä lämpöhuippukuormituksen muutos toteutetaan paikallisella määrällisellä säätelyllä jokaisessa tilaajassa muuttamalla autonomisten huippulämmönlähteiden ja paikallisten tilaajajärjestelmien kautta kiertävän verkkoveden virtausta. Hätätilanteessa paikallista huippulämmönlähdettä voidaan käyttää peruslähteenä ja lämmitysveden kierto sen ja paikallisen lämmönjakelun läpi tapahtuu kiertovesipumpulla. Lämmönjakelujärjestelmien luotettavuuden analyysi tehdään niiden kyvystä suorittaa määrätyt toiminnot. Kaukolämpöjärjestelmän kyky suorittaa määrättyjä toimintoja määräytyy sen tilojen ja vastaavien teho-, tuottavuustasojen jne. mukaan. Tässä suhteessa on tarpeen erottaa toimintatila, osittainen vika ja koko järjestelmän täydellinen vika.

TESU:n UlSTU:n tutkimuslaboratoriossa on luotu teknologiat yhdistettyjen lämmitysjärjestelmien toimintaan keskitetyillä pää- ja paikallisilla huippulämmönlähteillä.

Vian käsite on keskeinen lämmönjakelujärjestelmän luotettavuuden arvioinnissa. Ottaen huomioon, että lämpö- ja voimalaitokset ja järjestelmät ovat hyödynnettäviä kohteita, elementtien, kokoonpanojen ja järjestelmien viat tulisi jakaa toimintahäiriöihin ja toimintahäiriöihin. Ensimmäinen vikaluokka liittyy elementin tai järjestelmän siirtymiseen ajanhetkellä t toimintatilasta toimimattomaan (tai osittain toimimattomaan) tilaan. Toimintahäiriöt liittyvät siihen, että järjestelmä tiettynä ajankohtana t ei tarjoa (tai ei tarjoa osittain) kuluttajan määrittelemää lämmönsyötön tasoa. On selvää, että elementin tai järjestelmän vika ei tarkoita toimintahäiriötä. Toisaalta toimintahäiriö voi tapahtua, vaikka toiminnallista vikaa ei olisi tapahtunut. Tämän huomioon ottaen valitaan järjestelmien luotettavuuden indikaattorit.

Tunnettuja indikaattoreita voidaan käyttää yksittäisinä indikaattoreina elementtien tai lämmönsyöttöjärjestelmien luotettavuudesta kokonaisuutena: λ (τ) on vikojen intensiteetti (vikojen virtauksen parametri); μ (τ) — palautumisnopeus; P(τ) on häiriöttömän toiminnan todennäköisyys ajanjakson τ aikana; F(τ) on toipumisen todennäköisyys ajanjaksolla τ.

Verrataanpa perinteisten ja yhdistettyjen lämmitysjärjestelmien luotettavuutta samalla lämpökuormalla 418,7 MW, josta 203,1 MW:n peruskuorma saadaan CHPP:ssä T-100-130 turbiinilla (verkon vedenkulutus 1250 kg/s) , ja huippukuorma on 215,6 MW:n huippulämmönlähteiden kokoinen. CHPP ja kuluttaja on yhdistetty kaksiputkisella 10 km pitkällä lämmitysverkolla. Perinteisessä kaukolämpöjärjestelmässä koko lämpökuorma syötetään CHP:lle. Yhdessä yhdistetyssä järjestelmässä huippulämmönlähde on asennettu sarjaan keskitetysti (kuva 1), toiseen - rinnakkain (kuva 2).

Kuluttajalla on kolme lämminvesivaraajaa asennettuna kattilahuoneeseen, joista yksi on reservi.

Kuten kuvasta näkyy. Kuvien 1 ja 2 mukaan mikä tahansa kaukolämpöjärjestelmä on monimutkainen rakenne. Tällaisten monitoimijärjestelmien luotettavuusindikaattoreiden laskeminen on melko aikaa vievää tehtävää. Siksi tällaisten järjestelmien luotettavuusindikaattoreiden laskemiseen käytetään dekompositiomenetelmää, jonka mukaan järjestelmän luotettavuusindikaattoreiden laskemisen matemaattinen malli on jaettu useisiin alimalleihin. Tämä jako suoritetaan teknisten ja toiminnallisten ominaisuuksien mukaan. Tämän mukaisesti kaukolämpöjärjestelmään allokoidaan päälämmönlähde (CHP), lämmönsiirtojärjestelmä CHP:stä kuluttajille, hajautettu huippulämmönlähde ja jakeluverkkojärjestelmä lämpökuormituksen kattamiseksi. Tämä lähestymistapa mahdollistaa yksittäisten osajärjestelmien luotettavuusindikaattoreiden laskemisen itsenäisesti. Koko kaukolämpöjärjestelmän luotettavuusindikaattoreiden laskenta suoritetaan kuten rinnakkaissarjarakenteelle.

Luotettavuuden kannalta CHPP:n lämpöyksikkö on monimutkainen rakenne sarjaan kytketyistä elementeistä: kattilayksikkö, turbiini, yhteistuotantolaitos. Tällaisessa rakennekaaviossa yhden yksikön vika johtaa koko asennuksen epäonnistumiseen. Siksi lämmitysyksikön käytettävyystekijä määritetään kaavalla:

missä k g CHP, k r to, k r t ja k r tu - koko CHPP:n, kattilayksikön, turbiinin ja yhteistuotantolaitoksen käytettävyystekijät.

Käytettävyystekijän kiinteät arvot k r piirin vastaaville elementeille määritetään palautusten intensiteetin mukaan }