Bestämning av indikatorer på tillförlitligheten hos värmekraftsutrustning. Om bedömningen av tillförlitligheten av stadsvärmeförsörjningssystem. Begränsa utrustningens tillstånd

Artikeln utarbetades på grundval av materialet från insamlingen av rapporter från VI International Scientific and Technical Conference "Theoretical Foundations of Heat and Gas Supply and Ventilation" av NRU MGSU.

En analys av driften av värmeförsörjningssystem, utförd av anställda vid forskningslaboratoriet "Heat and Power Systems and Installations" (NIL TESU) i UlSTU i ett antal ryska städer, visade att på grund av den höga graden av fysisk och inkurans av värmenätverk och värmekällors huvudutrustning minskar systemens tillförlitlighet ständigt. Detta bekräftas av statistiska uppgifter, till exempel ökade antalet skador under hydrauliska tester i de termiska nätverken i staden Ulyanovsk med 3,5 gånger under åtta år. I vissa städer (S:t Petersburg, Samara, etc.) inträffade stora fel i huvudvärmeledningar samtidigt som höga temperaturer och tryck upprätthölls i värmenätverk, därför är temperaturen på kylvätskan vid värmekällans utlopp även i svår frost. inte höjt över 90-110 ° C, då finns det värmekällor som tvingas arbeta med systematisk underkylning av nätverksvatten till standardtemperaturen ("undervärmning").

Otillräckliga kostnader för värmeförsörjningsorganisationer för renovering och översyn av värmenät och utrustning av värmekällor leder till en betydande ökning av antalet skador och till en ökning av antalet fel i centraliserade värmeförsörjningssystem. Samtidigt är urbana värmeförsörjningssystem livsuppehållande system, och deras misslyckande leder till förändringar i mikroklimatet i byggnader som är oacceptabla för människor. Under sådana förhållanden vägrar designers och byggare i ett antal städer att leverera värme till nya bostadsområden och planerar att bygga lokala värmekällor där: takpannor, blockpannor eller individuella pannor för lägenhetsuppvärmning.

Samtidigt föreskriver federal lag nr 190-FZ "On Heat Supply" den prioriterade användningen av fjärrvärme, det vill säga den kombinerade genereringen av elektrisk och termisk energi för organisation av värmeförsörjning i städer. Trots att decentraliserade värmeförsörjningssystem inte har de termodynamiska fördelarna med värmesystem, är deras ekonomiska attraktionskraft idag högre än centraliserade från kraftvärme.

Samtidigt är att säkerställa en given nivå av tillförlitlighet och energieffektivitet för värmeförsörjning till konsumenter ett av huvudkraven som gäller vid val och utformning av värmesystem i enlighet med federal lag nr 190-FZ "On Heat Supply" och SNiP 2003-02-41 "Värmenätverk". Den normativa tillförlitlighetsnivån bestäms av följande tre kriterier: sannolikheten för felfri drift, tillgänglighet (kvalitet) av värmeförsörjning och överlevnadsförmåga.

Värmeförsörjningssystemens tillförlitlighet kan förbättras antingen genom att förbättra kvaliteten på de element som de är sammansatta av eller genom redundans. Det främsta utmärkande kännetecknet för ett icke-redundant system är att fel på något av dess element leder till fel på hela systemet, medan i ett redundant system är sannolikheten för ett sådant fenomen avsevärt reducerad. I värmeförsörjningssystem är ett av sätten för funktionell redundans samdrift av olika värmekällor.

För att förbättra tillförlitligheten och energieffektiviteten hos värmeförsörjningssystem skapade NIL TESU UlSTU teknologier för drift av kombinerade värme- och kraftsystem med centraliserade huvud- och lokala toppvärmekällor, som kombinerar de strukturella delarna av centraliserade och decentraliserade värmeförsörjningssystem.

På fig. Figur 1 visar ett blockschema över ett kraftvärmesystem med seriekoppling av centraliserade huvud- och lokala toppvärmekällor. I ett sådant värmeförsörjningssystem kommer CHPP att arbeta med maximal effektivitet vid en värmetillförselkoefficient på 1,0, eftersom hela värmebelastningen tillhandahålls av värmeutvinning av turbinånga till nätverksvärmare. Detta system ger dock endast en backup av värmekällan och en ökning av kvaliteten på värmetillförseln på grund av lokal reglering av värmebelastningen. Möjligheterna att öka tillförlitligheten och energieffektiviteten hos värmesystemet i denna lösning utnyttjas inte fullt ut.

För att eliminera bristerna i det tidigare systemet och ytterligare förbättra teknologin för kombinerad värmeförsörjning, föreslås kombinerade värmesystem, med parallell inkludering av centraliserade och lokala toppvärmekällor, som, när trycket eller temperaturen sjunker under den inställda nivån, tillåter hydraulisk isolering av lokala värmeförsörjningssystem från det centraliserade. Ändring av toppvärmebelastningen i sådana system utförs genom lokal kvantitativ reglering för var och en av abonnenterna genom att ändra förbrukningen av nätvatten som cirkulerar genom autonoma toppvärmekällor och lokala abonnentsystem. I nödfall kan den lokala toppvärmekällan användas som bas, och cirkulationen av nätverksvatten genom den och det lokala värmeförsörjningssystemet utförs med en cirkulationspump. Analysen av tillförlitligheten hos värmeförsörjningssystem utförs utifrån deras förmåga att utföra de specificerade funktionerna. Värmesystemets förmåga att utföra de specificerade funktionerna bestäms av dess tillstånd med motsvarande nivåer av effekt, prestanda etc. I detta avseende är det nödvändigt att skilja mellan ett hälsosamt tillstånd, partiellt misslyckande och fullständigt fel i systemet som helhet.

NIL TESU UlSTU skapade teknologier för drift av kraftvärmesystem med centraliserade huvud- och lokala toppvärmekällor

Begreppet fel är centralt för att bedöma tillförlitligheten hos ett värmeförsörjningssystem. Med hänsyn till det faktum att termiska kraftverk och system är återvinningsbara objekt, bör fel i element, sammansättningar och system delas in i driftfel och driftsfel. Den första kategorin av fel är associerad med övergången av ett element eller system vid tidpunkten t från ett funktionsdugligt tillstånd till ett inoperabelt (eller delvis inoperabelt) tillstånd. Funktionsfel är relaterade till det faktum att systemet vid en given tidpunkt inte tillhandahåller (eller delvis inte tillhandahåller) den nivå av värmeförsörjning som specificeras av konsumenten. Det är uppenbart att ett funktionsfel hos ett element eller ett system inte betyder ett funktionsfel. Och omvänt kan ett funktionsfel inträffa även i de fall då ett funktionsfel inte har inträffat. Med detta i åtanke görs valet av indikatorer för systemets tillförlitlighet.

Kända indikatorer kan användas som individuella indikatorer på tillförlitligheten hos element eller system för värmeförsörjning som helhet: λ(τ) är intensiteten (felflödesparameter) för fel; μ(τ) är återhämtningsintensiteten; P(τ) är sannolikheten för felfri drift under tidsperioden τ; F(τ) är sannolikheten för återhämtning under en tidsperiod τ .

Låt oss jämföra tillförlitligheten hos traditionella och kombinerade värme- och kraftsystem med samma värmebelastning på 418,7 MW, varav baslasten på 203,1 MW tillhandahålls av en CHPP med en T-100-130-turbin (nätverkets vattenförbrukning är 1250 kg /s), och toppbelastningen är 215,6 MW av toppvärmekällor. CHP och konsumenten är sammankopplade med ett tvårörs värmenät med en längd på 10 km. I ett traditionellt fjärrvärmesystem tillhandahålls hela värmebelastningen av kraftvärmeverket. I ett kombinerat system installeras toppvärmekällan i serie med den centraliserade (fig. 1), i den andra - parallellt (fig. 2).

I konsumentens pannrum installeras tre vattenvärmepannor, varav en reserv.

Såsom framgår av fig. 1 och 2 är varje värmesystem en komplex struktur. Beräkningen av tillförlitlighetsindikatorerna för sådana multifunktionella system är en ganska tidskrävande uppgift. För att beräkna tillförlitlighetsindikatorerna för sådana system används därför nedbrytningsmetoden, enligt vilken den matematiska modellen för beräkning av systemets tillförlitlighetsindikatorer är uppdelad i ett antal undermodeller. Denna uppdelning utförs enligt tekniska och funktionella egenskaper. I enlighet med detta allokeras huvudvärmekällan (CHP), ett system för att transportera värme från kraftvärmen till konsumenterna, en decentraliserad toppvärmekälla och ett distributionsnätsystem för att täcka värmebelastningar i värmesystemet. Detta tillvägagångssätt möjliggör beräkning av tillförlitlighetsindikatorer för enskilda delsystem oberoende. Beräkningen av tillförlitlighetsindikatorerna för hela värmesystemet utförs som för en parallellseriestruktur.

Ur tillförlitlighetssynpunkt är värmeenheten i en CHPP en komplex struktur av seriekopplade element: en pannenhet, en turbin och en värmeanläggning. För ett sådant blockschema leder felet i en av enheterna till felet i hela installationen. Därför bestäms tillgänglighetsfaktorn för värmeenheten av formeln:

var k d CHP, k g k, k g t och k rtu är tillgänglighetsfaktorerna för hela kraftvärmeverket, pannaggregatet, turbinen respektive värmeverket.

Stationära värden för tillgänglighetsfaktor k r för motsvarande element i kretsen bestäms beroende på intensiteten av restaureringar }