История гидравлического регулирования теплосети в г.Качканаре Свердловской области

Город Качканар расположен в 250 км по автодороге на север от г. Екатеринбурга (Свердловская область). Местность гористая с большими перепадами высот. Градообразующим предприятием является горно-обогатительный комбинат, владеющий источником тепловой энергии – Качканарской ТЭЦ.

Организация работы по теплоснабжению потребителей, расположенных на территории Качканарского муниципального округа (далее – КМО) уникальна. Теплоснабжающая компания, имеющая статус ЕТО, не управляет тепловыми сетями или источником выработки тепловой энергии. При этом есть выстроенные конструктивные рабочие отношения между Администрацией КМО, теплосетевой организацией и единой теплоснабжающей организацией.

Таблица 1

Краткая характеристика системы теплоснабжения г. Качканара

В начале девяностых крупные предприятия на территории города закрылись, теплопотребление прекратилось. На текущий момент ситуация такова: теплосеть «Север» – 86 Гкал /час; теплосеть «Юг» – 40 Гкал/час.

На рисунке 1 красным цветом обозначена тепловая сеть «Север», синим цветом – тепловая сеть «Юг». Речь в статье пойдет о проведенных мероприятиях по гидравлической наладке тепловой сети «Север».

Причинами, послужившими принятию решения по проведению гидравлической наладки, были необеспеченность тепловой энергией потребителей при температурах ниже минус 10–15 °С и в зависимости от расположения многоквартирного дома, а также предоставление услуги горячего водоснабжения пониженной температуры, не соответствующей требованиям СанПиН, при температурах наружного воздуха от + 6 °С до – 7 °С.

Немного предистории, чтобы сформировалось представление об исходных данных и отправной точке, которые подтолкнули к принятию решения о проведении мероприятий по гидравлической наладке и в целом о системе теплоснабжения города Качканара.

В 2018 и 2019 годах проводились мероприятия по гидравлической наладке. Идея в тот период была проста. Ничего не меняя, решить проблему с распределением тепла на пониженном графике.

Что значит «ничего не меняя»?

Источник тепловой энергии много лет работает на разных температурных графиках. Для теплосети «Север» на температурном графике 150/70 и для теплосети «Юг» – 130/70. При этом ТФУ «Север» обеспечивает объем тепловой нагрузки только для города, а от ТФУ «Промобъекты» подключены не только часть города, но и промышленные объекты Комбината. При этом стоит отметить, что качественное регулирование с применением стационарных смесительных устройств – элеваторные узлы или динамических – системы автоматического регулирования по температуре наружного воздуха не применялось. Среди 418 домов есть буквально до десяти ИТП, оборудованных САРТ, но без должного обслуживания и регулировки. Промышленные объекты также не оборудованы системами регулирования. Соответственно, в систему отопления необходимо было подать температуру на температурном графике 95/70. Однако, для обеспечения необходимого объема теплоносителя на низком графике пропускной способности теплосетей недостаточно. Переводить ТЭЦ на низкий график нецелесообразно.

Решение «ничего не меняем» само по себе негениально, но технически реализовалось следующим образом.

Во-первых, установили температурные срезки на теплосети «Север» на уровне 105 °С, на теплосети «Юг» 100 °С. На теплосети «Север» реализовали подмес на узле «А», месторасположение – в точке «додавливания» рядом с главной повысительной насосной станцией (далее ГПНС) «Северная». Теоретически должен был произойти переход на температурный график 125/70 и увеличение объема теплоносителя в подающем трубопроводе с 1200 т/ч, подаваемых с ТЭЦ, до 1700–1800 т/ч. Соответственно, при температурной срезке на 105 ⁰С температура теплоносителя не поднималась выше 85–87 °С на ИТП потребителей.

Теплонасосные станции (далее – ТНС) на теплосети «Север» работали в режиме создать необходимое давление в подающем и в обратном трубопроводах. Режима смешения не было предусмотрено, так как температура теплоносителя не превышала заданный параметр. На тепловой сети «Юг» режим минисмешения происходил на ТНС, однако этого практически не требовалось.

Тепломагистрали от ТЭЦ до города проложены надземным способом, по городу – подземным. Тепловая изоляция на тепломагистралях, проложенных до города, местами была нарушена или совсем отсутствовала, что приводило к дополнительным потерям.

Во-вторых, для обеспечения гидравлического режима на теплосетях были установлены дросселирующие диафрагмы в ИТП потребителей и на самой тепловой сети, как для ограничения напоров в подающем трубопроводе на входе в ИТП потребителей, так и создания подпора на самой тепловой сети.

В-третьих, температурный график с ТЭЦ был рассчитан на температуру в помещениях плюс 18 °С.

При этом стоит отметить, что ошиблись с реальными напорами и расчет дросселирующих устройств оказался неверным. В результате на протяжении пяти лет постоянно изменяли диаметры дросселирующих устройств, создавая дополнительный дефицит теплоносителя и снижая напоры в трубопроводах и на узлах потребителей. К 2022 году уровень разрегулировки достиг своего апогея – теплоноситель сливали «в землю».

В 2022 году проведено масштабное мероприятие по замене тепловой изоляции на магистральных трубопроводах. Но радикальным образом это ситуацию не спасло.

В период отопительного сезона 2022–2023 годов назрела необходимость провести регулировку системы, к тому же истекал пятилетний срок после проведения прошлой наладки. Поставленные задачи в рамках проведения гидравлической наладки, которые были реализованы:

1. Проведены испытания на тепловые и гидравлические потери и на максимальную температуру;
2. Произведен гидравлический расчет с учетом полученных фактических данных;
3. Разработаны энергетические характеристики;
4. Осуществлен переход на стабильный температурный график по тепломагистралям;
5. Разработана единая режимная карта для ТНС;
6. Принят ведущим температурный график для системы отопления 95/70;
7. Распределено тепло равномерно по потребителям в соответствии с нагрузкой и в период «межсезонья» (при температурах от + 6 °С до – 7 °С);
8. Приведена температура горячего водоснабжения в соответствии с СанПиН – плюс 60 градусов.

Началось все с обсуждения проекта по переносу нагрузки с одной тепломагистрали на другую, т.к. недостаточность теплоносителя критично сказывалась на теплоснабжении жителей города.

Рассчитав варианты, пришли к выводу, что сначала необходимо все-таки провести настоящие испытания.

Разделим на два этапа. Первоначально была достигнута договоренность в Администрации Качканара о необходимости проведения мероприятий по нормализации теплоснабжения жилых домов при поэтапном проведении гидравлической наладки, разделив потребителей по тепломагистралям. При этом финансирование мероприятий по проведению расчетов, инжиниринга в части настройки работы ТНС и ГПНС, проведение расчетов и подготовки программ испытания взяла на себя Теплоснабжающая компания.

Решили начать с большего – теплосеть «Север». До начала отопительного сезона 2023–2024 годов управляющая компания занималась установкой дросселирующих диафрагм и установкой вновь ранее демонтированных элеваторных узлов в ИТП МКД, а теплосетевая организация в это время демонтировала ранее установленные дросселирующие диафрагмы по тепловой сети.

В рамках следующего этапа новой наладки обеспечили сбор и анализ первоначальных данных для проведения расчетов и подготовки программ испытаний. К сожалению, по ряду технических и организационных причин проведение испытаний реализовать в первый год наладки не удалось. Было принято решение на основе имеющегося опыта наладочной организации использовать расчетный метод и подобрать, исходя из условий эксплуатации и качества воды, величины тепловых потерь и шероховатости.

Расчет оказался настолько приближен к реальности, несмотря на отсутствие фактических данных по тепловым и гидравлическим потерям, что количество корректирующих мероприятий после установки дросселирующих устройств было минимальным, менее 5%.

Настроить работу элеваторных узлов, создавая перед элеватором необходимый располагаемый напор, удалось не сразу. Существенное влияние оказывал затянувшийся процесс корректной установки дросселирующих диафрагм в ИТП и демонтаж «шайб» на тепловых сетях. При относительной стабилизации напоров в магистрали после установки более 85% «шайб» температурный режим в домах нормализовался исходя из расчетных параметров, а располагаемые напоры на элеваторных узлах достигли расчетных величин.

Количество жалоб жителей за отопительный сезон 2023–2024 годов снизилось. За это время нашли приемлемые технические и организационные решения для проведения испытаний, как на гидравлические и тепловые потери, так и на максимальную температуру, равную 120 градусам.

На основе результатов испытаний в 2024 году провели корректировочный расчет гидравлического режима, дросселирующих диафрагм и технических параметров элеваторных узлов. Для большей части потребителей изменения были минимальными. Диаметры «шайб» и сопел элеваторов изменились на 0,1–0,3 мм, но и по результатам прошедшего отопительного сезона с учетом результатов испытаний были существенные корректировки, вплоть до изменения номера элеватора или изменения диаметров до 1 мм.

Работы по замене были реализованы в рамках подготовки к отопительному периоду 2024–2025 годов. Потребители, как годом ранее, проводили замену дросселирующих устройств/элеваторов или корректировку диаметров, а теплосетевая организация меняла участки тепловой сети.

Самым существенным результатом по итогам проведенных в течение двух лет работ является равномерное распределение нагрузки по потребителям, подключенным от тепловой сети «Север» и обеспечение нормативной температуры горячего водоснабжения в межсезонье, когда температура наружного воздуха колеблется в диапазоне от – 7 °С до + 6 °С.

Разработанный температурный график, когда ведущим становится график на тепло-насосной станции (у потребителя для системы отопления) 95/70, с одной стороны, позволил обеспечить заданные параметры не только по горячему водоснабжению, но и для системы отопления, однако, с другой стороны, добавил тепловых потерь в тот же период, когда необходимо обеспечить температуру горячего водоснабжения при относительно теплой погоде. При этом суммарные тепловые потери за отопительный период снизились. Температурный график представлен на рисунке 2.

Для наглядности при проведении мероприятий по гидравлической наладке представлено два пьезометрических графика на рисунках 3 и 4. Изменение высот рельефа до 110 м (на примере обеспечения заданных напоров на тепловых узлах для потребителей, подключенных от ТНС-4) добавляет дополнительные требования в работе насосного оборудования для обеспечения заданных напоров и расходов для поддержания гидравлического режима.

При этом и для потребителей, подключенных от ТНС-10, обеспечение гидравлического режима достигается за счет снижения напоров в магистральном трубопроводе опять же работой насосного оборудования на ТНС-10

Важным мероприятием в рамках подготовки к отопительному сезону 2025–2026 годов в соответствии с требованиями приказа Минстроя России от 13.11.2024 № 2234, на мой взгляд, является необходимость выполнить регулировку и настройку внутренней системы теплопотребления многоквартирных домов и объектов социальной направленности: школ, садиков, больниц и т.д., не считая, бесспорно, промывку системы отопления и других технических мероприятий. Потому, что в результате проведенных работ по гидравлической наладке тепловой сети и на границе балансовой принадлежности с потребителем остается важным и необходимым распределение тепла внутри объекта теплопотребления.

За несколько лет статистических наблюдений и проводимых работ по наладке внутридомовых систем отопления получено подтверждение вышеизложенному. При проведении в доме постоянной регулировки системы отопления постоянные жалобы от жителей от десятков штук по дому сводятся до нуля, температура в жилых помещениях по всему дому становится одинаковой и соответствует расчетной, без перетопов и замерзаний.

При проведении расчетов гидравлического режима для теплосети «Север», был выявлен ряд участков тепловой сети с заужениями в результате ремонтов тепловой сети тем, что было в наличии, и подключением новых потребителей без перекладки тепловой сети с увеличением диаметров существующих участков. Уменьшение расчетных диаметров приводит к снижению пропускной способности тепловой сети и располагаемых напоров на тепловых узлах. На рисунке 6 для наглядности такие участки указаны цифрами.

Выявленные участки квартальных тепловых сетей с ограниченной пропускной способностью диаметрами от 50 мм до 250 мм и нуждающиеся в перекладке были заменены в межотопительный период 2023 и 2024 годов. Протяженность участков от 2,5 до 200 м в двухтрубном исполнении с увеличением диаметров.

Результаты проведенной работы по гидравлической наладке и замене участков трубопроводов позволяют судить о нормализации температурного и гидравлических режимов в жилых домах и объектах социального назначения.

Небольшой итог проделанной работы по тепловой сети «Север» приведен в таблице 2.

Таблица 2.

Сравнительные характеристики по итогам мероприятий по гидравлической наладке

Стоит отметить, что наличие температурной срезки не является основанием для отмены регистрации оборудования и сетей как ОПО в рамках требований по промышленной безопасности. Для сохранения температурной срезки на температурном графике необходимо иметь техническое и экономическое обоснование. Так, например, для тепловой сети «Север» пределом по температуре и основанием при текущих параметрах давления на источнике будет отметка в 130 градусов. При давлении в подающем трубопроводе на источнике 12 кгс/кв.см. при подъеме на 75 метров до ГПНС «Северная» закипание наступает при температуре чуть выше 130 градусов. При этом, если обратиться к температурному графику 150/70 и отнесению г. Качканара к климатической зоне с температурой -37 °С, срезка на 130 градусах позволит обеспечить качественное теплоснабжение при температуре наружного воздуха до минус 27 °С. Чтоб сдвигать выше температурную срезку потребуется изменять параметры по давлению, что может быть сопряжено с мероприятиями по модернизации насосных групп как на источнике, так и на ТНС, и, соответственно, проведению расчетов гидравлических режимов и параметров тепловой сети и на границе балансовой принадлежности с потребителями.

Сохранение проектного температурного графика (с температурой выше 115) влечет за собой безусловную регистрацию оборудования на источнике, тепловых сетей, теплонасосных станций, как опасный производственный объект. Данные мероприятия предполагают не только бюрократическую процедуру, но и несут за собой дополнительную ответственность при эксплуатации оборудования, требуют наличие квалифицированного персонала в необходимом количестве.

Более того, законодательно не прописана ни ответственность, ни обязанность потребителя выполнять все необходимые мероприятия по гидравлической наладке. Указанные требования в приказе Минстроя России от 13.11.2024 № 2234 накладывают определенные обязательства на потребителя при подготовке к отопительному сезону, но в иных нормативных документах это требование вместе с административной и дисциплинарной ответственностью нигде не обозначено, что добавляет сложностей в проведении мероприятий по обеспечению нормального гидравлического режима.

Проведение гидравлической наладки на тепловых сетях и на границе балансовой принадлежности с потребителем не является гарантией на соблюдение температурного режима на объекте теплопотребления без проведения аналогичных мероприятий на самом объекте. Гидравлическая наладка, например, во внутридомовых сетях обеспечивает равномерное распределение тепла среди всех отапливаемых помещений и соблюдение температурного режима, на который рассчитан температурный график.

Процесс гидравлической наладки, как результат инжиниринговой работы, обеспечивает стабильную работу тепловой сети, позволяет снизить тепловые потери и потери теплоносителя, в том числе на сливы, и обеспечивает гидравлическую стабильность системы теплоснабжения.

Сохранение проектного температурного графика на источнике позволяет поддерживать работу технологического оборудования и высокую производительность, обеспечивая поставку высокопотенциального теплоносителя в тепловую сеть и поддержание температурного режима как в тепловой сети, так и на границе балансовой принадлежности с теплопотребляющими установками (жилой фонд, социальные объекты, прочие потребители).

Более того, исключение сливов на объектах теплопотребления, чтобы обеспечить движение теплоносителя по системе отопления, неизбежно приводит к снижению объемов циркуляции теплоносителя, а значит и снижает затраты на водоподготовку.

Эффективность мероприятий по гидравлической наладке и обеспечению необходимых расчетных напоров на границе балансовой принадлежности с потребителем могут оценить не только потребители тепла, но и «Водоканал», особенно при дефиците воды, при подаче его на источник при компенсации сливов, а не как результат водоразбора при открытых системах теплоснабжения. К тому же, как показывает практика, при стабильном объеме теплопотребления и растущих тарифах на тепловую энергию, происходит снижение объемов потребления горячего водоснабжения из централизованной системы и переход на электрические водонагреватели.

Сохранение проектного температурного графика на источнике, проведение испытаний на тепловые и гидравлические потери на максимальную температуру, организация и проведение гидравлической наладки тепловой сети и в ИТП потребителей на границе балансовой принадлежности – это не только обязательный технологический процесс, но и слаженная работа, в которой должны быть заинтересованы все участники теплоснабжения.