Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

Диссертационная работа:

Малахов Дмитрий Валерьевич. Качественное прогнозирование состояния участков тепловых сетей : Дис. ... канд. техн. наук : 05.23.03 Ростов н/Д, 2005 139 с. РГБ ОД, 61:06-5/2124

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Стр.
ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 4

ВВЕДЕНИЕ 10

ГЛАВА I. КРАТКИЙ ОБЗОР РАБОТ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

И ЦЕЛИ ИССЛЕДОВАНИЙ 18

ГЛАВА И. ПРОЦЕССЫ ТЕПЛОПЕРЕНОСА В ЗОНЕ

ПРОКЛАДОК ТЕПЛОТРАСС 36

  1. Канальная прокладка 41

  2. Бесканальная прокладка 55

ГЛАВА III. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ УЧАСТКОВ ТЕПЛОСЕТЕЙ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ, ПОЛУЧЕННЫХ В РЕЗУЛЬТАТЕ ИСПЫТАНИЙ.. . 62

3.1. Испытания водяных тепловых сетей г. Ростова-на-

Дону от ТЭЦ-2 на тепловые потери 63

  1. Выбор участков для испытаний 64

  2. Проведение испытаний 70

  3. Обработка результатов испытаний., 71

3.2. Прогнозирование состояния прокладок теплотрасс. . 86

ГЛАВА IV. ТЕПЛОВОЙ МЕТОД НЕРАЗРУЩАЮЩЕГО

КОНТРОЛЯ ТЕПЛОТРАСС 92

4.1. Инфракрасные системы измерения температур

поверхности грунта 92

4.2. Тепловизионное обследование тепловых сетей

г.Ростова-на-Дону 98

  1. Качественное прогнозирование состояния участков подземных теплотрасс на основе термографирования 103

  2. Качественное прогнозирование состояния участков надземных теплотрасс на основе термографирования 116

ВЫВОДЫ 120

ЛИТЕРАТУРА 124

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

а - ширина канала в свету м

Ъ - высота канала в свету межцентровое расстояние

трубопроводов м

с - удельная теплоемкость сетевой воды кДж/(кг-С)

dx,d2- диаметры подающего и обратного трубопроводов м dm > dul - диаметры наружной поверхности изоляционных

слоев подающего и обратного трубопроводов м

dn\ > dn2 - диаметры наружной поверхности покровных

слоев подающего и обратного трубопроводов м

d3H - эквивалентный наружный диаметр канала м

FHK - площадь наружного сечения канала м2

G - усреднённый расход сетевой воды в подающей

линии на выходе из теплоподготовительной
установки кг/с

Gi и G2 - соответственно расходы сетевой воды в подающем
и обратном трубопроводах по данным измерений
вТК-101 кг/с

Gn - усреднённый расход подпиточной воды кг/с

Н - расстояние, определяющее зону влияния трубо-

проводов на температурное поле грунта по
оси у м

h - глубина заложения оси трубопроводов м

im - количество шагов сетки по оси х от оси у до

внутренней поверхности боковой стенки канала
ім - количество шагов сетки по оси х

jm - количество шагов сетки по оси у от ОСИ X до

внутренней поверхности верхней стенки канала

jn - количество шагов сетки по оси у от ОСИ X до

внутренней поверхности нижней стенки канала

jM - количество шагов сетки по оси у

К - коэффициент, определяющий соотношение

измеренных и нормативных тепловых потерь

L - длина участка тепловой сети, характеризующегося

одинаковым диаметром трубопроводов и типом
прокладки м

Q\u > Qiu > - соответственно фактические тепловые потери через тепловую изоляцию по подающим и обратным трубопроводам большого (ТЭЦ-2 - ПНС «Темерник») кольца по результатам испытаний кВт

Уіи r> Sdiu - соответственно фактические тепловые потери через
тепловую изоляцию по подающим и обратным
трубопроводам малого (ПНС «Темерник» - РК-1)
кольца по результатам испытаний кВт

QuPZ - измеренные тепловые потери по каждому

испытываемому подземному участку кольца,

пересчитанные на среднегодовые условия

работы сети кВт

Qu" и 0-2и - измеренные тепловые потери по каждому

испытываемому надземному участку кольца,

пересчитанные на среднегодовые условия работы

сети для подающего и обратного трубопроводов кВт

QT* - среднегодовые тепловые потери по нормам для

каждого испытываемого подземного участка
кольца кВт

QZC и Qc^2 - среднегодовые тепловые потери по нормам,

соответственно, для подающего и обратного трубопроводов участков надземной прокладки кВт

qH - значения удельных тепловых потерь по нормам

суммарно для подающего и обратного трубо
проводов водяных тепловых сетей при подземной
прокладке для каждого диаметра труб, кВт/м

Чнь Чн2 - значения удельных тепловых потерь по нормам для подающего и обратного трубопроводов каждого диаметра труб при надземной прокладке кВт/м,

qi - линейные потери теплоты Вт/м

ql -линейные потери теплоты через внутреннюю

поверхность канала Вт/м

qi' - линейные потери теплоты от наружной поверх-

ности грунта в атмосферу Вт/м

Чі\ > Я.іг - линейные потери теплоты подающего и обрат
ного трубопроводов Вт/м

RHi и RH2 - термические сопротивления теплопередаче

основного слоя теплоизоляционной конструкции
подающего и обратного теплопроводов (м-К)/Вт

RHi и RH2 - термические сопротивления теплоотдаче

подающего и обратного теплопроводов (м-К)/Вт

Rni и Rn2 - термические сопротивления теплопередаче защит-

ного покрытия теплоизоляционной конструкции

подающего и обратного теплопроводов (м-К)/Вт

Ri,R2 - термические сопротивления теплопередаче

подающего и обратного теплопроводов (м-К)/Вт

гх2 - радиусы подающего и обратного трубопроводов м

tb *2 " температуры сетевой воды в подающем и обратном

трубопроводах по данным измерений в ТК-101 С
tB - температура воздуха в канале С

tr - температура произвольной точки грунта С

їгр.и и їв.и " температура грунта и наружного воздуха,

средние за время испытаний С

tcfpe и ?врг - среднегодовая температура грунта и наружного

воздуха С
tm > tm - температуры произвольной точки слоя изоляции

подающего и обратного теплопроводов С

tK - температура произвольной точки стенки канала С

їк(х>У) - температура точки стенки канала с координатами

х,у С

1т\ и *п " усреднённые температуры воды в начале и

в конце подающей линии на данном участке С

t"2 и г - усреднённые температуры воды в начале и

в конце обратных линий на данном участке С

*т\ и *тг ' среднегодовые температуры воды в подающем

и обратном трубопроводах тепловой сети С

tn\ > tni - температуры произвольной точки покровного

слоя подающего и обратного теплопроводов С

tnr - температура поверхности грунта С

tc - температура атмосферного воздуха С

* ( U У) " температура произвольной узловой точки грунта С
t(x,y) - температура точки грунта с координатами х, у С

WM, Wr - коэффициенты объемной влажности теплоизоля
ции и грунта %
х,у - декартовы координаты м

х, - расстояние от оси у до внутренней поверхности

боковой стенки канала м

х2 - расстояние от оси у до наружной поверхности

боковой стенки канала м

ДХ/, дуу - длины произвольных шагов расчетной сетки м

дхГщіп ,дхтах- длины минимального и максимального шагов

расчетной сетки по оси х м

ах - размер среднего шага от двух соседних шагов

расчетной сетки по оси х м

у1 - расстояние от оси х до наружной поверхности

верхней стенки канала м

уг - расстояние от оси х до внутренней поверхности

верхней стенки канала м

уъ - расстояние от оси х до внутренней поверхности

нижней стенки канала м

у4 - расстояние от оси х до наружной поверхности

нижней стенки канала м

АУшіп >4Утах- длины минимального и максимального шагов

расчетной сетки по оси у м

~Ey - размер среднего шага от двух соседних шагов

расчетной сетки по оси у м

ак - коэффициент теплоотдачи на границе внутренняя

поверхность стенок канала - воздух в канале Вт/(м 2 К)
осп - коэффициент теплоотдачи на границе наружная

поверхность покровных слоев теплопроводов -
воздух в канале Вт/(м 2 К)

ас - коэффициент теплоотдачи на границе грунт -

атмосфера Вт/(м2К)

Р - коэффициент местных тепловых потерь,

учитывающий тепловые потери арматурой,
опорами и компенсаторами
А - задаваемая точность расчета численной схемы

S - расхождения измеренных и расчетных значений

тепловых потерь %

Л - коэффициент теплопроводности Вт/(м-К)

Л г - коэффициент теплопроводности грунта Вт/(м-К)

^ ии Л иг - коэффициенты теплопроводности слоев

теплоизоляции подающего и обратного

трубопроводов Вт/(м-К)

Л к - коэффициент теплопроводности стенок канала Вт/(м-К)

Л п\ Д пг - коэффициенты теплопроводности покровных

слоев подающего и обратного теплопроводов Вт/(м-К)
Ф - полярный угол рад.

г,, т2 - температуры теплоносителя в подающем и

обратном теплопроводах С

Введение к работе:

Теплоснабжение России, как отмечено в [1] обеспечивают 485 ТЭЦ, около 6,5 тыс. котельных мощностью более 20 Гкал/час, более 180 тысяч мелких котельных и около 600 тысяч автономных индивидуальных теплогенераторов. Суммарная реализация теплоты в стране составляет 2060 млн. Гкал/год. На теплоснабжение расходуется более 400 млн. т.у.т./год.

В стране развита теплофикация: на ТЭЦ в наиболее экономичном теплофикационном режиме вырабатывается 71% от общей выработки теплоты. Только использование преимуществ комбинированной выработки тепловой и электрической энергии позволяет иметь относительно благоприятную среднюю цифру удельных расходов топлива на реализацию тепловой энергии - около 200 кг.у.т./Гкал. Однако вся экономия от комбинированной выработки теплоты и электроэнергии на ТЭЦ теряется в тепловых сетях.

Реальные тепловые потери в системах транспорта тепловой энергии составляют от 20 до 50% выработки теплоты зимой и от 30 до 70% летом, это подтверждается резким уменьшением необходимой выработки теплоты при переходе на индивидуальные источники и замерами тепловых потерь на реальных тепловых сетях. Утечки теплоносителя превышают все принятые нормы.

В 80-е и начале 90-х годов износ основных фондов в теплоснабжении составлял 48% (рис. 1) [2]. При этом аварийность сетей п была на уровне 0,1-0,2 аварии и повреждения на 1 км сетей в год. В настоящее время при износе немногим более 65-68% число аварий превышает 3, т.е. при увеличении износа менее чем на 20%, число аварий выросло более, чем в 20 раз. Таким-образом, снижение надежности работы систем теплоснабжения и динамики уровня износа ха-

Учитываемый износ

0,1-

Рис. 1. Фактическая аварийность на 1 км сети в год

рактеризуется нелинейным (параболическим) характером зависимости, в условиях которой происходит дальнейшее резкое нарастание аварийности. При этом ущерб от нее значительно (в 15-20 раз) превышает затраты-на его предотвращение.

На сегодняшний день в теплоснабжении заменяется не более 0,5-1% от общей протяженности сетей, что не обеспечивает в должной мере обновления оборудования. При этом плановый ремонт практически уступил место аварийно-восстановительному, что в 3-4 раза дороже и хуже по качеству.

Кроме того, аварии ликвидируются в основном за счет средств, предназначенных на выполнение плановых ремонтных работ, что стимулирует их перераспределение в пользу проводимых в аварийном режиме, т.е. более дорогих. В свою очередь это существенно снижает надежность работы систем жизнеобеспечения.

В "Основных направлениях энергетической политики Российской Федерации на период до 2010 года", утвержденных Указом Президента Российской Федерации от 7 мая 1995 г., №472 [3] и общих положениях Федерального закона «Об энергосбережении», принятого Государственной Думой 13 марта 1996 года [4] указывается, что основной задачей энергетической политики Российской Федерации является структурная перестройка отраслей топливно-энергетического комплекса, предусматривающая, кроме всего прочего:

разработку технологий, обеспечивающих ускоренное техническое перевооружение действующих и создание новых объектов энергетики;

создание и использование энергоэффективных технологий, топливо-, энергопотребляющего и диагностического оборудования, конструкционных и изоляционных материалов, приборов для учета расхода энергетических ресурсов и для контроля за их использовани-

ем, систем автоматизированного управления энергопотреблением, теплоизоляционных материалов и строительных конструкций;

- уменьшение негативного воздействия энергетики на окру
жающую природную среду.

Программа развития теплоснабжения должна решать две основных проблемы:

повышение эффективности существующей инфраструктуры теплоснабжения, включая реализацию резервов энергосбережения на всей цепочке: источник - сети - потребитель;

строительство новых источников теплоснабжения и коммуникаций.

Исходя из всего вышесказанного, можно отметить, что при огромной протяженности сетей централизованного теплоснабжения потребность восстановления теплопроводов непрерывно возрастает. Ликвидация аварий требует гораздо больших материальных затрат, чем их предупреждение, поэтому важное значение имеет своевременное обнаружение опасных в аварийном отношении участков и замена их в ходе профилактических ремонтов. В связи с этим необходимо прогнозирование фактического состояния отдельных элементов и системы транспортировки теплоты в целом для последующего принятия решения о ее эксплуатационной надежности.

Цель работы. Повышение надежности работы систем теплоснабжения посредством совершенствования способа прогнозирования потенциально аварийно опасных участков теплопроводов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: - анализ влияния износа основных фондов на надежность работы систем централизованного теплоснабжения;

анализ особенностей существующих методов оценки состояния трубопроводов тепловых сетей;

анализ влияния теплопроводов на температурное поле грунта в зоне прокладки тепловых сетей и распределение поверхностных температур;

уточнение математического описания процессов теплообмена в зоне прокладки подземных теплотрасс;

оценка, сопоставление и анализ результатов испытаний и термо-графирования тепловых сетей.

Основная идея работы состоит в разработке "методологических принципов качественной оценки состояния участков тепловых сетей, базирующейся на сопоставлении величин тепловых потерь, рассчитанных на основании данных термографирования, с величинами тепловых потерь, определенными в результате испытаний.

Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, математическое и физическое моделирование, численный эксперимент и статистическую обработку данных с применением ПК.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений теоретического анализа, моделированием изучаемых процессов, подтверждена удовлетворяющей сходимостью полученных результатов экспериментальных исследований, выполненных в промышленных условиях, с результатами других авторов.

Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что: - уточнена математическая модель, описывающая процессы переноса теплоты в зоне прокладки теплотрасс канальным и бесканальным способом;

получены аналитические зависимости, позволяющие учитывать тип конструкции тепловой изоляции, характер и степень ее разрушения на подающем, обратном или одновременно на обоих трубопроводах, затопление канала водой, увлажнение грунта и тепловой изоляции, термическое влияние на температурное поле теплопровода различных инженерных сооружений, расположенных в зоне прокладки;

разработаны расчетные схемы для математического моделирования процессов теплообмена в зоне прокладки подземных теплотрасс.

Практическое значение работы:

-усовершенствован существующий метод расчета тепловых режимов подземных теплотрасс, позволяющий учитывать тип конструкции тепловой изоляции, характер и степень ее разрушения на подающем, обратном или одновременно на обоих трубопроводах, затопление канала водой, увлажнение грунта и тепловой изоляции;

- разработана методика качественного прогнозирования со
стояния участков тепловых сетей, основанная на идентификации тер
мограмм и сравнении рассчитанных и полученных в результате испы
таний величин тепловых потерь.

Реализация результатов работы:

разработанная методика применена в филиале «Ростовская городская генерация» ОАО «Южная генерирующая компания - Территориальная генерирующая компания-8» при испытании тепловых сетей;

результаты работы применены в ООО «ПТБ ПСО Волго-градгражданстрой» при проектировании подземных теплотрасс;

- результаты работы использованы кафедрой теплогазоснаб-
жения Ростовского государственного строительного университета в
учебном процессе при подготовке инженеров по специальности
290700 «Теплогазоснабжение и вентиляция».

На защиту выносятся:

уточненная математическая модель, описывающая процессы переноса теплоты в зоне прокладки теплотрасс канальным и бесканальным способом;

аналитические зависимости, позволяющие учитывать тип конструкции тепловой изоляции, характер и степень ее разрушения на подающем, обратном или одновременно на обоих трубопроводах, затопление канала водой, увлажнение грунта и тепловой изоляции, термическое влияние на температурное поле теплопровода различных инженерных сооружений, расположенных в зоне прокладки;

расчетные схемы для математического моделирования процессов теплообмена в зоне прокладки подземных теплотрасс.

Основное содержание работы.

Диссертационная работа состоит из четырех глав и выводов. Коротко ее содержание сводится к следующему.

В главе I проведен краткий обзор работ в области централизованного теплоснабжения. Рассмотрено современное состояние тепловых сетей. Описаны мероприятия, проводимые для повышения энергоэффективности систем теплоснабжения. Анализируются существующие методы определения тепловых потерь и оценки состояния теплотрасс.

В главе II представлена математическая модель процесса теп-лопереноса в зоне прокладки подземных теплотрасс. Приведены расчетные величины линейных тепловых потерь подземных теплопрово-

дов при различных режимах работы, а также картины температурных полей в зоне их прокладки, определенные на основе описанных расчетных схем.

Подобные работы
Сергеева Светлана Анатольевна
Прогнозирование затрат на реконструкцию систем теплоснабжения при изменении параметров надежности тепловой сети
Леонтьева Юлия Николаевна
Прогнозирование динамики тепловлажностного состояния ограждающих конструкций жилых зданий Санкт-Петербурга и повышение их энергоэффективности
Корнеев Константин Борисович
Система контроля и прогнозирования состояния контактных соединений электрических сетей
Степанов Андрей Геннадьевич
Оценка и прогнозирование состояния изоляционной системы силовых трансформаторов магистральных электрических сетей
Пруцков Александр Викторович
Разработка и исследование процедур идентификации и прогнозирования текущего состояния дискретных каналов информационно-вычислительных сетей
Дворников Андрей Владимирович
Выявление нестабильных участков пути и прогнозирование их состояния
Кремлев Иван Александрович
Совершенствование защиты фидеров контактной сети при разземлении опор на участках электрических железных дорог переменного тока
Ходкевич Антон Геннадьевич
Улучшение условий электромагнитной совместимости тяговой сети переменного тока с рельсовыми цепями автоблокировки на участках бесстыкового пути
Кирпичников Константин Александрович
Совершенствование методов прогнозирования развития сети железных дорог в малоосвоенных районах
Кузьменко Николай Григорьевич
Развитие метода оценки пропускной способности мультисервисной сети при интервальном прогнозировании интенсивности нагрузки

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net