ТОПЛИВО, ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ, ТЕПЛО: РЕЗЕРВЫ ЭКОНОМИИ
АЛЬБЕРТИНСКИЙ Л. И., ЛИПОВСКИХ В. М., инженеры, Тепловые сети Мосэнерго
Благодаря существенным социальным, экономическим и экологическим преимуществам теплофикация стала одним из основных направлений централизованного теплоснабжения крупных городов.
Централизованное теплоснабжение городов от теплоэлектроцентралей и крупных тепловых станций является наиболее рациональным методом использования топливных ресурсов страны, способствует благоустройству районов, повышает комфортабельность жилых зданий, снижает затраты труда на обслуживание теплового хозяйства городов, улучшает экологическую обстановку районов.
Наиболее полное воплощение этот принцип нашел в развитии теплоснабжения г. Москвы.
Тепловые сети Мосэнерго являются крупнейшими в Советском Союзе и обеспечивают централизованное теплоснабжение города от 14 ТЭЦ. К ним присоединено более 42 тыс. зданий с суммарной тепловой нагрузкой 28 тыс. Гкал/ч. Это покрывает 82 % потребности в тепле жилищно-коммунального сектора города.
Протяженность теплотрасс Мосэнерго составляет 2,1 тыс. км, 700 км теплотрасс имеет диаметр до 400 мм, средний диаметр линий составляет 560 мм.
Основным видом прокладки теплопроводов является канальная (1830 км), на долю подземной бесканальной прокладки приходится 159 км и надземной — примерно 100 км. Основной вид тепловой изоляции — минеральная вата и пенобетон.
Стоимость основных фондов — более 1 млрд. руб.
Опыт эксплуатации такой крупной теплоснабжающей системы выявил ряд ее преимуществ в части диспетчеризации производства и распределения тепла, централизации вспомогательных служб, организации аварийно-восстановительных работ и работ по ремонтному обслуживанию и соответственно ряд недостатков, основным из которых является недостаточная надежность.
Оценивая степени надежности производства, распределения и потребления тепла, следует отметить, что в общей технологии централизованного теплоснабжения наиболее слабым звеном оказалось транспортирование тепловой энергии по подземным трубопроводам.
За 50 лет эксплуатации тепловых сетей значительная часть оборудования пришла в несоответствие с современными требованиями надежного, безопасного и экономичного теплоснабжения такого города, как Москва.
Прежде всего это относится к трубопроводам, более 500 км которых выработали расчетный (нормативный) срок эксплуатации (25 лет).
Протяженность тепловых сетей по срокам ввода в эксплуатацию приведена далее:
до 1950 г......................................... 80
1951 — 1960 гг.............................. 310
1961 — 1970 гг.............................. 737
1971 — 1980 гг......................... 661
после 1980 г................................... 312
Причины, определяющие низкую надежность тепловых сетей, хорошо всем известны. Это применение устаревших технических решений при сооружении тепловых сетей; низкое качество антикоррозионного и теплоизоляционного покрытия теплопроводов, а также неудовлетворительный водно-химический режим сетевой воды; длительная работа тепловых сетей с температурой сетевой воды в интервале 75—95 °С; отсутствие средств диагностики для выявления ослабленных участков подземных теплопроводов; недостаточные темпы перекладок ветхих тепловых сетей; наличие периодически подтопляемых трасс (основной причиной повреждений сетевых трубопроводов продолжает оставаться наружная и внутренняя коррозия).
Технические решения, предусмотренные строительными нормами и правилами при проектировании тепловых сетей, практика строительства и низкое качество работ приводят к тому, что состояние сооружаемых в настоящее время тепловых сетей ниже, чем построенных 40 лет назад. Срок службы их значительно уменьшен и составляет для ряда участков 12—15 лет.
Это объясняется прежде всего тем, что применяются трубопроводы с меньшей толщиной стенки; строительные конструкции каналов недостаточно хорошо гидроизолированы, и влага попадает на трубы через неплотности в стыках железобетонных элементов. Увеличение диаметров теплопроводов, необходимость прокладки их под другими инженерными коммуникациями в местах пересечений обусловливают размещение теплотрасс в зоне грунтовых вод. Значительная глубина заложения приводит к затоплению теплотрасс.
Требования новых строительных норм и правил не повысили надежности тепловых сетей.
Основным типом индустриального антикоррозионного покрытия, выполняемого на заводах, остается покрытие изолом на битумной мастике, хотя оно не обеспечивает надежной защиты в связи с низкой теплостойкостью и сернистостью битума.
До сих пор не налажено производство и внедрение в практику строительства тепловых сетей труб, специально предназначенных для целей теплоснабжения и обладающих надежными антикоррозионными двусторонними покрытиями. Более того, за последнее время резко снижена коррозионная стойкость металла труб, применяемых при сооружении тепловых сетей. Исследования, проведенные ВТИ в 1987 г., показали, что теплопроводы, проложенные 50 лет назад, даже из стали «кипящей» плавки, имеют коррозионную стойкость во много раз выше, чем трубы из стали «спокойной» плавки, изготовленные в 70—80-е гг.
Применяемая тепловая изоляция (минеральная вата, битум—перлит, армопенобетон) обладает малой долговечностью, низкими теплоизоляционными свойствами. Она не способна сохраняться в течение нормативного срока службы теплопроводов — 25 лет.
В качестве основного метода выявления ослабленных участков на трубопроводах большой протяженности приняты гидравлические ежегодные испытания. Однако этот метод несовершенен, очень трудоемок и не обеспечивает выявления всех ослабленных мест. Несмотря на то, что в летний период при опрессовках выявляются и устраняются более 2 тыс. ослабленных участков, в отопительный период возникают повреждения тепловых сетей.
До настоящего времени не разработаны методы диагностики состояния теплопроводов без вскрытия теплотрасс и способы обнаружения дефектных участков с целью предотвращения тяжелых последствий повреждений тепловых сетей, особенно больших диаметров.
Из года в год увеличиваются объемы перекладок ветхих тепловых сетей, за последние 10 лет они возросли в 3,8 раза (с 21,9 в 1980 г. до 57 км в 1988 г.).
Ежегодные затраты на замену теплотрасс по всем источникам финансирования (капитальный ремонт, техническое перевооружение и реконструкция) составляют 40—45 млн. руб. Несмотря на это протяженность ветхих тепловых сетей постоянно возрастает, так как достигнутый объем их замены меньше ежегодного ввода, в настоящее время более 400 км сетей требуют замены из-за коррозионного износа.
Дальнейшее увеличение объемов перекладок тепловых сетей не представляется возможным из-за исчерпания трудовых, материальных и финансовых ресурсов.
В результате совместного влияния перечисленных факторов число повреждений в тепловых сетях в отопительный период достигает 700—800 и приводит к перерывам в теплоснабжении примерно 15 тыс. зданий.
Пути и направления совершенствования научных, проектных, строительных и эксплуатационных работ для повышения надежности и срока службы тепловых сетей хорошо известны:
разработка и использование в проектах методов диагностики состояния теплопроводов, позволяющих с высокой степенью точности выявлять ослабленные участки, предупреждать повреждения труб и прогнозировать обоснованность и очередность вывода тепломагистралей в капитальный ремонт;
внедрение новых конструкций теплопроводов с применением высокоэффективных антикоррозионных и теплоизоляционных покрытий заводского изготовления;
исключение применения сальниковых компенсаторов. Должен быть налажен массовый выпуск сильфонных компенсаторов и в перспективе осуществлен переход на применение самокомпенсирующихся труб;
гидроизоляция каналов и камер, полностью исключающая попадание грунтовых вод;
поддержание водно-химического режима сетевой и подпиточной воды на уровне, полностью исключающем внутреннюю коррозию теплопроводов при любом качестве исходной воды. Водоприготовительное оборудование ТЭЦ и баки-аккумуляторы должны быть защищены от попадания сырой воды в трассу даже при крупных повреждениях трубопроводов. Необходимо предусматривать установку автоматических приборов контроля качества сетевой воды (кислородомеров, рН-метров и др.) с передачей показаний на диспетчерские пункты;
более широкое применение надземной прокладки теплопроводов. При этом должны быть разработаны специальные архитектурные формы и решения, не нарушающие эстетический вид города;
обеспечение приоритетного положения тепловых сетей, особенно больших диаметров, среди других инженерных сооружений с тем, чтобы исключить размещение теплопроводов на большой глубине и в зоне грунтовых вод;
утепление перекрытий каналов и камер при необходимости и их эффективная вентиляция для исключения конденсации влаги.
Естественно, перечень этот далеко не исчерпывает всех проблем повышения надежности тепловых сетей и продления срока их службы.
Интенсивность коррозионных процессов зависит от температуры. Наиболее активно коррозионные процессы протекают при температурах теплоносителя 75—95 °С, т. е. в том интервале, в котором тепловые сети Мосэнерго работают практически 90 % времени.
Анализ повреждений, происшедших в тепловых сетях Мосэнерго за последние 5 лет, показал, что повреждаемость подающих трубопроводов (средняя годовая температура сетевой воды 83,3 °С) в 5—6 раз выше, чем обратных (средняя температура 46,3 °С) и составляет 82 — 87 % всех повреждений в тепловых сетях.
Одним из способов повышения срока службы теплопроводов может служить применение летнего температурного графика: Т1=100°С.
В 1981 —1983 гг. в одном из эксплуатационных районов Тепловых сетей Мосэнерго МЭИ совместно с лабораторией теплофикации ВТИ им. Дзержинского, Академией коммунального хозяйства им. Панфилова и Мосэнерго были исследованы возможности снижения скорости коррозии подающих теплопроводов путем повышения температуры сетевой воды до 100 °С в летний период.
Результаты исследования показали, что за время испытаний резко снизилась интенсивность наружной коррозии подающих теплопроводов. Потеря массы индикаторов коррозии, установленных на подающих трубопроводах, работавших при температуре 100 °С, была на два порядка меньше, а глубина коррозионных каверн на порядок меньше, чем у индикаторов, установленных в аналогичных условиях на теплопроводах с температурой 70 °С.
Опыт эксплуатации тепловых сетей Тушинской РТС объединения Мостеплоэнергогаз Мосгорисполкома, работающих с 1975 г. в летний период с температурой 100 °С в подающем трубопроводе, также указывает на снижение повреждаемости теплопроводов в 2—2,5 раза.
Режим работы системы теплоснабжения г. Москвы протекает большую часть времени года (6500—7000 ч) при наиболее коррозионно-опасной температуре сетевой воды 75—95 °С, из них 3500 ч приходится в летний период. Исходя из этого с согласия ВТИ, ВНИПИэнергопрома и с разрешения Минэнерго СССР летний период 1986 г. тепловые сети Мосэнерго проработали в режиме Т1= 100°С
Конечно, такой кратковременный щадящий режим работы не смог выявить всех его преимуществ в части снижения повреждаемости тепловых сетей, однако он обнаружил все трудности применения, этого режима, которые вызвали резко негативные отношения со стороны как персонала ТЭЦ, так и эксплуатационного персонала Тепловых сетей Мосэнерго. Перерасход условного топлива за летний период составил по Мосэнерго примерно 60 тыс. т; рабочая мощность в целом по Московским ТЭЦ с учетом уменьшения потребления тепловой энергии на привод сетевых насосов снизилась на 113 МВт; наблюдалось интенсивное отложение солей жесткости, что привело к увеличению температурных напоров бойлеров; уровень эксплуатационного обслуживания подземных тепловых сетей снизился из-за высокой температуры в каналах и камерах и невозможности проведения профилактических работ на действующем оборудовании, в результате значительно увеличились утечки сетевой воды.
Учитывая все это, от дальнейшего проведения такого летнего режима работы Тепловые сети Мосэнерго отказались.
В Мосэнерго также прошел опытную проверку и успешно внедряется другой способ продления срока службы подземных теплопроводов, основанный на том, что повреждаемость подающих теплопроводов во много раз выше, чем обратных. Применяется он тогда, когда во время гидравлических испытаний выявляются протяженные участки тепловых сетей, пораженных значительной коррозией, а времени для перекладки таких участков уже нет.
В данных случаях для обеспечения надежного теплоснабжения потребителей от этого участка тепловой сети выполняется «транспозиция», т. е. перекрещивание теплопроводов, и обратный трубопровод становится подающим, а подающий — обратным. При этом также меняется врезка абонентских ответвлений. Таким образом удается обеспечить надежное теплоснабжение микрорайонов в течение 3—5 лет и за это время разработать проектно-сметную документацию, заказать необходимые материалы и оборудование, найти подрядчика и включить выполнение этой работы в план перекладок тепловых сетей.
При выполнении «транспозиции» необходимо предусматривать возможность достаточной компенсирующей способности бывшего обратного теплопровода. Как правило, применение естественной компенсации, установка П-образных и сальниковых компенсаторов дополнительных работ не требуют. При использовании сильфонных компенсаторов необходима проверка их компенсирующей способности.
В дальнейшем, по мере накопления опыта, Тепловые сети Мосэнерго считают возможным более широкое использование метода «транспозиции» в качестве средства повышения срока службы тепловых сетей. При этом профилактически, не доводя тепломагистрали до аварийного состояния, после наработки 14—15 лет их участки в плановом порядке будут подвергаться «транспозиции», и надежная эксплуатация сетей будет продлена до 20—25 лет. Особенно данный метод целесообразен в условиях сложившейся плотной городской застройки и на трубопроводах больших диаметров. Экономический эффект от его применения составляет 8—10 тыс. руб. на один километр трассы, прошедшей «транспозицию».
