ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ МОДЕРНИЗИРУЕМОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ В ЗАБАЙКАЛЬСКОМ КРАЕ

Системы теплоснабжения промышленных предприятий представляют собой сложные инженерные комплексы, эффективность работы которых напрямую влияет на себестоимость выпускаемой продукции и энергетическую безопасность объекта. В условиях модернизации производства, изменения объемов выпуска продукции или реконструкции цехов, фактические гидравлические и тепловые режимы зачастую начинают отличаться от проектных. Это приводит к разрегулировке сети, «перетопам» или недогреву отдельных объектов, повышенному износу оборудования и перерасходу электроэнергии на перекачку теплоносителя

Особую актуальность данная проблема приобретает для регионов с резко континентальным климатом, таких как Забайкальский край. Суровые зимние условия предъявляют повышенные требования к надежности и отказоустойчивости систем отопления

Целью данной работы является оценка соответствия фактических гидравлических режимов системы теплоснабжения модернизируемого промышленного предприятия проектным (паспортным) характеристикам оборудования на основе анализа натурных замеров и поверочных расчетов насосных агрегатов.

Объектом исследования является система теплоснабжения горнопромышленного предприятия Забайкальского края, включающая источник тепла («Энергокомплекс»), насосные станции, тепловые сети и потребители.

Для отопления объектов используется горячая вода с параметрами 95/700С, которая нагревается в пластинчатых теплообменниках на источнике тепла и далее подается к потребителям. Расчетная присоединенная нагрузка отопления составляет 6,331 Гкал/ч. Для горячего водоснабжения используется горячая вода с температурой 68 0С по схеме с рециркуляцией 57 0С. Расчетная присоединенная нагрузка ГВС составляет 0,4393 Гкал/ч. Технологическая линия работает с использованием воды с температурным графиком 80/60 0С. Расчетная присоединенная технологическая нагрузка составляет 0,525 Гкал/ч.

Испытания проводились в соответствии с РД 153-34.1-09.164-00 и РД 153-34.0-20.523-98 в январе 2025 г. в период пиковых низких температур (согласно климатическим нормам Забайкальского края, отопительный сезон характеризуется экстремальными морозами в данное время). Средняя температура наружного воздуха за период замеров составила –28,5 °C, что соответствует 96% от расчетной температуры наружного воздуха для проектирования отопления. Режим работы предприятия в период обследования был штатным, без ограничений теплопотребления. В ходе проведения опытов измерялись расходы, давления, температуры теплоносителя

1) штатными приборами, фиксирующими показания стационарных манометров и термометров на насосных группах и теплообменниках «Энергокомплекса», а также на вводах к потребителям;

2) переносным оборудованием — расходы питательной воды фиксировали расходомером Стримлюкс (Россия); точность калибровки ±3%.

Температуру воды измеряли контактным цифровым термометром ТК-5.09 (Россия), погрешность ±0,5%. Температура воздуха и поверхностей регистрировалась инфракрасным пирометром DT-8869H (КНР), с разрешающей способностью 0,1ºС и пределом допускаемой относительной погрешности ±1%. Давление воды измерялось штатными техническими датчиками давления. Это позволило верифицировать данные штатных приборов и провести замеры в точках, не оснащенных стационарным учетом

Поверочный расчет насосных агрегатов заключался в определении фактической рабочей точки насоса (подача Q, м³/ч; напор H, м) и ее нанесении на паспортную характеристику, представленную в инструкциях по эксплуатации (Wilo, Grundfos). Степень загрузки насоса оценивалась как отношение фактической подачи к номинальной (максимальной) подаче для данной частоты вращения рабочего колеса

В ходе исследования был выполнен анализ замеров на 11 ключевых узлах системы, а также проведен детальный разбор работы 8 групп насосного оборудования «Энергокомплекса» и насосной группы «Дизельной котельной» (рис. 1).

Тепловая схема предприятия:

УПСК – производственный цех; РОУ – редукционно-охладительная установка; ТУ – турбоустановка; ТС – тепловая сеть; ГВС – горячее водоснабжение; цифрами обозначены теплообменники, насосы

DOI:10.60797/IRJ.2026.166.98.1

Анализ замеров на источнике тепла («Энергокомплекс») показал на входе следующие параметры сетевой воды: расход 369-373 м³/ч, давление на входе в насосную группу 0,69 МПа, на выходе 0,84 МПа (насосная группа 15). Это свидетельствует о создании необходимого перепада давления для преодоления сопротивления сети. Расход на ГВС составил 12-13 м³/ч, на технологию — 38–42 м³/ч, что коррелирует с заявленными нагрузками.

Анализ работы теплообменного оборудования установил, что теплообменник ГВС (гр. 7): нагрев сетевой воды с 96 °С до 81 °С, при этом нагреваемая вода для ГВС подогревается с 57 °С до 68 °С. Перепад давления по нагреваемой среде составляет 0,03 МПа (с 0,82 до 0,79 МПа), что указывает на умеренное гидравлическое сопротивление. Теплообменник технологической линии (гр. 6): осуществляется нагрев технологической воды с 79 °С до 84 °С за счет сетевой воды, остывающей с 88 °С до 84 °С. Потери давления здесь более существенны (0,09 МПа), что может свидетельствовать о загрязнении пластин или повышенной скорости теплоносителя в каналах

Результаты замеров у потребителей (ЦПСК, Пожарная часть, АБК — административно-бытовой комплекс, Главный корпус и др.) показывают неравномерность распределения теплоносителя (таблица 1). Температура на вводах колеблется от 84 °С до 93 °С.

Высокий перепад давления (0,15 МПа) на ЦПСК и близлежащих объектах (Пожарная часть, АБК) говорит о том, что эти узлы потребляют достаточное количество энергии и имеют правильно настроенную автоматику или дроссельные шайбы. Напротив, крайне низкий перепад в Главном корпусе (0,04 МПа) свидетельствует о недостаточном располагаемом напоре или о том, что задвижки на этом потребителе открыты не полностью, а сам узел является «ближним» и «задавленным»

Результаты поверочного расчета насосов показали, что насосы технологической линии (гр. 17 Wilo-IL 80/200-22/2) имеют загрузку 81%, что является хорошим показателем эффективности

[13]

и подтверждают верный подбор оборудования. Рабочая точка насоса с подачей 38–42 м³/ч и напором 35,7 м находится в рабочей зоне характеристики при данной частоте вращения (рис. 2). У насосов ГВС (гр. 15 Wilo- IL 32/160-3/2) зафиксирована загрузка 69%, что является приемлемой величиной, но оставляет резерв для увеличения циркуляции в системе ГВС при необходимости; при фактической подаче 12–13 м³/ч и напоре 15,3 м насос работает в зоне оптимальных КПД.

Расходная характеристика насоса Wilo-IL 80/200-22/2

DOI:10.60797/IRJ.2026.166.98.3

Два параллельно работающих сетевых насоса (гр. 10 BL 80/210-37/2) обеспечивают суммарную подачу 369-373 м³/ч при напоре 16,3 м, однако они работают на нижней границе своих напорных возможностей. Загрузка 67% и низкий напор могут свидетельствовать о том, что гидравлическое сопротивление магистрального трубопровода ниже расчетного, либо насосы избыточны по напору для данной сети, или регуляторы частоты вращения настроены на поддержание заниженного перепада

[14]

. Низкий напор сетевых насосов объясняет малый располагаемый перепад у дальних потребителей (например, Главный корпус), так как основная часть напора тратится в магистралях. Фактические напоры насосов внутренних контуров (гр. 14 IPL 80/105-3/2, гр. 11 IL 125/250-11/4, гр. 18 IPL 40-130-2,2/2) 6,6 м, 13,97 м, 19,3 м соответственно, попадают в номинальный диапазон, что говорит об их исправности и соответствии гидравлическим режимам внутренних контуров. Насос контура утилизации тепла (гр. 21 Wilo BL-100/250-11/4) является проблемным узлом (рис. 3): фактический напор 3,06 м не попадает в номинальный диапазон характеристики, что указывает на возможный износ рабочих колес при перекачке водо-гликолевой смеси (ингибитора коррозии), завоздушивание, повышенное местное сопротивление сети или утечки

[15]

. Низкий напор делает работу контура утилизации неэффективной или вовсе бесполезной.

Расходная характеристика насоса Wilo BL-100/250-11/4

DOI:10.60797/IRJ.2026.166.98.4

Насос Grundfos TP 65-310, работающий в системе теплоснабжения дизельной котельной, показал низкую эффективность — при подаче 45 м³/ч создаваемый напор составляет всего 6 м, что соответствует загрузке 46% (рис. 4). Рабочая точка находится далеко за пределами оптимальной зоны характеристики, что может свидетельствовать, что насос функционирует в режиме «захлебывания» или, наоборот, работает на полностью открытую сеть с крайне низким сопротивлением

[16]

. Вероятно, насос значительно избыточен по мощности для данного участка сети, либо имеет место серьезная механическая неисправность (поломка рабочего колеса, разрушение подшипников). Эксплуатация в такой точке ведет к перерасходу электроэнергии и быстрому износу оборудования.

Оценка энергетических и экономических потерь показала, что избыточная потребляемая мощность насоса составляет около 4,2 кВт, что ведет к дополнительным затратам (при тарифе 5,2 руб./кВт·ч) до 105 тыс. руб./год. В комплексе, с учетом недогрева Главного корпуса, сопровождающегося дополнительными теплопотерями 0,15 Гкал/ч (≈ 0,9 млн рублей за отопительный сезон), снижения эффективности насоса контура утилизации (гр. 21) с перерасходом электроэнергии 2,8 кВт (≈ 70 тыс. руб/год), общий экономический ущерб от выявленных нарушений режимов может достигать до 1 млн руб./год без учета затрат на внеплановый ремонт.

Расходная характеристика насоса Grundfos ТР 65-310

DOI:10.60797/IRJ.2026.166.98.5

Проведенный анализ выявил ряд системных проблем в гидравлическом режиме предприятия, основная из которых — несоответствие напора, создаваемого сетевыми насосами (гр. 10, рис. 1), и необходимого напора для дальних потребителей. Это классический случай разрегулировки гидравлической сети, когда «ближние» потребители отбирают слишком много теплоносителя, а «дальним» его не хватает

[17]

. Подтверждением этому служат высокие перепады давления на ближних узлах (ЦПСК) и низкие на дальних (Главный корпус).

Состояние насосного оборудования в целом оценивается как удовлетворительное, за исключением двух критических точек: насоса утилизации тепла (гр. 21 рис. 1) и насоса дизельной котельной. Работа этих агрегатов в нерасчетных режимах ведет к прямым финансовым потерям из-за неэффективного использования электроэнергии и потенциально несет риск аварийного выхода из строя

Теплообменное оборудование требует ревизии, особенно аппараты с повышенными потерями давления (гр. 6) и сомнительными параметрами давления греющей среды (гр. 9), наиболее вероятная причина которых подключение теплообменника к ответвлению тепловой сети с заниженным диаметром (заужение после реконструкции), что подтверждается косвенными данными — одновременным низким давлением на входе и выходе при сохраняющемся перепаде 0,025 МПа. Кроме того, отложение солей, коррозионных продуктов, неисправность регулирующего клапана, задвижки на вводе также могут вносить свой вклад в снижение параметров. Повторная балансировка узла возможна после проведения гидравлического расчета участка до теплообменника с натурным промером диаметров, замена участка трубопровода (при подтверждении заужения), промывка теплообменника.

Для оптимизации режимов следует провести наладочный расчет тепловой сети с целью распределения расходов теплоносителя в соответствии с фактическими нагрузками

По данным обследований промышленных предприятий Сибири

В результате инструментального обследования системы теплоснабжения забайкальского горнопромышленного предприятия зафиксированы фактические параметры теплоносителя, свидетельствующие о неравномерности гидравлического режима сети. Установлено, что располагаемый перепад давления у потребителей варьируется от 0,04 МПа до 0,15 МПа, что указывает на недостаточную гидравлическую устойчивость системы и необходимость балансировки. Поверочный расчет насосных агрегатов показал, что большинство насосов (ГВС, отопление технологической линии, внутренние контуры) работают в зоне номинальных характеристик со степенью загрузки 67–81%, что соответствует условиям их эксплуатации. Выявлено два критических отклонения: насос контура утилизации тепла (Wilo BL-100/250-11/4) развивает напор 3,06 м, что значительно ниже номинальных значений, что требует немедленной ревизии системы и самого насоса; насос дизельной котельной (Grundfos TP 65-310) работает с загрузкой 46% и не соответствует условиям работы системы теплоснабжения, что говорит о его некорректном подборе или неисправности. Сетевые насосы работают с недостаточным напором для обеспечения всех потребителей, что требует корректировки настроек частотного регулирования или пересмотра гидравлической схемы. Для повышения надежности и энергоэффективности системы теплоснабжения предприятия необходимо проведение гидравлической наладки сети, ремонт или замена неэффективно работающих насосных агрегатов и очистка теплообменников с повышенным гидравлическим сопротивлением.