PERFORMANCE INDICATORS OF THE HEAT SUPPLY SYSTEM’S OPERATIONAL CONDITION

Жиркова М.В.¹, Колодезникова А.Н.²

¹ORCID: 0000-0003-3588-6553, Старший преподаватель, Инженерно-технический институт, Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова, ²Старший преподаватель, Инженерно-технический институт, Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова

ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Аннотация

Система теплоснабжения рассматривается как сложная техническая система, в которой эффективность является определяющим и наиболее комплексным свойством. В свою очередь, показатели качества системы теплоснабжения в целом должны учитывать показатели качества отдельных частей всей системы. То есть для системы теплоснабжения написать одно уравнение, определяющее ее эксплуатационное состояние, невозможно. Кроме этого характеристику ее состояния нельзя описать одним параметром. В связи с этим, предложены показатели эффективности эксплуатационного состояния системы теплоснабжения для проведения экспертной оценки.

Ключевые слова: эффективность, система теплоснабжения, безопасность, надежность, эксплуатация, экспертная оценка.

Zhirkova М.V.¹, Kolodeznikova A.N.²

¹ORCID: 0000-0003-3588-6553, Senior lecturer, Engineering Institute, North-Eastern Federal University in Yakutsk, ²Senior lecturer, Engineering Institute, North-Eastern Federal University in Yakutsk

PERFORMANCE INDICATORS OF THE HEAT SUPPLY SYSTEM’S OPERATIONAL CONDITION

Abstract

The heat supply system is considered as difficult technical system in which efficiency is the determining and most complex property. In turn, quality indicators of heat supply system in general shall consider quality indicators of separate parts of all system. That is for heat supply system it is impossible to write one equation determining it an operational condition. Besides the characteristic of its condition can't be described one parameter. In this regard, performance indicators of an operational condition of heat supply system are offered for carrying out the expert evaluation.

Keywords: efficiency factor, heat supply system, reliability, availability, operation, expert evaluation.

Теплоснабжение населенных пунктов имеет огромное значение для жизнедеятельности человека особенно в климатических условиях Республики Саха (Якутия). Система теплоснабжения состоит из множества элементов, каждый из которых выполняет свои функции и все в целости предназначены для выполнения основной цели. То есть система теплоснабжения является сложной технической системой, состоящей из источника теплоты (котельная), магистральных и распределительных тепловых сетей, теплоиспользующих установок с индивидуальными тепловыми пунктами.

К основным свойствам системы теплоснабжения относятся эффективность, безопасность, надежность. Эффективность является определяющим и наиболее комплексным свойством системы теплоснабжения, зависит не только от параметров технической системы, но и практически от всех факторов, включая экономические, финансовые и социальные. По определению эффективность есть определяющее свойство любой целенаправленной деятельности, которое с познавательной точки зрения раскрывается через категорию цели и объективно выражается степенью достижения цели с учетом затрат ресурсов и времени [2].

Сближение физических и экономически целесообразных сроков службы зданий и сооружений и их элементов и систем остается резервом повышения эффективности капитальных вложений и функционирования сооружений. Под экономически оптимальной эффективностью в общем случае принимается оптимальное соотношение качества и затрат, которое в общем виде можно выразить следующей формулой:

  (1)

где Е — цена единицы качества; З — сумма всех затрат на проектирование, строительство и эксплуатацию ГТС; К — количественный показатель качества. Величина Е применяется в стадии проектирования, выбора эффективных вариантов, проектов систем теплоснабжения [1, 4].

Следовательно, показатели качества системы теплоснабжения в целом должны учитывать показатели качества отдельных частей всей системы. То есть для системы теплоснабжения (сложной системы) написать одно уравнение, определяющее ее эксплуатационное состояние, невозможно. Для этой сложной системы характеристику ее состояния нельзя описать одним параметром. В качестве эксплуатационных показателей для каждой части системы теплоснабжения установлены показатели, которые могут быть определены простым путем, проведением статистических анализов, данных эксплуатации и т.п. Рассматриваемые показатели эффективности были использованы для экспертно-расчетного метода оценки эксплуатационного состояния системы теплоснабжения в работе [3].

Теоретические показатели эффективности, безопасности и надежности не всегда определяются по эксплуатационным данным. Поэтому для оценки эксплуатационного состояния котельных необходимо выбрать основные показатели, наилучшим образом характеризующие эти опасные производственные объекты. Путем анализа и изучения объектов были выбраны также технические (марка и мощность котлов, год установки котлов, вид топлива) и эксплуатационные (расход условного топлива, выработка и реализация тепла котельной) показатели, характеризующие техническое состояние.

К показателям эффективности на стадии эксплуатации систем теплоснабжения предлагается принять удельный расход условного топлива, коэффициент потери тепла и суммарный кпд котлов.

Эффективность теплоснабжения зависит от применяемых видов топлива. Как известно, в Якутии топливом служат уголь, дрова, нефтяное котельное топливо, газоконденсат и природный газ. Каждый из них имеет свои собственные методы транспортировки, хранения и подачи, регулирования и автоматизации процессов их горения. Для сравнения удельных расходов разных видов топлива и для других расчетов используют понятие «условное топливо». Удельный расход условного топлива характеризует эффективность системы теплоснабжения и показывает, какое количество условного топлива (т.у.т.) приходится для выработки единицы тепла (Гкал). Формула, предложенная для определения удельного расхода условного топлива, выглядит следующим образом:

   (2)

где В_усл – расход условного топлива, т.у.т.; Q_котла – выработка тепла, Гкал.

Эффективность теплоснабжения определяется потерей тепла, что для продолжительного и холодного отопительного периода в условиях Севера является важным определяющим параметром. Потери зависят от расстояния транспортировки, качества утепления теплопровода. С учетом этого, для определения коэффициента потери тепла предложена следующая формула

  (3)

где Q_котла – выработка тепла, Гкал; Q_отп – реализация тепла, Гкал, т.е. вычисляется количество теплоты, потерянной при транспортировке теплоносителя от источника теплоты (котельной) до потребителей.

Для котельных систем теплоснабжения применяются самые разные марки котлов, у которых определены соответствующие коэффициенты полезного действия. Используя к.п.д. котлов, приводящихся в паспорте котла, определяем КПД котельной по формуле нахождения среднего арифметического.

Интенсификация производства, рост энергетической мощности и концентрация опасных веществ ведут к резкому повышению требований к специалистам, которые должны удерживать в безопасных рамках сложные и опасные производства. Обслуживающий персонал несет ответственность за состояние котла, оборудования, арматуры, КИП и за соблюдение правил техники безопасности, нарушение которых может привести к аварии котла, нередко сопровождающейся большими разрушениями и несчастными случаями. И большая численность персонала не дает гарантии фактического уровня подготовки кадров и показывает наличие старой технологии, что отражается на надежной, бесперебойной и экономичной работе котельных установок. Введем предположение, что чем технологичнее производство, тем меньше персонала должно быть задействовано в производстве. Поэтому вводится параметр степень технологичности, определяемый по количеству обслуживающего персонала как количество вырабатываемого тепла, приходящегося на одного работника,

   (4)

где n_перс – количество персонала, чел.

Анализ существующего состояния систем теплообеспечения показал, что значительная их часть находится в эксплуатации более 30 лет и оснащена оборудованием, выработавшим парковый ресурс. Одним их важнейших факторов, снижающих надежность систем теплоснабжения, являются старение и износ оборудования. Общий интегрированный износ котельных определяем в зависимости от года установки котла, т.е. принимаем гипотезу линейной зависимости от длительности эксплуатации

   (5)

где τ_иссл – год проведения исследований здания котельной; τуст.котла – год установки котла; Т_экспл – относительно-максимальный срок эксплуатации котлов, здесь Т_экспл =25 лет.

Таким образом, для проведения анализа системы теплоснабжения (сложной технической системы) используются параметры и показатели, определяемые только экспертно-опытным путем. Основными свойствами системы теплоснабжения выбраны эффективность, безопасность, надежность. Для каждого свойства определены показатели. К показателям эффективности на стадии эксплуатации систем теплоснабжения относятся удельный расход условного топлива, коэффициент потери тепла, суммарный к.п.д. котлов, общий интегрированный износ.

Список литературы / References

1. Мелентьев, Л.А. Системные исследования в энергетике: элементы теории, направления развития. – M.: Наука, 1983. – 454 с.
2. Надежность технических систем: Справочник. Ю. К. Беляев, В. А. Богатырев, В. В. Болотин и др.; Под ред. И. А. Ушакова. — М.: Радио и связь, 1985.— 608 с, ил.
3. Оценка эксплуатационного состояния котельных / М.В. Попова [и др.] // Материалы международной научно-практической конференции «Строительный комплекс России: Наука. Образование. Практика». – Улан-Удэ, 2008. – С. 119-123.
4. Руденко, Ю.Н. Надежность систем энергетики / Ю. Н. Руденко, И. А. Ушаков. – М.: Наука, 1986. – 323 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Melent'ev, L.A. Sistemnye issledovanija v jenergetike: jelementy teorii, napravlenija razvitija [System researches in power engineering: elements of the theory, directions of development]. – Moscow: Nauka, 1983. – 454 p. [in Russian]
2. Nadezhnost' tehnicheskih sistem: Spravochnik [Reliability of technical systems: Reference book]. Ju. K. Beljaev, V. A. Bogatyrev, V. V. Bolotin and others; Pod red. I. A. Ushakova [under I. Ushakov's edition]. — Moscow: Radio i svjaz', 1985. – 608 p. [in Russian]
3. Ocenka jekspluatacionnogo sostojanija kotel'nyh [Assessment of boiler rooms operational condition] / M.V. Popova [and others] // Materialy mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii «Stroitel'nyj kompleks Rossii: Nauka. Obrazovanie. Praktika» [Collected book of International academic and research conference “Construction complex of Russia: Science. Education. Practice”]. – Ulan-Ude, 2008. – P. 119-123. [in Russian]
4. Rudenko, Ju.N. Nadezhnost' sistem jenergetiki [Reliability of power systems] / Ju. N. Rudenko, I. A. Ushakov. – Moscow: Nauka, 1986. – 323 p. [in Russian]