Проект издательского дома «МедиаПро»
Получать дайджест новостей

Статьи

Назад к списку статей
Технологии производства

Централизованное теплоснабжение промышленных объектов: выбор оборудования

Оборудование централизованных теплоснабжающих промышленные объекты систем, которыми являются: котельные (Рис. 1), тепловые пункты, тепловые камеры, узлы учёта тепловой энергии, системы отопления и горячего водоснабжения, обслуживаются ремонтными бригадами и поддерживаются в постоянном исправном состоянии.

ИНФОРМАЦИЯ
Организации, обслуживающие системы централизованного теплоснабжения, руководствуются в своей работе такими нормативными документами:

 

  • СП 30.13330.2012. Внутренний водопровод и канализация зданий.
  • СП 60.13330.2012. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха.
  • СП 83.13330.2016. Котельные установки.
  • СП 124.13330.2012. Тепловые сети.
  • СП 129.13330.2011. Наружные сети и сооружения водоснабжения и канализации.
  • СП 41-101-95. Проектирование тепловых пунктов.
  • СНиП 41-03-2003. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов.
  • ПБ 10-573-03 Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды Госгортехнадзор РФ от 11 июня 2003 г.
  • ПБ 10-574-03 Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов Госгортехнадзор РФ от 25 февраля 2009 г.

Инженерно-технический персонал и рабочие бригады предприятий, обслуживающих системы централизованного теплоснабжения, обязаны проводить следующие виды работ:

  • Поддержание в исправном состоянии оборудования и тепловых сетей. При необходимости выполнение их ремонта, переоборудования и наладки.
  • Применение передовых методов и оборудования в системах контроля и учёта за расходом топливно-энергетических материалов и воды (установка, наладка и контроль работы тепловых и водяных счётчиков).
  • Проведение ППР — планово-предупредительных ремонтов оборудования и испытаний тепловых систем, согласно утверждённому в организациях — потребителях тепловой энергии графику.

Назначение оборудования централизованной системы теплового водоснабжения

Основным агрегатом, перерабатывающим, аккумулирующим и подающим тепловую энергию, является котёл. Котёл преобразует энергию одного вещества в энергию для обогрева производственных предприятий, зданий и участков.
Так как наименьшую отпускную стоимость, как продукт переработки при работе котла, в настоящее время получил природный газ, то для целей подачи тепловой энергии в основном применяются газовые котлы.
Конструкция котла достаточно унифицирована и приспособлена для отопления помещений любого назначения: бытовых, административных,
торговых, спортивно-оздоровительных, учебных, в том числе зданий и помещений промышленного назначения.

Основным элементом котла является газовая горелка. Газ поступает в газовую горелку, которая нагревает воду в теплообменнике. Из теплообменника горячая вода поступает в систему отопления.

Модификации котлов

  1. По виду монтажа котлы могут быть навесными и напольными.
  2. По конструкции: одноконтурные и двухконтурные. Двухконтурные котлы предназначены для подачи горячей воды в две системы: систему отопления и систему горячего водоснабжения, в то время как одноконтурные котлы предназначены только для подачи воды в систему отопления.
  3. По способу передачи тепловой энергии: накопительные и проточные.
  4. По виду теплоносителя: водогрейные и паровые.

Следующим видом оборудования, находящимся вторым в тепловой сети после котла, является тепловой пункт.

ТЕРМИН
Тепловым пунктом называется комплекс совместно работающего автоматизированного оборудования, служащего для передачи тепловой энергии, контроля параметров теплоносителя, регулирования расхода теплоносителя, перераспределения потоков теплоносителя (воды, пара, конденсата) по подающим тепловым сетям (Рис. 2).

По назначению тепловые пункты бывают центральными (ЦТП) и индивидуальными (ИТП).

ЦТП, как правило, находится в отдельном здании на территории предприятия и предназначен для обеспечения условий для подачи, применяемого в тепловой сети теплоносителя в здания административно-бытового, производственного и складского назначения на территории предприятия.
ИТП, как правило, находится на территории отдельно стоящего административно-бытового, производственного или складского здания и занимает определённое помещение.

Назначение этих тепловых пунктов одинаковое:

  • поддержание, изменение и контроль параметров теплоносителя, его температуры, давления;
  • транспортирование нагретой воды, пара, конденсата в тепловые сети и обеспечение их циркуляции;
  • регулировка количества теплоносителя, который подаётся в тепловые сети;
  • разводка подаваемого из котла теплоносителя по тепловым сетям или участкам тепловых сетей внутри здания;
  • предохранение тепловых сетей от аварийных режимов работы;
  • отключение принимающих тепловых сетей от подающих;
  • наполнение и дополнительная подпитка тепловых сетей теплоносителем при помощи насосов;
  • учёт при помощи манометров и термометров параметров тепловых потоков, подаваемого в тепловые сети теплоносителя;
  • установка конденсатосборников для сбора, охлаждения, возврата конденсата и контроля за его качеством;
  • установка оборудования и производство работ по водоподготовке — изменение физико-химических параметров воды: жёсткости, кислотности, уровня концентраций хлора (свободного/общего), железа, озона, ионов водорода.

В тепловых пунктах устанавливают:

  • трубопроводную арматуру запорного и регулирующего воздействия на поток теплоносителя;
  • приборы для контроля и измерения параметров теплоносителя (давления, температуры);
  • насосное оборудование;
  • теплообменники, передающие тепловую энергию;
  • электрическое оборудование (электрические щиты, переключатели, контроллеры).

Выбор основного технологического оборудования

При выборе котла необходимо учитывать ряд факторов:

1. Назначение котельной

Котельные по своему назначению бывают:

Отопительные. Эти котельные предназначены для подвода теплоносителя к системам отопления, вентиляции, кондиционирования и горячего водоснабжения.

Отопительно-производственные. Такие котельные предназначены для подвода теплоносителя к системам отопления, вентиляции, кондиционирования, горячего водоснабжения, технологического водоснабжения на промышленном производстве.

Производственные. Такие котельные служат для подвода теплоносителя к устройствами, машинам и механизмам производственного назначения.

2. Категории потребителей тепловой энергии

1 категория — подача теплоносителя должна быть непрерывной с расчётными параметрами количества теплоты, температура воздуха в помещениях данного потребителя не должна быть ниже действующих норм.

2 категория — подача теплоносителя может быть прервана на период ликвидации аварии, но не более 54 часов.

3 категория — все остальные потребители. Котельные по надёжности отпуска тепловой энергии также подразделяются на потребителей первой и второй категорий.

В первую категорию входят котельные, которые являются источником тепловой энергии для потребителя первой категории в единственном числе, без дублирующих её источников тепловой энергии.

Во вторую категорию попадают все остальные котельные. Для котельных, в которых используются паровые и пароводогрейные котлы общей установленной тепловой мощностью более 100 МВт рекомендуется оснащение установленных паровых турбогенераторов малой мощности с напряжением 0,4 кВ противодавленческими турбинами с повторным подводом рабочего тела. Эти турбины обеспечивают возмещение потерь электрической энергии, необходимой для работы самой котельной и производственного предприятия, на территории которого эта котельная размещена.

Турбины, у которых есть возможность регулируемого отбора пара, позволяют направить отработанный после них пар на технологические нужды производства, нагрева воды в системах теплоснабжения, а также и для работы котельной.

ВАЖНО!
Водогрейные котельные, для которых используется жидкое (мазут) или газообразное (природный газ) топливо, могут работать с применением газотурбинных или дизельных установок.

Рачительные производственники, для обеспечения собственных нужд котельной электроэнергией, используемый для производства тепловой энергии паровой котёл, подключают к паровой турбине, соединённой с электрическим генератором.

В этом случае получаемая электроэнергия имеет довольно низкую стоимость для предприятия-собственника котельной, в 3—7 раз ниже, чем стоимость электроэнергии в городской энергосистеме, пар после выхода из турбины можно использовать на нужды предприятия.

ВНИМАНИЕ!
Бывают случаи, когда на предприятии нет нужды в паре, выходящем из турбины. Для такого случая в группе Российских компаний «Турбопар» разработана энергосберегающая паровая турбина (Рис. 3).

Конструкция энергосберегающей турбины обеспечивает её бесперебойную работу в любой погодный сезон.

В зимний период турбина будет работать в своём штатном режиме. Отработанный турбиной пар попадает в сетевой подогреватель, там вода подогревается и подаётся далее к потребителям. Пар, находящийся в виде конденсата, перекачивается насосом в деаэратор и после него попадает обратно в котёл.

В летний период нет необходимости в поставке тепловой энергии для отопительных нужд, в этом случае пар после прохождения через турбину также будет направляться в теплообменник, в котором будет собираться и своевременно откачиваться насосом в деаэратор, после деаэратора отработанный конденсат попадёт в котёл. При этом невостребованная тепловая энергия пара от теплообменника передаётся в сеть с циркулирующей водой и при помощи насоса подаётся в градирню для последующего охлаждения.

В переходный осенне-весенний период, когда часть тепловой нагрузки необходимо утилизировать, в работу включается трёхходовой клапан. В этом случае отработанный турбиной пар поступает во встроенный в тепловую сеть подогреватель, в котором подогревается вода, затем нагретая вода проходит через трёхходовой кран и с его помощью часть этой воды попадает для утилизации тепловой энергии в градирню.

ВАЖНО!
Количество и производительность котлов, устанавливаемых в котельной и используемых для нужд предприятия в целях потребления тепловой энергии для отопления, горячей воды и пара для санитарных и технологических нужд, рассчитывает инженер-проектировщик.

В расчёте должна быть учтена возможность возмещения потерь тепловой энергии при остановке основного по производительности котельного агрегата. Расчётную мощность всех котельных агрегатов инженер-проектировщик определяет как сумму максимальной расчётной нагрузки на тепловые и технологические сети производственного предприятия.

Теплообменник

Одним из видов основного оборудования тепловых пунктов как центральных — находящихся в отдельном здании, так и индивидуальных — находящихся на территории самостоятельных зданий различного назначения, является теплообменник.

ТЕРМИН
Теплообменником называется агрегат, при помощи которого тепловая энергия теплоносителя одной теплоподающей системы может непрерывно передаваться теплоносителю другой теплоподающей системы (Рис. 4).

В работе тепловых узлов в зависимости от способа передачи тепловой энергии применяют два типа теплообменников.

Теплообменник прямого действия.

Такой теплообменник предусматривает передачу тепловой энергии от одного теплоносителя к другом при прямом контакте. Конструкции многих охладительных башен и градирен предусматривают прямой контакт нагретой воды и окружающего воздуха.

Теплообменник непрямого действия.

Такой теплообменник в своей конструкции имеет некую преграду (стенку), через которую тепловая энергия одного теплоносителя передаётся другому.

Выбору определённой модели и конструкции теплообменника обязательно должен предшествовать его тепловой расчёт. Расчёт ведётся с целью получения оптимальной конструкции агрегата по степени теплопередачи и оптимальному тепловому балансу.

ВАЖНО!
Затем необходимо определить ту задачу, с которой теплообменник должен справиться. Например, в задачу теплообменника может входить задача как по нагреву теплоносителя, так и по его охлаждению; какой объём теплоносителя будет перемещаться и с какой скоростью.

После определения задачи и выполнения расчётов можно приступать к выбору конструкции и модели теплообменника. В последнее время в этом вопросе большую помощь по выбору такого агрегата оказывает специальное программное обеспечение, которое предлагается на сайтах основных производителей теплообменной аппаратуры, таких как: Ридан, Alfa Laval, GEA, ПроТепло.

От конструкции теплообменного агрегата зависят особенности его эксплуатации и эффективность работы всей тепловой сети.

Виды теплообменников, в зависимости от конструктивных особенностей:

Пластинчатые. Эти агрегаты имеют большую площадь теплоотдачи, за счёт пластинчатых элементов, расположенных рядно и имеющих компактные размеры. Конструкция пластинчатых элементов предусматривает наличие между ними зазора, от его расчётного значения зависит КПД всего агрегата.

Кожухотрубные. Такие агрегаты имеют наиболее простую конструкцию.

КПД кожухотрубных теплообменников ниже пластинчатых, зато они проще и дешевле в изготовлении. За счёт этого они нашли более широкое применение в бытовых приборах, таких как холодильники, кондиционеры, подогреватели и испарители. Эти агрегаты могут иметь одну или несколько секций. В этом случае поток нагревающего теплоносителя движется в противоположном направлении к потоку нагреваемого теплоносителя.

Элементные. Конструкция этих теплообменников напоминает кожухотрубные, но по конструкции они проще и состоят из отдельных самостоятельных секций. Эта конструктивная особенность элементных теплообменников позволяет применять их в тепловых сетях с повышенным давлением и наиболее загрязнёнными теплоносителями.

Витые. Конструктивно они имеют вид концентрического змеевика. По трубкам этого змеевика движется, как правило, передающий тепловую энергию теплоноситель, а зазоры между трубками заполняет теплоноситель принимающий тепловую энергию. Такие агрегаты занимают мало места и имеют высокий КПД — в три раза больше, чем у кожухотрубных. Наибольшее применение такие теплообменники получили при производстве холодильной и криогенной техники.

Спиральные. При том, что эти теплообменники достаточно сложны в производстве, они получили широкое распространение в технике, производимой для различных отраслей промышленности. Их большая популярность объясняется достаточно большим КПД теплообмена при небольших габаритных размерах. В последнее время появились самоочистные спиральные теплообменники. Тепловые потоки передающего и принимающего теплоносителей проложены параллельно один другому вокруг пластинчатого сердечника. С целью ремонтопригодности выпускаются не только сварные, но и разборные конструкции агрегатов.

Двухтрубные. Применяются для двух различных сред теплоносителей, например, газа и воды, как для процесса нагрева, так и для охлаждения. Конструкция достаточно проста и представляет собой футляр из трубы, в котором находится вторая труба, меньшего диаметра. Передающий тепловую энергию теплоноситель — вода, движется по трубе находящейся внутри другой трубы, а принимающий её теплоноситель — газ, движется в пространстве между наружной и внутренней трубами. Такие теплообменники могут выдерживать достаточно большое давление, а оптимальные значения теплопередачи достигаются подбором диаметров наружной и внутренней труб.

Теплообменники из графита. Конструкция теплообменника из графита обладает хорошими теплопроводными свойствами и коррозионной стойкостью. Такие свойства теплообменника позволяют ему работать с агрессивными средами. Теплоноситель движется по каналам, выполненным в конструкции из графита.

Теплообменники змеевиковые погружные. Конструкция напоминает витой змеевик из трубки, по которой движется нагретый, либо наоборот — охлаждённый теплоноситель. Теплообменник может использоваться с погружением в различные ёмкости и устройства, для передачи тепловой энергии или охлаждения, находящегося там теплоносителя.

Циркулярные насосы

Для перемещения теплоносителя в тепловых сетях применяют циркулярные насосы. Устанавливают насосы, как правило, в тепловых пунктах. По количеству их должно быть не менее двух, один из которых должен быть в резерве.
Конструкция циркулярного насоса имеет в своей основе два рабочих узла:

  • статор — корпус насоса, неподвижная стационарная его часть;
  • ротор — вращающийся внутри статора — корпуса насоса. Ротор вращается вместе с движителем теплоносителя — рабочим колесом.

Крыльчатка в свою очередь имеет наклонные лопасти, при помощи которых она оказывает давление на теплоноситель и придаёт ему ускорение. Количество перемещаемого теплоносителя зависит от скорости вращения ротора с крыльчаткой и, в меньшей степени, угла наклона лопастей рабочего колеса.

По максимальной скорости вращения ротора циркулярные насосы делятся на тихоходные, их максимальная скорость менее 1500 об./мин, и быстроходные — более 1500 об./мин.

ВАЖНО!
Тихоходные насосы более сложной конструкции, чем быстроходные, поэтому дороже. Но энергии при работе тихоходные насосы тратят в разы меньше быстроходных. Поэтому в целях экономии электроэнергии в тепловых сетях зачастую устанавливают именно тихоходные циркулярные насосы.

По конструктивному исполнению циркулярные насосы делятся на насосы с сухим и мокрым ротором.

Циркуляционные насосы с сухим ротором (Рис. 5) применяются в тепловых системах с большим давлением. Например, их часто используют в системах подачи горячей воды — ГВС.
Их особенностью является герметичная конструкция, внутри которой вращается ротор с рабочим колесом, создающим своим вращением напор теплоносителя. Герметичность конструкции достигается набором соответствующих подпружиненных керамографитовых колец в разъёмных соединениях насоса. При работе насоса в контакт с теплоносителем вступает только рабочее колесо насоса.

Циркуляционные насосы с мокрым ротором (Рис. 6) применяются
только в закольцованных замкнутых тепловых системах. Как правило, такие системы имеют небольшую протяжённость. Насосы с мокрым ротором позволяют достаточно быстро выполнить перемещение теплоносителя по системе и при их использовании возможно применение труб наименьшего диаметра, что сказывается на экономии при монтаже отопительной системы.

Их особенностью является работа ротора с рабочим колесом в отделённом от статора — корпуса отсеке. При работе насоса в контакт с теплоносителем вступает весь ротор.

Насосы с мокрым ротором намного менее шумны в работе по сравнению с насосами с сухим ротором, но несколько проигрывают в КПД.

Источник: Журнал главного инженера, 2019, №11

Подписаться на рассылку