Результаты испытаний нестационарных режимов работы тепловой сети от Улан-Удэнской ТЭЦ-2 в условиях большой изношенности оборудования

Для определения аварийных ситуаций, связанных с отключением сетевых насосов Улан-Удэнской ТЭЦ-2 и подкачивающих насосов ПНС-6/2, ПНС-6/4 и ПНС-6/6, были проанализированы гидравлический режим, характеристики станционного оборудования, оборудования насосных станций, схема электроснабжения сетевых насосов ТЭЦ-2. Были проведены натурные испытания аварийных ситуаций с последующим моделированием.

Испытания моделирования проводились для существующей тепловой сети (теплотрасса №6 от ТЭЦ-2).

В целом гидравлический режим системы теплоснабжения характеризуется следующими основными значениями:

на ТЭЦ-2:

давление в подающем трубопроводе                         8,2 атм;

давление в обратном трубопроводе                           3,0 атм;

расход сетевой воды в подающем трубопроводе               5244 т/ч;

расход на подпитку                                           836 т/ч;

в работе находятся 3 сетевых насосных агрегата СЭ 2500-65;

в тепловой сети:

• а) на ПНС6/2:

расход в обратном трубопроводе

4285 т/ч;

5071 т/ч;

1,8 атм;

10,2 атм;

расход в подающем трубопроводе давление в обратном трубопроводе на всасе ПН давление в обратном трубопроводе после РК давление в подающем трубопроводе до РК

12,0 атм;

8,2 атм;

давление в подающем трубопроводе после РК

б) на ПНС6/4 и узле дросселирования на подающем трубопроводе:

расход в обратном трубопроводе расход в подающем трубопроводе давление в обратном трубопроводе на всасе ПН давление в обратном трубопроводе после РК давление в подающем трубопроводе до узла дросселирования давление в подающем трубопроводе после узла дросселирования

766 т/ч; 948 т/ч; 3,2 атм; 5,1 атм; 9,6 атм ; 6,9 атм;

в) на ПНС6/6:
расход в обратном трубопроводе	173 т/ч;
расход в подающем трубопроводе	209 т/ч
давление в обратном трубопроводе на всасе ПН	2,2 атм;
давление в обратном трубопроводе после РК	4,8 атм;
давление в подающем трубопроводе до РК	9,1 атм
давление в подающем трубопроводе после РК	6,3 атм.

Результаты гидравлического расчета по модели системы теплоснабжения в достаточной степени точности коррелируются с результатами гидравлического расчета, принятыми в качестве исходных данных.

Был проведен анализ возможных аварийных ситуаций в СЦТ и результаты исследований нестационарных гидравлических режимов.

Были проанализированы гидравлический режим, характеристики станционного оборудования, оборудования насосных станций, схема электроснабжения СН ТЭЦ-2, в результате чего был составлен перечень аварийных ситуаций для их последующего моделирования.

Перечень аварийных ситуаций:

• 1)    отключение двух сетевых насосов на ТЭЦ-2;

• 2)    отключение одного сетевого насоса на ТЭЦ-2 с автоматическим включением резерва (АВР);

• 3)    отключение одного сетевого насоса на ТЭЦ-2 без АВР;

• 4)    отключение одного сетевого насоса на ТЭЦ-2 с его последующим самозапуском;

• 5)    отключение трех сетевых насосов ТЭЦ-2 и насоса подпитки;

• 6)    отключение трех насосов на ПНС 6/2;

• 7)    отключение одного насоса на ПНС 6/2 с АВР;

• 8)    отключение одного насоса на ПНС 6/2 без АВР;

• 9)    отключение одного насоса на ПНС 6/4 с АВР;

• 10)    отключение одного насоса на ПНС 6/4 без АВР;

• 11)    отключение одного насоса на ПНС 6/6 с АВР;

• 12)    отключение одного насоса на ПНС 6/6 без АВР.

Результаты расчетов представлены в виде графиков изменения давления и расхода во времени в различных точках тепловой сети.

Далее приводится анализ наиболее опасных аварийных ситуаций.

Отключение двух сетевых насосов на ТЭЦ-2.

При отключении двух сетевых насосов на ТЭЦ-2 давление в обратном трубопроводе за 3 с увеличивается до 5,3 кгс/см2, расход на подпитку снижается до нуля за 10 с, а расход в подающей линии за то же время снижается до 4000 т/ч.

Указанный режим может представлять опасность для потребителей тепловой энергии, подключенных на участке ТЭЦ-2 - ПНС6/2 с зависимоприсоединенными системами отопле- ния, расположенных на геодезических отметках более чем на 5-7 м вод. ст. ниже отметки ТЭЦ-2, а также при наличии технологических защит на отключение насосов ПНС6/2 по повышению давления в напорном коллекторе ПНС6/2.

Отключение трех насосов на ПНС 6/2.

При отключении трех насосов на ПНС 6/2 давление на всасе насосов за 0,5 с достигает значения уставки регулятора рассечки, к 2,65 с процесса давление равно 7 атм, а на 25 с – 9 атм. Регулятор рассечки на 0,5 с получает сигнал на закрытие и за следующие 45 с происходит постепенное снижение расхода до нуля.

На ТЭЦ-2 на 2-й секунде опыта давление в обратном коллекторе резко уменьшается и за 3 с достигает значения на 0,4 атм меньше атмосферного давления.

Отключение одного насоса на ПНС 6/4.

При отключении одного насоса на ПНС 6/4 давление на всасе насоса увеличивается на 2,45 атм за 4 с и затем к 12 с достигает значения 6,5 атм. За 10 с расход снижается с расчетного значения до 336 т/ч.

Отключение одного насоса на ПНС 6/6.

При отключении одного насоса на ПНС 6/6 давление на всасе насосной увеличивается с 2,26 до 5,1 атм за 4 с, давление в подающем трубопроводе до РК и после него увеличивается на 2 и на 2,1 атм соответственно.

Результаты исследования показали:

при рассмотренных аварийных ситуациях в системах теплоснабжения от Улан-Удэнской ТЭЦ-2 происходит повышение давления сетевой воды в обратных трубопроводах источника тепловой энергии, тепловых сетей, систем теплопотребления, при этом значения давления выходят за пределы допускаемых значений, в первую очередь для систем отопления потребителей тепловой энергии, подключенных по зависимой схеме, свыше 6 кгс/см2;

превышение допускаемых значений давления сетевой воды для систем теплопотреб-ления может послужить причиной массового разрыва отопительных приборов с причинением материального ущерба, ожогового травматизма, а также может вызвать необходимость длительного перерыва теплоснабжения отапливаемых зданий;

в ряде рассмотренных аварийных ситуаций происходит снижение давления во всасывающих патрубках сетевых насосов ТЭЦ и/или подкачивающих насосов ПНС ниже уровня допускаемого кавитационного запаса, что может послужить причиной их кавитационного срыва и последующего каскадного развития аварии. Кроме того, существует реальная опасность сокращения циркуляции сетевой воды через станционные пароводяные подогреватели, что при невозможности сокращения подачи пара может послужить причиной вскипания теплоносителя и последующей его нестационарной конденсации при повторном самозапуске насосов в том числе на относительно холодных поверхностях сетевых трубопроводов (с ухудшенной теплоизоляцией и т.п.), сопровождающейся гидроударами разрушительной силы, нежели связанные с торможением потока жидкости;

установлена опасность возможного чрезмерно быстрого срабатывания клапанов рассечки на ПНС-6/2 по существующей схеме, что может привести к повышению давления в подающих трубопроводах на участке ТЭЦ-2 – ПНС-6-2 свыше 2,4 МПа;

изменение давления сетевой воды при всех рассмотренных аварийных ситуациях происходит за относительно короткие промежутки времени (от 0,5 до 10 с), что не позволяет рассчитывать на своевременную адекватную реакцию оперативного персонала ТЭЦ и тепловых сетей;

в связи с этим необходимы разработка и реализация автоматической защиты от повышения давления и гидравлических ударов в системах теплоснабжения от Улан-Удэнской ТЭЦ-2, причем защитные мероприятия должны носить комплексный характер, поскольку необходимо учесть взаимное влияние различных элементов (насосных групп, устройств ре- гулирования и защиты), установленных в различных точках единой гидравлически связанной СЦТ;

эксплуатация системы теплоснабжения при отсутствии защиты от повышения давления и гидравлических ударов является отступлением от требований п.п.4.11.8, 4.12.40 «Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации», а также п. 5.1.14, 6.2.62, 9.1.1, 9.1.42 «Правил технической эксплуатации тепловых энергоустановок».