Автоматизированная теплонасосная установка АТНУ включает следующие основные части: теплонасосный тепловой пункт (ТТП) (фото 1); теплообменник-утилизатор теплоты сточных вод (фото 2); группу подающих фекальных насосов в ГКНС (фото 3). Технологическая схема установки приведена на рис. 1.
Неочищенные сточные воды из приёмного резервуара, расположенного под грабельным отделением ГКНС, по трём ветвям подаются фекальными насосами 5а, 5б и 5в через трубопроводы Т5 напорной канализации в соответствующие три параллельные секции теплообменника-утилизатора (что позволяет при необходимости осуществлять его посекционное техническое обслуживание без выключения установки), где отдают теплоту промежуточному теплоносителю (то есть воде). Охлаждённые сточные воды по трубопроводу Т6 возвращаются обратно в резервуар.
Промежуточный теплоноситель подается в теплообменник-утилизатор циркуляционными насосами 3а и 3б (насос 3в является резервным), расположенными в здании теплонасосного теплового пункта, нагревается на 5-6 °C и возвращается в ТТП. Промежуточный теплоноситель циркулирует между ТТП и теплообменником-утилизатором по теплоизолированным трубопроводам Т1 и Т2, длина трассы — 657 м.
Неочищенные сточные воды из приёмного резервуара, расположенного под грабельным отделением ГКНС, по трём ветвям подаются фекальными насосами 5а, 5б и 5в через трубопроводы Т5 напорной канализации в соответствующие три параллельные секции теплообменника-утилизатора
Нагретый промежуточный теплоноситель подаётся в два тепловых насоса (ТН) 1, работающих параллельно, где отдаёт теплоту хладону парокомпрессионного контура и вновь направляется в теплообменник-утилизатор.
Из цеха водоподготовки РТС-3, из водовода В1 подачи водопроводной воды, с помощью насоса 4а или 4б в ТТП подается исходная вода. Температура исходной воды в течение года колеблется от +5 до +20 °C. Для поддержания постоянного режима работы ТН применён трёхходовой регулирующий клапан 2 прямого действия, соединяющий подающий трубопровод Т3 с байпасом Т5 подачи нагретой воды после ТН. Трёхходовой клапан 2 за счёт подмеса нагретой воды автоматически поддерживает постоянную температуру на входе в конденсаторы ТН на уровне +23 °C.
Проектная тепловая мощность, передаваемая в цех водоподготовки, составляет 2070 кВт. Расход подаваемой нагретой воды колеблется в пределах от 177,9 до 70 кубических метров в час. Изменение расхода осуществляется автоматически в зависимости от температуры воды в водопроводе за счёт работы трёхходового клапана 2 байпасной линии Т5
Далее циркуляционным насосом 4а или 4б вода подаётся в конденсаторы тепловых насосов, где нагревается хладоном до температуры +30 °C (по требованию основной технологии РТС) и возвращается по трубопроводу Т4 в цех водоподготовки в тот же водовод подачи воды из водопровода В1.
Проектная тепловая мощность, передаваемая в цех водоподготовки, составляет 2070 кВт. Расход подаваемой нагретой воды колеблется в пределах от 177,9 до 70 м3/ч. Изменение расхода осуществляется автоматически в зависимости от температуры воды в водопроводе за счёт работы трёхходового клапана 2 байпасной линии Т5.
Установка работает в полностью автоматическом режиме. Проектные технические характеристики приведены в табл. 1.
При кратковременной остановке подпиточных насосов в цехе водоподготовки (временно нет потребности в тепловой энергии АТНУ) ТН автоматически понижают тепловую мощность или выключаются по достижении температуры на выходе из ТН более +30 °C, при этом циркуляционные насосы и автоматика продолжают работать. После пуска подпиточных насосов и снижения температуры (на выходе из ТН) ниже 30 °C ТН вновь автоматически включаются.
Режим работы АТНУ круглогодичный, исключая ежегодный технологический перерыв в работе РТС. С 2004 года общая наработка АТНУ составила свыше 80 тыс. часов, выработано более 150 ГВт-ч или около 130 Мкал тепловой энергии.
Изначально автоматизированная теплонасосная установка проектировалась для подогрева подпиточной воды РТС при её работе на открытую систему теплоснабжения города, но в настоящее время в связи с постепенным переходом системы теплоснабжения города на закрытую схему расход подпиточной воды неуклонно снижается.
Так, расчётный расход подаваемой воды теперь составляет лишь порядка 50 м3/ч вместо проектных 127 м3/ч. По этой причине в период 2011-2012 годы автоматизированная теплонасосная установка существенную часть времени либо простаивала, либо работала с неполной нагрузкой, что уменьшило годовой фонд рабочего времени до 5200 ч. Кроме того, службой эксплуатации выдвинуто требование повышения температуры подаваемой воды с проектных 30 до 40 °C.
По этим причинам в 2013 году произведена реконструкция АТНУ. Внесены изменения в технологическую схему (рис. 2), допускающие работу тепловых насосов как в параллельном, так и последовательном режимах, что позволяет повысить температуру подогрева воды.
Добавленная байпасная линия позволяет часть расхода воды после первого теплового насоса перепускать на вход конденсатора второго теплового насоса, что позволяет повысить температуру на выходе.
На фото 4 показано производство монтажных работ по реконструкции оборудования машинного зала.
После девяти лет работы появились первые признаки ухудшения работы теплонасосной установки — участились случаи срабатывания защиты по угрозе заморозки испарителя, что косвенно свидетельствовало об ухудшении работы системы утилизации теплоты сточных вод.
В порядке технического обслуживания был произведён замер расхода в контуре подачи сточных вод в теплообменник-утилизатор с помощью накладного ультразвукового расходомера, который выявил существенное снижение расхода. На фото 5 показан процесс измерения.
Дальнейшее обследование показало, что произошёл износ крыльчаток фекальных насосов, подающих сточные воды в теплообменник (фото 6), что и явилось причиной падения расхода. Это привело к нарушению гидравлического режима работы теплообменника, обеспечивающего самоочищение теплообменной поверхности, что привело к появлению загрязняющих отложений (фото 7).
Следует отметить, что своевременное обнаружение этого отказа было затруднено ведомственной разобщённостью: теплонасосная установка находится в ведении ОАО «МОЭК», при этом система утилизации расположена на территории «Зеленоградводоканала».
Для устранения выявленных проблем была произведена замена выработавших ресурс фекальных насосов и очистка теплообменных поверхностей теплообменника-утилизатора. Процесс промывки теплообменника приведён на фото 8. Для своевременной регистрации отказов подключена система удалённого мониторинга работы АТНУ. На фото 9 приведён момент наладки системы удалённого мониторинга. Параметры теплонасосной установки после реконструкции по сравнению с показателями до реконструкции представлены в табл. 2.
В настоящее время автоматизированная теплонасосная установка находится в эксплуатации.
Группа компаний «Инсолар» являлась генеральным проектировщиком и генеральным подрядчиком в процессе создания АТНУ РТС-3, а в настоящее время выполняет работы по сервисному обслуживанию данной теплонасосной системы.
