Проблемы обслуживания автоматизированных тепловых пунктов

Онедостатках таких систем теплоснабжения подробно изложено в [1]. Кроме того, необходимо отметить, что практически все тепловые пункты абонентов, присоединенных к системам централизованного теплоснабжения Хабаровска, оборудованы элеваторным тепловым вводом. Главное достоинство элеватора — он не потребляет энергии на свой привод. Элеватор — это простое, надежное и непритязательное в эксплуатации устройство, для его обслуживания не требуются высококвалифицированные специалисты. Основной недостаток элеватора — невозможность пропорционального регулирования тепловой мощности, так как при не изменяющемся диаметре отверстия соплового аппарата он имеет постоянный коэффициент смешения, а процесс регулирования предполагает возможность изменения этой величины. По этой причине за рубежом элеватор отвергнут как устройство для тепловых пунктов. Этот недостаток можно ликвидировать, если использовать элеватор с регулируемым соплом.

Однако практика эксплуатации элеваторов с регулируемым соплом показала их низкую надежность при плохом качестве сетевой воды (с наличием механических примесей). Кроме того, такие устройства имеют небольшой диапазон регулирования. Поэтому в Хабаровске элеваторы не нашли широкого применения. Еще один серьезный недостаток элеватора — его неэффективность при малом располагаемом перепаде давления. В соответствии с [2] для устойчивой работы элеватора необходим перепад давления от 120 кПа и более. Однако в Хабаровске до сих пор проектируются элеваторные узлы при перепаде давления 30–50 кПа. При таких показателях нормальная эксплуатация элеваторных узлов в принципе невозможна, поэтому такое оборудование часто работает «на сброс», что приводит к сверхнормативным потерям сетевой воды.

Применение элеваторных узлов тормозит внедрение в системах теплоснабжения энергосберегающих мероприятий, таких как комплексное автоматическое регулирование параметров теплоносителя в здании и адекватную этим задачам конструкцию системы отопления, обеспечивающих точность и стабильность комфортных условий и экономичный расход тепла. Комплексное автоматическое регулирование включает в себя следующие базовые принципы:

• регулирование в индивидуальных тепловых пунктах (ИТП) или автоматизированных узлах управления (АУУ), обеспечивающих в соответствии с отопительным графиком изменение температуры теплоносителя, подаваемого в систему отопления в зависимости от температуры наружного воздуха;
• индивидуальное автоматическое регулирование на каждом отопительном приборе при помощи термостата, обеспечивающего поддержание заданной температуры в помещении.

Вышеизложенные недостатки стали причиной того, что начиная с 2000 г. в Хабаровске начался масштабный переход от «открытых» зависимых систем теплоснабжения к «закрытым» независимым системам с автоматизированными тепловыми пунктами. О преимуществах таких систем подробно изложено в [1]. Там же приведены данные по экономической эффективности внедрения таких систем. Однако переход в Хабаровске к современным системам теплоснабжения с автоматизированными тепловыми пунктами поставил перед проектными, монтажными и энергоснабжающей организациями ряд проблем:

1. Отсутствие круглогодичной циркуляции теплоносителя в магистральных тепловых сетях;
2. Устаревший подход к проектированию и монтажу внутренних систем теплоснабжения без учета требований к энергосбережению;
3. Необходимость в квалифицированном техническом обслуживании современных систем теплоснабжения.

Рассмотрим эти проблемы более подробно.

Проблема № 1. Отсутствие круглогодичной циркуляции в магистральных трубопроводах тепловых сетей

В Хабаровске магистральные трубопроводы системы теплоснабжения находятся под циркуляцией только в течение отопительного сезона: примерно с середины сентября до середины мая. В остальное время теплоноситель поступает по одному из трубопроводов: подающему или обратному, причем часть времени он подается по одному, а часть по другому трубопроводу. Это приводит к большим неудобствам и дополнительным затратам при внедрении энергосберегающих технологий в системах теплоснабжения, в частности, в системах горячего водоснабжения (ГВС). Из-за отсутствия циркуляции в межотопительном сезоне приходится использовать смешанную «открыто–закрытую» систему ГВС: «закрытую» в отопительном сезоне и «открытую» в межотопительном сезоне, что увеличивает капитальные затраты на монтаж и оборудование теплового пункта на 0,5–3,0 %.

Проблема № 2. Устаревший подход к проектированию и монтажу внутренних систем теплоснабжения зданий

В доперестроечный период развития нашего государства Правительством была поставлена задача по экономии металла. В связи с этим началось массовое внедрение однотрубных нерегулируемых систем отопления, что было обусловлено более низкими (по сравнению с двухтрубными) металлозатратами, затратами на монтаж и более высокой теплогидравлической устойчивостью в многоэтажных зданиях. В настоящее время во многих регионах России проектируются современные энергоэффективные двухтрубные системы отопления с комплексным автоматическим регулированием, как на отопительном приборе, так и в узлах управления этих систем на ИТП или АУУ. Заметим, что за рубежом однотрубные системы отопления практически не применяются.

Для двухтрубных систем можно использовать различные схемы присоединения к тепловым сетям, однако более целесообразна независимая схема, так как при применении терморегуляторов (термостатов) зависимая схема ненадежна в эксплуатации из-за низкого качества теплоносителя. Узкие отверстия термостатов, измеряемые миллиметрами, быстро засоряются, и приборы выходят из строя. В [3] предлагается применять однотрубные системы отопления с терморегуляторами только для зданий не более 3–4 этажей. Там же отмечается нецелесообразность применения в системах отопления с терморегуляторами чугунных нагревательных приборов, так как в процессе эксплуатации из них вымываются формовочная земля, песок, окалина, которые забивают отверстия терморегуляторов.

Применение независимых схем теплоснабжения открывает новые перспективы: использование полимерных или металлополимерных трубопроводов для внутренних систем, современных нагревательных приборов (алюминиевых и стальных со встроенными терморегуляторами). Следует отметить, что двухтрубная система отопления, в отличие от однотрубной, требует обязательной наладки с использованием специального оборудования и высококвалифицированных специалистов. Необходимо отметить, что даже при проектировании и монтаже автоматизированных тепловых пунктов с погодным регулированием в Хабаровске до настоящего времени проектируются и внедряются только однотрубные системы отопления без терморегуляторов перед отопительными приборами.

Причем эти системы гидравлически разбалансированы и иногда настолько (например, детский дом на ул. Ленина — см. пример 1), что для того, чтобы поддерживать нормальную температуру в здании, концевые стояки работают «на сброс» и это при независимой схеме отопления! Хочется верить, что недооценка важности балансировки гидравлики систем отопления связана просто с отсутствием необходимых знаний и опыта. Если проектировщикам и монтажникам задать вопрос: «Нужно ли проводить балансировку колес автомобиля?», то последует очевидный ответ: «Несомненно!» Но почему же тогда балансировка системы отопления, вентиляции и ГВС не считается необходимым делом? Ведь нерасчетные расходы теплоносителя приводят к отклонению температур воздуха в помещении от нормативных значений, плохой работе автоматики, шумам, неэкономичной работе всей системы. Проектировщики полагают, что достаточно провести гидравлический расчет с подбором диаметров труб и, при необходимости, шайб, и проблема будет решена. Но это не так.

Во-первых, расчет имеет приближенный характер, а, во-вторых, при монтаже возникает масса дополнительных неконтролируемых факторов (чаще всего монтажники просто не устанавливают дроссельные шайбы). Существует мнение [4], что гидравлику систем отопления можно увязать с помощью расчета настроек термостатических клапанов. Это тоже неверно. Например, если по каким-либо причинам через стояк проходит количество теплоносителя меньше расчетного, то термостатические клапаны будут полностью открыты, а температура воздуха в помещении при этом будет низкой. Все вышесказанное абсолютно не уменьшает необходимости и важности установки перед отопительными приборами термостатических клапанов, а лишь подчеркивает, что для их хорошей работы необходима балансировка системы.

Под балансировкой системы понимается наладка гидравлического режима, чтобы каждый элемент системы: радиатор, калорифер, ветвь, плечо, стояк, магистраль — имели проектные расходы. При этом определение и выставление настроек термостатических клапанов является частью процесса наладки. Как было указано выше, в Хабаровске в большинстве случаев проектируются и монтируются гидравлически разбалансированные однотрубные системы отопления без термостатов. Покажем на примерах относительно новых объектов, к чему это приводит.

Пример 1. Детский дом № 1 на ул. Ленина (г. Хабаровск).

Здание введено в эксплуатацию в конце 2001 г. Система ГВС — «закрытая», а система отопления — однотрубная, без термостатов, подключенная по независимой схеме. Проект выполнил «Хабаровскгражданпроект»; монтаж системы отопления и ГВС — Хабаровское монтажное управление № 1; проектирование, монтаж и наладку теплового пункта — специалисты Хабаровского центра энергосбережения (ХЦЭС). Тепловой пункт находится на техническом обслуживании в ХЦЭС.

После запуска системы теплоснабжения были выявлены следующие недостатки:

1. Система отопления не сбалансирована. В одних помещениях наблюдался перегрев: 25–27°С, а в других недогрев: 12–14°С. Это связано с несколькими причинами:
   • для балансировки системы отопления проектировщики предусмотрели шайбы, а монтажники их не установили, мотивируя это тем, что «все равно они засорятся через 2–3 недели»;
   • отдельные отопительные приборы выполнены без замыкающих участков, их поверхность завышена, что приводит к перегреву отдельных помещений;
   • для того чтобы обеспечить циркуляцию и нормальную температуру, в недогретых помещениях, концевые стояки работали «на сброс», что приводило к утечкам воды 20–30 т в сутки (и это при независимой схеме!).
2. Система приточной вентиляции не работает, а это недопустимо, так как в здании установлены пластиковые окна с низкой воздухопроницаемостью. По просьбе заказчика специалисты ХЦЭС установили на стояках балансировочную арматуру и провели балансировку системы отопления. В результате этого температура в помещениях выровнялась и составила 20–22°С, подпитка системы сократилась до 0°С, а экономия тепловой энергии составила около 30 %. Наладка системы вентиляции не проводилась.

Пример 2. Институт повышения квалификации врачей.

Введен в эксплуатацию в октябре 2002 г. Система ГВС закрытая, система отопления однотрубная без термостатов, подключена по независимой схеме. После запуска системы отопления были выявлены следующие недостатки: система отопления не сбалансирована, арматура для регулировки системы отсутствует. Температура воздуха в помещениях изменяется от 18 до 25°С, причем для того, чтобы довести температуру в угловых помещениях до 18°С, пришлось увеличить расход теплоносителя в первичном контуре в 3 раза по сравнению с требуемым. По просьбе заказчика специалистами ХЦЭС проведена балансировка системы отопления. Эти примеры распространяются на все вновь введенные здания с независимыми схемами отопления в Хабаровске: цирк и гостиница цирка (из-за «перетопа» в гостинице приходится открывать форточки, а в закулисной части холодно), жилые дома на ул. Фабричной, ул. Дзержинского, терапевтический корпус Железнодорожной больницы и т.д. С проблемой № 2 тесно сплетается проблема №3.

Проблема № 3. Необходимость в техническом обслуживании современных систем теплоснабжения

Как показывает наш опыт, современные системы теплоснабжения зданий, выполненные с использованием энергосберегающих технологий, в процессе эксплуатации нуждаются в постоянном обслуживании. Для этого необходимо привлекать высококвалифицированных, специально обученных специалистов, использовать специальные технологии и инструменты. Покажем это на примерах автоматизированных тепловых пунктов, внедренных в Хабаровске.

Пример 1. Тепловые пункты, не обслуживаемые специализированными организациями.

В 1998 г. в Хабаровске было введено в эксплуатацию здание «Хакобанка». Система теплоснабжения была спроектирована и смонтирована специалистами из Финляндии. Используемое оборудование также финское. Система отопления выполнена по независимой двухтрубной схеме с термостатами, снабжена балансировочной арматурой. Система ГВС закрытая. Обслуживали систему специалисты банка. В первые три года эксплуатации во всех помещениях поддерживалась комфортная температура. Через три года начались жалобы от жильцов отдельных квартир на холод. Они обратились в ХЦЭС с просьбой обследовать систему и помочь наладить комфортный режим. Обследование показало: система автоматического регулирования не работает (вышел из строя погодный регулятор ECL), теплообменные поверхности теплообменника системы отопления засорились, что привело к уменьшению его теплопроизводительности примерно на 30 %. Аналогичную картину мы наблюдали на примере жилого дома № 4 на ул. Дзержинского, где современная система теплоснабжения обслуживалась силами жильцов.

Пример 2. Тепловые пункты, обслуживаемые специализированными организациями.

На сегодняшний день на обслуживании в ХЦЭС находится около 100 автоматизированных тепловых пунктов. Как показал наш опыт эксплуатации, в процессе обслуживания таких узлов возникают следующие проблемы:

• очистка фильтров, установленных перед теплообменниками ГВС и отопления и перед циркуляционными насосами;
• контроль за работой насосов и теплообменного оборудования;
• контроль за работой автоматики регулирования.

Качество теплоносителя и даже холодной воды в Хабаровске очень низкое, поэтому постоянно возникает проблема очистки фильтров, которые установлены в первичном контуре теплообменников ГВС и отопления, перед циркуляционными насосами во вторичном контуре теплообменников. Например, при запуске в эксплуатацию в отопительном сезоне 2002– 2003 гг. блока жилых домов (на Фабричном пер.), в каждом из которых был смонтирован ИТП, фильтр, установленный в первичном контуре теплообменника отопления, приходилось промывать 1–2 раза в день в течение первых 10-ти дней после запуска, и затем в последующие две недели не менее одного раза в 2–3 дня. В здании цирка и гостиницы цирка в отопительном сезоне 2001– 2002 гг. приходилось промывать фильтр холодной воды 1–2 раза в неделю.

Казалось бы, что очистка фильтра, установленного в первичном контуре, — это рутинная операция, которую может выполнить неквалифицированный специалист. Однако для этого необходимо на какое-то время остановить всю систему теплоснабжения, отключить холодную воду, циркуляционный насос в системе ГВС, а после завершения работ снова запустить все оборудование. Также при отключении системы теплоснабжения для очистки фильтров желательно отключить, а потом перезапустить систему автоматики, чтобы при пуске системы не возникло гидроударов. При этом если при отключении первичного контура системы ГВС не отключить холодную воду, то из-за температурных расширений в теплообменнике ГВС может появиться течь.

Для очистки фильтров без их остановки специалисты ХЦЭС используют свои собственные технологии: очистка фильтра путем обратной промывки через штатную заглушку, в которую врезан шаровой кран со штуцером; проливка фильтра теплоносителем из подающего трубопровода по байпасной линии. Такая схема очистки позволяет организовать комбинированную промывку: чередование прямой и обратной промывки, что дает такой же эффект, как и при разборке фильтра и последующей его промывки, но при этом не нужно останавливать систему теплоснабжения. Вторая проблема, которая возникает в процессе эксплуатации автоматизированных тепловых пунктов — это проблема контроля работы оборудования: насосов, теплообменников, приборов учета и регулирования.

Например, часто перед запуском после межотопительного периода циркуляционные насосы находятся в «сухом» состоянии, т.е. не заполнены сетевой водой, и поэтому их сальниковые уплотнения засыхают, а иногда даже прикипают к валу насоса. Чтобы избежать повреждения сальниковых уплотнений, после заполнения водой, необходимо перед запуском несколько раз плавно прокрутить насос вручную. Также в процессе эксплуатации необходимо периодически следить за работой регулирующих клапанов, регуляторов давления, перепада давления и т.д., а также следить за изменением гидравлического сопротивления теплообменников. Контролировать изменения гидравлического сопротивления теплообменников можно регистрируя или периодически измеряя температуру теплоносителя в первичном и во вторичном контуре теплообменника, перепад давлений и расход теплоносителя в этих контурах. Например, в отопительном сезоне 2001–2002 гг. в гостинице цирка через месяц после начала эксплуатации резко упала температура горячей воды. Обследования показали, что в начале эксплуатации расход теплоносителя в первичном контуре системы ГВС составлял 2–3 т/час, а через месяц после начала эксплуатации — не более 1 т/час. Первичный контур теплообменника ГВС засорился окалиной, что привело к увеличению гидравлического сопротивления и уменьшению площади теплопередающей поверхности.

После того, как теплообменник был разобран и промыт, температура горячей воды достигла нормы. На рис. 1 ~2~ показано состояние пластин теплообменника М6, установленного в цирке, разобранного после года эксплуатации. Видно, что с внутренней стороны пластина загрязнена нефтепродуктами (рис. 1, а ~2~), а с наружной — продуктами коррозии (рис. 1, б ~2~), которые легко отмываются. Опыт обслуживания современных систем теплоснабжения с автоматизированными тепловыми пунктами показал, что необходим постоянный контроль и коррективы в работу систем автоматики и регулирования в процессе их эксплуатации. В Хабаровске в последние 3–5 лет температурный график 130–170°С не соблюдается: даже при температуре ниже –30°С температура теплоносителя на входе у абонентов не превышает 105°С.

Поэтому специалисты ХЦЭС, обслуживающие автоматизированные тепловые пункты, на основе статистических наблюдений за режимом теплопотребления объектов перед началом отопительного сезона для каждого объекта вносят в контроллер свой температурный график, который затем корректируют в течение отопительного сезона. Проблема обслуживания автоматизированных тепловых пунктов тесно связана с отсутствием достаточного количества высококвалифицированных специалистов.

Резюмируя вышеизложенное, можно сделать следующие выводы:

1. В Хабаровске в последние 2–3 года начался процесс перехода от устаревших «открытых» систем к современным «закрытым» системам теплоснабжения с внедрением энергосберегающих технологий. Однако чтобы ускорить этот процесс и сделать его необратимым, необходимо:
   • Переломить психологию заказчиков, проектировщиков, монтажников и эксплуатирующих служб, которые считают, что проще и дешевле внедрять устаревшие традиционные схемы теплоснабжения с однотрубными системами отопления и элеваторными узлами, не нуждающимися в обслуживании и регулировке, чем создавать себе дополнительную работу и финансовые затруднения, переходя к современным автоматическим системам теплоснабжения. То есть построить объект с минимумом капитальных затрат, затем передать его, например, муниципалитету, который должен будет выискивать средства на эксплуатацию этого объекта. В результате крайним снова окажется потребитель (гражданин), который будет потреблять «ржавую» воду из системы теплоснабжения, мерзнуть зимой от «недотопа» и страдать от жары в переходный период (октябрь, апрель), открывая форточки, что приводит к простудным заболеваниям из-за сквозняков.
   • Создать специализированные организации, которые бы взяли на себя всю цепочку работ от проектирования и монтажа до пусконаладки и обслуживания современных систем теплоснабжения. Для этой цели необходимо проводить целенаправленную работу по подготовке специалистов в области энергосбережения.
2. При проектировании автоматизированных систем необходимо тесно увязывать между собой все элементы систем теплоснабжения: отопление, вентиляцию и ГВС, учитывая не только требования СНиП и СП, но и рассматривая их с точки зрения эксплуатации.
3. В отличие от устаревших, традиционных систем, современные системы нуждаются в обслуживании, которое могут осуществлять только специализированные организации, имеющие специальное оборудование и высококвалифицированных специалистов.