Текущая ситуация в тепловых сетях
Установка балансировочной арматуры во внутренних системах зданий уже давно перешла из разряда новшеств в повседневность. В настоящее время подавляющее большинство двухтрубных систем отопления оснащаются устройствами, обеспечивающими постоянство гидравлического режима в здании, — это позволяет минимизировать тепловые потери, обеспечить корректную и бесшумную работу терморегуляторов и т.д.
В магистралях тепловой сети ситуация иная. Зачастую встречается и нестабильность гидравлических режимов (просадки по давлению при пиковых нагрузках), и, как следствие, недостаточная разница температур между подающей и обратной линиями. Во многом эта нестабильность объясняется следующими причинами.
1. Изначально тепловые сети большинства городов России спроектированы под постоянный гидравлический режим с качественным регулированием. Предполагалось, что при неизменном расходе теплоносителя за счёт изменения его температуры будет осуществляться регулирование количества отпускаемой теплоты. В настоящее время принята концепция качественно-количественного регулирования, то есть изменение не только температурных параметров, но и расхода теплоносителя от источника (причины — быстрое изменение графика ведёт к прорывам, повышение эффективности работы сети, снижение тепловых потерь и т.д.). Таким образом, в связи с переходом на переменный гидравлический режим возникает необходимость балансирования расхода на каждом участке.
2. Сбалансировать расход возможно, установив регулирующие устройства на каждое здание. Однако к тепловым сетям подключены здания со значительной разницей в оснащённости внутренних инженерных систем. В относительно новых домах регулирующие устройства установлены, но большинство зданий не автоматизировано. Соответственно, уменьшение расхода в зданиях, оснащённых современной автоматикой, приводит к его увеличению в неавтоматизированных зданиях. В результате теплопотребление увеличивается, температура возвращаемого теплоносителя завышается.
3. Изношенность тепловых сетей. Зачастую приходится решать задачи по снижению числа аварий, вызванных повышением давления на отдельных участках сети. Снижение температуры возвращаемого теплоносителя — это ещё одна задача для предприятий коммунальной энергетики. Чем ниже температура обратной магистрали, тем эффективнее используется тепловая энергия, сокращаются теплопотери, снижается расход электроэнергии на перекачку теплоносителя.
По опыту эксплуатации на различных объектах снижение температуры «обратки» на 3 °C позволяет сократить электропотребление сетевых насосов до 19 % и на 1 % снизить себестоимость тепловой энергии на станции.
Решение Danfoss
Компания Danfoss разработала новую модификацию регуляторов давления прямого действия VFG22. Клапаны этой серии обладают рядом особенностей и технических новшеств.
Для регуляторов прямого действия (РПД), использующих для управления энергию среды, очень важными аспектами являются снижение влияния давления среды на регулятор и уменьшение трения подвижных элементов клапана. В отличие от предыдущей модификации, вместо сильфонной разгрузки по давлению, имеющей ряд своих преимуществ, был применён новый тип разгрузки — с помощью разгрузочной камеры (рис. 1).
Применение инженерами Danfoss этого решения позволило сохранить малый гистерезис клапана и, как следствие, обеспечить более точное поддержание параметров давления на регулируемом участке и увеличить ход штока клапана.
В новой конструкции были полностью переработаны корпус клапана, форма и размер регулирующего конуса, что дало возможность увеличить пропускную способность — на некоторых типоразмерах коэффициент пропускной способности Kvs увеличен почти вдвое.
Впервые в отрасли реализована возможность автоматизации и диспетчеризации работы регуляторов прямого действия. Клапаны нового поколения получили надстройку (интеллектуальный электропривод), позволяющую изменять значение поддерживаемого параметра (давление до или после клапана, перепада давлений) в автоматическом режиме или с удалённого рабочего места оператора тепловых сетей.
Интеллектуальные приводы
Привод iSET превращает клапан Virtus в интеллектуальный регулятор давления и расхода, разработанный для оптимизации работы тепловых пунктов и холодильных систем. Нередки случаи, когда расход в системах теплоснабжения зданий и ГВС снижается в несколько раз относительно номинального значения.
Например, в системе горячего водоснабжения при отсутствии водоразбора при теплоизолированной линии циркуляции ГВС Т4 расход может снизиться до 3–5 % от расхода, на который подобран регулирующий клапан. Регулирующий клапан оказывается в положении, близком к закрытию, с малым значением рабочих положений штока и конуса клапана, что негативно сказывается на точности поддержания температуры на регулируемом участке даже при использовании клапанов с логарифмической или составной характеристиками регулирования.
В таких условиях для повышения точности поддержания заданной температуры горячей воды следует увеличить степень открытия клапана, чего можно достичь путём уменьшения располагаемого перепада давлений на систему.
Привод iSET, отслеживая через контроллер ECL команды электроприводу на регулирующем клапане, «понимает», насколько оптимально происходит процесс регулирования. Если клапан в системе слишком часто открывается и закрывается (то есть из-за малой степени открытия клапана начинается процесс автоколебаний), привод iSET уменьшает значение перепада давлений в контуре до тех пор, пока колебания на регулирующем клапане не прекратятся. Привод обеспечивает оптимальный перепад давлений в системе, что позволяет создать наилучшие условия для работы регулирующего клапана, установленного в зоне поддержания перепада давлений.
Привод iNET был создан для удалённой настройки перепадов давления в SСADA-системах с целью оптимизации работы тепловых и холодильных сетей. Его использование повышает общую производительность сети, снижает энергопотребление насосов, сокращает количество протечек в трубопроводах и износ оборудования.
С помощью установленного на регулятор перепада давлений электропривода появилась возможность оперативно, без привлечения обслуживающего персонала, решать следующие задачи:
1. Оптимизация перепада давлений при переключениях в системах с несколькими поставщиками тепловой энергии.
2. Точный контроль, мониторинг и управление поддержанием давления в регуляторах «после себя» и «до себя», установленных на насосных станциях.
3. Оптимизация гидравлических режимов тепловых сетей путём подстройки значения регулируемого перепада давлений. Установка электроприводов на РПД и оснащение сети датчиками давления позволяет сконструировать «умную» тепловую сеть, каждый элемент которой можно отслеживать, анализировать эффективность работы и корректировать для достижения экономии затрат на перекачку теплоносителя, повышения разности температур, оперативно реагировать на различные аварийные ситуации.
Примеры применения
Клапаны нового поколения прошли апробацию на различных объектах коммунальной энергетики в Российской Федерации, Европе и Китае.
Так, например, в декабре 2017 года в новосибирском филиале «Тепловые сети» АО «Сибирская энергетическая компания» был установлен клапан для дросселирования избыточного перепада давления на вводе одного из городских центральных тепловых пунктов.
В Стокгольме одна из эксплуатирующих организаций столкнулась с проблемой резких скачков температуры горячей воды на тепловом пункте. Установка клапанов VFG22 с электроприводами Virtus позволила обеспечить оптимальный режим работы регулирующих клапанов и устранить колебания температуры в контуре горячего водоснабжения.
В швейцарской Люцерне регуляторы перепада давлений были установлены в системе холодоснабжения госпиталя для оптимизации работы потребителей и станции холодоснабжения в целом. Это позволило на 35 % снизить расход холодоносителя, на 26,2 % сократить электропотребление насосов, увеличить разницу температур с 4,2 до 6,5 °C — таким образом, даже при снижении расхода более чем на треть мощность станции холодоснабжения увеличилась на 2,3 %.
В Пекине и Лоянге установлены регуляторы перепада давлений, оснащённые приводами iNET. Цель их установки — оптимизация работы тепловой сети, увеличение разницы температур и снижение энергопотребления насосов.
