Введение к работе
Аетуаімгость работы. В процессе эксплуатации тепловых сетей довольно чэс-.о приходится иметь дело с различными отклонениями от проектного режима работы. Своевремешюе выявление участков теплотрасс с нарушенным режимом работы, имеющих повышешшй уровень теплопо-тсрь и в значительной мере влияющих на технико-эасопомическке показатели, является актуальной задачей зпергосбере^ення.
В "Основных направлениях энергетической политики Российской Федерация на период до 2010 года", угвервдегашх Указом Президента Российской Федерации от 7 мая 1995 г. №472, указывается, что энергетическая политика Российской Федерации исходит, кроме всего прочего, из следующих приоритетов и структурных изменения:
повшпєшіє эффективности использования топливно-энергетических ресурсов и создание необходимых условий для перевода экономики страны на энергосберегающий путь развития;
реализация потенциала энергосбережения за счет создания и внедрения высокоэффективного топливо- и энергопотребляющего оборудования, теплоизоляционных материалов я строительных конструкций.
В Российской Федерации под землей в каналах различных конструкций проложено 80% теплопроводов, под землей бесканалыго - 10%, на эс-тахадах над землей - 10%.
Известно, что способ прокладки теплопроводов в непроходяых каналах из готовых сборных железобетонпых элементов является наиболее распространенным в области канальных прокладок. Однако, данные тепловые сети отличаются недолговечностью и большими капитальными затратами. Кроме того, срок службы каналов превышает в 2 - 3 раза срок эксплуатация проложенных в них теплопроводов. Количество повреждений теплотрассы на 1 км в год (удельная повреждаемость) после 20-25 лет работы теплопроводов по статистическим данным находится в пределах: для трубопроводов большого диаметра (500 мм и выше) - от 0.5 до 1 повреждения на 1 км прокладки двухтрубной сета, среднего диаметра (200-400 мм) - 1-2 и малого диаметра (150 мм и ниже) - 3-5 повреждений в год. Специалисты ВНИПИэнергопрома считают, что порядка 40% функционирующих в стране тепловых сетей нуждаются в ремонте, а 15% вообще находятся в азарийиом состояния. Статистика таюзее показывает, что 15% отказов теплотрасс имеет место из-за плохого качества строительно-монтажных работ.
В течение последних десятилетий развитие систем централизованного теплоснабжения в стране не обеспечивалось должным ростом ил технического уровня. Используемые сегодня при проектировании тенлеаых сетей схемные и конструктивные решения за длительный период f'30 - 40 лет) не претерпели существенных изменений.
Принимая во внимание большую иротяжешккпь эксплуатирующихся теплотрасс, которые должны подвергнуться реконструкции в ближайшее время, ваяно решить основные вопросы по внедрен кю современных достижений науки и техники при рсаиазацан технического перевооружения и реконструкции тепловых сетей отрасли. В настоящее время в больиннстве случаев тепловые сети до сих пор изготовляются не t заводских условиях, а на монтажных площадках либо в полевых условиях (на трассе), Давно назрела необходимость перехода на изготовление в з;іводских услоинях готовых теплопроводов, которые должны иметь антикеррозионные, тепло- и підроизолїциошше свойства, обеспечивающие надеаиую работу тепловых сетей в тяжелых термовлажностных режимах.
Скорости реконструкции и технического переіюоружсиия тепловых сетей в ограсли в последние годы упали настолько, ^то следует учесть реально существующую ситуацию аварийности работы теплосетей в і;іечение іиюдолжительного периода. Вследствие этого задачу повышения качества функционирования теплотрасс следует )решать в том числе и за счет внедрения новых методов контроля их работы.
Действующие тепловые сети не удовлетворяю! современным требованиям надежности и долговечности неї по качеству строительных конструкций теплопроводов, ни по тешюфизическнм показателям, т. е. не обеспечивают нормативных значений потерь теплоты. На практике: часто встречаются случаи непозволительно высоких потерь теплоты, увшичен-ных по сравнению с нормативными в 2 - 4 раза. 05щие, превышающие нормативные, потери тепла составляют в настоящее время при nq>ec4eTe на перерасход условного топлива 20 - 25 млн. т в год.
Сложившаяся ситуация имеет место, главным образом, нз-за того, что поверхностные и грунтовые воды проникают и каналы вследствие большой водопроницаемости железобетонных элементов последних, а также нєкачествеїшой заделки стыков этих сборных элементов. Вода, попавшая в канал, постепенно увлажняет тепловую изоляцию, кото]»ая, не имея надежной гадрогоолящш, со временем разрушается, теряя свои теплоизоляционные свойства, и шищинрусг одповремеяно наружную коррозию трубопроводов.
Следует отметить, что наиболее часто встречающимися причинами повышенных тепловых потерь в теплосетях подземной прокладки и последующего их выхода нз строя являются увлашіенне, ускоренное старение и разрушеїше почти всех применяемых на совремешюм этапе видов тепло-вон изоляции, вследствие чего происходит наружная коррозия стальной трубы.
Таким образом, учитывая важность проблемы в целом, и то, что щхь цесс тештомассопереиоса и тепловые потери в зоне прокладки подземных канальных теплотрасс изучены недостаточно, была поставлена задача провести теоретические и экспериментальные исследования этого физического явления.
Цель работы - изучение и анализ тепловых процессов в зоие прокладки подземных канальных теплотрасс для наиболее характерных режимов и дефектов.
Программа исследований была выполнена в 3 этапа.
-
На первом этапе решена серия инженерных задач для широкого круга теплопроводов подземной прокладки с различными характеристиками: глубиной заложения и диаметрами теплопроводов, свойствами тепловой изоляции, температурами теплоносителя и т.д.
-
Второй этап состоял в получении численных данных о тепловых потерях для наиболее характерных режимов и дефектов: нормальный режим работы сети (проектный режим); разрушение изоляционного или покровного слоев на подающем, обратном или одновременно на обоих трубопроводах; затопление канала сетевой водой; увлажнение грунта вокруг канала. Параметрический анализ полученных данных позволил показать связь между распределением поверхностных температур и глубинными тепловыми процессами и дефектами тепловых сетей.
-
Показанная связь между распределением поверхностных температур и глубинными тепловыми процессами и дефектами тепловых сетей дала возможность использовать способ тепловиззонного контроля работы подземных теплотрасс. Способ основан на сравнении из?леренных н полученных расчетным путем поверхностных температур грунта над прокладкой. На исследуемом участке проводилась тепловизиошгая съемка поверхности грунта над теплотрассой с последующей идентификацией полученных термограмм прн помощи данных математического моделирования процессов теплообмена.
Научная новнзпя:
-
Разработана методика расчета процессов тегаюпереиоса в зоне прокладки подземных канальных теплотрасс.
-
Решена серия новых инженерных задач теплообмена тепловых сетей, находящихся в грунте для наиболее характерных режимов и дефектов.
-
Установлены основные закономерности изменения величин тепловых потерь. Проведен параметрический анализ, охватывающий многие практические случая.
-
Проведено опытное внедрение термографического способа контроля работы подземных теплотрасс, реализованного в ряде энергосистем России.
На защиту выносятся следующие положения.
-
Методика расчета процессов теплообмена в зоне прокладки подземных ханалышх теплотрасс.
-
Алгоритмы и вычислительные программы, реализующие методиху расчета.
-
Результаты численного моделирования процессов теплопереноса, учитывая влияние увлажнения грунта и изоляционных слоев, разрушения и увлажнения теплоизоляции, затопления из подающего, обратного или обоих трубопроводов на характер изменения температур и тепловых потоков.
-
Закономерности изменения поверхностных температур грунта при наличии наиболее характерных режимов и дефектов канальных прокладок.
-
Результаты термографического контроля работы подземных теплотрасс.
Практическая ценность ы реализация результатов исследований. Исследования по теме диссертациошюй работы проводились в рамках межвузовской научно-технической программы "Архитектура и строительство" (1994 - 1997 г.) по направлению "Применение современных технологий для обработки термограмм строительных объектов".
Результаты работы использованы АО "Ростовтеплосегь" при проведении термографического обследования тепловых сетей центрального района г. Ростова-на-Дону, а тахзее для оценки тепловых потерь действующих теплотрасс при предполагаемых характерных режимах и дефектах работы.
Апробация. Результаты работы представлены: на Ш Минском международном форуме "Тепломассообмен - 96" ИТМО АН Белоруссии (Минск, 1996); на региональном межвузовском семинаре "Процессы теплообмена в энергомашиностроении" ВГТИ (Воронеж, 1996); на международной научно-практической конференции РГСУ (Ростов-на-Дону, 1997); на международной научно-практической конференции "Человек - Среда -
Вселенная" ИГТУ (Иркутск, 1997); на межвузовской научно-технической конференции "Безопасность жнзнеде.ттельности. Охрана труда н окружающей среды" РГАСМ (Ростов-па-Доиу, 1997).
Гїу&шкаїдая. Результаты исследований опубликованы в десяти на-ушгых работах.
Объем п структура диссертации. Диссертация состоит яз введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы и приложений.* Работа содержит 128 страниц, в том числе 75 страниц машинописного тех-ста, 23 рисуігка на 20 страницах, две таблицы на одной страішце, одно фото, приложения на 17 страницах. Библиография включает 125 наименований на 14 страницах.
