Е.А. Кикоть, к.т.н., генеральный директор, ООО «Невская Энергетика»

С.Н. Кирюхин, к.т.н., доцент, ведущий специалист, ООО «Невская Энергетика»

А.О. Шиманская к.т.н., доцент, ООО «Невская Энергетика»

Оценка надежности теплоотпуска источниками теплоснабжения потребителям тепловой энергии остается одной из актуальных задач при разработке мероприятий по обеспечению надежного функционирования систем централизованного теплоснабжения, так как именно источники являются главными элементами этих систем.

Категории источников и потребителей тепловой энергии, а также состав и значения показателей надежности элементов систем теплоснабжения, определены положениями нормативных документов [1], [2], [3] и [4]. Количественно оценить показатели надежности возможно различными методами, основные группы которых описаны в [5]. Часть этих методов нормировано [6], [7]. Учитывая несомненные достоинства каждого метода, обращает на себя внимание то обстоятельство, что некоторые из них, существенно упрощены (например, аналитико-статистический метод, нормированный в [6]) и дают весьма приближенные оценки анализируемых свойств при минимально необходимом объеме исходных данных. Другая часть нормированных методов [7], позволяет получить достаточно точные оценки, но при этом обладают повышенной трудоемкостью и предъявляют жесткие требования к описанию структуры объектов анализа, объему и достоверности исходных данных, а также квалификации и профессиональной подготовке персонала.

Вместе с тем, ориентируясь на специфику достижения конечной цели в виде перечня конкретных мероприятий по обеспечению источником надежного теплоотпуска, очевидной задачей становится разработка компромиссного метода оценки показателей надежности источников, позволяющего при минимально необходимом объеме достоверных данных и действующих нормативных требованиях, оценить надежность поставок тепловой энергии в текущем техническом состоянии основных элементов систем теплоснабжения.

Следует обратить внимание на то, что предлагаемая в публикации технология оценки источников теплоснабжения, является вариантом развития интегральных методов оценивания надежности элементов систем теплоснабжения, ранее опубликованных в [5]и [8].

Ключевые слова: система централизованного теплоснабжения, источник теплоснабжения, тепловые сети, потребитель тепловой энергии, категория надежности теплоснабжения, показатель надежности, интенсивность отказов, время восстановления после отказов, вероятность безотказной работы, коэффициент готовности.

Источники тепловой энергии, как элементы систем теплоснабжения, несмотря на широкий диапазон единичных мощностей, разнообразие типоразмеров основного и вспомогательного оборудования, различные виды используемого топлива, имеют ряд общих функционально-технологических и структурных особенностей, анализ и учет которых позволяет корректно определить последовательность решения задачи в рамках ограничений, установленных действующими нормативными требованиями. Пример разработки последовательности решения такой задачи представлен ниже.

Известно, что по надежности теплоотпуска источники классифицированы в двух категориях: первой и второй. В нормативных документах указано, что если в системах теплоснабжения есть потребители первой категорий (больницы, родильные дома, детские дошкольные учреждения с круглосуточным пребыванием детей, картинные галереи, химические и специальные производства, шахты и т.п.), то независимо от категории источника теплоотпуск таким потребителям должен обеспечиваться непрерывно, в расчетном количестве теплоты и не должен допускать снижения температуры воздуха в помещениях потребителей ниже предусмотренных санитарными нормами. Для источников второй категории (имеющих потребителей второй категории) при отказах оборудования как источника, так и тепловых сетей, допускается соответствующее снижение температуры воздуха в помещениях (в зависимости от назначения помещения) потребителей, на время восстановления работоспособного состояния оборудования источника и/или тепловых сетей, но не более 54 ч. При этом, независимо от категории источника, для каждой категории потребителей, нормируется допустимое снижение относительной подачи теплоты в зависимости от расчетной (для проектирования отопления) температуры наружного воздуха. Кроме того, в стандартах нормируется максимально допустимый предел отключаемой в источнике мощности теплогенерирующей (котельной) установки, значения вероятности безотказной работы источника и коэффициент готовности системы к теплоснабжению потребителей. Перечисленные требования, в данном случае, являются нормированными ограничениями, которые формируют состав анализируемых показателей надежности источника теплоснабжения и их допустимые значения (или диапазоны значений). Отклонение вычисленных значений показателей надежности за допустимые диапазоны является оценочным признаком, позволяющим как количественно, так и качественно оценить надежность теплоотпуска источником, а также разработать перечень мероприятий для ее обеспечения.

Надежность теплоотпуска источником оценивается численными значениями следующих показателей:

• вероятность безотказной работы источника, отн. ед.;
• коэффициент готовности источника к теплоотпуску, отн. ед.;
• время восстановления (перерыв в подаче расчетного количества теплоты и снижения температуры воздуха в помещениях) работоспособного состояния оборудования источника, ч;
• температура воздуха в помещениях потребителей тепловой энергии в конце периода восстановления работоспособного состояния оборудования источника теплоснабжения, °С;
• допустимое снижение относительной подачи теплоты (тепловой мощности) потребителям тепловой энергии, %.

Расчет численных значений этих показателей выполняется в следующем порядке:

• в зависимости от расчетной температуры наружного воздуха (для проектирования отопления) и наличия в системе потребителей первой, второй и третей категории определяется значение допустимого снижения относительной подачи теплоты потребителям;
• определяется ожидаемое снижение тепловой мощности источника при отказах котельных установок;
• рассчитывается текущее значение интенсивности отказов оборудования источника с учетом отказов, возникающих не только в системах и оборудовании источника, но и во внешних (сервисных) системах (топливоснабжения, электроснабжения и водоснабжения), обеспечивающих его функционирование (таким образом в расчете учитывается статистика отказов внешних технических систем, которая оказывает влияние на надежность источника в целом);
• вычисляется среднее значение времени восстановления оборудования источника после отказов (с учетом времен восстановления оборудования систем топливоснабжения, электроснабжения и водоснабжения);
• рассчитываются вероятность безотказной работы, вероятность отказа и коэффициент готовности источника к теплоснабжению потребителей;
• определяется значение недопоставленной (в результате отказов) потребителям тепловой мощности и значение тепловой мощности источника, фактически выданной в тепловые сети.

Далее, полученные по результатам расчетов значения показателей, проверяются на соответствие требованиям нормативных документов. При этом проверяются следующие условия:

• соответствие среднего значения тепловой мощности источника, фактически выданной в тепловые сети, минимально допустимому (при отказах) снижению тепловой мощности источника;
• соответствие среднего значения времени восстановления оборудования источника (после отказов), максимально допустимому (при отказах) времени восстановления;
• соответствие фактического снижения относительной подачи теплоты (из-за отказов оборудования источника), допустимому снижению относительной подачи теплоты потребителям;
• соответствие ожидаемого (при отказах оборудования источника) снижения температуры воздуха в помещениях зданий потребителей, допустимому снижению температуры воздуха в помещениях зданий потребителей;
• соответствие значения вероятности безотказной работы источника требуемому нормированному значению.

Оценивание надежности источника теплоснабжения производится выполнением операций:

• перечисленные выше условия соответствия группируются в три подгруппы, каждая из которых используется для оценивания надежности теплоотпуска потребителям соответствующей категории. В результате формируются три функции оценивания, в каждой из которых используется свой состав аргументов;
• результаты проверок условий соответствия представляются в бинарном виде («выполняется» или «не выполняется», «истина» или «ложь», «1» или «0») и присваивается как значение соответствующего аргумента соответствующих функций оценивания. Все возможные сочетания (полные наборы) значений аргументов функций оценивания приведены в полной версии статьи;
• в зависимости от набора значений аргументов функциям оценивания присваиваются значения, отражающие выполнение (не выполнение) нормированных требований.

В документе [6] (п. 12а) нормирована система оценок надежности источника теплоснабжения без учета положений СП 89.13330.2016 (п. 4.8, 4.16) и СП 124.13330.2012 (п. 4.2, 5.5, 6.26) в отношении допустимых отклонений значений показателей надежности теплоотпуска потребителям тепловой энергии в зависимости от их категории. В связи с этим обстоятельством предлагается актуализировать нормированную систему качественных оценок введением количественной градации значений вероятностей безотказной работы источников в зависимости от категории потребителей тепловой энергии (присоединенных к источнику) и результатов проверки соответствия показателей надежности источников теплоснабжения требованиям нормативных документов (по значениям функций оценивания). В такой системе оценок (приведена в полной версии статьи) градация диапазонов численных значений вероятности безотказной работы источников значений функций оценивания четко соответствует градации нормативных требований к надежности теплоотпуска источниками в зависимости от категории потребителей тепловой энергии.

Пример расчета численных значений показателей с последующей оценкой надежности источника теплоснабжения, а также разработки мероприятий по обеспечению надежности теплоотпуска, приведен в полной версии статьи.

Список литературы

[1] СП 89.13330.2016 Котельные установки. Актуализированная редакция СНиП II-35-76.

[2] СП 124.13330.2012 Тепловые сети. Актуализированная редакция СНиП 41-02-2003.

[3] Правила организации теплоснабжения в Российской Федерации. Постановление Правительства РФ от 8 августа 2012 года № 808 (с изменениями на 31 марта 2025 года).

[4] Изменения, которые вносятся в акты Правительства Российской Федерации. Постановление Правительства РФ от 31 марта 2025 года № 408.

[5] Сеннова Е.В., Смирнов А.В., Ионин А.А. и др. Надежность систем энергетики и их оборудования: Справочное издание. В 4 т. Т. 4: Надежность систем теплоснабжения / — Новосибирск: Наука, 2000. — 351 с..

[6] Методические указания по анализу показателей, используемых для оценки надежности систем теплоснабжения (приказ Министерства регионального развития РФ от 26 июля 2013 г. № 310).

[7] Методические указания по разработке схем теплоснабжения (приказ Минэнерго РФ от 5 марта 2019 года № 212).

[8] Ионин А.А. Надежность систем тепловых сетей. — М.: Стройиздат, 1989. — 268 с.: ил. — (Надежность и качество).-ISBN 5-274-00518-7.