О белорусском опыте модернизации теплоснабжения

Столь быстрый способ решения технической проблемы в соседнем государстве, где исходные позиции, с которых начиналась модернизация, в точности совпадают с теми позициями, на которых мы находимся сегодня, дает нам шанс, изучив белорусский опыт, избежать многих ошибок. Но, для начала, ознакомим наших читателей с тем, что и как было сделано в Минске. 

Общая тепловая мощность трех городских ТЭЦ и семь районных котельных составляет около 8800 Гкал/ч, а суммарная протяженность трубопроводов тепловой сети — почти 3,8 тыс. км. В городе 6418 жилых домов, где расположены 7834 индивидуальных тепловых пункта, из которых в процессе реконструкции были автоматизированы 6359 ИТП. Это много, но стоит отметить, что 19 % ИТП все же остались без автоматики. В процессе реконструкции были автоматизированы все 425 центральных тепловых пункта. 

Автоматизация ИТП выполнялась по традиционной для Европы схеме: все элеваторы были заменены на смесительные насосы; погодное регулирование обеспечивается работой регулирующих клапанов, уменьшающих расходы сетевой воды при температурах наружного воздуха, превышающих точку излома отопительного графика тепловой сети; клапаны работают при постоянном перепаде давления, который обеспечивается соответствующими регуляторами прямого действия; грязевики на абонентских вводах заменены сетчатыми фильтрами; вместо старых кожухотрубных теплообменников с латунными трубками установлены пластинчатые аппараты. 

За короткий срок проделана огромная работа. Ее общая стоимость не указывается, но, судя по описанным в статье [1] мероприятиям, это не менее $ 100 млн. Каков же результат? Результат впечатляет своей эффективностью только в словесном изложении, поскольку в цифрах он никак не отображен. Указано, что получена экономия топлива 20–25 %, но размытость этого диапазона весьма важных значений на фоне совершенно точных цифр, характеризующих объемы выполненных работ, дает основание предположить, что экономия топлива физически не измерялась, а принималась по аналогии с цифрами рекламного характера, часто подаваемыми некоторыми производителями приборов автоматизации. Другие результаты масштабной реконструкции системы централизованного теплоснабжения города реально оценить достаточно сложно, поскольку они отображены в жанре отчетного доклада, который изобилует не подкрепленными цифрами глаголами типа «достигнуто», «обеспечено», «снижено», «оптимизировано», «ликвидировано», «выдержано», «получено» и «компенсировано».Для тех, кто только пытается начать модернизацию систем теплоснабжения в других городах, более важно оценить недостатки выполненной в Минске работы, чтобы избежать ошибок. Справедливости ради, отметим, что недостаткам реконструкции в упомянутой статье тоже отведено свое место, и наш анализ мы начнем именно с тех ошибок, которые уже обозначены в статье с тем, чтобы последовательно перейти к тем просчетам, которые, возможно, лучше видны со стороны. 

Централизованное теплоснабжение является частью сложной городской структуры, включающей в себя источники тепла, тепловые сети, тепловые пункты и здания. Пока модернизации подвергнуты только тепловые пункты. Понятно, что сразу объять необъятное невозможно, но было бы рациональнее вкладывать ограниченные денежные средства последовательно в отдельные районы города, но так, чтобы при этом модернизацией были охвачены все элементы структуры одного района, включая дома, которые необходимо утеплять. Основной резерв энергосбережения находится в зданиях, и этот резерв в белорусской столице остался не использованным. 

Казалось бы, что за беда, ну не утеплили пока дома, но, придет время, и будут они все равно утеплены позже. Здесь можно отметить, по меньшей мере, два обстоятельства, создающие ущерб от запаздывания работ по тепловой модернизации зданий. Во-первых, после уменьшения тепловой мощности отопительных систем во многих случаях придется вновь заменять оборудование тепловых пунктов, модернизация которых уже состоялась. И, во-вторых, при комплексной модернизации системы можно избежать сооружения новых источников тепла в районах нового строительства. Сами по себе тепловые пункты, какими бы совершенными они ни были, не могут уменьшить расчетную тепловую мощность системы теплоснабжения, поскольку в пиковом режиме автоматика работать не будет. Поэтому проведенная в Минске модернизация не исключает необходимости сооружения новых источников тепла, удовлетворяющих потребности вновь строящихся зданий. Если бы одновременно с модернизацией тепловых пунктов в одном из городских районов была проведена тепловая модернизация зданий, то существующих в этом районе тепловых мощностей было бы достаточно для подключения к системе теплоснабжения значительного количества новых потребителей. 

Еще более удручает то, что в процесс модернизации тепловых пунктов в Минске не сопровождался одновременным проведением соответствующих мероприятий на источниках теплоснабжения. В результате такой модернизации в режиме активной работы средств автоматизации на тепловых пунктах, сокративших расход сетевой воды, давление в подающем трубопроводе тепловой сети возрастало настолько, что пришлось устраивать в тепловых пунктах перепускные перемычки и, чтобы не разорвались трубопроводы, открывать их. 

Большая часть минских тепловых пунктов, если судить о них по описаниям [1], смонтирована по принципиальной схеме, показанной на рис. 1. Тепловая мощность системы отопления 1, работающей при постоянном циркуляционном расходе, обеспечиваемом работой насоса 2, регулируется путем изменения расхода сетевой воды при изменении положения рабочего органа регулирующего клапана 3. Для устойчивой работы клапана 3 перед ним установлен регулятор перепада давления 4 и сетчатый фильтр 5, заменивший старые грязевики. Дополнительно установлена «временная» перепускная перемычка 6, которую приходится открывать в режиме регулирования, когда давление в подающем трубопроводе поднимается до опасных значений. 

В статье не сообщается о том, открывается ли запорное устройство на перемычке 6 автоматически или вручную. Поскольку перемычка 6, как подчеркивается, временная, то, скорее всего, автоматического клапана на ней нет. Поэтому персоналу приходится, постоянно наблюдая за стрелками манометров, быть на чеку, чтобы в момент, когда автоматические устройства работают наиболее эффективно, сокращая до минимума расход сетевой воды, варварски вмешаться и, открыв задвижку на перемычке 6, увеличить расход сетевой воды и, тем самым, свести к нулю всю созидательную работу дорогостоящей автоматики. 

Этой нелепости можно было бы избежать, если бы одновременно с модернизацией тепловых пунктов были модернизированы сетевые насосы на источниках теплоснабжения. Кроме того, в районных котельных необходимо гидравлически разделить контуры циркуляции системы теплоснабжения и котлов, потому что при недостаточном расходе сетевой воды, циркулирующей через котлы, некоторые фрагменты их поверхности могут опасно перегреваться. 

К «некоторым издержкам автоматизации» автор статьи [1] относит дополнительный расход электроэнергии на привод циркуляционных насосов, установленных в индивидуальных тепловых пунктах вместо элеваторов. Суммарную электрическую мощность двигателей всех установленных в Минске циркуляционных насосов (не считая резервных) можно оценить, исходя из общей тепловой мощности системы теплоснабжения, приблизительно в 6500 кВт, а годовой расход электроэнергии этими насосами составит около 30 000 МВт⋅ч. 

Для выработки такого количества электроэнергии на тепловой электростанции придется ежегодно сжигать дополнительно около 10500 т угля. Вероятно, в топках местных электростанций, на самом деле, сжигают не уголь, а природный газ, но миллионы кубометров газа на обывательском уровне оцениваются как-то не слишком ощутимо, а десять с половиной тысяч тонн угля — это 180 железнодорожных вагонов вместимостью 60 т каждый. По вагону в день в течение отопительного периода. Достаточно наглядно. 

Впрочем, главный ущерб от применения циркуляционных насосов в индивидуальных тепловых пунктах оценивается не в дополнительных тоннах сожженного топлива и не в деньгах, которые придется за него платить. В конце концов, в Минске почти два миллиона жителей, и, если расходы разбросать на всех, получится не слишком накладно. Гораздо опаснее то, что в результате модернизации тепловых пунктов существенно понизилась степень надежности системы теплоснабжения. Теперь при перебоях в подаче электрической энергии циркуляция воды в системах отопления практически прекратится, и, если это случится при сильных морозах, то замораживание отдельных участков отопительных систем станет весьма вероятным, а масштаб катастрофы непредсказуемым при соответствующем материальном ущербе. 

Конечно, можно исходить из благодушного предположения, что перебоев в электроснабжении у нас не будет никогда, и нечего беспокоиться. Но, к сожалению, как показывает опыт последних лет, техногенные катастрофы в современном мире случаются все чаще, а к аварийным ситуациям в любой сфере нужно относиться, так сказать, как к «неизбежному злу», которое обязательно произойдет, рано или поздно. 

Циркуляционные насосы в минских тепловых пунктах появились не случайно. Весь европейский опыт централизованного теплоснабжения опирается на применение насосов с электродвигателями, и неудивительно, что модернизация тепловых пунктов в Минске прошла по рекомендациям европейских экспертов и с применением европейского оборудования. Не только в республике Беларусь, но и на всем постсоветском пространстве мы, прислушиваясь к Европе, стали заменять в тепловых пунктах водоструйные насосы (элеваторы) насосами с электродвигателями. 

Сегодня вряд ли стоит, уподобляясь легендарному дону Кихоту, безуспешно пытавшемуся сокрушить ветряные мельницы, открывать фронт борьбы с достаточно совершенными малошумными циркуляционными насосами. При строительстве новых хорошо утепленных зданий они практически незаменимы, хотя бы потому, что элеваторы не могут эффективно работать в двухтрубных системах отопления с термостатическими клапанами, без которых современные отопительные системы не обходятся. 

Речь идет вовсе не о новом строительстве, а о реально существующих домах с однотрубными системами отопления, в которых элеваторы в течение нескольких десятилетий надежно обеспечивают циркуляцию, не требуя ни электрической энергии, ни особого обслуживания. 

От элеваторов избавляются только потому, что на них навешен ярлык устройства, которое не может работать в режиме автоматического регулирования. Это действительно так, если речь идет о повсеместно применяющейся европейской схеме пропорционального количественного регулирования с регулятором теплового потока и клапаном, поддерживающим постоянный перепад давления. Но эта европейская схема не должна рассматриваться как некая догма или незыблемая истина. Для огромного массива зданий советской постройки данная европейская схема далеко не оптимальна. И не нужно думать, что европейские эксперты будут изобретать оптимальные схемы для решения наших проблем. У них своя задача — продать нам как можно больше дорогого оборудования. И, надо признать, эту свою задачу они решают весьма успешно. И не только в Минске. 

При разработке оптимальной схемы нельзя не учитывать особенностей сложившейся теплофикационной системы. Только такой подход определяет реальную эффективность реконструкции. 

Например, гидравлически устойчивое регулирование [2], примененное при модернизации тепловых пунктов в Коммунарском районе украинского города Запорожья, решило задачу уменьшения потребления газа в районной котельной при минимальных затратах. Чтобы убедиться в этом, достаточно сопоставить параметры модернизации, проведенной в Минске и в Коммунарском районе Запорожья (табл. 1). 

Рассматривая отображенные в табл. 1 параметры модернизации, нетрудно прийти к выводу о том, что на Украине в Запорожье все выполнено предельно рационально. Элеваторы в домах остались на своем месте, и это не помешало заметно сократить не только потребление тепловой энергии, но и соответственно реально уменьшить расход газа в котельных. Весьма важно и то, что этот эффект достигается даже при выборочной автоматизации тепловых пунктов, в то время как при количественном регулировании выборочная автоматизация одного теплопункта приводит лишь к избыточному потреблению тепла в другом. 

Электрическая энергия в тепловых пунктах существующих домов в Запорожье практически не расходуется, расходы сетевой воды не меняются, и давления в трубопроводах в процессе регулирования не скачут, а, следовательно, не нужны и автоматические регуляторы давления. 

Описанная выше модернизация тепловых пунктов в Коммунарском районе города Запорожья не потребовала увеличения численности обслуживающего персонала, и это показательно, потому что численность обслуживающего персонала в Минске в результате модернизации тепловых пунктов увеличилась на 250 человек. Цифра это достаточно удивительна. 

Принято считать, что автоматика европейского образца достаточно надежна, и теплопункты, ею оборудованные, работают без постоянного за ними наблюдения. Видимо, на самом деле, это не совсем так. Расходы на зарплату дополнительного персонала в Минске оцениваются примерно в $ 1,5 млн в год, и без особой нужды администрация не стала бы нанимать дополнительных специалистов в таком количестве. Вывод прост — в Минске при реконструкции тепловых пунктов, особо не задумываясь, применили европейскую схему. 

Перед тем, как приступать к модернизации систем теплоснабжения в других городах, стоило бы все же задуматься и изучить отечественный опыт. 

1. Наумчик Е.М. Оптимизация системы теплоснабжения Минска // Энергосбережение, №1/2011. 
2. Гершкович В.Ф. Первые шаги гидравлически устойчивого регулирования // Энергосбережение в зданиях, №3(№52)/2010. 
 

Источник: Журнал СОК (Сантехника, Отопление, Кондиционирование).

Автор: В.Ф. ГЕРШКОВИЧ, к.т.н., ЧП «Энергоминимум».