district heating system
Analysis of the causes of unsatisfactory cooling of return network water in heating substations
Wstęp – rola węzłów cieplnych w systemie ciepłowniczym
System ciepłowniczy tworzą źródła ciepła, sieć ciepłownicza, przepompownie sieciowe, węzły cieplne i odbiorcy. Są to współpracujące ze sobą maszyny, urządzenia i instalacje służące do wytwarzania, przesyłania i odbioru ciepła. Wytwarzanie odbywa się najczęściej przez spalanie węgla, gazu, oleju lub biomasy. W dużych i średnich systemach ciepłowniczych produkcja ciepła odbywa się często w kogeneracji, czyli jednocześnie z produkcją energii elektrycznej, co pozwala zmniejszyć zużycie paliwa i emisję substancji szkodliwych a w tym dwutlenku węgla.
Ze źródła ciepło przekazywane jest w formie gorącej wody o odpowiedniej temperaturze do sieci ciepłowniczej, a następnie do węzłów cieplnych w budynkach będących odbiorcami ciepła na potrzeby centralnego ogrzewania (co), technologii (ct) oraz ciepłej wody (cw). Wzorcowe wartości
Wykres regulacyjny temperatury wody sieciowej dla węzłów cieplnych w WSC
temperatury zasilania i powrotu wody sieciowej w systemie ciepłowniczym w sezonie ogrzewniczym określa t.zw. wykres regulacyjny lub tabela regulacyjna. Zgodnie ze standardami jakościowymi możliwe są odchylenia od wartości temperatury wody z wykresu regulacyjnego o kilka % lub kilka stopni Celsjusza [10],[11]. Istotną cechą nowoczesnych systemów ciepłowniczych czwartej (4DH) i piątej generacji (5DH) jest znaczące obniżenie temperatury wody sieciowej zasilającej oraz uzyskiwanie możliwie maksymalnego schłodzenia wody powrotnej [7]. Obniżenie temperatury prowadzi bowiem do zmniejszenia strat przesyłania ciepła w sieciach i zwiększenia efektywności kogeneracji w źródłach ciepła [4], [5], [6], [8], [10]. Za schładzanie wody sieciowej (zasilanie > powrót) odpowiadają węzły cieplne i współpracujące z nimi instalacje odbiorcze w budynkach. Niedostateczne schładzanie wody sieciowej powrotnej jest zjawiskiem niekorzystnym, gdyż prowadzi do wzrostu strat przesyłania ciepła i pogorszenia warunków pracy bloków ciepłowniczych kogeneracyjnych.
W Warszawie system ciepłowniczy (WSC) jest jednym z największych w Europie. Efektywne prowadzenie WSC jest bardzo istotne ze względów ekonomicznych oraz ochrony środowiska. WSC jest zasilany gorącą wodą, zwaną wodą sieciową. Sieci o długości blisko 1800 km, którymi dostarczane jest ciepło do ok.19 000 obiektów na terenie Warszawy, pokrywają 80% potrzeb stolicy. Sieć składa się w 18% z rurociągów magistralnych, w 40% z rurociągów rozdzielczych i w 42% z przyłączy. Moc zamawiana w źródłach to ok. 3 600 MW, a przesył ciepła rocznie za pośrednictwem sieci ciepłowniczej wynosi ok. 10 TWh. Straty w sieci i węzłach cieplnych, zależne od warunków klimatycznych w danym roku, stanowią 10-12%. Warszawski system ciepłowniczy jest zasilany z czterech źródeł: EC Siekierki, EC Żerań, Ciepłowni Kawęczyn i Ciepłowni Wola, należących do PGNiG TERMIKA oraz małej EC (10 MWq) w ZUO-ZUSOK. Warszawska sieć ciepłownicza ma strukturę rozgałęźnopierścieniową. Atutem takiej struktury jest to, że każdy obszar może być zasilany z dwóch kierunków, a w razie awarii jednego z nich, obszar jest zasilany z innego źródła, co znacznie zwiększa pewność zasilania wszystkich odbiorców.
Ważnym ogniwem systemu ciepłowniczego są węzły cieplne (WC), czyli obiekty stanowiące połączenie sieci ciepłowniczej z instalacją w budynku. W węzłach ciepło może być transformowane do odpowiednich parametrów na potrzeby ogrzewania (instalacja c.o.), ciepłej wody (instalacja c.w.), wody/pary technologicznej (instalacja c.t.). W węźle są zgrupowane urządzenia przekazujące ciepło do instalacji c.o., c.w. i c.t. oraz urządzenia kontroli i pomiaru parametrów nośnika ciepła. W Warszawie jest około 17 000 węzłów, z których 98% to węzły indywidualne. Ze względu na to, że węzły indywidualne mają większą efektywność energetyczną, węzły grupowe są w trakcie likwidacji.
Wyposażenie węzłów cieplnych zależy od typu i mocy węzła. Jednak są urządzenia występujące we wszystkich węzłach, w tym: wymienniki ciepła, zawory regulacyjne, elektroniczne regulatory pogodowe, pompy obiegowe, liczniki ciepła, odmulacze i filtry. Każdy węzeł wyposażony jest w licznik ciepła oraz automatykę pogodową. Automatyka pogodowa steruje dopływem ciepła, wykorzystując czujniki temperatury powietrza zewnętrznego i wody w instalacjach wewnętrznych. Gdy temperatura powietrza spada poniżej granicznej, instalacja centralnego ogrzewania automatycznie włącza się i uruchomia dostawę ciepła do budynku. Gdy temperatura powietrza wzrasta, automatyka wyłącza dostawę ciepła do instalacji centralnego ogrzewania.
Każdy węzeł cieplny ma czujniki temperatury wody zasilającej i powrotnej, co umożliwia zapisywanie danych do bazy danych i pozwala na analizę poprawności pracy poszczególnych węzłów.
Węzły ciepła pełnią następujące, zasadnicze, funkcje:
- dostarczanie ciepła z systemu do instalacji odbiorców,
- kontrola i regulacja parametrów, takich jak: temperatura, ciśnienie i przepływ nośnika ciepła do instalacji c.o., c.w., c.t.,
- kontrola natężenia przepływu nośnika ciepła i dostosowanie ilości przekazywanego ciepła do potrzeb instalacji odbierającej,
- pomiar ilości przekazanego ciepła.
W około 3-4% węzłów ciepłowniczych w warszawskim systemie ciepłowniczym schłodzenie wody sieciowej powrotnej w węzłach cieplnych jest niezadowalające (woda powrotna ma zbyt wysoką temperaturę). Potocznie zjawisko to określane jest jako „przegrzewanie” węzłów cieplnych. Ze względu na jego niekorzystne oddziaływanie na system ciepłowniczy, prowadzone są prace nad jego ograniczeniem i eliminowaniem.
„Przegrzew” występuje, kiedy temperatura wody powrotnej nie spełnia wymagań, czyli jest znacznie większa od wartości, wynikającej z tabeli regulacyjnej. Mogą być stosowane różne kryteria oceny stopnia przegrzewu wody powrotnej. Np. w firmie Veolia Energia Warszawa S.A., żeby oznaczyć węzeł cieplny jako „przegrzewany” różnica średniej temperatury wody powrotnej i temperatury regulacyjnej (rys.1) powinna być większa, niż 10K
a analiza przyczyn niedostatecznego schładzania wody sieciowej ogranicza się do węzłów o mocy średniej w analizowanym okresie, przekraczającej 50 kW.
Przyczyny niedostatecznego schładzania wody sieciowej w węzłach cieplnych
W wyniku wykonanych w pracy [1] analiz wyodrębniono 15 szczególnych przyczyn niedostatecznego schładzania wody sieciowej w węzłach cieplnych (rys.2):
1. awaria pompy c.w., c.o.;
2. awaria ciepłomierza (w tym czujników temperatury) – nieprawidłowe wskazania wartości temperatury;
3. awaria regulatora c.o.;
Przyczyny „przegrzewu” w węzłach cieplnych WSC
4. awaria regulatora c.t. ;
5. awaria regulatora c.w. (w tym regulator bezpośredniego działania);
6. brak automatycznej regulacji w węźle;
7. nieprawidłowa nastawa regulatora c.o.;
8. nieprawidłowa nastawa regulatora c.t.;
9. nieprawidłowa nastawa regulatora c.w.;
10. nieprawidłowa praca regulatora c.t.;
11. nieprawidłowa praca regulatora c.o.;
12. nieprawidłowa praca regulatora c.w.;
13. zanieczyszczenie wymiennika – powodem jest zanieczyszczona woda w instalacji odbiorcy, co powoduje nieprawidłowe przekazywanie ciepła pomiędzy czynnikiem ciepła o podwyższonych parametrach, czyli parametrach sieciowych a wodą instalacyjną o niższych parametrach;
14. zły stan techniczny urządzeń węzła – m.in. urządzenia zamontowane w węźle są starej generacji, zamulone regulatory bezpośredniego działania zacinają się i nie można zmieniać nastaw, korozja, brak izolacji;
15. błędne nastawy automatyki.
Analiza on-line przyczyn niedostatecznego schładzania wody sieciowej w węzłach spowoduje skrócenie czasu usunięcia awarii i poprawi efektywność pracy monterów i automatyków. Obecnie przyczynę niedostatecznego schładzania wody określa się po interwencji – wizycie w węźle. Jeśli z wykresów sporządzanych dla większości węzłów widać, że temperatura wody powrotnej jest zawyżona, monter udaje się do węzła by określić tego przyczynę. Analiza on-line, prowadzona z pomocą odpowiedniego algorytmu, pozwoli personelowi technicznemu określić możliwą przyczynę niesprawności w węźle cieplnym oraz przygotować się przed wyjazdem na obiekt do jej usunięcia, co skróci czas naprawy.
Po analizie informacji o przyczynach przegrzewów zaobserwowanych w ok. 200 różnych węzłach w roku 2018 (rys.2) można zauważyć, że najczęściej występu- ją trzy przyczyny:
1. Nieprawidłowa praca regulatora c.w. – 18%;
2. Nieprawidłowa praca regulatora c.o. – 16%.
3. Nieprawidłowa nastawa regulatora c.w – 13%.
Ze względu na brak niezbędnych informacji (pomiary temperatury wody w instalacji c.o., pomiary temperatury wody w instalacji c.w., pomiary ciśnień) obecnie nie jest możliwa pełna identyfikacja przyczyn „przegrzewu” wody sieciowej. Dlatego znaczną część pracy [1] poświęcono analizie przyczyn połączonych w podgrupach. Ta część analizy nie jest szczegółowo omawiana w artykule, gdyż stanowiła etap pośredni w dochodzeniu do celu jakim jest pełna identyfikacja przyczyn, możliwa po uzupełnieniu wymaganych pomiarów.
Wskaźniki „przegrzewu”
Na podstawie analizy temperatury z wykresów regulacyjnych stosowanych do oceny poprawności pracy węzłów cieplnych, zostały zdefiniowane dwa wskaźniki niedostatecznego schładzania wody sieciowej powrotnej („przegrzewu”).
δtp – wskaźnik jednomiarowy „przegrzewu” – określony na podstawie wartości jedynie temperatury wody sieciowej powrotnej.
gdzie:
Tpow – temperatura rzeczywista wody sieciowej powrotnej w węźle cieplnym, °C;
DTpow – różnica temperatury wody sieciowej powrotnej rzeczywistej i temperatury wody sieciowej powrotnej z tabeli regulacyjnej, K.
Wskaźnik dtp określa stopień zawyżenia temperatury powrotu (procentowo) odnośnie do „regulacyjnej” temperatury wody sieciowej powrotnej. Wskaźnik „przegrzewu” zdefiniowany wzorem 2 zależy nie tylko od DTpow, ale także od wartości temperatury powrotu (dla danej temperatury zewnętrznej) wynikającej z wykresu regulacyjnego. Wykres wskaźnika δtp od Tpow.reg wg rys. 1 dla DTpow = 10 i 15K jest przedstawiony na rys.2. Z rys.2 wynika, iż wskaźnik δtp w sposób bardziej obiektywny wyznacza skale „przegrzewu” niż sama wartość DTpow (wzór 1).
Wskaźnik przegrzewu δtp w funkcji temperatury wody powrotnej regulacyjnej Tpow.reg dla DTpow = 10 i 15K
Wskaźnik przegrzewu δtzp w funkcji regulacyjnej różnicy temperatury wody na zasilaniu i powrocie DTreg = Tzas.reg – Tpow.reg dla DTpow = 10 i 15K
δtzp – wskaźnik dwumiarowy „przegrzewu” – określony z uwzględnieniem różnicy temperatury wody sieciowej zasilającej powrotnej dla stanu regulacyjnego (∆Treg) i rzeczywistego (∆T)
gdzie:
DTreg – różnica temperatury wody zasilającej i powrotnej w węźle cieplnym z wykresu regulacyjnego, DTreg = Tzas.reg – Tpow.reg, K;
DT – rzeczywista różnica temperatury wody zasilającej i powrotnej w węźle cieplnym, DT = Tzas – Tpow, K.
Uwzględniając wzory określające DTreg i DT otrzymujemy:
Należy zaznaczyć, że wartość DTreg powinna być określona dla temperatury zewnętrznej, dla której została wyznaczona DTpow. Wykres wskaźnika dtzp od DTreg (wg wartości Tzas_reg, Tpow_reg z rys.1) dla DTpow = 10 i 15K jest przedstawiony na rys.4. Wartości wskaźnika dtzp są większe od wartości wskaźnika δtp. Tym samym wskaźnik ten bardziej określa zjawisko „przegrzewu”, występujące w źle pracujących węzłach cieplnych.
Dane z systemu PI Data Link
PI System jest specjalnym systemem programistycznym bazodanowym, jaki gromadzi, analizuje, wizualizuje i przesyła dużą liczbę danych w formie szeregów czasowych z różnych źródeł i systemów. PI DataLink jest jednym z instrumentów PI System, który upraszcza dostęp do danych, ich wizualizacji oraz analizy, umożliwia ładowanie danych z serwera PI do arkuszy Microsoft Excel w celu analizy wszystkich danych operacyjnych za pomocą zaawansowanych narzędzi MS-Excel.
Stworzony do analizy pracy węzłów program MS-Excel współpracujący z systemem PI DataLink (rys.5) pozwala odczytywać bieżące i archiwalne dane z pracy węzłów cieplnych, kalkulować średnie dane za wybrany okres – dzień, tydzień, miesiąc, rok oraz wizualizować te dane [1].
W programie tworzonych jest 6 wykresów, wizualizujących pracę WC:
1. Temperatura wody sieciowej zasilającej (rys.6).
2. Odchyłka rzeczywistej temperatury zasilania od regulacyjnej.
3. Temperatura wody sieciowej powrotnej.
4. Odchyłka rzeczywistej temperatury powrotu od regulacyjnej (rys.7).
Program MS-Excel współpracujący z systemem PI DataLink do analizy pracy WC
Temperatura wody sieciowej zasilającej
Odchyłka temperatury wody sieciowej powrotnej
5. Przepływ chwilowy wody sieciowej powrotnej.
6. Moc chwilowa WC.
Wykres „T zasilania” (rys.6) pokazuje jaka musi być temperatura wody sieciowej zasilającej w wybranym okresie w zależności od temperatury zewnętrznej i jaka jest w rzeczywistości temperatura zasilania. Z rys.6 widać, że od 16.01.2018 Tzas przekroczyła wartość Tzas.reg i na stałe była zawyżona do 08.02.2018. Wartości Tzas ≈ 0°C oznaczają, że w te dni wystąpiły problemy w systemie, rejestrującym parametry pracy węzła cieplnego w bazie danych.
Wykres „T powrotu – odchyłka” (rys.7) pokazuje, ile stopni wynosi różnica temperatury wody sieciowej powrotnej i temperatury regulacyjnej. Wartości odchyłki ≈ 0oC oznaczają, że w te dni wystąpiły problemy w systemie, przekazującym parametry pracy węzła cieplnego w bazie danych.
Przyczyny „przegrzewów” zidentyfikowane na podstawie wykresów temperatury Tp
Wszystkie węzły cieplne są wyposażone w licznik główny, który jest zamontowany najczęściej na rurociągu z wodą sieciową powrotną. Licznik rejestruje podstawowe parametry pracy węzła oraz pobrane ciepło. Z tego względu wstępna analiza przyczyn niezadowalającego schładzania wody sieciowej została zrealizowana na podstawie danych z licznika głównego. Z kształtu wykresu temperatury wody sieciowej powrotnej można wyznaczyć po stronie jakiej instalacji (c.o./c.t. albo c.w.) występuje problem, powodujący niedostateczne schładzanie wody sieciowej, albo wskazać na awarię ciepłomierza. Niżej przedstawiono przykładowe przyczyny niedostatecznego schładzania wody sieciowej określone na podstawie wykresów temperatury Tp. Podane wartości graniczne są określone dla wykresu regulacyjnego WSC.
Wykresy Tp w przypadku awarii ciepłomierza
Temperatura wody sieciowej powrotnej, w zależności od temperatury zewnętrznej, powinna mieścić się w przedziale 38-55°C. W przypadku awarii ciepłomierza temperatura wody sieciowej powrotnej jest znacznie zawyżona. Z analizy wynikają 2 typy wykresów temperatury wody sieciowej powrotnej, towarzyszące awarii ciepłomierza:
Typ 1
W przypadku, kiedy Tpow ≥ 200°C i jest stała w ciągu kilku dni albo tygodni można stwierdzić, że to nieprawidłowe wskazanie temperatury spowodowane jest awarią ciepłomierza. Przykładowy wykres temperatury wody sieciowej powrotnej przy awarii ciepłomierza typu 1 jest przedstawiony na rys.8.
Typ 2
Wykres Tpow w przypadku awarii ciepłomierza w węźle cieplnym – typ 1
Wykres Tpow w przypadku awarii ciepłomierza w węźle cieplnym – typ 2
Wykres Tpow w przypadku awarii na instalacji c.o.
Wykres Tpow w przypadku awarii w instalacji c.w.
W przypadku, kiedy różnica temperatury powrotu w stosunku do wartości z wykresu regulacyjnego jest wyższa niż 20°C (Tpow – Tpow.reg ≥ 20°C) i dodatkowo występują gwałtowne wzrosty temperatury ponad 95-150°C, można stwierdzić z dużym prawdopodobieństwem, że występuje awaria ciepłomierza. Przykładowy wykresy temperatury wody sieciowej` powrotnej przy awarii ciepłomierza typu 2 jest przedstawiony na rys.9.
Wykresy Tp w przypadku awarii w instalacji c.o., c.t., c.w.
Na podstawie samej temperatury powrotu wody sieciowej, bez dodatkowych odczytów innych parametrów pracy WC, można tylko wskazać instalację, po stronie której występuje awaria, powodująca niedostateczne schładzanie wody sieciowej:
a) Awaria po stronie instalacji c.o./c.t. 90% przeanalizowanych wykresów temperatury wody sieciowej powrotnej przy problemie w instalacji c.o./c.t. charakteryzują się następnymi cechami:
- Linia Tpow powtarza kształt linii Tpow.reg;
- Tpow – Tpow.reg ≤ 20°C;
- Zmiana Tpow jest nieregularna, płynna, bez gwałtownych wzrostów i spadków temperatury.
Na wykresie z rys.10 widać, że rzeczywista temperatura powrotu powtarza kształt linii temperatury z tabeli regulacyjnej, średni przegrzew wynosi około 12°C a zmiana rzeczywistej temperatury wody sieciowej powrotnej jest nieregularna, bez gwałtownych wzrostów.
b) Awaria po stronie instalacji c.w. Blisko ¾ wykresów temperatury wody sieciowej powrotnej przy problemach w instalacji c.w. charakteryzuje się następującymi cechami:
- Linia Tpow ma częste i „zagęszczone” zmiany wartości;
- Występują gwałtowne wzrosty i spadki temperatury wody powrotnej;
Na wykresie z rys.11 widać, że zmiana rzeczywistej temperatury wody sieciowej powrotnej jest częsta i „zagęszczona” oraz, dodatkowo, uwidoczniają się gwałtowne spadki i wzrosty Tpow w zakresie od 30°C do 65°C. Na podstawie tej informacji można wskazać, że w węźle cieplnym występuje problem w instalacji c.w., który powoduje niedostateczne schładzanie wody sieciowej. Warto zauważyć, iż gwałtowne zmiany Tpow są charakterystyczne dla pracy instalacji c.w. w okresach dużych rozbiorów, ale Tpow powyżej 50°C to ewidentne „przegrzewy”.
Dodatkowe pomiary w węzłach niezbędne dla pełnej identyfikacji „przegrzewów”
Instalację w węźle cieplnym, w której występuje problem powodujący niedostateczne schładzanie wody sieciowej można wskazać, opierając się na wykresie temperatury wody sieciowej powrotnej, tworzonym na podstawie danych z licznika głównego. Aby określić w sposób jednoznaczny przyczynę wystąpienia „przegrzewu”,musimy posiadać dodatkowe odczyty parametrów z urządzeń zamontowanych na module c.o. .
Regulator pogodowy
Wykresy parametrów w węźle w przypadku problemów z automatyką modułu c.o.
W celu prawidłowej identyfikacji uszkodzenia poszczególnych elementów wchodzących w skład regulatora pogodowego modułu c.o. wymagana jest:
- Temperatura zasilania instalacji c.o. rzeczywista – tzas.COrz ;
- Temperatura zasilania instalacji c.o. obliczeniowa – tzas.COobl;
- Temperatura wody powrotnej sieciowej c.o. – Tpow CO;
- Temperatura zewnętrzna – tzew.
Kryterium prawidłowej pracy regulatora pogodowego można wyrazić różnicą, której maksymalne wartość odpowiadają najniższej, a minimalne–najwyższej temperaturze zewnętrznej:
Automatyka modułu c.o.
Do prawidłowego zdiagnozowania problemu z automatyką c.o. potrzebne są następujące dane:
- Temperatura zasilania instalacji c.o. obliczeniowa – tzas.COobl;
- Temperatura zasilania instalacji c.o. rzeczywista – tzas.COrz ;
- Temperatura regulacyjna wody powrotnej sieciowej z wymiennika c.o. – Tpow regCO ;
- Temperatura wody powrotnej sieciowej – Tpow ; Kryterium wstępne nieprawidłowej pracy automatyki modułu c.o.:
Jeżeli występuje znacząca różnica pomiędzy tzas.COobl i tzas.COrz, to znaczy, że w węźle cieplnym występuje problem z automatyką modułu centralnego ogrzewania.
Pompa obiegowa c.o.
Do prawidłowego zdiagnozowania problemu z pompą obiegową potrzebne są następujące dane:
- Temperatura zasilania instalacji c.o. obliczeniowa – tzasCOobl;
- Temperatura zasilania instalacji c.o. rzeczywista – tzas.COrz;
- Temperatura regulacyjna wody powrotnej sieciowej z wymiennika c.o. – Tpow regCO;
- Temperatura wody powrotnej sieciowej – Tpow;
- Temperatura zewnętrzna – tzew;
- Przepływ chwilowy z podlicznika c.o. – GchwilCO;
- Różnica ciśnienia przed i za pompą – opcjonalnie;
Aby stwierdzić uszkodzenie pompy obiegowej c.o. należy mieć wszystkie odczyty wymienione powyżej i przeanalizować wykresy tych parametrów, jak na rys.12.
Wskutek wzrostu temperatury zewnętrznej powyżej nastawy nastąpiło czasowe wyłączenie ogrzewania (wykres przepływu chwilowego, niebieska linia Gchwil=0). W momencie ponownego uruchomienia instalacji c.o. nie wystartowała pompa obiegowa c.o. Nastąpił gwałtowny wzrost temperatury wody sieciowej powrotnej za wymiennikiem c.o. oraz wzrost temperatury zasilania w instalacji c.o. Powodem takiego stanu jest brak przepływu wody instalacyjnej przez wymiennik. Skok temperatury na powrocie sieciowym z wymiennika c.o. spowodował również wzrost temperatury wody sieciowej powrotnej rejestrowanej w liczniku głównym. W/w sekwencję zdarzeń potwierdza również odczyt przepływu chwilowego z podlicznika c.o.
Zanieczyszczenie wymiennika c.o.
Do prawidłowego zdiagnozowania zanieczyszczenia wymiennika c.o. wymagane są następne dane:
- Temperatura zasilania instalacji c.o. obliczeniowa – tzas.COobl;
- Temperatura zasilania instalacji c.o. rzeczywista – tzas.COrz;
- Temperatura regulacyjna wody powrotnej sieciowej z wymiennika c.o. – Tpow regCO;
- Temperatura rzeczywista wody powrotnej sieciowej z wymiennika c.o. – Tpow CO ;
- Temperatura regulacyjna wody powrotnej sieciowej – Tpow ;
- Temperatura rzeczywista wody powrotnej sieciowej – Tpow.reg;
Na podstawie odczytanych parametrów można w sposób jednoznaczny określić przyczynę wystąpienia „przegrzewu” na powrocie sieciowym, którą w tym przypadku jest zanieczyszczenie wymiennika c.o.
Kryteria potwierdzające zanieczyszczenie wymiennika są następujące:
1. tzas.CO rz = tzas.COobl (pokazuje, że automatyka pracuje poprawnie),
2. Tpow CO > Tpow regCO.
Jeżeli temperatura zasilania instalacji centralnego ogrzewania w rzeczywistości jest taka sama jak temperatura z wykresu regulacyjnego, ale temperatura rzeczywista wody powrotnej sieciowej z wymiennika c.o. jest większa niż temperatura „regulacyjna”, czyli występuje niedostateczne jej schłodzenie, to można stwierdzić, że wymiennik c.o. jest zanieczyszczony.
Reasumując, niezbędne dodatkowe parametry dla diagnozy i identyfikacji poszczególnych przyczyn niezadowalającego schładzania wody sieciowej („przegrzewów”) są następujące: tzas.obl, tzas.rz, TpowCO, TpowregCO, GchwilCO, pzap – pprzedp
Podsumowanie
1. W artykule przedstawiono główne przyczyny niezadowalającego schładzania wody sieciowej, występującego w niektórych węzłach cieplnych. Zasadnicza analiza bazuje na kształcie wykresów temperatury wody powrotnej, co zawęża jej zakres i możliwość wskazania usterek, niesprawności i awarii w elementach i instalacjach węzłów. Wskazano zatem dodatkowe parametry, których pomiar umożliwiłby pełną diagnostykę przyczyn zawyżania temperatury wody sieciowej powrotnej i opracowanie algorytmów do bieżącej (on-line) analizy pracy węzłów cieplnych.
2. Bieżąca analiza poprawności schładzania wody sieciowej jest wyrazem troski o poprawne funkcjonowanie węzłów cieplnych. Zawyżanie temperatury wody powrotnej zmniejsza efektywność wymiany ciepła w samych węzłach, a ponadto powoduje wzrost strat przesyłania w sieci ciepłowniczej oraz pogarsza warunki skojarzonego wytwarzania ciepła i energii elektrycznej w źródłach ciepła.
3. Jako węzły niedostatecznie schładzające wodę sieciową proponuje się przyjąć te węzły, w których wskaźnik jednomiarowy δtp (wzór 2) lub wskaźnik dwumiarowy δtzp (wzór 4) przyjmuje wartość większą od wartości granicznej. Wartość graniczna przy restrykcyjnych wymaganiach powinna wynosić 0,12-0,15 a przy mniej restrykcyjnych 0,15-0,18.
L I T E R AT U R A
[1] Razumkowa K., Analysis of the causes of the insufficient cooling (“overheating”) of return water in district heating substations in the Warsaw district heating system. BSc Thesis. WUT, Warszawa, 2019.
[2] OSIsoft, Podręcznik użytkownika aplikacji PI DataLink 2017 (niepublikowane).
[3] Veolia Energia Warszawa S.A., Zbiór podstawowych zasad i reguły tworzenia kodu dla Majątku i Sygnały według standardu RDS PP, Warszawa 2018. (niepublikowane).
[4] Smyk A., Pietrzyk Z.: Efekty ekonomiczne obniżenia temperatury wody sieciowej powrotnej w systemie ciepłowniczym zasilanym z EC” INSTAL Nr 12/2002 str.10-13,16.
[5] Smyk A., Szymczyk J.: Obniżanie kosztów ciepła w systemach ciepłowniczych poprzez optymalny dobór wykresów regulacyjnych. PW. Prace Naukowe. Mechanika z.211, str.215-228. OWPW, Warszawa 2005.
[6] Smyk A., Pietrzyk Z.: „Efektywne wykorzystanie wymienników ciepła w wielofunkcyjnych węzłach cieplnych”. X FCP, Materiały XV KK, IGCP, 2006. str 220-230.
[7] Lund H, Werner S. ,Wiltshire R.,Svendsen S., Thorsen J.E. Hvelplund F., Vad Mathiesen B., 4th Generation District Heating (4GDH). Integrating smart thermal grids into future sustainable energy systems. Energy, Vol.68, 2014.
[8] Falba Ł., Pietrzyk Z., Smyk A. „Wykorzystanie MES do obliczania strat ciepła w miejskiej sieci ciepłowniczej”, COW 3/2009 s. 8-12.
[9] Smyk, Laskowski R., Komar D „Return DH water utilization in case of heat supply from CHP to the low-energy-consumption buildings”. Conference Proceedings.CPOTE 2018.
[10] Smyk A., Pietrzyk Z.: Straty przenikania ciepła w sieci ciepłowniczej w różnych warunkach eksploatacyjnych. Rynek Energii Nr 6(103), str 46-51, 2012.
[11] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z 15 stycznia 2007 r w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemów ciepłowniczych. DzU nr 16, 2007 poz. 92.
[12] Guidlines for Distric Heating Substations. EuroHeat and Power, October 2008.
[13] Ustawa Prawo Energetyczne. Tekst ujednolicony, URE, stan na 1.09.2019r.