2. Описание существующей ситуации

Начиная с 2007 года, расход сетевой воды на теплоснабжение города Ижевска от теплоисточника Ижевская ТЭЦ-2 постоянно увеличивается: в 2007-2008 г.г. расход составлял 11400 т/ч, к 2011 году достиг 13800 т/ч. С учетом крупного промышленного потребителя ОАО «Торговый дом «Завьяловский» (тепличный комбинат) и собственных нужд на отопление зданий ТЭЦ-2 в ОЗП 2010-2011 г.г. расход сетевой воды от Ижевской ТЭЦ-2 превысил 16000 т/ч. Увеличение расхода вызывает рост гидравлического сопротивления существующих сетепроводов между ПВК-1,2 и турбинным отделением. При этом давление на всасе сетевых насосов 3-ей секции второго подъема ПВК-2 СН-11,12,13,14,15 (СЭ-2500-180) понижается ниже допустимого. Для поддержания давления выполняется перепуск большого количества сетевой воды помимо сетевых подогревателей турбин через регулятор давления всаса (РДВ) и обводные трубопроводы.

Сетевые насосы второго подъема IICH-1÷15 предназначены для создания надёжной циркуляции сетевой воды через водогрейные котлы и обеспечения заданного давления и расхода сетевой воды, поступающей в город на отопление и горячее водоснабжение. Сетевые насосы установлены на водогрейной котельной, за исключением IICH-10, расположенного в машинном зале главного корпуса.

Максимальная температура теплоносителя 150ºС, сезонные пределы изменения расходов сетевой воды: 0 – 14000 м³/ч.

Всего установлено 15 сетевых насосов второго подъема:

• IICH-1÷10 типа СЭ-1250-140 (Q = 1250 м³/ч, H = 140 м. вод. ст);

• IICH-11,13 типа СЭ-2500-180 (Q = 2500 м³/ч, H = 180 м. вод. ст);

• IICH-12,14,15 типа СЭ-2500-180 (Q = 2680 м³/ч, H = 180 м. вод. ст).

Давление в подающем трубопроводе тепловой сети поддерживается по заданию диспетчера тепловой сети на уровне:

• зимний режим: 13,7 кгс/см²;

• переходный режим: 1313,5 кгс/см²;

• летний режим: 1010,5 кгс/см²;

• опрессовка тепловой сети: 20 кгс/см².

До 3 квартала 2008 года грубое регулирование режима теплосети осуществлялось количественно включением и отключением насосов. Для точного регулирования давления прямой сетевой воды выделялись два одинаковых насоса: IICH-3 и IICH-4 типа СЭ-1250-140 (Q = 1250 м³/ч, H = 140 м. вод. ст) с двигателями типа А-12-52-4 (U = 6 кВ; Р = 630 кВт; I_ном = 73 А; n = 1480 об/мин). Рабочее питание IICH-3 – секция 6кВ 3РО; IICH-4 – секция 6 кВ 4РО.

Поддержание заданного давления в напорных трубопроводах сетевой воды Ижевской ТЭЦ-2 осуществлялось дистанционно дросселированием потока задвижками, установленными на напорных линиях насосов №1 и №6 второго подъема (см. рис.6)

Дросселирование потока приводило к значительному перерасходу электроэнергии на транспорт сетевой воды, средняя годовая доля которой в структуре электрических собственных нужд ТЭЦ-2 составляла 21%.

Перепад давления на регулирующей арматуре вызывал ее повышенный эрозионный износ и необходимость частого ремонта, а тем временем крупные потребители тепловой энергии от ТЭЦ-2 активно внедряли автоматические системы регулирования количества потребляемого тепла. Работа такой системы приводила и приводит сейчас к непрерывному изменению расхода сетевой воды и необходимости регулирования давления в подающем трубопроводе тепловой сети. По действующим нормам оно не должно отклоняться от заданного диспетчером более чем на 5%.

Рис.6. Схема тепловой сети (2 подъем) Ижевской ТЭЦ-2

В связи с этим, поддерживать гидравлический режим тепловой сети на Ижевской ТЭЦ-2 вручную оказалось весьма сложным, так как изменение расхода сетевой воды влекло необходимость включения и отключения сетевых насосов, что при отсутствии автоматического регулирования давления приводило к толчкам давления и гидравлическим ударам в тепловой сети.

Учитывая значительную наработку трубопроводов тепловой сети (более 36 лет), высокий их износ и чрезвычайную значимость для жизнеобеспечения города Ижевска, создание «щадящего» режима работы тепловой сети являлось крайне важной задачей.

Вопросы снижения потребления электроэнергии и поддержание режима тепловой сети решила технология регулируемого привода сетевых насосов.

В рамках инвестиционной программы в 2008 году были установлены частотно-регулируемые приводы мощностью 630 кВт на два сетевых насоса 2-го подъема СЭ-1250-140 IIСН-3, 4.

Установка ЧРП на сетевые насосы привела к:

1. Автоматическому поддержанию давления в подающем трубопроводе тепловой сети.

2. Частотному пуску и останову насосов, исключающему скачкообразное изменение давления и гидравлические удары в трубопроводах.

3. Автоматическому частотному включению и отключению резервного насосного агрегата при необходимости в случае значительного изменения режима.

4. Значительному снижению пусковых токов при частотном пуске и останове насосов, что увеличивает ресурс электродвигателей и высоковольтной коммутационной аппаратуры.

Для сравнения эффективности работы насосов с ЧРП и без него рассмотрим работу двух насосов: IIСН-2 без ЧРП и IIСН-3 с установленным на нем ЧРП.

Насосы IIСН-2 и IIСН-3 являются насосами типа СЭ-1250-140 (Q = 1250 м3/ч, H = 140 м. вод. ст., см. рис.7, 8). Они центробежные, горизонтальные, спирального типа с рабочими колесами двухстороннего всаса, двухступенчатые. Их корпус литой, чугунный с горизонтальным разъемом, опорами ротора служат подшипники качения.

Рис.7. Общий вид насоса горизонтального спирального типа СЭ 1250-140

Рис.8. Продольный разрез насоса типа СЭ 1250-140

Целью лабораторной работы заключается в измерении, определении и сравнении характеристик насосов СЭ-1250-140 (подача насоса Н, производительность Q, потребляемая мощность N и коэффициент полезного действия насоса η).

Испытания сетевых насосов проводятся с целью определения их фактических характеристик, т.е. зависимости развиваемого напора, потребляемой мощности и коэффициента полезного действия (КПД) насоса и насосного агрегата от объемной подачи сетевой воды в эксплуатационных условиях, в первом случае, с регулированием подачи насоса с помощью открытия/закрытия нагнетательной задвижки при полность открытой всасывающей задвижке, во втором случае, с регулированием подачи насоса при помощи ЧРП при полностью открытых задвижках на всасе и на напоре.

Знание фактических характеристик сетевого насоса позволяет решать следующие задачи:

• осуществлять периодический контроль за техническим состоянием;

• проводить сравнение с заводскими гарантиями или расчетами;

• оценивать работы насосов, результаты их модернизации, реконструкции и наладки;

• выявлять дефекты в работе, возможность групповой работы при параллельной схеме включения разрабатываемых гидравлических режимов систем теплоснабжения;

• разрабатывать оптимальные режимы работы и рекомендации по эксплуатации.

При испытаниях сетевых насосов измерениям подлежат следующие величины:

• подача испытываемого насоса;

• давление сетевой воды во входном и напорном патрубках насосах;

• температура сетевой воды, перекачиваемой насосом;

• мощность, потребляемая электродвигателем насоса;

• сила тока, потребляемого электродвигателем насоса.

Испытание сетевых насосов целесообразно проводить в четырех-пяти режимах (опытах) в направлении прямого и обратного хода. Установление режимов испытаний в направлении прямого хода (увеличение подачи насоса) и обратного хода (уменьшение подачи) несколько условно, и практически испытания можно вести в любом направлении изменения подачи насоса, а также ограничиваться режимами только прямого или обратного хода.

Из общего количества намечаемых опытов один (кратковременный продолжительностью 10-15 мин) проводиться в режиме работы насоса на холостом ходу (при закрытой задвижке) и 8-10 опытов - в диапазоне рекомендуемой паспортной характеристикой подачи насоса, включая максимально возможную подачу по условиям допустимой нагрузки электропривода, либо развиваемого давления.

Продолжительность каждого опыта в установившейся его части определяется необходимостью получения достоверных значений измеряемых параметров и обычно составляет 20-30 мин. По общепринятой методике испытаний энергетического оборудования за время опыта должно быть сделано не менее 10-12 записей показаний приборов. Регистрацию значений измеряемых подачи насоса и потребляемой из сети электрической мощности рекомендуется производить с периодичностью 1-2 мин, показания остальных приборов - 5 мин.

По опыту проведения испытаний вспомогательного энергетического оборудования колебания значений измеряемых параметров при испытаниях сетевых насосов не должны превышать ± 5 %.

Испытания сетевых насосов целесообразно проводить в период летнего режима горячего водоснабжения, предъявляющего наименьшие требования к стабильности эксплуатационного гидравлического режима. Однако их можно проводить и в период отопительного сезона, иногда совмещая с гидравлическими (тепловыми) испытаниями подогревателей сетевой воды.

Испытания сетевых насосов IIСН-2 без ЧРП и IIСН-3 с установленным на нем ЧРП будем проводить в период отопительного сезона не нарушая надежность, безопасность работы и стабильность гидравлического режима теплофикационной установки Ижевской ТЭЦ-2 в пределах требований ПТЭ либо в пределах, согласованных с диспетчером теплосети.

По данным таблицы результатов испытаний строятся следующие фактические характеристики испытанного насоса (рисунок 9):

- зависимость напора, развиваемого насосом, от подачи ;

- зависимость мощности на валу насоса от подачи, т.е. ;

- зависимость КПД насоса от подачи .

Рис.9. Характеристики насоса СЭ-1250-140