НАДЕЖНОСТЬ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ТЕПЛОВОГО ПУНКТА УЧЕБНОГО КОРПУСА РОССИЙСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ДРУЖБЫ НАРОДОВ

Полный текст

Введение Индивидуальный тепловой пункт (ИТП) представляет собой сложную систему с большим количеством элементов совместно работающего оборудования, предназначенного для подачи необходимого количества теплоты для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения здания. Теплоэнергетическая эффективность функционирования индивидуальных тепловых пунктов в значительной степени зависит от слаженной работы оборудования, которое характеризуется неоднородностью качественных признаков работоспособности. В этой связи оценка эксплуатационной надежности оборудования позволяет эффективно решать задачу обеспечения бесперебойной его работы. В настоящее время проблеме повышения надежности оборудования тепловых пунктов не уделяется должного внимания. Это не позволяет давать объективную оценку технического состояния элементов оборудования и обеспечивать улучшение условий его эксплуатации. В рамках исследования выявлено дерево отказов оборудования ИТП, а также предложена методика оценки показателей надежности. Индивидуальные тепловые пункты и их эксплуатационная надежность, как объекты современного исследования Теплоэнергетическая эффективность функционирования индивидуальных тепловых пунктов в значительной степени зависит от надежности эксплуатируемого оборудования. Исследования российских и зарубежных специалистов направлены на совершенствование технической оснащенности индивидуальных тепловых пунктов и повышение их теплоэнергетической эффективности. В работах [1, 2] показано, что применение систем автоматического управления тепловыми пунктами позволяет повысить эффективность их функционирования на 35%. Энергосберегающий эффект может быть получен за счет устранения перетоков теплоносителя и оптимизации режимов теплоснабжения. Анализу процессов смешения потоков теплоносителей с различными температурами посвящено исследование, результаты которого представлены в [3]. Выявлены особенности потерь эксергии, составляющих в системах вентиляции 42,1% и в системах отопления 46,3%. Для повышения эффективности использования тепловой энергии в систе- мах отопления и горячего водоснабжения предлагают использовать блочные тепловые пункты [4], характеризуемые компактностью конструкции и высоким уровнем автоматизации управления. Это позволяет снизить потребление тепло- вой энергии более, чем на 20% по сравнению с системами, подключенными к центральным тепловым пунктам. В работах [5-8] отмечена важность применения систем автоматики в управлении оборудованием индивидуальных тепловых пунктов. Показано, что системы автоматизации потребления тепловой энергии позволяют снизить ее расход в течение всего отопительного периода. При этом эффективность функционирования индивидуальных тепловых пунктов может снизиться при не- удовлетворительном состоянии внутренних систем отопления и их регулировке. В работе [9] представлен анализ экономических аспектов эффективности функционирования систем теплоснабжения. Результаты исследования преимущества индивидуальных тепловых пунктов, оснащенных отечественным оборудованием, представлены в [10]. Показано, что во многих городах страны применяют индивидуальные тепловые пункты блочного типа на базе импортных пластинчатых теплообменников. Отмечено также, что в настоящее время оборудование и автоматика индивидуальных тепловых пунктов отечественного производства значительно эффективнее зарубежных аналогов, так как в их конструкциях учтены особенности принципиально новых технологий их изготовления. Надежность, ремонтопригодность имеют важное значение для обеспечения работы оборудования [11]. Для исследования показателей надежности использован метод, основанный на анализе дерева неисправностей. Такой анализ позволяет выявить наименее работоспособные элементы и оказывать влияние на их безопасную эксплуатацию.Исследованиями [12] выявлено, что за счет выявления и своевременного устранения отказов возможно получить снижение эксплуатационных затрат на 30%. Оценку показателей надежности теплообменного оборудования целесообразно производить как в общем виде, так и поэлементно [13]. Это позволяет более широко охватить статистическую информацию о системе. Анализ статистических данных о системе в целом и об ее подсистемах позволяет полнее учитывать имеющиеся резервы надежности энергетического оборудования [14]. Применение теории надежности к оценке технического состояния отопительного оборудования [15] включает определение вероятностей для «средней продолжительности восстановления», «среднего времени между отказами» и «времени принятия решения». Это является очень важным элементом системы эксплуатации теплоэнергетического оборудования. Анализ публикаций показывает, что отечественные специалисты исследуют индивидуальные тепловые пункты в аспекте теплоэнергетической эффективности их функционирования. Однако, проблема надежности оборудования индивидуальных тепловых пунктов осталась за пределами интересов исследователей. Зарубежные специалисты в своих исследованиях эффективности тепло- энергетического оборудования проблеме его надежности уделяют значительное внимание. Оценка эксплуатационной надежности оборудования индивидуальных тепловых пунктов позволяет не только оптимально использовать трудовые ресурсы и парк запасных частей, но и совершенствовать устройства и технологию их эксплуатации. Методика исследования К исследованию принят индивидуальный тепловой пункт здания Российского университета дружбы народов. Тепловая схема предусматривает использование тепловой энергии для систем отопления и горячего водоснабжения, а также для теплоснабжения установок приточной вентиляции. В схеме индивидуального теплового пункта предусмотрены: контур отопления с возможностью автоматического регулирования подачи теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха; контур горячего водоснабжения с возможностью автоматического поддержания постоянной температуры воды. Система отопления работает по зависимой схеме с пластинчатым теплообменником. Система горячего водоснабжения работает по закрытой схеме с пластинчатым теплообменником. Теплоснабжение приточной вентиляции осуществляется по независимой схеме с автоматическим регулированием в зависимости от температуры наружного воздуха. Неисправности элементов оборудования индивидуального теплового пункта неравноценны как в качественном, так и в количественном аспектах. Для анализа надежности индивидуального пункта использован метод «дерева неисправностей, который позволяет осуществлять количественную оценку показателей надежности. Схема дерева повреждений представлена на рис. 1. Рис. 1. «Дерево неисправностей» индивидуального теплового пункта Анализ «дерева неисправностей» и оценок показателей надежности индивидуального теплового пункта выполнены на основе первичной статистической информации, которая получена из журналов регистрации технического состояния оборудования. При анализе записей использованы данные за четырехлетний период эксплуатации оборудования индивидуального теплового пункта. После идентификации неисправностей оборудования выполнена предвари- тельная статистическая обработка данных, заключающаяся в вычислении сред- них значений, стандартных отклонений и доверительных интервалов при обеспеченности ?=0,05. Оборудование индивидуальных тепловых пунктов является восстанавливаемым. Количественным показателем надежности является вероятность безотказной работы P(t) от начала до отказа. Поток отказов элементов оборудования является ординарным, поскольку следующий отказ может произойти только после восстановления. В связи с этим основные показатели надежности оборудования индивидуального теплового пункта определяются на основе следующих положений: (1) где ?(t) - интенсивность отказов оборудования; Q(t) -вероятность отказа оборудования;?(t) - средняя частота отказов;tн.о.,tо - время наработки на отказ и время работы до первого отказа после восстановления, соответственно. Для оборудования индивидуальных тепловых пунктов характерно экспоненциальное распределение наработки на отказ. Применительно к анализируемым условиям план исследования имеет вид: (2) Верхняя граница параметра отказов при определяется по формуле: (3) Нижняя граница параметра отказов при определяется по формуле: (4) Параметр браковки и приемки ? определяется по формуле: (5) В представленных формулах использованы следующие обозначения: h0, h1 - нижняя и верхняя границы параметра отказов оборудования, соответственно; t - продолжительность работы оборудования до отказа; ? - вероятность того, что оборудование не отвечает требованиям технических условий эксплуатации, ?=0,05; ? - вероятность того, что оборудование будет забраковано несмотря на то, что показатели надежности соответствуют требованиям технических условий эксплуатации, ?=0,05; ?0, ?1-приемочный и бракованный уровни интенсивности отказов, соответственно;n - объем выборки.Использование представлен- ной методики для анализа фактического состояния элементов оборудования в процессе эксплуатации в индивидуальном тепловом пункте позволило выполнить оценку его надежности с обеспеченностью не ниже ?=0,05. Результаты исследования Особенность эксплуатации ИТП заключается в проведении ежегодных профилактических работ в летний период при подготовке к зиме.Работы заключаются не только в проверке герметичности системы отопления, но и в профилактическом ремонте арматуры, уплотнений теплообменников, насосных агрегатов. Несмотря на это, в процессе текущей работы оборудования в отопитель- ный период возникают различные неисправности с некоторой повторяемостью. Оценка надежности ИТП, как сложной системы, выполнена по блокам, конструктивно организованным в единое целое. Такой подход позволяет сравнивать узлы агрегатов по их надежности для возможности совершенствования их эксплуатации. При анализе статистических данных об отказах отдельных элементов сис- темы индивидуального теплового пункта установлено, что за четыре года наблюдений отказы теплообменников не зафиксированы. Установлено, что в процессе эксплуатации герметичность соединений теплообменников с фитингами незначительно ослабевает. После выполнения профилактических мероприятий герметичность указанных уплотнений восстанавливается и оборудование готово к работе. При этом указанное ослабление не является неисправностью и не приводит к отказу теплообменника. Оценка надежности ИТП выполнена на основе анализа статистических данных насосного оборудования систем отопления и горячего водоснабжения. Отказ блоков насосного оборудования систем отопления и горячего водоснабжения произойдет, если в нерабочем состоянии будут рабочие и резервные насосные агрегаты, а также арматура, установленная на них. За период эксплуатации с 2004 г. и период целенаправленных наблюдений с 2012 г. были выявлены неисправности задвижек и обратных клапанов. Отказов насосов и электродвигателей к ним за указанный период не выявлено. Интенсивность отказов насосного оборудования, обеспечивающего циркуляцию теплоносителя в системе отопления (от.) составляет от до при среднем значении . Вероятность безотказной работы агрегатов насосного оборудования системы отопления в течение отопительного периода (5000 ч) составляет от до при среднем . Интенсивность отказов насосных агрегатов системы горячего водоснабжения (гвс) составляет от до при среднем значении . Вероятность безотказной ра- боты в течение отопительного периода (5000 ч) составляет от до при среднем . Интенсивность отказов ИТП в целом за отопительный период (5000 ч) составляет от до при среднем значении . Вероятность безотказной работы ИТП в целом составляет от до при среднем значении . По полученному среднему значению отказов ИТП в целом в годовом исчислении продолжительность межремонтного периода составляет tp=11,5 лет. Таким образом, установленное оборудование ИТП здания Российского университета дружбы народов характеризуется высокой надежностью и продолжи- тельным межремонтным периодом при существующей системе эксплуатации. Заключение В результате четырехлетних систематических наблюдений за техническим состоянием индивидуального теплового пункта учебного корпуса Российского университета дружбы народов установлено: 1. Техническое обслуживание оборудования в период подготовки к зиме и качественная его эксплуатация позволяют обеспечить безотказное функционирование индивидуального теплового пунктав отопительный период. 2. Введенное в эксплуатацию в 2004 г. оборудование характеризуется высокой эксплуатационной надежностью. 3. За период с 2004 г. по 2016 г. отказы теплообменников не выявлены. 4. За период регулярных наблюдений с 2012 г. по 2016 г. отказы насосов и электродвигателей к ним не выявлены. 5. За период регулярных наблюдений выявлены отказы задвижек и обратных клапанов, а также ослабление герметичности соединения теплообменников с фурнитурой. 6. Для дальнейшего обеспечения бесперебойной работы индивидуального теплового пункта необходимо наладить документальный учет возникновения и устранения неисправностей оборудования. Это позволит создать условия для повышения надежности функционирования индивидуального теплового пункта.

Об авторах

АЛЕКСАНДР ПЕТРОВИЧ СВИНЦОВ

Российский университет дружбы народов

Автор, ответственный за переписку.
Email: svintsovap@rambler.ru

доктор технических наук, профессор,

ТАТЬЯНА ВИКТОРОВНА СКРИПНИК

Российский университет дружбы народов

Email: svintsovap@rambler.ru

ассистент

МАРАТ ТАХИРОВИЧ ГУСАМОВ

Российский университет дружбы народов

Email: svintsovap@rambler.ru

МАГИСТРАНТ

ТАТЬЯНА КОНСТАНТИНОВНА КРИВОШАПКИНА

Российский университет дружбы народов

Email: svintsovap@rambler.ru

МАГИСТРАНТ

Список литературы