Азбука Теплоэнергетика. Часть 2

Основные термины в веселых картинках и с описательной текстовкой. Перечень терминов выбран субъективно, чуть позже можно расширить. Часть 2
Часть 1 - здесь https://www.yaplakal.com/forum2/topic3047613.html?hl=
По отдельным буквам выкладывал в ВК https://vk.com/zloeteplo

просьба не ломать
О - опрессовка

Момент истины, который покажет кто же реально готов к зиме.

Участки сети изолируются перекрытием задвижек и в них искусственно нагнетается избыточное давление.

И так продолжается какое-то время, пока мастер внимательно следит за стрелкой контрольных манометров.

Жёстко? А как иначе! Если труба выдержит такое - справится и в зимний мороз, когда теплосеть выходит на критические режимы работы.

Ну а если где-то "выстрелит" - это, в каком-то смысле, даже хорошо, есть время заменить "плохие" участки сети и входить в зиму спокойно

Ну а простые жители на время опрессовки остаются без горячей воды на 10 дней.

Но уж лучше так, чем остаться и без воды и без отопления зимой.

П - Подпитка

Если насос - это сердце тепловых сетей, то подпитка, однозначно - капельница для него.
Система магистральных сетей герметична и закольцована. Заполняемые от неё системы - так же.

Соответственно любое движение на водомере подпитки указывает на то, что из системы уходит теплоноситель.
Это может быть штатная ситуация - например заполнение сетей на новом, только подключенном участке сети. Или например как компенсация расширения при нагреве, когда температура выходит на пиковые значения.
Но чаще это сигнал о том, что мы теряем ресурс.
А это не просто вода, которую зачерпнули ведром из ближайшей речки и залили в сеть. Подготовить воду химически - этот большая отдельная история. А сырая вода в системе - в перспективе ржавая вода и дырявые трубы.

При этом даже незначительные потери объёма могут быть критически важны. Тут и завоздушивания, и риск не прокачать теплоноситель до верхних точек на рельефе, и шанс угробить насосы, которые перейдут в кавитацию.
Поэтому диспетчер смотрит на подпитку как на рентген: сколько ушло за ночь? За неделю? Резкий скачок — аварийка в путь. Медленный рост — плановая дефектоскопия. Но лучше всего, когда все спокойно и система герметична

Р - расширительный бак.

Говорят, что гидродинамика похожа на электротехнику. И это действительно так, а расширительный бак - один из самых ярких примеров.
Своим функционалом он удивительно напоминает конденсатор. А что делает конденсатор - накапливает напряжение и выдаёт его в сеть, гася скачки.
Так и в теплосети, всем дать одинаковое давление нельзя, т.к. строения разной этажности, а сети разной протяжённости. Соответственно, то давление, которое на 16 этаже обеспечит нормальный напор, на первом смоет того, кто откроет кран.

Это на горячей воде, а отопление? Вот ударили морозы - трубы расширились, давление скакануло, теплоноситель нагреваясь увеличил объём.
Вот этот объём и берет на себя расширительный бак.
А когда система остывает - бак отдаёт объём обратно в систему.
Собственно под капотом автомобиля происходит ровно тоже самое, да и называется расширительный бачок точно так же, с поправкой на масштаб системы.
А убери бак из системы, и приехали: гидроудар, скачки давления, жалобы.
Так что расширительный бак - тихий герой, который не дает системе закипеть от эмоций

С - скорость потока.

Когда мы говорим о физических параметрах сети - это большая тройка: температура, давление и масса (она же объём, через понятие плотности)
Но если мы углубимся в методики измерения, то внезапно выясняется, что массу или объём померять не так-то просто, не весы же ставить на трубу.
А как же тогда это изменить. А измеряют это через понятие скорости потока. И тут 2 основных метода: ультразвуковой и электромагнитный.

Утразвук работает на эффекте Доплера - на трубу вешают датчики (2 или 4) один из них сигнал испускает, а другой принимает. Ультразвук в подвижной среде от прямой траектории отклоняется и это отклонение фиксирует второй датчик. Собственно величина этого отклонения и дает понимание скорости потока.
Электромагнитный способ чуть иной: вода в силу природных свойств несет на себе заряд. Этот заряд проходит через магнитное поле и в соответствии с эффектом Фарадея возникает электрический ток. И чем быстрее поток, тем больше индукция и выше напряжение.
Ну а накопительные данные сколько тонн или кубов прошло за сутки - величины расчётные и получают их на вычислителе узла учёта

Т - температура.

Идем дальше по физике. Температура в сети определяет на сколько далеко можно отправить теплоноситель (наравне с давлением)

А как её измеряют. Тут 2 основных метода. Тепломеханический - это мы берём то, что хорошо расширяется при нагреве и вводим в трубу максимально близко к теплоносителю (а для лучшей теплопроводности еще и масла капнем) и смотрим как оно себя поведёт. Действующим веществом может быть жидкость - тогда это вертикальный градусник. В герметичном объёме она расширяется и растет по шкале. Это может быть пружинка из металла, которая расширяясь отклоняет стрелку на круглой шкале.

Вариант с ртутью, которая и метал и жидкая мы отметаем по экологическим соображениям, но еще 50 лет назад были и такие термометры.

А есть метод электронный. Тогда в трубу вживляется датчик, погружная "палочка" размером с карандаш. А на кончике этой палочки капелька платины. Платина - отличный терморезистор, который очень хорошо меняет сопротивление при нагреве. Соответственно мы подаем напряжение заведомо известное, проходя через платину под действием закона Ома напряжение падает. И чем сильнее нагреется платина, тем больше падение. Соответственно зная на сколько оно снизилось, мы знаем сопротивление платины в моменте, а следовательно и температуру.

У - УУТЭ. Узел учета тепловой энергии.

Собственно это совокупность всего о чем мы говорили раньше: датчик скорости потока, датчик температуры + устройство которое собирает с них данные - вычислитель. Он преобразует электронные сигналы с периферии и преобразует единицы и нули в конкретные физические величины.

А еще из температуры и объёма он выводит самое важное - Гкал, меру тепла. Кто столько и за какой период этого тепла съел.

Расчет тепла на ГВС - это разница энтальпий, тепла которое пришло, и тепла которое осталось, после того как кто-то открыв кран забрал часть объёма теплоносителя и с ним часть тепла. Q = (((v1*(t1-tхв))-v2*(t2-tхв)))/1000 выглядит страшно, но по факту все просто: горячую воду мы все делаем из холодной, она к нам приходит не кубиками льда, а водой, у которой есть какая-то начальная температура выше 0. Соответственно нагревая её до СНиПовских 60 C° мы делаем это именно с этой температуры. И объём на выходе если мы решим вернуть в состояние ХВС, то остужать его будем не до абсолютного нуля, а до той же температуры, с которой он к нам пришёл.

На а с остальными расчётами все проще, т.к. тепло на сетевой воде, вентиляции и отоплении считается одинаково: Q = ((m1*(t2-t2))/1000 форма в разы меньше и оперирует только массой на подаче и разницей температур.

Ф — Фанкойл

Fan + Coil = вентилятор + теплообменник.
По сути — компактный теплообменник с принудительной конвекцией.
Цикл Карно работает в обе стороны, поэтому фанкойл может: охлаждать помещение, отводя из него тепло и греть улицу, цинично приближая глобальное потепление. Или наоборот — брать тепло от теплоносителя и греть помещение.

В любом случае внутри самого фанкойла теплоносителем становится воздух: вентилятор прогоняет его через горячий/холодный змеевик обеспечивая быстрое и равномерное распределение температуры по комнате.

Именно поэтому фанкойлы ставят везде, где нужна быстрая реакция на изменение погоды или нагрузки: офисы, отели, торговые центры, серверные.

Радиатор греет медленно и локально — фанкойл «дует» холодом или теплом почти мгновенно.

Х- Химводоподготовка

Вода в теплосети - это вам не просто так, ведром зачерпнули, в котёл залили и вперёд.
Всё несколько сложнее.
Вода проходит несколько этапов очистки и подготовки.
Сначала убираем мусор. Интересный факт: 100 лет назад главной причиной перебоев в теплоснабжении были не повреждения на трассе, а мусор, который перекрывал трубу (вплоть до бревен). Соответственно сейчас первое что происходит вода перед попаданием в котёл - это система фильтров: сетчатые, песчаные, магнитные.
Далее вода обеззараживается - тут все понятно - зачем в воде бактерии, это и запах и коррозия. Раньше это делали хлором, а сейчас работает озон и ультрафиолет.
Далее воду смягчают, т.к. жесткость всё-таки негативно влияет на трубы образуя накипь - карбонат кальция

Ну а потом из воды убирают соль и кислород.
Кислород (воздух) - не зря так назван - это сильнейший окислитель, который с завидным упорством будет есть трубу изнутри и в перспективе лет 5-7 ему это удастся
А соль – т.к. оседая на стенках трубы, она делает её толще, а значит участок с ней будет хуже прогреваться, за значит расширяться при нагреве он будет неравномерно со всей остальной трассой. Это сместит рассчитанные точки деформации - в которых устанавливаются компенсаторы. И в конечном итоге ничем хорошим это не закончится.
Так что химия наравне с физикой и математикой важнейшая составляющая работе с теплосетью

Ц – централизованное теплоснабжение.

А, собственно, почему оно централизованное? Может проще в каждый дом, а то и квартиру свой котел, и каждый сам себе хозяин тепла?
Тут надо копнуть историю. В СССР после 1917 года активно пошла индустриализация.
Строились огромные предприятия, порой просто в поле, а вокруг них вырастали города.
Исторические центры так же активно расширялись прирастая новыми районами и кварталами.
И ведь очень удобно застраивая новый район сразу же проложить все коммуникации - один раз и надолго.

Плюс минимизации квалифицированного труда.
На ТЭЦ или РТС/КТС круглосуточно трудятся профи, а на месте, в точке потребления тепла максимум кто нужен - это мастер или слесарь и не 24/7, а по графику.

Хорошо, но почему же нельзя ставить индивидуальные котлы?
Можно, но зачем©

Если без иронии, то индивидуальные котлы - это подмена понятия центрального телосложения на централизованное же газоснабжение. А газ - гораздо большая аварийная опасность, это выше квалификация людей, которые работаю с ним на местах, и в конечном итоге - это дороже.

Ну а греть электричеством в условиях нашей зимы вообще нерентабельно. Тарифы, пиковые нагрузки на сети, низкий КПД в реальных условиях.

Так что пока на среднедальнюю перспективу централизованное теплоснабжение - наше всё!

Ч - Чиллер

От chill — прохлаждаться, остывать, расслабляться, чилить.
По сути это большая холодильная машина.
Именно чиллер производит холодную воду (обычно 6–12 °C), которую потом гоняют по трубам к фанкойлам, в серверных, офисах, торговых центрах и гостиницах.
Самый простой и наглядный пример, который все видели тысячу раз — внешний блок сплит-системы на стене дома. Только в случае чиллера это не один блок, а целая промышленная установка, но с тем же составом: компрессор, конденсатор, испаритель и насосы
Правда размером с комнату или даже с небольшой дом.

Поэтому, обычно, их выносят за пределы здания на крышу, во двор или в отдельном техническом помещении.

Работает это все по тому же циклу Карно. И в связке фанкойл именно чиллер последний отвечает за вынос тепла за пределы помещений, т.е. за охлаждение.

Ш- шаровой кран и шаровая же запорная арматура.

Самая надёжная штука если надо перекрыть поток жидкости на диаметрах от 15 до 2000мм.

Цельнометаллический шар, диаметром больше чем проход трубы, по одной из осей имеющий сквозное отверстие равное внутреннему сечению трубы. Соответственно может быть ориентирован как соосно проходу трубы - 100% открытие, так и полностью перекрывать собой проход при повороте на 90°.

Ну а в случае с регулируемой арматурой возможны еще и промежуточные значения.

Почему надежно?
А что стальному шару сделается? Из всех возможных вариаций арматуры самый массивный и тяжелый, и больше чем сама труба. Случиться с ним может примерно ничего (ну разве что трещина, раскол - но это надо очень постараться), а так цельное тело шара держит нагрузку, а большой диаметр предотвращает, в случае разрушения дальнейшее движение шара по ходу потока.

Самые маленькие шаровые краны многие могли видеть у себя в квартире или на даче, ну а в самом большом можно и самому если не жить, то пройтись в полный рост

Щ- насыЩеный пар.

Пар он не только в бане, в теплоэнергетике это наипервешая вещь. Мы хоть и говорим теплоноситель, вода. Но в котлах такие температуры, что в первую очередь выходит оттуда пар.

Ну а дальше либо на лопасти турбины и дальше крутить генератор для выработки электричества, либо в теплосеть.

А для чего в теплосети пар?
Жилые помещения у нас в стране паром не топят - опасное это дело. А вот на производстве - очень даже. Собственно уже почти сто лет назад пар шел и на заводы - на Микояне им обрабатывали костную муку для получения авиа-клея, и в медицину - в Морозовской больнице им стерилизовали инструменты. Так и сейчас ряд производств без пара обойтись не может.

А почему именно насыщенный?
Потому что он находится на грани: чуть охладишь — и сразу конденсат. Масса воды/пара в системе почти не меняется (конденсат возвращается обратно), поэтому не нужно постоянно подпитывать котёл свежей водой. Замкнутый цикл, экономия и надёжность.

Ь / Ъ - мягкость и жёсткость воды.