СИСТЕМА ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Заявляемая полезная модель относится к области теплотехники, а более конкретно к системам теплоснабжения и может быть использована при проектировании систем теплоснабжения промышленных предприятий и морских буровых платформ.
Известна система теплоснабжения, содержащая теплоноситель, связующие трубопроводы с арматурой, циркуляционный насос, оборудование подогрева теплоносителя - котел, расширительную цистерну и распределительный стояк (см. учебное пособие - Ю.Д. Сибикин «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха», М.: Издательский центр «Академия», 2008, с. 87)
Недостатком указанной известной системы является существенное ограничение по применению. Наличие стояков позволяет обеспечить бесперебойное теплоснабжение в помещениях типовой конфигурации, преимущественно многоуровневой компоновки, например, в многоэтажных жилых зданиях. Теплоносителем в этой системе является вода. Вследствие вышеперечисленного, система оказывается малоэффективной для снабжения теплом промышленных объектов, где необходимо обеспечение больших температурных перепадов и высоких температур нагрева.
Известна система теплоснабжения, содержащая теплоноситель и связанные трубопроводами с запорной и регулирующей арматурой циркуляционные насосы, оборудование подогрева теплоносителя, расширительную цистерну, цистерны слива и запаса теплоносителя, насосы пополнения и выдачи теплоносителя, а также распределительный и обратный коллекторы (см. Technical handbook - Walter Wagner “Heat Transfer Technique with Organic Media, Germany, Dr. Ingo Resch GmbH, 1997, p. 506 - прототип заявляемой полезной модели).
Принятая за прототип указанная известная система используется для теплоснабжения промышленных предприятий. В качестве теплоносителя в этой системе могут применяться различные специализированные среды, например, термомасло.
Недостатком прототипа является то, что эта система построена по одноконтурному принципу, при этом в контуре весь цикл циркуляции (доставки тепла к потребителю) производится посредством одного типа теплоносителя. Это ограничивает диапазон применения данной системы, в частности, ее невозможно использовать для одновременного теплоснабжения производственных и жилых помещений, требования по снабжению теплом которых существенно различаются, например, на морской буровой платформе.
Задачей заявляемой полезной модели является создание единой системы теплоснабжения, обеспечивающей максимально эффективную и безопасную подачу тепловой энергии как к производственным помещениям, технологическому оборудованию, так и к административно-хозяйственным и жилым помещениям. А также создание условий для применения максимально компактной компоновки элементов системы.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является расширение эксплуатационных возможностей системы при одновременном повышении надежности и уменьшении габаритов элементов системы.
Это достигается в системе теплоснабжения, содержащей теплоноситель и связанные трубопроводами с запорной и регулирующей арматурой, циркуляционные насосы, оборудование подогрева теплоносителя, расширительные цистерны, цистерны слива и запаса теплоносителя, насосы пополнения и выдачи теплоносителя, а также распределительный и обратный коллекторы, дегазатор тем, что система выполнена многоконтурной, включающей в себя первичный и вторичные контуры, причем на входе в каждый вторичный контур системы установлен понижающий теплообменник, а в контурах системы использованы теплоносители с различными физико-химическими свойствами.
Существенным преимуществом организации многоконтурной системы является возможность применения различных типов теплоносителей для каждого из контуров, что дает возможность улучшить эксплуатационные и технические характеристики системы: понизить массу и габариты, повысить надежность и долговечность системы теплоснабжения.
Много контурная схема системы теплоснабжения с различными теплоносителями в контурах позволяет защитить оборудование системы от механического и химического износа при соблюдении экологических и санитарных норм.
Факторами, повышающими надежность системы являются:
- отсутствие риска размораживания системы при отрицательных температурах;
- возможность поддержания высокой температуры, что, при малых расходах, позволяет более эффективно передавать тепловую энергию и уменьшить площадь теплоотдающих поверхностей, т.е. массогабаритные показатели оборудования и системы;
- возможность поддержания относительно низких давлений, поскольку температурные диапазоны применения теплоносителя подбираются ниже температур его кипения. Этот фактор также положительно сказывается на снижении габаритных показателей (размеры оборудования, толщины стенок трубопроводов и пр.) и надежности системы.
Кроме того многие теплоносители обладают свойствами, снижающими гидродинамическое сопротивление и улучшающими условия работы насосов и арматуры.
На фигуре 1 изображен пример схемы заявляемой системы теплоснабжения - система теплоснабжения самоподъемной плавучей буровой установки.
Для расширения эксплуатационных возможностей системы при одновременном повышении надежности и уменьшении габаритов ее элементов путем обеспечения более высокого температурного перепада система выполнена многоконтурной, включающей в себя первичный 1 и вторичный 2 контуры трубопроводов 3 и 4. Внутри контура 1 циркулирует теплоноситель 5 - термомасло, а внутри контура 2 - теплоноситель 6 - пропиленгликоль.
Первичный контур 1 включает в себя связанные сетью трубопроводов 3 с запорной 7 и регулирующей 8 арматурой циркуляционные насосы 9, оборудование 10 подогрева теплоносителя 5, расширительную цистерну 11, цистерну слива 12 и цистерну запаса 13 теплоносителя 5, насосы 14 пополнения и выдачи теплоносителя 5, а также распределительный 15 и обратный 16 коллекторы и дегазатор 17. На входе во вторичный контур 2 системы установлен понижающий теплообменник 18.
Вторичный контур 2 включает в себя связанные сетью трубопроводов 4 с запорной 19 и регулирующей 20 арматурой циркуляционные насосы 21, оборудование подогрева теплоносителя 6 - понижающий теплообменник 18, расширительную цистерну 22, цистерну слива 23 и цистерну запаса 24 теплоносителя 6, насосы 25 пополнения и выдачи теплоносителя 6, а также распределительный 26 и обратный 27 коллекторы и дегазатор 28.
Для обеспечения постоянного давления в описанных выше цистернах теплоносителя 5 и 6 и исключения контакта теплоносителя 5 и 6 с воздухом схема заявляемой системы теплоснабжения снабжена системой подачи азота 29 первичного контура 1 и системой подачи азота 30 вторичного контура 2.
Для контроля основных параметров теплоносителя 5 и 6 (расхода, температуры, давления); предусмотрены контрольно-измерительные приборы (не показаны)
Заявляемая система теплоснабжения предназначена для обеспечения тепловой энергией потребителей тепловой энергии 31 первичного контура 1 и потребителей тепловой энергии 32 вторичного контура 2.
Заявляемая система теплоснабжения самоподъемной плавучей буровой установки работает следующим образом: циркуляционные насосы 9 теплоносителя 5 первичного контура 1 посредством трубопроводов 3 направляют теплоноситель 5 к оборудованию 10 для подогрева теплоносителя 5. Подогретый до рабочей температуры теплоноситель 5 поступает на распределительный коллектор 15 первичного контура 1. От коллектора 15 теплоноситель 5 распределяется на понижающий теплообменник 18 вторичного контура 2 и на потребители 32, для обслуживания которых необходим теплоноситель с повышенными температурными характеристиками (например, на оборудование подогрева топливного газа (не показано). Сработав тепловую энергию в понижающем теплообменнике 18 и потребителях 31, теплоноситель 5 поступает в обратный коллектор 16. Распределительный 15 и обратный 16 коллектора первичного контура 1 связаны между собой через регулирующую арматуру 8, которая позволяет поддерживать постоянный расход теплоносителя 5 в контуре 1 за счет перепуска части теплоносителя 5 из распределительного 15 в обратный коллектор 16 при снижении расхода на потребители 31.
После обратного коллектора 16 весь теплоноситель 5 проходит через дегазатор 17 для удаления газообразной составляющей. Затем, теплоноситель 5 поступает на вход циркуляционных насосов 9, замыкая первичный контур 1 циркуляции.
Заполнение первичного контура 1 выполняется за счет насосов 14 пополнения и выдачи теплоносителя 5. Насосы 14 направляют теплоноситель 5 из цистерны запаса 13 в расширительную цистерну 11.
Слив теплоносителя 5 выполняется по системе трубопроводов 3 в цистерну слива 12. Принцип слива теплоносителя 5 - гравитационный, «самотеком».
Основной функцией первичного контура 1 является передача тепла потребителям и в их числе понижающему теплообменнику 18 вторичного контура. 2. За счет конструктивных особенностей известных теплообменных аппаратов, в том числе, понижающего теплообменника 18, теплоноситель 5 первичного контура 1 осуществляет проток внутри корпуса теплообменника (не показан), где через поверхность нагрева происходит передача тепла теплоносителю 6 вторичного контура 2. Теплоносители 5 и 6, двигаясь в противоток по каналам (не показаны) теплообменника 18, обмениваются теплом от первичного контура 1 с более высокой температурой ко вторичному контуру 2 с более низкой температурой и таким образом, понижающий теплообменник 18 является источником тепла для вторичного контура 2 заявляемой системы теплоснабжения.
Вторичный контур 2 имеет схожую структуру с контуром 1. За циркуляцию отвечают насосы 21, которые подают теплоноситель 6 на теплообменник 18, от которого подогретый теплоноситель 6 поступает на распределительный коллектор 26 вторичного контура 2, откуда подается на потребители 32 вторичного контура 2. Теплоноситель 6 от потребителей 32 собирается в обратном коллекторе 27, откуда через дегазатор 28 вторичного контура 2 поступает на вход циркуляционных насосов 21 вторичного контура 2. Распределительный 26 и обратный 27 коллектора вторичного контура 2 также связаны между собой через регулирующую арматуру 20.
Заполнение вторичного контура 2 выполняется за счет насосов пополнения 25, которые принимают теплоноситель 6 из цистерны запаса 24 и направляют его в расширительную цистерну 22.
Слив теплоносителя 6 выполняется по сети трубопроводов 4 в цистерну слива 23. Принцип слива теплоносителя 6 - гравитационный, «самотеком».
Все теплогенерирующее оборудование заявляемой системы теплоснабжения, насосы, теплообменные аппараты имеют индивидуальную обвязку для равномерного распределения теплоносителей в системе, а так же для возможности отсечения потока теплоносителя через каждый из элементов системы в отдельности (без потери работоспособности системы в целом). При необходимости система может содержать несколько вторичных контуров.
Технико-экономическими преимуществами заявляемой полезной модели являются создание единой системы теплоснабжения, обеспечивающей максимально эффективную и безопасную подачу тепловой энергии как к производственным помещениям, технологическому оборудованию, так и к административно-хозяйственным и жилым помещениям при применении максимально компактной компоновки элементов системы. Это достигается путем расширения эксплуатационных возможностей системы при одновременном повышении надежности и уменьшении габаритов ее элементов.