АВАРИЙНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ, ЗАКОЛЬЦОВКА СЕТЕЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

EMERGENCY OPERATION OF HEAT NETWORKS, CIRCULATION OF NETWORKS TO INCREASE THE RELIABILITY OF HEAT SUPPLY SYSTEMS

Tyryshkina Maria Sergeevna

Master's student, Department of Urban Planning and Municipal Economy, Novosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering (Sibstrin),

Russia, Novosibirsk

Romashov Georgy Alexandrovich

Master's student, Department of Heating, Gas Supply, and Ventilation, Novosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering (Sibstrin),

Russia, Novosibirsk

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена проблеме обеспечения надежности централизованного теплоснабжения на территории Российской Федерации в условиях высокого уровня износа инфраструктуры. В статье выделено восемь основных методов компенсации и обеспечения тепловой энергией потребителей в аварийных ситуациях, обоснована необходимость комплексного подхода к повышению надежности систем теплоснабжения, включающего технические решения, организационные мероприятия и внедрение интеллектуальных технологий управления.

ABSTRACT

The article is devoted to the problem of ensuring the reliability of centralized heat supply in the Russian Federation in conditions of a high level of infrastructure wear and tear. The article highlights eight main methods of compensation and provision of thermal energy to consumers in emergency situations, and substantiates the need for a comprehensive approach to improving the reliability of heat supply systems, which includes technical solutions, organizational measures, and the introduction of intelligent management technologies.

Ключевые слова: централизованное теплоснабжение, тепловые сети, аварийные режимы, закольцовка тепловых сетей, надежность теплоснабжения, гидравлические режимы.

Keywords: centralized heat supply, heating networks, emergency modes, looping of heating networks, reliability of heat supply, hydraulic modes.

Централизованное теплоснабжение остается основным способом обеспечения тепловой энергией жилых, общественных и промышленных зданий на территории Российской Федерации. Согласно данным Министерства энергетики РФ [1] протяженность тепловых сетей в двухтрубном исчислении составляет порядка 170 тыс. км, при этом протяженность ветхих сетей (то есть сетей, имеющих износ по данным технической инвентаризации более 60%) составляет 40 тыс. км, или порядка 25%. Степень износа выше 60% значительно влияет на бесперебойное теплоснабжение и увеличивает риски возникновения аварийных ситуаций.

Аварийные режимы работы тепловых сетей значительно влияют не только на комфорт потребителей, но и на безопасную эксплуатацию зданий и сооружений в отопительный период. Согласно данным Министерства энергетики РФ [1] за последний год произошло более 117 аварий и инцидентов на объектах теплоэнергетики, что привело к прекращению теплоснабжения порядка 1500 тыс. человек. Основными причинами прекращения теплоснабжения являются:

1) порывы трубопроводов;

2) устранение обнаруженных дефектов на тепловых сетях;

3) износ оборудования на источниках тепловой энергии;

4) повреждение оборудования и тепловых сетей.

За последние годы в Российской Федерации наблюдается увеличение количества аварийных ситуаций (на 6,5% каждый год), что, в свою очередь, влияет на бесперебойное теплоснабжение городских и сельских территорий.

Аварийные режимы на тепловых сетях могут быть классифицированы следующим образом [2]:

1. По характеру повреждения: разрывы трубопроводов, свищи и трещины, разрушение изоляции, неисправность запорной и регулирующей арматуры, повреждение компенсаторов.
2. По масштабу воздействия: локальные, районные, системные.
3. По длительности: кратковременные, средней продолжительности, длительные.

Закольцовка тепловых сетей представляет собой создание альтернативных путей движения теплоносителя путем соединения тупиковых участков в кольцевые структуры [3]. Данный метод обеспечивает резервирование питания потребителей, снижение гидравлических потерь, возможность секционирования при авариях, улучшение качества регулирования, повышение общей надежности системы.

Методы компенсации и обеспечения тепловой энергией в случае аварийных ситуаций представляют собой комплекс технических и организационных мероприятий, направленных на поддержание теплоснабжения потребителей при нарушениях нормального режима работы тепловых сетей.

Первым и наиболее распространенным методом является использование резервных и обходных трубопроводов в составе закольцованных тепловых сетей, что позволяет перенаправить тепловые потоки в обход аварийного участка [4]. Данный метод требует предварительного проектирования резервных магистралей с достаточной пропускной способностью и установки необходимой запорно-регулирующей арматуры для оперативного переключения режимов. При рациональном проектировании закольцованных схем теплоснабжения возможно обеспечение полного или частичного обеспечения тепловой энергией потребителей в течение всего периода ликвидации аварии. Стоит отметить, что прекращение теплоснабжения в зимний период особенно влияет на социально значимые объекты, такие как больницы, школы и детские учреждения.

Вторым важным методом компенсации тепловой энергии является использование резервных и пиковых источников теплоснабжения, включая котельные, когенерационные установки и модульные теплогенераторы. Резервные котельные могут быть как стационарными, предусмотренными в составе системы теплоснабжения, так и мобильными, развертываемыми в случае длительных аварий на основных источниках или магистральных сетях. Мобильные котельные установки (транспортабельные, передвижные) – это автономные системы теплоснабжения, которые смонтированы на колёсном шасси (прицеп, полуприцеп). Такие установки позволяют в короткие сроки организовать временное теплоснабжение отключенных потребителей с подключением к существующим распределительным сетям или через временные трубопроводы. Современные мобильные теплогенераторы обладают высокой степенью автоматизации, работают на различных видах топлива и могут обеспечивать тепловую мощность от нескольких сотен киловатт до нескольких мегаватт, что достаточно для теплоснабжения микрорайонов или крупных объектов.

Третьим методом является регулирование тепловой нагрузки и приоритизация потребителей, позволяющие оптимизировать распределение ограниченных тепловых ресурсов в аварийных ситуациях [5]. При недостаточной пропускной способности резервных трубопроводов или ограниченных возможностях источников теплоснабжения применяется дифференцированное ограничение подачи теплоносителя с приоритетным обеспечением социально значимых объектов. Снижение температуры теплоносителя или расхода в системах отопления жилых и административных зданий на ограниченный период времени позволяет перераспределить тепловую энергию в пользу критически важных объектов без существенного снижения комфорта для большинства потребителей.

Четвертым методом компенсации является использование аккумулирующей способности систем отопления и зданий, позволяющее поддерживать приемлемый температурный режим в течение определенного времени после прекращения подачи теплоносителя [6]. Тепловая инерция зданий зависит от конструктивных особенностей, степени теплоизоляции, объема теплоносителя в системах отопления и наружной температуры воздуха. Современные здания с эффективной теплоизоляцией могут сохранять приемлемую температуру в помещениях в течение двенадцати-двадцати четырех часов при полном прекращении теплоснабжения, что дает время для проведения аварийно-восстановительных работ или организации альтернативного теплоснабжения. Для увеличения аккумулирующей способности систем теплоснабжения могут применяться специальные теплоаккумуляторы, представляющие собой емкости с теплоносителем большого объема, которые накапливают тепловую энергию в нормальном режиме и отдают ее при возникновении дефицита.

Пятым методом является применение автономных и резервных систем теплоснабжения на уровне отдельных зданий или групп потребителей, включая крышные котельные, тепловые насосы и электрические нагреватели [7]. Крышные котельные, размещаемые непосредственно на обслуживаемых зданиях, могут служить как основным, так и резервным источником теплоснабжения, обеспечивая независимость от централизованных тепловых сетей.

Электрические системы отопления, несмотря на высокую стоимость эксплуатации, могут использоваться в качестве аварийного резерва для поддержания минимально допустимой температуры в помещениях критически важных объектов при длительных перерывах в централизованном теплоснабжении.

Шестым методом является организация временных тепловых сетей и перемычек, позволяющих обеспечить подачу теплоносителя к отключенным потребителям в обход поврежденных участков. Временные трубопроводы могут прокладываться надземным способом с использованием быстроразъемных соединений и гибких элементов, что значительно сокращает время развертывания по сравнению с традиционной подземной прокладкой. Такие системы могут эксплуатироваться в течение нескольких месяцев, обеспечивая теплоснабжение потребителей на период проведения капитального ремонта или реконструкции поврежденных участков тепловых сетей.

Седьмым методом является применение химических реагентов [8] и герметизирующих составов для временной локализации утечек и повреждений трубопроводов без полного отключения теплоснабжения. Современные герметики на основе полимерных композиций могут вводиться в циркулирующий теплоноситель и самостоятельно закупоривать небольшие течи и свищи за счет полимеризации при контакте с воздухом. Данный метод эффективен для устранения множественных мелких повреждений, характерных для изношенных участков тепловых сетей, и позволяет отсрочить капитальный ремонт до окончания отопительного сезона. Однако применение химических методов требует тщательного контроля качества теплоносителя и совместимости реагентов с материалами трубопроводов и оборудования.

Восьмым методом компенсации тепловой энергии является оптимизация гидравлических режимов работы тепловых сетей [9] с использованием регулируемого насосного оборудования и систем автоматического управления, позволяющая максимально эффективно использовать пропускную способность резервных трубопроводов и минимизировать зоны отключения. Современные частотно-регулируемые приводы сетевых насосов обеспечивают гибкое управление параметрами теплоносителя в зависимости от текущей конфигурации сети и режима работы. При возникновении аварийной ситуации система автоматического управления может в режиме реального времени рассчитывать оптимальное распределение потоков теплоносителя, обеспечивая максимальный охват потребителей при имеющихся ограничениях.

Интеграция систем управления с программными комплексами гидравлического моделирования позволяет прогнозировать последствия различных сценариев аварий и заблаговременно разрабатывать планы переключений и компенсационных мероприятий.

В заключение следует отметить, что обеспечение надежности систем централизованного теплоснабжения в условиях значительного износа инфраструктуры требует комплексного подхода, включающего технические решения по закольцовке тепловых сетей, организационные мероприятия по подготовке к аварийным ситуациям и использование современных программных средств для моделирования и управления тепловыми сетями.

Закольцовка тепловых сетей является эффективным методом повышения надежности, позволяющим минимизировать последствия аварий за счет перераспределения тепловых потоков по резервным направлениям. Разнообразие методов компенсации теплоснабжения в аварийных ситуациях обеспечивает возможность выбора оптимальных решений в зависимости от конкретных условий и характера повреждений.

Дальнейшее развитие систем теплоснабжения связано с цифровизацией и внедрением интеллектуальных технологий управления, что позволит повысить надежность, энергоэффективность и качество обслуживания потребителей.

Список литературы:

1. Отчет о состоянии теплоэнергетики и централизованного теплоснабжения в Российской Федерации в 2024 году. Минэнерго России, ФГБУ «Российское энергетическое агентсво» Минэнерго России, 2025 г.
2. Иванова, Е. О. Аварии на системах теплоснабжения: вероятностная оценка развития последствий отказов на тепловой сети / Е. О. Иванова, А. В. Мишурный // Технологии гражданской безопасности. – 2022. – Т. 19, № 4(74). – С. 48-50. – EDN ZYZBAW.
3. Клешнин, Ю. А. Сравнение различных схем проектирования тепловых сетей, их плюсы и минусы / Ю. А. Клешнин // Вестник науки. – 2020. – Т. 1, № 8(29). – С. 90-92. – EDN ANFHDN.
4. Шершенов, Р. А. Повышение надежности систем теплоснабжения / Р. А. Шершенов, А. Ю. Ефимов, В. Ю. Шмаков // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. – 2019. – Т. 46, № 4. – С. 197-204. – DOI 10.21822/2073-6185-2019-46-4-197-204. – EDN AGOZDG.
5. Математическое моделирование резервирования систем теплоснабжения в аварийных ситуациях / С. А. Сазонова, В. Я. Манохин, М. В. Манохин, С. Д. Николенко // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. – 2015. – № 4(34). – С. 440-448. – EDN UXWJVT.
6. Исследование теплозащиты наружных ограждений зданий при аварийном теплоснабжении / Т. А. Рафальская, Р. Ш. Мансуров, А. К. Березка, А. А. Савенков // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки. – 2017. – № 3(55). – С. 98-109. – EDN YSYOQE.
7. Перетятько, И. В. Резервное и автономное электроснабжение в индивидуальном строительстве и системы кондиционирования в системах автономного теплоснабжения / И. В. Перетятько // Инновационная наука. – 2020. – № 12. – С. 40-44. – EDN NXPKEI.
8. Толчеев С. Т., Толчеев Я. С., Стрекалов И. М., Мальцев С. В. Современные методы подготовки воды для котельныхустановок и теплообменного оборудования / С. Т. Толчеев, Я. С. Толчеев, И. М. Стрекалов, С. В. Мальцев // Евразийский научный журнал. – 2016. – №4.
9. Фахрутдинов, Ф. Р. Повышение эффективности работ систем централизованного теплоснабжения путем оптимизации гидравлических режимов / Ф. Р. Фахрутдинов, Н. А. Микушин // Вестник магистратуры. – 2025. – № 2-2(161). – С. 5-6. – EDN EZDYTF.