Для возможности распределения теплоносителя между узловыми потребителями при аварийном гидравлическом режиме система должна быть управляемой.

Для осуществления быстрого перехода с расчетного гидравлического режима на аварийный, средства управления системы должны быть автоматизированными. В системе теплоснабжения, разработанной МИСИ (1968 г.) и показанной на рис. 10.7, в каждом узле присоединения потребителей установлен специальный блок с регулятором-ограничителем расхода, который заранее настраивают на лимитированное теплоснабжение. Одновременно с включением регулятора-ограничителя расхода выключаются подогреватели горячего водоснабжения и включаются насосы, обеспечивающие необходимую циркуляцию теплоносителя в сетях потребителя.

Переход системы на лимитированное теплоснабжение при наличии необходимых автоматизированных средств управления возможен лишь при ограниченном числе узлов, т. е. только у систем с иерархическим построением. По верхнему иерархическому уровню осуществляют распределение теплоносителя между укрупненными тепловыми узлами и к сетям этого уровня непосредственно потребителей не присоединяют. К низшему уровню относятся распределительные сети микрорайонов и кварталов, в которые теплоноситель поступает из укрупненных узлов. В этих узлах должны быть специальные циркуляционные насосы, обеспечивающие при аварийных ситуациях в сетях микрорайонов нормальный гидравлический режим, но с пониженной по сравнению с расчетным значением температурой теплоносителя.

Рассмотренные управляемые системы резервированы на верхнем иерархическом уровне. Магистральные теплопроводы закольцованы, а резерв их пропускной способности рассчитан на лимитированное теплоснабжение. Так как к кольцующим перемычкам потребители не присоединяются, их целесообразно выполнять однотрубными, что дает существенный экономический эффект. Система по низшему иерархическому уровню не резервирована, но ее надежность должна быть рассчитана на заданный уровень. Этот уровень в итоге и определяет мощность укрупненного теплового узла системы.

Главными достоинствами системы тепловых сетей с иерархическим построением являются высокие эксплуатационные качества, хорошая управляемость, возможность осуществления лимитированного теплоснабжения в аварийных ситуациях, а также использование для кольцевания однотрубных перемычек.

Основным лимитирующим условием при определении резерва пропускной способности теплопроводов является жесткое ограничение максимального давления в обратной магистрали.

Кардинальным решением, обеспечивающим наиболее полное использование давления, создаваемого циркуляционными насосами в аварийных гидравлических режимах, является независимое присоединение потребителей. Однако следует отметить, что независимое присоединение абонентов само по себе не решает проблемы надежности, т. е. такая система может иметь неуправляемый гидравлический режим в аварийных ситуациях. В таком случае через теплообменники дальних потребителей пойдет ничтожный расход теплоносителя, в результате чего системы отопления зданий практически лишатся источников тепла. Для обеспечения надежного теплоснабжения необходимо управлять распределением теплоносителя между теплообменниками потребителей, а это возможно осуществлять лишь на крупных тепловых узлах. При этом следует сохранять иерархичность построения системы. В таком случае каждый тепловой узел будет представлять собой отдельный источник тепла для распределительных сетей, присоединенных к нему. Циркуляционный контур сетей будет иметь самостоятельные насосы и не будет гидравлически связан с режимом тепловых магистралей. Аварийные ситуации на тепловых магистралях будут сказываться лишь на лимитированной подаче тепла в узел, что приведет к некоторому снижению температуры воды, циркулирующей в распределительных сетях, без гидравлической их разрегулировки, а следовательно, будет обеспечено лимитированное теплоснабжение всех потребителей.

Резервирование тепловых магистралей возможно не только путем кольцевания. Трехтрубная резервированная система тепловых магистралей предложенная МИСИ (1976 г.) и показанная на рис. 10.8, обладает высокими техническими и экономическими показателями. Трубопровод 1 подающий, трубопроводы 2 и 3 обратные. В узлах 4 присоединены двухтрубные ответвления, ведущие к РТП потребителей 5, подающие и обратные трубопроводы снабжены задвижками 6—11, позволяющими отключать любой участок трубопровода тепловой магистрали. Перемычка 12 соединяет обратные трубопроводы. Две перемычки с задвижками 13 и 14 соединяют подающий 1 и обратный 2 трубопроводы. При нормальной работе задвижки 6—11 открыты, задвижки 13—14 на перемычках закрыты.

При аварии на трубопроводе 1 с помощью задвижек 6 и 7 отключается поврежденный участок, задвижки 8 и 9 на трубопроводе 2 закрываются, а на перемычках 13 и 14 открываются и теплоноситель с неповрежденного участка трубопровода 1 по перемычке с открытой задвижкой 14 передается на отключенный участок трубопровода 2 и по перемычке с открытой задвижкой 13 на следующий, неповрежденный участок трубопровода 1. Охлажденный теплоноситель транспортируется по перемычкам 12 и участку трубопровода 3.

При аварии на трубопроводе 2 поврежденный участок отключается с помощью задвижек 8 и 9, на трубопроводе 3 — задвижек 10 я П. Теплоноситель транспортируется по перемычкам 12 к неповрежденному участку обратных магистралей.

Как вариант возможна тепловая магистраль из трех трубопроводов, у которой два трубопровода подающие и один обратный с перемычкой между подающими трубопроводами и двумя перемычками с задвижками между обратным и одним из подающих трубопроводов.

Рассмотрим технико-экономические характеристики трехтрубной тепловой магистрали и сравним ее оптимальные параметры с параметрами двухтрубной магшстрали.

В нормальном режиме теплоноситель в трехтрубной тепломагистрали в прямом направлении идет по одному трубопроводу, а в обратном — по двум трубопроводам, поэтому возникает задача определения оптимального соотношения их диаметров.

Для двухтрубных систем теплоснабжения удельные потери давления в подающем и обратном трубопроводах принимают одинаковыми (е = 0,5).

Для решения оптимальной задачи находим отношение материальной характеристики 1 м трехтрубной магистрали к материальной характеристике 1 м двухтрубной в зависимости от коэффициента е.

Минимуму материальной характеристики соответствует оптимальное значение е = 0,41. Этому значению е отвечает следующее соотношение диаметров подающего и обратного теплопроводов: dljdl ^1,4.

Оптимальному значению е соответствуют дополнительные затраты на резервирование в размере 27%, а при учете различных значений экономических потерь давления в подающей и обратной магистралях увеличение материальной характеристики составит 22%.