Водогрейная котельная на газе с резервным дизельным топливом

Резервное топливное хозяйство удорожает проект заметно, поэтому решение о нём принимают осознанно, а не по умолчанию. Основанием служат требования по надёжности теплоснабжения и характер потребителей.

Для котельных первой категории по надёжности отпуска теплоты наличие резервного топлива, как правило, требуется. К первой категории относят источники, питающие потребителей, для которых перерыв подачи тепла недопустим.

Дополнительным основанием служат условия договора на поставку газа. Многие поставщики включают в него возможность ограничения подачи в пиковые периоды, и без резерва такое ограничение означает остановку.

Для промышленного предприятия расчёт простой: стоимость часа простоя производства умножается на вероятную продолжительность перерыва газоснабжения. Если результат сопоставим со стоимостью топливного хозяйства, вопрос решён.

Для объектов с непрерывным технологическим циклом резерв нужен почти всегда. Остановка линии, где продукт застывает в аппаратах, обходится дороже, чем годовое содержание резервного хозяйства.

На объектах второй категории с возможностью временного снижения отпуска тепла, при наличии второго независимого источника теплоснабжения, а также там, где короткий перерыв не приводит к необратимым последствиям.

Промежуточное решение для таких случаев — не полноценное резервное хозяйство, а аварийный запас на несколько часов, достаточный для управляемого останова технологии и слива систем.

Горелка — единственный узел, который физически работает с обоими видами топлива. Всё остальное в котельной от вида топлива не зависит.

Общими остаются вентилятор, воздушный тракт, система управления и механизм регулирования подачи воздуха. Раздельными — газовая рампа с клапанами и регулятором давления и жидкотопливный тракт с насосом, форсунками и подогревателем при необходимости.

Соотношение топливо-воздух для газа и для дизеля различается, поэтому регулирующий механизм имеет два независимо настраиваемых профиля. Настройка выполняется отдельно для каждого топлива при пусконаладке, с газовым анализом на всех ступенях мощности.

На современных горелках переход выполняется автоматически по сигналу от датчиков давления газа. Алгоритм типовой: фиксация снижения давления с выдержкой на исключение кратковременных провалов, отсечение газовой линии, продувка топки, запуск на жидком топливе.

Полное время процедуры составляет от нескольких секунд у горелок с горячим переходом до 1−2 минут у моделей, требующих останова и повторного розжига. Для водогрейного контура с его тепловой инерцией даже двухминутный перерыв незаметен потребителю.

Обратный переход на газ после восстановления подачи выполняют с выдержкой, чтобы исключить многократные переключения при нестабильном давлении в сети.

Дизельное топливо даёт больше сажи, выше температуру уходящих газов и добавляет к выбросам оксиды серы. Это влияет на всю линию: загрязняются поверхности нагрева, растёт нагрузка на дымовую трубу, меняется расчёт рассеивания.

Практическое следствие — после работы на резервном топливе котёл требует осмотра и при необходимости очистки поверхностей нагрева. Длительная работа на дизеле без обслуживания заметно снижает КПД.

Самая объёмная и самая регламентированная часть проекта. По стоимости топливное хозяйство нередко сопоставимо с котельной, а по количеству согласований превосходит её.

Выбор определяется площадью участка, гидрогеологией и требованиями к противопожарным разрывам.

Обвалование рассчитывают на удержание объёма разлива при повреждении резервуара. Внутри обвалования предусматривают сбор ливневых вод с отводом через нефтеловушку, поскольку сбрасывать их напрямую нельзя.

В помещении котельной допускается размещать расходный бак ограниченной вместимости. Конкретное значение принимают по нормам для котельных установок в зависимости от вида топлива и типа помещения.

Бак оборудуют переливной линией в основной резервуар, устройством аварийного слива, указателем уровня и защитой от переполнения. Заполнение автоматизируют по уровню, но с дублирующим механическим ограничителем.

Дизельное топливо теряет прокачиваемость при охлаждении. Для наружных участков предусматривают спутниковый обогрев и теплоизоляцию, а трассу проектируют с минимальным числом высоких точек, где скапливается воздух.

Насосную группу резервируют: два насоса с автоматическим включением резерва. Фильтры ставят на всасе и на нагнетании, с возможностью очистки без остановки подачи.

Вопрос об объёме запаса решается не интуитивно. Слишком малый не обеспечит автономности, слишком большой требует площади, охраны и оборота, а лишнее топливо со временем портится.

Мнимым резервом дальше называем топливное хозяйство, которое построено, оплачено и числится в проекте, но ни разу не проверялось контрольным переключением.

Формально резерв есть, фактически его работоспособность неизвестна до момента, когда он понадобится.

Расчёт по низшей теплоте сгорания около 42,7 МДж на килограмм, плотности 0,84 кг на литр и КПД котла 0,9 при непрерывной работе на полной мощности резервного режима. Реальный объём меньше на величину снижения нагрузки, которое допускает объект.

Исходные данные: тепловая мощность в режиме резервного топлива, требуемая продолжительность автономной работы и теплота сгорания дизеля, составляющая около 42 МДж на килограмм.

Требуемую продолжительность определяют по времени восстановления газоснабжения, которое запрашивают у газораспределительной организации, плюс запас на организационные задержки. Итоговое значение фиксируют в задании на проектирование.

Отдельно учитывают, что при работе на резерве нагрузку обычно можно снизить: отключить вентиляцию, перевести отопление на пониженный график, остановить неответственные потребители. Это позволяет растянуть тот же объём на большее время.

Температура растёт относительно медленно, и по ней есть время среагировать. Давление при разрыве трубопровода или отказе подпитки падает за секунды, а вскипание следует за ним немедленно.

Поэтому уставку по снижению давления выбирают так, чтобы она срабатывала при сохранении запаса до давления насыщения при текущей температуре. Продвинутые схемы вычисляют этот запас динамически, сравнивая фактические давление и температуру.

Дизельное топливо выпускается в летнем, зимнем и арктическом исполнении, различающихся температурой помутнения и предельной температурой фильтруемости. Летняя марка при минусовых температурах теряет текучесть, и никакой обогрев резервуара это быстро не исправит.

Для резерва, который может понадобиться в январе, хранят зимнюю или арктическую марку независимо от сезона закупки. Разница в цене несопоставима с последствиями отказа.

Дизель в неподвижном резервуаре деградирует. Основные процессы: накопление конденсационной воды на дне, окисление с образованием смол и осадка, развитие микроорганизмов на границе раздела вода-топливо.

Практический ресурс хранения при нормальных условиях составляет от 1 до 3 лет. Продлить его позволяют присадки, регулярный дренаж подтоварной воды и периодическая фильтрация с прокачкой.

Разумная практика — плановый оборот: раз в 1−2 года топливо расходуют на реальную работу котельной и закупают свежее. Так одновременно проверяется работоспособность всей схемы.

Резервная система отличается от основной тем, что её неисправность не проявляется до момента, когда она нужна. Единственный способ борьбы с этим — регулярные проверки.

Уровень и качество топлива с отбором пробы со дна на наличие воды и осадка. Герметичность резервуаров и трубопроводов. Работоспособность обогрева трасс перед началом холодного периода. Состояние обвалования и работоспособность отвода ливневых вод.

Отдельная позиция — приборы учёта и сигнализаторы уровня. Ложные показания уровня приводят либо к переполнению при наливе, либо к обнаружению пустого бака в момент аварии.

Резерв по топливу не компенсирует отсутствие резерва по электроснабжению. При отключении питания котельная встанет независимо от того, сколько дизеля в баках: не будет работать ни горелка, ни насосы, ни автоматика. Эти два вида резервирования решают разные задачи и нужны вместе.

Не заменяет он и резерв по мощности. Если двухтопливными горелками оснащён только один котёл из трёх, в аварийном режиме объект получит треть нагрузки, а не полную. Состав резервируемого оборудования определяют отдельно от вида топлива.
Объёмы в таблице посчитаны для непрерывной работы на полной мощности.

Фактическая продолжительность автономности зависит от того, какие потребители удастся отключить, и на реальных объектах она обычно оказывается заметно больше расчётной. Сводных данных по средней длительности перерывов газоснабжения в разрезе регионов в открытом доступе нет, поэтому требуемую автономность запрашивают у газораспределительной организации.

Ведут журнал контрольных переключений, паспорта на резервуары, акты проверок систем пожаротушения и молниезащиты, документы на приём и отпуск топлива, результаты анализов проб.

Комплект понадобится и при проверках надзорных органов, и при получении паспорта готовности к отопительному сезону. Собирать его в августе вместо мая — привычная, но неудачная практика.