Калькулятор надежности систем теплоснабжения

Надежность систем теплоснабжения оценивают не одним числом, а набором показателей. Калькулятор собирает в один расчёт все, которыми Методические указания описывают состояние системы: резервирование источников, износ трубопроводов, аварийность, недоотпуск тепла и способность организации быстро устранить повреждение. По одному набору исходных данных выдаётся:

• Кэ, Кв, Кт — надежность электро-, водо- и топливоснабжения источника: единица, если резерв есть, пониженное значение, если резерва нет.
• Кб — соответствие установленной мощности присоединённым нагрузкам.
• Кр — уровень резервирования тепловых сетей по доле резервируемой нагрузки.
• Котк ит — сводный показатель надежности теплового источника.
• Кс — техническое состояние тепловых сетей, то есть доля неветхих трубопроводов.
• Иотк тс и Котк тс — интенсивность отказов на километр сети в год и показатель по ней.
• Qнед и Кнед — доля недоотпуска тепла из-за отказов и показатель по ней.
• Кп, Км, Ктр, Кист — укомплектованность персоналом, техникой, материально-техническими ресурсами и передвижными источниками электропитания.
• Кгот — сводная готовность к аварийно-восстановительным работам с категорией: удовлетворительная, ограниченная или неготовность.
• Класс надежности отдельно по источникам, отдельно по тепловым сетям и итоговый по системе.

Расчёт пересчитывается на каждое изменение поля: видно, какой показатель тянет систему вниз и что даст конкретное мероприятие. Результат выгружается в CSV и печатается в PDF.

Показатели источника тепловой энергии

Кэ, Кв, Кт, Кб и Кр — не вычисляемые, а назначаемые величины: они принимаются по факту наличия резерва, дефицита мощности и уровня резервирования сетей. Значения приведены в разделе 03.

Если источников несколько, каждый показатель усредняется по средней тепловой нагрузке источника: чем больше отпуск тепла, тем сильнее источник влияет на итог.

Q_факт — фактический отпуск тепла источником за год, Гкал; t_ч — продолжительность отопительного периода в часах; Q_i — средняя нагрузка источника, Гкал/ч.

Котк ит — надежность теплового источника

Определяется ступенями по числу показателей Кэ, Кв, Кт, значение которых меньше единицы, то есть по количеству отсутствующих резервов:

Кс — техническое состояние тепловых сетей

S_эксп — протяжённость сетей в эксплуатации, км; S_ветх — протяжённость ветхих трубопроводов, подлежащих замене, км. Обе величины берутся в двухтрубном исчислении. По существу Кс — доля неветхих сетей: 15 % ветхих дают Кс = 0,850.

Иотк тс и Qнед — аварийность и недоотпуск

n_отк — число отказов за расчётный год; S — протяжённость сети; Q_откл — недоотпуск тепла из-за отказов; Q_факт — фактический отпуск. По полученным величинам ступенями назначаются Котк тс и Кнед — пороги в разделе 04.

Кгот — готовность к аварийно-восстановительным работам

Каждое слагаемое — отношение факта к нормативу, ограниченное единицей: избыток сверх норматива готовность не повышает. Кп считается по численности персонала, Км и Ктр — как среднее по всем видам техники и по всей номенклатуре аварийного запаса, Кист — по мощности передвижных источников электропитания. Наибольший вес, 0,35, отдан технике.

Итоговый класс системы

Класс присваивается отдельно источникам и отдельно тепловым сетям, итог по системе — наихудшая из двух оценок. Надежные источники при ненадежных сетях дают ненадежную систему, и наоборот.

Именно эти значения заложены в калькулятор и подставляются выбором из списка. Промежуточных величин между ступенями нет.

Класс источников определяется по Кэ, Кв, Кт и Котк ит. Кб и Кр рассчитываются и выводятся отдельно: они характеризуют дефицит мощности и резервирование сетей, но в классификацию источников не входят — это видно по калькулятору, когда при Кб = 0,8 и Кр = 0,5 источники остаются высоконадежными.

Все числа в таблицах ниже получены самим калькулятором. Первая таблица отвечает на самый частый вопрос: какой класс надежности при такой-то доле ветхих сетей.

Классы разделены строгим неравенством: Кс больше 0,90 — высоконадежные, от 0,75 до 0,90 включительно — надежные, от 0,50 до 0,75 — малонадежные, ниже 0,50 — ненадежные. Ровно 0,900 попадает в «надежные», а не в «высоконадежные», — на это стоит обратить внимание, когда доля ветхих сетей ровно 10 %.

Второй столбец важнее, чем кажется: высокий Кгот при провале по одному из трёх ключевых показателей категорию не спасает. Организация с полным комплектом персонала и запасом труб, но без техники, к аварийно-восстановительным работам не готова.

Исходные данные

Муниципальная котельная, отпуск 62 000 Гкал за год, отопительный период 5040 часов — средняя нагрузка 12,302 Гкал/ч. Резервный ввод электроснабжения есть, резервное водоснабжение есть, резервного топливного хозяйства нет. Дефицит мощности до 10 %, резервируется 50–70 % нагрузки. Сети 46 км в двухтрубном исчислении, из них 11,5 км ветхих; 28 отказов за год на 23 км, недоотпуск 180 Гкал при отпуске 58 000 Гкал. Бригада АВР 42 человека при нормативе 50, передвижные источники электропитания 150 кВт при потребности 200 кВт.

Что получилось

• Кэ = 1,0, Кв = 1,0, Кт = 0,5 — один резерв из трёх отсутствует, поэтому Котк ит = 0,8.
• Класс источников — малонадежные: Котк ит не ниже 0,5, но один из показателей Кэ, Кв, Кт меньше единицы.
• Кс = (46 − 11,5) / 46 = 0,750, ветхих 25,0 % — сети надежные, но по нижней границе класса.
• Иотк тс = 28 / 23 = 1,217 1/(км·год) — Котк тс = 0,5, аварийность за пределом всех ступеней.
• Q_нед = 180 / 58 000 · 100 = 0,310 % — Кнед = 0,6.
• Кп = 0,840, Км = 0,792, Ктр = 0,850, Кист = 0,750 — Кгот = 0,817, ограниченная готовность.
• Итоговый класс системы — малонадежная: наихудшая из оценок источников и сетей.

Что даст резервное топливное хозяйство

Одно мероприятие меняет класс всей системы. Резервное топливо поднимает Кт с 0,5 до 1,0, все три резерва оказываются на месте, Котк ит растёт с 0,8 до 1,0, источники становятся высоконадежными, а система в целом — надежной. Ни сети, ни аварийная служба при этом не изменились: класс тянул вниз единственный отсутствующий резерв.

Что даст перекладка семи километров

Замена 7 км ветхих трубопроводов снижает S_ветх с 11,5 до 4,5 км: доля ветхих падает с 25,0 до 9,8 %, Кс растёт с 0,750 до 0,902 — сети переходят в высоконадежные. Вместе с износом падает аварийность: 13 отказов вместо 28 дают Иотк тс = 0,565 и Котк тс = 0,8, а недоотпуск 90 Гкал вместо 180 — Q_нед = 0,155 % и Кнед = 0,8. Если параллельно довести парк трубоукладчиков до норматива, Км растёт с 0,792 до 0,917, Кгот — с 0,817 до 0,861, а готовность к АВР становится удовлетворительной. Система в целом — высоконадежная.

Вывод

Порядок мероприятий определяется не бюджетом, а тем, какой показатель стоит на минимуме. В этом примере резервное топливо стоило заметно дешевле семи километров перекладки, а класс системы подняло на ту же ступень. Подставьте свои цифры в поля выше — калькулятор покажет, какой показатель у вас самый слабый и что произойдёт после каждого мероприятия.

Надежность систем теплоснабжения складывается из семи факторов. Калькулятор показывает вклад каждого, поэтому видно не только итоговый класс, но и то, какой из факторов его определил.

• Наличие резервов на источнике. Три показателя — электроснабжение, водоснабжение, топливо. Каждый отсутствующий резерв понижает Котк ит на ступень, а два и более сразу дают ненадежные источники.
• Доля ветхих трубопроводов. Единственная величина, из которой считается Кс, и она же определяет класс сетей. Переход через 25 % ветхих меняет класс с надежных на малонадежные.
• Аварийность. Интенсивность отказов на километр в год — показатель, который невозможно улучшить отчётностью: он считается по журналу технологических нарушений.
• Недоотпуск тепла. Отражает не столько число отказов, сколько время устранения: одна долгая авария в морозы весит больше десятка коротких.
• Дефицит мощности источника. Кб падает, как только присоединённые нагрузки подходят к установленной мощности, — типичная ситуация после подключения новых потребителей без реконструкции котельной.
• Уровень резервирования сетей. Кр показывает, какую долю нагрузки удастся запитать при отказе участка: тупиковая схема без перемычек даёт минимальные значения.
• Готовность аварийной службы. Персонал, техника, аварийный запас и передвижные источники электропитания. Здесь показатели меняются быстрее всего — это вопрос организации, а не капитальных вложений.

Мероприятия перечислены в порядке отношения эффекта к затратам — от организационных к капитальным.

• Довести аварийный запас до норматива. В примере выше доведение МТР до норматива поднимает Кгот с 0,817 до 0,862 и переводит готовность в удовлетворительную категорию. Стоимость — склад труб и арматуры, не реконструкция.
• Укомплектовать бригаду АВР. Численность 50 из 50 вместо 42 даёт Кгот 0,857 вместо 0,817 — тоже смена категории.
• Закрыть провал по технике. Вес Км наибольший — 0,35, и он же чаще всего оказывается минимальным из трёх ключевых показателей. Один недостающий трубоукладчик в примере стоит 0,044 единицы Кгот.
• Заключить договоры на резервное топливо и резервное электропитание. Самый быстрый способ поднять Котк ит: договор на поставку резервного топлива и АВР-схема питания от второго ввода меняют класс источников, не трогая оборудование.
• Построить перемычки между магистралями. Прямое влияние на Кр: резервирование 70–90 % вместо 30–50 % повышает показатель с 0,3 до 0,7.
• Заменять ветхие участки по программе, а не по факту аварии. Каждый километр перекладки из 46 добавляет к Кс около 0,022 и одновременно снижает аварийность и недоотпуск.
• Устранить дефицит мощности. Реконструкция котельной или перераспределение нагрузок между источниками возвращает Кб к единице.
• Вести учёт отказов и недоотпуска корректно. Показатели считаются по отчётным данным: без журнала технологических нарушений и расчёта недоотпуска обосновать класс перед органом местного самоуправления не получится.

• Приказ Минрегиона России от 26.07.2013 № 310 — Методические указания по анализу показателей, используемых для оценки надежности систем теплоснабжения. Основной документ: показатели, формулы и классификация систем.
• Федеральный закон от 27.07.2010 № 190-ФЗ «О теплоснабжении» — требования к надежности и качеству теплоснабжения, схемы теплоснабжения, ответственность теплоснабжающих организаций.
• Постановление Правительства РФ от 08.08.2012 № 808 — Правила организации теплоснабжения в Российской Федерации.
• Постановление Правительства РФ от 22.02.2012 № 154 — требования к схемам теплоснабжения, включая раздел о надежности.
• Приказ Минэнерго России от 12.03.2013 № 103 — Правила оценки готовности к отопительному периоду.
• СП 124.13330.2012 «Тепловые сети» — актуализированная редакция СНиП 41-02-2003: требования к резервированию, расчётные показатели надежности тепловых сетей.

Калькулятор воспроизводит структуру показателей Методических указаний. Формулировки классов и пороговые значения приведены выше в разделах 03 и 04, поэтому любой результат воспроизводится вручную и проверяется по документу.

Калькулятор даёт быструю оценку по агрегированным данным: увидеть класс, найти слабый показатель, сравнить варианты мероприятий, подготовиться к разговору с администрацией. Для схемы теплоснабжения и для программы повышения надежности нужен полный расчёт: обработка статистики отказов по участкам за несколько лет, определение вероятности безотказной работы источников, сетей и потребителей, расчёт готовности системы к отопительному периоду, проверка режимов при отказе элементов, обоснование перемычек и резервных перемычек по гидравлике, оценка достаточности резервного топлива.

ПрофЖКХ выполняет такие расчёты в составе схем теплоснабжения, программ повышения надежности и энергетических обследований — более 600 реализованных проектов по всей России.

Как рассчитать надежность системы теплоснабжения по Приказу № 310?

Расчёт идёт в три этапа. Сначала оценивают источники: назначают Кэ, Кв, Кт по наличию резервного электроснабжения, водоснабжения и топлива, Кб по дефициту мощности, Кр по уровню резервирования сетей, после чего определяют Котк ит по числу показателей меньше единицы. Затем оценивают тепловые сети: Кс = (S эксп − S ветх) / S эксп, интенсивность отказов Иотк = n отк / S и долю недоотпуска Q нед = Q откл / Q факт · 100. На третьем этапе присваивают класс отдельно источникам и отдельно сетям, а итоговый класс системы принимают как наихудшую из двух оценок.

Что означают показатели Кэ, Кв, Кт, Кб и Кр?

Это показатели надежности источника тепловой энергии. Кэ — надежность электроснабжения: 1,0 при наличии резервного питания и 0,6 без него. Кв — надежность водоснабжения: 1,0 и 0,6. Кт — надежность топливоснабжения: 1,0 при наличии резервного топлива и 0,5 без него. Кб — соответствие установленной мощности присоединённым нагрузкам: 1,0 при полной обеспеченности, 0,8 при дефиците до 10 % и 0,5 при дефиците свыше 10 %. Кр — уровень резервирования тепловых сетей: 1,0 при резервировании 90–100 % нагрузки, далее 0,7, 0,5, 0,3 и 0,2 по убывающим диапазонам.

Как считается Котк ит и почему он равен 1,0 при полном резервировании?

Котк ит определяется ступенями по количеству показателей Кэ, Кв, Кт, значение которых меньше единицы. Все три резерва на месте — Котк ит = 1,0. Отсутствует один резерв — 0,8. Отсутствуют два — 0,6. Нет ни одного — 0,5. Поэтому у источника с резервным вводом электроснабжения, резервным водоснабжением и резервным топливным хозяйством Котк ит равен единице, и такой источник классифицируется как высоконадежный. Промежуточных значений между ступенями нет: показатель не усредняется, а выбирается из четырёх вариантов.

Как определить класс надежности тепловых сетей по показателю Кс?

Кс равен доле неветхих трубопроводов: Кс = (S эксп − S ветх) / S эксп. Кс больше 0,90 — высоконадежные сети, от 0,75 до 0,90 включительно — надежные, от 0,50 до 0,75 — малонадежные, ниже 0,50 — ненадежные. Пример: из 100 км сетей 15 км ветхих, Кс = 0,850 — сети надежные. Из 100 км 55 км ветхих, Кс = 0,450 — ненадежные, требуется неотложная реконструкция. Граница проходит строго: при доле ветхих ровно 10 % Кс = 0,900, и сети относятся к надежным, а не к высоконадежным.

Как считается Кгот — готовность к аварийно-восстановительным работам?

Кгот = 0,25·Кп + 0,35·Км + 0,30·Ктр + 0,10·Кист, где Кп — отношение фактической численности персонала АВР к нормативной, Км — среднее отношение факта к нормативу по всем видам машин и механизмов, Ктр — то же по номенклатуре аварийного запаса материально-технических ресурсов, Кист — отношение мощности передвижных источников электропитания к потребности. Каждое слагаемое ограничено единицей. Категория готовности зависит не только от Кгот, но и от минимального из Кп, Км, Ктр: при Кгот не ниже 0,85 и минимуме не ниже 0,75 готовность удовлетворительная, при Кгот от 0,70 до 0,85 и минимуме не ниже 0,50 — ограниченная, в остальных случаях — неготовность.

Как считаются показатели, если источников тепловой энергии несколько?

Каждый показатель усредняется по средней тепловой нагрузке источников: К = (Q1·К1 + Q2·К2 + … + Qn·Кn) / (Q1 + Q2 + … + Qn), где Qi = Q факт / t ч — средняя нагрузка источника, Q факт — фактический отпуск тепла за год в гигакалориях, t ч — продолжительность отопительного периода в часах. Крупная котельная влияет на итог сильнее малой: при отпуске 62 000 Гкал за 5040 часов средняя нагрузка составляет 12,302 Гкал/ч, и именно эта величина служит весом. Котк ит после усреднения определяется по взвешенным значениям Кэ, Кв, Кт.

Что делать, если показатель надежности вышел за норматив?

Начинать с показателя, который стоит на минимуме, — калькулятор выводит его отдельной строкой на вкладке «Итог». Отсутствие резерва на источнике закрывается договорами на резервное топливо и вторым вводом электроснабжения и меняет класс без реконструкции. Низкий Кс требует программы перекладки: каждый километр замены из 46 добавляет к Кс около 0,022. Высокая аварийность и недоотпуск обычно снижаются вместе с износом. Провал по Кгот закрывается быстрее всего — комплектованием бригады, техникой и аварийным запасом.

Где применяются показатели надежности систем теплоснабжения?

При разработке и актуализации схем теплоснабжения — в разделе о надежности, при формировании инвестиционных программ теплоснабжающих и теплосетевых организаций, при подготовке к отопительному периоду и оценке готовности, а также при обосновании мероприятий перед органами местного самоуправления. Класс надежности показывает, какие меры нужны системе: плановое обслуживание, программа замены участков или неотложная реконструкция.

Заменяет ли калькулятор раздел надежности схемы теплоснабжения?

Нет. Калькулятор считает по агрегированным данным и даёт оценку класса и готовности к АВР. Раздел надежности схемы теплоснабжения требует данных по каждому источнику и участку, статистики отказов за несколько лет, расчёта вероятности безотказной работы потребителей, проверки режимов при отказах элементов и обоснования перечня мероприятий с эффектом по каждому. Это инструмент предварительной оценки и проверки чужих решений, а не замена проектного расчёта.

Оценка надежности опирается на те же исходные данные, что и остальные расчёты по системе теплоснабжения: нагрузки, балансы и состояние трубопроводов.

• Калькулятор тепловых потерь здания — даёт нагрузку, с которой сравнивают установленную мощность источника при определении Кб.
• Калькулятор диаметра трубопровода — подбор типоразмеров при перекладке ветхих участков и построении перемычек для резервирования.
• Калькулятор тепловых потерь трубопроводов — потери через изоляцию на участках, которые попадают в программу замены.
• Онлайн-калькуляторы ПрофЖКХ — расчёты для теплоснабжения, водоснабжения и коммунальной инфраструктуры.
• Разработка и актуализация схем теплоснабжения — полный цикл: сбор исходных данных, балансы, гидравлика, раздел надежности, перечень мероприятий.
• Статьи и разборы — практика подготовки схем, типовые ошибки и требования проверяющих органов.