Историческое развитие и текущее состояние программного обеспечения для гидравлических расчётов системы теплоснабжения города Улан-Батора

Историческое развитие и текущее состояние программного обеспечения для гидравлических расчётов системы теплоснабжения города Улан-Батора

Баярсайхан Г., генеральный директор АО «Улан-Батор тепловые сети»;
Батмэнд Л. докторант, МГУНТ «ЭИ», инженер АО «УБТС»;
Алтангэрэл Т., руководитель;
Отгонбаяр Г., старший инженер отдела;
Амарсанаа Э., Бат-Эрдэнэ Ц., Сандагдорж Т., инженеры  отдела регулирования
режима работы и информационных исследований
АО «Улан-Баторские тепловые сети» (УБТС)

Введение:

При повседневной эксплуатации системы теплоснабжения существует постоянная необходимость в проведении теплового баланса в системах источника и потребителя, определении перспектив и растущих требований к применению системы, проведении плановых расчётов и анализа, а также разработке технических решений и сценариев.

В этой статье представлено историческое развитие и текущее состояние программного обеспечения для гидравлических расчётов теплосети, используемого в повседневной эксплуатации системы теплоснабжения Улан-Батора.

Происхождение и разработка программного обеспечения

В 1983 году в Улан-Баторе, в Институте математики и цифровых технологий был проведён расчёт гидравлического режима сети теплоснабжения с использованием электронно-вычислительной машины Минск-22, Минск-32 (рис. 1).

Рисунок 1. Первые электронные цифровые вычислительные машины: Минск-22 и Минск-32.

Минск-22 и 32 использовались для подготовки, расчёта и обработки различных программ инженерами Бюро энергетики, топлива, горнодобывающей промышленности, 4Научно-исследовательского института математики, преподавателями Политехнического института и сотрудниками других подразделений (рис. 2).

Рисунок 2. Схема и журнал для расчёта тепловых нагрузок 1983 г.

Рисунок 3. Схема и журнал для расчёта тепловых нагрузок 1997 г. /Технический отчёт/.

В 1997 г. в базу данных, с привязкой к схеме, были включены подводящие сети всех зданий Улан-Батора с их системами теплоснабжения, а также техническими характеристиками и данными об оборудовании, – для возможности расчёта регулировки режимов работы городской сети теплоснабжения с помощью программного обеспечения на компьютере.

На основе этой базы данных была использована российская расчётная программа «ДИСИГР» (Диалоговая Система Гидравлических расчётов тепловых сетей. Разработана Сибирским энергетическим институтом России (ИСЭМ СО РАН). – Прим. ред.) (рис. 4).

Перенос данных с бумажных источников на уровень базы данных программы позволил выполнять трудоёмкие расчёты гидравлического режима сети быстро и с высокой точностью, сохраняя при этом все данные для последующего повторного использования и разработки оптимальных режимов тепловых сетей.

Рисунок 4. Интерфейс программы «Дисигр».

С 1998 г. для расчётов режима второго контура стала использоваться программа расчётов «LIQUID» – благодаря успешной реализации проектов по энергоэффективности и проектов по тепловой эффективности, финансируемых Азиатским банком развития (рис. 5).

Рисунок 5. Интерфейс программы «LIQUID».

В 2003 г. Дания и Финляндия начали изучать и внедрять программу «Termis», используемую при расчёте систем управления теплоснабжением, а также весьма удобную для повседневных технологических операций оперативного управления (рис. 6).

Рисунок 6. Интерфейс программы «Termis».

Преимущество программы «Termis» по сравнению с другим программным обеспечением того времени заключалось в том, что она была напрямую подключена к системе мониторинга и управления тепловыми сетями, и расчётное значение можно было использовать непосредственно для сравнения результатов с фактическими параметрами и внесения выводов и корректировок.

Однако, ввиду отсутствия группового пункта регулирования невозможно было создавать двухконтурные сети с разным температурным графиком. Соответственно не имелась возможность создания единой модели магистральных и квартальных сетей (после ЦТП), а также модели четырёхтрубных сетей.

Ограничивал внедрение Termis и тот факт, что к расчётам был допущен всего один человек.

В 2012 г. специалисты АО «Улан-Батор тепловые сети» посетили курсы программы ZuluThermo 7.0, где рассказывался опыт и результаты успешного внедрения программы в теплоснабжающих организациях. После чего было принято решение сделать программу ZuluThermo основой гидравлических расчетах городских тепловых сетей (рис. 7).

Рисунок 7. Интерфейс программы «ZuluThermo 7.0».

В 2017 г. программное обеспечение для расчёта гидравлического режима системы теплоснабжения было обновлено до версии ZuluТermo 8.0, в которой было произведено множество доработок (рис. 8).

Рисунок 8. Интерфейс программы «ZuluThermo 8.0».

Таким образом, можно проследить этапы развития цифровой модели тепловых сетей Улан-Батора от первых расчётов на вычислительных машинах до современных сложнейших программных комплексов (табл. 1).

Таблица 1.    Программное обеспечение для гидравлических расчётов.

Дата	Разработка и выполненные работы
1997	Внедрение программы «ДИСИГР».
1998-2003	Внедрение программы « LIQUID».
2003	Внедрение программы «Termis»
2012-2013	Была внедрена программа «ZuluThermo 7.0» Сформирована расчётная модель сети теплоснабжения Улан-Батора
2015	Начали создаваться местные модели теплоснабжения для 21 аймаков и городов Монголии.  База данных стала использоваться для расчётов режимов и исследований
2017	Внедрение программы «ZuluThermo 8.0» Сеть теплоснабжения Улан-Батора была разделена на более чем 600 секций и представлена в виде планшетной схемы размером А3
2019	Модель город Улан-Батора была усовершенствована инженерами компании ООО Политерм, и механические операции были автоматизированы на программном уровне уровне с применением макросов  VBScript Произведена интеграция модели ZuluThermo c базой данных фотографий тепловых узлов системы E-Heat+Portal
2020	Совмещение схемы местных тепловых сетей аймаков Монголии и г. Улан-Батора  –  с данными о рельефе и географических высотах (рис. 9) Совмещение схемы местных тепловых сетей аймаков Монголии и г. Улан-Батора –со спутниковыми снимками (рис. 10) На программном уровне стало возможным автоматически разделять всех потребителей по центральному узлу и центру теплопередачи
2021	Программа ZuluThermo смогла подключиться к базе данных систем «E-Heat, Portal», используемых в повседневной деятельности компании.
2022	Добавили, внедрили и стали использоваться дополнительные расчётные модули: Расчёт требуемой температуры на источнике Расчёт надежности системы теплоснабжения Расчёт резерва пропускной способности сети дополнительные права были проданы.

Рисунок 9. Рельеф местности в районе Улан-Батора в электронном виде.

Рисунок 10. Спутниковые снимки Улан-Батора.

Текущее состояние программного обеспечения для расчёта

Тепловые сети, оборудование ЦТП, здание заказчика и тепловые вводы регулярно обновляются с обогащением их базы данных, вмешательство человека сведено к минимуму, разрабатываются автономные системы и интегрируются с программой расчёта режимов ZuluThermo, а также проводятся исследования.

По состоянию на 2022 г. в Монголии программа ZuluThermo регулярно и официально используется в АО Улан-Баторские тепловые сети», Жилищно-коммунальное управление, ООО «Национальный диспетчерский центр», ООО «Маргад Эрчим» (рис. 11, 12).

Рисунок 11. Планшетная схема ZuluThermo 8.0.

Рисунок 12. Используя данные о этажности здания, были созданы их 3D модели.

Основные проекты и расчёты режима, выполненные с использованием программы ZuluThermo 8.0:

• расчёт и исследование равномерного распределения нагрузки тепловой сети «Амгалан» тепловой станции;
• расчёт подключения подцентра «Баянхошуу» к центральной системе теплоснабжения;
• гидравлический расчёт и исследование сети теплоснабжения в городах Ховд, Дундгови, Гоби-Алтай, Гови-Самбер, Сухэ-Батор, УВс, Булган, Дорногови, Селенге, Хувсгул, Багануур, Сайншанд и Налайх;
•  расчёт подключения подцентра «Дэнжийн 1000» к центральной системе теплоснабжения;
• расчёт подключения к сети «15-я магистраль» ТЭЦ-4;
• расчёт работы тепловых станций «Замын Ууд»;
• расчёт подключения к сети «210 МВт магистраль» ТЭЦ-4;
• расчёт подключения подцентра «Толгойт и Сэлбэ» к центральной системе теплоснабжения;
• расчёт подключения к сети «5-12 магистраль»;
• расчёт подключения к сети «13-й магистраль нижней точки» 4-й тепловой электростанции;
• расчёт источников тепла для работы в часы пик /4 местоположения/;
• гидравлический расчёт сети при реализации проектов, планируемых к финансированию Всемирным банком и Азиатским банком развития;
• гидравлический расчёт сети при расширении «секции среднего давления» ТЭЦ-3.

Основные виды расчётов, которые выполнятся специалистами АО «Улан-Батор тепловые сети» в программном обеспечении ZuluThermo:

• расчёт 4-5 различных режимов работы системы теплоснабжения в отопительный сезон с дальнейшим обсуждением и выбором оптимального варианта;
• расчёт 4-5 различных режимов работы системы теплоснабжения в летний и ремонтный периоды с дальнейшим обсуждением и выбором оптимального варианта;
• разработка и расчёт аварийных режимов работы теплосети;
• расчёт центральной линии, центра теплопередачи и прибора настройки /шайба/ для потребителей в отопительный сезон;
• построение пьезометрических графиков, разработка оптимальных режимов насосных станций в отопительный сезон (рис. 13);
• сбор и внесение в программу информации о перспективных потребителях, выполнение гидравлических расчётов, согласование технических условий на подключение. В случае невозможности подключения требуемой нагрузки – анализ проблемных участков и разработка технических решений, способствующих подключению новых абонентов;
• расчёт теплового баланса источника тепловой энергии и распределительной сети;
• определение теплопотерь в магистральных и распределительных сетях.

Помимо ZuluThermo и Termis для расчёта гидравлического режима системы теплоснабжения разрабатываются и другие программные продукты: Fluidit (Финляндия), Thermos (Германия), nPro (Германия), Trimble и др.

Рисунок 13. Построение пьезометрического графика ZuluThermo 8.0.

Таблица 2. Сравнение программного обеспечения для гидравлических расчётов.

№	Характеристика	Termis	ZuluThermo 8.0 ZuluThermo 2021	Arcgis VertiGis UT
1	Взаимодействие с системой SCADA	+	+ ZuluOPC	+
2	Пьезометрический график	+	+	-
3	Типы схем ЦТП	1	37 вид	1
4	Типы схем узлов	1	46 вид	1
5	Расчёт потерь напора на участках	+	+	+
6	Расчёт тепловых потерь на участках	-	+	+
7	Автоматический подбор диаметров	+	+	+
8	Автоматическая калибровка гидравлических потерь, тепловых потерь, утечек	-	гидравлических потерь и утечек	-
9	Расчёт допустимой пропускной способности участков сети	-	+	-
10	Автоматический поиск утечек на сетях	-	+	-
11	Обозначение рельефа высот	-	+	+
12	Подключение к спутниковым снимкам	+	+	+
13	Планшетная схема	+	+	+
14	Макросы и автоматизации	+	+	-
15	Работа с Shapefile*	+	+	+
16	Работа с Dwg, Dxf**	+	+	+
17	Обновление	2-3 года	каждый месяц	каждый год

Примечания
*Shapefile (англ.) – «Шейп-файл» – векторный формат географических файлов. По-сути, стандарт для обмена данными между геоинформационными системами;

Вывод

В целях дальнейшего совершенствования процессов эксплуатации была успешно внедрена программа ZuluThermo – программа моделирования гидравлических режимов теплосети на основе геопространственной информационной системы. Комплексная электронная модель тепловых сетей, включает в себя информацию о линейном оборудовании и оборудовании тепловых пунктов потребителей и центральных тепловых пунктах, источниках тепловой энергии, связанна с единой централизованной базой данных теплоснабжения, основанной на системе управления данными Portal.dulaan.mn

Импользуя систему Portal, подключившись к электронной модели Zulu, пользователи могут обмениваться базовыми данными для расчётов, устранять дублирование и расхождения в данных, уменьшать количество механических ручных операций, сокращая время, затрачиваемое на съёмки и расчёты, и улучшать качественные результаты.

В будущем мы планируем интенсивно использовать новые функции программного обеспечения ZuluThermo: расчёт теплопотерь, расчёт надёжности сети, расчёт резевра пропускной способности сетей, использовать мобильную версию ZuluGIS Mobile, улучшить планшетные схемы, автоматизировать операции механического ввода данных, разрабатывать данные панель- управления интеграцией, а также внедрить ZuluThermo 2021.

Источник

• РосТепло.ru / Технические статьи / Тепловые сети / Программное обеспечение для расчёта гидравлического режима ...

Литература

1. Монахов Г.В. «Моделирование управления режимами тепловых сетей» М.: Энергоатомиздат, 1995.
2. Сайт Политерм. URL:https://www.politerm.com/.
3. Энергия & Engineering Монголии, с. 50, 2021-10 (212).

АО «УБТС» выражает признательность и благодарность ООО «Политерм» за эффективную работу в рамках нашего совместного сотрудничества. Помимо высокого профессионализма, креативности в работе и понимания потребностей заказчика, хотелось бы особенно отметить умение сотрудников смотреть на желаемый результат клиента. Рекомендуем ООО «Политерм» как надёжного партнёра!

См. также: Равномерное распределение нагрузки на тепловых сетях в г. Улан-Батор