DE3416811A1

DE3416811A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur direkten hydraulischen kopplung von heizsystemen mit unterschiedlicher temperatur- und druckauslegung

Info

Publication number: DE3416811A1
Application number: DE19843416811
Authority: DE
Inventors: Traugott Dipl.-Ing. Albert; Stefan Dr.-Ing. DDR 8047 Dresden Gnüchtel; Hans Dr.-Ing. DDR 1100 Berlin Klee; Erwin Dipl.-Ing. DDR 8051 Dresden Klemann; Bernd Dr.-Ing. DDR 1110 Berlin Krause; Klaus Dipl.-Ing. DDR 8212 Freital Leonhardt; Klaus Dipl.-Ing. Müller; Rolf Dipl.-Ing. DDR 1140 Berlin Sachtleben; Helmut Dipl.-Ing. DDR 1136 Berlin Schilling; Peter Dr.-Ing. DDR 1140 Berlin Schneidenbach von Jascheroff; Gerhard Dipl.-Ing. DDR 9900 Plauen Schreiner; Klaus Dipl.-Ing. DDR 1136 Berlin Schubert; Alfred Dipl.-Ing. DDR 8036 Dresden Voß
Original assignee: INST ENERGIEVERSORGUNG
Current assignee: INST ENERGIEVERSORGUNG
Priority date: 1984-05-07
Filing date: 1984-05-07
Publication date: 1985-11-07

Description

Verfahren und Schaltungsanordnung zur direkten hydraulischen Kopplung von Heizsystemen mit unterschiedlicher Temperatur- und Druckauslegung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine dieses realisierende Schaltungsanordnung zur direkten hydraulischen Kopplung von Heizsystemen mit unterschiedlicher Temperatur- und Druckauslegung. Sie ist insbesondere geeignet zur direkten Einspeisung von übergeordneten Primärsystemen der zentralen Wärmeversorgung in nachgeordnete Sekundärsysteme einschließlich Abnehmeranlagen, deren zulässiger Betriebsdruck und Auslegungstemperatur unter dem Mitteldruck und der Auslegungstemperatur des zugehörigen Primärnetzes liegen.

Die Entwicklung großer Fernwärmeversorgungssysteme mit dem Wärmeträger Heißwasser erfordert zwingend den Obergang zu hohen Vorlauftemperaturen und Systemdrücken, die in den nachgeordneten Wärmeversorgungsnetzen und Abnehmeranlagen nicht zulässig sind. Zwischen den übergeordneten Primärsystemen und den nachgeordneten Sekundärsystemen sind deshalb Wärmeübergabestationen erforderlich, in denen eine Anpassung der Parameter an die der nachgeschalteten Anlagen vorgenommen wird. Entsprechend dem Stand der Technik sind sowohl Stationen mit indirekter als auch mit direkter Einspeisung bekannt.

Bei den Stationen mit indirekter Einspeisung bleiben die Wärmeträger beider Systeme stofflich getrennt, und die Wärmeübergabe erfolgt mittels Oberflächenwärmeübertrager. Diese Stationen ermöglichen zwar die Kopplung unterschiedlicher Systeme, haben aber den großen Nachteil, daß die Oberflächenwärmeübertrager hohe Investitionskosten erfordern und eine Verringerung der Obertragungsleistung des Wärmeversorgungssystems verur-

sachen. In Stationen mit direkter Einspeisung erfolgt ^Z Wärraeübergabe durch Einspeisung des Wärmeträgers aus""aenr Bfmr¹-■ CO geordneten in das nachgeordente System. Die Parameteranpas- ^. sung wird durch Beimischung von Rücklaufwasser sowie durch "^*" einstufige Druckreduzierung vorgenommen. Bei Unterbrechung des normalen Betriebszustandes - beispielsweise durch Elektroenergieausfall - bleiben das vor- und das nachgeschaltete System hydraulisch in Verbindung. Der Mittel- bzw. Ruhedruck des Primärsystems tritt dann also auch im Sekundärsystem bzw. den Abnehmeranlagen auf. Deshalb ist aus Sicherheitsgründen die direkte Einspeisung bisher auf Anwendungsfälle beschränkt/ bei denen der Mittel- oder Ruhedruck des Primärsystems höchstens dem zulässigen Betriebsdruck im Sekundärsystem entspricht und nicht die Gefahr der Ausdampfung im Sekundärsystem besteht.

Mit DD-PS 204535 wurde eine Lösung bekannt,den für das Sekundärsystem unverträglichen Temperatur- und Druckanstieg mit Hilfe einer Speicherkombination zu kompensieren. Der Nachteil dieses Verfahrens beruht jedoch darauf, daß die Behälter nicht gleichzeitig im Primärsystem auftretende Druckstöße verhindern können und hohen Aufwand für die Druckhaltung durch ein Polstermedium (z. B. Inertgas) erfordern.

Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines Verfahrens und einer zugehörigen Schaltungsanordnung, die es gestatten, die ökonomischen Vorteile der Direkteinspeisung, insbesondere Investitions- und Betriebskostensenkung sowie Energieeinsparung, auch in Systemen wirksam zu machen, in denen die Anlagen des Sekundärnetzes nur für einen Betriebsdruck und eine Temperatur ausgelegt sind, die unter dem Mitteldruck und der Temperatur des übergeordneten Primärnetzes liegen, wobei in allen Betriebs- und Störfällen das Auftreten anlagengefährdender Zustände im Priraär- und/oder Sekundärsystem mit Sicherheit auszuschließen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Durchschlagen von Druck und Temperatur des Primärsystems auf die Anlagen des Sekundärsystems sowohl im Normalbetrieb als auch bei Ausfall der Systemumwälzung sicher zu verhindern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem bei Ausfall der Antriebsenergie für die Rückförder- und Beimischpumpen der Obergabestation, die Strömungsvorgänge ohne Zufuhr von Fremdenergie solange aufrechterhalten werden, bis die Teilsysteme (Primär- und Sekundärnetz) voneinander getrennt sind. Ein Teil des Primärvorlaufes wird dabei von der Druckreduzierung mit einem Teil des späteren Beimischwassers in Wärmeaustausch gebr-acht und damit die Vorlauftemperatur herabgesetzt.

Zur Realisierung des Verfahrens sind erfindungsgemäß den Antriebswellen der Rückförder- und Beimischpumpen unabhängig vom Elektroenergienetz arbeitende Antriebshilfselemente - allein oder in Verbindung mit Abströmeinrichtungen im Sekundärteil der Übergabestation - zugeordnet. Diese Antriebshilfselemente sind vorzugsweise als Druckreduzierung in den Primärvorlauf eingebundene rückwärts durchströmte Pumpen (Turbinen), mit denen, neben der Aufrechterhaltung der Systemumwälzung bei Stromausfall, auch eine erhebliche Verminderung des Elektroenergieverbrauches der Wärmeübergabestation im Normalbetrieb erzielt wird. Alternativ zum Einsatz der rückwärts durchströmten Pumpen können die Rückförder- und Beimischpumpen mit zusätzlichen Energiespeichern, wie beispielsweise Schwungmassen oder Druckluftspeichern o. ä. ausgerüstet sein. Zum Trennen beider Teilsysteme sind an der Übergangsstelle zwischen Primär- und Sekundärnetz Armaturen mit unterschiedlichen Schließzeiten, in Verbindung mit Elementen zur Druckstoßsicherung, im Vor- und Rücklauf angeordnet. Die Druckstoßsicherungen sind erfindungsgemäß vorzugsweise Kurzschlußverbindungen zwischen Vor- und Rücklauf. Zur Verhinderung unzulässiger Temperaturerhöhungen ist - wenn hohe Primärvorlauftemperaturen das erfordern - vor der Druckreduzierung ein Kühler in einen Teilstrom des Primärkreislaufes eingeschaltet, der kühlseitig von Beimischwasser durchflossen ist. Damit wird das Vorlaufwasser bereits vor Eintritt in die Druckreduzierung auf

eine, für das Sekundärnetz niclit gefährliche Temperatur abgekühlt, so daß die Beimischung grundsätzlich erst nach der Druckreduzierung notwendig ist.

Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläuert. Dazu zeigen

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung mit rückwärts durchströmten Pumpen (Turbinen) zur Aufrechterhaltung der Strömungsvorgänge

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung mit Abströmeinrichtungen zur Aufrechterhaltung der Strömungsvorgänge und Kurzschlußstrecken zur Druckstoßsicherung

1. Die Wärmeübergabestation, die Primär- und Sekundärnetze bzw. Abnehmeranlagen miteinander verbindet, ist mit den Absperrarmaturen 1 an das Primärnetz angeschlossen. Die Druckreduzierung erfolgt über eine rückwärts durchströmte Pumpe 2 und den Nachdruckregler 3. Von den Rückförder-Beimischpumpen 4 wird mindestens 4.1 direkt oder über Generator/Motor mit der rückwärts durchströmten Pumpe 2 gekoppelt. Vor der Druckreduzierung ist ein Kühler 5 in den Vorlauf eingeschaltet, der kühlseitig in die mit Rücklaufwasser durchströmte Beimischleitung 6 eingebunden ist. Das Regelventil 7 stellt die Sekundärvorlauftemperatur auf den gewünschten Wert ein. Bei Ausfall der an das Elektroenergienetz angeschlossenen Pumpe 4.2 erfolgt die Umschaltung des Wechselventiles 8 und das Schließen der Armaturen 1 wird eingeleitet. Bis zur endgültigen Trennung der Station fließt das Rücklaufwasser dann über den Kühler 5 und die Rückförderleitung 9 in den Rücklauf des Primärsystems und gewährleistet so die Aufrechterhaltung des Strömungsvorganges und die Kühlung des Vorlaufwassers unter die auf Grund des zugehörigen Ausdampfdruckes zulässige Temperatur.

Im Vorlauf des Sekundärsystems fixiert ein künstlicher Hochpunkt 10 eine eventuell auftretende Ausdampfung und die

Kurzschlußleitung 11 mindert auftretende Druckstöße bei Pumpenausfall. Die Druckhaltung im Sekundärsystem erfolgt im getrennten Zustand über den Regler 12. Versagt die Sicherheitsschaltung aus irgendwelchen Gründen, ist das Sekundärsystem gegen unzulässigen Druck durch eine Sicherheitsventilbatterie 13 geschützt.

2. Wie im Beispiel 1 ist die Wärmeübergabestation über die Hauptabsperrarmaturen 1 an das Primärsystem angeschlossen. Die Druckreduzierung erfolgt zweistufig in den Reduzierventilen und 3. Eine einstufige Reduzierung ist möglich, wenn die Beimischung vor der Druckreduzierung erfolgt, ein Kühler 5 entsprechend dem Beispiel 1 eingesetzt wird oder wenn der Betriebsdruck des Sekundärsystems eine Ausdampfung im Reduzierventil 3 verhindert. Durch Rückforder- und Beimischpumpen 4, hier als kombinierte Pumpen dargestellt, und über eine Beimischstrecke 6 wird wahlweise nach der ersten oder zweiten Druckreduzierung, geregelt durch das Regelventil 7, die Vorlauftemperatur auf den gewünschten Wert eingestellt. Bei Ausfall der Elektroenergie oder bei einer Störung an der Beimisch-Rückförderpumpe wird der Strömungsvorgang durch eine Abspeisung 18 im Sekundärteil kurzzeitig aufrechterhalten und das Sekundärsystem durch das Wechselventil 14 vom Vorlauf (es können auch zwei Armaturen 14.1; 14.2 in die Vorlauf- bzw. Kurzschlußleitung eingesetzt werden) und durch die Armatur 15 vom Rücklauf des Primärsystems getrennt. Gleichzeitig wird der Schließvorgang der Armaturen .1 eingeleitet. Im dargestellten Beispiel wird durch die Umschaltung von 14 ein Druckstoß im Primärsystem verhindert, da ein über die Drossel 16 einstellbarer Massenstrom bis zur endgültigen Trennung der Netze durch die Artnaturen 1, in den Rücklauf geleitet wird. Eine entsprechend dimensionierte Rohrerweiterung 17 verhindert, daß Vorlaufwasser mit zu hoher Temperatur in den Rücklauf gelangt.

Ein unzulässiger Druckstoß im Sekundärnetz, durch Ausfall der Pumpe 4 verursacht, wird durch die Kurzschlußleitung und wenn zusätzlich erforderlich, über eine Abspeisung 18 verhindert.

Wie im Beispiel 1 erfolgt auch hier im getrennten Netzzustand die Druckhaltung im Sekundärsystem über ein Regelventil 12 und eine zusätzliche Sicherung durch Sicherheitsventil 13.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

Hauptabsperrarinaturen 1 Druckreduzierung/Antriebshilfselement 2,

Rückförder-Beimischpumpen 4 (4.1, 4.2)

Kühler 5

Beiniischstrecke 6 RegelventilA-Einrichtung 7 Wechselventil 8 (14) Rückförderleitung 9 Künstlicher Hochpunkt 10 Kurzschlußstrecke 11 Ruhedruckhaltung 12 Sicherheitsventil 13 Trennarmaturen 14,

Drossel 16

Rohrerweiterung/Kurzschlußleitung 17 Abströmeinrichtung 18

Claims

Patentanspruch ^-

1. Verfahren zur direkten hydraulischen Kopplung von Heizsystemen mit unterschiedlicher Temperatur- und Druckauslegung, inbesondere zur direkten Einspeisung von übergeordneten Primärsystemen in nachgeordnete Sekundärsysteme, deren zulässiger Betriebsdruck und Auslegungstemperatur unter dem Mitteldruck und der Auslegungstemperatur des Primärsystems liegen, durch Anpassung der Betriebsparameter mittels Druckreduzierung und Beimischung von Rucklaufwasser, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausfall der Antriebsenergie für die Rückförder- und Beimischpumpen der Obergabestation, die Strömungsvorgange ohne Zufuhr von Fremdenergie solange aufrechterhalten werden,

bis die Teilsysteme getrennt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Primärvorlaufes vor der Druckreduzierung mit einem Teil des späteren Beimischwassers (oder des Sekundärrücklaufes) in Wärmeaustausch gebracht und damit die Vorlauftemperatur herabgesetzt wird.

3. Schaltungsanordnung zur Durchfuhrung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Antriebswelle der Rückförder- und Beimischpumpen (4) unabhängig vom Elektroenergienetz arbeitende Antriebshilfselemente (2) und /oder im Sekundärteil der Übergabestation Abströmeinrichtungen (18) sowie an der Obergangsstelle zwischen Primär- und Sekundärnetz Armaturen mit unterschiedlichen Schließzeiten (14; 15) in Verbindung mit Elementen zur Druckstoßsicherung (8; 11; 17) angeordnet sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebshilfselemente (2) rückwärts durchströmte Pumpen (Turbinen) als Druckreduzierung in den Primärvorlauf der Obergabestation eingebunden sind.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebshilfselemente Energiespeicher, wie Schwungmassen oder Druckluftspeicher eingesetzt sind.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als eine der Armaturen (14; 15) ein Wechselventil und als Elemente zur Druckstoßsicherung Kurzschlußverbindungen (11; 17) zwischen Vor- und Rücklauf primär- und/oder sekundärseitig eingebunden sind.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3-6, dadurch gekennzeichnet, daß unzulässige Temperaturerhöhungen im Sekundärkreislauf durch einen, vor der Druckreduzierung (2) angeordneten Kühler (5) verhindert werden.

- Hierzu 2 Blatt Zeichnungen -