Рассматриваются вопросы использования новых методов мониторинга технического состояния изоляции и трубопроводов, принципы осуществления аудита теплоизоляционного покрытия теплопроводов в связи с вопросами надежности теплоснабжающих систем.
Ключевые слова: централизованное теплоснабжение, мониторинг состояния,надежность, акустическая диагностика, ультразвуковое сканирование, тепловая аэрофотосъемка.
Обеспечение надежности и вероятности подачи тепла системами централизованного теплоснабжения является одной из приоритетных задач отопительного сезона в России. Данная задача особо важна для регионов Крайнего Севера, потому что перерыв в теплоснабжении может привести к угрозе жизни и ущербу здоровья населения. Во многих городах и населенных пунктах до сих отсутствует единая система мониторинга производства, транспорта и потребления тепловой энергии. Дополнительные проблемы для качественного централизованного теплоснабжения создают отдельные потребители, нарушающие условия теплопотребления и гидравлические режимы тепловых сетей. Для решения таких проблем необходимо, прежде всего, грамотное расходование объемов денежных средств, которые невелики для данной отрасли теплоэнергетики.
Снижение выделения денежных средств, в связи с коррупцией в области эксплуатационных и теплогенерирующих организаций и отсутствия наглядного экономического эффекта, не позволяет грамотно решить данную задачу, и заставляет обеспечивать необходимую надежность при наименьших затратах.
Производство капитального ремонта тепловых сетей при минимуме денежных средств, повлечет за собой скорый износ других участков тепловой сети. Последствием этого будет повышение числа отказов системы, а также социальный и экономический ущерб населению и промышленным потребителям. Данная схема широко распространена во многих городах РФ и выгодна для организаций и эксплуатационных служб тепловых сетей, так как создается видимость постоянных ремонтных работ. [1,с. 128–129]
Одним из решений проблемы становится рационализация процесса ремонта в рамках существующих денежных поступлений, которая заключается в контроле состояния трубопровода и замене не всего участка тепловой сети, а только изношенного части.
Современные методы диагностики состояния систем централизованного теплоснабжения позволяют оценить состояние трубопровода, без проведения вскрытия трассы и отключения транспорта тепла, помогая находить оптимальные решения описанной задачи. Опыт эксплуатационных организаций доказывает, что выводимые в перекладку трубопроводы, на протяжении 60 % своей длины сохраняют большой остаточный рабочий ресурс и могут эксплуатироваться несколько отопительных сезонов.
Стоит отметить, что для параллельных участков труб повреждения их стенки не постоянны на протяжении всей длины. Это подтверждается при проведении акустической диагностики. Наибольший износ наблюдается в углах поворотах трассы, но на прямых участках он не поддается статистическому анализу. При дальнейшем использовании участков тепловой сети, на которых диагностика показала докритический уровень повреждений, можно ежегодно экономить до 12 % от стоимости нового трубопровода для магистральных тепловых сетей и до 10 % от стоимости нового трубопровода для разводящих тепловых сетей.
Кроме рационализации перекладки тепловой сети, акустическая диагностика снижает эксплуатационные затраты, повышая надежность теплоснабжения. В этом случаем примерно в два раза сокращаются отказы элементов и трубопроводов тепловой сети, а средства, сэкономленные за счет предотвращения аварийных перерывов в теплоснабжении на одну треть превосходят затраты на аудит состояния системы и проведенные ремонтно-восстановительные работы.
Подземная прокладка трубопроводы тепловых сетей осуществляется на отметке на 0,5–2 м ниже уровня планировочной отметки земли. Стоимость выполнения шурфов для определения разрушения теплоизоляции составляет около 100 тыс. рублей в ценах 2012 года. Эта цифра может быть значительно снижена как раз за счет проведения акустической диагностики для поиска мест утечки на теплопроводе, что позволяет уменьшить количество шурфов при поиске поврежденных участков.
В зависимости от региона РФ и места проведения работ экономия денежных средств за счет уменьшения числа пробуренных шурфов может изменяться в пределах от 10 до 70 тыс. руб., при поиске одной утечки [2,с. 25–26]. Данный факт свидетельствует о том, что первоначальные затраты на диагностику и поддержание надежности тепловых сетей в будущем позволяют избежать значительно больших эксплуатационных затрат.
Кроме очевидных проблем необходимости оценки состояния самого трубопровода, стоит отметить в первую очередь ненадлежащее состояние тепловой изоляции. Существующие тепловые сети сроком эксплуатации более 25 лет не соответствуют современным требованиям надежности по качеству строительных конструкций теплопроводов и по теплотехническим параметрам, не обеспечивая нормативные значения потерь при транспорте тепловой энергии. Потери теплоты в данных местах теплопроводов превышают нормативные примерно в 3,5 раза.
Главные причинами несоответствия эксплуатационных условий расчетным являются переувлажнение изоляционного материала и окружающего грунта из-за повреждения строительной и изоляционной конструкций теплопроводов и быстрое старение и разрушение существующей теплоизоляции.
При канальном способе прокладки коррозионная активность у труб происходит ввиду высокой водопроницаемости элементов железобетонного канала из-за неудовлетворительной герметизации стыков стен и перекрытий. Из-за этого теплоизоляционный слой чрезмерно увлажняется, снижая свои защитные свойства, и разрушается. Данный процесс снижает нормативный срок эксплуатации трубопровода в 2,5 раза по сравнению со сроком службы самого канала. При бесканальном способе прокладки происходит прямой контакт изоляционного покрытия с переувлажненным грунтом и грунтовыми водами [3, с. 32–33].
Для нахождения аварийных и предаварийных участков трубопровода кроме метода акустической диагностики применяют метод ультразвукового сканирования, а также тепловую аэросъемку.
Метод ультразвукового сканирования Wavemaker был разработан в Европе и первоначально применялся для обследования головных участков нефтепровода. Суть метода заключается в том, что он может одинаково хорошо применяться как на теплопроводах, заполненных теплоносителем, так и на незаполненных, потому что для звуковых колебаний используется отдельный автономный генератор. В условиях современной России данный метод может применяться только на отключенных от источника тепла теплопроводах, так как поверхность трубы должна быть ниже 50°С, что ограничивает его применение повсеместно.
Также несомненным минусом данного метода является необходимость удаления изоляции с поверхности трубопровода по всей окружности шириной 50–80 см, дополнительно поверхность не обрабатывается. На это место накладывается надувное кольцо с преобразователями (рис. 1).
Рис. 1. Кольцо с преобразователями на трубопроводе для проведения ультразвукового сканирования Wavemaker
Спиральная акустическая волна распространяется в обе стороны от кольца и по ее отражению от неоднородностей в теле трубопровода устанавливается изменение толщины металла и как следствие площади поперечного сечения. Данный метод позволяет регистрировать с отклонениями значения площади на 5 % и больше по сравнению с номинальным значением. Звуковая волна, распространяемая по теплопроводу, довольно ограничена, ее затухание происходит благодаря фасонным частям трубопроводов и углов поворота трассы. Реальный радиус действия ультразвукового метода составляет примерно 15 м от кольца и до мест установки компенсаторов и трубопроводной арматуры. Все вышеприведенные факты указывают на целесообразность применения данного метода только в местах входа в теплофикационные камеры или при шурфовке прилегающего участка грунта. Достоинством данного метода, несомненно, является возможность получение информации о достоверном состоянии стенок трубопровода непосредственно на месте производства ремонтно-восстановительных работ, но также возникает необходимость и восстановления участка снятой изоляции, делая метод ультразвукового мониторинга состояния теплопроводов низкоэффективным.
Метод тепловой аэросъемки намного эффективнее и позволяет проводить мониторинг всей тепловой сети городов от источника тепла до любого потребителя.
Данный метод сложно осуществлять с частыми проверками, так как необходимо наличие благоприятных погодных условий и надлежащего состояния техники. Полученные результаты представляются в виде каталога температурных изменений, в котором в указаны фрагменты карты расположения тепловых сетей, съемки производятся в оптическом и инфракрасном диапазонах волн (рис.2).
Рис. 2. Тепловой снимок участка тепловой сети с указанием места утечки теплоносителя
Работники эксплуатирующих организаций по результатам тепловой аэросъемки производят внеочередные обходы теплотрасс в доступных для осмотра местах выявленных температурных изменений, при необходимости, в некоторых случаях производя внеплановые шурфовки.
Тепловая аэросъемка становится неотъемлемой частью мониторинга состояния тепловых сетей, позволяя не только определить места повреждения изоляции и утечек теплоносителя, но и отслеживать их развитие во времени. Но стоит отметить, что на данном этапе развития науки и техники никаких данных о взаимосвязи между скоростью развития коррозии стального трубопровода под слоем грунта и температурой на поверхности грунта не выявлено [4,с. 19–20].
Опыт проведения мониторинга состояния тепловых сетей в РФ с использованием перечисленных выше методов еще непродолжителен и необходимо значительное время для выявления закономерностей, которые определяют оптимальный вариант мер для повышения надежности теплоснабжения, в рамках выделенного из бюджета для этих целей денежных средств. Несомненно, нельзя ограничиваться использованием только одного метода диагностики, и перспективным направлением является сочетание опробованных методов в ракурсе соотношения приведенных затрат на аудит и желаемого результата в виде надежного и безаварийного теплоснабжения.
Литература:
- Соколова С. С. Обеспечение эффективности автоматизированной системы управления температурным режимом производственных зданий: дис. … канд. техн. наук — М., 2004. — С. 87–89.
- Кузнецов С. С. Акустическая диагностика — помощник в повышении надежности тепловых сетей // Энергосовет. — 2010. — № 7. — С. 25–26.
- Иванов В. В., Букаров Н. В., Василенко В. В. Влияние увлажнения изоляции и грунта на тепловые потери подземных теплотрасс // Новости теплоснабжения. — 2002. — № 7. — С. 32–33.
- Хейфец А. И.. Внедрение системы мониторинга состояния технологического оборудования тепловых сетей, опыт и перспектива использования // Энергосовет. — 2010. — № 7. — С. 18–21.
