Энергетика и промышленность России - избранные материалы.
ВЫПУСК 208.

Диагностика теплотрасс

Магистральные сети в любом регионе России серьезно изношены. Сотни тысяч километров теплотрасс эксплуатируются более 20 лет, хотя амортизационный срок надежной эксплуатации труб больших диаметров (500-800-1000 мм) составляет максимум 16 лет, а «внутрянки» и того меньше — 8 лет. Хотя, как утверждают специалисты, не все сети 20-летнего возраста плохи, равно как и не все 5-летние теплотрассы хороши. Это зависит от эксплуатации, иными словами, от того, как трубу положили, смонтировали, эксплуатировали и как часто регистрируют малейшее повреждение магистрали.

Стоит учесть и то, что множество магистралей, принадлежавших до реформы ведомствам, переданы теперь централизованным эксплуатирующим энергокомпаниям. И если за десять последних лет ничего не вкладывалось в эксплуатацию сетей, последние передаются в ужасном состоянии. Хуже всего то, что руководители эксплуатирующих организаций подчас не знают, в каком состоянии находится «новое приобретение». Случается также, что владелец теплосетей вообще не догадывается, сколько километров теплотрасс передано ему на баланс, — такое тоже возможно. Системы диагностики и контроля как раз и работают на то, чтобы сформировать «пакет» данных о тепломагистрали. Существует несколько методов, призванных помочь рачительному хозяину теплосети узнать диагноз о том, сколько километров его объекта нуждается в оперативном вмешательстве ремонтных служб.



Вслепую и в среднем

Традиционный, но уже менее распространенный метод диагностики тепловых сетей — ориентирование на срок эксплуатации и количество дефектов, возникающее на определенном участке за период времени. Посредством метода «наугад», к примеру, каждый слесарь знает, сколько ремонтов он выполнил на участке, с тем чтобы затем дать заключение о состоянии системы на его «территории».



Контактный способ

Или внутритрубная диагностика. Она хороша для магистральных трубопроводов (газовых, нефтяных), но не тепловых, потому что наличие запорной арматуры создает препятствие для внутритрубной диагностики. И потом, при подобном методе необходимо полностью остановить теплоснабжение, слить всю воду из трубы, сделать технологическое окно, «запустить» туда агрегат, который, двигаясь внутри, будет фиксировать данные о состоянии на конкретном участке (визуальные, электромагнитные параметры для оценки). Это удобно применять на нефтегазопроводах еще и потому, что там нет теплоизоляции, а значит, нет надобности оценивать ее состояние. И потом, сложность возникает еще и тогда, когда на внутренней поверхности трубы есть отложения.



Акустно-корреляционный метод

Выделяет напряженные участки труб. Берется определенный участок трубы, на концах которой устанавливаются датчики. Анализируя звуковые сигналы, регистрируемые датчиками, делают вывод, где металл трубы наиболее изношен. Вероятность такого метода невысока, и существуют ограничения на протяженности обследуемого участка.



Метод тепловой аэросъемки

Единственный метод, позволяющий оперативно получить информацию о наличии аварийноопасных участков (значительные утечки теплоносителя, размывающие грунт, без выхода горячей воды на поверхность). Опыт показывает, что около 10% аномальных участков, которые выделяются как опасные, на самом деле представляют собой источник утечки. Однако данные тепловой аэросъемки позволяют оценить качество теплоизоляции теплопроводов.



Акустический метод

Акустическим способом можно точно определить местоположение дефекта, но, чтобы обследовать все участки системы теплоснабжения, необходимо потратить очень много времени.

Чтобы повысить достоверность определения необходимости ремонта для каждого участка теплосети, специалисты стараются использовать разные методы: тепловые, пирометрические, акустические (по наличию звукоутечки), электрометрические (изучающие процессы коррозии). Комплексирование нескольких методов позволяет повысить достоверность определения эксплуатационного состояния теплопроводов.



Аварии неизбежны

От аварии не застрахована даже самая совершенная система магистральных трубопроводов. Минимизировать вероятность повреждения можно, если труба «живет» в стационарном режиме, то есть система теплоснабжения объекта работает по закрытой схеме. За рубежом такая схема активно применяется. От котельной идут две трубы, в которых циркулирует одна и та же вода. Она подогревается, идет к потребителю, там охлаждается, потом возвращается и т. д. Потребитель не берет эту воду, там стоят специальные теплообменники, в которые подается холодная вода, она подогревается и подается в дом. При этом контур, который находится под дорогами, у станций метро, работает в стабильном гидравлическом режиме. Трубы не перенапрягаются, в них отсутствуют процессы резкого изменения давления.

У нас в стране, к сожалению, многие системы работают в открытом режиме. Часть сетевой воды, которая идет из котельной, используется потребителем. Следует учесть и то, что, например, от перемены погоды котельная меняет свой теплогидравлический режим — повышается температура, меняется давление труб. Это, в свою очередь, повышает утомляемость металла. И те участки сети, которые подвергаются постоянным перепадам давления, снимаемого и подаваемого заново, могут разрушаться.

По существующим правилам в теплоэнергетике два раза в год сети должны подвергаться температурным и гидравлическим испытаниям. Это значит, что сети, давление в которых составляет порядка 8 кг на 1 кв. см, испытывают повышением давления до 16 кг, а то и больше. Делается это кратковременно. Потом специалисты смотрят — «держат» сети повышенное давление или нет. Раньше такие испытания считались панацеей. Для хороших труб это, наверное, самое эффективное испытание. Выполнили ремонт – нужно проверить. Но если трубы старые, их состояние лишь усугубляют подобными испытаниями, и они начинают изнашиваться еще быстрее. То, что трубы выдержали гидравлические испытания, еще не факт, что они не повредятся в течение отопительного сезона.

Это подтверждается на сетях любого АО-энерго. Выделить все участки, которые напряжены и могут взорваться в ближайшее время, — сложно. Но тем не менее, проводя мониторинговые диагностические работы, специалисты сократят вероятность таких ситуаций.



Включаем тепловизор

Множество аварийноопасных мест в петербургской системе теплосетей было выявлено и оперативно устранено именно в процессе диагностических работ.

После каждого тепловизионного осмотра выявляются десятки таких мест. В среднем из 300 дефектов на теплотрассе порядка 10 могут быть аварийноопасными. На такие участки обращается наибольшее внимание при формировании адресной программы.

По мнению заместителья директора компании ДИсСО (Петербург) к. т. н. Виктора Исаева тепловизионный метод используется достаточно давно, это один из методов, который давал наиболее полную картину состояния теплопроводов системы теплоснабжения.

Метод регистрирует температурное поле на исследуемой поверхности, а по аномалиям температурного поля специалисты пытались определить состояние сетей. Еще с десяток лет назад этот метод считался гениальным. Разновидностей тепловизоров и сейчас довольно много, какие-то из них считаются совершенными, малогабаритными, быстродействующими, отличаются лучшим температурным и геометрическим решением.

Тем не менее, в ходе многолетних исследований аномалий теплотрасс специалисты пришли к выводу, что не все теплое — это плохо. Есть разные причины возникновения аномалий в сетях — иногда нет изоляции, иногда трубы просто затоплены грунтовой или водопроводной водой. Необходимо было узнать проблему более глубоко.

Специалисты компании подобрали комплекс диагностической аппаратуры для тепловых сетей — акустометрические (акустический портативный течеискатель, корреляционный течеискатель), расходометрические ультразвуковые и электрометрические. Все они работают на оценку эксплуатационного состояния подземного трубопровода неразрушающим методом.

Труба представляет собой металлическую часть, покрытую двумя слоями гидроизоляции, между которыми проходит слой теплоизоляции. Теплосеть состоит из двух труб: по одной трубе идет горячая вода потребителю, по другой вода возвращается уже более остывшей в источник для подогрева. Нужно оценить, в каком состоянии находится труба, для того, чтобы выдать заказчику заключение о том, какой участок нуждается в срочном ремонте, какой нужно ремонтировать в ближайший межотопительный сезон, какой может «поработать» еще год-два, какие участки можно в ближайшие годы вообще не трогать.



Аэросъемка — сиюминутный кадр

Сети в любом городе представляют собой очень разветвленную структуру. И, как говорят специалисты, с тепловизором особенно не набегаешься, да и условия съемки каждый раз разные — надо сравнивать текущие данные с прежней возможной аномалией. Поэтому применяют метод аэросъемки, позволяющий быстро получить картину большой площади тепловых сетей любого района города. На полученной фотографии будет видно, что чем темнее линии теплотрасс на рисунке, тем, соответственно, на этом участке лучше теплоизоляция труб, и наоборот. Кроме теплотрасс, на тепловом снимке видны здания, грунты, подземные трассы и камеры (люки), расположенные на асфальте или грунте.

На снимке могут быть выявлены локальные тепловые аномалии, которые не связаны с тепловыми камерами, они выглядят как размытое пятно. Скорее всего, здесь теплоутечка теплоносителя.

Сразу можно сделать более подробный анализ, с тем чтобы на следующий день заказчику указать с точностью до метра аварийноопасное место, которое нуждается в срочном ремонте. Если растекание совсем большое — под асфальтом, вблизи станции метро, то делается срочный звонок в диспетчерскую заказчика.

Все, что не относится к скрытой утечке теплоносителя, характеризует состояние дренажной системы, гидрологического режима грунтов.



Паспорт и данные теплосети

В больших городах, полагают специалисты, следует проводить аэросъемку два раза в год. Во-первых, перед отключением, после зимнего отопительного сезона, с тем чтобы оценить места скрытых утечек, которые могли возникнуть в этот период. И если очаги незначительные, то они «переходят» в летний ремонт, более серьезные ремонтируются сразу. Во-вторых, аэросъемка проводится после включения «тепла» — в сентябре-октябре, когда закончились все ремонтные работы, запитаны все сети, все трубы поставлены под давление и руководство теплокомпании отрапортовало, что к зиме все готово.

Результаты тепловой съемки обрабатываются специалистами компании, проводившей диагностику, и выдаются заключения о скрытых дефектах.

В момент, когда сети не работают и нет сильных морозов, выполняются коррозионные исследования на наиболее ответственных магистральных участках внутриквартальных сетей, с тем чтобы оценить коррозионный износ трубы. Данные заносят в информационно-графическую базу, для каждого участка сети заводится паспорт, в котором отражаются: географическая привязка к районной тепловой сети, к магистрали или кварталу, название участка по абонентам либо по камерам, которые окружают его, наличие дефектов на участке за наблюдаемый период времени, срок эксплуатации, глубина положения, длина участка, технические сведения о трубе и состояние в камерах, если таковые существуют. В этот же паспорт заносят и результаты диагностических исследований: наличие и интенсивность очагов коррозии, оценку состояния теплоизоляции по результатам тепловизионной съемки и специальной компьютерной обработки. Дальше, используя набор критериев (состояние теплоизоляции, состояние коррозионной металлотрубы, срок эксплуатации трубопровода, количество дефектов, возникающих на трубопроводе за наблюдаемый период), компьютерная программа выдает рекомендации.

Для каждого показателя есть свой вероятностный параметр (эталон), который говорит о достоверности этого критерия при выделении участка в ремонт, и программа с весом каждого параметра выдает уже единую цифру. Далее становится понятно, что один участок является аварийно-опасным с вероятностью 60%, другой — с вероятностью 40% и менее (т. е. не требует ремонта в ближайшее время). Информационные материалы передают заказчику в сентябре, к декабрю сведения вновь корректируются за счет возникших дефектов в осенний период. В дальнейшем отчет может исправляться перед отключением на аварийноопасных участках, они могут быть добавлены в адресную программу.



Потребители отовсюду

— В таком режиме мы работаем с нашим главным заказчиком ГУП ТЭК Санкт-Петербурга, — говорит Виктор Исаев. — Не считая Петроградского района (который не относится к ТЭКу) и магистральных сетей Ленэнерго, мы организовали диагностику всех питерских сетей. Тем не менее, при возникновении аварийных ситуаций на объектах Ленэнерго мы оперативно сообщаем данные в их диспетчерскую службу.

Аналогичные диагностические службы созданы во многих городах России. В небольших городах аэросъемка выполняется один раз в год. Например, Вологда значительно меньше Петербурга: если в северной столице около 5 тыс. км тепловых сетей, то в Вологде — порядка 300 км. Таким образом, проведения один раз в год тепловой аэросъемки и последующего мониторингового наземного обследования хватает для того, чтоб работала база данных при формировании адресной программы с высокой достоверностью. Наземные бригады при плановом обходе могут пополнять те критерии, которые характеризуют состояние трубы. Аналогичной периодичностью обследования отличаются работы в Воркуте, Сыктывкаре, Ноябрьске. Кстати, в Ноябрьске, невзирая на суровые климатические условия, отмечено достаточно приличное эксплуатационное состояние сетей. Даже если взять количество дефектов, возникающих в сетях, то они немного отличаются от систем других регионов.



Оборудование: не все хорошо, что импортно

Отечественные тепловизионные системы, к сожалению, сейчас не имеют широкого промышленного производства, как за рубежом. В России нет массового выпуска тепловизоров, есть мелкосерийное производство определенных систем для наземного обследования, среди которых встречаются довольно удачные образцы. Оборудование для воздушного исследования теплосетей в нашей стране тоже серийно не выпускается, есть единичные комплекты. По надежности зарубежные наиболее предпочтительны. Например, шведские системы THV-1000 (AGEMA) отличаются сравнительно небольшими размерами и весом. Что касается корреляционных течеискателей, то есть и российские приборы, но сейчас наиболее надежные в управлении все-таки некоторые зарубежные образцы. Акустические течеискатели, которые регистрируют более 80% всех утечек, в большом количестве выпускаются как в России, так и за рубежом. Ультразвуковые расходомеры выпускаются повсеместно, но опять же более надежны зарубежные. Электромагнитные выпускались раньше, но сейчас есть мелкосерийные производства, западные образцы очень дорогостоящие.



Определить теплопотери на охлаждении

Существует принципиально новая методика диагностики систем теплоснабжения. Речь идет о методике определения фактических тепловых потерь с тепловых сетей на охлаждении. Согласно нормативной инструкции, раз в пять лет тепловые сети должны пройти испытания на тепловые потери на охлаждении. Когда теплопровод закапывают в землю, то рассчитывают, что в процессе эксплуатации тепло частично будет уходить в воздух. Эта величина закладывается в тариф, что очень важно, поскольку тарифы интересуют как население, так и эксплуатирующую организацию.

В момент испытаний потребители тепла отключаются от системы теплоснабжения, вода запускается в контур на несколько дней, затем регистрируется температура на участках контура. В результате чего пересчитывается, сколько тепла может потеряться при температуре окружающей среды минус 20, а теплоносителя — плюс 100. Такие испытания выполняются летом, когда на улице плюс 20, а теплоносителя — плюс 70. Дальше идет табличный пересчет. Разработанная совместно с Институтом НИИ им. Менделеева методика позволяет определить тепловые потери со всех участков тепловых сетей, превышение теплового потока по отношению к базовому. А в базовом участке устанавливается система измерения теплового потока. Эта работа выполняется в эксплуатационном режиме для всех участков тепловых сетей независимо от диаметра и протяженности. В базовом участке регистрируются фактические тепловые потоки и температура. Таким образом, получается интегральная характеристика, сколько тепла теряет в целом система теплоснабжения. Можно соотнести эту величину к теплу, отпускаемому источником, посмотреть, насколько это соответствует нормативу. Если брать большой регион, то можно выделить районы, кварталы, где происходит наибольшее количество теплопотерь. Тогда можно будет минимизировать потерю тепла на эксплуатацию. С другой стороны, если нет возможности «переложить» все участки, где есть тепловые потери, можно обратиться к администрации с предложением изменить тариф в конкретном случае (если, например, в сетях 28% теплопотерь, а тариф рассчитан на 10%). Метод прошел согласование в Госстрое России и Ростехнадзоре.

Технология успешно применяется в других городах России. Результаты очень удивили заказчиков: параметры были занижены в единицы процентов. Стоит отметить, что еще некоторое время назад предполагалось, что тепловые потери в сетях составляют около 60%. По мнению специалистов, это совершенно немыслимая цифра. В принципе, трубы, лежащие в земле, могут иметь потери в пределах 17-20% (нормативные потери составляют 8-15% в зависимости от прокладки).



Диагностика экономит… средства на ремонт

Без применения диагностики плановый ремонт тепломагистралей так или иначе будет осуществляться. Эффективности от процесса диагностики, в принципе, быть не может. Можно получить экономический эффект от использования материалов диагностики. При использовании рекомендаций обслуживающей организации можно, по расчетам ГУП ТЭК Петербурга, «каждый рубль вернуть в девятикратном размере» после применения результатов диагностики. То есть при указании точного места дефекта или утечки можно минимизировать объемы земляных работ – вскрыть определенный участок, если точно указано его местоположение. Единственный минус в том, что большое количество труб изношено, а денег на ремонт систем в городах выделяется крайне мало. Очень важно организовать мониторинго-диагностический режим работы в данных условиях. Выполняя диагностику, можно перенаправить средства, запланированные на ремонт, туда, где с большей вероятностью может возникнуть авария.

Ирина КРИВОШАПКА

В 209 выпуске читайте: Инфракрасное отопление: феномен «целевого» тепла