За наблюдение на състоянието на отоплителните мрежи
Доцент доктор. А.Н. Машенков, доцент, Държавен университет по архитектура и строителство в Нижни Новгород; А.В. Филимонов, инженер, МУП "Теплоенерго", Нижни Новгород
Поради кризисното състояние на жилищно-комуналния комплекс, дейността на предприятията в тази област се характеризира с високи разходи, липса на икономически стимули за намаляване на разходите за производство на услуги и слабо развита конкуренция. Всичко това води до висока степен на амортизация на дълготрайните активи, неефективна работа на предприятията, големи загуби на енергия, вода и други ресурси.
Според експлоатационните организации състоянието на тръбопроводите се счита за известно, което в действителност се оказва вярно само с 50-70%. Графикът за превантивна поддръжка често взема предвид само временния индикатор за работата на отоплителната мрежа, въпреки че в много случаи дефектите са локални. Понякога топлопроводите, положени преди повече от 30 години, са по-добре запазени от тези с 10-15-годишен експлоатационен живот.
Причината за повреда на подземните отоплителни мрежи е вътрешна и външна корозия. Развитието на повреда поради вътрешна корозия води до факта, че вече 5-6 години след подмяната на тръбопровода в него се появяват течове на охлаждаща течност на места с локални дефекти (корозионни ями). В този случай се получава намокряне на изолацията и в резултат на това се образува прогресивна външна корозия на тръбопровода. Както показва практиката, при липса на неблагоприятни фактори, влияещи върху външната среда, в която работи тръбопроводът, външната корозия практически не се развива. Като пример можем да цитираме резултатите от работата на някои участъци от отоплителната мрежа на микрорайона Мещерское езеро в Нижни Новгород. Алувиалната песъчлива почва и плиткото полагане на тръбопровода по време на полагането на канала бяха изключенинаводнения от подпочвени води и течове от водоносни комуникации. След 10-15 години експлоатация участъците от отоплителната мрежа имаха добро състояние на топлоизолация и външната повърхност на тръбопроводите. Повредите в тези зони се определят единствено от вътрешната корозия на тръбопроводите поради катодния процес с кислородна деполяризация.
Вътрешната и външната корозия на тръбопроводите могат да се развиват както независимо, така и взаимосвързани помежду си. В случай на връзка основната причина е вътрешното увреждане на стените на тръбопровода от корозионни ями преди изтичането на охлаждащата течност, което води до намокряне на изолацията, развитие на повърхностна корозия на определена дължина на отоплителната мрежа. Независимото развитие на външната корозия се дължи на външни неблагоприятни хидрогеоложки условия (наводняване от подпочвени води или в резултат на течове от водоносни комуникации), висока влажност в канала на отоплителната мрежа. В повечето случаи опасната степен на външна корозия има локален характер и се фокусира върху участъци от тръби с дължина 1-1,5 метра, покриващи не повече от 25-35% от периметъра на тръбата [3]. Трябва да се отбележи, че територията на Нижни Новгород е потенциално неблагоприятна по отношение на хидрогеоложките условия. В съответствие с моделите на местоположението на подземните води [2] беше установено, че докато се движат на юг, подземните води се срещат на по-голяма дълбочина и на север, по-близо до повърхността на почвата. Количеството изпарена влага на север е няколко пъти по-малко от количеството на валежите. За района на Волговятск средногодишното съдържание на влага във всички почви е високо, а средният коефициент на водонасищане Iw е повече от 0,7 [2]. Освен това трябва да се има предвид, че антропогенните почви в градовете са много специфични по състав, състояние и свойства и са агресивни.по отношение на топлинните тръби. Влажността на почвата в градовете надвишава естествената влага поради кондензация на влага под сгради и асфалтови настилки, течове на технически и битови води. В зависимост от стойността на коефициента на водонасищане почвите се делят на маловлажни Iv 0,8. Високата влажност на почвата, в която са положени конструкциите на отоплителната мрежа, е един от основните фактори, влияещи върху протичането на корозионните процеси и определящи дълготрайността на топлопровода.
Хидравличните тестове са приети като основен метод за идентифициране на слаби зони на тръбопроводите. Този метод обаче е несъвършен, отнема време и не гарантира идентифицирането на всички слаби места. Както показва практиката, силно корозирала, но без повреди стена на тръбата, която на места има дебелина на метала от порядъка на 1 mm, може да издържи хидравлични тестове при налягане от 16 kgf / cm2. Проходните повреди по него възникват в началото на отоплителния период по време на температурни деформации или хидравлични удари.
Досега в Нижни Новгород се обръща малко внимание на разработването и прилагането на достатъчно ефективни методи за цялостна диагностика на състоянието на топлопроводите без отваряне на топлопроводи, методи за откриване на дефектни участъци.
Използването на диагностични методи, които определят състоянието на тръбопровода, трябва да помогне за идентифициране на потенциално опасни зони по отношение на хидрогеологията. Това би обосновало необходимостта от допълнителна хидроизолация, дренаж, изолация на таваните на каналите, както и възможността за разработване на методи за ефективното им вентилиране за изсушаване на топлоизолационните покрития и предотвратяване на конденз.
Анализирайки съществуващите методи за определяне на състоянието на топлопреносните мрежи, трябва да се разграничат два основнипосока и подход към този проблем:
1. Извършване на диагностика на топлопроводи чрез инструментални методи.
2. Прогнозиране на щетите и оценка на надеждността на топлопреносните мрежи въз основа на статистически методи.
Доста добре известен инструментален метод се основава на определяне на нарушения в работата на топлопровод чрез сравняване и анализ на данни от измервания на температурите на почвата с теоретично изчислени. Отклонението на стойността на измерената температура от изчислената стойност показва нарушение на състоянието на строителната (изолационна) конструкция на тръбопровода, промяна в режима на неговата работа. Повреда на изолационния слой или увеличаване на топлопроводимостта (овлажняване, промяна в структурата на топлоизолационния слой) променя термичното съпротивление на изолационния слой и следователно температурния контраст на повърхността на почвата над отоплителната мрежа.
Нека разгледаме различни подходи към анализа на получените резултати:
1. Идентифициране на референтни зони и изграждане на калибровъчни графики, които отразяват връзката между температурния контраст на повърхността на почвата и дълбочината на полагане и състоянието на изолацията на топлинните тръби. Чрез сравняване на топлинните полета на еталонните и контролираните топлопроводи, според данните от едновременните термични изследвания с помощта на калибровъчни графики, се определя състоянието на контролирания участък от топлопреносната мрежа и се идентифицират места с нарушение на изолационните конструкции [4, 5]. Това позволява да се изключи влиянието на фактори като метеорологичните условия, състоянието на повърхността на почвата и конструктивните характеристики на топлопровода.
2. С помощта на числени методи се извършва изследване на спрегнатия топлообмен в системата топлопровод-канал-почва-атмосфера и се определят изчислените температурни разпределения и топлинни потоци [6]. Получен инструменталПо този начин разпределението на температурата върху повърхността на почвата се сравнява с изчислените температурни полета за различни начални състояния на отоплителната мрежа (симулационни условия) [7]. Анализът на данните от математическото моделиране ни позволява да направим заключение за вероятното състояние на контролираната зона.
Недостатъците на методите за инфрачервен контрол включват факта, че измерването на температурата се извършва в тънък приповърхностен слой на обекта, докато околната среда на топлина и радиация влияе. Вътрешни дефекти могат да бъдат открити само ако те нарушават температурното поле на повърхността на обекта в рамките на чувствителността на средствата за управление. Надеждността на резултатите зависи от надеждността на измерванията.
Може да се предположи, че не винаги е възможно полученото разпределение на температурата да се идентифицира с определен тип смущение с достатъчна степен на точност, тъй като различна комбинация от смущения може да определи същото разпределение на температурното поле. Освен това в някои случаи е необходимо да се вземат предвид такива фактори като възможността за движение на въздух и вода по дължината на главния канал на отоплението.
Изчисляването на топлинните загуби трябва да бъде допълнено с анализ на вероятността от различни причини за повреда, въз основа на експлоатационните данни на изследваната зона, следователно за висококачествена диагностика на отоплителните мрежи е необходимо да се извърши тяхната компютърна сертификация със систематизиране на статистически материали.
Статистическите методи за изчисляване на надеждността на топлопреносните мрежи се основават на събирането на материал за повреди за предишни периоди на експлоатация. Въз основа на резултатите от извадката и в съответствие с целите на изчислението могат да се разграничат следните области:
1. Създаване на модел за прогнозиране на щетите и планиране на ремонтно-възстановителните работив дългосрочен план. Извършва се групиране на тръбопроводи по диаметри, експлоатационен живот, начертава се графика на специфичните повреди, формира се матрица на дължината на тръбопровода и се определя общата повреда за изчислителния период [8].
Тази техника изглежда ефективна в рамките на стратегическото планиране, тъй като не предоставя надеждна информация за състоянието на определен участък от тръбопровода, тъй като анализът се основава на осреднени данни за голям брой обекти.
2. Вероятностна оценка на надеждността на тръбопровода, която се състои в получаване на данни за безотказната работа и степента на отказ. Тези стойности са стандартни показатели за проектиране на системи за топлоснабдяване.
Статистиката за повреди, получена по време на работа, може да се използва като оценка на съответствието между действителната и проектната надеждност. Характеристика на тази техника е, че системата за топлоснабдяване се счита за неремонтируема (не е възстановена след повреда), а продължителността на отоплителния период се приема като изчислителен период. За повреда се счита само тази повреда на тръбопровода, която води до изключване на потребителите [9]. В този случай резервирането на главните топлопроводи се определя от индикатора за работа, но не е възможно да се определи степента на техническа надеждност на топлопреносната мрежа. Потокът от повреди не включва онези повреди, които се отстраняват без изключване на консуматорите, като такова временно отстраняване на повреда оставя риск от повторен дефект. В резултат на това една потенциално аварийна топлинна мрежа може да има добър индекс на надеждност.
Възможно е да се използват различни алгоритми за оценка на състоянието на топлопроводите въз основа на обработкастатистически данни за тяхната работа. Съвременните компютърни бази данни предоставят широки възможности за това [10]. В същото време диагностиката на състоянието на тръбопроводите може да се основава както на статистически данни за вече възникнали аварии и условията за тяхното възникване, така и на базата на дискретизация на теоретични зависимости [11].
Основният източник на изследване и обобщение трябва да бъде систематичното отчитане на всички щети, установени по време на експлоатация и ремонт на тръбопроводи. В този случай е възможно да се получи стойността на средния експлоатационен живот и характеристиките на експлоатационната надеждност за различни участъци от отоплителната мрежа. Данните за тези участъци са систематизирани според диаметъра на тръбопроводите, условията на полагане, вида на изолацията, условията и работното време, източника на топлоснабдяване.
За сертифициране на топлопроводи е необходимо да се създаде компютърна база данни, където се въвеждат всички основни технически данни на участъци от топлопреносни мрежи и всички съществуващи промени, включително проектни. Контролните параметри, използвани в този случай, могат значително да се разширят чрез използването на такива диагностични елементи като мониторинг на корозията на тръбопроводите на топлопреносните мрежи по метода на НПК "Вектор" [12], определяне на местоположението и степента на намокряне на изолационни конструкции чрез радиестезични методи [13].
Най-обещаващо е да се комбинира информацията с помощта на географска информационна система (ГИС). Основната задача на ГИС е интегрирането на картографска и атрибутивна информация. Основни аспекти на ГИС:
1. Създаване и поддържане на коректна база данни (БД).
2. Обработка и анализ на информацията, съдържаща се в базата данни.
3. Актуална информация на работния плот с възможности за търсене, обработка и отчитане.
Перспективи за развитие на ГИС: създаване на виртуалнимодели, базирани на обектно-ориентирана технология и интеграция в единна информационна система на града.
Трябва да се извърши контрол върху състоянието на отоплителните мрежи, като се започне с приемането им в експлоатация. Системата за контрол осигурява създаването на методи за оценка, инструменти и инструменти, които позволяват определяне на параметрите на техническото състояние и тяхното съответствие с регулаторните характеристики, а също така осигурява, въз основа на получаването и обработката на данни за състоянието на елементите на експлоатираните топлопроводи, организирането на навременни превантивни мерки и ремонти.