Диагностика трубопроводов тепловых сетей – альтернатива летним опрессовкам (2004 г.)

В нашей стране ежегодно, в летний период, проводятся гидравлические и температурные испытания трубопроводов тепловых сетей, цель которых заблаговременно выявить наиболее опасные, с позиции образования течи, места и провести предупредительный ремонт.
Кроме этого, на основании данных об образовании течей на интервале в отопительный период и при указанных испытаниях, рассматривается вопрос о проведении капитального ремонта – перекладки. В соответствии с РД 10-400-01 [1] и РД 153-34.0-20.522-99 [2] для заключения о допустимости дальнейшей эксплуатации трубопровода, необходимо в первую очередь замерить толщину стенки трубы в нескольких точках по длине интервала и провести соответствующие расчеты по определению остаточного рабочего ресурса. 
Определение остаточной толщины стенки трубы в большинстве случаев производится в местах образования течей и в одном – двух местах контрольного вскрытия теплотрассы (шурфовка). Локальный (точечный) подход к оценке технического состояния труб на интервале и принятие на основании этого решения о капитальном ремонте не редко обуславливает то, что из эксплуатации выводятся значительные по протяженности участки трубопровода, имеющие долговременный остаточный ресурс (см. фото 1).
В данной статье будет дано сравнение подходов к планам капитального ремонта на основании выше отмеченного анализа мест образования течей и результатов диагностики коррозионного состояния труб, осуществленной по методу НПК «Вектор».

За последние пять лет в нашей стране получила широкое применение «Система комплексной диагностики трубопроводов тепловых сетей» разработки НПК «Вектор», позволяющая определить местоположение и оценить уровень коррозионных повреждений металла труб. 
Работы по диагностике осуществляются на трубопроводах тепловых сетей подземной канальной и бесканальной прокладки, диаметром более 80 мм, находящихся в эксплуатации при внутреннем давлении более 0,25 МПа. Длина единичного интервала 40 – 200 м. Точность определения местоположения дефекта – 2,5% от длины исследуемого интервала. Подробное описание «Системы диагностики …» дано в статье [3].
Используемый в Системе диагностики авторский метод выделения в акустическом шуме тока воды по трубе сигналов, инициированных локальными перенапряжениями в конструкции, в большинстве случаев обусловленных коррозионными утонениями стенки трубы, позволяет определить местоположение дефекта и оценить его уровень. Результаты диагностики наносятся на схему участка. 
Для представления уровня дефекта принято три градации: критические и докритические дефекты, удовлетворительное состояние. На основании анализа мест образования течей на ранее продиагностированных интервалах получено:

критические дефекты это участки трубопровода, где удельная повреждаемость (поток отказов) составляет                                                  

  •  4 - 5,2 течь/п.км в год;
  • докритические  1,3 - 1,7 течь/п.км в год;
  • удовлетворительное состояние 0,13 - 0,15 течь/п.км в год.
Данное представление результатов диагностики позволяет рассчитать среднее значение удельной повреждаемости не только для интервала, но и для участка любой протяженности.

В соответствии с работой Соколова Е.Я. [4], значение удельной повреждаемости для интервала является параметром, определяющим текущий уровень «износа» трубы и, при наличии значений скорости коррозии, служит для оценки его остаточного рабочего ресурса.
Рассмотрим подход к проведению капитального ремонта трубопроводов тепловых сетей, основанный на критерии образования течей и по результатам диагностики уровня «износа» на примере района, обслуживаемого КТС – Ганчарова.
На балансе указанного КТС находится 4296 п.м трубопроводов центрального отопления и горячего водоснабжения. Весной 2002 года была осуществлена их диагностика и для каждого интервала рассчитаны значения удельной повреждаемости, на основании которых произведено ранжирование по уровню износа.
На рис.1 представлен участок, на котором, на основании образовавшихся за предыдущий период течах, планировалось осуществить перекладку труб на интервале от т.к.15 до дома 17 к.1 (синяя пунктирная линия на рис.1). Результаты диагностики подтвердили высокую степень износа труб – значения удельной повреждаемости λ >1,0. Однако было обращено внимание, что на прилегающем интервале от т.к. 15 до т.к. 14 состояние труб ГВС хуже рассмотренного (λ= 1,18), а трубы ЦО приближаются к критическому состоянию (λ=0,89). Приближаются к критическому состоянию и трубы ГВС на интервале от дома 21к.1 до т.к. 15.( λ= 0,96).
Было предложено осуществить капитальный ремонт указанных трех интервалов (красная пунктирная линия на рис. 1), т.к. в противном случае, при ремонте по плану КТС только одного интервала, для данного участка оставалась значительная опасность образования течей на соседних интервалах.
Кроме этого, результаты диагностики показали, что на интервале от дома 21к.1 до т.к. 15 интенсивные коррозионные повреждения трубы имеются только на одной трети интервала, примыкающего к т.к. 15. Это позволяет рекомендовать осуществить частичную перекладку труб (до второго угла поворота).
На рис. 2 представлен еще один участок, на котором планировалось осуществить перекладку двух интервалов: от т.к. 10 до т.к.11 и от т.к. 10 до дома 20 к.2.
Результаты диагностики показали:
  • На интервале от т.к. 10 до т.к.11 трубы имеют ограниченный запас рабочего ресурса; для труб ГВС состояние приближается к критическому (ГВС λ= 0,94). В более худшем состоянии находятся трубы на примыкающем интервале от т.к.11 до т.к.13.(ГВС λ>1,0; ЦО λ>0,84)
Примечание. Как бы в подтверждение этому. В конце отопительного периода, после диагностики на интервале от т.к.12 до т.к.13 образовалась течь (см. рис.2).
  • Не смотря на факт образования двух течей, трубы на интервале от т.к.10 до дома 20 к.2 находятся в удовлетворительном состоянии.Это обусловлено тем, что аварийный ремонт по устранению течи явился и профилактическим. Рассмотрим это подробнее.
Местоположение течи на интервале от т.к.10 до дома 20 к.2 (светлый кружок на рис. 2) определялось с помощью прибора «Вектор 2001», который, в отличие от однотипных корреляционных  течеискателей, не только обнаруживает течь, но и выявляет места интенсивных коррозионных повреждений металла трубы в окрестности течи (см. рис. 3 – нижний график) – дает рекомендацию по шурфовке. В данном случае прибор показал, что коррозионные повреждения трубы, обусловившие возникновение течи, охватывают участок протяженностью около 10 м. При шурфовке в указанном месте не только была обнаружена течь, но и подтверждено неудовлетворительное состояние трубы (см. фото 2). Была врезана катушка длиной 8 м. На основании данных последующей диагностики, значительных коррозионных повреждений на данном интервале нет и трубопровод находится в удовлетворительном состоянии.

Таким образом, при проведении аварийного ремонта был осуществлен и профилактический ремонт по продлению рабочего ресурса трубопровода, что позволило снять вопрос о перекладке труб на данном интервале.
В целом по второму участку было рекомендовано рассмотреть вопрос о перекладке труб от т.к. 10 до т.к. 13 (красный пунктир на рис. 2).
На основании значений удельной повреждаемости был определен показатель аварийности (прогноз по количеству течей) трубопроводов тепловой сети рассматриваемого района. В таблице 1 приведено сравнение изменения этого показателя в зависимости от капитального ремонта, проводимого по плану КТС (критерий по течам) и с учетом результатов диагностики.
Таблица 1.
Суммарная длина, м
Показатель аварийности, течь/год

Район т/с КТС

4296

2,83

План ремонта КТС (лето 2002 г)

964

2,18

План ремонта «диагностика»

Лето 2002 г.

1304

631

2,21

2002 – 2003 г

673

1,76


На момент проведения диагностики показатель аварийности трубопроводов тепловой сети района составлял 2,83, то есть 3 течи в год. Замена труб летом 2002 года на интервалах по плану КТС снизила бы уровень аварийности до 2,18.
На основании результатов диагностики мы предложили уменьшить объем перекладки летом 2002 года приближенно на 30 % , осуществив ее на рассмотренном участке 1 и еще двух интервалах, где подход по критерию течи совпал с результатами диагностики. При этом опасность образования течей в районе будет почти такая же (2,21), что и при плане ремонта КТС. 
Трубы на рассмотренном участке 2 и еще на одном интервале предложено заменить во вторую очередь (лето 2003 года), тем самым, снизив показатель аварийности до 1,76.

В начале статьи указывалось, что основной целью гидравлических и температурных испытаний трубопроводов является заблаговременное предупреждение образования течей, т.е. получение информации для аварийно-профилактического ремонта.
С этой позиции, на основании данных диагностики все трубопроводы можно разделить на две группы:

  • интервалы, находящиеся в наихудшем состоянии, для которых единственным, экономически обоснованным видом ремонта является перекладка;
  • интервалы, находящиеся в удовлетворительном состоянии, но имеющие существенные локальные коррозионные повреждения.
Проведение гидравлических и температурных испытаний на первой группе трубопроводов не рационально из-за того, что:
  • до проведения испытаний ясен требуемый объем ремонтных работ и точечное латание дыр не устраняет опасность образования течи на  интервале в режиме эксплуатации;
  • режим перегрузок при испытаниях аннулирует тот небольшой запас рабочего ресурса, который позволил бы эксплуатировать трубу минимум еще год – создает условия необходимости экстренной, «внеочередной» перекладки.
Если не проводить гидравлические и температурные испытания на таких участках, то количество течей в отопительный период, будет скорее меньше, чем при эксплуатации после испытаний.
Для второй группы трубопроводов, имеющих локальные, точечные места коррозионного повреждения металла труб критического характера, гидравлические и температурные испытания на сегодняшний момент являются эффективным методом для указания мест предупредительного ремонта по следующим причинам:
  • Уровень разработки методов диагностики, в том числе и представленного метода НПК «Вектор», не позволяет в местах критических и докритических дефектов обнаружить наиболее опасные точки. В связи с этим по результатам диагностики мест критического состояния металла труб получается в несколько раз больше, чем по факту последующего образования течей, что обуславливает ориентацию на больший объем ремонтных работ, нежели по результатам образования течей. Необходимо совершенствование методов диагностики с целью большей детализации дефектов – выявление самых опасных точек.
  • При наличии течи, определить ее местоположение, например с помощью корреляционного течеискателя, и, после вскрытия теплотрассы, собственно обнаружить дефект на трубе не представляется сложным. Когда нет течи, критический дефект спрятан под тепловой изоляцией и коррозионными отложениями. Учитывая точность определения местоположения дефекта, необходимо вскрывать теплоизоляцию и зачищать от коррозионных отложений значительные участок трубы как по длине, так и по окружности. Необходима разработка методов и средств обнаружения локальных дефектов на трубе (без вскрытия теплоизоляции) в местах шурфовок.
Представленный анализ показывает, что, имея результаты диагностики технического состояния трубопроводов тепловых сетей, можно уверенно отказаться от ежегодных гидравлических и температурных испытаний, как минимум для части трубопроводов, имеющих ограниченный остаточный рабочий ресурс из-за наличия значительных коррозионных повреждений.
Сравнивая подходы к проведению капитального ремонта трубопроводов на основании критерия образования течи и диагностики, результаты последней не противоречат формированию планов, а уточняют и дополняют их. Возможность осуществить ранжирование интервалов по уровню опасности образования течи 
- с одной стороны, указывает на наличие большего числа интервалов, где трубы находятся на грани выработки своего рабочего ресурса;
- с другой стороны, из данного числа интервалов позволяют выбрать участки, перекладку которых можно отодвинуть  минимум на год.
Осуществление диагностики трубопроводов, обнаружение факторов интенсификации коррозионных процессов и локальных мест повреждения металла труб открывает новые возможности для продления рабочего ресурса тепловых сетей путем проведения профилактического ремонта.

Научный руководитель работ по диагностике
ЗАО НПК «Вектор»
Кандидат технических наук
Самойлов Евгений Владимирович
E-mail: veksam@rambler.ru

Литература.

  • «Нормы расчета на прочность трубопроводов тепловых сетей». РД 10-400-01.
  • «Типовая инструкция по периодическому техническому освидетельствованию трубопроводов тепловых сетей в процессе эксплуатации». РД 153-34.0-20.522-99.
  • Е.В. Самойлов. «Диагностика как элемент коррозионного мониторинга трубопроводов тепловых сетей», ж. «Новости теплоснабжения», №4, 2002.
  • Е.Я. Соколов. Кн. «Теплофикация и тепловые сети», М, издательство МЭИ, 2001.