Методы диагностики трубопроводов (тепловых сетей)

С.А. Писчасов,

начальник отдела диагностики

службы диагностики тепловых сетей

ОАО «МОЭК», г. Москва


В ОАО «МОЭК» в 2013 г. была создана служ­ба диагностики, в задачи которой входит определение фактического состояния теплопроводов действующих тепловых сетей неразрушающими методами контроля. Служба состоит из отдела мониторинга и отдела диа­гностики тепловых сетей.

Основными целями отдела мониторинга явля­ются подбор участков под диагностику тепловых сетей, разработка мероприятий по автоматиза­ции, диспетчеризации, мониторингу, дистанцион­ной и приборной диагностике функционирования тепловых сетей. Отдел диагностики занимается проведением инструментальной диагностики и неразрушающего контроля, обработкой получен­ных данных, формированием технических заклю­чений с выводами и рекомендациями.

Отбор участков тепловых сетей филиалов № 1-10,19,20 ОАО «МОЭК» для проведения ин­струментальной диагностики осуществляется исходя из следующих критериев:

■    срок службы трубопроводов более 40% (от­ношение периода эксплуатации с момента по­следней перекладки к общему расчетному сроку службы трубопроводов. Расчетный срок службы трубопроводов разводящих сетей составляет 15 лет, для магистральных тепловых сетей - 25 лет);

■    количество аварий на участках тепловой сети;

■    дата проведения последней диагностики (более трех лет).

Подготовленный перечень участков для про­ведения инструментальной диагностики направ­ляется в отдел диагностики службы, где разрабатываются помесячные графики выполнения пла­новой диагностики, с привязкой к филиалам, эксплуатационным районам, предприятиям, ма­гистралям, номерам участков, с указанием при­меняемых методов технической диагностики. Стоит отметить, что диагностике подлежат теп­ловые сети как традиционной прокладки, так и бесканальной (в зависимости от применяемой методики проведения диагностики). Годовой план диагностики в 2014 г. составляет 1311 км в однотрубном исчислении. Кроме того, выполня­ется и внеплановая диагностика по заявкам фи­лиалов, куда включаются только те тепловые се­ти, которые с момента утверждения годового плана работ по состоянию на текущий месяц по­меняли свой статус с «норма» на «докритический» или «критический».

Собранные данные направляются в сектор обработки данных отдела диагностики, где про­ходит расшифровка и составление технического заключения о состоянии трубопроводов. Здесь учитывается все, что связано с теплосетью, - год прокладки, количество аварий на участке, тип изоляции трубопровода, измерение толщин стенок трубы, результаты визуально-измерительного контроля как в точках доступа к телу трубы, так и в полупроходных, проходных каналах и коллекторах и т.д.

Ежедневно отделом диагностики (мобильные бригады сектора инструментальной диагности­ки, занимающиеся непосредственно сбором данных) снимаются данные в объеме 1500 м в однотрубном исчислении по каждому из 12 экс­плуатационных филиалов ОАО «МОЭК». Сектор обработки данных формирует технические за­ключения в объеме до шести заключений по разводящим сетям и до восьми по магистральным и тепловым вводам.

Совсем недавно техническое заключение формировалось вручную из следующих доку­ментов и актов:

■    данные диагностируемого участка;

■    нормативные документы, на основании кото­рых проводились работы;

■    вид неразрушающего контроля (метода), при­меняемого при техническом диагностировании;

■    перечень оборудования, используемого при диагностировании участка;

■    краткая вводная часть о методах НК;

■    протоколы и результаты проведенной работы (данные УЗ-толщинометрии, визуально-изме­рительного контроля, протоколы результатов применяемых методов диагностики);

■    выводы и рекомендации.

Сегодня благодаря возможности работать непосредственно в базах данных ОАО «МОЭК» существенно упростилось формирование тех­нических заключений по итогам проведения ин­струментальной диагностики трубопроводов (тепловых сетей). Работа стала более эффективной, к тому же по­явились реальные возможности для расширения осуществления контроля и мониторинга тепловых сетей. Имея в одной базе данных пол­ную информацию по интересующим нас участкам трубопроводов, мы можем принимать решения о целесообразности проведения каких-либо работ, давать рекомендации эксплуатационным филиалам, проводить аудит и проверки заполняемости технических паспортов тепловых сетей и т.д.

Сформированные технические заключения находятся в базе данных ОАО «МОЭК», где с ни­ми работают специалисты отдела мониторинга службы диагностики тепловых сетей. На основа­нии полученных данных проводится отбор участ­ков для проведения ремонтных работ, переклад­ки участка тепловой сети. При необходимости назначается проведение дополнительного де­фектоскопического контроля в контрольных шурфах. Также специалистами отдела монито­ринга Службы формируются перечни участков тепловых сетей ОАО «МОЭК», рекомендованных для включения в инвестиционную программу для проведения ремонтных работ.

Методы инструментальной диагностики, применяемые отделом диагностики службы ди­агностики тепловых сетей ОАО «МОЭК»:

1. На теплосетях диаметром от 80 мм и дли­ной участка от 40 метров применяется прибор­ный комплекс «Каскад 2», относящийся к акусти­ческому методу диагностики - методика «Акусти­ческая томография» (AT). Она позволяет опреде­лить на действующем трубопроводе интервалы повышенных напряжений трубопровода, на кото­рых имеется в том числе утонение стенки за счет как внешней, так и внутренней коррозии. Эта российская разработка используется на сетях ОАО «МОЭК» с 2005 г. Разработчикам удалось существенно продвинуться как и в исполнении самого прибора (он стал более адаптированным для наших условий, компактным, обрел прочный корпус), так и в программном обеспечении для обработки полученных данных. Применение при­бора «Каскад 2» и методики «Акустическая томо­графия» дает нам до 80% достоверности о состо­янии трубопровода.

p1.jpg

2. Метод магнитной памяти металла, методика бесконтактной магнитометрической диагностики (БМД) используется на тепловых вводах и магистральных сетях диаметром от 300 мм как дополнительный метод, а в некоторых случаях как основной.

БМД основана на измерении искажений маг­нитного поля Земли, обусловленных изменением намагниченности металла трубы в зонах кон­центрации напряжений и в зонах развивающихся коррозионно-усталостных повреждений. При этом характер изменений поля (частота, амплитуда) обусловлен деформацией трубопровода, возникающей в нем вследствие воздействия ряда факторов (остаточных технологических и монтажных напряжений, рабочей нагрузки и на­пряжений самокомпенсации при колебаниях температуры наружного воздуха и среды).

p2.jpg

За время применения службой диагностики трубопроводов (тепловых сетей) ОАО «МОЭК» данной методики стало понятно, что применение БМД требует на­учного и индивидуального подхода к каждому участку тепловой сети. Методика ценна тем, что дает возможность выявления дефектов металла трубы еще на раннем этапе, в момент их зарож­дения, либо даже до начала монтажа трубопро­вода и запуска его в эксплуатацию. Мы имеем уникальную возможность отследить жизнь трубы с момента выхода с завода до монтажа в тран­шее, а также отслеживать рабочие параметры трубопровода в процессе эксплуатации. Приме­нение метода магнитной памяти металла крайне эффективно и при проведении входного контроля трубопроводов, и при проверке сварных стыков. Что касается точности данного метода, то обнаруженные при проведении диагностики зоны концентрации напряжений (ЗКН) при вскрытии оказались там же, где и были выявлены.

p3.jpg

Метод «Акустической томографии» (AT) и методика бесконтактной магнитометрической диагностики применяются нами как совместно, так и раздельно - исходя из поставленных задач и характера (вида) существующей тепловой сети.

3. Также службой диагностики трубопроводов (тепловых сетей) комплексно применяются визуально-измери­тельный контроль и ультразвуковая толщинометрия в точках доступа, в полупроходных, проходных каналах, а также в коллекторах. Обнаружен­ные при визуальном осмотре дефекты теплоизо­ляции трубопроводов, и как следствие - металла трубы (нарушения теплоизоляции, капель с плит перекрытия каналов на металл трубы или на теп­лоизоляцию, осыпи и влага, дефекты строитель­ных конструкций) подлежат тщательному дефек­тоскопическому и ультразвуковому контролю - с целью выявления утонения стенок трубопрово­дов за счет внешней и внутренней коррозии, кон­троля состояния строительных конструкций ка­мер, каналов и коллекторов. Полученные данные вносятся в базу данных и учитываются при принятии решения о проведении ремонтных работ.

p4.jpg

p5.jpg

p6.jpg

p7.jpg

4. При проведении дополнительного дефек­тоскопического контроля (ДДК) используется метод направленного ультразвукового сканиро­вания с использованием прибора Wave maker 3G для оценки коррозионного состояния трубопро­водов. В раскопке (шурфе) на интересующий нас трубопровод устанавливается бандажное кольцо с УЗ-излучателями, диаметр которого составляет от 80 мм до 1400 мм. Сканирование трубопровода осуществляется на 20 м от места установки кольца в обе стороны от него. Резуль­татом сканирования является развернутая карта участка трубопровода с нанесением на нее де­фектных участков. Являясь современным мето­дом контактной диагностики трубопроводов, эта система все же имеет ряд недостатков: работа возможна на прямых участках, без поворотов, неподвижных опор и осыпей и т.д.

p8.jpg

p9.jpg

В заключение хотелось бы сказать несколь­ко слов о внутритрубной дефектоскопии тру­бопроводов методом «Акустического резонан­са» системой «Pipescanner». Этот метод про­шел апробацию на теплосетях ОАО «МОЭК» в 2013 г. Система разработана для диагностики водопроводных сетей диаметром до 400 мм. Конечным результатом работы дефектоскопа является карта толщины стенки трубопровода по всей длине участка (до 1500 м). Дефектоскоп работает при рабочем давлении трубопровода до 3 МПа и при температуре носителя до 40 °С. Рабочий диапазон скорости в режиме визуального осмотра внутри трубопровода -792 м/ч. В состав внутритрубной диагностической системы «Pipescanner» входит:

■    устройство запуска диагностического снаряда;

■    запирающее устройство для подачи кабеля в трубопровод;

■    внутритрубный дефектоскоп;

■    модуль движения;

■    контроллер кабеля;

■    пульт управления;

■    электростанция.

p10.jpg

p11.jpg

p12.jpg

p13.jpg

p14.jpg

Исследование данным методом включает в себя подготовку прямого участка трубопровода с возможностью вскрытия в самой высокой точке для предотвращения попадания воздуха. После вскрытия трубопровода либо подготовки тепло­вой камеры в трубопровод вваривается монтаж­ный узел с камерой запуска дефектоскопа.

В момент подготовки монтажного узла тру­бопровод отключен, находится без давления. При сбросе давления с камеры запуска демон­тируется верхняя крышка и производится за­грузка диагностического снаряда в трубопро­вод. В процессе загрузки к снаряду крепится модуль, осуществляющий движение.

После погружения снаряда в трубопровод на камеру запуска монтируется устройство, герме­тично запирающее люк в трубопроводе и осу­ществляющее подачу кабеля снаряда внутрь трубопровода. В устройство вмонтированы дат­чики давления и температуры. Данные постав­ляются на пульт управления.

После завершения подготовительных работ и загрузки дефектоскопа в трубопровод давление поднимается до 3 МПа, и дефектоскоп начинает работать. Он плывет внутри трубопровода, проводя измерения толщин стенок исследуемого участка. Данные поступают на пульт оператора. Он же осуществляет контроль за действиями и управление движением дефектоскопа, используя манипулятор-джойстик. При достижении определенных параметров в трубопроводе дефектоскоп отплывает от места загрузки на расстояние до 750 м.

Для транспортировки дефектоскопа использует­ся либо внутреннее давление воды, либо модуль движения. Условия прохождения контролируются с точностью до 1 мм. Скорость движения 22 см/с (792 м/ч). При достижении установленной длины дефектоскоп останавливается, оператор дает ко­манду на раскрытие центрирующего механизма.

Готовность снаряда к движению отображает­ся на информационном мониторе. Оператор за­пускает системы записи, визуализации данных и движение снаряда. Скорость движения снаряда во время диагностики составляет 8 см/с (288 м/ч). Диагностика участка длиной 750 м выполняется в течение 2 ч 40 мин. Движение снаряда выполняется устройством намотки ка­беля. Данные диагностики отображаются на ин­формационном экране оператора в виде раз­вертки трубопровода (разрез на 12 часах) и представлены в виде цветовой карты, отобра­жающей изменения толщины стенки трубопро­вода по всей длине. Данные диагностики запи­сываются на жесткие диски компьютеров для последующей обработки в специализирован­ном программном обеспечении. Объем данных сканирования толщины трубопровода длиной 750 м составляет 150 Гб. Данные на жестких дисках передаются в специализированную ла­бораторию для обработки.

Процесс обработки проходит в автоматиче­ском и ручном режиме с привлечением различ­ных специалистов и может занять до двух не­дель в зависимости от сложности расшифровки данных. На сегодняшний день ведутся работы по автоматизации основных алгоритмов обра­ботки, сроки могут быть снижены до двух дней. Также ведутся работы по полной автоматизации обработки и разработки отчета.

Данный метод, по нашим наблюдениям, яв­ляется наиболее точным с точки зрения опреде­ления мест утонения стенок трубопроводов (он дает действительно полную картину состояния исследуемого участка). Вместе с тем, он оста­ется достаточно трудоемким в плане подготов­ки к работе, имеет ограничения по диаметрам диагностируемых участков. Кроме того, на сего­дняшний день не решен вопрос прохождения уг­лов поворота. Мы очень надеемся, что разра­ботчики метода учтут эти проблемы и в ближай­шем будущем решат их.