Опыт применения акустической диагностики тепловых сетей в г. Белгороде

В. Г. Елизарова,

начальник Службы по диагностике и контролю теплосетей,

ПП «Белгородские тепловые сети»

ОАО «Белгородская теплосетевая компания",

г. Белгород

Введение

Служба по диагностике и контролю тепловых сетей была создана в ПП «Белгородские тепловые сети» ОАО «Белгородская теплосетевая компания» для организации непрерывного мониторинга фактического состояния трубопроводов теплосетей в г. Белгороде, создания полноценной базы данных с проведением последующей аналитической работы по результатам диагностики и обеспечения обоснованного планирова­ния ремонтов.

В качестве основного метода диагностики был выбран акустический согласно РД 153-34.0-20.673-2005 «Методические рекомендации по техническому диагностированию трубопроводов тепловых сетей с использованием акустического метода» [4].

На первом этапе была выполнена акустическая диагностика (АД) участков, внесенных в планы ремонта и реконструкции и подлежащих стопроцентному вскрытию в межотопительный период. Целью являлась оценка степени достоверности акустического метода диагностики, ее зависимости от интенсивности утечек и степени критичности дефектов, от типа коррозии (внешняя - внутренняя) и водоразбора (открытый/закрытый).

Акустическая диагностика выполнялась прибором КурСАР, № 27. Гидравлический режим работы диагностируемых трубопроводов составлял от 4 до 7 кгс/см2.

По результатам обследования фактического состояния участков трубопроводов (30 шт.), продиагностированных и впоследствии вскрытых для проведения ремонтов и реконструкций, устранения технологических нарушений и выполнения плановых шурфовок можно выделить следующие закономерности, имеющие место независимо от типа коррозии и водоразбора.

Зависимость степени достоверности от характера дефекта

Лучше всего по результатам АД выявляются локальные очаги коррозии на фоне в целом удовлетворительного состояния трубопровода. Например, наружная коррозия верхней части трубопровода, вызванная протечкой через стыки плит перекрытий канала, во всех выявленных по факту случаях видна по результатам АД как критический дефект (рис. 1-5).

p1.jpg

p2.jpg

p3.jpg

p4.jpg

p5.jpg

Высокая степень достоверности получена для трубопроводов с наличием дефектного участка значительной протяженности при удовлетворительном состоянии основного трубопровода.

Так, на участке ТМ-5 МК-9 - МК-10 трубы (рис. 6) в непосредственной близости к тепловым камерам, где устанавливались акустические датчики, по результатам АД находятся в удовлетворительном состоянии, а участок под дорогой (58-74 м) имеет напряжение аварийного уровня.

p6.jpg

При вскрытии данного участка обнаружено: антикоррозионное покрытие трубопровода от­сутствует полностью.

Наблюдаются слоистые коррозионные отло­жения значительной толщины на внешней и вну­тренней поверхностях трубопроводов. Под внутренними отложениями наблюдается обширная язвенная коррозия глубиной до 3 мм (визуально). Дополнительно наблюдается наружная язвенная коррозия на подающем и об­ратном трубопроводах в районе 70 м, вызванная предположи­тельно (судя по размерам и кон­фигурации) протечками через стык перекрытия канала. Язвы размерами до 250 мм и глубиной до 4-5 мм (визуально). С обеих сторон дороги, перпендикулярно, трассу пересекают электрические кабели, что возможно усилило степень критичности данного дефекта.

На отметке 37-58 м (рис. 7) по результатам АД наблюдается напряжение критического уровня в районе П-образного компенсатора. При вскрытии на данном участке наблюдается внешняя и внутренняя коррозия, антикоррозионное покрытие на нижней части трубопровода отсутствует. На подающем трубопроводе разрушена подвижная опора.

p7.jpg

Удовлетворительное состояние остального трубопровода при вскрытии также подтвердилось.

Еще один пример - участок ТК-1 - ТК-1/2а (86 квартал). По результатам АД подающий и об­ратный трубопроводы до отметки 30 м в удовлетворительном состоянии, далее - напряжение критического уровня (рис. 8 а, б).

p8.jpg

Вскрытие показало, что трубы на участке 0-25 м в хорошем со­стоянии: антикоррозионное по­крытие, теплоизоляция, покров­ный слой, толщина 4,3-4,5 мм (измерена выборочно).

На 25-66 м наблюдается кор­розионное утонение, толщина 3,0-3,3 мм, слой антикоррозион­ного покрытия отсутствует, слоис­тая коррозия с толщиной рыхлого слоя до 3 мм, дно канала заилено, похоже, что был периодически за­лит. Опоры в неудовлетворитель­ном состоянии на всем участке, сильно корродированны. Очевид­но, трубы разные и участок 0-25 м был заменен, а далее труба более старая.

Наблюдается высокая степень достоверности при выявлении локальных дефектов, перво­причиной которых является внут­ренняя коррозия, в том числе по сварному шву, в результате кото­рой образуется небольшой свищ и далее обширная наружная кор­розия (рис. 9-11).

p9.jpg

p10.jpg

p11.jpg

Примером может служить участок ТМ-5 от МК 32-1 до УТ-1 (рис. 12): на обратном трубопроводе незначительные течи в районе 145 и 150 м от МК 32-1, множественные свищи в районе 160-170 м, расположенные на продольном сварном шве.

p12.jpg

Хорошо выявляются напряжения от изгиба трубопроводов, вызванного разрушением подушек скользящих опор и смещением трубопро­водов, опиранием трубопроводов на подручные материалы после локальных ремонтов (рис. 13). В качестве примера достоверной диагностики можно привести также участок МК-34 - МК-34а по ТМ-5 (рис. 14), где первопричиной дефекта также было разрушение скользящей опоры: по результатам АД было выявлено критическое на­пряжение по подающему трубопроводу на отмет­ках 42-52 м. При шурфовке на отметке 46-49 м был обнаружен прогиб трубы (глубиной около 15 см) вследствие разрушения скользящей опоры и опорной подушки на отметке 38 м. В период останова планировалось восстано­вить опоры трубопровода и провести допол­нительный визуальный и измерительный контроль рядом с разрушенной опорой, од­нако данный дефект не выдержал ежегод­ной гидравлической опрессовки, произошел разрыв металла трубы по нижней со­ставляющей протяженностью около 1,2 м.

p13.jpg

p14.jpg

Критический, а иногда и аварийный уро­вень напряжения, выявляется а точках, где поломанные плиты перекрытий канала ле­жат на трубах (рис. 15). Своевременное выявление и устранение таких нарушений позволяет продлить рабочий ресурс тру­бопровода.

p15.jpg

Например, участок 86 квартал, МК-12/9 - ТК-2: сломанная плита перекрытия в 3 м от установки датчика (рис. 16 - фото из ка­меры).

p16.jpg

Среди продиагностированных трубо­проводов, где впоследствии был произве­ден визуально-измерительный контроль, были и участки в удовлетворительном со­стоянии. В качестве примера можно при­вести участок от МК-9 до МК-8 (рис. 17). По результатам АД состояние трубопрово­да удовлетворительное. Локальные напря­жения, в основном докритического уровня, наблюдаются в районе П-образного компенсатора и неподвижной опоры. При осмотре удовлетворительное состояние трубопровода подтвердилось. При изме­рительном контроле утонений более чем на 20% не обнаружено. Антикоррозионное покрытие на наружной поверхности трубо­провода в хорошем состоянии. На внут­ренней поверхности имеются отложения, при снятии которых видна незначительная коррозия.

p17.jpg

Отдельно можно отметить высокую до­стоверность поиска течей (рис. 18).

p18.jpg

Факторы, снижающие степень достоверности АД

1. Влияние на результат АД оказывают электрические кабели. При перпендикуляр­ном пересечении они часто (но не всегда!) выглядят как локальные напряжения крити­ческого уровня независимо от состояния трубопровода (рис. 19). Утонений и дефектов опорных конструкций в районе пересечения с электрокабелем не выявлено, тру­бопроводы (срок эксплуатации 25 лет) в хорошем состоянии.

p19.jpg

На участке трубопровода (Спутник, от УТ-5.1.1/10 ЮМР до УТ-5.1./10 ЮМР) в районе пересечения с кабелем выявлено утонение трубопровода до 5,2 мм при средней остаточной толщине 6,7 мм (по результатам АД напряже­ние докритического уровня)(рис. 20).

p20.jpg

Таким образом, вскрывая прокладку трубопровода, в точке, где по результатам АД выявлено напряжение в месте пересе­чения с электрическим кабелем, зачастую можно констатировать удовлетворительное состояние труб.

То же самое верно для неподвижных опор и компенсаторов: независимо от со­стояния труб они зачастую выглядят как кри­тические дефекты, что является особеннос­тью метода, фиксирующего повышенный уровень напряжения. Коррозионное утоне­ние может быть лишь одной из его причин.

2.

Имеется погрешность в определении степени критичности дефектов участков с равномерной наружной коррозией, а также с коррозионными поражениями в нижней части трубопроводов, вызванными продолжительным подтоплением или заиливанием, если данные участки залиты (заилены) на момент выполнения диагностики.

Так, в 4-5 ЮМР (ТК-2 - ТК-3, 0-35 м) (рис. 21), квартале Железнякова-Урожайная (ТК-2 - ТК-5/1, 0-25 м) (рис. 22) указанные участки по результатам АД выглядят как докритические дефекты, в то время как трубопроводы на­ходятся в неудовлетворительном состоя­нии: остаточная толщина их составляет около 50%, толщина рыхлых отложений до 15 мм.

p21.jpg

p22.jpg

3. При наличии рядом с одной из точек постановки датчиков регулятора давления (РДУ) (даже в открытом состоянии), создаю­щего перепад давления, или в непосредст­венной близости от работающих насосов, шум от них перекрывает полезный сигнал (рис. 23), диагностика таких участков невоз­можна. Таким образом, метод проблематич­но использовать для диагностики головных участков ответвлений, где в магистральных камерах установлены РДУ, а также участков рядом с ЦТП и ПНС, где с отключенными на­сосами недостаточный гидравлический ре­жим (менее 2,5 кгс/см2).

p23.jpg

4. В редких случаях по результатам АД выявляются участки с критическим и даже аварийным уровнем напряжений, причины которого при вскрытии и визуально измери­тельном контроле и толщинометрии опре­делить не удается (рис. 24). Участок МК-18 -МК-12/1 диагностировался трижды. По ре­зультатам АД, выполненной в отопительный период два раза, на подающем и обратном трубопроводах видны участки с критическим напряжением значительной протяженности, на подающем встречается аварийный уровень.

p24.jpg

Повторная АД участка, выполненная в летнем режиме, для подающего трубопровода дает другой результат: напряжения критического уровня отсутствуют; на обратном по-прежнему выявлено напряжение критического уровня практически по всей длине.

Согласно РД [1], для участков с такими де­фектами велика вероятность образования течи, рекомендуется выполнение шурфовки, про­ведение визуального и измерительного контроля, при необходимости контрольных вырезок для принятия решения о необходи­мом объеме ремонтных работ.

При вскрытии участка причины наблюда­ющихся по результатам АД критических на­пряжений не выявлены. При измерительном контроле утонений более чем на 20% не об­наружено, опорные конструкции в удовле­творительном состоянии. На наружной по­верхности незначительный слой рыхлых коррозионных отложений (до 1 мм), на внут­ренней - плотные отложения, при снятии ко­торых видны язвы глубиной до 1 мм.

Ситуация, когда при АД зафиксировано аварийное напряжение, причины которого при визуально-измерительном контроле и толщинометрии выявить не удается, состав­ляет до 10%, в том числе и для трубопрово­дов надземной прокладки, причем результа­ты часто выглядят как элементы синусоиды (рис. 25), особенно для трубопроводов не­большой длины (до 70 м). Данная величина укладывается в заявленную степень досто­верности метода АД - 80%.

p25.jpg

Необходимо также отметить ряд недо­статков самого прибора:

1. Достаточно длительный процесс синхронизации основного и выносного блоков при включении перед началом выполнения записи, что особенно критично при поиске утечек значительной интенсивности, когда существует опасность залития камер и соответственно датчиков: практически невозможно определить момент, когда необходимо начать заполнение отключенного участка с технологическим нарушением, чтобы к моменту начала записи сеть уже полностью заполнилась, но вода еще не залила канал и камеры.

2.   Отсутствие индикации качества постановки датчика (или возможности прослушивания качества звука в процессе установки). В результате случайное попадание постороннего предмета или рыхлых коррозионных отложений между трубопроводом и датчиком, существенно ухудшающее качество записи, выявляется уже после того, как запись полностью выполнена.

По перечисленным причинам КурСАР используется в ПП «БТС» в основном для плановой диагностики, поиск течей осу¬ществляется с помощью корреляционного течеискателя воды «Коршун», который готов к работе сразу после включения, а также позволяет в режиме реального времени контролировать качество сигнала и про¬цесс заполнения сети благодаря наличию радиоканала связи между выносными блоками с датчиками и основным блоком прибора. При этом эффективность поиска течей аналогична КурСАРу. К сожалению, для диагностики он не предназначен (в соответствии с паспортом).

Значительным неудобством является ма­ленький объем встроенной памяти прибора Кур­САР - всего 4 канала, что требует переноса дан­ных на компьютер и очистки памяти прибора по­сле записи акустических сигналов по 2 участкам.

Выводы

1. Несмотря на отмеченные выше недостатки метода, основные его достоинства подтверждаются:

■    мобильность, быстрота и возможность прове­дения диагностики без вскрытия трубопроводов и снятия изоляции (для воздушной прокладки);

■    без останова циркуляции и нарушения теп­лоснабжения потребителей метод позволяет в короткие сроки обследовать участки значитель­ной протяженности для предварительной оцен­ки их состояния, что особенно важно в условиях, когда трубопроводы, отработавшие норматив­ный срок службы, составляют значительную часть теплосети.

2.   Выполненные вскрытия показывают удовлетворительную относительно вложенных сил и средств степень достоверности результатов акустической диагностики для определения состояния трубопровода в целом. Выразить ее конкретным числом для условий производства невозможно, т.к. она полностью зависит от того, какой % диагностируемых трубопроводов залит и заилен, каков характер дефектов на диагностируемых трубопроводах, от наличия смежных коммуникаций, от гидравлического режима работы диагностируемых трубопроводов. Есть также основания предполагать (данных для корректного анализа недостаточно), что степень достоверности зависит от диаметра и длины участка. Методика определения степени достоверности метода АД в условиях реального про­изводства отсутствует (как и для других косвен­ных методов диагностики трубопроводов). Все приведенные цифры носят оценочный характер. 3. Результаты АД являются одним из аргументов для принятия обоснованного решения об объеме и местах выполнения шурфовок в процессе технического освидетельствования трубопроводов ([1], [2], [3],) с целью оценки со­стоянии трубопровода с помощью визуально-измерительного контроля и толщинометрии, как и требуется согласно РД [4]. Метод дополня­ет и делает более эффективными прямые мето­ды контроля, а не заменяет их.

4. С высокой степенью достоверности выяв­ляются течи. При условии соответствия их ин­тенсивности заявленной в паспорте прибора (от 1 м3/ч) точность их определения соответствует оговоренным 1,5% от базы постановки датчиков.

В заключение

В настоящий момент в ПП «БТС» разработана «Типовая программа технического диагностиро­вания трубопроводов тепловых сетей», где в ка­честве основного метода диагностики оговорен акустический, дополненный визуальным и изме­рительным контролем в точках доступа и последующими шурфовками в точках критических на­пряжений. В соответствии с «Программой...» произведено техническое диагностирование бо­лее 35 км трубопроводов (в 2-трубном исчисле­нии). Около 5 км заменено, срок эксплуатации прочих продлен на 1 -3 года.

Диагностирование осуществляется в соот­ветствии с «Графиком выполнения диагностики тепловых сетей г. Белгорода, отработавших нормативный срок службы», где ранжирование участков осуществлено с учетом стратегической важности для обеспечения бесперебойного теплоснабжения потребителей.

Для создания функциональной базы данных, обеспечивающей возможность мобильной фильтрации и анализа результатов диагности­ки, был создан отдельный слой в программном комплексе «Zulu», куда заносятся результаты всех выполненных обследований (рис. 26).

Литература

1. «Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок- от 24.03.2003 г. № 115.

2. Типовая инструкция по периодическому техническому освидетепьствованию трубопроводов тепловых сетей в про­цессе эксплуатации» РД 153-34.0-20.522-99.

3. "Инструкция по визуапьному и измерительному контропю» РД 03-606-03.

4 «Методические указания по техническому диагностированию трубопроводов тепловых сетей с использованием акус­тического метода- РД-153-34.0-20.673-2005.