Срок службы пластмассовых трубопроводов

Диагностика тепловых сетей

Общие сведения

В зависимости от количества параллельно проложенных труб для теплоснабжения системы делятся на одно-, двух- и многотрубные. Для теплоснабжения населенных пунктов (городов и поселков) наибольшее распространение получили двухтрубные системы, в которых по одному трубопроводу подается тепло, а по другому возвращается отработанной теплоноситель.

Тепловая энергия, получаемая от ТЭЦ или котельных, распределяется между потребителями через центральные (ЦТП) или индивидуальные (ИТП) тепловые пункты, от которых к зданиям отходят четырехтрубные сети: две трубы для присоединения систем отопления и две – для присоединения систем горячего водоснабжения. Тепловые сети прокладываются в каналах (84%), бесканально (6%) или надземно (10%). Каналы бывают проходные, полупроходные и непроходные.

Водяные тепловые сети по назначению и диаметру подразделяют на магистральные и распределительные трубопроводы. К магистральным сетям относят теплопроводы больших диаметров (300 – 1000 мм), соединяющие источники тепла с районами потребления. Диаметры труб распределительных сетей (ответвлений или внутриквартальных), ведущих к потребителю, в зависимости от тепловой нагрузки колеблются от 50 до 250 мм. По различным данным на территории России находятся в эксплуатации от 160 до 260 тысяч км теплопроводов. Свыше 30% тепловых сетей находится в ветхом состоянии, в некоторых регионах доля изношенных теплопроводов составляет более 50%. Из-за ограниченного финансирования фактическая замена трубопроводов тепловых сетей обычно не превышает 1 – 4 % от их протяженности.

Удельная повреждаемость по регионам России колеблется от 0,5 до 10 повреждений на 1 км трубопровода ежегодно. Наиболее частой причиной повреждения трубопроводов тепловых сетей (до 80%) является наружная коррозия, вызванная в основном контактом металла труб с водой при периодическом или постоянном затоплении каналов грунтовыми или поверхностными водами из-за: отсутствия попутного дренажа, недостаточной высоты и прочности подвижных опор, применения малоэффективных антикоррозионных покрытий и теплоизоляции, отличающейся высоким водопоглощением, низкого качества герметизации каналов, отсутствия вентиляции каналов и тепловых камер. Наружная коррозия труб вызывается также блуждающими токами (утечки от городского и железнодорожного транспорта, работающего на постоянном токе, и т.д.).

Удельная повреждаемость в тепловых камерах больше в 10 – 20 раз, чем на остальных участках. Перекрытия тепловых камер расположены близко к поверхности земли, и вода практически всегда присутствует на дне тепловых камер, испаряясь и конденсируясь на перекрытии. Вместе с протечками через люки эта влага попадает на трубопроводы и приводит к их интенсивной коррозии. При расположении камер под дорогами на трубопроводы попадает не просто вода, а солевой раствор.

Наличие систем открытого водоразбора, процессов биокоррозии в трубопроводах горячего водоснабжения, а также низкое качество подпиточной воды на источниках тепла для систем закрытого водоразбора из-за больших утечек теплоносителя предопределяет повреждения от внутренней коррозии.

Повышенные тепловые потери объясняются не только тем, что в России в основном (90%) трубопроводы тепловых сетей имеют тепловую изоляцию из минеральной ваты, которая к тому же в 30 – 50% случаев повреждена или вообще разрушена, а также постоянным или периодическим затоплением каналов, т.к. при увлажненной тепловой изоляции в несколько раз повышается величина тепловых потерь.

В сложившейся ситуации в стране тратятся гигантские средства на содержание некачественных, а значит, и ненадежных тепловых сетей с фактическими тепловыми потерями от 20 до 50% от выработки тепла зимой и от 30 до 70% летом, с утечками теплоносителя, во много раз превышающими нормы в развитых странах, и с огромными затратами на ремонтно-восстановительные работы (создание дополнительных аварийных служб).

Фактический срок службы трубопроводов значительно ниже (магистральные сети – 12–15 лет, разводящие сети – 7–8 лет) нормативного (25 лет), что и увеличивает в несколько раз затраты, приведенные к году эксплуатации.

Для повышения уровня технического обслуживания эксплуатирующими организациями и для разработки мероприятий по продлению ресурса действующих трубопроводов должно быть организовано фирменное обслуживание – службы контроля и анализа технического состояния трубопроводов, в задачи которых входят:

§ распределение тепловых сетей на территориальные участки;

§ контроль фактического состояния трубопроводов (диагностика) и оценка интенсивности коррозионных разрушений труб тепловых сетей на участках, где зафиксирована опасность коррозии трубопроводов (осмотры, электрические измерения, шурфовки, аэрофотосъемка, контроль водного и бактериального режима, установка датчиков коррозии и др.);

§ регистрация и анализ коррозионных повреждений тепловых сетей в отопительный сезон и при гидравлических испытаниях;

§ выявление вредных факторов, влияющих на процессы коррозии, с составлением карт их распределения, определение причин их возникновения и разработка мероприятий по их предотвращению;

§ ведение паспортов на каждый участок теплосети;

§ разработка объемов технического обслуживания для каждого участка теплосети;

§ проведение испытаний на тепловые и массовые потери;

§ оптимизация трассировки и диаметров тепловых сетей;

§ экономический расчет необходимых работ по текущему и капитальному ремонту, включая мероприятия по продлению ресурса;

§ ресурсное распределение тепловых сетей (с ответственностью за вывод в капитальный ремонт участков, имеющих значительный ресурс);

§ подготовка технических заданий на капитальный ремонт тепловых сетей с учетом реальных условий их эксплуатации и анализа причин сокращения нормативного срока службы;

§ отражение в техническом задании комплексного подхода к защите от коррозии на всем территориальном участке;

§ приборный контроль качества строительно-монтажных и ремонтно-восстановительных работ.

Данные виды работ могут выполняться как подразделениями, специально созданными в эксплуатирующих организациях, так и специализированными организациями по договору.

Стоимость замены трубопроводов тепловых сетей очень высока, поэтому ранняя диагностика, проведение работ по продлению ресурса, локальная замена наиболее прокорродировавших участков позволят значительно продлить срок службы тепловых сетей, снизить количество внезапных отказов и получить значительную экономию средств.

На сегодняшний день применяется следующее оборудование для определения местоположения течи и диагностики коррозионного повреждения труб и разрушения тепло- и гидроизоляции:

1. Приборы контроля состояния металла стенок трубопровода:

§ акустические приборы для диагностики коррозионного состояния металла труб («Вектор-2001» – НПК «Вектор», Россия, «Теаккорр-4000» - НПФ «Электроника ЛТД», Украина);

§ аппаратура с электронно-акустическим принципом действия («A-LINE» фирма «Интерюникс», «Локус» фирма «ЛТЕСТ», «AMSY-4», «Panatest»);

§ внутритрубные дефектоскопы (магнитный энтроскоп ЗАО «Энтроско», «Рокот-1м» – НПО «Тарис», Россия, «ЭТГ, ЭТЖ» – ЗАО «Омтех», Россия);

§ ультразвуковые толщиномеры ("УТ-80" – "Техно-АС", Россия, "Взлет УТ" ЗАО "Взлет", "Sonagage II" – ЗАО «Энерготест», Россия, "26DL Plus", "26 MG" – "Panametric", США, "Sonatest" – Англия);

2. Приборы для измерения температурных полей (измерение температур поверхности грунта над эксплуатируемыми теплопроводами):

§ контактного действия ("ПТ-13Д" - МНПО "Спектр", "Питон" – Институт физики металлов РАН, "Termohydrolux HL-2000T" – "Seba dynatronic", Германия);

§ дистанционного действия («Диелтест» - ВНИИОФИ, Россия, «С-7» –«Интекс», Россия, «Кельвин 200ЛЦ» – «Диполь», Россия, "Thermopoint TRT2-4, TRT20-50, TRT80" - "Agema Infrared System", Швеция);

3. Акустические приборы для поиска течи:

§ акустические течеискатели – шумофоны («ИСТД» – АО «Ленэнерго», «ПТ-13ДМ» – МНПО «Спектр», «Пеленг – 1» - ООО «Абигар», «Hydrolux HL2000 – «Seba dynatronic», Германия, «FD-7», «FSB-7», «HG-10» - Fuji Tecom Inc, Япония);

§ течеискатели корреляционного действия («Коршун» – Украина, «А-КОР» – Россия, «Кондор АТК-5» - Россия);

4. Приборы для определения нарушения гидроизоляционного защитного слоя бесканальных теплопроводов («АНПИ» - г. Петрозаводск, «ПККИ-200» – АО «Мособлгаз», «C-Scan» – Германия);

5. Приборы для определения остаточной намагниченности металла труб (индикатор концентрации напряжений «ИКН-1М» «Энергодиагностика»);

6. Приборы для определения стекания блуждающих токов (цифровые мультиметры).

В состав работ по техническому обслуживанию входят эксплуатационные мероприятия по снижению влияния вредных факторов, интенсифицирующих процессы коррозии:

- откачка воды из тепловых камер и каналов с помощью переносных или стационарных насосов;

- планировка теплотрассы с целью предотвращения попадания поверхностных вод в каналы и камеры;

- чистка тепловых камер и каналов (в доступных местах) от илистых отложений и заносов грунтом;

- чистка дренажей механическими способами;

- поиск утечек теплоносителя через арматуру и их устранение;

- определение жесткости воды по квартальным ответвлениям трубопроводов для поиска неплотных подогревателей;

- проверка заполнения зависимых систем отопления сетевой деаэрированной водой.

Если эксплуатационные мероприятия, направленные на предотвращение прямого контакта влаги с поверхностью трубопровода, оказываются недостаточно эффективными, то реальную защиту металла труб можно обеспечить или при радикальном изменении условий контакта агрессивной среды и поверхности металла (путем нанесения антикоррозионных покрытий и гидроизоляции в доступных местах), или при проведении ряда мероприятий по продлению ресурса, таких как:

§ герметизация крышек люков тепловых камер и смотровых колодцев;

§ герметизация стыков плит перекрытий тепловых камер и каналов в доступных местах;

§ искусственное снижение уровня грунтовых вод;

§ установка вентиляционных вытяжек;

§ организация электрохимической защиты тепловых сетей.

При нанесении антикоррозионных покрытий и гидроизоляции в доступных местах (тепловых камерах, проходных и полупроходных каналах) может выполняться два комплекса работ:

§ при наличии на трубопроводах изоляции для защиты ее от увлажнения наносится гидроизолирующий слой (например, мастика "Вектор 1214 Б", НПК "Вектор");

§ при отсутствии на трубопроводах изоляции проводится антикоррозионная защита металла труб, неподвижных опор, компенсаторов покрытиями, не требующими специальной подготовки поверхности труб (например, полимерные мастики "Вектор 1025", "Вектор 1214", НПК "Вектор"), восстановление тепловой изоляции и асбоцементной штукатурки с последующим нанесением гидроизолирующего слоя (например, мастика "Вектор 1214 Б", НПК "Вектор").

Анализ конструктивных решений и схем вентиляции каналов тепловых сетей указывает на их большое разнообразие, как по диаметрам и высоте труб, так и по конструкциям приточных и вытяжных отверстий. Обычно шахта устанавливается на верхней плите перекрытия тепловых камер. Для этого пробивается отверстие и монтируется металлическая труба, основание которой бетонируется. Сверху труба имеет крышку, по бокам прорези для прохода воздуха.

При защите тепловых сетей получила широкое применение электрохимическая защита (ЭХЗ), осуществляемая катодной поляризацией от внешнего источника постоянного тока (станции катодной защиты – СКЗ) или путем соединения с металлом (протектором), имеющим более положительный потенциал. Применение данных видов ЭХЗ является единственным способом значительного снижения скорости коррозии наружных поверхностей подтопляемых и заиленных труб теплосетей до уровня 0,05 – 0,1 мм/год, предотвращения влияния блуждающих токов и, соответственно, увеличения рабочего ресурса действующих трубопроводов тепловых сетей.

На абонентских вводах тепловых сетей на объекты, являющиеся источниками блуждающих токов (объекты трамвайной сети, метрополитена, электрифицированных железных дорог – депо, тяговые подстанции, ремонтные базы), устанавливаются электроизолирующие фланцы, обеспечивающие уменьшение влияния источников блуждающих токов на трубопроводы тепловых сетей.

Самыми надежными являются водно-химические методы предотвращения внутренней коррозии: повышение рН, снижение содержания кислорода, применение ингибиторов, т.к. они обеспечивают защиту всего оборудования теплосети сразу после их внедрения. Одним из самых эффективных способов предотвращения развития язв на внутренней поверхности трубопроводов теплосети является нейтрализация в них кислой среды путем:

§ постоянного увеличения рН сетевой воды до 9,5–10,0;

§ периодического увеличения рН сетевой воды до 10,0–11,0 во время температурных испытаний.

Существуют следующие пути попадания кислорода в сетевую воду:

§

§ подпиточная вода (некачественная работа вакуумных деаэраторов);

§ присосы водопроводной воды в абонентских подогревателях из-за неплотности;

§ аэрация воды в аккумуляторных баках открытых систем теплоснабжения и баках запаса подпиточной воды в закрытых системах;

§ аварийная подпитка тепловых сетей недеаэрированной (сырой) водой.

Защита металла от коррозии и воды от аэрации в аккумуляторных баках открытых систем теплоснабжения и баках запаса подпиточной воды в закрытых системах осуществляется по двум направлениям:

1) комбинированным путем с использованием для обеих целей одного и того же материала (герметизирующих жидкостей, например, АГ–4И или АГ–4);

2) раздельными способами с применением для защиты стенок бака от коррозии лакокрасочных или металлизационных покрытий (цинк-силикатная композиция "Барьер 1П", пенополиуретановая эмаль "Хемопур-Э" U 2081 (Словакия), цинк-наполненная композиция марки ЦВЭС, водно-дисперсионные двухкомпонентные эпоксидные краски НПФ "Рекон" (г. Казань), эмаль ЭП - 5287 НПО "Спектр") и для предотвращения аэрации воды в баках плавающих шариков, порошковых материалов (крезосферы и гидрофобный мел), подвижного покрытия из вспенивающегося полистирола марок ПСВ, ПСВ-С, ПСВ-П.

Также одним из способов защиты внутренней поверхности трубопроводов тепловых сетей от коррозионных повреждений является применение ингибиторов коррозии. Несмотря на достаточно большой выбор ингибиторов для нейтральной и слабощелочной воды, санитарным требованиям удовлетворяют только два: силикат натрия и цинковый комплекс оксиэтилидендифосфоновой кислоты (ОЭДФЦ).

Коррозия стальных труб ГВС обусловлена не только общеизвестной кислородной электрохимической коррозией, но и менее известной микробиологической (биокоррозией). Практически не существует действенных способов уничтожения бактерий в системах ГВС. В открытых системах теплоснабжения с непосредственным отбором воды из теплосети на горячее водоснабжения для снижения процессов биокоррозии можно порекомендовать периодическое повышение рН сетевой воды (9,7-9,9) с помощью дозирования едкого натра и мероприятия по ликвидации застойных зон в трубопроводах.Существует устойчивое заблуждение, что тепловые сети всегда были и будут самым ненадежным элементом теплоснабжения. Но на сегодняшний день существует большое количество методов, конструкций, элементов и др., полностью обеспечивающих надежную работу тепловых сетей в течение 25 лет и более.

Безусловно, при использовании новых более надежных конструкций неизменно возрастает стоимость тепловых сетей. Однако за счет большей их долговечности стоимость работ по прокладке, приведенная к одному году эксплуатации, уменьшается. Поэтому одним из основных факторов экономической эффективности применения новых конструкций следует считать не их стоимость, а увеличение срока службы трубопроводов и снижение затрат на их техническое обслуживание, поскольку, как правило, более дорогостоящие мероприятия существенно повышают эксплуатационную надежность трубопроводов.

Для прокладки тепловых сетей должны применяться новые конструкции высокотехнологичных теплопроводов и оборудования. Самого серьезного внимания заслуживают стальные трубопроводы с ППУ - изоляцией (производители, например, ЗАО «Мосфлоулайн», «АВВ Alstom Power» и др.), представляющие конструкцию типа «труба в трубе» и увеличивающие срок службы тепловых сетей до 30-50 лет. В качестве теплоизоляционного слоя используется жесткий пенополиуретан (снижение тепловых потерь до 2-3 %), наружная защитная оболочка выполнена из полиэтилена, что позволяет вместо сооружения дорогостоящего канала укладывать трубы непосредственно в траншею на песчаную подсыпку.

Также при данном способе прокладки отпадает необходимость в строительстве камер для установки запорной арматуры. Краны также тепло- и гидроизолируются и устанавливаются непосредственно в грунте. Управление задвижками осуществляется через смотровые колодцы. Для удобства штоки изготовляются переменной длины (в зависимости от глубины заложения) для обеспечения доступа к головкам кранов. При надземной прокладке трубопроводов в качестве гидроизоляционного слоя используется оболочка из оцинкованной стали (согласно требованиям пожарной безопасности). Все это снижает капитальные затраты на строительство в 1,2-1,5 раза. Конструкция трубопроводов с ППУ-изоляцией выгодно отличается от остальных трубопроводов еще и тем, что имеет систему оперативного дистанционного контроля – ОДК, стоимость которой составляет 1% от стоимости трубопровода. Наличие системы ОДК на трубопроводах с ППУ-изоляцией позволяет своевременно обнаружить возникший дефект и при оперативном его устранении обеспечить нормативный срок службы этого трубопровода. За счет этого эксплуатационные расходы снижаются в 9 раз. На таких трубопроводах должен осуществляться двухступенчатый контроль.

На первом уровне необходим постоянный контроль трубопроводов для определения состояния изоляции (производится детекторами повреждений с минимальным участием эксплуатационного персонала). Контроль с использованием детекторов позволяет только определить наличие и вид дефекта, но не позволяет определить местоположение обнаруженного дефекта.

На втором уровне контроль должен осуществляться с использованием импульсного рефлектометра и только высококвалифицированными, специально обученными сотрудниками. Данные виды работ могут производиться специалистами по фирменному обслуживанию. Для контроля за состоянием ППУ-изоляции применяются следующие приборы (производители ЗАО «Мосфлоулайн», НПК «Вектор»):

1. стационарные и переносные детекторы повреждений;

2. импульсный рефлектометр;

3. мегаомметр используется для определения наличия влаги в ППУ-изоляции при проведении полного углубленного обследования;

4. мультиметр служит для определения целостности сигнальных проводов в трубопроводе, также с его помощью можно определить существуют ли места слабого контакта сигнальных проводов – места потенциального возникновения обрыва сигнальных проводов.

Табл.5.1Для предупреждения коррозионных повреждений целесообразно применять на трубопроводах ГВС трубы с внутренним силикатно-эмалевым покрытием (например, составы эмалей № 20С - 5,8,16 и др.). Снаружи трубы можно защитить материалами, менее дорогостоящими, чем стеклоэмаль. Однако широкое применение эмалированных труб для трубопроводов ГВС тормозилось, поскольку в полной мере не отработанны технологии защиты внутренней поверхности сварных стыков в трассовых условиях. В настоящее время эти проблемы во многом решены. Положительные результаты по защите сварных соединений получены в АО "Самаранефтегаз", АО "Пензаводпром", НПК «Вектор». По поводу применения данных покрытий для трубопроводов тепловых сетей необходимо отметить, что для них требуется высочайшая надежность, т.к. малейшее нарушение сплошности покрытия будет приводить к интенсивному локальному разрушению металла в месте нарушения. Для трубопроводных систем ГВС начато применение неметаллических труб (например, стеклопластиковые, полиэтиленовые, полипропиленовые). Главным для неметаллических труб являются прочностные характеристики при повышенных температурах, экологические характеристики и долговечность. Применение находят в системах горячего водоснабжения (с температурой теплоносителя до 75^о С и давлением до 0,75 МПа) индустриально изолированные трубы из полипропилена (ППРС). В зависимости от условий эксплуатации для горячей воды используются трубы PN 10, PN 20, а также армированные алюминиевой фольгой. Срок службы пластмассовых трубопроводов зависит от давления и температуры теплоносителя (см. табл. 5.1).

Таблица 5.1

Срок службы пластмассовых трубопроводов

Одним из элементов оборудования тепловых сетей, в котором происходят большие утечки сетевой воды, являются сальниковые компенсаторы, поэтому при новом строительстве, реконструкции и капитальном ремонте тепловых сетей нужно устанавливать только сильфонные компенсаторы.

Также снижение утечек возможно за счет одновременного внедрения шаровой запорной арматуры, исключающей утечки сетевой воды, и внедрения на насосно-перекачивающих станциях частотно-регулируемых электроприводов насосов, позволяющих отказаться от гидравлической системы регулирования, что устранит постоянный слив сетевой воды через регуляторы. В тепловых сетях применяется широкая номенклатура арматуры – более 40 наименований.

К основным свойствам арматуры следует отнести непроницаемость, надежность, прочность к гидравлическим и термическим ударам. Выбор арматуры следует осуществлять в зависимости от температурного режима эксплуатации, рабочего и испытательного давления в сети. В процессе эксплуатации, испытания и регулирования сетей очень важно избегать как гидравлических так и термических ударов, нагрузки при которых могут многократно превышать нагрузки рабочих режимов.

Технико-экономическое обоснование применения того или иного типа конструкции или оборудования должно выполняться в период разработки проекта прокладки, поэтому большое внимание надо уделять повышению качества проектирования тепловых сетей. Перед разработкой проектов прокладки теплотрасс должны проводиться предпроектные обследования с целью учета реальных условий эксплуатации (местоположение смежных коммуникаций, уровень грунтовых вод, наличие блуждающих токов и т.д.), а при замене трубопроводов должны быть организованы работы по диагностике для определения действующих факторов коррозионного воздействия и их фактического уровня. На основании этих данных в каждом проекте должен быть разработан раздел по защите трубопроводов от коррозии (антикоррозионные покрытия, гидроизоляция труб и каналов, электрохимическая защита, вентиляция каналов и т.д.), в котором должно быть технико-экономическое обоснование применения каждого из предлагаемых методов защиты.

Ответственный момент в надежности прокладываемых сетей – это повышение качества строительно-монтажных работ, введение системы контроля эксплуатирующими организациями за их проведением и ужесточение условий приемки в эксплуатацию теплотрасс.

Представитель, осуществляющий технический надзор и приемку в эксплуатацию, должен проверить:

- качество применяемых труб;

- качество всех сварных стыков трубопроводов и опор;

- соответствие проекту антикоррозионного покрытия на трубах и стыках (вид, марка материалов, число слоев), качество покрытий (контроль качества включает наружный осмотр, контроль сплошности, проверку адгезии, определение толщины покрытия с помощью магнитных толщиномеров (например, МТ 2003 – «АКА контроль», Россия или «Pentest» (DIN, DS, ASTM, 150) – «ЭлектроФюзик», Германия));

- качество выполнения теплоизоляционных конструкций на трубопроводах, качество тепло- и гидроизоляции сварных швов;

- наличие выпусков из каналов и дренажей в водосток;

- состояние систем вентиляции каналов;

- качество гидроизоляции днища, боковых поверхностей и перекрытий каналов и камер, заделки бетоном металлических конструкций камер;

- качество очистки каналов и камер от строительного мусора и грязи;

- качество засыпки траншей и котлованов, качество планировки трассы.

Необходимо ввести персональную ответственность принимающего за каждую трассу.