Размещено на http://www.allbest.ru/

Казанский государственный энергетический университет

д.т.н. Ю.В.Ваньков, профессор, заведующий кафедрой ПТС

к.т.н. Ш.Г. Зиганшин, зам. заведующего кафедрой ПТС

Т.Г. Горбунова, инженер 1 кат.

Авторами оценивается взаимосвязь между крупными инженерными энергосистемами городов Российской Федерации путем исследования зафиксированных на них аварийных случаев. Выясняются возможные причины, оказывающие влияние на снижение ресурса трубопроводов, период эксплуатации которых не превышает 5 лет.

Проблемы в жилищно-коммунальном секторе на протяжении последних десятилетий волнуют специалистов самых различных отраслей. Дискуссии и научные форумы, заседания и законы, методики и рекомендации фактически должны дать существенный сдвиг в области энергосбережения, энергоэффективности и экономии энергоресурсов. Однако, общая картина хоть и меняется к лучшему, досадные промахи все же остаются и именно они являются сдерживающим фактором, невыгодно отличающим нашу жилищно-коммунальную систему от западной.

Современный потребитель, чьи насущные надобности удовлетворяются продуктами и услугами коммунальных служб, в первую очередь, должен быть обеспечен как минимум стандартным набором из следующих услуг:

1.электричеством;

2.теплом;

3.газом;

4.горячей водой;

5.канализацией.

Логично, что при исключении из приведенного стандартного набора хотя бы одного элемента, могут в некоторой степени потерять свою необходимость и другие. Взаимосвязь между крупными инженерными структурами очевидна и естественна, поэтому безопасная и надежная работа одной из них может быть «сведена на нет» функционированием другой, менее надежной.

Указанные факты приводят к тому, что обеспечение надежности крупных энергетических систем является ключевой проблемой современной энергетики. Связь между энергосистемой, ее элементами и внешней средой носит вероятностный характер и можно говорить лишь о вероятности полного достижения энергосистемой своей цели - передачи энергоносителя потребителю. Потому понятие надежности работы энергосистемы всегда включает отказ (нарушение). Неполнота надежности энергосистемы есть потери выходного эффекта ее работы, на практике - недоотпуск энергии потребителям [12].

На основании имеющихся данных из средств массовой информации об отказах на энергообъектах, можно проследить взаимозависимость важнейших энергосистем. Несмотря на то, что официальный сайт Минэнерго РФ не содержит статистики по аварийности на объектах промышленной энергетики, заинтересованными специалистами проводятся индивидуальные мониторинги, результаты одного из них представлены на рис. 1 [2, 5-9, 11, 15, 18]. На карте России отмечены аварии, произошедшие на крупных энергосистемах в ряде городов. Для каждой ситуации указаны даты ее возникновения; количество домов, объектов, либо потребителей, которые оказались отключенными от систем тепло- или электроснабжения, а также иные инженерные системы, если отказ тепло- или электросетей спровоцировал их ненадлежащую работу.

Как видно из рисунка, география аварийных случаев обширна, кроме того, все повреждения (кроме двух) зафиксированы в отопительный период.

В летний период в двух приведенных городах (Москва и Петрозаводск) отмечены масштабные аварии, под влиянием которых оказались отключенными от систем электро- либо теплоснабжения более 6,5 тыс. человек. Как принято, обстоятельства и причины серьезных повреждений на жизненно важных инженерных сетях чаще всего расследуются специальными комиссиями, созданными теми организациями, кому они принадлежат. Поэтому информация, которая могла бы использоваться с целью исключения подобных ситуаций, зачастую оказывается недоступной. Более того, раскрытие такого рода информации - признание некомпетентности какой-либо из служб: эксплуатирующей, монтажно-строительной, проектирующей или др., потому реального виновника определить достаточно сложно.

Исходя из приведенных на рис. 1 примеров, можно оценить степень взаимосвязи крупных инженерных систем. Вполне объясним тот факт, что при отрицательных температурах воздуха, наиболее критичным является нарушение функционирование системы теплоснабжения. Поскольку при отсутствии резервирования, отказ на тепловых сетях может повлиять на электросети (при подключении потребителями обогревательных электроприборов), а нарушение в работе электросети может привести к замораживанию сетей водо- и теплоснабжения (из-за сбоев работы циркуляционных насосов) и т.д. Наглядно принцип «домино», когда по цепочке происходят сбои в работе жизненно-важных систем, иллюстрирует аварийный случай в г. Петрозаводск, где в новогоднюю ночь из-за сильных морозов (до 45 градусов ниже нуля) и возросшей нагрузки на систему электроснабжения в некоторых населенных пунктах вышли из строя электрические сети. В результате сбоев отказало электрооборудование котельных, циркуляция теплоносителя в системе не поддерживалась, трубы были заморожены и 264 дома остались без тепла и горячей воды [1]. Аналогичный случай зафиксирован на Сахалине и в Великом Новгороде, где сбои в работе электросетей привели к отказам систем тепло- и водоснабжения [5]. В Иркутске, напротив, повреждения на теплотрассе повлекли за собой рост нагрузки на электросети и отключение света в жилых домах [18].

В публикациях определению причин возникновения повреждений на тепловых сетях уделяется пристальное внимание и сводится к одной из перечисленных ниже:

¦наличие «капели» с плит перекрытий каналов;

¦наличие воды в канале или занос канала грунтом, когда вода или грунт достигают теплоизоляционной конструкции или поверхности трубопровода;

¦коррозионные повреждения опорных металлоконструкций;

¦коррозионно-опасное влияние постоянных блуждающих и переменных токов;

¦ветхое оборудование (до 55% тепловых сетей подвержены физическому и моральному износу [4, 17, 19]).

Коррозионные процессы металла трубопроводов являются основной причиной повреждений теплопроводов в процессе эксплуатации и являются результатом физико-химических воздействий окружающей среды на трубопроводы. Существенными факторами, определяющими коррозионную активность среды, является структура, гранулометрический состав, влажность, воздухопроницаемость, окислительно-восстановительный потенциал, общая кислотность и общая щелочность почв и грунтов. Помимо почвенной коррозии, подземные теплопроводы подвержены электрокоррозии, вызываемой блуждающими токами, и внутренней коррозии [3].

В последнее время в связи с постепенной стабилизацией экономической ситуации в стране идет наращивание объемов перекладки ветхих сетей на предизолированные трубы в пенополиуретановой изоляции, которые способствуют снижению тепловых потерь и являются более энергоэффективными по сравнению с трубами в традиционной изоляции. Важной задачей является сведение к минимуму причин, способных спровоцировать повреждения. К таким причинам, прежде всего, относятся: качество проектирования теплопроводов и средств их защиты от наружной коррозии; наличие сопутствующих инженерных сетей (рис. 2), их состояния и режимов работы; качество строительно-монтажных работ (рис. 3); наличие и эффективность средств защиты теплопроводов от постоянных блуждающих и переменных токов; эффективность комплекса эксплуатационных мероприятий, направленных на поддержание безопасных и надежных условий эксплуатации.

эксплуатация трубопровод металл коррозионный

Одним из примеров влияния качества проектирования и строительно-монтажных работ на функционирование тепловых сетей является авария на недавно переложенном участке в населенном пункте Кукковка республики Карелия, когда без горячей воды остались около 50 тыс. человек. На подающей трубе диаметром 500 мм во время гидравлических испытаний произошел разрыв, под высоким давлением трубы изменили свою геометрию, в результате чего была разрушена одна из бетонных опор теплотрассы [9]. Чтобы избежать происшествий, подобного этому, нужно исключить халатность строительно-монтажных служб и повысить технический и культурный уровень специалистов, ответственных за приемку рабочей документации по проектам реконструкции или строительства новых тепловых сетей. При возникновении подобных примеров концепция безопасного и надежного энергоснабжения потребителей ставится под сомнение. Поэтому сохранение принципа безотказности, безопасности и надежности тепловых сетей должно быть на всех стадиях их жизненного цикла.

Допущения инженеров-проектировщиков, разрабатывающих проект, и монтажников, осуществляющих прокладку трассы, могут привести к негативным последствиям, в том числе снижению надежности функционирования объектов. К примеру, на рис. 2 представлены фотографии, наглядно показывающие пересечение теплопроводов другими коммуникациями, что явно противоречит требованиям нормативных документов, на рис. 3 - нарушение технологических норм при прокладке тепловых сетей бесканальным способом.

На рисунках 2 и 3 показано, что прокладка новых участков теплотрассы с пенополиуретановой изоляцией ведется с грубыми нарушениями технологических норм и правил. Каков срок эксплуатации таких трубопроводов? И не является ли такой теплопровод своего рода бомбой замедленного действия?

Поскольку переход на предизолированные системы трубопроводов в тепловых сетях производится сравнительно недавно, то ответить на эти вопросы достаточно сложно, хотя возможно предположить результаты функционирования участков теплотрассы с отклонениями от технологических норм прокладки. В лучшем случае намокшая изоляция труб, практически не поддающаяся сушке, должна быть удалена, и весь участок, который был заполнен влагой, зачищен и залит пенополиуретаном. В худшем случае - влага, накопившаяся в изоляции, при подаче теплоносителя будет испаряться, а т.к. конструкция предизолированных труб предусматривает внешнюю оболочку из полиэтилена, выхода испарившейся влаге не будет. Следовательно, в самом неблагоприятном исходе оболочку и саму трубу может разорвать. Бесканальная прокладка, которая по сравнению с канальной является экономически более выгодной, при разрыве приведет к размыванию грунта и вытеканию теплоносителя на большие площади (если диаметр трубы достаточно большой). Высокая температура теплоносителя может привести к ожогам, либо к более тяжелым последствиям, как это произошло в некоторых городах [14, 16].

Так, 24 января 2011 г. произошла авария у дома 59 по Полюстровскому проспекту (г. С.-Петербург). В «Теплосети» уточнили, что поврежденным оказался участок тепломагистрали «Полюстровская» диаметром 1200 мм. По информации МЧС, сразу после ЧП произошел размыв грунта на площади примерно 1 00 кв. метров. Скончался 22-летний гражданин Азербайджана, который попал в траншею, заполненную горячей водой [14]. Примерно то же самое произошло в г. Псков, где мужчина получил ожоги кипятком 38% поверхности тела II и III степени [16].

Тепловые сети, входящие в энергетический комплекс страны, имеют крайне сложную топологическую структуру. На сегодняшний день большинство теплоснабжающих организаций работают сегодня как большая аварийная служба, считают это нормой и самостоятельно уже не в состоянии что-то изменить, т.к. находятся в постоянном финансовом цейтноте. Ухудшение ситуации предвидится после повсеместного «оприборивания» жилых зданий и бюджетных учреждений, т.к. на теплоснабжающие организации тяжким бременем лягут фактические потери в сетях, частично перекладываемые сегодня на потребителей [13].

Как следует из вышесказанного, обеспечение безотказной работы тепловых сетей должно быть приоритетной задачей для структур, которые по роду своей деятельности связаны с ними каким-либо образом. Однако, безотказная работа тепловых сетей подразумевает обеспечение заданной надежности и безопасности функционирования на весь срок эксплуатации. В свою очередь, обеспечение надежности зависит не только от мероприятий, проводимых на всех стадиях жизненного цикла тепловодов, но и от характеристик, заложенных в само понятие «надежности».

Рекомендации, разработанные в методике МДС 41-6.2000 «Организационно-методические рекомендации по подготовке к проведению отопительного периода и повышению надежности систем коммунального теплоснабжения в городах и населенных пунктах РФ», на сегодняшний день явно недостаточны и носят скорее ознакомительный, нежели прикладной характер, по сравнению с методикой, предложенной для расчета надежности электросетей [12] (см. таб.).

Нельзя утверждать, что до настоящего времени не заполнена ниша по научным изданиям, которые бы затрагивали положения по разработке рекомендаций для расчета функциональной надежности тепловой сети. На сегодняшний день авторами Юфа А.И., Ионин А.А., Самойленко Н.И., Плавич А.Ю. [22-25] и др. предложены несколько вариантов расчета показателей надежности систем теплоснабжения, причем все приведенные способы расчетов освещают данные показатели либо с экономической, либо с технической точки зрения. Однако обычным инженерам-проектировщикам, либо специалистам эксплуатирующих служб руководствоваться ими затруднительно, в связи с тем, что данные издания выпущены малым тиражом и недостаточно популяризованы. Поэтому зачастую определить оптимальные коэффициенты функциональной надежности тепловых сетей при новом проектировании или реконструкции сложно. Кроме того, исходя из принципа обеспечения безотказности тепловых сетей, следует руководствоваться показателями надежности не отдельного куска теплотрассы, а системы теплоснабжения «источник-потребитель» в целом.

Авторами проведен расчет показателей функциональной надежности тепловых сетей для системы теплоснабжения потребителей в г. Казани, по методике, предложенной Самойленко Н.И. [22]. Выбранная для расчета схема теплоснабжения обеспечивает теплоносителем потребителей одного из районов г. Казани, запитывается от двух теплоисточников - ТЭЦ-2 и РК «Савиново» и характеризуется сложными геотопологическими условиями и различными типами прокладки [21].

Согласно проведенным расчетам полученные показатели надежности были сопоставлены с потоком отказов на магистралях выбранного района. По результатам расчета установлено, что наиболее частые повреждения в системе «источник-потребитель» происходят именно на тех магистралях, у которых наименьший коэффициент функциональной надежности [20].

Проведенные выше исследования веерной зависимости инженерных сетей позволяют предположить, что снижение показателей надежности тепловых сетей способно отрицательно повлиять на функционирование других энергосистем. То. выбирая оптимальный путь транспортирования теплоносителя [26] на основании максимального значения коэффициента функциональной надежности тепловых сетей, можно обеспечить более устойчивое функционирование всей энергосистемы.

Выводы

1. Сохранение надежности магистральных линий тепловых сетей при проектировании новых участков и реконструкции устаревших, позволит сократить вероятность возникновения каскадных отказов в системах энергообеспечения потребителей.

2. При этом специалистам проектных и эксплуатирующих организаций можно выбрать оптимальный путь присоединения вновь подключаемых потребителей к системе теплоснабжения, который бы обеспечивал безотказную работу всей ветки «источник-потребитель».

3. Проведенные авторами исследования в области применения методики для расчета функциональной надежности сети по способу, предложенному Самойленко Н.И., показали, что полученные результаты по расчету функциональной надежности тепловой сети соответствуют действительности.

4. Принятие данной методики в виде руководящего документа станет необходимым подспорьем работникам сфер, которые непосредственно связаны с транспортированием теплоты, в условиях внедрения законов «О теплоснабжении» и «Об энергосбережении», т.к. в перспективе предусматривает использование расчетных данных при составлении схем теплоснабжения городов.

Литература

1.Агентство Федеральных Расследований (www.FLB.ru) «Объявлена чрезвычайная ситуация в трех районах Карелии». Адрес страницы http://www.flb.ru/info/14555.html.

2.Авария на теплотрассе в Калининграде - без тепла остались 188 домов. Адрес страницы http://lenta.ru/russia/2002/12/16/kaliningrad/.

3.Влияние различных эксплуатационных факторов на тепловые потери в бесканальных подземных трубопроводах тепловой сети // «Новости теплоснабжения», № 6 (22), июнь, 2002, С. 18-23.

4.Семенов В.Г. О повышении надежности и энергоэффективности тепловых сетей //Электронный журнал «Энергосовет», № 7 (12) август-сентябрь 2010 г.

5.В Новгородской области ликвидирована крупная авария на электросетях. Адрес страницы http://ria.ru/incidents/20020205/66262.html.

6.В Рязани крупная авария на теплотрассе оставила без тепла более 100 домов. Адрес страницы http://www.vesti.ru/doc.html?id=431462.

7.В Омске кипяток из аварийной теплотрассы смыл три дома в реку Омь. Адрес страницы http://lenta.ru/russia/2002/11/22/sweptaway/.

8.В Петербурге устранена крупная авария на теплотрассе. Адрес страницы http://ria.ru/incidents/20060124/43153226.html.

9.Глава Республики выехал на аварийную теплотрассу. Адрес страницы http://izdat.karelia.ru/index.php?newsid=1683.

10.Из-за крупной аварии в электросетях Сахалина 27 тысяч человек остались без света.

Адрес страницы http://www.1tv.ru/news/crime/121749.

11.Коммунальная авария оставила без тепла целый район. Адрес страницы http://v1.ru/news/353308.html.

12.Надежность в электроэнергетике. Адрес страницы http://ee-system.ru/book/nadejnost/.

13.О повышении надежности и энергоэффективности тепловых сетей. Адрес страницы

http://vtmN.vwip\epsu/naduznnost_tnplovteih_o^ey^eysttei.

14.ОАО «Теплосеть Санкт-Петербурга» окажет необходимую помощь семье студента Смольного института, скончавшегося от ожогов.

Адрес страницы http://www.rosteplo.ru/news.php?zag=1297149898.

15.Объявлена чрезвычайная ситуация в трех районах Карелии. Адрес страницы http://www.flb.ru/info/14555.html.

16.Прокуратура требует компенсацию для обваренного кипятком псковича. Адрес страницы

http://www.rosteplo.ru/news.php?zag=1277362219.

17.Семенов В.Г. Обзор состояния теплоснабжения в регионах России. // РосТепло.ш - Информационная система по теплоснабжению. Адрес страницы

/ttp://www.rost/plo.ru/T^/c/_stat/stat_s/ablon.p/p?i0=588.

18.Фотофакты. В Иркутске произошла крупная авария на теплотрассе. Без тепла и горячей воды остались более 11 тысяч человек. Адрес страницы

http://altapress.ru/story/60600/gallery/item/1/#gallery.

19.Ю.А. Липатов. О приоритетных задачах по обеспечению надежности функционирования тепловых сетей в России //Электронный журнал «Энергосовет», № 7 (12) август-сентябрь 2010 г.

20.Ваньков Ю.В., Горбунова Т.Г, Политова Т.О., Зиганшин Ш.Г. Функциональная надежность тепловых сетей Казани: теория и практика // Надежность и качество - 2012: Труды Международного симпозиума: в 2 т. под ред. Н. К. Юркова. - Пенза : Изд-во Пенз. ГУ, 2012. -1том- с. 65-68.

21.Ваньков Ю.В., Зиганшин Ш.Г., Горбунова Т. Г., Политова Т.О., Ха- бибуллин Р. М. Анализ повреждаемости тепловых сетей г. Казани и разработка рекомендаций для повышения их надежности // Известия ВУЗов. Проблемы энергетики, № 7-8, 2012, с.10-18.

22.Самойленко Н.И., Сенчук Т.С. Функциональная надежность магистральных трубопроводных транспортных систем: Монография. - Х.: Издательство «НТМТ», ХНАГХ. - 2009. - 276 с.

23.Ионин А.А. Надежность систем тепловых сетей. - М.: Стройиз- дат, 1989. - 268 с.

24.Юфа А.И., Носулько Д.Р. Комплексная оптимизация теплоснабжения. - К.Тэхника, 1988. - 135 с.

25.Плавич А.Ю. Оценка и обеспечение уровня надежности водяных тепловых сетей // Автореферат кандидатской диссертации: Ав- тореф. дис. на соиск. учен. степ. к.т.н.: Спец. 05.23.03. Н. Новгород, 2004, 17 c.

26.Ваньков Ю.В., Горбунова Т.Г., Политова Т.О. Оценка функциональной надежности системы теплоснабжения потребителей одного из районов г. Казани // «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение в Республике Татарстан». Труды XII международного симпозиума «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение», 7-9 декабря, 2011 г., г. Казань, ч. 2, с. 244-249.

Размещено на Allbest.ru