Размещено на http://www.allbest.ru/

Контроль состояния инженерных сетей подземной канальной прокладки

Введение

В последнее время в печати и на встречах разного уровня широко обсуждаются аспекты эксплуатации и диагностики подземных инженерных сетей, в т.ч. и тепловых сетей канального исполнения. Для случая с тепловыми сетями, диагностика - это косвенный контроль состояния технологического оборудования и строительных конструкций, скрытых слоем грунта, а в городских условиях дополнительно слоями асфальта, щебня, а в ряде случаев и слоем строительного мусора, от визуального наблюдения. Это больной вопрос почти для всех предприятий, занимающихся вопросами транспорта тепловой энергии, горячей и холодной воды в городских условиях. Например, в г. Новосибирске подземная прокладка составляет до 80% трубопроводов тепловых сетей, до 20% сетей горячего водоснабжения, а для сетей холодного водоснабжения этот показатель составляет почти 100%.

С чем связаны основные проблемы эксплуатации таких сетей:

1. отсутствие свободных коридоров в городской инфраструктуре для прокладки новых участков тепловых сетей;

2. нерешенная юридически проблема охранных зон тепловых сетей и их землеотвода;

3. сложнейшая процедура оформлений, согласований и получения разрешения на проведение раскопок в городской черте;

4. недостаточность опыта эксплуатации предварительно изолированных трубопроводов с системой оперативного дистанционного контроля (ОДК) в условиях Сибирского региона и Дальнего Востока;

5. небольшой выбор диагностирующих приборов и устройств различных типов, предлагаемых для эксплуатационных предприятий и сервисных центров, занимающихся этими вопросами;

6. высокий уровень грунтовых вод, имеющий тенденцию к дальнейшему увеличению;

7. наличие рядом или пересечение с всевозможными подземными инженерными коммуникациями (линии метро и железных дорог, газопроводы, телефонные линии, линии электропередач, ливневые и канализационные коллекторы и др.).

Что необходимо предприятиям, эксплуатирующим сотни километров подземных трубопроводов и строительных конструкций для надлежащего их технического обслуживания сегодня, хотя бы на первом этапе:

- иметь возможность визуального систематического наблюдения, например, с помощью систем ОДК, для своевременного предотвращения их возможного повреждения или разрушения;

- прогнозировать время и место возможного возникновения повреждения;

- определять с точностью не менее 1 м по длине канала место повреждения в период проведения плановых испытаний или в процессе эксплуатации, с целью их оперативного устранения.

Проблема поиска дефекта трубопровода и определения причины его возникновения занимает особое место и от ее решения зависит не только время ограничения подачи или пропуска тепловой энергии, движения транспорта и пешеходов, но и затраты, связанные с объемом проведения земляных работ и последующего благоустройства по восстановлению нарушенного ландшафта местности.

Как правило, места повреждений на подземных участках тепловых сетей, которые появляются в процессе систематических испытаний трубопроводов на плотность, обнаруживаются не сразу, а на второй или третий раз шурфовок грунта и вскрытия канала. Для выполнения шурфовок обычно используется тяжелая техника, каждый час пробега которой по городским улицам (с учетом простоев «в пробках») и работы на объекте обходятся не дешево. А если учесть восстановление строительных конструкций и герметизацию канала, обратную засыпку и проведение соответствующих мероприятий по восстановлению благоустройства территории, то получается очень дорого. Затраты на эти цели сегодня для такой компании как ОАО «Новосибирскгортеплоэнерго» составляют от 15 до 30 млн руб./год. При этом получается, что от 50 до 70% от суммы этих затрат - «выброшенные на ветер» деньги.

1. Основные методы диагностики трубопроводов тепловых сетей

В настоящее время в России наиболее распространенными и рекомендуемыми методами в соответствии с [1] и опытом эксплуатации [2] для диагностики трубопроводов тепловых сетей подземной прокладки являются:

- испытания участков трубопроводов на плотность и прочность в соответствии с ПТЭ путем создания внутри трубы давления не менее 1,25 от рабочего (наиболее распространенный метод);

- акустический метод с совместным применением генераторов ударных волн для поиска повреждений в подземных коммуникациях, который широко используется на практике. Иначе такие устройства называют акустическими течеискателями. Точность обнаружения повреждений у данного метода неплохая, но при условии отсутствия посторонних шумов, которые в городских условиях трудно исключить;

- акустический метод сканирования стенки трубопровода, при использовании которого с помощью специальных виброакустических датчиков и дальнейшей обработки их сигналов на компьютере, определяется степень износа стенки трубы или осуществляется местонахождение повреждения [3]. Ограничения по применению метода: длина диагностируемого участка трубопровода от 40 до 200 м, усреднение толщины стенки по периметру трубы, в трубопроводе необходим поток теплоносителя (до 4 м3/мин);

- метод магнитометрии с помощью внутритрубного дефектоскопа, определяющего сплошность металла [4]. Результаты этого метода неплохие, с подтверждением до 98% дефектов после вскрытия канала, но применять его можно лишь в исключительных случаях, т.к. требуется раскопка, слив теплоносителя и демонтаж части трубопровода;

- метод шурфовок грунта с вскрытием канала инженерной сети, который широко применяется при поисках дефектов во время эксплуатации или после проведения плановых испытаний тепловых сетей. Этот метод регламентируется инструкцией для тепловых сетей [5] и базируется на визуальном внешнем осмотре строительных конструкций и состояния теплоизоляционных материалов и трубопровода. При этом берутся пробы грунта и теплоизоляционного материала, которые затем исследуются в лабораторных условиях. На месте шурфовок грунта с помощью специального прибора проводятся замеры потенциала «труба - земля». На поврежденных участках трубопроводов дополнительно может производиться вырезка сегмента металла для лабораторного исследования причин возникновения повреждения (наружная или внутренняя коррозия, фактическая толщина стенки трубы, качество структуры металла и соответствие его разрешенному сортаменту для данной инженерной сети, запас прочности и максимальное давление на прочность).

Как правило, эксплуатирующие организации имеют или используют целый набор диагностических устройств и приборов, которые их выручают в той или иной ситуации, но в рыночных условиях особую актуальность приобретают ресурсосберегающие технологии, позволяющие сокращать время выполнения работ и экономить трудовые ресурсы.

2. Новая технология поиска порыва и контроля состояния трубопроводов тепловых сетей и строительных конструкций

В 2006 г. по предложенному методу и техническому заданию ОАО «Новосибирскгортеплоэнерго» фирмой ООО «Р-технологии» (г. Новосибирск) был разработан комплект модульного оборудования для проведения работ по поиску точного места раскопок (места порыва трубопровода или повреждение строительной конструкции).

В соответствии с техническим заданием необходимо было минимизировать затраты и усилия на поиск места повреждения. При этом работа должна проводиться без вскрытия грунта и без привлечения тяжелой техники (компрессоров, экскаваторов и т.д.). Оборудование должно позволять проводить при необходимости визуальное наблюдение особо опасных участков канальной сети (наличие воды в канале, большой срок службы трубопроводов и т.д.). В результате при разработке данного метода был использован принцип бурения скважин (инспекционных каналов) и имитации с помощью ряда различных устройств человеческих способностей (зрение, обоняние, слух). шурфовка трубопровод тепловой инженерный

Также в соответствии с техническим заданием установка должна была быть малогабаритной, легко собираемой и разбираемой, простой в эксплуатации, способной бурить скважины дорожных асфальтовых и бетонных покрытий, щебеночных и гравийных слоев, слоев грунта различной сложности, железобетонных конструкций каналов, работать при 100% влажности и температуре в канале до 100 ОС, иметь вес до 100 кг, электропитание от сети 220 В и транспортироваться на автомобиле типа УАЗ-469. Но что самое важное - необходимо было добиться минимизации времени (до 1 ч) на подготовку установки к работе и поиск дефекта трубопровода, что особенно необходимо в зимних условиях.

При реализации данного проекта возникли технические трудности, т.к. не удалось найти и до сих пор не известно наличие в России или за рубежом необходимого видеооборудования, способного работать при температуре более 60 ОС и влажности до 100%.

Технология поиска порыва и контроля состояния трубопроводов подземных участков тепловых сетей и строительных конструкций по предложенному методу заключается в следующем.

При помощи модульной установки создается инспекционный канал (скважина диаметром до 80 мм), в который устанавливается пластиковая или полиэтиленовая труба наружным диаметром не более 76 мм с дальнейшей консервацией для предотвращения попадания через проделанное отверстие воды и грунта в подземный канал тепловой сети. По оборудованному таким образом инспекционному каналу при помощи телескопической штанги, в пространство подземного канала опускается камера для аудио-видео наблюдения. Видеокамера, оборудованная специальной фокусированной подсветкой регулируемой мощности и имеющая трансфокацию удаления и приближения интересующего объекта, обеспечивает необходимую видимость на расстоянии от 10 мм до 16 м в любом направлении. Изображение транслируется на специальный монитор в реальном времени или осуществляется его запись. В местах с затрудненной видимостью (завалы или заиленность) используется метод прослушивания канала при помощи специальных микрофонов. Направленные микрофоны фиксируют уровни звукового давления по любым интересующим направлениям. Звуковой сигнал передается на наушники, отображается на индикаторе специального устройства, а также может быть записан для повторного прослушивания.

На первом этапе реализации проекта самым сложным оказалось создание инспекционного канала в городских условиях (асфальт - щебень -грунт - железобетон). Минимально достигнутое время подготовки скважины глубиной от 1,5 м до 2 м составляет 30-50 мин. На втором этапе, насколько это возможно, была решена проблема с разрешительной способностью «видеоглазка» и защитой его от запотевания в условиях высокой влажности (пара) и достижения максимально возможного расстояния видимости. Применяемая в данном случае аудио-видео система (с использованием телескопической штанги) позволяет размещать ее непосредственно в подземном канале как через инспекционный канал, так и через нишу подземного канала из тепловой камеры. Это позволяет проводить мониторинг подземных участков трубопроводов на расстоянии до 30 м. Время аудио-видео мониторинга составляет от 10 мин.

Хорошие результаты поиска дефектов получаются при совместном использовании акустического метода сканирования стенки трубопровода на базе прибора «Вектор-САР» и модульной аудио-видео инспекционной установки. В ряде случаев совместное использование этих приборов позволяет экономить время на бурении дополнительной скважины.

Успешные испытания установки по обнаружению дефектов на трубопроводах магистральных и внутриквартальных тепловых сетей, а также мониторинга конструкций канала на расхоложенных сетях после испытаний на плотность и в различных условиях эксплуатации были проведены в ОАО «Новосибирскгортеплоэнерго». В настоящее время установка находится в опытной эксплуатации этой организации.

Целесообразность применения комплекта модульного оборудования разработанной установки на действующих участках сетей подземной прокладки может положительно влиять на эксплуатацию, если организовать в плановом порядке создание инспекционных каналов с необходимым интервалом (см. рисунок). Особенно это необходимо на участках сетей с возрастом более 5 лет в условиях городской застройки [3] и подверженных различным внешним воздействиям, способствующим преждевременному выходу их из строя. Предварительно изготовленные и законсервированные инспекционные каналы позволят вести аудио-видео мониторинг сетей в течение 15-30 мин в различное время года. Инспекционные каналы наносятся на топографические карты с привязкой к местности и должны быть скрыты от посторонних глаз, не создавать помех автотранспорту и пешеходам на проезжих и тротуарных частях улиц. На вновь проектируемых сетях инспекционные каналы (для мест, требующих постоянного или периодического профилактического контроля и наблюдения) должны указываться в проектах и создаваться при строительстве.

На сегодняшний день технология использования модульной инспекционной установки позволяет определить место порыва подземных участков трубопроводов тепловых сетей без нарушения ландшафта улицы и ограничения движения транспорта и пешеходов с точностью 1-1,5 м на глубине до 6 м.

Основные характеристики и возможности созданной многофункциональной модульной установки:

возможность ведения работ в труднодоступных местах и на проезжей части без ограничения движения транспортных средств и пешеходов и без привлечения тяжелой техники;

обслуживание установки производится бригадой из двух человек (суммарный вес комплекта 69 кг);

габаритные размеры - 1,5x1,0x0,6 м;

формирование скважин с плотными стенками без выноса грунта на поверхность с применением специального проходчика;

возможность работы комплекта аппаратуры для аудио-видео поиска повреждения (течи) и наблюдения состояния подземных участков строительных конструкций и трубопроводов тепловых сетей при температуре до 100 ОС и влажности до 100%;

время развертывания (сборка на месте) установки 10 мин;

электропитание установки от сети 220 В или автономно от бензоэлектрогенератора мощностью до 5 кВт.

Дополнительные функции модульной установки, например, со станиной реечного типа, позволяют применять ее при прокладке и замене инженерных коммуникаций бестраншейным методом без выноса грунта на поверхность. Разработанная установка позволяет вести работы непосредственно из колодца с возможностью бурения железобетона, кирпича, асфальта, гравия.

Применяемые элементы модульного оборудования были специально созданы по Госконтракту с Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере и в рамках программы «Инновации России».

В период подготовки статьи в г. Новосибирске проходили ежегодные плановые испытания тепловых сетей на плотность и прочность. 8 августа 2007 г. в одной из зон теплоснабжения произошел порыв подающего трубопровода подземной прокладки с условным диаметром 1000 мм и сроком эксплуатации - 28 лет. При давлении 1,5 МПа произошел разрыв стенки трубы (овальной формы, размером 50x30 см) в канале у неподвижной щитовой опоры. Выброс воды из отверстия с щебнем, грязью и кусками асфальта составлял в высоту до 30 м в направлении жилого дома. При этом были повреждены стекла трех подъездов 9-этажного панельного жилого дома, подтоплены водой помещения 40 квартир. Причиненный ущерб для жилого дома со стороны ОАО «Новосибирскгортеплоэнерго» составил 5 млн руб. Замена поврежденной трубы, благоустройство территории и восстановление дорожного полотна оценены на сумму около 2 млн руб. Испытания проводились в соответствии с ПТЭ по согласованным и утвержденным графикам и программам проведения испытаний с соблюдением необходимых мер безопасности при подъеме и снижении давления как для испытателей, так и для людей, автотранспорта и объектов, находящихся в зоне проведения испытаний и местах повышенной опасности. Этот случай является показательным примером, где достойное применение мог найти разработанный метод и оборудование, предложенные авторами статьи.

Литература

1. Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды. ПБ 03-75-94. М.: НЦ ЭНАС, 2002.

2. Гончаров А.М. Методы диагностики тепловых сетей, применяемые в реальных условиях эксплуатации действующих тепловых сетей ОАО «МТК» // Новости теплоснабжения. 2007. № 6.

3. Самойлов Е.В. Диагностика как элемент коррозионного мониторинга трубопроводов тепловых сетей // Новости теплоснабжения. 2002. № 4.

4. Судницын А.С., Лившиц Л.М. Диагностика трубопроводов тепловых сетей методом магнитометрии с помощью внутритрубного дефектоскопа // Новости теплоснабжения. 2006. №11.

5. Методические указания по проведению шурфовок в тепловых сетях. МУ34-70-149-86. СПО ОРГРЭС, 1967.

Размещено на Allbest.ru