Опыт диагностики трубопроводов тепловых сетей бесконтактным магнитометрическим методом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Опыт диагностики трубопроводов тепловых сетей бесконтактным магнитометрическим методом

В.Г. Шикуненко,

генеральный директор, ООО «ИПК Шерна», г. Москва

В течение 2010 г. наша компания проводила работы по диагностике московских тепловых сетей бесконтактным магнитометрическим методом (разработчик А.А. Дубов) с целью выявления участков теплосети, находящихся в напряженно-деформированном состоянии, и определения необходимости ремонта данных участков.

При обследовании использовалось следующее оборудование: измеритель концентрации напряжений ИКН-3М-12 с датчиком тип 11; ИКН 5М-32 с датчиком тип 11; трассопоисковое оборудование «RIDGIT SR-20»; ультразвуковой толщиномер фирмы Panametrics MODEL 37DL plus; преобразователь (ПЭП 5,0/312); D799; ультразвуковые толщиномеры А1207.

О бесконтактном магнитометрическом методе

Метод бесконтактной магнитометрической диагностики позволяет с поверхности земли выявлять участки подземных теплопроводов в непроходных каналах с неоднородным напряженно-деформированным состоянием, в металле труб которых при дальнейшей эксплуатации возникнут либо уже имеются повреждения различного характера. Бесконтактное магнитометрическое обследование основано на измерении искажений магнитного поля Земли, обусловленных изменением магнитной проницаемости 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 самоком- пенсации при колебаниях температуры наружного воздуха и среды (грунта, воды и т.д.).

Метод бесконтактного магнитометрического обследования является косвенным диагностическим методом.

При расшифровке информации о состоянии трубопроводов по изменению магнитного поля Земли используются критерии и программный продукт, разработанные для метода магнитной памяти металла.

Обследование проводилось в соответствии с требованиями «Методики бесконтактного магнитометрического контроля теплопроводов» (разработчик ООО «Энергодиагностика», г. Москва), ГОСТ Р 53006-2008 «Оценка ресурса потенциально опасных объектов на основе экспресс-методов. Общие требования» и ГОСТ Р 52330-2005 «Контроль неразрушающий. Контроль напряженно-деформированного состояния объектов промышленности и транспорта. Общие требования».

При обследовании использовались отдельные положения и рекомендации, изложенные в РД 102-008-2002 «Инструкция по диагностике технического состояния трубопроводов бесконтактным магнитометрическим методом» (разработчик ВНИИСТ).

Обследование трубопроводов проводилось от камеры до камеры, при этом «прямой» и «обратный» трубопроводы обследовались отдельно друг от друга.

Оценка эффективности работы оператора проводилась двумя способами:

путем сопоставления оценки состояния теплопровода, сделанных специалистом по результатам обработки данных бесконтактных измерений участка, с фактическими данными, полученными при вскрытии этого участка и проведении визуально измерительного контроля теплопроводов;

путем анализа повреждений, зафиксированных на участке тепловой сети после проведения там бесконтактной диагностики (например, оператор оценил состояние теплопровода как удовлетворительное, а при опрессовке на данном теплопроводе произошло повреждение, значит, оценка состояния была неверная).

Для оценки состояния теплопроводов по результатам диагностики, проводимой различными операторами, были приняты четыре формулировки выводов (коды), которые выбирал оператор:

- выявленная аномалия на участке (пример) на расстоянии от начальной камеры 55 м до 65 м на длине 10 м требует немедленного ремонта;

- выявленная аномалия на участке (привязка такая же) требует планового ремонта в течение 2 лет;

- выявленная аномалия на участке требует ежегодного мониторинга;

- аномалий не выявлено, диапазон участка в удовлетворительном состоянии.

Диапазон участка, определенный исполнителем, с кодом 1 однозначно подлежит дополнительному визуально измерительному контролю.

Диапазон участка с кодом 2 подлежал визуально измерительному контролю, только если это рекомендовал в отчете исполнитель.

В диапазоне участка с кодами 3 и 4 дополнительный визуально измерительный контроль не планировался, но проводился только тогда, когда на этом участке при проведении опрессовки фиксировалось повреждение.

Результатом бесконтактного магнитометрического обследования является выявление участков с наличием зон концентрации напряжений (ЗКН) - зон с развивающимися коррозионно-усталостными повреждениями.

Аномалия с присвоенным кодом 1 - участок имеет неоднородность напряженно-деформированного состояния (НДС). Неоднородность НДС обуславливается наличием ЗКН - зоны, в которых, как правило, имеются развивающиеся дефекты в виде трещин или интенсивно протекающей язвенной коррозии.

Аномалия с присвоенным кодом 2 - участок трубопровода с неоднородностью напряженно- деформированного состояния, где имеются ЗКН - зоны, в которых процесс коррозионно-усталостного повреждения находится в стадии развития, и не достиг значений, под которые попадают аномалии с кодом 1.

Аномалия с присвоенным кодом 3 - участок трубопровода с НДС, где будут возникать либо уже имеются не опасные для эксплуатации ЗКН.

Аномалия с присвоенным кодом 4 - состояние такого участка оценивается как удовлетворительное.

Результаты обследований

На 1 ноября 2010 г. была проведена работа по обследованию теплопроводов общей протяженностью 56,822 км. Было выявлено 2484 аномалии, из них:

с кодом 1 - 39 шт.;

с кодом 2 - 788 шт.;

с кодом 3 - 1657 шт.

По результатам обследования на всех участках, где выявлялись аномалии с кодом 1, производились шурфовки. Дополнительно нужно пояснить, что участком считается отрезок прокладки тепловой сети между двумя ближайшими камерами тепловой сети. Средняя длина участка порядка 100 м, на этой длине может быть множество различных зон магнитных аномалий. В местах шурфовок (в зонах с кодом 1) проводились дополнительные обследования методами визуально измерительного контроля и ультразвуковой толщинометрии и т.д. На рис. 1-9 для наглядности показаны некоторые из участков, на которых были выявлены аномалии по результатам бесконтактной магнитной диагностики.

Некоторые примеры результатов шурфовок приведены ниже.

Участок 1-2. Участок от камеры к1 до к2 по совокупности выявленных аномалий (с кодом 1 и 2) и выполненных ранее локальных ремонтов необходимо включить в план реконструкции в течение 3 лет. Часть участка подающего теплопровода на расстоянии 11 м от к1 в сторону к2 и на расстоянии 10 м от угла поворота в сторону к2 (аномалия с кодом 1) находится в аварийном состоянии и требует локального ремонта немедленно.

Участок 42-43. По результатам инженерной диагностики (выявлена аномалия с кодом 1) был запланирован шурф на 163-172 м от к42 в сторону к43 для уточнения зоны ремонта подающей трубы, но при проведении опрессовки на данном участке были выявлены свищи и при вскрытии места повреждения выяснилось, что на расстоянии 164 м необходим ремонт в местах двух свищей, на расстоянии 182 м отвод и м трубы имеют значительные коррозионные повреждения.

Участок 11-12. На этом участке сильная магнитная аномалия (с кодом 1), выявленная при бесконтактной магнитной диагностике, соответствует видимым изгибам труб и трещинам изоляционной конструкции от нарушения компенсации. Данный участок подающего теплопровода требует проведения ремонта системы компенсации, ревизии скользящих опор и сильфонных компенсаторов и локального ремонта изоляционной конструкции.

Участок 68-69. На всем протяжении канала необходима: очистка от наносного ила и разрушенной изоляции; ревизия всех скользящих опор на участке. Необходимо провести восстановление тепло- и гидроизоляции, ремонт и замену перекрытий. Повторное обследование с проведением толщинометрии и бесконтактной магнитометрической диагностики.

Участок 17-18. Участок теплопровода на длине 31 м находится в аварийном состоянии и требует скорейшего локального ремонта. Участок от к17 до к18 по совокупности выявленных аномалий (с кодом 1 и 2) и выполненных ранее локальных ремонтов необходимо включить в план реконструкции в течение 2 лет.

Участок 52-53. Вышеуказанный участок на отметке 1-34 м имеет протяженную зону деформации (с кодом 1) в результате нарушения тепловой компенсации, а также 3 ранее возникших повреждения. Данный участок рекомендуется к проведению планового ремонта в течение 3 лет.

Участок 58-58а. Участок на расстоянии 24 м от смотрового люка (аномалии с кодом 1) требует срочного ремонта, участок от смотрового люка до к58а (выявлены аномалии с кодом 2) требует регулярного мониторинга в связи с нарушением вентиляции, компенсации и напряженно-деформированным состоянием зон вблизи смотрового люка и неподвижной опоры.

Участок 50/6-50/7. По результатам визуального контроля и магнитометрических данных (аномалии с кодом 1 и 2) участок теплосети от к50/6 до к50/7 длиной 137 м находится в аварийном состоянии и требует немедленного ремонта во избежание аварий во время отопительного периода.

Участок 06-07 (с имеющимися аномалиями с кодом 1). По результатам проведенного в шурфе визуально измерительного контроля и ультразвуковой толщинометрии необходимо провести:

локальный ремонт подающего теплопровода на участках проведения толщинометрии - 254 и 290 м от к06 - в связи с сильной язвенной коррозией и утонением до критической толщины;

ремонт плит перекрытия на 273 м и 276 м от к06;

очистку участка в интервале от 260 м до к07 от разрушенной теплоизоляции, песка, ила;

ревизию всех скользящих опор от неподвижной опоры до к07;

восстановление скользящих опор и теплоизоляции трубопроводов.

Рекомендация: участок нуждается в дополнительных инженерно-геологических исследованиях, т.к. из-за сложного рельефа и близости МКАД возникла деформация канала и труб в целом.

Участок 07-08. Участок нуждается в замене обратного теплопровода на интервале 40-60 м в связи с недопустимым утонением стенки трубы. Необходимо провести очистку интервала от к07 до к08 от разрушенной теплоизоляции, песка и провести ревизию всех скользящих опор.

Примечание: Коррозионные процессы в данном месте также имеются, но утонение стенки теплопроводов пока менее 20%.

Участок 21-24. На участке магистрали от к21 до к24 (выявлены аномалии с кодом 1, 2 и 3) необходимо провести дополнительные работы по изучению состояния теплотрассы в связи с разрушением конструкционных элементов (дно канала). Для исключения разрушения в будущем, рекомендуется дополнительно провести георадарные исследования, поскольку территориально зоны повышенного напряженно-деформированного состояния подающего и обратного трубопроводов обоих участков находятся в одном месте (автостоянка у поликлиники). Разрушения основания канала и значительные зоны НДС могут быть связаны с суффозными процессами (вымывание и просадка грунта) под данным участком.

Участок 20-20/1. Участок на расстоянии 3 м от смотрового люка требует ремонта (выявлены аномалии с кодом 1 и 2), необходимо исключить касание плит перекрытия и труб, рекомендуется включить данный участок в план капитального ремонта в течение 3 лет

Участок 29/2-29/3. На отметке 19 м от к29/2 необходим ремонт скользящей опоры (выявлены аномалии с кодом 1 и 2). Необходимо проверить соответствие проекту по количеству опор. Необходима ревизия всех скользящих опор до П-образного поворота, смазка или монтаж компенсатора перед неподвижной опорой.

Выводы

магнитометрический бесконтактный теплотрасса деформированный

Результаты технической диагностики по бесконтактному магнитометрическому методу в подавляющем большинстве случаев находят свое подтверждение дополнительным обследованием в шурфах. Метод позволяет с высокой точностью определять потенциально опасные места напряженно деформированного состояния (нарушение компенсации, воздействие на трубу посторонних предметов) и места пересечения со смежными магистралями, являющиеся в совокупности с дополнительными вредными факторами (подтопления и т.д.) причиной внутренней и внешней коррозии, утонения стенки. Однако однозначно определить степень коррозионного поражения стенок труб только по магнитограмме без изучения «истории болезни» достаточно сложно.

Следует также отметить, что метод имеет существенные ограничения.

Метод чувствителен к массе обследуемой трубы. В условиях города трубопроводы диаметром меньше 300 мм не всегда могут быть определены.

Не всегда есть возможность пройти точно по трассе (например, здания или транспорт на поверхности земли над прокладкой тепловой сети).

Сложно выявлять точечные дефекты, не создающие сильные искажения магнитного поля.

Пока не определена выраженная характеристика магнитного поля соответствующего участку теплопровода со значительным утонением стенки, хотя отмечено, что иногда таким местам соответствует провал градиента напряженности магнитного поля.

Метод восприимчив к помехам, создаваемым посторонними металлическими предметами, если они сопоставимы по массе обследуемым трубам.

Анализ магнитограмм требует высокой квалификации и опыта оператора.

Но в целом, благодаря проведенным обследованиям участков подземных теплопроводов, метод получил значительный толчок в развитии, были выявлены новые закономерности, получили свое развитие программные комплексы по анализу состояния тепловых сетей, где появился дополнительный критерий оценки - наличие аномалий магнитного поля.

Очень хорошо выявляются участки напряженно деформированного состояния теплопроводов еще внешне целых, но с нарушением компенсации. Несмотря на то, что эти участки не способны вызывать масштабные аварии в ближайшей перспективе, в дальнейшем, если не устранить нарушения компенсации, могут развиваться более серьезные дефекты.

Пока точную остаточную толщину стенки и точное время до разрыва только обработкой данных бесконтактной магнитной диагностики выявить нельзя, для этого требуется проведение шурфовок, или детальное описание «истории болезни», но уже сейчас ясно, что постоянный набор данных и расширение аналитической базы имеют значительную перспективу в дальнейшем выявлении закономерностей старения металла труб тепловых сетей и повышения точности прогноза остаточного ресурса теплопроводов.

На практике метод бесконтактной магнитной диагностики хорошо сочетается и дополняется методом акустической томографии, но это уже тема отдельной статьи.

Кроме того, уже на существующем этапе развития данные бесконтактной магнитной диагностики, по нашему мнению, могут найти отражение в практике локальных ремонтных работ. Многие выявленные участки напряженно деформированного состояния теплопроводов еще не имеют значительных коррозионных поражений и утонения стенки металла труб, поэтому проведение своевременных ремонтных работ по устранению нарушений компенсации позволят значительно повысить срок безаварийной эксплуатации данного участка.

Практика проведения бесконтактной магнитной диагностики показала, что даже недавно введенные в эксплуатацию участки тепловых сетей могут иметь значительные нарушения компенсации или нарушения в технологии сварочных работ. Поскольку качество проектных и строительных работ не могут исключить появление участков с повышенным НДС на вновь построенных участках теплосети, возможно, было бы целесообразно включить в комплекс приемочных работ проведение бесконтактной магнитной диагностики для выявления и устранения НДС теплопроводов на стадии ввода в эксплуатацию.

Размещено на Allbest.ru