Новый подход к определению остаточного рабочего ресурса трубопроводов тепловых сетей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Новый подход к определению остаточного рабочего ресурса трубопроводов тепловых сетей

Данная статья посвящена основам разработки методики определения остаточного рабочего ресурса трубопроводов тепловых сетей (работа выполнена по Контракту с Департаментом науки и промышленной политики г. Москвы).

Под остаточным рабочим ресурсом понимается время, отсчитываемое от момента проведения работ по определению фактического технического состояния трубопровода (диагностики) до того момента, когда считается, что трубопровод исчерпал свой рабочий ресурс, т.е. находится в «ветхом» состоянии. Для осуществления разработки расчета остаточного рабочего ресурса необходимо:

1. конкретизировать параметр оценки технического состояния;

2. определить значение рассматриваемого параметра, при превышении которого трубопровод считается «ветхим»;

3. определить динамику изменения параметра оценки технического состояния во времени.

Наиболее полно элементы для реализации данной схемы решения задачи даны в работе Е.Я.Соколова [1].

Для осуществления разработки указанной методики в первую очередь необходимо определить параметр и условие, по которому техническое состояние трубопровода считается «ветхим» и следует рассматривать вопрос о его капитальном ремонте (перекладке). В работе [1] приведено выражение:

трубопровод технический диагностика аварийный

где- удельные капитальные затраты на сооружение нового теплопровода; - коэффициент эффективности капитальных вложений, 1/год; - доля ежегодных отчислений от капитальных затрат (на амортизацию, текущий ремонт и т.д.); - поток отказов, отказ/(п км.год); у - затраты на ликвидацию одного отказа с учетом расхода на компенсацию ущерба от перерыва в подаче тепла, руб./отказ.

Согласно (1), экономически целесообразный срок эксплуатации трубопровода определяется из условия, что годовые расчетные затраты при сооружении нового теплопровода равны или меньше ежегодных затрат на ликвидацию отказов действующего теплопровода.

Параметром, определяющим техническое состояние трубопровода, является поток отказов . Условие равенства в выражении (1) определяет пороговое значение указанного параметра , при достижении и превышении которого следует рассматривать вопрос о перекладке трубопровода.

Следуя предложенной схеме решения, при проведении работ по диагностике технического состояния трубопровода, результаты должны быть представлены через параметр поток отказов или аналогичный ему. Тогда, осуществив диагностику, мы в первую очередь получаем результат, на основании которого делается заключение о допустимости дальнейшей эксплуатации или необходимости проведения капитального ремонта трубопровода.

Для конкретизации, в качестве базовой выбрана технология диагностики трубопроводов тепловых сетей акустическим методом [2], в первую очередь потому, что результаты диагностики (уровень напряжений или дефектности) представляются через параметр аварийно-опасность, аналогичный потоку отказов.

Кратко о методе, с помощью которого проводится оценка технического состояния трубопроводов транспорта жидких сред [3]. Технология диагностики разработана целенаправленно для трубопроводов теплоснабжения [2].

Диагностируются трубопроводы наземной и подземной, канальной и безканальной прокладки, диаметром от 80 мм и более, находящиеся в режиме эксплуатации при давлении более 0,25 МПа и при обязательном наличии тока воды. Работы осуществляются путем расстановки датчиков на трубу в точках доступа по концам обследуемого участка. Производится запись акустических сигналов, распространяющихся по трубе. Далее осуществляется обработка записей на компьютере с помощью специальной программы.

При обработке записей оператор получает информацию о местоположении и уровне повышенных напряжений на трубе, обусловленных различными дефектами конструктивных элементов, которые в 70-80% случаев представляют коррозионное утонение стенки трубы (рис. 1). О техническом состоянии трубопровода, возможности дальнейшей эксплуатации или необходимости проведения ремонтных работ (перекладки) судят путем сравнения значения коэффициента аварийно-опасности, полученного по результатам диагностики, с предельным, приведенным в РД [2].

Для описания динамики изменения параметра, описывающего техническое состояние трубопровода, можно воспользоваться зависимостью, приведенной в работе [1] для параметра потока отказов:

Где - срок действия теплопровода, отсчитываемый от года ввода в эксплуатацию; - наработка на первый отказ; - число лет после первого отказа, за которые поток отказов достигнет значения (1/км.год). Проанализируем зависимость (2).

1. Отсчет осуществляется от момента образования первой аварии , т.е. характер изменения технического состояния трубопровода до первой аварии не учитывается.

2. Крутизна кривой, которая отражает скорость «старения» трубопровода задается коэффициентами . Первый из них определяется на основании данных диагностики (определение потока отказов осуществленной в tiгод эксплуатации) по формуле:



3. Оба коэффициента зависят от параметра - наработка на первый отказ. Таким образом, для того чтобы воспользоваться формулой (2) для описания динамики «старения» трубопровода необходимо в первую очередь иметь точную информацию о времени возникновения первой аварии.

Однако, рассмотрим следующий пример. Пусть мы имеем трубопровод длиной 1 п км, находящийся по всей длине в одинаковом техническом состоянии - одинаковый уровень «старения». На трубопроводе через время происходит первая авария, т.е. мы можем перейти к описанию динамики «старения». Но, на практике осуществляется рассмотрение технического состояния труб на единичном участке - от одной тепловой камеры до второй! Длина единичного участка в среднем составляет 100 м, чему соответствует 200 п м трубы (подающая + обратная).

Рассматриваемый 1 п км трубопровода состоит из пяти единичных участков. Так как течь была только одна, для описания динамики старения определен только один из пяти участков. Вопрос: как определить (найти) еще четыре участка, для которых необходимо применить тот же закон «старения», не дожидаясь, когда на них произойдет авария. Причем, если авария произойдет на одном из оставшихся участков, то она будет уже второй на заданном интервале длиной 1 п км.

Таким образом, из практических соображений, параметр - наработка на первый отказ, не определен!



Сохраняя закономерность описания динамики старения трубопровода (2), зададим зависимость изменения коэффициента аварийно-опасности в виде:

Где - коэффициент аварийно-опасности; предельное значение коэффициента аварийно-опасности; - время эксплуатации трубопровода.

В данном случае динамика изменения параметра аварийно-опасность задается коэффициентами A и B.

Значение коэффициента A примем связанным с факторами интенсификации коррозии, которые фиксируются при проведении работ по диагностике участка трубопровода. Коэффициент A описывает общую, среднестатистическую закономерность «старения» трубопровода.

Коэффициент B является уточняющим параметром, т.е. учет конкретных процессов «старения» на рассматриваемом участке. Значение коэффициента B определяется по результатам диагностики труб.

Предельное значение коэффициента аварийно-опасности определено на основании данных диагностики трубопроводов тепловых сетей с использованием метода акустической диагностики и имеющихся в базе НПК «Вектор», и представлено в табл.1.

Все многообразие трубопроводов по используемому диаметру и условиям эксплуатации разобьем на подгруппы.

На основании близкого значения толщины стенки трубы, подгруппы:

* Ду от 80 до 200 мм - это, в основном, трубопроводы разводящих сетей, с толщиной стенки трубы от 3 до 5 мм;

* Ду от 250 до 400 мм - это, в основном, трубопроводы подводящих к ЦТП сетей, с толщиной стенки трубы от 5 до 8 мм;

* Ду более 500 мм - это, трубопроводы магистральных сетей с толщиной стенки от 8 и более мм.

Скорость «старения» трубопровода определяется коррозионными процессами в основном наружной поверхности - условия эксплуатации. Эти коррозионные процессы обусловлены факторами интенсификации коррозии, к которым относятся:

* подтопление, прокапывание, запаривание - «вода»;

* блуждающие (постоянные и переменные) токи. Таким образом, будем рассматривать три

группы трубопроводов (относительно Ду), находящихся при следующих условиях эксплуатации:

* отсутствие факторов интенсификации коррозии;

* наличие фактора интенсификации коррозии «вода»;

* наличие блуждающих токов на трубе рассматриваемого участка.

Для нахождения значений коэффициента A были использованы результаты диагностики около 1000 участков трубопроводов тепловых сетей. Полученные значения коэффициента A представлены в табл. 1.

Полученные значения коэффициента A в выражении (3) описывают общую, статистическую закономерность изменения коэффициента аварийно-опасности трубопровода на участке в зависимости от выявленных факторов интенсификации коррозии. В силу того, что скорость коррозии не только на каждом конкретном участке, но и по длине трубопровода на участке варьируется в широком диапазоне, в выражении (3) предусмотрена корректировка с помощью коэффициента B.

Указанная корректировка осуществляется путем расчета значения коэффициента B с использованием результатов первой диагностики по формуле:

Таким образом, используя табличные значения коэффициентов , а также результаты первой диагностики участка трубопровода , осуществленной на году эксплуатации, используя выражения (3) и (5) можно получить прогнозное значение параметра аварийно-опасность для года эксплуатации. В табл. 2 представлены результаты сопоставления прогнозных значений коэффициента аварийно-опасности с фактическими, полученными при повторной диагностике.



Представленные отклонения расчетных значений коэффициента аварийно-опасности от фактических разбиты на две группы:

* группа 1 - отклонения не превышают 20%;

* группа 2 - отклонения превышают 20%. Для трубопроводов, у которых на момент проведения работ по диагностике факторов интенсификации коррозии не выявлено, в 70% случаев расхождения между расчетными и фактическими значениями не превышают в среднем 10%.

При наличии же факторов интенсификации коррозии увеличивается процент трубопроводов, у которых расхождения превышают 20%. Это указывает на большее значение величины коэффициента аварийно-опасности и, соответственно, на более интенсивный износ труб по факту. Это в значительной мере связано со сдвигом по времени начала процесса коррозии металла трубы.

После прокладки теплотрассы или перекладки в начальный, в ряде случаев достаточно длительный, период факторы интенсификации коррозии (вода) еще не достигли металла трубы -нет протечек через стыки перекрытий, гидроизоляция не нарушена и т.п. В течение указанного времени скорость «старения» относительно невелика - близка к нулю. С течением времени происходит нарушение гидроизоляционных свойств элементов конструкции трубопровода (гидроизоляция перекрытий и труб, намокание теплоизоляции и т.п.), т.е. у воды появляется доступ к поверхности металла трубы и на ней начинаются коррозионные процессы. В силу этого, рассчитанное по результатам первой диагностики значение коэффициента B является «заниженным», т.к. охватывает временной интервал нулевой скорости «старения».

Исключить влияние «времени ожидания» можно используя результаты повторной диагностики, рассчитав значение коэффициента B по формуле:

На рис. 2 представлены зависимости изменения коэффициента аварийно-опасности без учета «времени ожидания» - прогноз динамики «старения» по результатам первой диагностики, и коррекция динамики по результатам повторной диагностики согласно выражениям (5) и (6). На основании выражения (3) остаточный рабочий ресурс трубопровода (для первой и последующихдиагностик) определяется по формуле:

Таким образом, для определения остаточного рабочего ресурса единичного участка или совокупности участков одной сети трубопроводов тепловой сети необходимо:

1. Иметь исходную техническую информацию (диаметр, протяженность на отдельных участках, год прокладки (капитального ремонта)).

2. Осуществить диагностику трубопроводов акустическим методом согласно РД 153-34.0-20.673-2005 [2], в том числе:

* определить значение коэффициента аварий-но-опасности ;

* выявить факторы интенсификации коррозии.

3. Определение остаточного рабочего ресурса осуществляется для трубопроводов, у которых

4. На основании выявленных при работах по диагностике факторах интенсификации коррозии, определяется значение параметра A (см. табл. 1).

5. На основании полученного при диагностике значения коэффициента аварийно-опаснос-ти X рассчитывается значение параметра B по формуле (5).

6. Величина остаточного рабочего ресурса определяется по формуле (7).

7. Делается заключение о допустимости дальнейшей эксплуатации трубопровода на период «остаточного рабочего ресурса» (с точностью около 20%) и необходимости проведения повторной диагностики:

* при на следующий год;

* при через два года.

8. По результатам повторной диагностики осуществляется коррекция величины остаточного рабочего ресурса.

Представленные на рис. 2 данные (красная и синяя линии), указывают на необходимость осуществления мониторинга технического состояния трубопроводов начиная с 3-4 года эксплуатации с периодом 2-3 года.

Литература

1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети - 7-е изд. -М.: Издательство МЭИ, 2001. - 472 с.

2. Методические рекомендации по техническому диагностированию трубопроводов тепловых сетей с использованием акустического метода. РД 153-34.0-20.673-2005. М.: Изд-во «Новости теплоснабжения», 2006.

3. Самойлов Е.В. Диагностика состояния трубопроводов тепловых сетей// Сборник трудов конференции «Тепловые сети. Современные решения». - НП «Российское теплоснабжение», 2005. С. 118-136.

Размещено на Allbest.ru