О тепловом методе неразрушающего контроля подземных теплотрасс

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ростовский государственный строительный университет

О тепловом методе неразрушающего контроля подземных теплотрасс

Д.т.н. В.В. Иванов; к.т.н. Н.В. Букаров; к.т.н. В.В. Василенко; Д.В. Малахов, инженер

Среди многих видов неразрушающего контроля (НРК) особый интерес для систем теплоснабжения представляет тепловой метод НРК.

Тепловой метод НРК основан на регистрации возмущений, вносимых внутренними дефектами и аномалиями в эталонный характер распределения поверхностных температур. Расчетные температуры на поверхности грунта для характерных режимов работы сети и предполагаемых дефектов сравниваются с измеренными (фактическими), и по результатам сравнения делается заключение о состоянии исследуемого участка теплотрассы.

Аппаратурную базу теплового контроля составляют инфракрасные системы измерения температур - тепловизоры. Типичным примером применения тепловизионной техники является контроль состояния ограждающих конструкций зданий и сооружений [1]. Тепловизоры успешно используются и для контроля работы дымовых труб тепловых электростанций, и промышленных предприятий [2]. Тепловизионная диагностика позволяет оперативно и надежно определить участки сети с повышенными теплопотерями [3] и т.д.

Основой теории теплового контроля подземных коммуникаций являются решения задач переноса в зоне прокладки теплотрасс с предполагаемыми глубинными дефектами и аномалиями. На базе математической модели процесса теплообмена в системе теплопроводы - грунт -атмосфера для бесканальной прокладки [4] и теплопроводы - канал - грунт - атмосфера для канальной [5] создана вычислительная программа для расчета температурных полей и тепловых потоков. Программа позволяет учитывать разрушение изоляционных слоев на подающем, обратном или одновременно на обоих трубопроводах, затопление канала сетевой водой, частичное или полное разрушение стенок канала. Большое внимание было уделено влиянию увлажнения изоляции и грунта на величину и характер тепловых потерь [6].

Для иллюстрации на рис. приведены результаты термографического обследования тепловых сетей Центрального района г. Ростова-на-Дону. Главной особенностью выбранного бесканального участка является длительный период его эксплуатации (около 10 лет).

Обследования проводились в начале отопительного периода, когда температура воды в подающем трубопроводе составляла 50 ОС, а в обратном - 35 ОС. Жирной линией показана опытная (измеренная) термограмма (кривая 5). Здесь приведены следующие случаи: нормальный (проектный) режим работы (прямая 1); увлажнение грунта на 30% (прямая 2); разрушение теплоизоляции на обоих трубопроводах (прямая 3); отсутствие теплоизоляции на обоих трубопроводах и увлажнение грунта на 30% (прямая 4). Как видно из приведенного графика, экспериментальная кривая температуры грунта над прокладкой колеблется около линии 3 - случая разрушения теплоизоляции на обоих трубопроводах. Приведенные предположения подтвердились в ходе контрольных вскрытий исследуемого участка тепловой сети. теплотрасса электростанция дымовой

Недостаток теплового метода НРК состоит в том, что из-за наличия аддитивных помех одному и тому же распределению температур поверхности грунта может соответствовать различный набор дефектов и аномалий. Расшифровка термограмм поставляет оперативную информацию о разнообразных глубинных процессах в зоне прокладки теплотрасс, однако возникающие помехи снижают вероятность обнаружения реальных дефектов и аномалий. В этой связи надземная прокладка характеризуется наименьшим количеством возможных нарушений, увеличивающих тепловые потери, и, следовательно, минимумом помех. Далее идут сложные теплоизоляционные конструкции подземных бесканальных и, особенно, канальных теплотрасс.

Другой способ качественного прогнозирования состояния участков теплосетей описан в [3]. Имея в наличии данные о величинах тепловых потерь, полученных в результате испытаний, можно ориентировочно оценить состояние прокладки в целом. В основе предложенного подхода определения характерных аномалий и дефектов подземных коммуникаций также лежит идея сравнения измеренных и расчетных величин тепловых потерь.

При выполнении процедуры сравнения опытных и рассчитанных величин тепловых потерь следует различать качественную и количественную оценки полученной информации. Качественная оценка результатов сравнения обеспечивает знание предполагаемого состояния исследуемого участка тепловой сети. Используя разработанную вычислительную программу, оперативно при помощи ЭВМ находится эквивалентная по тепловым потерям конструкция прокладки с ее возможными дефектами.

При этом необходимо иметь ввиду не только погрешность измерения тепловых потерь (расход сетевой воды, температуры теплоносителя), но и погрешность вычислений, возникающую из-за недостоверности принимаемых к расчету параметров прокладки (толщина тепловой изоляции, габариты канала, глубина заложения) и теплофизических характеристик (коэффициенты теплопроводности грунта и теплоизоляции, коэффициенты теплоотдачи и т.д.). Перечисленные параметры и характеристики не могут быть заданы абсолютно точно, они могут быть заданы с определенной степенью достоверности. Это условие является характерным для предлагаемого подхода.

При количественной оценке необходимо, в первую очередь, определить в результате испытаний величину фактических тепловых потерь, и затем ее отклонение от величины, характерной для проектного (нормального) режима работы.

В 2002 г. АО «Фирма ОРГРЭС» провела испытания по определению эксплуатационных тепловых потерь водяных тепловых сетей г. Ростова-на-Дону. И этой же фирмой было выполнено выборочное обследование технического состояния отдельных теплоизоляционных конструкций участков ТС с помощью тепловизионной техники. Это позволило оценить достоверность данных количественного определения тепловых потерь на основе тепловизионной съемки, используя, как своеобразный «эталон», обладающие в этих условиях максимально допустимой точностью результаты тепловых испытаний.

В таблице показаны величины тепловых потерь (ТП) некоторых участков теплотрассы, пересчитанные на среднегодовые условия работы сети (среднегодовые температуры воды в подающем и обратном трубопроводах составляли соответственно 74,23 ОС и 51,67 ОС). Результаты испытаний на тепловые потери - Q^исп, расчетные значения тепловых потерь на основе термографирования - Qрасч. Здесь же даны значения температур поверхности грунта над прокладкой, определенные при помощи тепловизионной съемки -t_пов.

Приведенные результаты показывают, что между величинами тепловых потерь, найденными на основе тепловизионной съемки и определенными в результате испытаний, существует удовлетворительное совпадение. Расхождения измеренных и расчетных значений тепловых потерь лежат в пределах (7,8 - 15,9)%.

Таким образом, тепловой метод НРК является достаточно эффективным и достоверным способом прогнозирования состояния участков подземных теплотрасс.

Литература

1. Бабенков В.И., Дунин И.Л., Иванов В.В., Кужненков Е.Е. Использование тепловидения в строительстве // Изв. вузов. Строительство. 1992. № 1. С. 80-84.

2. Бабенков В.И., Дунин И.Л., Иванов В.В., Кужненков Е.Е. Тепловизионный контроль дымовых труб// Промышленная энергетика. 1992. №8-9. С. 30-31.

3. Иванов В.В., Шкребко С.В., Чернышова Л.А., Черныш С.В. Качественное прогнозирование состояния участков подземных теплотрасс // Новости теплоснабжения. 2001. № 3. С. 27-28.

4. Иванов В.В., Шкребко С.В. Моделирование тепловых процессов подземных бесканальных теплотрасс // Вторая Российская национальная конференция по теплообмену: Теплопроводность, теплоизоляция. М., 1998. Т. 7. С. 106-108.

5. Иванов В. В., Вершинин Л. Б. Распределение температур и тепловых потоков в зоне прокладки теплотрасс // Там же. С. 103-105.

6. Иванов В.В., Букаров Н.В., Василенко В.В. Влияние увлажнения изоляции и грунта на тепловые потери подземных теплотрасс // Новости теплоснабжения. 2002.№ 7. С. 32-33.

Размещено на Allbest.ru