Приборы для определения состояния и мест повреждений трубопроводов тепловых сетей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Приборы для определения состояния и мест повреждений трубопроводов тепловых сетей

А.С. Тимошкин, научный сотрудник,

Всероссийский теплотехнический институт

В странах с развитым централизованным теплоснабжением возрос интерес к разработке технических средств для обнаружения мест повреждений трубопроводов напорного водоснабжения подземной прокладки. Под повреждениями понимаются:

аварии, когда произошло нарушение целостности трубы и происходит истечение воды - течь;

интервалы разрушения конструктивных элементов (коррозия металла труб, разрушение тепло- и гидроизоляции и т.д.), т. е. места потенциально опасные с точки зрения образования течи.

В данной статье рассмотрены методы, нашедшие наибольшее применение, и оборудование для определения местоположения течи и диагностики коррозионного повреждения труб и разрушения тепло- и гидроизоляции.

Использование течеискателей позволяет с заданной точностью определить местоположение течи и осуществить шурфовку в конкретном месте.

Проведение работ по диагностике и использование соответствующей приборной базы позволяет определить места наибольших повреждений элементов трубопровода, на основании которых конкретизировать виды и объемы ремонтных работ, что в свою очередь увеличивает срок службы объекта водоснабжения и снижает количество внезапных отказов.

1. Приборы определения нарушения гидроизоляционного защитного слоя бесканальных теплопроводов

В работу приборов положен эффект распространения электромагнитной энергии в окружающую среду с последующим обнаружением электромагнитного поля с помощью антенны и приемника.

Определен следующий порядок работы системы. Генератор, соединенный с обследуемым участком теплопровода гибким кабелем, наводит переменное электромагнитное поле частотой около 1000 Гц по цепи: генератор - трубопровод - земля - генератор (рис. 1). Изменение электромагнитного поля в указанной цепи происходит из-за различного уровня омического сопротивления участков теплопровода. Наибольшее сопротивление имеют участки с сухой теплоизоляцией. Увлажненные участки (места нарушения гидроизоляции) имеют пониженное сопротивление, что отражается в сопутствующем электромагнитном поле. Это изменение регистрируется приемным комплексом (антенна + приемник), который несут на себе операторы, перемещаясь над теплопроводом по поверхности земли. Характер изменения уровня сигнала в местах нарушений, воспринимаемого оператором через наушники посредством звучания, приведен на рис. 1.

Дополнительно прибор может выполнять функции трассоискателя, определяя точное местоположение теплопровода и глубину его заложения.

Описанная система широко применяется на практике при диагностировании газопроводов. В тепловых сетях, к сожалению, ее используют очень ограниченно, хотя проведенные испытания показали эффективность работы прибора при поиске заиленных или затопленных участков тепловой сети и в канальных прокладках.

Выпуск оборудования налажен в России - прибор АНПИ (г. Петрозаводск), ПККИ-200 (АО «Мособлгаз») и за рубежом - «С-Scan» (Германия).

2. Акустические приборы для поиска течей

Работа приборов основана на использовании эффекта звуковых колебаний, возникающих при истечении жидкой среды через протечку на трубопроводе. Поскольку теплопроводы эксплуатируются под значительным давлением, кинетическая энергия вытекающей жидкости при соударении с кромками дефектного места частично преобразуется в звуковую. При этом, спектр звуковых частот, измеренный в непосредственной близости от места утечки, располагается в пределах от 50 до 10000 Гц. Интенсивность шума и спектр его частотной характеристики в наибольшей мере зависят от давления в трубопроводе и размеров отверстия вытекающей жидкости. Отмечается, что с увеличением давления теплоносителя и размерами утечки, повышается интенсивность шума, а его частотный максимум смещается в область высоких частот. Дополнительно (в канальных прокладках) создается акустическое звучание и при ударе водной струи о железобетонную конструкцию канала.

Все широко известные акустические приборы подразделяются на акустические течеискатели и течеискатели корреляционного действия.

Акустические течеискатели (шумофоны) обеспечивают прослушивание и оценку интенсивности шумов утечки теплоносителя без контакта с трубопроводом. Приборы состоят из геомикрофона, преобразующего звуковые колебания в электрические, усилителя электрических сигналов и телефонов для контроля характера шумов. Задачей оператора является определение места восприятия звука максимальной силы, под которым и должна находиться течь. Акустические течеискатели комплектуются наушниками, при помощи которых оператор фиксирует точку с наибольшим уровнем шума.

На эффективность работы таких систем сильно влияют (особенно в условиях города) присутствие посторонних шумов, поэтому в наиболее усовершенствованных приборах имеется возможность значительно подавлять акустические помехи и тем самым упрощать работу оператора.

Набор акустических течеискателей довольно обширен и выпускается многими фирмами: Hydrolux HL 2000 («Seba dynatronic», Германия), FD-7, FSB-7, HG-10 (Fuji Tecom inc, Япония), ИСТД (АО «Ленэнерго», Россия), ПТ-13ДМ (МНПО «Спектр», Россия), Пеленг-1 (ООО «Абигар», Россия).

Течеискатели корреляционного действия позволяют существенно увеличить вероятность отыскания утечек в условиях действия различных помех. Принцип работы этих приборов основан на использовании метода корреляционной обработки виброакустических сигналов, поступающих от датчиков в виде пульсаций давления с постоянной скоростью.

Акустический сигнал от места течи распространяется по трубе (или жидкости, находящейся в трубе) в обоих направлениях. На концах контролируемого участка в доступных местах (например, в теплофикационных камерах) устанавливаются датчики (см. рис. 2), которые преобразуют поступающий в них шум утечки в электрические импульсы, фильтруемые и усиливаемые предварительными усилителями сигналов. Затем сигнал обрабатывается по сложной математической формуле, по экстремуму корреляционной функции определяется разница во времени прихода двух синхронизированных сигналов к датчикам и с учетом скорости распространения звука в среде вычисляется расстояние от одного из датчиков до места повреждения трубы.

Одним из необходимых условий, снижающих ошибочность местонахождения течи, являются сведения о точной длине обследуемого трубопровода, для чего предварительно осуществляются работы по трассировке - определение истинного местоположения трубопровода и его длины на данном участке. В наиболее совершенных моделях корреляторов это расстояние вычисляется автоматически аппаратными средствами, заложенными в самом приборе.

прибор трубопровод течь состояние

В настоящее время корреляционные течеискатели, несмотря на их конструктивную сложность (используется микропроцессорная техника обработки сигналов) и стоимость, получают все большее распространение.

Промышленность предлагает многочисленные приборы описанного типа: «Коршун» (Украина), «АККОР» (Россия), «Кондор-АТК-5» (Россия), «MikroCorr DK 1000 (Seba dynatronic, Германия), LC-2100 (Fuji Tekom inc., Япония) и др.

3. Приборы для измерения температурных полей

Принцип использования приборов этой группы основывается на измерении температур поверхности грунта над эксплуатируемым теплопроводом. При наличии неисправностей в тепловых сетях подземной прокладки, сопровождающихся увеличением тепловых потерь (разрушение тепловой изоляции, возникновение течей горячей воды, затопление канала), возрастает температура поверхности грунта над местом повреждения, что и фиксируется соответствующей аппаратурой. Измерение температуры проводится двумя методами: контактным и дистанционным.

Приборы контактного действия. Системы такого типа состоят из двух конструктивных элементов: термощупа со встроенным в него термоэлектрическим термометром или термометром сопротивления и блоком обработки получаемого сигнала. Считывание измеренной температуры производится с жидкокристаллического дисплея. Приборы имеют небольшие размеры, малую массу, электрическое питание осуществляется от 2-4 батареек типа «Корунд».

Некоторые модификации работают по принципу комплексного устройства, т.е. в системе имеется дополнительный акустический канал, действующий как в течеискателях, описанных ранее. В этом случае первоначально с помощью теплового поиска выявляется участок сети с повышенной температурой грунта от утечки, а затем с помощью акустического течеискания более точно локализуется место повреждения.

К этим типам приборов относятся: «Termohydrolux HL-2000T» (Seba dynatronic, Германия), ПТ-13Д (МНПО «Спектр», Россия), «Питон» (Институт физики металлов РАН, Россия) и др.

Приборы дистанционного действия. Находясь на расстоянии от объектов, они измеряют и регистрируют температуру поверхностей по их собственному инфракрасному излучению.

Прибор улавливает поток теплового излучения, используя оптическую систему, собирает его на приемную площадку датчика и преобразует этот поток в температуру, которая затем отображается на экране дисплея. Обеспечивается работа в режиме непрерывного измерения температуры, что позволяет при сканировании поверхности получить представление о ее температурном рельефе. В памяти прибора может храниться несколько сотен измерений, предусмотрена возможность их последовательного просмотра с выделением среднего, минимального и максимального значений серии замеров. Обеспечивается связь прибора с современной вычислительной средой. Чувствительность таких систем находится в пределах 0,1 OС.

Однако, их существенным недостатком при инспекции протяженных объектов, таких как теплопроводы, является малая площадь контролируемой зоны (диаметры пятна при рабочем удалении прибора от объекта примерно в 1 метр составляют, как правило, несколько сантиметров), что является сдерживающим фактором применения на предприятиях Тепловых сетей. В этих случаях целесообразней применение тепловизионной техники контроля.

Выбор приборов весьма широк, особенно часто рекламируются: «Диелтест» (ВНИИОФИ, Россия), С-7 (Интекс, Россия), «Кельвин-200ЛЦ (Диполь, Россия), серия пирометрических термометров «Thermopoint» TRT 2-4, TRT 20-50, TRT 80 (AGEMA INFRARED SYSTEMS, Швеция) и многие др.

4. Приборы контроля состояния металла стенок трубопровода

Комплекс этих приборов относят к системам упреждающей диагностики металла трубопровода, имеющих наиболее важное значение, т. к. в конечном итоге именно основная труба несет на себе возникающие гидромеханические нагрузки и ее целостностью определяется надежность работы всего теплопровода. Поэтому главным фактором, определяющим дальнейший ресурс эксплуатации тепловой сети, является остаточная толщина стенки трубопровода.

В настоящее время для таких измерений чаще всего используются ультразвуковые толщиномеры, которые требуют непосредственного контакта с трубой в месте контроля. Следовательно, область их применения ограничена и возможна при прокладках в проходных и полупроходных каналах. В других конструкциях подземных теплопроводов обследования удается проводить только в пределах смотровых и теплофикационных камер.

Работа ультразвукового толщиномера основана на принципе измерения времени распространения волнового импульса в толще металла с учетом отражения от внутренней поверхности трубы. Результаты выдаются в цифровом виде с дискретностью, не превышающей 0,1 мм.

Серийно выпускаются толщиномеры следующих моделей: УТ-80 (ТЕХНО-АС, Россия), 26DL PLUS и 26MG (PANAMETRICS, США), Sonatest (Англия ).

Внутритрубная дефектоскопия. Для определения истинной толщины стенки трубы на больших интервалах внутрь трубы запускается специальный снаряд, который по мере продвижения осуществляет замеры толщины с помощью магнитных или ультразвуковых дефектоскопов, описанных ранее.

После пропускания по трубопроводу снаряда-дефектоскопа, производится обработка записей на компьютере с идентификацией аномалий, предварительная оценка степени их опасности и их ранжировка по этому признаку. Этим методом выявляются дефекты металла стенки трубы различного характера не только на внутренней и наружных поверхностях трубы, но и в толще металла.

Использование этого типа приборов требует проведения работ по отключению диагностируемого участка, спуску воды и вырезке люков для запуска снаряда. Кроме того, из-за высокой стоимости оборудования и требований к процедуре обработки, проведение работ по диагностике данным методом лучше доверить специализированным организациям.

Акустические приборы для диагностики коррозионного состояния металла труб. В 1997 году НПК «Вектор» разработал и получил авторское свидетельство на Способ диагностики трубопроводов акустическим методом. Порядок применения этого метода аналогичен используемому при обнаружении течей корреляционным методом, т. е. на действующих трубопроводах без вскрытия трассы, с той разницей, что на приборе осуществляется запись акустических сигналов на магнитофон с последующей обработкой на компьютере по специальной программе. Длина единичного интервала - до 300 м.

Всероссийский теплотехнический институт (ВТИ) осуществил тестовые испытания этого метода на специальном стенде, представляющем собой наземный трубопровод теплосети. По результатам тестирования все восемь механических дефектов (несквозные выборки различных размеров и глубины) были обнаружены.

В настоящее время данный метод широко используется организациями тепловых сетей г. Москвы, для чего в его подразделениях созданы специальные бригады диагностики. Единственным изготовителем и поставщиком оборудования и программного обеспечения для диагностики трубопроводов теплоснабжения этим методом является НПК «Вектор» (г. Москва) - прибор «Вектор 2001».

Акустические приборы обнаружения трещин. Эта группа приборов нашла широкое применение в нефтяной и газовой промышленности при контроле сосудов, резервуаров хранения и трубопроводов протяженностью до 100 метров.

Физические принципы, лежащие в основе работы, самые разные, но к настоящему времени чаще всего используется электронно-акустическая эмиссия (ЭАЭ). Метод ЭАЭ базируется на регистрации упругих волн напряжения, сопровождающих образование и развитие дефектов в конструкциях, находящихся в условиях напряженно-деформированного состояния, и позволяет выявлять либо развивающиеся дефекты (трещины), либо дефекты, имеющие тенденцию к развитию (места утонения стенок труб). Самовозникновение акустического шума происходит в результате постепенного разрыва кристаллической

решетки металла в пластической стадии его нагружения. При реализации этого принципа в трубопроводах необходимо повышение давления теплоносителя приблизительно на 20% выше рабочего уровня.

Схема включения прибора в работу аналогична корреляторам: два датчика устанавливаются на концах обследуемого, сигнал от которых поступает в обрабатывающий блок по кабелю или радиоканалу. Локализация повреждения, от которого возникает ЭАЭ, может вычисляться с использованием корреляционной функции или иными методами обработки.

Аппаратура с электронно-акустическим принципом действия еще не заняла достойного места при контроле по следующим причинам:

Трудность интерпретации результатов измерений, требующих высококвалифицированных специалистов и применение сложных систем обработки.

Затрудненность установления зависимости между параметрами ЭАЭ и характером дефектов.

Сильное затухание акустического сигнала при прохождении вдоль трубы и понижение его интенсивности, соизмеримой с уровнем посторонних шумов, что осложняет диагностику протяженных конструкций.

В России производят ЭАЭ системы двух типов: А-Line DMR (Интерюнис, Москва) и «Малахит АС-6А» (РНЦ Курчатовский институт, Москва).

Ведется разработка аппаратуры с аналогичными функциональными задачами диагностирования, использующая и иные технологические варианты поиска: виброакустический метод, метод анализа фононного электромагнитного излучения материалов (прибор «Фонон-8М», НПФ Диатех, Москва) и др. Однако, к текущему моменту методики их применения до конца не отработаны и не утверждены.

Размещено на Allbest.ru