Описание:

А. В. Аушев , сгенеральный директор ООО «Термолайн»

С. Н. Синавчиан , канд. техн. наук, доцент кафедры РЛ-6 МГТУ им. Н. Э. Баумана

Сети центрального отопления и горячего водоснабжения представляют собой теплоизолированную металлическую трубу, создающую герметичный контур для перемещения жидкостей под давлением до 1,6 МПа. В условиях города задача контроля его герметичности определяется как необходимостью сохранения его функциональности, а значит снижения потерь теплоносителя и экономии тепловой энергии, так и требованиями безопасности горожан.

Одним из методов контроля герметичности металлического трубопровода является контроль давления в нем. Однако ряд причин, таких как наличие расхода теплоносителя потребителем, зависимость давления от температуры в замкнутом объеме и низкая точность манометров, делают этот метод весьма грубым.

Определение утечек при канальной и бесканальной прокладке теплопроводов

Теплопроводы можно разделить на две группы:

• обладающие дополнительной герметичной оболочкой теплоизоляции по всей длине (бесканальная прокладка),
• с негерметичной оболочкой изоляции, выполняющей в основном функции ее фиксации (канальная прокладка).

Рассмотрим эти группы с точки зрения обеспечения возможности обнаружения и локализации местоположения утечки теплоносителя.

Канальную прокладку применяют, как правило, для трубопроводов, изоляционный слой которых не защищен дополнительной гидроизоляционной оболочкой по всей длине. Для трубопроводов канальной прокладки поиск утечки возможен только при использовании специальной аппаратуры. Такой аппаратурой являются акустические и корреляционные течеискатели, принцип действия которых основан на определении местоположения мощного источника звуковых и вибрационных колебаний при истечении жидкости за пределы герметичного контура.

Также применяют тепловизоры, данные которых позволяют определять местоположение максимального уровня инфракрасного излучения грунта, нагреваемого бесконтрольно истекающим из трубопровода теплоносителем. Иногда применяют химический анализ грунтовых и сточных вод, определение наличия теплоносителя в которых свидетельствует о порыве трубопровода.

Однако в условиях города присутствие смежных коммуникаций (куда уходит теплоноситель), а также неравномерность глубины и поверхности грунта над трубопроводом вносят существенные трудности в определение местоположения утечки при применении тепловизоров и химического анализа вод. Поиск местоположения порыва трубопровода при канальной прокладке, как правило, заключается в комплексном подходе при выполнении данных работ. Кроме того, ни один из перечисленных методов невозможно реализовать дешевым постоянно установленным оборудованием, поэтому экономически доступная возможность автоматического оповещения об аварийной ситуации на трубопроводе отсутствует.

Для бесканальной прокладки применимы только трубопроводы, теплоизоляционный слой которых защищен дополнительной внешней гидроизоляционной оболочкой. Однако эта оболочка не только служит барьером для внешних грунтовых или талых вод, но и является препятствием для проникновения теплоносителя в обсыпку при потере герметичности металлической трубы. При этом истечение теплоносителя в обсыпку не сопровождается мощным выделением акустического шума и вибрации, как это происходит при канальной прокладке, что является причиной малой эффективности использования акустических и корреляционных методов.

Единственным способом (из приведенных выше для трубопроводов канальной прокладки) определения наличия и местоположения разгерметизации металлического трубопровода или внешней оболочки является использование тепловизоров. Однако в условиях города этот способ нельзя считать точным, а автоматизация оповещения об аварийной ситуации недоступна.

Системы оперативного дистанционного контроля трубопроводов

Использование системы оперативного дистанционного контроля (СОДК) трубопроводов в пенополиуретановой (ППУ) изоляции является единственно возможным гарантированным способом контроля состояния изоляции трубопровода канальной прокладки . СОДК представляет собой комплекс из приборной части и трубной, состоящей из двух медных проводников, расположенных в толще изоляции параллельно металлическому трубопроводу по всей его длине (рис.). При намокании изоляции вследствие разгерметизации металлической трубы и внешней полиэтиленовой оболочки ее сопротивление резко снижается, что детектируется стационарными приборами контроля состояния изоляции.

Согласно данные детекторов СОДК необходимо фиксировать не реже одного раза в две недели. Сбор информации традиционно осуществляется сотрудниками службы эксплуатации – «обходчиками», задачей которых является не только обход множества точек, но и фиксация на бумажном носителе данных стационарных и переносных детекторов состояния изоляции. Увеличивающиеся с каждым годом объемы внедрения трубопроводов в ППУ-изоляции, оснащенных СОДК , не позволяют их эффективно контролировать методом обхода, что является причиной необходимости применения систем диспетчеризации (см. справку).

Преимущества диспетчеризации

Еще раз отметим, что автоматический контроль герметичности металлической трубы и внешней оболочки реализуем только для трубопроводов в ППУ-изоляции канальной прокладки, оборудованных СОДК. Постоянный дистанционный мониторинг состояния таких трубопроводов имеет следующие преимущества перед традиционным способом сбора информации:

• Мгновенное оповещение об изменении состояния трубопровода и целостности СОДК.

Согласно п. 9.2 : «Для оперативного выявления повреждений трубопровода необходимо обеспечить регулярный контроль состояния СОДК (не реже двух раз в месяц) с помощью детектора». За это время при прорыве металлической трубы возможен выход из строя всего участка трубопровода с ППУ-изоляцией. Возможно распространение воды внутри теплоизоляции трубопровода (между ППУ-изоляцией и оболочкой, а также ППУ-изоляцией и металлической трубой) на десятки метров в течение короткого времени. Эффективная эксплуатация таких участков в дальнейшем невозможна, процесс их намокания является необратимым, что приводит к необходимости перекладки десятков метров трубопровода.

Особо отметим, что потеря целостности металлической трубы в ППУ-изоляции не сопровождается резким падением давления в системе, как это происходит в трубопроводах канальной прокладки. Это связано, во-первых, с герметичностью полиэтиленовой оболочки, а во-вторых, с бесканальным методом прокладки трубопровода в ППУ-изоляции. Давление в трубе может сохраняться даже при распространении сетевой воды вдоль трубопровода на десятки метров. Данный факт свидетельствует о невозможности обнаружения аварийной ситуации на трубопроводе в ППУ-изоляции, кроме как с помощью исправной СОДК. В течение двух недель отсутствия съема показаний с детекторов возможен подмыв грунта, что приведет к обвалу несущих слоев почвы, а это, в свою очередь, в условиях города может привести не только к большому материальному ущербу, но и к человеческим жертвам.

• Отсев ложных вызовов.

Специфика работы «обходчиков» определяет возможность фиксации ими ложной информации или отсутствие передачи реальных сведений о показаниях детекторов аварийным службам. Зачастую при прибытии бригад реагирования показания детекторов соответствуют нормальной работе трубопровода, а ложный вызов связан с некомпетентностью «обходчика». Но хуже, если он не зафиксировал или не передал сведения об аварии на трассе. Сотрудники службы эксплуатации или сторонняя организация (работающая по договору), ответственные за съем показаний по месту способом обхода, могут реально не посещать контролируемые объекты, а сами при этом фиксируют «нормальное» состояние трубопровода, так как знают, что на данном этапе их никто не контролирует. Тогда время подмыва грунта превышает две недели, что значительно усугубляет последствия аварии на трубопроводе и увеличивает длину требуемой замены. Исключая человеческий фактор из цепочки оповещения об аварийной ситуации, мы значительно повышаем надежность трубопроводов в ППУ-изоляции.

• Исключение коррупционной составляющей.

Возможна ситуация, когда сотрудник службы эксплуатации, ответственный за съем показаний по месту, по каким-либо причинам умышленно пытается скрыть или исказить реальное состояние трубопровода – например, этим же сотрудником был принят в эксплуатацию трубопровод в ненадлежащем качестве или с неисправной СОДК. При организации удаленного контроля можно исключить коррупционную составляющую, имеющую место при приемке трубопроводов в эксплуатацию. Подобный подход также позволит обеспечить более высокое качество сдаваемых трубопроводов, так как принимает его в эксплуатацию один сотрудник, а контролирует через ПД другой.

• Применение многоуровневых детекторов.

Как правило, на теплотрассах установлены одноуровневые стационарные детекторы повреждений. Они сигнализируют о намокании трубопровода, при котором сопротивление его изоляции снижается только до 5 кОм. Использование многоуровневых детекторов с токовым выходом обеспечивает возможность обнаружения дефекта трубопровода на ранней стадии его формирования. Детектирование сопротивления изоляции контролируемого трубопровода происходит в шести диапазонах, верхний из которых соответствует идеальному состоянию изоляции (более 1 МОм). Скорость снижения сопротивления от верхнего диапазона до нижнего (менее 5 кОм) свидетельствует о размерах дефекта: чем выше скорость – тем значительнее дефект трубопровода.

• Удобство восприятия получаемой информации, ее обработка и хранение.

Сегодня вся информация, полученная от «обходчиков», хранится в основном на бумажных носителях и практически не поддается статистической обработке. Собираемые с помощью системы диспетчеризации данные не только являются более объемными, полными и достоверными, но и дают возможность проводить обработку с помощью различных алгоритмов математического анализа. Это позволяет отсеивать сезонные изменения состояния изоляции трубопровода, ложные срабатывания, ошибки, обусловленные человеческим фактором. Использование специального программного обеспечения позволяет автоматически формировать отчеты о состоянии трубопроводов, отслеживать характер и скорость реагирования персонала на местах, а при накоплении достаточной выборки проводить статистический анализ сведений об использовании трубопроводов с ППУ-изоляцией.

• Гибкость системы диспетчеризации.

Стабильность и качество функционирования любой системы телеметрии зависят от правильной организации архитектуры взаимодействия ее компонентов. Обычная структура системы диспетчеризации предусматривает сбор данных от территориально распределенных контролируемых объектов (часто однотипных) в единый центр. Бывают и другие варианты: многоуровневое построение диспетчерских, локальные узлы сбора или ретрансляции данных и прочие, но сути централизованного построения системы они не меняют. При этом размер системы в зависимости от объекта может быть как небольшим (в случае квартала, предприятия), так и гигантским (филиал, город, область).

• Экономическая целесообразность.

Роль автоматизации и модернизации технологического оборудования коммунальных сетей в современной действительности заключается не только в повышении качества обслуживания населения, но и в снижении стоимости предоставления услуги транспорта тепла и горячей воды. Важными экономическими факторами снижения эксплуатационных затрат являются отсутствие фонда заработной платы «обходчиков», их материального обеспечения, отсутствие необходимости обучения, контроля и бухгалтерского учета. Отсутствуют также дополнительные затруднения, связанные с организацией доступа «обходчиков» в помещения, где установлены детекторы. Особое значение имеет скорость доставки информации об аварийной ситуации, что является основным положительным экономическим показателем.

Перечисленные преимущества систем диспетчеризации показаний детекторов состояния трубопроводов в ППУ-изоляции стали причиной их применения еще в начале 2000-х годов. Первые упоминания о положительных эффектах опубликованы в . На данный момент в одной из теплосетей Московской области единовременно функционируют несколько систем передачи данных, осуществляющих обмен информацией как по кабельным линиям, так и по GSM-каналу.

Способы реализации систем передачи данных

Первый способ – это интеграция стационарных детекторов повреждений как первичных источников информации в архитектуру действующих систем телеметрии, выполняющих задачи мониторинга и управления технологическим оборудованием тепловых пунктов. Реализация данного способа возможна при наличии у детектора СОДК аппаратной возможности передачи данных на входные линии удаленного контроллера (детектор должен быть оснащен специальными выходами для передачи данных типа «токовый выход» или «сухой контакт»). Сотрудники тепловых сетей при этом должны обладать высокими профессиональными навыками для успешной визуализации, анализа и хранения данных детекторов на диспетчерском пульте.

Применяются как кабельные, так и GSM-каналы передачи данных. Этот способ передачи данных реализован для мониторинга и управления рядом тепловых пунктов в Москве, Мытищах, Реутове, Санкт-Петербурге, Астане.

Второй способ ориентирован на использование систем GSM-телеметрии, которые нашли применение в электро­энергетике, газовом хозяйстве, банковской сфере, комплексах охранно-пожарной сигнализации. Высокая конкуренция между производителями таких комплексов является причиной возникновении большого количества надежных и дешевых GSM-контроллеров, применение которых в целях мониторинга параметров состояния трубопроводов в ППУ-изоляции является экономически эффективным и простым в реализации решением . Основными требованиями к системам GSM-телеметрии являются возможность передачи данных от детектора к контроллеру и наличие программного обеспечения диспетчерского пульта. Это программное обеспечение должно обеспечивать:

• непрерывный неограниченный контроль за удаленными объектами;
• визуализацию местоположения контролируемых объектов на карте населенного пункта;
• визуальное и акустическое уведомление в случае аварии;
• индивидуальное конфигурирование уровня сигнала «Авария» для каждого из объектов;
• стабильность передачи данных при дублировании различным транспортом (модемное соединение, СМС, голосовое соединение);
• возможность передачи и визуализации данных от охранных датчиков, датчиков температуры, давления и т. д.;
• возможность автоматического опроса объектов;
• отсылка СМС на телефоны ответственных лиц при возникновении аварийных ситуаций;
• персонализированное управление и хранение информации о действиях оператора в журнале событий;
• дружественный интерфейс, бесперебойность работы, простоту эксплуатации и т. д.

Коммутация GSM-контроллеров с детекторами, монтаж и конфигурирование удаленных контроллеров осуществляются самостоятельно сотрудниками отделов КИПиА или специальных подразделений, что значительно упрощается ввиду наличия подробных инструкций. Задача формирования локального диспетчерского пульта (ЛДП) на уровне предприятия тепловых сетей является легковыполнимой, так как заключается в установке и настройке бесплатного и интуитивно понятного программного обеспечения. Данный способ реализован предприятиями Новосибирска, Мытищ, Железнодорожного, Дмитрова.

Третий способ диспетчеризации показаний детекторов СОДК предложен в . В случае если эксплуатирующая организация не видит необходимости в создании собственного ЛДП (отсутствие должного финансирования, персонала или сторонней организации соответствующего уровня подготовки, малое количество объектов), возможно использование сервисов объединенного диспетчерского пульта (ОДП). На ОДП, расположенный в Щелково Московской области, стекается информация от сконфигурированных для работы с ОДП GSM-контролеров, установленных на территории РФ, РК и РБ.

Экстренное оповещение ответственного лица эксплуатирующей организации при возникновении аварийной ситуации происходит любым удобным для него способом (личный кабинет на сайте ОДП, электронная почта, сотовый телефон, диспетчерская служба и т. д.). Также предусмотрен плановый опрос по графику, утвержденному эксплуатирующей организацией.

Эксплуатирующая организация должна обеспечить в месте установки детектора и удаленного GSM-контроллера сохранность установленного оборудования, его бесперебойное питание и удовлетворительный уровень GSM-сигнала (при необходимости применение репитера).

Впоследствии возможен дистанционный перевод данных на вновь созданный эксплуатирующей организацией ЛДП. Таким образом, использование услуг ОДП становится тестовым вариантом организации собственного ЛДП.

Способ диспетчеризации показаний детекторов определяется на уровне проектных работ, так как спецификация, а значит и дальнейшее финансирование, формируется специалистом проектной организации, поэтому одной из важных задач эксплуатирующей организации является оформление полного технического задания с указанием требований по диспетчеризации проектируемого трубопровода.

На основании предоставленного технического задания проектировщик должен определить местоположение и комплектацию точки контроля СОДК трубопровода, оснащенной детектором повреждений. Обязательным условием постоянного функционирования такой точки контроля является наличие в ней питания 220 В, 50 Гц. Также поставляются комплектации точек контроля СОДК для работы в автономном режиме , однако их применение возможно только в исключительных случаях, так как вне зависимости от типа источника питания (солнечная панель или батареи) комплекты для автономной работы обеспечивают только периодический контроль состояния изоляции трубопровода, что является основным способом снижения энергопотребления.

Опыт внедрения и поставки оборудования для диспетчеризации показаний детекторов состояния трубопроводов в ППУ-изоляции свидетельствует о своевременности, достаточно высоком уровне оснащенности и экономической эффективности данного направления. Профессиональный подход позволяет полностью автоматизировать процесс оповещения об аварийных ситуациях на трубопроводах тепловых сетей, что возможно только для трубопроводов, оснащенных СОДК. При этом предложены различные способы реализации мониторинга показаний детекторов для различного уровня профессиональной подготовки персонала тепловых сетей.

Литература

1. СТО 18929664.41.105–2013. Система оперативно-дистанционного контроля трубопроводов с тепловой изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке или стальном защитном покрытии. Проектирование, монтаж, приемка, эксплуатация.
2. Кашинский В. И., Липовских В. М., Ротмистров Я. Г. Опыт эксплуатации трубопроводов в пенополиуретановой изоляции в ОАО «Московская теплосетевая компания» // Теплоэнергетика. 2007. № 7. С. 28–30.
3. Казанов Ю. Н. Организационная и техническая модернизация системы теплоснабжения Мытищинского района // Новости теплоснабжения. 2009. № 12. С. 13–26.
4. ООО «Термолайн». Альбом технических решений по проектированию систем оперативно-дистанционного контроля трубопроводов в пенополиуретановой изоляции. М., 2014.

Система оперативного дистанционного контроля (ОДК) предназначена для контроля состояния теплоизоляционного слоя пенополиуретана изолированных трубопроводов и обнаружения участков с повышенной влажностью изоляции.

Обнаруживаемые дефекты:

• Повреждение металлической трубы
• Повреждение полиэтиленовой оболочки
• Обрыв сигнальных проводников
• Замыкание сигнальных проводников на металлическую трубу
• Плохое соединение сигнальных проводов на стыках

Принцип действия

Основой действия системы ОДК служит физическое свойство пенополиуретана, заключающееся в уменьшении значения электрического сопротивления изоляции (Rиз.) при увеличении влажности (в сухом состоянии сопротивление изоляции стремится к бесконечности).

Оценка работоспособности СОДК осуществляется путем проведения измерений фактических значений сопротивления изоляции трубопровода (Rиз.) и сопротивления сигнальных проводников (Rпр.) и дальнейшего их сравнения с рассчитанными значениями по нормативам.

Нормативное значение сопротивления изоляции (Rиз.) считается равным 1 МОм на 300 метров сигнальных проводников трубопровода. Для трубопроводов с длиной сигнальных проводников отличающейся от указанной, нормативное значение сопротивления изоляции изменяется обратно пропорционально длине фактической (измеряемой) сигнальной линии проводников и рассчитывается по формуле Rиз.=300/Lсигн.

Нормативное значение сопротивления проводников (Rпр.) рассчитывается по формуле: Rпр.=ρ*Lсигн., где Lсигн. – длина измеряемой сигнальной линии, а ρ – электрическое сопротивление проволоки (ρ = 0,011÷0,017 Ом для 1 метра провода сечением 1,5мм2 при t = 0÷150ºС). Значение, применяемое для расчетов: ρ = 0,015 Ом/м.

Система ОДК

Система оперативно-дистанционного контроля представляет собой специальный комплекс приборов и вспомогательного оборудования, с помощью которого осуществляется контроль состояния трубопровода.

Сигнальные проводники

Сигнальные проводники предназначены для передачи тока или высокочастотного импульса от приборов контроля с целью определения состояния трубопровода.

Теплоизоляция стальных труб и фасонных изделий и деталей должна иметь не менее двух линейных сигнальных проводников системы ОДК. Сигнальные проводники следует располагать на расстоянии 20 ± 2 мм от поверхности стальной трубы и геометрически на 3 и 9 часов.

В качестве сигнального проводника используется провод из медной проволоки марки ММ 1,5 (сечение 1,5 мм2, диаметр 1,39 мм). Один из проводников должен быть промаркирован. Маркированный проводник называется основным, а не маркированный – транзитным.

Для трубопроводов с диаметром металлической трубы 530 мм и выше рекомендуется устанавливать три проводника. Третий провод называется резервным, труба ориентируется в траншее таким образом, чтобы он располагался в верхней части трубы на «12 часов». Резервный провод предназначен для использования его взамен одного из двух других проводов при условии их повреждения.

Пример формирования сигнального контура из проводников монтируемого трубопровода

Одним из наиболее важных моментов при монтаже трубной части системы контроля является соединение проводников в тройниковых ответвлениях трубопровода.

СтройМетСервис осуществляет наладку, ремонт а также сдачу в МОЭК (для теплотрасс, строящихся в г. Москва) с ОДК.

Система ОДК предназначена для непрерывного или периодического контроля состояния влажности теплоизоляционного слоя и целостности проводов системы ОДК. Она обеспечивает отсутствие наружной коррозии стального трубопровода, гарантируя безопасную и долговременную эксплуатацию.

Система ОДК является обязательным элементом (включена в ГОСТ 30732-2006) трубопроводов в ППУ изоляции.

Система ОДК по стоимости составляет всего 0,5-2% от общей стоимости объекта в зависимости от объема заказа. Одним прибором (переносным детектором) можно контролировать несколько объектов. Специалисты нашей компании осуществляют наладку системы ОДК любых видов сложности.

Система включает в себя:

• сигнальные медные проводники, заложенные во все элементы теплосети,
• терминалы (разъемы) по трассе и в местах контроля (ЦТП, котельная, ковер),
• приборы для контроля: переносные (мобильные) для периодического и стационарные для непрерывного контроля,
• приборы для определения точного места повреждения или утечки-локаторы (рефлектометры).

Все необходимые элементы мы комплектуем в кратчайшие сроки.

Система основана на измерении проводимости теплоизоляционного слоя, которая меняется при изменении влажности. Для поиска мест неисправности (увлажнение ППУ изоляции, обрывы сигнальных проводников) применяются методы и приборы, основанные на импульсной рефлектометрии.

Достоинствами данного метода является его применимость для широкого диапазона увлажнения изоляции и возможность поиска обрывов сигнальных проводников в нескольких местах. Перед осуществлением работ по наладке СОДК заказчик предоставляет утвержденную монтажную схему и проект реконструируемой теплотрассы.

Сегодня для отопления применяются разные материалы. Одним из них является пенополиуретан. Его популярность набирает обороты. Но как любой материал, он может быть поврежден. На помощь приходит система ОДК для труб ППУ. Она контролирует изоляционный слой трубопровода. Благодаря ОДК, можно предотвратить повреждение трубы, своевременно приняв меры. Это уменьшает время и затраты на ремонт.

Система ОДК: назначение, принцип работы, исправление повреждений

Что такое ОДК? Это система оперативного дистанционного контроля. Производит постоянный и непрерывный контроль за (ППУ). Контроль ведется все время службы теплотрассы.

Система предназначена для обнаружения таких дефектов, как:

• повреждение непосредственно самой трубы;
• повреждение обертки из полиэтилена, которой обернута труба и слой теплоизоляции;
• повреждение сигнальных проводов;
• процесса замыкания сигнальных проводов на трубу;
• плохого стыкового соединения проводов.

Принцип действия ОДК основывается на датчике, контролирующем слой изоляции, а именно его влажность, который проходит по всей длине трубопровода. Как минимум два провода расположены в слое теплоизоляции и соединены по всей длине трубопровода. На начальной и конечной точке они соединяются в одну петлю. Петля представляет собой сигнальные провода из меди. Между стальными трубами и пенополиуретановым слоем теплоизоляции образуется датчик контроля за уровнем влажности теплоизоляции.

Задачи датчика:

• контроль всей длины датчика и контроль длины сигнальной петли. Выявление длины того участка трубопровода, которая охвачена датчиком;
• контроль влажности слоя теплоизоляции;
• поиск того места, где произошло увлажнение слоя теплоизоляции или оборвался сигнальный провод.

Задача датчика заключается в предоставлении точных данных о состоянии влажности теплоизоляции. Когда в слое теплоизоляции увеличивается количество влаги, значит, это может быть как утечка теплоносителя из трубы, так и попадание влаги снаружи. Как только это происходит, датчик сообщает путем отражения импульса.

Принцип распознавания участка повреждения и его устранение:

1. как только нарушается теплоизоляция, датчик сообщает об этом. Остается найти повреждение на том участке, который находится между сигнальными индикаторами;
2. выделенный участок отсоединяется от системы ОДК;
3. накладывание данных на схему стыков;
4. исходя из полученных данных, откапывается нужный участок трубопровода и производится ремонт.

Трубы ППУ – новая и перспективная разработка

Остается вопрос, что такое ППУ? Все довольно просто. Это пенополиуретаны – универсальная группа полимеров. Материал новый, но уже получивший свою популярность.

Российский климат вынуждает нас отапливать свои жилища. И остро стоит вопрос не как донести тепло в дом, а как донести его с наименьшими потерями. Раньше трубопровод оборачивали стекловатой, закрепляли ее при помощи стальной проволоки, а сверху покрывали оцинкованными стальными листами. Материал ценный, поэтому он недолго задерживался на трубах. Сегодня все больше используют трубы из пенополиуретана. Из него сделана и теплоизоляция.

Достоинства ППУ:

Этапы монтажа труб ППУ:

1. зачистка;
2. сварка и контроль качества;
3. для этой цели нужен дефектоскоп;
4. надевание муфты. Под нее заливается монтажная пена. Муфта нагревается и осаживается. Это позволяет получить герметичность соединения.

Система ОДК для теплотрассы – это дополнительный способ защиты. И заключается он в предотвращении больших аварийных ситуаций и максимально быстром устранении маленьких повреждений.

Система ОДК: из чего она состоит

Встроенный медный провод. Он является проводником, по которому передается сигнал о повреждениях. Располагается в теплоизоляционном слое из пенополиуретана. Без него система ОДК не станет работать.

Есть два вида провода:

• основной. Он повторяет контур трубопровода и протянут по всему пути теплотрассы;
• транзитный. Предназначен для образования сигнальной петли и проходит по самому короткому пути между точкой начала и конца теплопровода.

Приборы для контролирования и измерений:

• детекторы повреждений. Они контролируют обрыв или замыкание встроенного сигнального провода. Они не устанавливают причину повреждения, а констатируют факт. Стационарный детектор (220 В) обеспечивает постоянный контроль, переносной (9 В) обеспечивает периодический контроль. Первый вариант может контролировать от одного до четырех трубопроводов. Имеет систему сигнального оповещения. Второй вариант работает автономно, питаясь от батареи. Способен обслужить неограниченное количество трубопроводов. Устанавливаются они в контрольных точках с помощью коммутаторного терминала;
• импульсный рефлектометр. Способен не только зафиксировать повреждение, но и найти его местоположение. Не предоставляет информацию о причинах дефекта. Подключается на заводе и перед монтажом к торцам труб в тех местах, где сигнальные провода выходят за пределы изоляции. Также подключается при контроле, непосредственно во время эксплуатации теплотрассы.

Коммутаторный терминал системы ОДК представлен как промежуточное звено между приборами контроля и трубой. Обычно их размещают друг от друга на расстоянии 300 метров. Они используются для подсоединения контролирующих приборов, а также коммутации сигнальных проводов.

Проект системы ОДК – как это происходит

Система ОДК для труб ППУ проектируется с возможностью соединиться с уже имеющимся действующими теплотрассами, а также с только планирующимися трубопроводами.

Один из двух сигнальных проводов – маркированный (он же основной). Расположен справа по направлению движения воды к месту назначения. Месторасположения проводника от поверхности трубы колеблется от 10 см до 25 см.

Показатель сопротивления должен соответствовать определенным требованиям:

• для сигнальных проводов на один метр длины сопротивление должно колебаться от 0,012 Ом до 0,015 Ом;
• для ППУ изоляции на 300 метров длины трубы – 1 Ом.

Для различных условий эксплуатации используются различные коммутаторные терминалы. Классификация зависит от разных условий.

Погодных:

• измерительные используются только в сухих и проветриваемых условиях;
• герметичные. Применяются при условии повышенной влажности воздуха.

Территориальных:

• концевой, применяющийся в конечных точках контроля;
• объединяющий. Применяется в точках объединения некоторых участков теплотрассы;
• объединяющий с возможностью выхода к стационарным детекторам;
• проходной. В тех местах, где был зафиксирован разрыв изоляционного слоя;
• промежуточный. Устанавливается в точках контроля, где начинается боковое ответвление теплотрассы, а также в промежуточных контролирующих точках.

Максимальная длина теплотрассы для проекта ОДК вычисляется путем определения максимальной области действия контролирующих приборов.

Вышеупомянутые датчики выбираются в зависимости от наличия 220 В на проектируемом участке, где планируется применение систем ОДК:

• если присутствует 220 В, используется стационарный детектор.
• при отсутствии необходимого сопротивления используется переносной.

Какие будут устанавливаться приборы и их количество зависит от протяженности участка теплотрассы. Если длина планируемой теплотрассы длиннее допустимой для работы детектора, этот участок теплотрассы разбивают на меньшие участки. Для них используются отдельные системы контроля.

Предусмотренные проектом контрольные точки предназначены для возможности доступа эксплуатирующего персонала к сигнальным проводникам. Точки не должны быть друг от друга дальше, чем 300 метров.

Терминалы устанавливаются в ковера в концевых точках. Также их установка возможна в центральных тепловых пунктах.

А.А. Александров, технический директор, ООО «Российские мониторинговые системы»,
В.Л. Переверзев, генеральный директор, ЗАО «Санкт-Петербургский Институт Теплоэнергетики», г. Санкт-Петербург

В настоящее время в России при создании новых тепловых сетей бесканальной прокладки (т.е. укладываемых непосредственно в грунт) нормативными документами предписано использовать стальные трубы с индустриальной тепловой изоляцией из пенополиуретана (ППУ) в полиэтиленовой оболочке, оснащенных проводниками системы оперативного дистанционного контроля (СОДК) увлажнения изоляции. Их применение направлено на повышение экономичности и надежности тепловых сетей и основывается на технологиях зарубежных фирм. Технология включает в себя диагностирование, состоящее в определении изменения электрического сопротивления при появлении влаги в ППУ-изоляции между трубой и сигнальным проводником, проложенным вдоль всего трубопровода, и локализацию места увлажнения методом локации.

Такое диагностирование теплопроводов позволяет обнаруживать возникающие в процессе строительства и эксплуатации дефекты, производить локализацию мест их возникновения.

Обнаружение и локализация дефектов может производиться при помощи специальных приборов тремя способами.

1. Переносным детектором для определения наличия и типа дефекта (периодичность - 1 раз в 2 недели). Переносным локатором для локализации места возникновения дефекта (периодичность - по результатам измерений детектором).

2. Стационарным детектором для определения наличия и типа дефекта (периодичность -постоянно 24 часа в сутки). Переносным локатором для локализации места возникновения дефекта (периодичность - по результатам срабатывания детектора с учетом регламентного времени прибытия оператора с локатором).

3. Стационарным локатором для определения наличия и типа дефекта с одновременной локализацией и фиксацией места его возникновения (периодичность - зондирующие импульсы один раз в 4 минуты (постоянно 24 часа в сутки)).

В настоящее время в России, согласно СП 41-105-2002, применяются только два первых

способа определения дефектов тепловых сетей в ППУ-изоляции, оснащенных проводниками ОДК. Эффективность этих способов вызывает много вопросов у специалистов, обслуживающих теплосети, а локализация мест возникновения дефектов при помощи переносных локаторов превращается в трудоемкую операцию, не всегда приводящую к корректным результатам. Чтобы определить причину низкой эффективности существующих в России систем ОДК, был проделан сравнительный анализ принципов построения импортных и отечественных СОДК, из которого можно выделить основные отличия принципиального характера:

Отсутствие в требованиях нормативных документов соблюдения параметра - комплексного сопротивления (импеданса) трубы ППУ с ОДК как электрического элемента;

Несоблюдение расстояния от металлической поверхности элемента до проводников ОДК в трубах и фасонных изделиях (более того в нормах установлен переменный параметр расстояния - от 10 до 25 мм );

Отсутствие устройств согласования линии опроса проводников ОДК с локаторами (рефлектометрами);

Применение кабелей типа NYM с высоким коэффициентом затухания зондирующего импульса для соединения проводников ОДК трубопроводов и терминалов.

Для определения эффективных способов поиска дефектов изоляции предизолированных трубопроводов ППУ специалистами ООО «РМС», ЗАО «СПб ИТЭ» и ГУП «ТЭК СПб» были проведены испытания различных опросных линий системы ОДК (с использованием кабеля типа NYM, коаксиального кабеля и различных рефлектометров) на натурной модели трубопровода с воспроизведением типовых дефектов изоляции.

На территории филиала «ЭАП» ГУП «ТЭК СПб» смонтирован участок ППУ трубопровода тепловой сети условного диаметра Ду57 с применением фасонных изделий, сильфонного компенсатора и концевого элемента (рис. 1, фото 1).

Для моделирования дефектных участков тепловой сети на модели были оставлены незаделанные стыки с желобами из жести (фото 2). Остальные стыки выполнены методом заливки вспенивающихся компонентов с использованием термоусаживаемых муфт.

При монтаже системы ОДК согласно СП 41-105-2002 (кабель типа NYM) использовали 10-метровый кабель отточки подключения рефлектометра до трубопровода и 5-метровый кабель на промежуточном концевом элементе.

Монтаж системы ОДК согласно технологии фирмы EMS (АВВ) (с использованием соединительного коаксиального кабеля и согласующих трансформаторов линии «соединительный провод - сигнальный проводник») был выполнен 10-метровым коаксиальным кабелем отточки подключения рефлектометра до трубопровода (фото 3).

Для снижения потерь в линии опроса соединение рефлектометра с кабелем осуществлялось при помощи коаксиальных фитингов.

Измерения проводились рефлектометрами РЕЙС-105 и mTDR-007 (снятие рефлектограмм) при моделировании наиболее вероятных видов дефектов на тепловой сети: обрыв, короткое замыкание проводника на трубу, однократное и двойное увлажнение изоляции (в разных местах).

В рамках данного эксперимента были исследованы возможности комбинированного применения различных кабелей при монтаже линии опроса сигнальных проводников СОДК (наличие проходного терминала) в следующей последовательности: коаксиальный кабель - проводник ОДК - кабель NYM - проводник ОДК с разрывом проводников в конце линии опроса.

В результате проведенных испытаний и измерений можно сделать следующие выводы.

1. Затухание зондирующего импульса в кабеле типа NYM (рис. 2б) в несколько раз выше, чем в коаксиальном кабеле (рис. 2а). Это снижает длину обследуемого участка, ограничивая эффективное применение локатора на участках от камеры до камеры (150-200 м).

2. В связи с большими потерями мощности зондирующего импульса, при его прохождении по кабелю NYM необходимо повышать его энергию за счет увеличения длительности импульса, что приводит к снижению точности определения расстояния до места дефекта трубопровода.

3. Отсутствие согласующих элементов на переходах «кабель - труба», «труба - кабель» приводит к изменению формы отраженных импульсов, сглаживает их фронты и снижает точность определения места дефекта изоляции (рис. 3).

Российские трубы в ППУ-изоляции имеют отличные от импортных волновые свойства и параметры. Комплексное электрическое сопротивление (импеданс) труб и фасонных изделий на практике варьируется от 267 до 361 Ом (трубы ABB имеют импеданс 211 Ом), поэтому применение зарубежных согласующих устройств на наших трубах невозможно (ООО «РМС» разработаны согласующие устройства для труб ППУ, выпущенных по российским стандартам, имеется положительный опыт их практического применения на реальных объектах).

На данном пункте выводов следует остановиться особо, ввиду его важности для эксплуатации СОДК.

Разброс импеданса для различных трубоэле-ментов приводит к варьированию так называемого коэффициента укорочения для этих трубоэле-ментов. Как известно, измерения проводят при одном общем для всего трубопровода коэффициенте укорочения. Таким образом, имея вдоль трубопровода участки с различными коэффициентами укорочения, мы получим несоответствие измеренных электрических параметров – реальным физическим параметрам трубопроводов, причем несоответствие будет тем больше, чем длиннее трубопровод и чем больше на нем фасонных изделий (из практики несоответствие достигает до 5 м на 100-метровом участке трубопровода).

Для качественного оформления исполнительной документации по СОДК необходимо проводить контроль не только сопротивления изоляции и омического сопротивления петли проводников, но и измерение коэффициента укорочения каждого монтируемого трубоэлемента при помощи рефлектометра, фиксируя результаты измерений на исполнительной схеме трубопровода. В противном случае ошибки при поиске обрывов проводников и увлажнения изоляции, приведут к увеличению стоимости производства ремонтных работ за счет значительного увеличения объема земляных и восстановительных работ.

Отсутствие нормирования импеданса позволяет недобросовестным производителям при производстве труб в ППУ-изоляции применять в качестве проводников ОДК медный лакированный обмоточный провод. Это позволяет получать при монтаже превосходные электрические характеристики и «вечно исправный» трубопровод не зависимо от любого увлажнения изоляции. Система ОДК, в таком случае, является бесполезным, бутафорским приложением.

Так как импеданс зависит от диэлектрической проницаемости среды и расстояния от трубы до проводника, то применение нестандартных методов производства труб приводит, как правило, к увеличению импеданса и как следствие коэффициента укорочения трубоэлемента. Нормирование импеданса позволило бы осложнить доступ некачественных труб на рынок.

5. Применение кабелей NYM в качестве линии связи между локатором и трубопроводом ППУ с СОДК, а также в качестве соединителей между различными участками трубопроводов, полностью исключает применение стационарных специализированных локаторов повреждений (рис. 4) и не позволяет рассматривать тепловую сеть в качестве объекта автоматизации и диспетчеризации, оставляя значительные расходы на обходчиков и обслуживающий персонал (табл. 1).

6. Применение на одном контролируемом участке трубопровода различных типов соединительных кабелей неэффективно.

Наиболее эффективными являются системы ОДК, основанные на применении коаксиальных кабелей с согласующими устройствами. Такие системы ОДК полностью совместимы с приборами контроля проводников труб ППУ (использование которых предписывает СП 41-105-2002) и позволяют значительно повысить эффективность их применения.

Использование коаксиальных кабелей связи между трубопроводами откроет возможность применения специализированных стационарных локаторов повреждений для тепловых сетей. Что, в свою очередь, позволит:

Объединить в последствии локальные системы ОДК в единую сеть с необходимой иерархией;

Отображать состояние локальных СОДК на центральном диспетчерском пункте с указанием конкретного места дефекта сети (примером реализации подобной системы может служить опыт ГУП «ТЭК СПб»);

Оперативно принимать меры по ликвидации дефектов на начальной стадии их возникновения;

Снизить расходы на эксплуатацию систем ОДК (табл.1);

Экономить значительные средства на аварийном ремонте тепловых сетей (табл. 2);

Повысить надежность сетей за счет уменьшения аварийных отключений;

Получать объективную информацию о дефектах и состоянии тепло- и гидроизоляции на тепловой сети за счет устранения влияния субъективного человеческого фактора в подобного рода вопросах.

В заключение следует отметить, что система ОДК трубопроводов только на первый взгляд кажется простой и даже примитивной в монтаже. Большинство строительных организаций доверяют монтаж СОДК обычным электрикам, которые монтируют СОДК как обычные осветительные сети или подземные кабельные прокладки. В результате вместо эффективного средства контроля организации, эксплуатирующие тепловые сети, получают бесполезное приложение к тепловой сети.

Также необходимо отметить, что грамотно смонтированные системы ОДК позволяют реализовать все преимущества трубопроводов с ППУ-изоляцией, в частности максимально автоматизировать поиск мест увлажнения и повреждения изоляции трубопроводов, повысить точность определения этих мест. Трубопроводы с другими типами изоляции (АПб, ППМ и т.п.) в принципе не обладают подобными преимуществами.

Монтаж СОДК должны вести профессиональные организации, понимающие все тонкости и нюансы в обнаружении дефектов при помощи рефлектометров, имеющие необходимое оборудование, практический опыт строительства и наладки систем. Только профессионалы способны создавать эффективно работающие системы -СОДК не является исключением из этого правила.

Литература

1. СП 41-105-2002. Проектирование и строительство тепловых сетей бесканальной прокладки из стальных труб с индустриальной тепловой изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке.

2. СНиП 41-02-2003. Тепловые сети.

3. Слепченок В.С. Опыт эксплуатации коммунального теплоэнергетического предприятия. Уч. пособие - СПб., ПЭИпк, 2003 г., 185 с.