Обзор технологий и оборудования для диагностики тепловых сетей О.В. Лебедев

ВСТУПЛЕНИЕ. СТАТИСТИКА Количество ТЭЦ 268 РАО ЕЭС, 264 муниципальных Количество котельных котельных котлов Количество теплоснабжающих организаций в РФ – полное количество теплоснабжающих организаций 1100 – количество основных теплоснабжающих организаций Годовая выработка тепла 1510 млн. Гкал централизованное теплоснабжение млн. Гкал муниципальные Годовое потребление тепла 1560 млн. Гкал Текущая ситуация системы теплоснабжения в РФ

СИСТЕМНЫЕ ПРОБЛЕМЫ теплоснабжения в РФ 1.Отсутствие муниципальных энергетических планов органически увязывающих развитие систем большой и малой энергетики с системами топливоснабжения, включая газоснабжение; 2.Несбалансированность мощностей источников теплоснабжения с подключенными нагрузками при существенном избытке мощностей источников теплоснабжения во многих системах; 3.Завышенные оценки тепловых нагрузок потребителей; 4.Избыточную централизацию многих систем теплоснабжения; 5.Высокий уровень потерь в тепловых сетях; 6.Разрегулированность систем теплоснабжения; 7.Отсутствие мотивации к снижению издержек; 8.Нехватку квалифицированных кадров, особенно на объектах теплоснабжения третьего типа поселений. Текущая ситуация системы теплоснабжения в РФ

КОТЕЛЬНЫЕ 70 тыс. муниципальных и ведомственных котельных. около половины работает на твердом топливе 12% - на нефти и нефтепродуктах остальные на газе. Более трети котлов имеет срок службы свыше 20 лет. Средний КПД котельных 67%. Текущая ситуация системы теплоснабжения в РФ Потенциал экономии топлива за счет повышения КПД котельных равен 41 млн. тут, в т.ч. 7 млрд. м3 природного газа Распределение котельных по удельным расходам топлива на производство единицы тепла по представительной выборке из 235 котельных

ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ км (муниципальных км) необходимо для перекладки Средний возраст 13 лет, износ – 65% Средние сверхнормативные потери в тепловых сетях 20-30% Главными проблемами эксплуатации тепловых сетей являются: 1.Высокий уровень фактических потерь в тепловых сетях – в целом по России 20-25%; 2.Высокий уровень затрат на эксплуатацию тепловых сетей – они составляют около 50% всех затрат в системах теплоснабжения; 3.Избыточная централизация в трех четвертях систем теплоснабжения особенно в третьей группе поселений, что обуславливает повышение потерь в тепловых сетях на 5-10%; 4.Высокая степень износа тепловых сетей и превышение во многих муниципальных образованиях критического уровня частоты отказов; 5.Неудовлетворительное техническое состояние тепловых сетей, нарушение тепловой изоляции и высокие потери тепловой энергии; Текущая ситуация системы теплоснабжения в РФ

ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ Потенциал экономии тепловой энергии за счет снижения сверхнормативных потерь в сетях равен – 250 млн. Гкал. Текущая ситуация системы теплоснабжения в РФ Потенциал экономии тепловой энергии в сетях за счет снижения сверхнормативных потерь тепла млн. Гкал, что эквивалентно ежегодной экономии 50 млн. тут, включая 16 млрд. м3 природного газа Распределение систем теплоснабжения по уровню потерь в тепловых сетях по представительной выборке систем теплоснабжения

ТРЕБОВАНИЯ К ОРГАНИЗАЦИЯМ, ПРОВОДЯЩИМ КОНТРОЛЬ И ДИАГНОСТИКУ ОРГАНИЗАЦИОННО- ПРАВОВЫЕ ТРЕБОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИЕ И МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ Аттестация персонала Аттестация методических материалов Аттестация лабораторий неразрушающ его контроля Аппаратура, включенная в Госреестр средств измерений Поверка средств измерений СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ УЧЕБНО- СЕРТИФИКАЦИОННЫЕ ЦЕНТРЫ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ЦЕНТРЫ МЕТРОЛОГИИ И СТАНДАРТИЗАЦИИ

ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ км (муниципальных км) необходимо для перекладки Средний возраст 13 лет, износ – 65% Средние сверхнормативные потери в тепловых сетях 20-30% Главными проблемами эксплуатации тепловых сетей являются: 1.Высокий уровень фактических потерь в тепловых сетях – в целом по России 20-25%; 2.Высокий уровень затрат на эксплуатацию тепловых сетей – они составляют около 50% всех затрат в системах теплоснабжения; 3.Избыточная централизация в трех четвертях систем теплоснабжения особенно в третьей группе поселений, что обуславливает повышение потерь в тепловых сетях на 5-10%; 4.Высокая степень износа тепловых сетей и превышение во многих муниципальных образованиях критического уровня частоты отказов; 5.Неудовлетворительное техническое состояние тепловых сетей, нарушение тепловой изоляции и высокие потери тепловой энергии; Текущая ситуация системы теплоснабжения в РФ

The use of noninvasive techniques to determine the integrity of a material, component or structure or quantitatively measure some characteristic of an object. i.e. Inspect or measure without doing harm. Понятие неразрушающего контроля(NDT) и диагностики

Методы NDT Visual Liquid Penetrant Magnetic Particle Eddy Current Ultrasonic X-ray Microwave Acoustic Emission Thermography Laser Interferometry Replication Flux Leakage Acoustic Microscopy Magnetic Measurements Tap Testing

Типичные применения методов NDT? Flaw Detection and Evaluation Leak Detection Location Determination Dimensional Measurements Structure and Microstructure Characterization Estimation of Mechanical and Physical Properties Stress (Strain) and Dynamic Response Measurements Material Sorting and Chemical Composition Determination Fluorescent penetrant indication

В какой момент применяются методы NDT? To assist in product development To screen or sort incoming materials To monitor, improve or control manufacturing processes To verify proper processing such as heat treating To verify proper assembly To inspect for in-service damage There are NDE application at almost any stage in the production or life cycle of a component. There are NDE application at almost any stage in the production or life cycle of a component.

Применение методов NDT для картирования трубопроводов системы теплоснабжения In GPR surveys electromagnetic wave pulses are transmitted into the ground from an antenna. These pulses propagate through the ground reflecting off sub-surface boundaries before detection by a receiving antenna. In general, an object that is harder than the surrounding soil will reflect a stronger signal. As reported by Tong (1997) a major advantage of using GPR for the location of underground utilities is its independence of the pipeline material in that it can locate nonmetallic as well as metallic pipes. Although the maximum depth of analysis is about 3m in favourable conditions the pulses lose strength very quickly in conductive materials such as clay and saturated soils, thereby affecting the depth of penetration and in some cases making the use of GPR totally unsuitable. Recent work, however, by Access Network Systems Laboratories in Japan (Hata et al., 1997) on antenna design has produced a deep ground-penetrating radar capable of surveying at depths up to 5m. In addition, GPR does not identify specific utilities (i.e. water vs. gas, electrical vs. telephone) hence verification is necessary using other methods. 1.Проникающее зондирующее излучение Ground Penetrating/Probing Radar (GPR)

Применение методов NDT для картирования трубопроводов системы теплоснабжения data interpretation requires highly skilled operators because GPR output is very difficult to interpret pipes appear as individual "blips" in the radar image, making it difficult to distinguish them from rocks and other buried objects. Recent work reported by Bernstein (2000) describes a new ground-penetrating imaging radar (GPIR) system that creates sharp, three-dimensional (3D) images of underground pipelines and other buried objects. The system uses existing GPR technology but adds precise positioning control and sophisticated signal and image processing capabilities. GPR Image (Lanka et al., 2001) Three-dimensional GPR Image (Bernstein et al., 2000) 1.Проникающее зондирующее излучение Ground Penetrating/Probing Radar (GPR)

Применение методов NDT для картирования трубопроводов системы теплоснабжения Electromagnetic and Radiofrequency line locators operate either in "passive" mode by locating a background signal or in "active" mode by locating a signal introduced into the utility line using a transmitter. Three sources of background signals exist as follows (Twohig, 1998): Background signals due to the flow of electrons in a conductor acting like an antenna. These oscillate producing fields which can be detected by an electromagnetic receiver (Radiofrequency method); Current carrying conductors producing a 60Hz signal can be detected by an electromagnetic receiver (Electromagnetic method); and Utilities in close proximity to power lines or used as grounds may also be picked up with a receiver. The main weakness of this method is its inability to trace non-metallic objects, although this can be overcome by using an "in-pipe transmitter" sonde or a trace wire. 2.Электромагнитные и радиочастотные локаторы Electromagnetic and Radiofrequency Line Locators

Применение методов NDT для картирования трубопроводов системы теплоснабжения Ferrous metal or magnetic locators, commonly referred to as magnetometers, detect variations in the earth's magnetic field as a result of underground features such as metallic pipes, underground storage tanks or ore bodies. Only objects containing iron can be detected, thereby greatly limiting its application to locating and identifying buried pipelines. However, where appropriate this technique has been used with some success, for example Smit (1990) utilised the technique to produce as-built maps of a recently installed metal pipeline. In addition, the quality of results can be affected by nearby buildings, cables, fences and other objects (Vickridge and Leontidis, 1997). 3.Магнитные локаторы. Magnetometers

Применение методов NDT для картирования трубопроводов системы теплоснабжения Generally applied to waterlines, acoustic location systems employ a highly sensitive acoustic receiver to listen for sounds in the pipeline. In "passive" mode the receiver picksup sounds of water flowing (at joints, leaks, etc.) but can be influenced by background noise such as passing traffic. In "active" mode an acoustic transducer is attached to the pipeline and the transmitted sound waves travel along the pipeline, from which they travel through the ground to the surface where they are received and analysed. Although location is possible, measurement of depth is not, thereby greatly limiting its use. 4. Акустические локаторы. Acoustic Location Systems

Применение методов NDT для картирования трубопроводов системы теплоснабжения The basic principle behind it is based on energy transfer theory, which states that energy flows from warmer to cooler areas. The insulating effect of different types of materials slows down the flow of energy by a different amount and thus can be used to locate subsurface objects such as voids, boulders and pipelines. The sun fulfils thenecessity to have an energy source by warming the ground to be tested. If the test is performed at night, the ground becomes the heat source and the sky acts as theheat sink (Wirahadikusumah, et al., 1998). An infrared scanner, sensitive to short- or medium-wave infrared radiation, is used to measure variations in temperature, which in turn are converted into thermographic images where objects are represented by their thermal rather than their optical values. As with acoustic location systems measurement of depth is hard. In addition, environmental factors such as ground cover, wind speed and ground moisture are known to influence results. 5. Инфракрасная термография. Infrared Thermography

Применение методов NDT для картирования трубопроводов системы теплоснабжения Compared with the alternative of open cut test-pits, non-destructive methods of pipeline location are usually quicker, cheaper, less disruptive and more comprehensive. the ultimate aim of a technique that can predict reliably the location of all utility types in all soil types is still some way off. In many cases the types of utilities and site conditions will dictate which equipment is appropriate for the project, and very often a number of techniques will be used in combination and engineering judgement then used to assimilate the results. Краткие выводы

Применение методов NDT для диагностики трубопроводов системы теплоснабжения Диаграмма применяемых методов NDT

Применение методов NDT для диагностики трубопроводов системы теплоснабжения Визуальный телевизионный контроль. Closed-Circuit Television (CCTV). The introduction of CCTV inspection methods in the 1960s provided an inexpensive and safer option to direct inspection methods. CCTV Inspection System (Vickridge and Leontidis, 1997) Of greater concern, however, than either of the above limitations is the subjective nature of the assessments and the degree to which the inspector's judgement can be affected by experience, mental awareness, distractions and interruptions (Wirahadikusumah, et al., 1998). One solution to the problem is the automatic assessment of the conventional CCTV videotapes using image processing techniques. Although considered by some to be unfeasible because of the lack of geometric references, unsteady camera movement and the generally poor quality of the images (Kirkham et al. 2000), some progress has been made in this area.

Применение методов NDT для диагностики трубопроводов системы теплоснабжения Гидролокационный контроль. Sonar Surveys The theory behind sonar surveys can be simply described as measuring the time taken for a burst of sound to travel from a source to a target and back again. From this information and the velocity of sound through the appropriate medium, the distance from the source to the target can be determined. In modern state-of-the-art sonar survey systems the sound is transmitted as an ultrasonic signal from the sonar head, reflected off the pipe walls and received again by the sonar head. The time taken is used to compute the distance from the sonar head to the pipe wall and a complete internal profile of the pipe is thus determined. It is expected that the system will be used as an efficient and economical first pass with targeted CCTV inspections carried out on those areas where defects are highlighted.

Применение методов NDT для диагностики трубопроводов системы теплоснабжения Лазерный контроль. Laser Surveys Cross-sectional View of Laser Scanner (Kirkham et al., 2000) laser surveys are frequently carried out at night during times of low flow in the case of sewers or by using a bypass arrangement such as that described by Hodgkinson (2000) to minimise disruption to customer supply in the case of water pipelines.

ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ТЕПЛОВОГО КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ

Типы контактов и физическая картина контактирования: г – сплошной проводник; д – контакт двух проводников Зависимость переходного сопротивления от силы нажатия давление по всей площадке одинаково и равно твёрдости материала контактов:, где - твёрдость материала контактов по Бринеллю. Формула Н.Е. Лысова. Зависимость переходного сопротивления от давления для свежезачищенных контактов : m и k – коэффициенты

Зависимость переходного сопротивления контактов от тока при разных давлениях Нагрев контактов в режиме длительного протекания номинального тока К расчёту температуры контактов - тепло, которое подошло к элементу справа; - тепло, которое выделяется в элементе; - тепло, отдаваемое с боковой поверхности тепло, которое выходит из элемента в направлении оси Х температура контактной точки превышение температуры контакта относительно окружающей среды; превышение температуры контакта в начале области стягивания

Зависимость сопротивления стягивания RК от превышения температуры Зависимость сопротивления контактов от превышения температуры Особенности работы контактов в режиме протекания тока короткого замыкания Силы, действующие в контакте Дуговая эрозия контактов и - катодное и анодное падения напряжения; t – время горения дуги.

Допустимая температура нагрева контактов

°C FLIR Systems % °C ОбозначениеМинМаксСред Обмотка ТЕПЛОВОЙ КОНТРОЛЬ И ДИАГНОСТИКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА Сердечник Средняя температура контролируемой поверхности47,9°С Контроль действительной температуры поверхности по максимальному уровню нагрева Норма Коэффициент превышения = (Контроль избыточной температуры по приведенной нормативной температуре превышения). 0,96 Обмотка 1 Средняя температура контролируемой поверхности36,1°С Контроль действительной температуры поверхности по максимальному уровню нагрева Норма Коэффициент превышения = (Контроль избыточной температуры по приведенной нормативной температуре превышения). 0,67

Эл.вывод 1 Средняя температура контролируемой поверхности 34,3°ССреднее превышение температуры контролируемой поверхности 9,6°С Контроль действительной температуры поверхности по максимальному уровню нагрева НормаКонтроль приведенной температуры поверхности по предельному превышению Норма Коэффициент превышения = (Контроль избыточной температуры по приведенной температуре контрольного образца Р16). 1,08Начальная степень неисправности. Подлежит периодическому контролю Коэффициент превышения = (Контроль избыточной температуры по приведенной температуре предыдущего наблюдения). Данных о предыдущем обследовании нет Эл.вывод 2 Средняя температура контролируемой поверхности 35,4°ССреднее превышение температуры контролируемой поверхности 10,7°С Контроль действительной температуры поверхности по максимальному уровню нагрева НормаКонтроль приведенной температуры поверхности по предельному превышению Норма Коэффициент превышения = (Контроль избыточной температуры по приведенной температуре контрольного образца Р16). 1,08Начальная степень неисправности. Подлежит периодическому контролю Коэффициент превышения = (Контроль избыточной температуры по приведенной температуре предыдущего наблюдения). Данных о предыдущем обследовании нет

ТЕПЛОВОЙ НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Методики выполнения измерений (ГОСТ Р ) Назначение МВИ; Условия измерений; Требования к погрешности измерений; Метод (методы) измерений; Требования к средствам измерений; Операции при подготовке к выполнению измерений; Операции при выполнении измерений; Операции обработки и вычислений результатов измерений; Нормативы, процедуру и периодичность контроля погрешности результатов выполняемых измерений; Требования к оформлению результатов измерений; Требования к квалификации операторов; Требования к обеспечению безопасности выполняемых работ; Требования к обеспечению экологической безопасности; Другие требования и операции (при необходимости).

Система НК. Аттестация средств и МД. (Серия 28. Неразрушающий контроль. Выпуск 5) Область применения; Нормативные ссылки; Терминология, принятые сокращения; Общие положения; Организация контроля; Квалификация персонала; Средства контроля; Подготовка к контролю; Настройка средств контроля; Проведение контроля; Оценка качества; Оформление результатов контроля; Требования безопасности.

Жилое здание. Влияние режимов съемки на информативность термограмм Приведенное сопротивление теплопередаче 2,6

Применение методов NDT для диагностики трубопроводов системы теплоснабжения Другие методы контроля

Применение методов NDT для диагностики трубопроводов системы теплоснабжения Сравнение методов NDT( Makar and Chagnon, 1999).

Применение методов NDT для диагностики трубопроводов системы теплоснабжения Сравнение методов NDT( Makar and Chagnon, 1999).

Применение методов NDT для диагностики трубопроводов системы теплоснабжения Сравнение методов NDT( Makar and Chagnon, 1999).

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ТЕПЛОВОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

Создание системы диагностики теплоснабжения Наименование Разработка, организация серийного производства и поставка многофункциональной мобильной компьютерной лаборатории и технологии комплексной диагностики технического состояния объектов системы теплоснабжения Основание для разработки Федеральный закон 28-ФЗ от "Об энергосбережении" Федеральный закон 184-ФЗ от "О техническом регулировании" Распоряжение Правительства РФ 1234-р от об утверждении «Энергетической стратегии России на период до 2020 года» Основы политики Российской Федерации в области развития науки и технологий на период до 2010 года и дальнейшую перспективу Концепция федеральной целевой программы «Энергоэффективная экономика на годы и на период до 2015 года» Законы г. Москвы и муниципальных органов………… Постановления г. Москвы и муниципальных органов ……. Государственный заказчик Головной государственный заказчик-координатор работы – Правительство г. Москвы, Государственные заказчики мероприятий: Федеральное агентство по науке и инновациям РФ, Департамент науки и техники г. Москвы, Министерство по делам гражданской обороны и чрезвычайным ситуациям г. Москвы, Министерство регионального развития, ДепТЭХ….. Разработчик Некоммерческое партнерство Российское теплоснабжение.

Создание системы диагностики теплоснабжения Цель повышение качества жизни населения, конкурентоспособности и устойчивости экономики, снижение уровня аварийности и энергоемкости посредством внедрения передовых технологий неразрушающего контроля и диагностики Основные задачи - повышение надежности и безопасности системы теплоснабжения; - повышение энергоэффективности объектов теплоснабжения и ЖКХ, - развитие рынка услуг в области сертификации, контроля качества и энергоэффективности строительного комплекса, ЖКХ и других отраслей экономики г. Москвы; - снижение экологической нагрузки на природную среду; - стимулирование производителей в повышении качества продукции, работ и услуг, эффективности и надежности производства. Срок реализации2007 год Ожидаемые результаты от реализации Реализация позволит создать: - сеть многофункциональных мобильных компьютерных лабораторий и технологии комплексной диагностики технического состояния и определения энергосберегающей эффективности объектов системы теплоснабжения и ЖКХ г.Москвы, - центр технологического контроля качества продукции; - центр сертификации методических материалов и лабораторий неразрушающего контроля в сфере теплоснабжения; - учебно-экзаменационный и методический центр аттестации специалистов в области энергетической эффективности, технической диагностики и неразрушающего контроля теплоснабжения; - систему энергетической сертификации объектов теплоснабжения;

Создание системы диагностики теплоснабжения Ожидаемые результаты от реализации Реализация программы позволит обеспечить: - повышение эффективности контроля за пожарной безопасностью электроустановок на объектах жилого фонда и социальной сферы, - предупреждение возникновения аварий и чрезвычайных ситуаций в системах энергоснабжения. - экономию топливно-энергетических ресурсов; - сокращение бюджетных расходов на ремонтно-восстановительные работы и ликвидацию последствий аварийных ситуаций; - снижение потерь при хранении продукции агропромышленного сектора;

Применение методов NDT для диагностики трубопроводов системы теплоснабжения Сравнение методов NDT( Makar and Chagnon, 1999).