АНАЛИЗ АВАРИЙНОСТИ СЕТЕЙ ТЕПЛО- И ГАЗОСНАБЖЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 62

А.С. Данилова

АНАЛИЗ АВАРИЙНОСТИ СЕТЕЙ ТЕПЛО- И ГАЗОСНАБЖЕНИЯ

В статье рассматриваются вопросы эксплуатации, актуального состояния сетей тепло- и газоснабжения РФ и их проблематика.

Ключевые слова: теплоснабжение, газоснабжение, аварийность.

В настоящее время деятельность жилищно-коммунального хозяйства сопровождается весьма большими потерями ресурсов, как потребляемых самими коммунальными предприятиями, так и предоставляемых потребителям воды, тепловой и электрической энергии.

Фактическое удельное теплопотребление в расчете на одного жителя превышает установленные нормативы в 2-3 раза [6].

Действующий в отрасли хозяйственный механизм не стимулирует снижения затрат. Тарифы, как правило, формируются по фактической себестоимости. При этом все непроизводительные расходы, связанные с процессом производства услуг, а также потерями тепла при их транспортировке, перекладываются на потребителя. В итоге имеет место завышение как тарифов, так и объемов реализации.

В то же время, предприятия не имеют ни ощутимых стимулов, ни финансовых возможностей по замене в необходимых объемах устаревшего оборудования и изношенных основных фондов. К сожалению, приходится констатировать, что износ наших основных фондов и, в первую очередь, трубопроводов тепловых сетей приближается к критическому показателю, при котором резко возрастает аварийность.

В существующем жилищном фонде района значительную долю составляют дома из сборного железобетона (дома первых массовых серий- «хрущевки»), являющиеся по проектным данным самыми энергорасточительными сооружениями. Фактические теплопотери в таких домах из-за низкого качества строительства и эксплуатации на 20-30 процентов выше проектных. Наиболее значительные теплопотери в зданиях происходят через наружные стеновые ограждения и окна. Дополнительные теплопотери вызывает также промерзание наружных ограждающих конструкций зданий.

Почти половина всех тепловых сетей в РФ имеет срок эксплуатации свыше 15 лет и значительную изношенность [6].

В основном, эксплуатируемые в теплосетях трубопроводы имеют теплоизоляцию невысокого качества, как правило, минеральную вату, теплопотери через которую составляют около 15-20 процентов.

Около 24 процентов тепловых сетей уже выработали свой ресурс. Темпы их перекладки вдвое отстают от требуемых. Высокий износ тепловых сетей влечет за собой потери теплоносителя. Потери тепла, связанные с утечками, оцениваются в 10-15 процентов.

Свыше 60% подземных теплопроводов проложены в переувлажненных грунтах [3], что при плохой гидроизоляции традиционных подземных каналов приводит к постоянному их затоплению дождевыми, талыми и грунтовыми водами, а зачастую водами водопроводных и других трубопроводов, находящихся рядом с теплотрассой. На коррозионные процессы влияет также агрессивное воздействие таких факторов, как наличие агрессивных газов в воде (кислород, окись углерода), блуждающие токи.

Это вызывает активную коррозию наружной поверхности стального трубопровода. Скорость коррозии на некоторых участках достигает величины выше 1 мм/год, что приводит к выходу из строя отдельных участков теплопроводов уже через 5-7 лет. Широко применявшаяся в советские времена технология тепло-гидроизоляции трубопроводов (отечественная минвата с наружным покрытием асбоцементной коркой по металлической сетке или стеклотканью) оказалась малоэффективной. Анализ разрывов трубопроводов теплосетей в отопительный период показывает, что наружная коррозия стальных труб является причиной 80-85% всех аварий на теплотрассах. Например, в среднем по каждому району Ярославля ежегодно фиксируется по 15-20 аварийных отключений за отопительный сезон.

Решением проблемы стало начало внедрения технологически более совершенных систем трубопроводов, в первую очередь - трубопроводов, предварительно теплогидроизолированных пенополиуретаном, обладающих уникальными характеристиками: теплопотери - 2-4%, долговечность - до 30 лет, снижение затрат на строительство по сравнению с традиционными трубопроводами - в 3 раза, эксплуатационных

© Данилова А.С., 2021.

Научный руководитель: Карев Дмитрий Сергеевич - преподаватель, Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Россия.

расходов - в 9 раз. Так, только на балансе тепловых сетей России сегодня порядка 3000 км теплотрасс, смонтированных с применением таких труб.

К сожалению, большинство эксплуатирующих организаций, использующих в процессе строительства или реконструкции трубопроводов предварительно изолированные трубы, упускают из виду тот факт, что указанные показатели ПИ-труб могут быть достигнуты при наличии всех элементов конструкции, в число которых входит система оперативного дистанционного контроля (ОДК) состояния изоляции, которая обеспечивает диагностику трубопровода на протяжении всего времени его эксплуатации, а в случае аварии или разрыва на трассе - оперативное и точное обнаружение ее места.

Сказывается и относительная дороговизна измерительных и контрольных приборов, используемых в системах контроля, которые в состоянии приобрести далеко не каждая организация, имеющая у себя на балансе трубопроводы (пример: стоимость импульсного рефлектометра - 2-5 тыс. долларов).

В этом плане весьма интересен опыт Москвы, где функция контроля над состоянием теплотрасс возложена организациями, имеющими их на балансе, на единый центр. Последний не только собирает и анализирует информацию о состоянии трасс и определяет точные места разрывов и аварий (передавая эту информацию заказчику), но и осуществляет независимую диагностику состояния трубопроводов, контролирует качество их монтажа и т.д.

Существенные потери тепла и ресурсов происходят и при эксплуатации инженерных систем и оборудования. Многие котельные (мощностью менее 5 Гкал/час) и индивидуальные отопительные установки с теплопроизводительностью до 25 тысяч ккал/час) крайне неэкономичны по использованию топлива. Многие из них работают на твердом топливе, что требует также и больших затрат труда. Они характеризуются устаревшими конструкциями, отсутствием автоматического регулирования и средств контроля.

Во многих котельных водоподготовка не проводится либо проводится некачественно, что увеличивает расход топлива.

Практически всем теплоэнергетическим предприятиям свойственны следующие недостатки [2]:

- существенный износ всего котельного оборудования (более 80 процентов);

- низкий КПД котлов - от 50 до 55 процентов;

- преобладание встроенных (подвальных) котельных малой производительности, предназначенных для теплоснабжения одного здания;

- некачественный «температурный» график отпуска тепла для отопительных систем с недоотпуском тепла в наиболее холодные периоды года и перегревом помещений в переходные периоды года;

- предельный износ тепловых сетей и сетей горячего водоснабжения, завышенные, как минимум, вдвое потери тепла и воды в тепловых сетях;

- отсутствие средств автоматизации, учета тепла и воды на абонентских вводах;

- завышенный на 30-50 процентов расход сетевой воды, сверхнормативное потребление бытовой горячей воды, температура и качество которой не соответствуют гигиеническим нормам;

- подпитка котлов и тепловых сетей в нарушение действующих норм производится неподготовленной водопроводной водой повышенной жесткости, что обусловливает значительные отложения накипи, в первую очередь на поверхностях нагрева котлов, их перегрев и, как следствие, снижение коэффициента полезного действия и преждевременный выход из строя котельного оборудования.

Известно, что все водогрейные котлы и системы теплоснабжения питаются водой, которая, как правило, содержит растворенные соли кальция и магния, определяющие ее жесткость.

При питании котлов и систем теплоснабжения «жесткой водой» проточная часть труб довольно быстро (иногда в течение нескольких дней) покрывается плотной коркой накипи. Накипь, даже при малой ее толщине, резко снижает передачу тепла и ведет к увеличению расхода топлива (от 25 до 50 процентов).

С целью предотвращения образования накипи на внутренних поверхностях трубопроводов в котлах и тепловых сетях в системе теплового хозяйства области применяются установки стабилизационной обработки подпиточной воды путем ввода в нее комплексонатов.

Несмотря на признание энерго-ресурсосбережения одним из главных приоритетов реформы ЖКХ, практическая реализация этого процесса сдерживается рядом нерешенных проблем. Основной вывод, который может и должен быть сделан из анализа состояния и прогноза теплоснабжения, состоит в том, что необходимы целостная государственная концепция и программа, а также законодательные акты, которые должны определить и утвердить основные направления действий и нормативно-правовую базу развития теплоснабжения и теплофикации на федеральном и региональном уровнях

Таким образом, аварийность на теплосетях в ближайшие 5- 10 лет будет увеличиваться, и пропорционально будут повышаться эксплуатационные расходы эксплуатирующих организаций, что однозначно приведет к соответствующему росту тарифов на теплоснабжение.

Безусловно, газораспределительные сети также не являются идеальными с точки зрения аварийности. Например, по г. Санкт- Петербургу и Ленинградской области за период с 2008 по 2012 год [5] произошло порядка 30 аварий (при этом на теплосетях - порядка тысячи), из них 3 крупные аварии на магистральных газопроводах высокого давления со взрывами и пожарами, а 4 аварии произошли на районных ГРП, в результате которых возникло более 40 пожаров у потребителей, с пострадавшими и погибшими.

Распределительные системы газоснабжения (РСГ) относятся к числу опасных технологических объектов. Принятие обоснованных решений по повышению безопасности и надежности РСГ должно опираться на анализ текущего состояния аварийности распределительных газопроводов, систематизацию и математическую обработку информации по авариям и инцидентам. Этой области уделялось недостаточное внимание по многим причинам (в частности, из-за имевшей место ведомственной разобщенности газораспределительных организаций (ГРО)).

Проблема безопасности и надежности распределительных систем газоснабжения (РСГ) становится более острой в связи с реализацией масштабной программы газификации городов и населенных пунктов, повышением доли населения в потреблении природного газа, а также выходом из строя оборудования, исчерпавшего технический ресурс. Аварии на объектах РСГ зачастую приводят к травматизму и жертвам среди персонала и населения, разрушению зданий и сооружений, ущербам у эксплуатирующих организаций и потребителей.

Разработка систематизированного подхода к проблеме аварийности и безопасности РСГ, учитывающего специфику условий эксплуатации и характер аварий на объектах распределительных систем, проводилась с использованием математических и структурных методов анализа данных. Характеристики аварийности оценивались с помощью рекомендаций математической статистики по материалу, собранному за несколько лет наблюдений.

Проводимые исследования [1, 5] имели следующие цели:

- определение основных причин аварийности - совокупности факторов риска - и их влияния на аварийность, оценка показателей аварийности и их динамики для контроля аварийности, своевременного принятия экономически обоснованных технических решений, в том числе по ремонту и реконструкции сетей, а также по обеспечению бесперебойных поставок газа потребителям или переводу потребителей на резервные виды топлива;

- промышленной безопасности и для выявления факторов риска, приводящих к возникновению опасных для жизни и здоровья людей ситуаций.

Отметим, что подобные исследования проводились для опасных производственных объектов многих отраслей промышленности, в том числе газовой, по системе магистрального транспорта. Однако использованные там методики и полученные результаты нельзя переносить на РСГ, поскольку условия эксплуатации, факторы риска и характер аварий на объектах систем распределения и магистрального транспорта газа существенно различаются. Так, определяющее влияние на аварийность магистральных газопроводов оказывают: дефекты труб, стресс-коррозия (вызывающая в последнее время до двух третей аварий), образование усталостных трещин, антропогенные воздействия и др. Последующий выброс большой массы газа под высоким давлением может сопровождаться взрывом, пожаром, захватывающим значительную территорию и представляющим серьезную опасность для жизни людей, окружающей среды, имущества.

Избыточное давление в распределительных газопроводах существенно меньше, чем в магистральных, и для них характерны иные факторы риска и источники опасности. Параметр потока отказов на РСГ выше, а превалирующими факторами риска являются антропогенные воздействия, инициирующие более 50% всех аварий и инцидентов. И это вполне естественно, т.к. около 70% протяженности газопроводов приходится на населенные пункты и города. С другой стороны, газораспределительные системы представляют собой высокую опасность для населения из-за того, что находятся в непосредственной близости к жилым и производственным зданиям.

Анализ аварийности газовых хозяйств проводился на основе информации об авариях и инцидентах, произошедших за несколько лет в 60 газовых хозяйствах городского, районного, областного и регионального уровней [37]. Статистической обработке подвергались данные примерно по 3000 авариям и инцидентам на наружных газопроводах.

Так, первопричиной коррозионного поражения часто служило низкое качество проведения строительно-монтажных работ. Качество обслуживания распределительных пунктов, а также внешние воздействия на газопроводы существенно влияли на отказы оборудования. Наличие связи между факторами риска необходимо учитывать, чтобы правильно определить причины возникновения инцидентов и наметить соответствующие мероприятия, а также, чтобы избежать дублирования информации при последующих расчетах характеристик аварийности ГРО.

Объекты РСГ и магистрального транспорта газа существенно различаются по причинам аварийности и по интенсивностям отказов. Удельный параметр потока отказов на РСГ более чем на порядок выше

- среднее значение ю по трубопроводам РСГ равно 5,5 отказов на тыс. км в год.

Среднее значение по наружным трубопроводам РСГ равно 5,5 отказа на тыс. км в год, по подземным

- 5,04.

Основными причинами аварий и инцидентов являются:

- на надземных газопроводах - антропогенные воздействия (80%);

- на подземных стальных трубопроводах - наружная коррозия (48%) и антропогенные воздействия

(43%);

- на газорегуляторных пунктах - антропогенные воздействия, природные воздействия, качество технического обслуживания, нарушение правил эксплуатации.

Было выявлено, что при сроке эксплуатации, меньшем 15 лет, коррозионные воздействия проявляются достаточно редко, интенсивность отказов подземных металлических газопроводов из-за коррозии мала. С увеличением срока роль условий эксплуатации существенно увеличивается: у некоторых ГРО все еще продолжается этот период - можно отнести к нормальной эксплуатации, но у других - с очень неблагоприятными условиями эксплуатации - начинается период старения ТП.

Практически при любых условиях предельный срок нормальной эксплуатации составляет около 30 лет. Исключением могут являться очень благоприятные условия эксплуатации, т.е. отсутствие коррози-онно активных грунтов, высокий уровень электрохимической защиты ТП, качественное обслуживание.

Аварийность полиэтиленовых газопроводов в среднем в 7 раз ниже, чем стальных: около 3 инцидентов на 4000 км. Основной причиной является неподверженность полиэтилена коррозии, а также (из-за подземного заложения) малое влияние антропогенных воздействий - наездов автотранспорта и воздействия посторонних лиц.

Таблица 1.

Направления использования показателей аварийности и риска _при проектировании и эксплуатации РСГ_

При эксплуатации При проектировании

1. Использование интегрированных показателей аварийности и риска для сопоставления (ранжирования) - деятельности предприятий (ГРО); - деятельности подразделений одного предприятия; - технического состояния предприятия в целом и технологических объектов (фрагментов структуры) одного предприятия. 1. Сопоставление вариантов проекта по интегрированному показателю риска (по фактору, который не отражает стоимость сооружения объекта).

2. Планирование предупредительных ремонтов (ежегодное и среднесрочное), распределение средств на ремонты между предприятиями холдинга и подразделениями (или объектами) одного предприятия. 2. Корректировка вариантов проекта в сторону уменьшения показателей риска (ведущая, как правило, к удорожанию строительства).

3. То же самое при реконструкции газораспределительной системы. 3.Обоснование (с целью уменьшения риска) нестандартных проектных решений.

4. То же самое при планировании затрат на поддержание безопасности. 4. Выбор структуры РСГ и направления трасс с учетом критериев риска.

5. Использование показателей аварийности и риска как меры для обоснования эксплуатационных затрат. 5. Построение комплексных критериев выбора проектных решений, учитывающих показатели стоимости и безопасности.

6. Обоснование страховых сумм при технологическом и экологическом страховании. 6. Выбор средств и способов контроля за состоянием.

7. Обоснование программ по повышению безопасности. 7. Выбор средств и способов информационного взаимодействия между подразделениями ГРО, а также средств и способов оповещения населения о потенциальной опасности.

8. Выявление наиболее опасных мест системы и их учет при разработке программ технического и экологического мониторинга РСГ

Надежность и безопасность РСГ определяются решениями, принятыми на этапе проектирования, качеством их реализации на этапе строительства, организацией обслуживания и ремонтов на этапе эксплуатации.

Основными критериями выбора служат экономические, однако критерии надежности и безопасности необходимо также принимать во внимание. Высокий уровень надежности и безопасности требует повышения затрат, но тем не менее должен обеспечиваться проектом. Найти компромисс между этими требованиями позволяет наличие достоверной информации по аварийности и ущербам на объектах РСГ и проведение всестороннего статистического анализа полученной совокупности данных.

Несмотря на разнородность информации (а в ряде случаев её невысокую достоверность) статистический анализ и обработка данных позволяют получить комплексную оценку промышленной безопасности предприятия и надежности снабжения потребителей, выявить узкие места и проводить мониторинг состояния газового хозяйства в целом и в отдельных ГРО, сопоставляя их по уровню надежности и промышленной безопасности.

Библиографический список

1.Безопасность России. Безопасность трубопроводного транспорта - М.: МГФ Знание, 2002

2.Жила В.Ф., Маркевич Ю.Д. Анализ перспективных систем теплоснабжения // Мир климата, №4/2010

З.Зайцев А.Р. Пути снижения аварийности на теплотрассах и инженерных сетях предприятий // Строительство

и недвижимость (Минск), №6/2009

4.Ионин А.А. Газоснабжение. - М.: Стройиздат, 1989

5.Карасевич А.М., Сухарев М.Г., и др. Анализ надежности и безопасности распределительных систем газоснабжения по статистическим данным / Обз. инф. - М.: ООО «Газпром медиа», 2009

6.Михайлов В.П. Анализ причин снижения ресурса тепловых сетей // Вестник Минстроя РФ (Юг), №1/2006

ДАНИЛОВА АННА СЕРГЕЕВНА - магистрант, Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Россия.