CC BY
62
УДК 541.13; 681
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В УПРАВЛЕНИИ СИСТЕМАМИ ЗАЩИТЫ ОТ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ
КОРРОЗИИ
В.Н.Лосев1, Ю.А Складнов2,
1ЗАО «Климат проф», 196128, г. Санкт-Петербург, Варшавская ул., д. 2, кор. 1, лит. «Д 2Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики (СПбГУСЭ),
191015, Санкт-Петербург, ул. Кавалергардская, 7
Аннотация - Рассматриваются задачи, решаемые подразделениями организаций, эксплуатирующих инженерные сооружения, а также приемы и особенности их обеспечения методами современных информационных технологий. Показана нецелесообразность создания специализированных инженерно-технических систем (ИТС) для электрохимической защиты. Эти функции должны выполнять штатные ИТС, позволяющие описывать объектный состав систем электрохимической защиты.
Ключевые слова: автоматизированная система управления производством; жилищно-
коммунальное хозяйство; информационно-графическая система; инженерно-техническая система; контрольно-измерительный пункт; капитальный ремонт; система оперативного дистанционного контроля; электрохимическая защита
USE OF INFORMATION TECHNOLOGY IN MANAGEMENT OF THE PROTECTION SYSTEMS AGAINST ELECTROCHEMICAL CORROSION
V.N.Losev, ro.A Skladnov, Joint-Stock Company «the Climate prof», 1196128, St.-Petersburg, the Warsaw street, à. 2, barks. 1, lit. «D» 2St.-Petersburg state university of service and economy (SPbSUSE), 191015, St.-Petersburg, streetKavalergardsky, 7 The summary - The problems solved by divisions of the organizations, maintaining engineering constructions, and also receptions and features of their maintenance Are considered by methods of modern information technology. Inexpediency of creation the specialized technical systems (STS) for electrochemical protection is shown. These functions should carry out regular STS, allowing to describe objective structure of electrochemical protection systems.
Keywords: the automated control system of manufacture; housing and communal services; information-graphic system; technical system; control and measuring point; major repairs; system of operative remote control; electrochemical protection
Электрохимическая коррозия является одной из основных причин выхода из строя элементов инженерно-технической системы (ИТС), особенно т.н. "линейных сооружений" - трубопроводных и кабельных сетей. Для их защиты от данного явления, наряду с разнотипными изолирующими и протекторными покрытиями, еще с конца XIX - начала XX вв. используются различные виды электрохимической защиты (т.е. защитыот электрохимической коррозии) (ЭХЗ). И уже в настоящее время ЭХЗ-системы стали неотъемлемой частью рационально эксплуатируемых подземных металлических сооружений (ПМС).
Массовое внедрение компьютеров и обеспечивающей информационной инфраструктуры, начавшееся в России в 1990-х гг., открыло возможности использования ИТ в подразделениях организаций, эксплуатирующих инженерные сооружения (ОЭИС) для решения производственных задач: инвентаризация материально-
технической части, расчет режимов эксплуатации, диспетчеризация, энергосбыт и т.п. Однако, ИТ-решения в области ЭХЗ, за исключением "штучных" образцов, не получили развития из-за сложностей создания и внедрения (например, по сравнению с гидравлическими задачами, имеющими к
тому же исчерпывающее описание в литературе), а также недостаточного внимания к проблеме защиты ИТС от коррозии вообще.
В настоящей работе описывается круг задач, решаемых подразделениями ОЭИС при использовании ЭХЗ, а также приемы и особенности их обеспечения методами современных ИТ.
Типовая организация, эксплуатирующая ПМС, а также выступающая в качестве заказчика на их проектирование, модернизацию или КР, решает собственными или привлеченными силами многочисленные задачи по защите вверенных объектов от электрохимической коррозии (табл.1).
Хотя среди данных задач есть тривиальные функции (см. Табл. 1, пп. 3, 4, 5), присущие любому строительному (эксплуатационному) предприятию ЖКХ, ведение эффективной деятельности по ЭХЗ ПМС имеет следующие особенности:
1. Обязательно использование топографической информации об окружающем географическом конгломерате для обеспечения пространственной привязки местоположения объектов, событий, явлений (для ОИЭС топоплан обычно требуется только для т.н. "паспортизации").
2. Используются данные об объектах, относящихся к посторонним техническим системам (для других производственных задач сведения о близлежащих коммуникациях обычно малосущественны).
3. Используются данные о природных и искусственных нестационарных пространственно-распределенных физических характеристиках (наибольшее количество используемых параметров, описывающих воздействие окружающей среды на наблюдаемую техническую систему).
4. Так как в качестве достоверного критерия эффективности мероприятий ЭХЗ ПМС может выступать только показатель издержек на эксплуатацию ПМС, на Таблица 1 - Примерный перечень задач по защите
который влияют два взаимно противоположных процесса (явное увеличение издержек вследствие применения ЭХЗ и неявное уменьшение издержек вследствие уменьшения повреждаемости защищенных коммуникаций), задачи ЭХЗ и повреждаемости методически НЕРАЗДЕЛИМЫ.
В работе [2] описаны объекты системы оперативного дистанционного контроля (СОДК), встречающиеся при оборудовании только одного класса коммуникаций - теплопроводов из конструктивных элементов типа "труба в трубе". Хотя в табл. 1 СОДК не упомянута, ее обслуживание вполне возможно именно подразделениями ЭХЗ, т.к.:
1. принципиально не отличается от эксплуатации обычных контрольноизмерительных пунктов (КИПов) ЭХЗ;
2. СОДК, как еще один косвенный источник информации о состоянии коммуникаций должен учитываться при планировании ЭХЗ.
Очевидно, что задачи ЭХЗ ПМС неразрывно связанны с задачами повреждаемости ПМС и вместе характеризуются наивысшей информационной насыщенностью.
Как уже отмечалось ранее [1], в настоящее время оптимальное информационное обеспечение производственной деятельности ОЭИС достигается внедрением автоматизированной системы управления производством (АСУП) на основе информационно-графической системы (ИГС).
Базовым элементом ИГС любой является система паспортизации (учета, инвентаризации) сооружений и технических устройств (объектов), а также их совокупностей, позволяющая вводить, хранить, редактировать и анализировать информацию о группировке объектов ИТС предопределенных типов, сочетая преимущества централизованного хранения данных с возможностями многопользовательской работы с актуальными сведениями.
объектов от электрохимической коррозии
№ пп. Наименование Примечание
1 2 3
1. Изыскательские работы
1.1. Физико-химическое исследование грунтов в районах размещения существующих и проектируемых коммуникаций - анализ химического состава грунтов для определения количественных значений параметров, определяющих их коррозионную активность; - анализ физико-механических свойств грунтов для определения условий работы внешних слоев оболочек труб (кабелей) при их бесканальной прокладке; - анализ фильтрационных свойств грунтов; - классифицирование грунтов;
1.2. Физико-химическое исследование грунтовых вод в районах размещения существующих и проектируемых коммуникаций анализ химического состава грунтовых вод для определения количественных значений параметров, определяющих их коррозионную активность;
1.3 Микробиологическое исследование грунтов (грунтовых вод) в районах размещения существующих и проектируемых коммуникаций анализ состава почвенных культур микроорганизмов на предмет выявления опасности биологической коррозии;
1.4. Гидрологическое исследование в районах размещения существующих и проектируемых коммуникаций проведение периодических замеров уровней грунтовых вод в течение годовых циклов;
1.5. Электрометрическая разведка в районах размещения существующих и проектируемых коммуникаций а) получение данных для определения пространственных распределений: - зон действия "блуждающих" токов (вследствие функционирования транспортных коммуникаций электрифицированного транспорта); - зон действия токов "утечки" (от разнотипного электрооборудования, выполненного с отступлениями от НД и (или) функционирующего в нерасчетных режимах); б) выявление источников электрических полей; в) измерение электрических параметров объектов; г) определение электрического взаимовлияния коммуникаций;
1.6. Теплофизическая разведка в районах размещения существующих коммуникаций (для паро- и теплопроводных систем) съемка местности в инфракрасной области спектра для выявления тепловых аномалий;
1.7. Сбор и систематизация информации о составе и характеристиках сторонних коммуникаций, сооружений и устройств в районах размещения существующих и проектируемых коммуникаций; особенно сторонних средств ЭХЗ, как наиболее потенциально опасных в случае несогласованной работы;
1.8. Сбор и систематизация информации о коррозионном состоянии (в т.ч. состоянии изолирующих покрытий) и повреждениях элемен- - шурфовое обследование; - дистанционные измерения; - изучение поврежденных элементов и опытных образцов;
тов линейных (и узловых) сооружений коммуникаций;
2. Проектные задачи
2.1. Предпроектный анализ и создание технико-экономических обоснований по применению соответствующих методов ЭХЗ - анализ коррозионной обстановки в районе размещения по данным изысканий и сторонних источников; - шурфовое обследование (в случае существующих коммуникаций); - сравнительный анализ допустимых вариантов систем ЭХЗ (с использованием или без использования методов структурной и параметрической оптимизации);
2.2. Проектирование и оформление проектно-строительной документации (ПСД) на утвержденный вариант ЭХЗ - проведение натурных экспериментов (т.н. "опытная защита"); - параметрическая оптимизация элементов ЭХЗ и режимов их работы; - разработка рабочих чертежей в соответствии с рекомендованными типовыми конструкциями;
3. Строительно-монтажные работы
Строительно-монтажные работы: в соответствии с разработанной и утвержденной ПСД производится строительство (модернизация, реконструкция) устройств ЭХЗ соответствующих видов (катодные, дренажные, протекторные УЗ; электрические выравнивающие перемычки; обеспечивающая инфраструктура: КИПы, линии электропитания и т.п.).
4. Пусконаладочные работы
Пусконаладочные работы: в соответствии с разработанной и утвержденной ПСД производятся наладка устройств, допускающих регулирование и приведение характерных параметров системы к расчетным значениям.
5. Эксплуатационное обслуживание устройств ЭХЗ
5.1. Ведение исполнительной документации устройств ЭХЗ в состав документации включаются сведения: - непосредственно по устройствам ЭХЗ; - по защищаемым инженерным сооружениям; - по окружению в районе размещения; - по проведенным измерениям и мероприятиям;
5.2. Планирование эксплуатационного обслуживания устройств ЭХЗ разработка производственных планов организационнотехнических мероприятий, направленных на поддержание работоспособности устройств ЭХЗ;
5.3. Исполнение мероприятий эксплуатационного обслуживания устройств ЭХЗ - наблюдение за техническим состоянием устройств ЭХЗ; - наблюдение за параметрами работы устройств ЭХЗ; - проведение плановых (внеплановых) ремонтных и ремонтно-восстановительных работ;
6. Консалтинг и дополнительные задачи
6.1. Ведение ведомственных специализированных топографических планов наблюдаемых районов - план ЭХЗ-инфраструктуры и ИТС (по крайней мере, в пределах расчетных защитных зон); - карта грунтов; - гидрологическая карта; - электрометрическая карта; - карта повреждений линейных сооружений;
6.2. Разработка рекомендаций по развитию сети инженерных коммуникаций ранжирование местностей по коррозионной опасности; рекомендации по уменьшению коррозионной опасности на критически важных участках местности;
6.3. Испытания и апробация новых методов и устройств ЭХЗ
Логическим продолжением развития ИС является реализация функций учета (журналирования, протоколирования) событий - как производственнотехнических мероприятий (т.е. работ), так и сопутствующих непосредственно или косвенно регистрируемых фактов количественного измерения (или качественной фиксации) хронологических изменений значений параметров объектов или изменения объектного состава.Если полагать, что объектный состав, описывающий ИТС некоторой ОЭИС уже сформирован и "паспортизация" с использованием ИГС ведется, то, в соответствии с методической целесообразностью и с ранжируя по возрастанию трудоемкости, внедрение задач ЭХЗ может протекать в следующей последовательности:
1) "Паспортизация" (инвентаризация) сооружений и устройств ЭХЗ и обеспечивающей инфраструктуры (КИПы, электропитание, телеметрия и т.п.).
2) "Паспортизация" (инвентаризация) объектов, расположение и характеристики которых определяются в ходе выполнения изыскательских задач (см. табл. 1, п.1):
a) инженерных коммуникаций, тип которых отличен от коммуникаций ОЭИС, владеющей данной ИГС;
b) коммуникаций и обеспечивающей инфраструктуры электрического транспорта;
c) специальных сущностей (точки проведения измерений параметров окружающей среды, точки расположения дефектов, зоны действия физических факторов и т.д.);
3) Журналирование хронологических событий;
4) Прикладные задачи расчета параметров работы ЭХЗ-устройств (с или без оптимизации):
а) расчет режима работы одиночной протекторной УЗ;
b) расчет режима работы одиночной катодной УЗ;
c) расчет режима работы одиночной дренажной УЗ;
ё) расчет режимов работы группировки устройств произвольного состава;
5) Прикладные задачи расчета параметров работы ЭХЗ-устройств (с или без оптимизации) с использованием корректирующей информации (введение поправок, получаемых по измерениям на местности);
6) Совместное проектирование коммуникаций ИТС и ЭХЗ-защиты с оптимизацией по критерию суммарных издержек за указанный период;
7) Задачи прогнозирования повреждаемости, см. [1].
Если придерживаться объектнособытийного подхода к моделированию [1], выявление требуемых типов объектов и их описание обычно не представляет трудностей.
В качестве иллюстрации (рис. 1) представлен один из простейших случаев ЭХЗ: т.н. протекторная УЗ (из 8-ми протекторов, выведенных на общий контактный вывод, от которого проложен дренажный кабель к Т1 теплопровода; Т1 и Т2 соединены электрической выравнивающей перемычкой; около перемычки на Т1 установлен КИП).
N
N
\
Ч
Рисунок 1 - Пример графического представления протекторной УЗ
Принципиальная схема протекторной УЗ представлена на рис. 2.
В целом, введение в ИГС объектного состава систем ЭХЗ ничем не отличается от проблем, решаемых при работе с самими коммуникациями. Также, как и для кабельных и трубопроводных систем, объекты ЭХЗ рассматриваются как элементы математического графа, иначе точно также невозможно решать какие-либо задачи на электрических цепях ЭХЗ.
/~ контрол ЬНО-/ измерительная колонка
Рисунок 2 - Принципиальная схема протекторной УЗ
Относительно расчетных алгоритмов для определения эксплуатационных параметров устройств ЭХЗ авторы пока не смогли прийти к удовлетворительным для себя результатам. Методики, приведенные в различной НД и достоверные для магистральных сооружений, для случаев разветвленных конгломератов городских коммуникаций разных видов не выдерживают критики, хотя бы и были "высочайше утвержденными". С другой стороны, численные расчеты 3-х мерной модели электрического поля сейчас представляются бессмысленными, т.к. граничные и внутренние условия расчетных областей не удастся ввести с нужной точностью из-за
недостатка информации. Ведется работа над "промежуточными" по сложности решениями.
Значительный перечень задач, решаемых в идеальном случае организацией, осуществляющей ЭХЗ, показывает, что такая производственная деятельность просто невозможна без использования ИТ-инструментария (работающее, хотя и неполное, решение, упомянутое во Введении, это только подтверждает). Ввиду нецелесообразности создания специализированных ИТС для ЭХЗ, функции, позволяющие описывать объектный состав ЭХЗ-систем, учитывать связанные с ними события и производить прикладные расчеты, должны только дополнять возможности штатных ИТС ОЭИС. Разумеется, без инвентаризации коммуникаций и организации системы изыскательских работ, деятельность по ЭХЗ превращается в профанацию и никакие ИТ-решения не могут изменить положения.
Литература
1. Лосев В.Н., Стрелова М.Д., Верховский Д.Д. Информационное обеспечение задач повреждаемости территориально распределенных инженернотехнических систем // Энергонадзор-информ, № 1, 2002, СПб. - с. 21...23;
2. Лосев В.Н., Радько А.А., Стрелова М.Д. и др. Вопросы построения информационных моделей теплораспределительных систем с учетом новых проектно-технических решений // Энергонадзор-информ, № 3, 2002, СПб. - с. 28.29.
1 Лосев Владимир Николаевич, старший системный администратор ЗАО «Климат проф», Тел. (812) 327-12-00, Е-mail: info(a),klimat-prof.rii
2 Складное Юрий Алексеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Сервис торгового оборудования и бытовой техники» СПбГУСЭ, тел.: (812) 3684289, E-mail:[email protected]
