CC BY
31УДК 628.49: 697.334
ТИПИЗАЦИЯ ОТКАЗОВ ГОРОДСКИХ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
Пашенцева Л. В.1
Академия строительства и архитектуры (структурное подразделение) ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского», 295493 РК г. Симферополь, у. Киевская, 181 E-mail: larl 11 isa@mail.ru
Аннотация. Представлена структурно-логическая схема типизации отказов тепловых сетей с выделением трех групп отказов (трубопроводы, трубопроводная арматура, прочие). Проведено распределение отказов на тепловых сетях Крыма за период2010-2016 гг. с выделением приоритетных причин отказов: коррозия труб, разрыв сварных швов, гидравлическийудар, механические повреждения, нарушение соосности труб, поломка трубопроводной арматуры, влияние смещения почвы, строительный брак. Установлены приоритетные виды отказов тепловых сетей гг. Симферополь, Евпатория, Керчь, Ялта.
Ключевые слова: тепловая сеть, отказ, коррозия труб, гидравлический удар, механические повреждения.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время физический износ городских тепловых сетей (ГТС) Крыма оценивается в 68-73% [4, с. 98], что приводит к возникновению аварийных ситуаций, утечкам теплоносителя, увеличению затрат на
восстановление работоспособности, нарушению гидравлической устойчивости и снижению рентабельности предприятий, эксплуатирующих тепловые сети. При этом своевременное выявление дефектов в конструкциях данных сетей позволяет провести мероприятия по предупреждению аварий в отопительный период. При обследовании трубопроводов и объектов ГТС проверяется возможность продления периода нормальной эксплуатации. В процессе эксплуатации тепловых сетей периодически контролируется их техническое состояние с целью своевременного обнаружения дефектов и выполнения комплекса мероприятий. Их функциональное предназначение может быть нарушено в результате разного рода повреждений, типизация которых позволит структурировать отказы тепловых сетей с последующей разработкой мероприятий по их предупреждению.
ЦЕЛЬ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Целью исследования является разработка типизации отказов тепловых сетей Крыма для достижения, которой решены задачи: проведено распределение отказов на тепловых сетях Крыма за период 2010-2016 гг., представлена структурно-логическая схема отказов на тепловых сетях, проанализированы и выявлены приоритетные виды
отказов на тепловых сетях гг. Евпатория, Керчь, Симферополь, Ялта.
АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИЙ
Вопросам исследования технического состояния тепловых сетей посвящены работы многих российских ученых Так А.Р. Арефьев акцентирует внимание на необходимости наличия информации об отказах тепловых сетей в течение отопительного сезона, что позволит получить объективные оценки их работоспособности [1, с. 23-31]. Однако оценка работоспособности не учитывает данные об отказах в весенне-летний период, что заставляет усомниться в ее объективности.
Исследованию причин, приводящих к отказам на тепловых сетях, посвящены работы Е.Н. Богдановича, в которых проводится детальный анализ возникновения аварийных ситуаций на стадии эксплуатации [2]. Здесь основное внимание уделяется раскрытию особенностей протекания внутренней и наружной коррозии труб тепловых сетей. При этом не достаточно уделено внимания изучению причин возникновения гидравлического удара, особенностям согласования работы тепловой сети и насосно-силового оборудования.
Систематизации факторов, способствующих накоплению негативных эффектов и проявлению отказов на тепловых сетях, посвящены работы О. Е. Данилова, в которых представлена характеристика технических и эксплуатационных факторов [3, с. 41-61]. Однако в них в не полной мере представлена увязка факторов с причинами, что не позволяет установить приоритетность определенного фактора в возникновении аварий.
Проведению дифференциации аварийных ситуаций на тепловых сетях по масштабу последствий посвящены работы А. В. Колобова, в которых сделан акцент на определение экономического ущерба в зависимости от сложности отказа [5, с. 87-99]. Исследования проведены на примере тепловых сетей, обслуживающих жилые микрорайоны в крупных городах (50 тыс. чел.). При этом отказ взят за факт проявления негативного эффекта без раскрытия причин и установления приоритетного вида отказа. Как видим в научной литературе ведется дискуссия относительно рассмотрения отказов на городских тепловых сетях и причин их возникновения. На взгляд автора в основе изучения и оценки технического состояния тепловых сетей находится объективная статистическая база, представленная в абсолютном выражении с распределением в периоде времени. Такой подход позволит систематизировать информационный массив, выявить преобладающие виды отказов и разработать мероприятия по их минимизации.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Применен аналитический метод исследования отказов тепловых сетей на основе сбора и обработки информации об аварийных ситуациях, имевших место на данных сетях в наиболее представительных городах Крыма.
Таблица 1.Распределение отказов на городских тепловых сетях Республики Крым
Годы Отказы в общем, шт. Причины возникновения отказов
А Б В Г Д Е Ж
2010 1793 621 347 171 281 121 168 84
2011 1808 742 321 182 239 101 134 89
2012 1835 773 302 164 249 119 149 79
2013 1932 781 349 172 284 108 164 74
2014 1904 829 359 161 225 114 132 84
2015 1955 841 372 157 261 122 124 78
2016 1935 859 367 151 234 114 121 89
Всего 13162 5446 2417 1158 1773 799 992 577
% 41,38 18,36 8,79 13,47 6,08 7,53 4,39
Место в рейтинге 1 2 4 3 6 5 7
где А - коррозия труб; Б - разрыв сварныхшвов; В поломка трубопроводной арматуры; Е - влияние - гидравлический удар; Г - механические смещения почвы; Ж - строительный брак.
повреждения, нарушение соосности труб; Д -
Применение регистрационных карточек отказов тепловых сетей позволило собрать и систематизировать данные об отказах, имевших место на городских тепловых сетях Крыма за период 2010-2016 гг. Для этого была использована информация от региональных объединений «Теплокоммунэнерго» и данные Республиканского комитета жилищно-коммунального хозяйства Крыма. Вся информация детально проанализирована и в дальнейшем в анализе использовались отказы, имеющие случайный характер, что подчеркивает их принадлежность к периоду нормальной эксплуатации городских тепловых сетей. Кроме того, была проведена идентификация между отказами и дефектами, что позволило окончательно принять решение относительно реального количества отказов. Те отказы, которые явились следствием низкой квалификации персонала, не были включены в общий перечень отказов, так как их можно исключить в дальнейшем проведением программ по повышению уровня квалификации персонала. Также для проведения систематизации был использован количественный подход, что позволило провести распределение отказов не только во времени, но и по причинам возникновения (табл. 1.).
Основной причиной отказов ГТС по рейтинговой оценке является коррозия труб (41,38%), что можно объяснить наличием ионов С1-, SО4 -2 в почве и грунтовых водах, неудовлетворительным состоянием изоляционного покрытия стальных труб. Кроме того, 75-82% сетей теплоснабжения Крыма эксплуатируются более 3540 лет и им необходим капитальный ремонт, что проблематично в условиях недостатка финансирования. Изношенность ГТС оценивается 60-67% и может наступить такой момент, когда они не смогут выполнять свои функции по причине наступления отказов на магистральных и распределительных трубопроводах Разрыв сварных швов (18,36%) является причиной, по которой наблюдаются отказы на трубопроводах тепловых сетей диаметром более 250 мм. Это можно объяснить тем, что при выполнении сварныхработ не всегда можно обеспечить провар металла с обеих сторон (внутренней и внешней стороны трубы). Известно, что некачественный сварной шов может стать причиной аварийной ситуации на участке трубопровода при изменении давления в нем на 0,25 - 0,30 Па.
Трубопроводы городских тепловых сетей, расположенные в жилых микрорайонах находятся в зоне влияния городского автотранспорта. Они находятся под их воздействием, что приводит к нарушению соосности труб, смещению и изгибу. Также они могут пересекать другие инженерные коммуникации и сооружения, автомобильные
дороги и трамвайные пути, что приводит к влиянию на них блуждающих токов. Поэтому отказы ГТС по причине
механического повреждения, что оценивается в (13,47%) для Крыма является значимыми.
Особенностью территориального
расположения крымского полуострова является то, что он является
конечной точкой поставки газа. Поэтому очень часто давление в сети газопроводов значительно изменяется, особенно в зимний период времени (отопительный). Те жилые микрорайоны, которые имеют конечное размещение тепловых сетей, находятся под угрозой недопоставки газа в пункты подачи теплоносителя. Это приводит к изменению режима работы ГТС с корректировкой мероприятий по выходу на проектную мощность ее работы. Именно постепенное и последовательное достижение этой мощности не всегда удается достигнуть без отказов и аварийных ситуаций. Поэтому может быть спровоцирована ситуация,
проводящая к гидравлическому удару, который возникает по причине значительных изменений давления в теплопроводе (от 0 до рабочего), быстрым закрытием задвижек на магистральных и распределительных трубопроводах, внезапной остановкой сетевого насоса, а также его пуском при открытом затворе. На отказы по причине гидравлического удара приходится 8,79%, что занимает четверное место по рейтингу.
Необходимо отметить, что значительные территории Крыма находятся под воздействием оползневых процессов, подразделяемые на активные и пассивные, периодически и постоянно действующие. Район южного берега Крыма находится под влиянием активно и постоянно действующих оползней, в зону влияния которых попадают тепловые сети. Своевременное проведение гидрогеологических исследований может предоставить объективную информацию о состоянии территории в текущий период времени и способствовать разработке прогноза изменения ситуации. Именно это является приоритетным в разработке дальнейшихпланов эксплуатации ГТС, что позволит сэкономить значительные финансовые ресурсы с последующим направлением их на участки теплопроводов, непосредственно требующих немедленного проведения работ по укреплению почвогрунтов. На отказы по причине смещения почвогрунтов приходится 7,53%, что соответствует пятой позиции в рейтинговой оценке.
Правила эксплуатации систем
теплоснабжения требуют своевременного проведения технического осмотра, для чего установлены обязательные сроки его проведения для разных элементов ГТС. Однако в большинстве случаев он проводится формально и в документах отражается необъективная информация. Это относится и к трубопроводной арматуре срок нормальной эксплуатации, которой при условии выполнения всех необходимых мероприятий, составляет десятки лет. Именно этот факт привел к тому, что ее обслуживанию уделяется незначительно внимания, что способствовало росту отказов задвижек, регуляторов давления, составляющие 6,08% (шестой ранг по рейтинговой оценке).
Проведение текущего ремонта по ликвидации отказов должно осуществляться с проверкой качества проведенных работ. Это может минимизировать случаи, когда ремонтные работы не ликвидировали отказ, а создали прецедент постепенного развития скрытого отказа и дефектов.
Именно такой подход проведения ремонтныхработ привел к росту отказов по причине строительного брака (4,39%), что соответствует седьмому рангу по рейтинговой оценке. Поэтому принимая во
внимание выше указанное можно предложить типизацию отказов городских тепловых сетей Крыма (рис.1).
Рис. 1. Типизация отказов городских тепловых сетей Крыма
Влияние смещения грунта 8,91
Строительный брак 9,10
Поломка трубопроводной арматуры 7,81
Механические повреждения 16,18
ГуЛ уЛ уЛ уЛ
Гидравлический удар 9,81
Коррозия труб 27,18
Разрыв сварных швов 21,01
Рис. 2. Распределение отказов на тепловых сетях в г. Симферополь 2010-2016 г.г.
Однако необходимо отметить, что это является авторским видением, которое основывается на результатах анализа отказов ГТС Республики Крым. Кроме того считаю, что она может быть дополнена при наличии результатов более детального анализа, который охватывает больший период наблюдений. Однако предложенная типизация охватывает основные виды отказов, которые характерны практически для всех тепловых сетей Крыма.
Анализ отказов ГТС по городам Крыма позволил выявить те из них, где причины отказов
непосредственно связаны с эксплуатацией и перегрузкой. Это направлено на то, чтобы из информационного массива отказов на ГТС осуществить выборку преобладающих видов отказов и сосредоточить внимание на их ликвидации, и разработке мероприятий внедрение, которых позволит устранить отказы при дальнейшей эксплуатации тепловых сетей. Основными причинами отказов на ГТС г. Симферополь является коррозия (27,18%), разрыв сварных швов труб (21,01%), механические повреждения (16,18%) (рис. 2).
Существенным является процент отказов по причине некачественного монтажа сварных швов,
что можно объяснить применением в городе бесшовных горячекатанных труб, монтируемых между собой способом электро- или газосварки. Прочность шва ослабляется в результате «непровара» металла, образования пустот, попадания в шов неметаллических элементов. Так при анализе 38 случаев отказов по причине разрыва швов теплопроводов было выявлено 53,73% попаданий в него неметаллических элементов, что свидетельствует о прямом нарушении правил проведения сварочных работ. Также высокий процент составляет нарушение соосности трубопроводов систем теплоснабжения, что является следствием действия механического воздействия автотранспорта. В городе Симферополь большинство магистральных теплопроводов расположено под автодорогами, которые находятся под постоянным воздействием автотранспорта 15-19 час. в день. Кроме того, в летний период возрастает интенсивность движения по разным оценкам в 2,25-3,25 раз [6, с. 81]. Следствием этого является рост отказов городских тепловых сетей по этой причине непосредственно в летний период времени. Так, если в 2010 г. доля таких отказов составляла 17,23%, то в 2016 г. уже 24,21% [8, с. 68]. Поэтому, сегодня в городе достаточно сложная ситуация, которая настоятельно требует разработки и внедрения комплексной программы перенаправления движения автотранспорта с целью снижения нагрузки на подземные магистральные и распределительные теплопроводы. Это нужно
осуществить, так как в городе 72-77 % всех тепловых сетей построены еще в советский период развития Крыма и они, в настоящее время, не выдерживают нагрузки по причине их изношенности и воздействия внешних факторов.
Основными причинами отказов на тепловых сетях г. Евпатория является разрыв сварных швов (28,31%), коррозия труб (23,89%), механические повреждения (23,10%) (рис. 3.). В городе применяются бесшовные горячекатанные и электросварные прямошовные трубы со спиральным швом. Однако качество выполнения сварного шва является слабым местом в строительстве и ремонте тепловых сетей. Анализ 32 случаев наступления отказов на городских тепловых сетях по причине нарушения прочности шва позволил выявить распределение характеристики:
1.«Непровар» металла -26,29 %.
2. Образование пустот— 51,23%.
3. Попадание неметаллических элементов -22,48%.
Это свидетельствует о том, что проведение сварочных работ осуществляется с нарушением существующей технологи, что выражается в значительных перерывах во времени при проведении работ. За это время металл успевает остыть, а продолжение работ с остывшим металлом приводит к возникновению пустот в виде налета мелких пузырей.
Влияние смещения грунта 2,11
Поломка трубопроводе»] арматуры 4,81
Механические повреждения 23,1
Строительный брак 6,60
Коррозия труб 23,89
Гидравлический удар 11,18
Разрыв '-сварных швов 28,31
Рис. 3. Распределение отказов на тепловых сетях в г. Евпатория в 2010-2016 г.г.
Также имеет значительный процент коррозия поверхности трубопроводов, где коррозия
внутренней поверхности труб превышает внешнюю. Как известно г. Евпатория находится в
конечной точке поставки газа, а значительные колебания давления в сетях газоснабжения приводят к нарушению режима нормальной работы городских систем теплоснабжения. В этом случае возможно отключение жилых микрорайонов и перевод ГТС на периодический режим работы с последующим пуском и обеспечением требуемых параметров. Это приводит к тому, что на дне труб после сброса теплоносителя остаются продукты коррозионного процесса, вымываемые после запуска системы теплоснабжения, что приводит к образованию свищей. Поэтому в настоящее время для города первоочередным заданием является обеспечение непрерывности подачи газа с необходимым давлением, что позволит поддерживать нормальный режим
функционирования систем теплоснабжения города.
Основными причинами отказов на городских тепловых сетях г. Керчь является разрыв сварных швов (23,11%), коррозия труб (19,17%), гидравлический удар (14,73%) (рис. 4.). В этом городе, в отличие от гг. Симферополь, Евпатория, основной причиной отказов является «непровар» метала стыков труб при проведении ремонтных работ. Это можно объяснить применением труб с разной толщиной стенки, что приводит к «эффекту сползания метала», т.е. металл не удается разогреть до одинаковой температуры с обеих сторон шва, что вынуждает проводить дополнительный разогрев металла в результате, чего шов становится рыхлым [7, с. 23].
Строительный брак 14,00
Влияние смещения грунта 3,09
Поломка трубопроводной арматуры 13,11
Коррозия труб 19,17
Механические повреждения 12,79
Разрыв сварных швов 23,11
Гидравлический удар 14,73
Рис. 4. Распределение отказов на тепловых сетях в г. Керчь 2010-2016 г.г.
При этом даже незначительная механическая нагрузка или изменение гидравлического режима приводят к образованию деформаций и свищей. При анализе 24 случаев отказов по причине разрыва сварных швов 58,24% произошло при «непроваре» металла. Необходимо отметить наличие значительного процента отказа тепловых сетей города при изменении гидравлического режима, что происходит вследствие существенных изменений давления в ГТС при транспортировке теплоносителя. Причем изменение режима может наблюдаться 2-3 раза в течение квартала, что является следствием нарушения режима энергоснабжения.
Основными причинами отказов городских тепловых сетей г. Ялта являются коррозия труб (19,11%), влияние смещения почвогрунтов
(18,43%), разрыв сварных швов (18,21%) (рис.5 ). Территория города находится в зоне влияния оползней, что накладывает определенный отпечаток на режим работы данных сетей. Атмосферные осадки при значительном уклоне местности могут привести к насыщению и смещению почвогрунтов с размещенными на них инженерными коммуникациями. Поэтому сегодня уделяется внимание проведению работ по укреплению опасныхучастков как в самом городе, так и его прибрежных окрестностях За исследуемый период 2010-2016 гг. отказы на тепловых сетях г. Ялта характеризуются комплексным характером, т.е влияние атмосферных осадков усиливает развитие коррозионного процесса внешних стенок труб в агрессивной среде почвогрунтов при наличии ионов С1- .
Строительный брак 2,49
Влияние смещения грунта 18,43
Поломка _
трубопроводной арматуры 7,61
Механические повреждения 16,34
Коррозия труб 19,11
Разрыв -сварных швов 18,21
Гидравлический удар 17,81
Рис. 5. Распределение отказов на тепловых сетях в г. Ялта в 2010-2016 г.г.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Проведенный анализ отказов на тепловых сетях в городах Крыма позволил установить основные причины возникновения аварийных ситуаций: разрыв сварных швов (18,36 %), коррозия труб (41,38 %), механические повреждения и нарушение соосности труб (13,47%), гидравлический удар (8,79 %), поломка трубопроводной арматуры (6,08%), влияние смещения почвогрунтов (7,53%), строительный брак (4,39%).
ВЫВОДЫ
1. Установлена типизация отказов тепловых сетей с выявлением преобладающих видов отказов
- коррозия труб, разрыв сварных швов.
2. Разработана структурно-логическая схема отказов тепловых сетей, объединенных в три группы: отказы труб, отказы трубопроводной арматуры, прочие отказы.
3. Основными причинами отказов на городских тепловых сетях являются:
- г. Симферополь: коррозия труб, разрыв сварных швов труб, механические повреждения;
- г. Евпатория: разрыв сварных швов, коррозия труб, механические повреждения;
- г. Керчь: разрыв сварныхшвов, коррозия труб, гидравлический удар;
- г. Ялта: коррозия труб, влияние смещения почвогрунтов, разрыв сварных швов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Арефьев А.Р. Организация эксплуатации систем теплоснабжения : монография / А.Р. Арефьев. - Казань.: Итиль, 2011. - 212 с.
2. Богданович Е.Н. Оценка эффективности систем теплоснабжения / Е.Н. Богданович // СОК. -№ 1, 2014. - С. 17-27 с.
3. Данилов О.Е. Особенности работы объектов теплоэнергетики: монография / О.Е. Данилов. -Симферополь.: Салгир, 2013. -200 с.
4. Жданов П.Р. Городские системы энергосбережения: монография / П.Р. Жданов. -Спб: Научная мысль, 2016. - 198 с.
5. Колобов А.В. Наладка систем теплоснабжения : монография / А.В. Колобов -Псков.: Научное обозрение, 2014. - 188 с.
6. Леонтьев А.Р. Крым - курорт: монография / А.Р. Леонтьев. - Ялта.: СПР, 2016. - 288 с.
7.Пашенцев А.И. Технические императивы обеспечения эксплуатационной надежности городских систем теплоснабжения: монография /А.И Пашенцев, Л.В. Пашенцева, А.А. Гармидер. - Симферополь, КФУ им. В.И. Вернадского, 2017. - 120 с.
8. Пашенцев А.И. Особенности теории надежности систем теплоснабжения /А.И. Пашенцев. Л.В. Пашенцева, А.А. Гармидер /Информационные технологии в науке нового времени.- Сб. ст. межд.науч.- практ. конф. - 2017.-часть.- С.68-70
REFERENCES
1. Arefiev, A. R. the Organization and operation of heating systems : monograph / A. R. Aref. - Kazan.: ITIL, 2011. - 212 p.
2. Bogdanovich E. N. Evaluation of the efficiency of heat supply systems / EN. Bogdanovich / / SOK. -No. 1, 2014. - S. S. 17-27
3. Danilov O. E. Features of the objects of heat power engineering: monograph / O. E. Danilov. -Simferopol.: Salgir, 2013. -200 C.
4. Zhdanov p. R. Urban energy-saving systems: monograph / p. R. Zhdanov. - SPb: Scientific thought, 2016. - 198 p.
5. Kolobov A.V. Adjustment of heat supply systems: monograph / A.V. Kolobov - Pskov.: Scientific review, 2014. - 188 p.
6. Leontyev A. R. Crimea-resort: monograph / A. R. Leontyev. - Yalta.: JWP, 2016. - 288 p.
7.Pashentsev A. I. Technical imperatives of ensuring the operational reliability of an urban heating systems: monograph /A. I. pashentsev, L. V. Pashentseva, A. A. Garmider. - Simferopol, Kazan Federal University im. V. I. Vernadsky, 2017. - 120 p.
8. Pashentsev A. I. Features of the theory of reliability of heat supply systems /AI]. L. V. Pashentseva, A. A. Garmider / Information technologies in modern science.- Sat. St. int.science.-prakt. Conf. - 2017.- part.- P. 68-70
TYPICAL FACILITIES OF CITY THERMAL NETWORKS Pashentseva L.V.
Summary The structural and logical plan of refusals typification of thermal networks with allocation of three groups ofrefusals is submitted (pipelines, pipeline fittings, other). The distribution ofrefusals on thermal networks in the Crimea during 2010-2016 is carried out. The priority causes of failures are allocated: corrosion of pipes, rupture of welded seams, water hammer, mechanical damages, violation of coaxiality of pipes, breakage of pipeline fittings, influence of the soil displacement, construction defects. The priority types of refusals of thermal networks in Simferopol, Yevpatoriya, Kerch, Yalta are established.
Keywords: thermal network, refusal, corrosion of pipes, water hammer, mechanical damages.
