Способы снижения потерь энергии в тепловых сетях

Должны быть созданы стимулы и критерии для персонала. Сегодняшняя задача аварийной службы: приехать, раскопать, залатать, засыпать, уехать. Введение только одного критерия оценки деятельности - отсутствие повторных разрытий, сразу кардинально изменяет ситуацию (разрывы происходят в местах наиболее опасного сочетания коррозионных факторов и к замененным локальным участкам теплосети должны предъявляться повышенные требования в части защиты от коррозии). Сразу появится диагностическая аппаратура, появится понимание, что если эта теплотрасса затоплена, надо ее осушить, а если труба гнилая, то аварийная служба первая будет доказывать, что участок сети надо менять.

Можно создать систему, при которой тепловая сеть, на которой произошел разрыв, будет считаться как бы «больной» и поступать на лечение в службу ремонта, как в больницу. После «лечения» она будет возвращаться в эксплуатационную службу с восстановленным ресурсом.

Очень важны экономические стимулы и для эксплуатационного персонала. 10-20% экономии от снижения потерь с утечками (при соблюдении нормы жесткости сетевой воды) выплачиваемые персоналу срабатывает лучше всяких внешних инвестиций. Одновременно из-за уменьшения числа подтопленных участков снижаются потери через изоляцию и увеличивается срок службы сетей.

Обычно тепловая энергия, переданная в котельной теплоносителю, поступает в теплотрассу и следует на объекты потребителей. Величина КПД данного участка определяется следующим:

- КПД сетевых насосов, обеспечивающих движение теплоносителя по теплотрассе;

- потерями тепловой энергии, связанными с правильностью распределения тепла между объектами-потребителями, т.н. гидравлической настроенностью теплотрассы;

- периодически возникающими во время аварийных и нештатных ситуаций утечками теплоносителя;

- потерями тепловой энергии по длине теплотрасс, связанными со способом укладки и изоляции трубопроводов.

При разумно спроектированной и гидравлически налаженной системе теплотрасс, удаление конечного потребителя от участка производства энергии редко составляет больше 1,5-2 км и общая величина потерь обычно не превышает 5-7%. Однако:

• использование отечественных мощных сетевых насосов с низким КПД практически всегда приводит к значительным непроизводительным перерасходам электроэнергии.
• при большой протяженности трубопроводов теплотрасс значительное влияние на величину тепловых потерь приобретает качество тепловой изоляции теплотрасс.

Также необходимо кардинально улучшить качество замены тепловых сетей за счет:

• предварительного обследования перекладываемого участка с целью определения причин невыдерживания нормативного срока службы и подготовки качественного технического задания на проектирование;
• обязательной разработки проектов капитального ремонта с обоснованием прогнозируемого срока службы;
• независимой приборной проверки качества прокладки тепловых сетей;
• введения персональной ответственности должностных лиц за качество прокладки.

Техническая проблема обеспечения нормативного срока службы тепловых сетей была решена еще в 50-е годы XX в. за счет применения толстостенных труб и высокого качества строительных работ, в первую очередь антикоррозийной защиты. Сейчас набор технических средств гораздо шире.

Ранее техническая политика определялась приоритетом уменьшения капитальных вложений. С меньшими затратами требовалось обеспечить максимальный прирост производства, чтобы этот прирост компенсировал в дальнейшем затраты на ремонт. В сегодняшней ситуации такой подход не приемлем. В нормальных экономических условиях собственник не может позволить себе прокладывать сети со сроком службы 10-12 лет, это для него разорительно. Тем более это недопустимо, когда основным плательщиком становится население города. В каждом муниципальном образовании должен осуществляться жесткий контроль за качеством прокладки тепловых сетей.

Должны быть изменены приоритеты в расходовании средств, большая часть которых тратится сегодня на замену участков тепловых сетей, по которым были разрывы труб в процессе эксплуатации или летней опрессовке, на предотвращение образования разрывов путем контроля скорости коррозии труб и принятия мер по ее снижению.

Основная задача теплоснабжения на сегодня – это уменьшить издержки за счет повышения надежности и долговечности трубопроводов и снижения тепловых потерь, уровень которых сегодня непозволительно высок. Пути решения данной задачи хорошо известны. Нужно контролировать параметры теплоносителя, чтобы поддерживать их на необходимом уровне. Особенно следует ужесточить параметры содержания кислорода в сетевой воде, а также поддерживать высокий уровень pH. Для тепловых источников средней и малой мощности, в которых традиционные установки подготовки воды высокозатратны и температура теплоносителя в сетях не превышает 130 ºС, хорошие результаты дает применение комплексонов (антинакипинов и ингибиторов коррозии). Условием успеха является тщательный и регулярный контроль химического состава теплоносителя для правильного и строго дозированного применения комплексонов.

Перспективный пенополиуретан

Снижению тепловых потерь способствует все более широкое использование труб с индустриальной полимерной изоляцией, в первую очередь из пенополиуретана. Такие трубы с нанесенной в заводских условиях изоляцией (предызолированные) имеют высокие теплоизоляционные характеристики. Это позволяет резко снизить тепловые потери и вести бесканальную прокладку со значительной экономией средств при строительно-монтажных работах, несмотря на достаточно высокую стоимость такого оборудования. Кроме того, при правильной организации производства предызолированных труб и тщательном соблюдении технологических процессов при их монтаже резко снижается аварийность тепловых сетей от наружной коррозии.

Рассмотрим подробнее идею, которая требует детальной проработки в ходе лабораторных испытаний. Это предложение обрабатывать поверхность стальной трубы антикоррозионной мастикой перед нанесением ППУ изоляции.

Предварительные лабораторные испытания показали, что адгезия ППУ к поверхности стальной трубы, обработанной антикоррозионной мастикой, остается такой же, как и к необработанной. Работоспособность системы оперативно-дистанционного контроля сохраняется в полной мере, несмотря на то, что сама мастика является диэлектриком.

Если испытания дадут положительный результат, применение антикоррозионных мастик при изготовлении предызолированных труб в ППУ изоляции позволит повысить защиту стальной трубы от наружной коррозии при повреждении полиэтиленовой оболочки. Вероятно, это также позволит отказаться от дорогостоящих дробеструйных установок, применяющихся для подготовки стальных труб к нанесению ППУ.

Значительная часть отечественных производителей труб в ППУ изоляции не всегда способна обеспечить высокое качество своих изделий и строительно-монтажных работ (СМР), особенно по заделке стыков труб. Причина состоит в том, что при организации такого производства требуются значительные затраты на закупку необходимого оборудования, создание собственных производственных лабораторий, обучение монтажников и контроль СМР.

В нашей стране банкиры не любят кредитовать производство (это слишком «длинные» деньги), поэтому существуют грабительские проценты. Однако это не должно слишком сильно отражаться на потребителях – теплоснабжающих организациях и населении. Есть примеры ответственных производителей предызолированных труб, которые сумели в тяжелых финансовых условиях самостоятельно оснастить производство соответствующим оборудованием и обеспечить высокое качество своих изделий.

Важной задачей при модернизации тепловых сетей является внедрение новых материалов для несущей (рабочей) трубы с целью уменьшения повреждений от внутренней коррозии. Сегодня значительно выросли объемы прокладок труб из новых материалов – сшитого полиэтилена или тонкостенной нержавейки в ППУ изоляции, которые выпускаются в виде длинных гибких рукавов. Преимуществами таких труб являются отсутствие промежуточных стыков и высокая технологичность при укладке. Однако необходимо отметить и «минусы»: ограничения по выпускаемым диаметрам и температуре применения (в случае с трубами из сшитого полиэтилена – до 95 ºС), а также достаточно высокая стоимость.

К сожалению, из-за сложности проведения сварки при монтаже пока не оправдались в полной мере ожидания, связанные с применением в тепловых сетях труб из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ).

В этой связи особое значение приобретает использование новых трубных сталей, которые в максимальной степени удовлетворяли бы требованиям тепловых сетей. Сегодня в стране нет ни одной марки стали, ни одного нормативного документа на металл или трубы, который максимально учитывал бы требования теплоснабжения. Конечно, 20–30 лет тому назад никто всерьез не задумывался об этих проблемах. И специалисты отрасли привыкли лишь сетовать на плохие трубы, не занимаясь глубоким изучением причин происходящего.

Правда, существуют технические условия (ТУ), выпущенные в 2005 г. Волжским трубным заводом (ВТЗ) и Выксунским металлургическим заводом (ВМЗ). В данных ТУ указано, что они выпущены «для коммунального теплоснабжения». Но в этих нормативных документах речь идет о материалах «для нефтегазопроводов» (Ст. 3, Ст. 20, Ст. 17Г1С, 17Г1СУ и т. п.), которые давно известны и широко применяются. Но они никогда не разрабатывались специально для теплоснабжения. В указанных нормативных документах не отражены особые требования для работы в тепловых сетях. Это означает, что на трубопрокатных заводах то, что является «некондицией» для нефтяников и газовиков, отправляется в тепловые сети – «на воду».

Однако необходимо понять, что теплоснабжение – такая же важная отрасль, как газо- и нефтедобыча. Теплоснабжению нужна своя «коммунальная» трубная сталь, которая должна соответствовать ряду требований и иметь высокие показатели пластичности, свариваемости, циклической трещиностойкости и коррозионной стойкости.

Цена таких труб будет немного выше, но это не критично, так как в построенном трубопроводе стоимость стальной трубы составляет 5–15 % (в зависимости от диаметра). Остальная часть – проектные, строительно-монтажные работы и т. п. Даже если сама труба будет дороже на 30–40 %, то стоимость трубопровода вырастет всего на 4–6 %. Но за счет увеличения срока службы теплопровода на несколько лет будет достигнут существенный экономический эффект.

Ученые-металлурги хорошо представляют себе, как этого добиться. А металлургические предприятия технически готовы к выпуску подобной продукции и заинтересованы (заявляю со всей ответственностью) в подобных заказах, конечно, при условии необходимых объемов. Таким образом, дело за теплоснабжающими предприятиями. Им нужно организоваться и решить вопрос: как заинтересовать металлургические предприятия единым заказом на десяток (а лучше несколько десятков тысяч) т труб? Ведь по отдельности даже крупные теплоснабжающие компании в качестве отдельных заказчиков металлургам не очень интересны.

Диагностика должна быть комплексной

Теплоснабжение в рыночных условиях невозможно без технической (приборной) диагностики трубопроводов. В настоящее время крупные аварии случаются намного реже, чем в 1990-е годы. И задачи технической диагностики сегодня от простого анализа состояния или исследования ресурса теплосетей смещаются в сторону планирования и эффективного использования финансовых средств на ремонтные кампании.

Диагностика трубопроводов должна быть комплексной, чтобы методы диагностирования, различные по степени охвата, дополняли друг друга. Это позволит получить наиболее достоверный результат.

В первую очередь, необходимо широко применять средства вычислительной техники и программного обеспечения с целью:

• приведения в порядок технической документации на тепловые сети;
• ведения статистического учета отказов и повреждений;
• ведения различных баз данных;
• внедрения геоинформационных систем;
• создания электронной модели схемы теплоснабжения.

На следующем этапе целесообразно проводить, особенно в крупных населенных пунктах, ежегодную тепловизионную аэрофотосъемку, которая по тепловыделениям позволяет выявлять аварийно-опасные участки тепловых сетей.

На третьем этапе с помощью инструментальной проверки можно сделать вывод о состоянии изоляции и несущей (рабочей) трубы, пригодности к дальнейшей эксплуатации или необходимости перекладки отдельных участков тепловых сетей. Для этих целей существует ряд методов (акустический, акустической эмиссии, диагностические снаряды и т. д.) и соответствующих приборов и оборудования, которые позволяют выявить как существующие повреждения теплопроводов, так и потенциально опасные участки. Такие работы выполняют специализированные организации. В ряде крупных компаний созданы собственные передвижные лаборатории, укомплектованные специальным оборудованием, с прошедшими обучение сотрудниками.

На четвертом этапе должны быть созданы группы диагностики в эксплуатационных районах, оснащенные акустическими течеискателями, компактными ультразвуковыми толщиномерами, контроллерами pH и т. д. Опыт подобной организации работы показал высокую эффективность.

Система оперативного дистанционного контроля

Для эффективной эксплуатации теплотрасс очень важна система оперативного дистанционного контроля состояния изоляции (ОДК). Ведь основное преимущество теплоизолированных ППУ-трубопроводов – минимальная потеря тепла – проявляется только при герметичности всей конструкции. Система ОДК позволяет своевременно выявлять места повреждений трубопровода и оперативно проводить ремонтные работы.