Качественное прогнозирование состояния участков подземных теплотрасс

Качественное прогнозирование состояния участков подземных теплотрасс д.т.н. В. В. Иванов; к.т.н. С. В. Шкребко; Л. А. Чернышева, инженер (Ростовский государственный строительный университет) С. В. Черныш, инженер (ОАО «Ростовтеплосеть»).

Предлагается методика оценки состояния тепловой изоляции, характер и степень ее разрушения, затопление канала горячей водой из подающего, обратного или обоих трубопроводов одновременно, частичное или полное разрушение стенок канала, увлажнение грунта и т. д.

Внедрение современных изоляционных конструкций с хорошими теплофизическими свойствами требует разработки новых методов исследования процессов теплопереноса в зоне прокладки подземных теплотрасс. Необходимо совершенствование существующих способов расчета и типовых методик прогнозирования систем теплоснабжения.

Хотя вопросы прогнозирования состояния подземных тепловых сетей нашли достаточно широкое отражение в отечественной и зарубежной литературе, однако из-за невозможности учета и аналитического описания множества факторов, влияющих на процесс износа теплопроводов, в настоящее время задача прогнозирования не имеет простого и точного решения. Поэтому разработка методов оценки состояния трубопроводов тепловых сетей является актуальной.

В работах [1,2] приведена математическая модель процесса переноса в зоне прокладки подземных теплотрасс, на основе которой создана вычислительная программа для нахождения температур и тепловых потоков. Программа позволяла учитывать тип конструкции тепловой изоляции, характер и степень ее разрушения, затопление канала горячей водой из подающего, обратного или из обоих трубопроводов одновременно, частичное или полное разрушение стенок канала, увлажнение грунта и т. д.

Отражением тепловых процессов вокруг подземных теплотрасс является распределение температур на поверхности грунта над прокладкой. Это дает возможность использования тепловизионной техники для прогнозируемой оценки состояния теплоизоляционной конструкции подземных прокладок. В основе реализованного метода определения дефектов и нарушений работы лежит идея сравнения расчетных и замеренных температур поверхности грунта над местом заложения трубопроводов. Идентификация термограмм производится при помощи данных математического моделирования процессов теплопереноса с предполагаемыми аномалиями и отклонениями от нормального режима работы.

Для иллюстрации на рисунке расчетные значения поверхностных температур по длине участка канальной прокладки (Ростов-на-Дону) совмещены с экспериментальной кривой. Пунктирной линией показана опытная (измеренная) термограмма (линия 8). Здесь приведены следующие случаи: нормальный (проектный) режим работы (прямая 1); отсутствие теплоизоляции на обратном трубопроводе (прямая 2); отсутствие теплоизоляции на подающем трубопроводе (прямая 3); отсутствие теплоизоляции на обоих трубопроводах (прямая 4); затопление канала из обратного трубопровода (прямая 5); затопление канала из подающего трубопровода (прямая 6); затопление канала из подающего трубопровода с одновременным увлажнением грунта на 20% объемной влажности (прямая 7).

Как видно из приведенного графика, состояние участка неудовлетворительное: опытная кривая лежит выше линии нормального режима. Можно предположить разрушение (отсутствие) тепловой изоляции в различной степени. Приведенные предположения подтвердились в ходе контрольных вскрытий исследуемого участка тепловой сети.

Таким образом, опытная (измеренная) термограмма дает в первом приближении верную качественную картину состояния теплоизоляционной конструкции подземной теплотрассы, несмотря на известную условность принятой методики исследований.

Имея в наличии данные о величинах тепловых потерь, полученных в результате испытаний, можно приближенно определить состояние прокладки в целом. Используя разработанные вычислительные программы, выполняются расчеты тепловых потерь изучаемого участка теплотрассы, отражающие наиболее характерные режимы работы и дефекты. Затем определенные таким образом величины тепловых потерь сравниваются с фактическими, полученными при проведении испытаний. По результатам сравнения делается заключение о предполагаемом состоянии теплоизоляционной конструкции исследуемого участка теплосети. Такой подход, в отличие от термографического способа контроля, когда определяются локальные нарушения, позволяет приближенно прогнозировать состояние участка в целом.

В таблице представлены величины среднегодовых тепловых потерь отдельных бесканальных участков теплотрассы г. Ростова-на-Дону, найденные расчетным путем и полученных АО «Фирма ОРГРЭС» в результате испытаний. Выбранные для исследования участки охватывали практически весь диапазон изменения диаметров существующих теплопроводов. Так величины наружных диаметров менялись от 0,089 м до 1,02 м. Глубина заложения -1,6 м; толщина тепловой изоляции подающего и обратного теплопроводов -0,06 м; толщина покровного слоя — 0,002 м. Коэффициенты теплопроводности изоляции (пенополиуретан), покровного слоя, грунта соответственно равны 0,045; 0,175; 1,0 Вт/(м К).

Из-за отсутствия надежной информации о степени разрушения изоляционных слоев расчеты были выполнены для случаев нормального (проектного) режима работы теплосети и для условий разрушения теплоизоляционных конструкций на 10, 20, 30 и 40%. Анализируя расчетные и измеренные величины тепловых потерь, представленные в таблице, можно предположить разрушение тепловой изоляции первого участка на 20%, второго и пятого — на 40%, третьего, четвертого, шестого, седьмого и восьмого на 10%, десятого — на 30%. Девятый участок характеризуется нормальным состоянием тепловой изоляции.

Сделанные в результате такого сопоставления оценки состояния исследуемых участков основаны на следующем допущении: предполагаемые дефекты и аномалии, вызывающие повышенные тепловые потери, должны быть распределены более или менее равномерно по всей длине. Разумеется, такой способ прогнозирования способен дать только ориентировочную и самую общую картину состояния участков подземных теплотрасс.

Главное же преимущество состоит в возможности оперативно найти при помощи ЭВМ эквивалентную по тепловым потерям конструкцию прокладки с ее предполагаемыми глубинными процессами и дефектами.

изоляционный конструкция подземный теплотрасса Иванов В. В., Вершинин Л. Б. Распределение температур и тепловых потоков в зоне прокладки теплотрасс // Вторая Российская национальная конференция по теплообмену: Теплопроводность, теплоизоляция. -М., 1998. Т. 7. С. 103−105.

Иванов В.В., Шкребко С. В. Моделирование тепловых процессов подземных бесканальных теплотрасс //Там же, -С. 106 — 108.