Экономическая эффективность тепловой инфракрасной аэросъемки при оценке состояния подземных тепловых сетей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Экономическая эффективность тепловой инфракрасной аэросъемки при оценке состояния подземных тепловых сетей

Скловский С.А., Пируева Т. Г. (ГНПП "Аэрогеофизика")

Кащеев В. П. (ГУП "Мостеплоэнерго")

Подземные тепловые сети - характерный элемент городского хозяйства. Общая протяженность тепловых сетей в большинстве городов составляет сотни погонных км. В Москве она превышает 5 500 км (в среднем более 4,2 пог. км двухтрубного теплопровода на 1 км2 городской территории). Диаметр теплопроводов варьирует от 50 мм до 1400 мм, глубина прокладки в большинстве случаев - 1.5 - 2 м, редко 3 - 5 м или менее 1.0 м. Абсолютная величина суммарного расхода циркулирующей сетевой воды - десятки тыс. м3/ч. В Москве расход превышает 250 тыс. м3/ч, при этом во время отопительного сезона общая величина утечек сетевой воды составляет 5000-6000 м3/ч.

Большой расход теплофикационной воды, высокие температуры (70° - 150°С) и давление (до 1,5. 106 Па) делают утечки одним из наиболее интенсивных источников воздействия на окружающую среду. Оно проявляется в различных видах:

- тепловом - изменение теплового режима подземных вод, почв, верхней части грунтов;

- механическом - размывание контактирующих с теплопроводом грунтов с образованием провальных воронок (техногенная суффозия);

- химическом - растворение карстующихся пород, изменение химического состава подземных вод;

- гидродинамическом - изменение уровня грунтовых вод.

Большая протяженность сетей, особенности их функционирования и эксплуатации делают актуальным применение высокопроизводительных методов контроля их состояния. Основная задача при этом не сводится к обнаружению только аварийных участков. Как правило, в случае разрыва теплотрассы такие места достаточно быстро обнаруживаются системами параметрического контроля, быстро локализуются и принимаются соответствующие меры. Гораздо важнее прогнозировать развитие аварийных ситуаций, с тем, чтобы предупредить тяжелые, а иногда и трагические последствия. Известно, что в зимний отопительный период при сильных морозах температура и давление в сетях максимальные, поэтому вероятность разрывов на сильно корродированных участках теплопровода очень велика. В результате дом, либо даже целый квартал или район (в случае разрыва магистрали) остаются без тепла. Особенно опасны долгоживущие постоянные утечки, приводящие к размыву грунта под асфальтом и внезапному образованию провальных воронок, в которые нередко проваливается техника или даже гибнут люди.

Одним из дистанционных методов, успешно применяемых для диагностики состояния тепловых сетей с 1992 г., является тепловая инфракрасная аэросъемка (ТИКАС). Методика съемки разработана в ГНПП "Аэрогеофизика" в период 1982-1991гг. Основными достоинствами тепловой аэросъемки являются высокая оперативность и производительность, позволяющие за сравнительно короткое время обследовать значительные пространственно протяженные участки. На съемку городов площадью до 100 км2 требуется 5-6 летных часов. Первичные материалы поступают к Заказчику на следующий день после съемки.

Под инфракрасной съемкой понимают регистрацию электромагнитного излучения земной поверхности или различных объектов в инфракрасной (ИК) области спектра и преобразование его в видимое изображение. При этом особый интерес представляет съемка в среднем (3 - 5 мкм) и дальнем (8 - 14 мкм) диапазонах ИК области спектра. В указанных диапазонах интенсивность ИК излучения в значительной степени обусловлена тепловым состоянием объектов на дневной поверхности. Поэтому съемка называется тепловая инфракрасная, что и отражает суть метода. Тепловая инфракрасная съемка для задач контроля состояния теплопроводов может выполняться в наземном варианте и с борта летательного аппарата.

Тепловое поле отличается ультрадинамичностью, на характер его формирования оказывают влияние многочисленные техногенные и природные факторы - метеорологическая обстановка (температура воздуха, облачность, ветер, осадки), положение солнца над горизонтом, теплофизические свойства и состояние (прежде всего влажность) подстилающей поверхности и приповерхностного слоя почвы.

В докладе, представленном на аналогичном семинаре в 2000 г были сформулированы основные методические положения ТИКАС и приемы дешифрирования получаемых материалов, была показана целесообразность применения этого метода для дистанционного контроля состояния подземных тепловых сетей. Как следует из отзывов, работы вызвали интерес среди специалистов, непосредственно отвечающих за эксплуатацию и ремонт тепловых сетей.

Целесообразность применения ТИКАС для контроля состояния тепловых сетей обусловлена высокой степенью достоверности получаемых данных и надежностью их использования при формировании инженерных и управленческих решений, что в конечном счете и определяет высокую экономическую эффективность метода.

Информативность дистанционных наблюдений состояния теплосетей существенно увеличивается при выполнении съемочных работ в режиме мониторинга (дважды в год, в начале и в конце отопительного сезона). Съемка в конце отопительного сезона дает незаменимую информацию для составления планов ремонтных работ. Это позволяет наиболее рационально использовать ограниченные финансовые средства и сократщать сроки ремонтных работ. Съемка в начале отопительного сезона позволяет объективно оценить, с какими сетями эксплуатационные службы входят в зиму. инфракрасный аэросъемка дистанционный теплосеть

ГУП "Мостеплоэнерго" с 1992 года в полной мере реализует концепцию полномасштабного мониторинга состояния тепловых сетей, используя материалы ТИКАС при планировании ремонтных и профилактических работ. При этом, как по данным Мостеплоэнерго, так и по материалам Аэрогеофизики можно с уверенностью говорить о формировании стабильного процесса общего улучшения состояния всего теплового хозяйства на территориях, охваченных мониторингом. Наиболее представительные данные об экономической эффективности применения ТИКАС получены именно в результате тесного многолетнего сотрудничества ГНПП "Аэрогеофизики" и ГУП "Мостеплоэнерго".

К сожалению, масштабному и комплексному использованию материалов ТИКАС существенно мешает ведомственная разобщенность муниципальных структур в системе управления городским теплоснабжением (например, в Москве теплосети находятся в ведении ГУП "Мостеплоэнерго", филиала "Тепловые сети" АО "МОСЭНЕРГО", ГУП "Мосгортепло", ГУП "Теплоремонтналадка", а также десятков промышленных предприятий-владельцев собственного теплового хозяйства). При этом можно говорить о снижении экономической эффективности собственно съемочно-интерпретационного процесса в связи с неоптимальной конфигурацией исследуемых участков.

Как мы уже говорили в предыдущем докладе, оценка состояния теплосетей производится нами в четырех градациях. Естественно, речь идет о качественной оценке, поскольку дистанционно измерить абсолютную термодинамическую температуру невозможно в принципе.

Нами приняты следующие градации состояния теплосетей:

- нормированные теплопотери (трасса в нормальном состоянии, целостная и сухая теплоизоляция);

- повышенная утечка тепла (влажная или нарушенная изоляция, увеличение интенсивности коррозионных процессов);

- высокая утечка тепла (небольшие свищи, нарушенная и влажная изоляция);

- аварийное состояние (разрыв теплопровода с изливом теплоносителя).

Как показывает практика, с помощью перечисленных градаций можно достаточно полно охарактеризовать состояние сетей. При необходимости можно использовать промежуточные градации или ввести новые.

Результативность же съемочно-интерпретационного процесса наглядно продемонстрирована с помощью сводной таблицы 1:

Таблица 1. Результаты проверки материалов тепловой ИК аэросъемки за 1995-2001 гг. (по данным ГУП "Мостеплоэнерго")

Из анализа приведенных данных следует, что в среднем на один км2 контролируемой территории приходятся 2-3 участка сетей с высокими утечками тепла. В среднем за каждый цикл съемки на всей площади выделяется около 800 таких участков. Исключение составили съемки в 2000г*, когда по режимным причинам была отснята только часть территории (17%).

Данные наземной заверки, выполненной силами предприятий ГУП "Мостеплоэнерго", свидетельствуют, что причинно-следственная связь между состоянием теплопроводов и их проявлением в тепловом поле подтверждается в подавляющем большинстве случаев - 65-96% (в среднем 79%). Зачастую высокие утечки тепла обусловлены затоплением каналов грунтовыми водами или водами сопутствующих коммуникаций (от 15 до 34%). Такие участки подвержены ускоренному процессу коррозии. От 12 до 20% аномалий отвечают местам неглубокого заложения теплотрасс.

Естественно, наибольший интерес представляют участки развития свищей, т.е. таких участков, где за счет коррозии произошло утонение стенок теплопроводов до критически малой толщины и образовались сквозные повреждения диаметром 1-2 мм. Утечки теплоносителя здесь небольшие и потому не регистрируются системами параметрического контроля. Однако, вследствие постоянного характера утечек, их суммарная величина сопоставима со средней величиной подземного стока. Так по данным В.М. Липовских и Н.А. Воронковой (АО "МОСЭНЕРГО") средняя величина постоянных утечек по площади города в среднем составляет 7,2 м3 в час на 1км2, а вблизи коммуникации - в 5 раз превышают модуль подземного стока. Таким образом, подпитка в большой степени определяется существованием постоянных малых утечек. Особенно опасно, что на участках утонения стенок наиболее вероятно возникновение разрывов при увеличении нагрузки в зимний отопительный сезон.

Из общего числа участков утечек тепла - от 14 до 27% составляют свищи. Возможность их раннего обнаружения и ликвидации позволяют предотвращать крупные аварии в отопительный период. За счет своевременного устранения дефектов, выявленных с помощью тепловой аэросъемки, величина подпитки сокращается в среднем на 10% от норматива, что для предприятий ГУП "Мостеплоэнерго" составляет 60 м3/час. В среднем на 5% от нормативных снижаются потери тепла.

Стоимость однократной тепловой ИК аэросъемки в расчете на 1 кв. км городской территории составляет 4-5 тыс. руб. Для отдаленных городов стоимость работ существенно увеличивается за счет транспортных расходов (перелет вертолета, транспортировка персонала), при этом эффект от применения ТИКАС в любом случае многократно перекрывает возникающие расходы.

Как показали экономические расчеты ГУП "Мостеплоэнерго", использование материалов тепловой аэросъемки в совокупности с наземным акустическим методом дает экономию 20-30 млн. руб. за один цикл съемки для территории 350 км2.

По данным съемки в г. Рязани (1997г.) оперативно выполненные ремонтные работы дали экономию порядка 2 млн. руб. при затратах на съемку 400 тыс. руб. (в новых ценах). Причем, надо учесть, что эта сумма не включает в себя тех затрат, которые были бы неизбежны при ликвидации предотвращенных потенциальных аварий.

Важно отметить, что в связи с неполнотой и разрозненностью технической документации, пресловутой секретностью, а также высокой сложностью проводимых ремонтных работ для значительной части городов России у эксплуатирующих организаций зачастую отсутствуют достоверные данные о плановом положении теплосетей. По материалам тепловой съемки эта информация может быть скорректирована и уточнена, а также заново созданы схемы расположения тепловых сетей, что является исключительно актуальной задачей.

В конечном итоге экономическая эффективность применения ТИКАС при решении задач дистанционной диагностики тепловых сетей определяется способностью заказчиков переварить полученную информацию и превратить ее в инженерные и управленческие решения. Опыт наших работ в разных регионах России (гг. Архангельск, Рязань, Тула, Калуга, Липецк, Ст. Оскол, Губкин, Тюмень, большинство городов Подмосковья) позволяет говорить о значительной инерции мышления специалистов и управленцев. Преодоление ее - ключ к существенному повышению эффективности капиталовложений и залог безопасной и спокойной эксплуатации теплосетей.

Размещено на Allbest.ru