|
В ходе ремонтного сезона прошлого года кафедрой «Энергосбережение» УГТУ-УПИ были проведены точечные обследования тепловых сетей с целью уточнения реальных условий эксплуатации и технического состояния теплоизоляционных конструкций трубопроводов, проложенных в непроходных каналах. Хотелось бы поделиться некоторыми выводами о характере и степени влияния технического состояния изоляционных конструкций на эксплуатационные показатели и срок службы теплопроводов.
Коррозионное разрушение трубопроводов тепловых сетей
Нормативной документацией предусматривается ряд требований к конструктивным решениям трубопроводов тепловых сетей, прокладываемых в непроходных каналах, а также к условиям их эксплуатации. В том числе устанавливается, что непроходной канал должен быть сухим, обеспечивая тем самым требуемый режим работы тепловой изоляции и защиту трубопровода от коррозии. Более того, СНиП 41-02-2003 «Тепловые сети» предписывает обязательное нанесение антикоррозионного покрытия для любой конструкции теплопроводов, делая исключение лишь для ППУ в полиэтиленовой оболочке и для трубопроводов из ВЧШГ.
Насколько эти требования важны с практической точки зрения и как они выполняются на практике?
К примеру теплотрасса Ду 150 по ул. Таганская в Екатеринбурге: канал затоплен водой и частично занесен грунтом, затоплению канала активно способствует утечка теплоносителя. В другой части той же теплотрассы, там, где теплоизоляция еще частично сохранилась, наблюдается полная деградация теплоизоляционного материала, присутствует он только в верхней части трубопровода. Сам же трубопровод практически разрушен вследствие наружной коррозии.
Показанное техническое состояние теплопровода вызывает два вопроса:
- Могут ли в этих условиях (т.е. при отсутствии тепловой изоляции, более того, когда теплоотдача происходит не к воздуху, а к воде, теплопроводность которой многократно выше) тепловые потери соответствовать требованиям нормативной документации? (Далее будет показано, что ответ на этот вопрос – однозначно отрицательный).
- Является ли такое состояние теплотрассы исключением из правила?
Например, теплотрасса по ул. Победы. Из четырех ниток трубопровода на момент съемки одна демонтирована, но вместо трех оставшихся ниток на снимке видна лишь одна. Теплотрасса Ду 100, ул. Победы, г. Екатеринбург, 2006
Где же еще две нитки теплопровода? С большим трудом их можно различить в нижней части канала, где они практически полностью занесены грунтом. То есть в данном случае конструкция теплопровода, предназначенная для эксплуатации в непроходном канале, фактически работает в условиях бесканальной прокладки, для которых она совершенно не предназначена.
Что происходит в этих условиях с рабочей трубой теплопровода?
Ответ на этот вопрос дает теплотрасса по ул. XXII Партсъезда, где наблюдается аналогичная ситуация с тем лишь отличием, что канал не занесен грунтом, а полностью затоплен водой. Через сто метров от этого участка, та же трасса утеплена минераловатной изоляцией и канал затоплен лишь частично, но разрушение стальной трубы в результате коррозии мало отличается от показанного ранее.
Теплотрасса Ду 150, ул. XXII Партсъезда, г. Екатеринбург, 2006. Частично затопленный канал и пластовая коррозия стальной трубы под минераловатной теплоизоляциейПри реконструкции теплотрасс в других районах Екатеринбурга наблюдалась аналогичная картина. К примеру, теплотрасса Ду 200 по ул. Кузнечная. Канал на момент демонтажа не был затоплен водой и внешний осмотр указывал на то, что тепловая изоляция находится в сухом состоянии, однако под слоем минваты обнаружилась все та же пластовая коррозия стальной трубы.
В некоторых практически исключительных случаях, когда условия эксплуатации теплопроводов, проложенных в непроходных каналах, соответствовали требованиям нормативной документации, внешний осмотр не выявлял следов коррозионного разрушения наружной поверхности стальной трубы. К подобным исключениям относится, например, теплотрасса по ул. Якова Свердлова. Однако даже на этой трассе, на том ее участке, который подвергался затоплению, были обнаружены все те же следы интенсивного коррозионного разрушения.
Коррозия наружной поверхности стальной трубы на участке затопления каналаАнализируя представленные результаты точечных обследований, мы задали вопрос – является ли обнаруженное коррозионное разрушение теплопроводов результатом нормального износа в течение запланированного срока эксплуатации? Или же фактический срок эксплуатации здесь оказался значительно короче расчетного?
И следующий вопрос – каковы были показатели аварийности для этих теплопроводов? Насколько часто требовалась ликвидация аварий либо «инцидентов» и каковы были их масштабы?
К сожалению, приходится констатировать, что далеко не всегда предприятия теплоснабжения заинтересованы в раскрытии этой информации. Такое положение дел будет продолжаться до тех пор, пока существует возможность перекладывать бремя дополнительных издержек по ликвидации аварий и преждевременной замене тепловых сетей на плечи потребителя.
Дать объективный ответ на эти вопросы, опираясь лишь на данные проведенных точечных обследований, конечно же, невозможно. Но мы надеемся получить его в самом ближайшем будущем, в первую очередь – в рамках исследовательского проекта «Разработка методики оценки фактических потерь тепловой энергии в системах транспорта тепла с учетом технического состояния и реальных условий эксплуатации теплопроводов», запланированного кафедрой «Энергосбережение» на 2007–2008 годы.
Необходимо также отметить, что при обсуждении проблемы коррозии теплопроводов зачастую используется метод аналогий и прежде всего – ссылки на положительный опыт эксплуатации магистральных тепловых сетей. Однако вряд ли этот подход можно считать справедливым:
- во-первых, значительное число магистральных сетей проложено на открытом воздухе, а не в затопляемых каналах;
- во-вторых, магистральные теплопроводы, как правило, имеют антикоррозионное покрытие наружной поверхности рабочей трубы;
- в-третьих, толщина стенки магистрального трубопровода, как правило, значительно превышает толщину стенки трубопроводов распределительных тепловых сетей.
Поэтому даже при равной скорости коррозии магистральный теплопровод, очевидно, должен служить дольше распределительного.
Подводя промежуточный итог, можно сделать вывод, что проблема коррозии теплопроводов в результате несоответствия их конструкции фактическим условиям эксплуатации имеет практическое значение, прежде всего, с точки зрения ее влияния на срок службы теплопроводов. Известно, что один из основных аргументов в пользу отказа от традиционных конструкций теплопроводов и перехода к современным конструкциям с индустриальной тепловой изоляцией – это увеличение срока службы сетей и снижение показателя аварийности. И для того, чтобы данный аргумент принять либо отклонить, необходима достоверная информация об этих показателях, причем как для традиционных, так и для новых конструкций.
Потери тепловой энергии при передаче
Рассмотрим две составляющие тепловых потерь – потери с утечками теплоносителя и потери через теплоизоляцию. Удельный ущерб от потерь с утечками теплоносителя значительно превышает удельный ущерб от потерь через изоляцию: либо 1 куб.м теплоносителя остынет дополнительно на несколько градусов из-за некачественной теплоизоляции, либо кубометр теплоносителя утечет в грунт, в результате чего потребуется дополнительно приобретать кубометр сетевой воды и нагревать его до рабочей температуры – с точки зрения затрат тепловой энергии, ситуация, очевидно, будет кардинально различной.
Кроме того, утекший теплоноситель не исчезает бесследно – покинув рабочую трубу, он устремится по каналу, где увлажнит тепловую изоляцию, многократно увеличив теплопотери через нее, вызовет коррозию наружной поверхности рабочей трубы, а затем в ряде случаев попадет не в системы водоотведения, а непосредственно в грунт. В результате – оседание грунта, разрушение дорожного полотна и т.д.
В Москве провалы грунта вследствие утечек из подземных инженерных сетей по масштабам и частоте уже приближаются к стихийному бедствию. В Екатеринбурге ситуация в целом пока более стабильна, однако несколько лет назад лишь по счастливой случайности удалось избежать человеческих жертв при провале асфальта над теплотрассой на перекрестке пр. Ленина – ул. Мамина-Сибиряка.
Каков же общий объем тепловых потерь с утечками? Учитывая, что в системах теплоснабжения ЖКХ РФ в основном действует открытый водоразбор, ответ на этот вопрос является чрезвычайно трудной задачей. Доклад Управления Ростехнадзора по Челябинской области приводит показатель потерь с учетчиками на уровне «15 процентов и выше».
Принципиально иная картина складывается в результате анализа данных приборного учета. В Москве, по данным счетчиков на вводах в ЦТП, суммарное потребление холодной и горячей воды на 1 жителя в 2003 году составляло 384 л/сутки. При этом, по данным квартирных счетчиков, для 70 процентов потребителей этот показатель не превышал 184 л/сутки. Разница, как мы видим, уже не 15 процентов, а практически двукратная.
Данные проведенных точечных обследований, результаты тепловизионной аэрофотосъемки и даже обычное визуальное наблюдение в течение отопительного сезона показывают, что в Екатеринбурге проблема утечек теплоносителя стоит весьма остро.Тепловая камера по ул. Серафимы Дерябиной, г. Екатеринбург, 2007. Активное «парение» теплотрассы вследствие утечек теплоносителя. Поэтому выявление реальных масштабов утечек и оценка наносимого ими ущерба (хотя бы с точки зрения стоимости потерянной тепловой энергии) – одна из приоритетных задач проекта «Разработка методики оценки фактических потерь тепловой энергии в системах транспорта тепла с учетом технического состояния и реальных условий эксплуатации теплопроводов».
Говоря о тепловых потерях через теплоизоляцию, следует обратиться к картине, наблюдаемой в Екатеринбурге, как на многих магистральных, так и на распределительных сетях. Стоит ли проявлять беспокойство по этому поводу? Возможно ли, что протаивание теплотрасс само по себе не является признаком сверхнормативных потерь тепловой энергии?
Для начала необходимо уточнить, что это за нормативы. За последние 20 лет показатели допустимых тепловых потерь, закрепленные в нормативных документах, ужесточались трижды, и на данный момент они приблизительно в 2,6 раза «жестче», чем показатели, предусмотренные нормами проектирования 1959 года.
Резонно поэтому предположить, что протаивание теплотрасс, по крайней мере, столь же интенсивное, как и 20 лет тому назад, более не может считаться нормой и может рассматриваться как показатель сверхнормативных тепловых потерь.
Перейдем теперь от качественных показателей к количественным. Рассчитаем, какая потребуется толщина минераловатного утеплителя для того, чтобы тепловые потери не превышали показателей, установленных СНиПом. Рассмотрим для этого двухтрубную водяную тепловую сеть Ду 150мм, проложенную в непроходном канале в городе Екатеринбурге. Результаты расчетов по СП 41-103-2000 показывают, что даже без учета увлажнения и уплотнения теплоизоляции для выполнения требований СНиПа потребуется слой утеплителя толщиной 15(!) сантиметров.
Предлагаемые на рынке минераловатные изделия имеют толщину, как правило, в два-три раза ниже расчетной. Означает ли это, что и тепловые потери превысят нормативные примерно в два-три раза?
К сожалению, на практике превышение нормативов, вероятнее всего, окажется куда более серьезным. Прежде всего, потому, что достоверный расчет тепловых потерь потребует от нас учесть увлажнение тепловой изоляции.
На диаграмме крайний левый столбец обозначает нормативные тепловые потери по действующему СНиПу, три правых столбца – потери через минераловатную изоляцию, рассчитанные по различным методикам. Черным цветом выделено превышение расчетных потерь над нормативными.Диаграмма. Сравнение удельных тепловых потерь для различных теплоизоляционных материалов при фиксированной толщине тепловой изоляции. Методика приводится по ст.: Н.Н. Арефьев, Л.И. Мунябин, “К вопросу о методике расчета тепловых потерь при различных вариантах тепловой изоляции”, ж. Новости теплоснабжения, №4, 2002
Как видим, в данном случае учет увлажнения играет решающую роль при расчете тепловых потерь.
- СП 41-103-2000 (третий столбец справа) фактически не предусматривает учета увлажнения изоляции, поэтому расчетные потери превысят нормативные «всего» на 70 процентов.
- МДК 4.03-2001 (второй столбец справа), в котором предусмотрены поправочные коэффициенты для учета увлажнения изоляции, покажет превышение норматива уже на 175 процентов.
- Методика же, учитывающая специфику физических процессов, протекающих в волокнистом теплоизоляционном материале с объемным содержанием воды 20 процентов, покажет, что сверхнормативные потери для рассмотренной теплотрассы составляют 280 процентов! К сожалению, данная методика пока не закреплена в действующей нормативной документации.
Приведенные расчеты справедливы для утеплителя заданной толщины. На практике же в процессе эксплуатации мы наблюдаем еще и изменение толщины теплоизоляции. Даже при надземной прокладке деградация минераловатной изоляции может быть весьма значительной, доходя до полного ее разрушения.Разрушение минераловатной тепловой изоляции магистрального теплопровода.
И в этой связи вновь следует обратиться к вопросам, заданным ранее применительно к защите теплопроводов от коррозии:
• Могут ли традиционные конструкции теплопроводов обеспечить требуемые эксплуатационные показатели – в данном случае – соблюдение нормативов потерь тепловой энергии при транспортировке?
- Есть ли смысл увеличивать затраты на строительство тепловых сетей, применяя вместо минваты и ФРП современные конструкции с индустриальной тепловой изоляцией?
- Окупится ли это удорожание за счет меньших эксплуатационных расходов?
Постараемся ответить на эти вопросы по порядку:
Традиционные конструкции теплопроводов могут обеспечить требуемые эксплуатационные показатели при соблюдении ряда условий, прежде всего, требований к параметрам прокладки тепловых сетей. То есть в том случае, если можно будет гарантировать, что канал, в котором проложена теплотрасса, не будет подвергаться затоплению и будут приняты прочие меры, препятствующие увлажнению теплоизоляционного материала.
Но насколько это возможно с практической точки зрения? Ведь утечки теплоносителя– не единственные причины возможного увлажнения теплоизоляции и наряду с ними существуют также грунтовые и ливневые воды, утечки из водоводов и трубопроводов систем водоотведения и т.д.
Поэтому на практике, по крайней мере, при реконструкции существующих тепловых сетей, следует исходить из того, что обеспечить незатопляемость канала будет крайне затруднительно. По этой причине для соблюдения нормативов допустимых теплопотерь, учитывая реальные условия эксплуатации тепловых сетей, конструкцию теплопроводов, включая материал тепловой изоляции, следует выбирать такую, которая способна работать «в штатном режиме» даже в условиях затопления канала водой.
Экономическая целесообразность внедрения энергоэффективных конструкций теплопроводов
Подводя итог, постараемся оценить хотя бы в самом общем виде, какова же цена вопроса. Каков может быть экономический эффект от приведения тепловых сетей в соответствие с требованиями нормативной документации?
Для простоты рассмотрим в качестве результата лишь сокращение сверхнормативных тепловых потерь, а в качестве затрат – разность между стоимостью современных конструкций теплопроводов с индустриальной тепловой изоляцией и стоимостью неизолированной стальной трубы.
Такой подход можно признать вполне справедливым, поскольку именно качественная изоляция позволит привести тепловые потери в соответствие нормативным.
Если угодно, вместо стоимости предизолированной трубы можно рассматривать стоимость навесной теплоизоляции и затраты на осушение канала, однако в ряде случаев такое решение оказывается сопряжено с большими затратами по сравнению с использованием предизолированных труб.
Итак, на рисунке,слева–направо:
- теплотрасса в минераловатной изоляции с объемным содержанием влаги не более 20 процентов;
- теплотрасса, утратившая теплоизоляцию;теплотрасса, утратившая теплоизоляцию, проложенная в затопленном канале, к тому же имеющая утечки теплоносителя.
Экономическая целесообразность сокращения потерь тепловой энергии в системах транспорта тепла (условная теплотрасса Ду 150 мм, стоимость тепловой энергии – 250 руб./Гкал)Как видим, в первом случае целесообразность замены изоляции далеко не очевидна – срок окупаемости вложений – более 10 лет. Однако следует помнить, что в данном случае расчет сделан для относительно низкой стоимости 1 Гкал тепловой энергии и не учитывает вопросы коррозионного износа теплопровода.
Но даже при этих условиях для второго случая – теплопровод, утративший теплоизоляцию (что, как мы видели, довольно часто встречается на практике), картина совершенно иная – срок окупаемости инвестиций в энергоэффективные теплоизоляционные конструкции – менее полутора лет, а экономия тепловой энергии в пересчете на 1 км трассы составит практически полтора миллиона рублей в год.
Какова же будет экономия в третьем случае – сказать весьма затруднительно. Очевидно, что она будет еще выше, чем во втором, поскольку здесь имеют место и теплоотдача к воде, и утечка теплоносителя. Но вот насколько выше – это вопрос, поскольку, к сожалению, сегодня нет официально признанной и закрепленной в нормативных или руководящих документах методики, которая позволила бы достоверно рассчитать тепловые потери с учетом реального технического состояния тепловых сетей.
А потребность в такой методике существует, и она огромна. Как можно подготовить обоснование инвестиционного проекта, не располагая данными о величине эффекта в натуральном выражении? Практически никак.
Есть ли смысл при прокладке 1 км тепловых сетей единовременно экономить два миллиона рублей на качественной теплоизоляции, если эта «экономия» обернется потом дополнительными затратами в полтора миллиона рублей ежегодно? Нет никакого смысла в такой экономии, за исключением ситуации, когда «экономия» попадет в один «карман», а дополнительные затраты от теплопотерь покрываются за чужой счет. Но кто рискнет назвать такое положение вещей нормальным?
Однако доказать, что та или иная конструкция теплопроводов будет оптимальной, с точки зрения соотношения «затраты на строительство – эксплуатационные издержки» можно только имея на руках официально утвержденную методику, объективность и достоверность которой не может быть поставлена под сомнение.
Именно поэтому кафедра «Энергосбережение» призывает все заинтересованные организации оказать посильное содействие исследовательскому проекту «Разработка методики оценки фактических потерь тепловой энергии в системах транспорта тепла с учетом технического состояния и реальных условий эксплуатации теплопроводов», прежде всего – путем предоставления данных об аварийности, сроке эксплуатации, о техническом состоянии и о показателях потерь тепловой энергии в системах транспорта тепла, находящихся в ведении вашей организации.
Именно эта методика, закрепленная в форме нормативного или руководящего документа, позволит разрабатывать и, главное, защищать ТЭО проектов, направленных на реконструкцию систем транспорта тепла, а также разрабатывать и защищать инвестиционные программы предприятий теплоснабжения.
Жилищно-коммунальный комплекс Урала № 6 (38), 2007,
Алексей Пахомов, к.э.н., доцент кафедры «Энергосбережение» УГТУ-УПИ.
|
