Диагностика трубопроводов. Акустические течеискатели
В статье описан один из самых распространенных методов обнаружения утечек в наружных трубопроводах систем водо- и теплоснабжения.
Рациональное и эффективное использование водных ресурсов возможно только в том случае, если меры по водосбережению и предотвращению утечек применяются на всех этапах доставки воды потребителю. Большая протяженность тепловых и водопроводных сетей, их высокая степень изношенности приводят к появлению утечек. При помощи визуального метода обнаружения места утечки, осуществляемого путем осмотра участка улицы и близлежащих инженерных сетей (канализации, телефонных колодцев), возможно выявить только явную утечку. Значительную проблему для наружных сетей представляют скрытые утечки. Скрытые утечки – потери воды, не проявляющиеся выбиванием на поверхность или подтоплением различных подземных коммуникаций или сооружений. Это определяет трудность их нахождения и приводит к значительным потерям воды. Так, например, величина скрытых утечек в Москве не превышает 5 %, однако в абсолютном выражении при водопотреблении городом 4,5 млн м 3 /сут достигает 225 тыс. м 3 /сут.
Утечки в системе водопроводов приводят к расширению зон замоченных грунтов, вымыванию участков грунта из-под дорожного полотна и зданий, сползаниям насыщенных водой грунтов, постепенному разрушению фундаментов под воздействием воды и из-за размытия основания.
Основной целью служб, эксплуатирующих водопроводные и тепловые сети, является повышение качества и надежности водоснабжения потребителей. Для достижения поставленной цели необходимо решить задачу по снижению количества повреждений на водопроводной сети, уменьшить затраты на ремонтные работы. Для этого необходимо своевременное обнаружение утечек в сетях как явных, так и скрытых.
Сегодня имеется достаточно много методов для поиска мест разгерметизации трубопроводов, но нет пока единственного и эффективного в любых условиях.
Наиболее широкое распространение получил акустический метод. Акустическая диагностика (АД) проводится на трубопроводах водяной тепловой сети надземной и подземной (канальной и бесканальной) прокладки, находящихся в эксплуатационном режиме.
Работа акустического течеискателя основана на том, что во время прорыва подземного водопровода вытекающая вода создает вибрации грунта. Акустический течеискатель при помощи микрофона фиксирует эти вибрации и, преобразовав в электрические сигналы, определяет местонахождение утечки.
Вытекая из трубы, жидкость издает шум, который может уловить акустический течеискатель с функцией пассивного обнаружения, иначе говоря – неактивный акустический детектор.
Приборы, используемые при работе этим методом, можно разделить на три группы.
К первой относится контроль с использованием приборов без фильтрации. Спектр акустического сигнала вытекающей воды при разных давлениях и размерах дефектов находится в диапазоне 100–3000 Гц. Работая с приборами по данному методу, оператор задействует для анализа и выделения полезного сигнала из шума только свое восприятие и свой опыт. Такой метод дает хорошие результаты в сельской местности и вдали от дорог. Работа приборов такого класса определяется только чувствительностью датчика, которая может изменяться от 80 до 500 мВ/g.
Вторая группа приборов наиболее массовая. Это приборы с электронной (цифровой или аналоговой) фильтрацией входного сигнала. Основное назначение фильтров – выделение полезного сигнала при его сильном зашумлении в городских условиях. В качестве фильтров могут использоваться фильтры второго порядка, чаще всего аналоговые, четвертого и восьмого порядков. Чем выше порядок фильтра, тем более качественно происходит подавление помех. У приборов с фильтрами восьмого и более высоких порядков дальнейшее повышение степени фильтрации почти не сказывается на анализе сигнала оператором. Переключение диапазона частот фильтрации обычно ступенчатое, фиксированное либо со ступенчато изменяющимися границами. Датчики данной группы приборов обычно более чувствительны (от 0,5 до 5 В/g).
В третью группу входят течеискатели с функцией псевдокоррелятора. Это приборы, позволяющие определить расстояние до утечки по разности интенсивности шума на разном расстоянии от места утечки. Чаще всего по третьему методу используется течеискатель с индикацией уровня шума и специальным типом датчика.
Акустические датчики-микрофоны могут быть контактными, прикладываемыми непосредственно к грунту, или бесконтактными, улавливают звуковые волны, распространяющиеся по грунту. Когда оператор подходит к месту утечки, шум становится сильнее. Определив точку, где звук самый сильный, можно установить местонахождение утечки. Для различных почв – бетон, дерн, глина – используются специальные датчики.
Если имеется доступ к трубе через смотровые колодцы, можно прослушивать шум, прикрепив микрофон к трубе или рукоятке вентиля, так как звуковые волны лучше распространяются по материалу трубопровода. Этим способом можно выявить участок трубы между двумя колодцами, на котором есть протечка, а далее, по силе звука, к какому из колодцев она ближе. Точность метода невелика, зато им можно выявить утечку на намного большей глубине, чем при прослушивании с поверхности. Если у прибора имеется функция псевдокорреляции, он может по разности силы звука рассчитывать расстояние до места утечки и уточнять результат поиска.
При использовании акустического метода поиска утечек необходимо знать план трассы и местонахождение опор, отводов, изгибов труб, сужающихся участков трубопровода, задвижек.
Преимущества акустических течеискателей:
- невысокая стоимость;
- надежность;
- простота в эксплуатации;
- широкий спектр применения: внутри зданий для поиска утечек на трубах, проложенных внутри стен и под полом. Также часть течеискателей обладает функцией обнаружения кабелей;
- достоверность результатов;
- долговечность.
В то же время следует учитывать особенности применения течеискателей, а именно: повышенные требования к уровню подготовки персонала.
Источник
Опыт применения метода акустической диагностики трубопроводов тепловых сетей
Журнал «Новости теплоснабжения» № 2, февраль, 2008 г., www.ntsn.ru
И.В. Гранкин, технический директор участка тепловых сетей, к.т.н. Д.Б. Домрачев, инженер диспетчерской службы участка тепловых сетей, Ново-Иркутская ТЭЦ ОАО «Иркутскэнерго», г. Иркутск
Введение
На балансе участка тепловых сетей (УТС) «Ново-Иркутской ТЭЦ» находится около 450 п км трубопроводов тепловых сетей (ТС). Мы считаем, что для эффективной и безопасной эксплуатации системы теплоснабжения необходимо знать фактическое состояние трубопроводов ТС.
Поэтому в 2006 г. нами была приобретена технология акустической диагностики (акустической томографии) трубопроводов ТС, которая включает в себя регистрирующий прибор «Век-тор-САР» и программное обеспечение для обработки результатов. Выбор для покупки данной системы был обусловлен не только «рекламным» представлением возможностей обнаружения, определения местоположения и уровня аварийно-опасности дефектов на трубопроводах ТС, но и отзывами организаций, уже применяющих систему.
В данной статье мы хотели бы поделиться с читателями некоторыми результатами применения технологии акустической диагностики трубопроводов.
Для контроля за техническим состоянием трубопроводов ТС наше подразделение диспетчерской службы УТС также оснащено и другим современным оборудованием: корреляционный течеискатель FUJI LC-2500 (Япония), тепловизионная камера InfraCam, трассопоисковый комплект RD-4000, средства неразрушающего контроля и т.д.
Большинство течей оба прибора (FUJI LC-2500 (Япония) и «Вектор-САР») обнаруживают практически одинаково, в качестве примера на рис. 1 показано типичное представление течи, обнаруженной с помощью технологии акустической диагностики. Правда, приоритетом обладает все-таки японский прибор ввиду того, что он более удобен в эксплуатации, т.к. позволяет быстро и оперативно (без обработки данных на ноутбуке) получать информацию на месте проведения работ.
Об опыте применения акустической диагностики
Однако использование прибора «Вектор-САР» является более эффективным. На рис. 2 представлены результаты работы по обнаружению течи на трубопроводе Ду 300. По факту на обратном трубопроводе было обнаружено две течи: на отметках 12 и 18 м.
Течь на отметке 12 м «проработалась» четко.
Сигнал от течи на отметке 18 м зарегистрирован, но, согласно инструкции по анализу полученных данных, в рассмотрение не взят. Вполне возможно, что это связано с характером истечения воды — малая интенсивность водоизлива плюс «стесненные» условия истечения через тепловую изоляцию (см. рис. 2б)
Следующий интересный случай. Осуществляя акустическую диагностику (используя программу «Диагностика») трубопровода Ду 500 (плановые работы по исследованию технического состояния трубопровода), результаты обработки указали на наличие дефекта аварийного уровня на обратной трубе на отметке 30 м (рис. 3а).
Тут же данная запись акустических сигналов была обработана с помощью программы «Течь», что подтвердило наличие течи на указанной отметке (рис. 3б).
По результатам акустической диагностики было обращено внимание на то, что в окрестности течи труба имеет дефекты критического уровня, начиная с отметки 12 м. Поэтому было принято решение осуществить вскрытие трубопровода на интервале 12-30 м.
По факту на обратном трубопроводе было три течи: отметка 30 м — обнаруживается корреляционными течеискателями; отметки 15 и 16,5 м (рис. 3в и 3г) — только указание о дефекте критического уровня по результатам диагностики.
Данный пример наглядно показывает практическую эффективность использования программы «Диагностики» наряду с программой течеискания «Течь».
В заключение рассмотрения аварийных работ по обнаружению мест истечения теплоносителя, следует отметить, что не всякая течь обнаруживается. Это связано не только с размером течи (рис. 3в и 3г), но и с характером истечения воды, а также с заиливанием канала.
Основной целью приобретения технологии акустической диагностики являлось получение необходимой информации о фактическом техническом состоянии трубопроводов ТС, на основании которой можно было бы эффективно планировать проведение ремонтных работ.
Приступив к использованию технологии, мы в первую очередь обращали внимание на то, на сколько совпадают результаты диагностики по обнаружению дефектов с их фактическим наличием и уровнем аварийно-опасности. Один из примеров приведен на рис. 4.
Помимо обнаружения мест с повышенными напряжениями на трубе, которые, согласно описания метода, в 70-80% случаев обусловлены утонением стенки трубы за счет наружной коррозии (см. верхний график на рис. 4а, рис. 4б), предложенный метод диагностики позволяет получить информацию и о наличии мест, где труба подвержена значительной внутренней коррозии (см. нижний график на рис. 4а, рис. 4в и 4г).
Возможность обнаружения мест с «перегрузкой» трубы иллюстрируют данные, приведенные на рис. 5. Диагностика показала наличие одного критического дефекта на подающем трубопроводе на отметке 40 м (рис. 5а). Осуществив шурфовку в этом месте, было обнаружено, что труба «соскользнула» со скользящих опор и уперлась в стену канала (рис. 5б). Толщина стенки трубы в этом месте составляла 7,2 мм.
На основании этой информации было проведено обследование ближайшего к этому участку компенсатора, которое показало, что сальниковый компенсатор «закусило».
Таким образом, результаты диагностики позволили выявить разрушение конструктивного элемента трубопровода и изменение условий его эксплуатации, что в дальнейшем могло привести к аварии. Были проведены соответствующие ремонтные работы.
Кроме заявленных в описании параметрах аварийно-опасности, метод акустической диагностики позволяет получить информацию и о вибрации трубы на участке теплосети. Представленные на рис. 6 результаты указывают на дефектный интервал на отметке 50-60 м (см. 1 нижний график на рис. 6а).
Верхний график на рис. 6а, отображающий вибрацию трубопровода на участке, указывает на то, что в районе дефекта труба сильно вибрирует (отметка 52 м).
По факту на интервале 50-60 м труба имела значительные коррозионные повреждения, которая затем была заменена; а скользящая опора на отметке 52 м была разрушена: «сгнила» подложка (рис. 6б).
В начале отопительного сезона 2007-2008 гг. перед лабораторией диагностики была поставлена задача обследовать трубопровод Ду 800 «подвешенный» под мостом через р. Ангара, который находился в эксплуатации 27 лет. Осуществив диагностику, произвели вскрытие теплоизоляции в местах, отмеченных как критические дефекты, и сразу же обнаружили предаварийный дефект, где труба «мокрела» и «парила» (рис. 7), т.е. до крупной аварии оставалось совсем немного времени.
Всего на этом участке магистрального трубопровода ТС длиной 700 п м (прямая + обратная)
было вскрыто от изоляции с проведением замеров толщины стенки трубы 20 мест. В 7 точках остаточная толщина стенки составляла 1,6-6 мм при исходной толщине 12 мм (имелись трудности по обнаружению места с максимальным утонением стенки трубы).
При этом данный трубопровод успешно прошел гидравлические испытания в межотопительный период. Это еще раз подтверждает, что гидравлические испытания не выявляют реального состояния трубопроводов, а только лишний раз подвергают его избыточным нагрузкам, ухудшая прочностные характеристики металла трубопроводов.
По результатам диагностики и инструментального контроля толщины было принято решение осуществить профилактические ремонтные работы (врезка катушек) и продолжить эксплуатацию трубопровода на данном участке. Повторную диагностику провести в конце осенне-зимнего периода 2007-2008 гг.
Также в рамках данной статьи нам хотелось бы отметить и минусы при использовании прибора «Вектор-САР». К ним можно отнести невозможность диагностирования трубопроводов в ППУ изоляции (рекомендации со стороны разработчика не представлены), практическое отсутствие возможности определения единичной язвенной коррозии, а также зависимость точности определения наличия критических и докритических дефектов от опыта оператора.
Для наиболее достоверной диагностики состояния трубопроводов необходимо иметь точную исполнительную документацию, а также уточненную схему теплосети, полученную с помощью трассопоискового комплекта. При этом наряду с методом акустической диагностики мы рекомендуем проводить визуально-измерительный контроль и толщинометрию металла трубопроводов, а также контрольные шурфовки.
В целом применение акустического метода позволило нам более аргументировано осуществлять планирование проведения капитальных ремонтов (перекладок). В будущем с применением акустической диагностики мы планируем отказаться от температурных и гидравлических испытаний ТС, тем самым увеличив рабочий ресурс трубопроводов и сократив до минимума время летних отключений горячей воды у потребителей.
Источник
