|
| Система телемониторинга для диагностирования, планирования ресурсов и принятия решений при эксплуатации нового поколения тепловых сетей
с изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке
|
| |
В настоящее время в России при создании новых тепловых сетей бесканальной прокладки (т.е. укладываемых непосредственно в грунт) нормативными документами (1,2) предписано использовать стальные трубы с индустриальной тепловой изоляцией из пенополиуретана (ППУ) в полиэтиленовой оболочке, оснащенные проводниками системы оперативного дистанционного контроля (ОДК) увлажнения изоляции. Их применение направлено на повышение экономичности и надежности тепловых сетей и основывается на технологиях зарубежных фирм (Alstom Power, ABB, EMS). Технология включает диагностирование, состоящее в выявлении изменения электрического сопротивления при появлении влаги в ППУ изоляции между трубой и сигнальным проводником, проложенным вдоль всего трубопровода, и локализации места увлажнения методом локации.
Такое диагностирование теплопроводов позволяет обнаруживать возникающие в процессе строительства и эксплуатации дефекты, производить локализацию мест их возникновения. Обнаружение и локализация дефектов может производиться при помощи специальных приборов тремя способами:
1. Переносным детектором - определение наличия и типа дефекта. Периодичность - 1 раз в 2 недели. Переносным локатором - локализация места возникновения дефекта. Периодичность - по результатам измерений детектором
2. Стационарным детектором - определение наличия и типа дефекта. Периодичность - постоянно 24 часа в сутки. Переносным локатором - локализация места возникновения дефекта. Периодичность - по результатам срабатывания детектора с учетом регламентного времени прибытия оператора с локатором.
3. Стационарным локатором - определение наличия и типа дефекта с локализацией места его возникновения. Периодичность - зондирующие импульсы один раз в 4 минуты (постоянно 24 часа в сутки).
В настоящее время в России, согласно СП 41-105-2002, применяются только два первых способа определения дефектов тепловых сетей ППУ изоляции, оснащенных проводниками ОДК. Эффективность этих способов вызывает много вопросов у специалистов, обслуживающих теплосети, а локализация мест возникновения дефектов при помощи переносных локаторов превращается в трудоемкую операцию, не всегда приводящую к корректным результатам. Это обусловлено следующими факторами:
- отсутствием в требованиях нормативных документов соблюдения
параметра - комплексного сопротивления (импеданса) трубы ППУ с
ОДК, как электрического элемента;
- несоблюдением расстояния от металлической поверхности элемента до проводников ОДК в трубах и фасонных изделиях;
- отсутствием устройств согласования линии опроса проводников ОДК локаторами;
- применением кабелей типа NYM для соединения проводников ОДК трубопроводов и терминалов.
Из-за наличия давления в трубопроводе протечки распространяются с высокой скоростью, и зафиксировать их при помощи первых двух способов определения дефектов представляется проблематичным. Динамика развития повреждения может быть высокой (dV/dt = минуты~ часы, где V - объем между трубой и оболочкой; против dV/dt = недели~ месяцы при повреждении полиэтиленовой оболочки). Теплоноситель успевает пропитать значительные пространства вспененного полиуретана между трубой и полиэтиленовой оболочкой, прежде чем прибудет оператор с переносным локатором и попытается локализовать место утечки. В таких случаях локализация утечки возможна с большой погрешностью, если оператор успеет прибыть в первые минуты развития дефекта. Для повышения оперативности и точности определения мест утечки теплоносителя из-за повреждения металла труб в системах теплоснабжения с открытым водоразбором, на наиболее ответственных участках тепловых сетей необходимо применять стационарные локаторы повреждений (3-ий способ). При этом необходимо использовать другие подходы к проектированию, монтажу и эксплуатации приборов и цепей контроля проводников систем ОДК.
Результатом применения таких подходов будет готовность тепловых сетей, как объекта автоматизации, к внедрению стационарных локаторов в комплексе со средствами телеметрии систем ОДК.
|
Исходя из стоимости устранения аварийных
дефектов на тепловых сетях различного диаметра и требований к
надежности магистральных и распределительных трубопроводов предлагается
использовать для разных типов теплопроводов следующие способы
обнаружения и локализации дефектов при помощи систем ОДК:
1. Магистральные тепловые сети, прокладываемые из труб ППУ большого условного диаметра (400-1400 мм) должны оснащаться стационарными локаторами мест увлажнения изоляции непрерывного действия (период локации проводников ОДК которых не превышает 20 минут), размещать локаторы необходимо в котельных, ЦТП, ИТП и других местах с ограниченным доступом при наличии диспетчерского пункта и службы дежурного оператора с круглосуточным пребыванием обслуживающего персонала.
2. Распределительные тепловые сети, прокладываемые из труб ППУ имеющих условные диаметры от 100 до 350 мм, должны оснащаться стационарными детекторами увлажнения изоляции непрерывного действия, размещать детекторы необходимо в котельных, ЦТП, ИТП и других местах с ограниченным доступом, а также в специально оборудованных контрольно-измерительных пунктах (КИП) имеющих выводы аварийной сигнализации увлажнения изоляции трубопровода на диспетчерский пункт
3. Распределительные тепловые сети, прокладываемые из труб ППУ имеющих условные диаметры от 32 до 80 мм должны оснащаться контрольно-измерительными пунктами (КИП) с внешними выводами от проводников системы ОДК с терминалами для подключения переносных локаторов и детекторов увлажнения изоляции трубопроводов.
В связи с отсутствием в России систем ОДК на базе стационарных локаторов и объединения их системой телемониторинга, в статье изложен опыт и поставлены задачи
- применения технических средств, разработанных западными фирмами, их адаптации к российским условиям;
- анализа комплексного сопротивления (импеданса) трубы ППУ с ОДК, устройств согласования, применения кабелей для соединения проводников ОДК трубопроводов и терминалов;
- организации телеметрии по GSM-каналу на центральный компьютер;
- создания системы телемониторинга с компьютерной поддержкой ЛПР по планированию ресурсов и принятию решений при эксплуатации ППУ-тепловых сетей региона.
|
| Выбор структуры и технических средств. |
|
Система ОДК представляет собой совокупность
оборудования и программного обеспечения, позволяющую своевременно
диагностировать повреждение трубопровода. Принцип действия системы
состоит в следующем. Все укладываемые в землю трубы снабжаются
электрическими проводниками, проходящими вдоль трубы. Эти проводники
электрически соединяются между собой таким образом, чтобы образовался
контур проводов. К выводам этого контура на периферийном пункте
(ПОСТ) подсоединяется стационарный локатор. Локатор посылает
с заданным периодом опроса в контур зондирующий сигнал и получает
обратно отраженный сигнал. По форме и электрическим параметрам
исходного сигнала и его отражения прибор делает вывод о состоянии
обслуживаемого трубопровода. Прибор может обслуживать одновременно
четыре контура. Для каждого контура он может диагностировать
неисправность самого контура (обрыв, короткое замыкание) и увлажнение
(прорыв трубы или повреждение изоляции). Прибор через дополнительный
контроллер связан с GSM-модемом. Программное обеспечение контроллера
позволяет в случае диагностирования неисправности формировать
и отправлять SMS-сообщение в центральный диспетчерский пункт
(ЦПИ). В качестве прибора-детектора/локатора применен рефлектометр,
имеющий следующие основные технические характеристики: Внешние
размеры: 330 x 230 x 111 mm Класс защиты: IP 53 Вес: 7 kg Диапазон
температур: -20 °C до +40 °C Выходной сигнал: Кодированные импульсы
Измеряемые секции: Соединение 4 измеряемых секций. Минимальная
длина измеряемой секции: 5 m Максимальная длина измеряемой секции:
2500 m Характеристика импеданса: Zo=200 W Базовая точность:
±1%, maximum 3 m Порог тревоги: Zo -100 W, Zo +300 W Последовательное
присоединение: RS232 / V24 Дисплей: 6.5" цветной LCD дисплей
640x480 В качестве мини РС используется одноплатный компьютер
WAFER-5820 с источником питания Octagon 5101. Связь мини РС
с прибором и модемом осуществляется по последовательному каналу.
Для связи с ЦПИ используются GSM-модемы Siemens TC-35 в комплекте
с источниками питания и антеннами.
Центральный диспетчерский пункт представляет собой персональный компьютер, снабженный GSM-модемом. Каналы связи с оборудованием могут быть различными - непосредственное подключение, коммутируемые телефонные линии, GSM-телефония, радиоканал и т.п. Число обслуживаемых периферийных ПОСТ - до 500.
Для организации соединений и подключения трубопроводных секций к системе в
качестве базового западными фирмами был выбран коаксиальный кабель RG63 125 ом (при импедансе прибора и сигнального канала 200 ом).
несоблюдение технологии и изменение расстояния на 5-10 мм при установке сигнального проводника в ППУ-трубу существенно влияет на импеданс, а следовательно на характеристики затухания и искажения сигнала.
Выбор коаксиального кабеля RG63 125 ом обусловлен не техническими соображениями, поэтому была поставлена и решена задача адаптация этой составляющей технологии к российским условиям, которая включала следующие задачи:
- исследование формы и параметров отраженных импульсов в поле допуска при изменении параметров импеданса компонентов измерительных цепей;
- выбор параметров и типономинала коаксиального кабеля для соединений сигнальных проводов трубопроводов к рефлектометрам, оконечным устройствам и между собой при соединении сигнальных проводов трубопроводных секций;
- воспроизводство устройств согласования и оконечного устройства для выбранного коаксиального кабеля;
- контроль технологии и параметров пенополиуретановой оболочки и правильности прокладки сигнальных проводов внутри ППУ оболочки.
|
| Программные средства верхнего уровня. |
| На персональном компьютере запущена диспетчерская программа (DispMain), которая принимает и обрабатывает SMS-сообщения от приборов-локаторов. Таким образом, при возникновении неисправности локатор определяет ее по характеристикам отражения электрического сигнала и отправляет информацию в контроллер. Контроллер оформляет SMS-сообщение и отправляет его в диспетчерский пункт, На диспетчерском пункте программа принимает сообщение, заносит запись в журнал и сообщает о происшедшем ЛПР-оператору.
При запуске программы открывается основное окно программы. Оно разбито на три области. Основная область содержит карту района с нанесенными на нее символами приборов-локаторов.
Локаторы на карте обозначены цветными квадратиками. Цвет информирует диспетчера о состоянии трубопровода в квартале, обслуживаемом этим локатором. Зеленый квадратик - все в порядке. В нижней части экрана есть две отдельные области. В левой - информация о текущих действиях программы. В правой - о произошедших событиях - повреждениях, устранении повреждений, реакции оператора. Через меню программы пользователь может указать, какие действия должна выполнять программа при получении информации о повреждении: должна ли она выполнять звуковое предупреждение оператору и какое именно для каждого типа повреждения. Это задается в специальном окне программы.
При возникновении неисправности программа сообщит о ней голосом через системный динамик, занесет запись в журнал и квадратик с изображением прибора-локатора из зеленого превратиться в мигающий красный. Оператор может запросить у программы более конкретную информацию о квартале, в котором произошла неисправность. Для этого необходимо дважды щелкнуть мышкой в этом квартале. При этом программа поверх основного окна с картой района откроет окно с картой квартала, на котором помимо географических объектов нанесено положение прибора-локатора, трубы, проложенные в этом квартале, а также наличие и расположение неисправности. Неисправность отображается в виде отметки (креста) на трубопроводе. Цвет пометки говорит о типе неисправности (красный - короткое замыкание).
Для получения характеристик самой неисправности необходимо щелкнуть дважды на изображении неисправности (кресте). При этом программа выведет всю информацию о повреждении. В любом месте программы - на карте квартала или на карте района оператор может запросить всю информацию о событиях, связанных с тем или иным прибором-локатором. Для этого достаточно дважды щелкнуть мышью на изображении прибора. В открывшемся окне будет выведена таблица с перечнем событий для этого прибора, отсортированным по времени.
Эти журнальные записи оформлены в виде базы данных в формате MS Access и могут быть доступны из любых других приложений.
Программные средства верхнего уровня содержат также программу введения данных, необходимых для организации диспетчерского контроля. Результатом работы программы является набор описаний (база данных) трубопроводов и других объектов, достаточный для обработки и визуализации поступающей информации от локаторов.
|
| Выводы |
| Внедрение изложенных результатов обеспечит готовность тепловых сетей, как объекта автоматизации, что, в свою очередь, даст возможность:
- применить технологии западных фирм по диагностированию ППУ-труб в российских условиях;
- отобразить состояния локальных систем ОДК на центральном диспетчерском пункте;
- оперативно принимать меры по ликвидации дефектов на начальной стадии их возникновения;
- экономить значительные средства на аварийном ремонте тепловых сетей;
- повысить надежность сетей за счет уменьшения аварийных отключений;
- иметь объективную информацию о дефектах за счет устранения влияния субъективного человеческого фактора;
- создавать набор описаний (базу данных) трубопроводов и других объектов, достаточный для обработки и визуализации поступающей информации от локаторов;
- объединить локальные системы ОДК в единую сеть телемониторинга с необходимой иерархией и организацией принятия решений.
|
| Литература. |
1. СП 41-105-2002. Проектирование и строительство тепловых сетей бесканальной прокладки из стальных труб с индустриальной тепловой изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке.
2. СНиП 2.04.07-86*. Тепловые сети.
|
|
|
