Испытание тепловых сетей повышенного давления

Журнал «Новости теплоснабжения», № 6 (10) июнь 2001, С. 19 – 21, www.ntsn.ru

В.М. Липовских, главный инженер, Тепловые сети АО «Мосэнерго»

Тепловые сети «Мосэнерго» проводят гидравлические испытания трубопроводов на повышенное давление. Почему и каким образом мы пришли к этому? Приведу пример. В 1969 году зимой была крупная авария на трубе диаметром 1200 мм на первой магистрали в районе Кузьминок. Лопнул заводской шов. Устранялась она в течение недели. Вывозили даже больных из не отапливаемых больниц. Тогда мы начали задаваться вопросом, а как же эксплуатировать тепловые сети с диаметрами 1000 мм, 1200 мм, и 1400 мм, когда отключение любой тепловой сети затрагивает от 1000 до 1500 зданий. Сегодня есть попытки диагностировать тепловые сети, но пока нет еще такой диагностики, которая дает 100% данные о состоянии трубопровода, проложенного в непроходном канале или бесканально. Мы пришли к выводу, что основной способ выявления утонения труб пораженных коррозией, это гидравлические испытания.

Методика гидравлических испытаний

Ранее нашим министерством «Минэнерго» были изданы инструкции, которые рекомендовали проводить испытания два раза, и использовать насосы, которые стоят на электростанциях – это насосы второй ступени. При этом закрывалась обратная задвижка, давление поднималось в обеих трубах, и испытывался трубопровод или теплосеть длиной 20-25 километров. Конечно, качество испытаний было очень и очень низким. Когда происходило повреждение, надо было все отключать, ремонтировать это повреждение и снова поднимать давление. Конечно, такой подход был неправильным, и мы отказались от этих гидравлических испытаний.

В 1979 году мы начали устанавливать стационарно на тепловых сетях (на электростанциях и на насосных станциях) отдельные опрессовочные насосы и этими насосами начали производить гидравлические испытания. Были приглашены специалисты ВНИИСТ (институт трубопроводов Мингазпрома), они совместно с нами несколько лет работали и дали следующие рекомендации.

При расчетах и проектировании тепловых сетей не учитывается фактор повторности нагружений, хотя теплопроводы постоянно находятся в условиях повторных статических нагружений. Основной причиной высокой повреждаемости тепловых сетей является наружная коррозия труб. Отказы по причине коррозии составляют около 95% от всех отказов. Одним из основных направлений повышения надежности тепловых сетей является совершенствование систем профилактических испытаний трубопроводов внутренним давлением. Основная цель испытаний состоит в выявлении в летний период тех повреждений, которые явились бы потенциальными очагами отказа в период эксплуатации. Испытания при нормативных величинах их параметров не выполняют своего основного назначения – отбраковки ослабленных мест, что приводит к отказам теплопроводов в период эксплуатации. Разработана методика определения уровня испытательного давления, основанная на требовании отсутствия отказов коррозионного характера в течение одного цикла эксплуатации. Показано, что требуемый минимальный уровень испытательного давления зависит от величины рабочего давления, скорости коррозии, диаметра трубопровода и временного сопротивления материала труб. С позиций предложенной методики определения величины испытательного давления проанализированы уровни нормативного и повышенного испытательных давлений по их возможности обеспечения надежной работы теплопроводов. Рассмотрена возможность испытаний тепловых сетей с периодичностью больше одного года. Показано, что если принимать во внимание только фактор коррозии, то в принципе возможен переход на испытание трубопроводов диаметром более 600 мм с двухгодичным интервалом. Однако принятие такой рекомендации может быть осуществлено только после исследования влияния на работоспособность трубопроводов комплекса других факторов, характерных для теплопроводов. Проведены полигонные экспериментальные исследования влияния повторных нагружений внутренним давлением определенного уровня на работоспособность трубопроводов. Секции из новых труб диаметром 1200 и 500 мм были испытаны внутренним давлением 33 кгс/см2 с числом циклов нагружения до 500. После испытаний не было обнаружено признаков разрывов и утечек в стенках труб. Лабораторные исследования по определению механических свойств основного металла труб и сварных соединений циклически испытанных труб и сравнение с соответствующими показателями карт металла, отобранных до проведения испытаний показали, что повторные нагружения при данном уровне испытательного давления и при заданном числе циклов нагружений практически не оказали влияния на прочностные, пластические и вязкие свойства основного металла труб и сварных соединений, а, следовательно, на работоспособность трубопроводов из данных труб. На основании проведенных исследований, разработан проект руководства по определению параметров испытаний тепловых сетей внутренним давлением на прочность. Величина испытательно-пробного давления при испытании на прочность должна приниматься в зависимости от назначения трубопровода – подающий или обратный и его диаметра: диаметр 1400 – 900 мм рекомендовано прессовать подающий трубопровод на 28 кгс/см2, обратный -на 20 кгс/см2, 800 мм – на 33 кгс/см2, 700 – 600 мм – на 33 кгс/см2, 500 мм – до 40 кгс/см2 и 400 – 150 мм – на 40 кгс/см2.

Организация ремонтов и гидравлических испытаний

Такие рекомендации мы получили от института, и мы начали опрессовывать на рекомендованные давления, но при этом было обнаружено очень много разрывов от некачественной сварки трубопроводов на заводах, а эти трубопроводы могли бы какое-то время функционировать, поэтому со временем давления опрессовки были снижены. Второй момент: мы уже начали устанавливать осевые сильфонные компенсаторы и при больших давлениях не выдерживали направляющие опоры, т.е. компенсаторы выпучивало, направляющие опоры ломало.

С 1983 года мы прессуем трубопроводы диаметром до 1400 мм на давление 24 кгс/см2, обратный – 20 кгс/см2, трубопроводы диаметром 800 – 600 мм на 26 кгс/см2 и 500 мм и ниже на 28-30 кгс/см2.

Для того чтобы производить гидравлические испытания, нужно было выбрать насосы, которыми можно поднять давление. Такими насосами были выбраны насосы ЦНС-300, ЦНС-180 и ЦНС-60. ЦНС-300 были установлены у нас стационарно на всех электростанциях, на перекачивающих насосных станциях и в ряде районов в отдельных павильонах. Напор который они развивают 400 м, т.е. 40 кгс/см2. И одновременно у нас сейчас сделано 10 передвижных прессов, где стоят насосы ЦНС-180. Приводом является двигатель ЯМЗ-240 мощностью 300 лошадиных сил. Этот двигатель применяется на большегрузных машинах.

Опрессовка проводится отдельно по каждой трубе. Прессуются отдельно подающий и отдельно обратный трубопроводы. Почему так? Если поднимать давление одновременно в двух трубах, то тогда у нас получается нерасчетные нагрузки на мертвые (неподвижные) опоры. И было принято решение вот таким образом прессовать по одной трубе. Сети каждого района сегодня разбиваются на участки. Эти участки до 15-20 км длиной. На каждый участок составляется график и начиная с 10 мая по 25 августа каждый район прессует эти сети, проводит текущий ремонт на каждом таком участке.

Организация ремонтов и гидравлических испытаний начинается в основном уже где-то в ноябре месяце. Начался отопительный сезон, и мы уже начинаем верстать график ремонтов на следующий год. В первую очередь эти графики согласовываются с электростанциями. Потому что на станциях тоже планируются свои капитальные ремонты. Они ремонтируют коллектора, насосы, задвижки. И мы всегда хотим, чтобы этот ремонт был одновременно с нашим. После этого в графике также предусматриваем, чтобы два района одновременно не прессовали смежные (соседние) сети. Если получается разрыв на трубопроводе большого диаметра, и он потребует большого ремонта, тогда мы ставим заглушки и запитываем потребителя от соседнего района. Этот график согласовывается в «Мосэнерго», потом согласовывается в префектурах, в УТЭХ. Как правило, это согласование мы получаем в марте месяце. После проводятся совещания и начальники районов передают эти графики в управы, префектуры, которые проводят свои ремонты вместе с нами. Кроме всего прочего при таких гидравлических испытаниях, поскольку они проводятся на многолюдных улицах, где есть активное движение машин, очень важно составить программу испытаний. Программа готовится, как правило, руководством районов, согласовывается со станцией, со службами и утверждается. К этой программе приложена схема тепловых сетей, которые входят в опрессовку. По этой схеме имеются контрольные точки, как правило, это на конечных магистралях, по которым начальник района следит за давлением при гидравлическом испытании. При этом учитываются изометрические отметки тепловых сетей и, с учетом этих изометрических отметок, давление в каждом трубопроводе.

Как правило, запрещено летом ставить на тепловых сетях латки. Устраняются повреждения от начала до конца, от хорошей трубы до хорошей. Таких повреждений у нас набирается в летний период где-то до 4500-5000.

Очень важны при этом конечно и вопросы техники безопасности. Были случаи очень неприятные, когда поднимало плиты, когда слетали люки при разрывах. При разборах этих случаев оказывалось, что не всегда очень тщательно выпускается воздух из тепловых сетей. Поэтому всегда, перед тем как включить еще очередной раз насос начальник района или ответственный за опрессовку опрашивает своих людей, везде ли продули воздушники. Когда воздушники продуты, таких взрывов конечно не бывает. В отдельных случаях там, где гидравлические испытания идут в особенно людных местах, как правило, мы эти гидравлические испытания проводим в ночное время, для того чтобы при разрывах не было никаких несчастных случаев с людьми.

Перспективы

Конечно, гидравлические испытания, не самый лучший способ проверки. Я бы сказал способ варварский. Одновременно с разрывами появляется в каналах намыв грунта, при замене одного участка соседние участки начинают корродировать. Сейчас мы пытаемся ликвидировать ряд повреждений, не дожидаясь гидравлических испытаний, заранее.

Большие надежды мы возлагаем на предизолированные трубопроводы в пенополиуретановой изоляции, которые мы начали эксплуатировать. На этих трубопроводах имеются системы слежения за состоянием тепловой изоляции. Конечно, нет смысла прессовать эти трубопроводы, потому что нет влаги и нет наружной коррозии, а повреждения от внутренней коррозии не всегда проявляются при гидравлических испытаниях. Но пока есть инструкции, которые нам рекомендуют прессовать и готовить тепловые сети ежегодно и мы действуем по этой инструкции.