Вадим Кащеев,
заслуженный энергетик РФ
Владимир Поляков,
кандидат технических наук
В регионах России начался новый отопительный сезон. Каким он будет – относительно спокойным или принесет очередные неприятные сюрпризы – зависит не только от погоды, но и от того насколько качественно подготовлено тепловое хозяйство, и особенно тепловые сети, к работе в отопительный период.
Обновление сетей – насущная необходимость
Состояние тепловых сетей России на сегодня в целом оценивается неудовлетворительно. Существует огромный недоремонт сетей – вместо нормативных 4% (соответствующих сроку службы труб 25 лет) реконструируется в последние годы 2% и менее [1,2]. В результате в настоящее время более 71% трубопроводов имеют срок службы более 21 года, 54% – более 25 лет, а 35% – более 30 лет [2]. Как следствие, рост повреждений и затрат на их устранение, а также огромные тепловые потери, достигающие 20% произведенной тепловой энергии [1].
Чтобы не развалить окончательно теплоснабжение страны, являющееся важнейшей для жизнеобеспечения населения отраслью, и постепенно войти в норматив, необходимо обновление тепловых сетей в объеме не менее 8–10%. Для реального энергосбережения в отрасли необходимо не просто обновление тепловых сетей, но применение при перекладке конструкций и технологий, обеспечивающих минимальные тепловые потери и большой срок службы. В этом случае, немалые затраты на перевооружение теплоснабжения будут в значительной степени компенсированы получаемым в результате экономическим эффектом, исчисляемым сотнями миллиардов рублей, и связанным со снижением потерь тепловой энергии и затратами на проведение аварийных работ на старых теплотрассах.
Учитывая недостаточность финансовых средств у теплоснабжающих организаций (ТСО), обеспечивающих вышеупомянутые темпы реконструкции и ремонта, необходимо формирование новой целевой государственной программы обновления тепловых сетей (магистральных и разводящих) с финансированием из федерального и региональных бюджетов. Предыдущие программы, составленные в объеме ЖКХ, являлись малоконкретными, без акцентирования проблем трубопроводного хозяйства (тепловые сети, водопроводные, водоотведения), но и те были благополучно провалены.
Коррозия трубопроводов и их антикоррозионная защита
Особенностью тепловых сетей в России является то, что они, как правило, не отрабатывают свой нормативный срок эксплуатации 25 лет и служат 10–15 лет. Причина – внутренняя и наружная коррозия стальных труб. Коррозия труб зависит от качественного состава стали. Внутренняя коррозия, кроме того, зависит от качества водоподготовки, содержания кислорода и углекислого газа в сетевой воде.
Наружная коррозия труб определяется рядом факторов. Это и воздействие агрессивных грунтовых вод при работе теплопроводов в обводненных грунтах без попутного дренажа и в негерметичных каналах. Это и утечки теплоносителя. Это и некачественная теплогидроизоляция трубопроводов, приводящая при намокании теплоизоляции к ускоренной коррозии и резкому увеличению тепловых потерь. Это и блуждающие токи, борьбе с которыми перестали уделять внимание и проектные организации и ТСО.
Блуждающие токи есть везде, где имеется электричество, и особенно там, где метрополитен, трамваи, высоковольтные линии. Ранее считалось, что катодные станции защиты газопроводов защищают и сопутствующие тепловые сети тоже. На практике оказалось, что наоборот – отводя токи от газопроводов, они приводят к концентрации их на теплопроводах. В результате, в настоящее время до 70–80% повреждений трубопроводов тепловых сетей связаны с коррозионными процессами [2].
В этих условиях проблема обеспечения антикоррозионной защиты трубопроводов сетей была и остается основной в обеспечении их надежности и долговечности. Этой проблеме посвящено много работ и на рынке имеется целый ряд составов антикоррозионных покрытий, применяемых для защиты стальных трубопроводов различного назначения [3]. Работы по совершенствованию защитных покрытий продолжаются.
Одними из основных параметров таких покрытий являются рабочая температура и срок службы. В России основной температурный график тепловых сетей 150/70°С с качественно-количественным регулированием. Таким образом, максимальная рабочая температура покрытий должна быть 150 градусов, а требуемый срок их службы должен быть не менее 15 лет, а лучше 25 и более лет.
Московской объединенной энергетической компанией (МОЭК) в рамках проведения научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы по защите трубопроводов тепловых сетей от электрохимической коррозии совместно со специалистами ООО «СК «СОФИС-М» были проведены сравнительные лабораторные испытания ряда применяемых в настоящее время антикоррозионных покрытий, а также новой разработанной по заказу ПАО «МОЭК» композиции для повышенных температур.
Ускоренные стендовые испытания образцов рассматриваемых покрытий включали следующие испытания: на термостойкость (выдержка 600, 1200 и 1875 часов), термовлагостойкость (выдержка 1000, 2000, 3000 и 3500 часов), воздействие агрессивных сред (растворы соляной кислоты, едкого натра, 3% раствор хлорида натрия) с выдержкой 1000, 2000 и 3000 часов, воздействие блуждающих токов с приложенным потенциалом ±1В с выдержкой 1000, 2000 и 3000 час. По результатам испытаний ряд широко известных и применяемых покрытий не прошли ресурсные испытания в полном объеме, наилучшие результаты физико-механических показателей получены у разработанного инновационного покрытия МОЭК, срок службы которого по результатам проведенных испытаний составил не менее 25 лет. На разработанное покрытие получен патент на изобретение [4].
Повышение стойкости трубопроводов тепловых сетей к наружной коррозии за счет нанесения эффективных антикоррозионных покрытий позволит увеличить долговечность стальной трубы сетей канальной прокладки и в тепловых камерах. Указанный тип прокладки является в России наиболее распространенным – 77% протяженности всех теплосетей.
Преимущества трубопроводов в ППУ изоляции и проблемы их применения
Однако кардинальный способ повышения надежности и срока службы тепловых сетей до 30 и более лет – это применение для прокладки предызолированных трубопроводов в пенополиуретановой (ППУ) изоляции [5]. Эта технология более 40 лет применяется в Западной и Северной Европе, да и в России опыт ее применения составляет уже 25 лет. Хотя в отличие от Европы, где доля таких трубопроводов составляет 70 и более процентов, в России до сих пор доля этих труб менее 5%, за исключением Москвы и Санкт-Петербурга, где она превышает 30%.
Эффективная теплоизоляция из ППУ и внешняя гидроизоляция из полиэтиленовой оболочки позволяет обеспечивать минимальные тепловые потери (2–3%) и исключает наружную коррозию стальной трубы. В отличие от минераловатной изоляции, широко применяемой при канальной прокладке и имеющей эффективный срок службы 5–7 лет (после чего происходит деградация ее механических и теплоизоляционных свойств), ППУ изоляция обеспечивает эффективную теплоизоляцию в течение не менее 30 лет. Данный срок эксплуатации для европейских условий при температуре теплоносителя 120 градусов уже подтвержден на практике. В настоящее время для Европы ожидаемый термический срок службы этих трубопроводов составляет 40–50 лет.
Конечно, в России режимы работы тепловых сетей отличаются от европейских, прежде всего более высокой температурой теплоносителя (до 150 градусов) и качественно-количественным графиком регулирования отпуска тепла, что приводит к более жестким требованиям к изолированной конструкции. Тем не менее, технические возможности производства таких трубопроводов для российских условий у крупных заводов имеются. Актуализированная редакция ГОСТ 30732-2020, определяющая требования к предызолированным ППУ трубопроводам, учитывает особенности теплоснабжения нашей страны.
Одной из проблем применения данной технологии в России является присутствие на рынке поставщиков трубопроводов и строительно-монтажных организаций, не обеспечивающих реально высокое качество продукции, но имеющих формально сертификат соответствия упомянутому стандарту. Практика показывает, что такой сертификат в нынешних условиях можно получить, не выходя из кабинета. А основным (и часто единственным) критерием отбора победителя в тендерах на закупку труб ТСО является цена, и такие тендеры зачастую выигрывают недобросовестные поставщики. Для обеспечения высокого качества закупаемых трубопроводов необходимы изменения в положениях о тендерах, проводимых ТСО при закупках оборудования, с введением критериев, связанных с реальной сертификацией продукции в аккредитованных лабораториях и с аудитом и аттестацией производителей продукции.
В связи с наблюдаемыми в последнее десятилетие несоблюдением технологии и падением качества строительства тепловых сетей, не менее важная задача – это разработка процедуры допуска к работам ответственных строительных организаций, которые могут реально обеспечить требуемую ФЗ №190 «О теплоснабжении» 10-летнюю гарантию на выполненные работы. Сейчас же нередки случаи, когда ТСО вынуждены проводить ремонтные работы на ППУ трубопроводах из-за некачественных строительно-монтажных работ за свой счет в период гарантийного срока [6].
Практика и европейских стран, и России свидетельствует о том, что 50% и более обнаруживаемых повреждений на таких сетях связаны с некачественной изоляцией стыковых соединений в период строительства [7, 8]. Для обеспечения качества проведения работ по изоляции и применяемых при этом материалов рекомендуется вспомнить предшествующий опыт Москвы, когда изоляцию стыков проводили бригады компании-производителя труб или уполномоченные ими компании. При таком подходе гарантийные обязательства будут выполняться, так как завод-производитель в отличие от небольших строительных компаний никуда не исчезнет.
Защита от коррозии предызолированных ППУ трубопроводов
Рассматриваемая проблема защиты стальных конструкций от наружной коррозии актуальна и для некоторых изделий, применяемых в технологии предызолированных ППУ трубопроводов. Это касается металлических заглушек изоляции, щитов и патрубков неподвижных опор, штоков запорной арматуры, а также опорных конструкций, применяемых при прокладке предызолированных труб в каналах. Долговременная защита указанных элементов от коррозии позволит в полной мере реализовать преимущества данной технологии.
Практика эксплуатации тепловых сетей в ППУ изоляции показала, что особое внимание следует уделять антикоррозионной защите заглушек изоляции, установленных в колодцах спускников. Учитывая это, завод по производству систем предызолированных трубопроводов АО «Теплоизоляционная компания» («ТИК») разработал конструкцию концевого элемента для спускников с нанесением усиленного цинкового покрытия.
Другим элементом трубопровода, требующим долговременной защиты от коррозии и гальванической развязки стальной трубы, является щит и патрубки неподвижной опоры, которые при строительстве тепловой сети бетонируются. Заводом «ТИК» разработана конструкция неподвижной опоры (рис. 1), обеспечивающая данные требования.
В рамках работ по защите от коррозии трубопроводов тепловых сетей АО «ТИК» совместно с ПАО «МОЭК» были проведены испытания нового покрытия [4], нанесенного на стальную трубу под ППУ изоляцию. Испытания, проведенные в лаборатории Санкт-Петербургского Центра энергосбережения, показали, что прочность на осевой сдвиг теплоизолированной конструкции составила 0,24–0,3 МПа, что в 2–2,5 раза выше, чем требование ГОСТ 30732-2020 для указанного параметра.
И, наконец, надежность и долговечность теплопроводов не в последнюю очередь зависят от качества эксплуатации тепловых сетей. Для любых типов прокладки важнейшей задачей ТСО является обеспечение требуемого водно-химического режима как источников тепла, так и тепловых сетей, что позволяет если не исключить, то резко снизить внутреннюю коррозию труб.
Для традиционных видов прокладки – это ревизия и своевременный ремонт повреждений тепло и гидроизоляции, антикоррозионных покрытий, обеспечение работы дренажей и откачка воды из тепловых камер и каналов. В случае применения труб в ППУ изоляции надежность и долговечность теплопроводов обеспечивается, как конструкцией трубы, так и наличием встроенной системы оперативного дистанционного контроля (СОДК), позволяющей получать информацию о возникновении повреждений.
Для реализации предоставляемых данной технологией возможностей необходимо обеспечение на этапе строительства работоспособности СОДК, ее постоянный мониторинг в процессе эксплуатации тепловой сети и проведение своевременного ремонта возникающих повреждений. Арсенал разработанных в настоящее время средств позволяет обеспечивать как периодический, так и непрерывный удаленный мониторинг системы с использованием диспетчеризации.
Выводы
В целом, рассматривая проблему обеспечения надежности и долговечности эффективных тепловых сетей, необходимо отметить, что повышение срока службы теплопроводов требует комплексного подхода. Среди необходимых мер целесообразно выделить следующие.
- Обновление (актуализация) нормативных документов, таких как СП 61.13330-2012, СП 124.13330, СП 41-104-2002 с целью формулирования требований к проектированию, строительству и эксплуатации тепловых сетей и обеспечения реального энергосбережения.\
- Строительство тепловых сетей должно вестись по прогрессивной технологии – с применением труб в ППУ изоляции с системой контроля, бесканально или в канале (где это необходимо). Исключение могут составлять проекты в канальном варианте с навесной изоляцией после утверждения их на межведомственной комиссии с участием государственной экспертизы.
- Для тепловых сетей в канальном варианте необходимо применять антикоррозионные покрытия, выдерживающие требуемую температуру эксплуатации с устройством дренажей и водовыпусков.
- Проектные организации должны быть активными участниками процесса создания теплосетей и нести ответственность согласно ФЗ№190 «О теплоснабжении».
- Трубные заводы должны обеспечивать гарантию на свою продукцию 10 лет и предложить энергетикам новые трубы с повышенными антикоррозионными свойствами.
- Ввести в практику периодическую аттестацию строительно-монтажных организаций, выполняющих работы по строительству теплопроводов, включая аттестацию их сотрудников.
- Ввести в законодательство о тендерах требование об обязательной сертификации продукции изготовителей трубопроводов тепловых сетей с аудитом и аттестацией производства.
Хотелось бы верить, что внедрение перечисленных мер в практику создания тепловых сетей сыграет положительную роль в приведении теплового хозяйства страны в нормальное и энергоэффективное состояние.
Литература
1. Теплоэнергетика и централизованное теплоснабжение России в 2014–2018 годах. Информационно-аналитический доклад Минэнерго РФ. М. 2020.
2. Москалев И.Л., Литвак В.В. Повреждаемость основных узлов сетей теплоснабжения городов российской федерации. Изв. ТПИ. Инжиниринг энергоресурсов. 2015, т.326, №7, с.70–80.
3. РД 153-34.20.518-2013 Типовая инструкция по защите трубопроводов тепловых сетей от наружной коррозии.
4. Патент РФ № RU 2 709 277 C1 «Эпоксидная композиция для защитного антикоррозионного покрытия, стойкого к воздействию повышенных температур». Дата регистрации 17.12.2019.
5. Кащеев В.П., Поляков В.А. Реальные достижения и проблемы в производстве и применении труб в полиуретановой изоляции при строительстве тепловых сетей. Новости теплоснабжения, 2008, №11, с.47–49.
6. Рысс-Березарк С., Цыцеров Е. Особенности эксплуатации тепловых сетей в ППУ-изоляции. Коммунальный комплекс России, 2019, №5–6 (179–180), с.28–31.
7. Безье Р., Норденсван Т., Сирола В. Рекомендации по подготовке и сертификации монтажников трубопроводов и монтажных организаций. Новости теплоснабжения, 2016, №3, с.38–42.
8. Поляков В.А. Трубопроводы в ППУ: надежно и экономично. Коммунальный комплекс России, 2009 , №3–4, с.56–58. ¢