Теплосеть один из ключевых элементов городского хозяйства города, однако состояние трубопроводов находится в изношенном виде, срок службы многих из них давно истек, а их капитальный ремонт требует значительного времени и колоссальных затрат. Ежедневно на Петербургских теплосетях происходят аварии на трубопроводах.

Основными проблемами эксплуатации теплосетей являются [1]:

1. Отсутствие постоянного контроля за состоянием тепловых сетей;
2. Большое количество времени для устранения аварий;
3. Высокий уровень затрат на эксплуатацию тепловых сетей;
4. Высокая степень износа тепловых сетей превышение критического уровня частоты отказов.

На данный момент времени постоянный контроль за состоянием трубопровода не осуществляется. Диагностика и поиск дефекта происходит с прибытием службы диагностики ремонтной бригады на место аварии, и осуществляется вручную с помощью поисковых приборов. Время устранения аварии регламентировано 24 часами, но бывают случаю, что аварию длится свыше регламентированного времени (до двух или трех суток). Такая продолжительность может завесить от разных факторов: несогласованность действий служб диагностики и ремонтной бригады, проблемы с подрядчиком или повторный прорыв трубы.

По информации АО «Теплосеть Санкт-Петербурга» на один километр труб приходится 2 аварии. Это как никак подтверждает, что степень износа тепловых сетей Петербурга крайне велика и имеет высокий уровень частоты отказов. Число аварий на теплосетях в отопительном сезоне 2021/2022 выросло на 9%. Ежегодно в Санкт-Петербурге фиксируют около четырех -пяти тысяч аварий на теплосетях. Бывают случаи летального исхода. Прорывы труб могут быть совершенно внезапны и люди могут быть к ним не готовы. Такая ситуация произошла 18 октября 2024 на ул. Кронштадтской. Автобус выехал на рейс, но подъехав к остановке провалился под асфальт (рис. 1).

Рисунок 1. Авария на ул. Кронштадтской (г. Санкт-Петербург)

В результате несвоевременного обнаружения мест будущих аварий возникают неблагоприятные последствия:

1. Аварии и парения теплотрассы;
2. Дорогостоящий ремонт;
3. Отключение горячей воды потребителям;
4. Угроза безопасности граждан.

На настоящий момент технология обнаружения утечки выглядит таким образом [2]:

1. Обнаружение утечки теплоносителя;
2. Сообщение в диспетчерскую службу;
3. Выезд службы диагностики и ремонтной бригады;
4. Отключение участка трубопровода;
5. Поиск точного места утечки;
6. Вскрытие асфальта и грунта;
7. Диагностика трубопровода;
8. Ремонт трубопровода;
9. Подключение участка трубопровода.

При обнаружении утечки теплоносителя обычным гражданином, он оказывается абсолютно не защищенным от последствий утечки. Если взять конкретный случай, то утечка обнаруживается лишь тогда, когда её уже видно человеку невооруженным глазом, следовательно, вода уже стремительно вытекает из трубопровода, а это значит, что может задеть человека, либо он может провалится в промоину, образовавшуюся из-за утечки [3]. Далее гражданин сообщает в аварийную службу об факте утечке. И на этом этапе уходит много времени, так как аварийная служба реагирует на утечку не так оперативно, как пожарная служба, следовательно, уходит достаточное количество времени между принятием сообщения и выездом ремонтной бригады и службы диагностики. Как правило, ремонтная бригада прибывает на место аварии первой и отключает аварийный участок, потом выставляет ограждения.  Второй прибывает уже служба диагностики, выясняет точное место утечки и следит за проведением работ. После вскрытия асфальта и грунта, инженер службы диагностики определяет заменяемый участок трубы, измеряя остаточную толщину металла специальным прибором. После проведения всех ремонтных работ, аварийный участок проверяется под давлением и за тем зарывается. Ремонтная бригада снимает ограждения и покидает место аварии.

Технология обнаружения утечек службы диагностики и ремонтной бригады занимает достаточно много времени, и зачастую рабочие не успевает уложиться в заданное время для устранения аварии. Помимо этого, случаются случаи повторного вскрытия уже отремонтированного участка трубопровода, из-за неудовлетворительного ремонта в предыдущий раз. Так же стоит отметить, что изношенные теплосети обладают достаточно низким уровнем безопасности, что может привести к трагичным случаям. В связи с этим необходимо установить постоянный дистанционный контроль над состоянием трубопровода, для возможности дистанционного определения местоположения дефекта на ранних стадиях его образования. Тем самым повысить качество работы службы диагностики и ремонтной бригады, сократив время устранения аварии, и обеспечить безопасность граждан.

Существующие решения:

1. I. Гидравлические испытания трубопроводов (рис.2) — это комплекс мероприятий, которые проводятся на разных этапах эксплуатации трубопроводов. Они проводятся в обязательном порядке в трех случаях:
2. В процессе производства трубопроводов;
3. После монтажа, проверяют на работоспособность;
4. Во время эксплуатации, в профилактических целях.

Рисунок 2. Процесс проведения гидравлических испытаний трубопроводов

При гидравлических испытаниях создают экстремальные условия и подают в трубопровод давление в 1,25 или 1,5 раз больше нормального давления это давление называется проверочным. Проверочное давление подается в трубопровод медленно и плавно, чтобы не вызвать гидроудар или не устроить аварию.

1. II. Тепловизионное обследование — это вид теплового контроля с использованием оптико-электронного измерительного прибора, который работает в инфракрасной области электромагнитного спектра [4]. Он обеспечивает переход теплового излучения всех исследуемых объектов в видимую область. Тепловизионный прибор позволяет «видеть тепло» и отображать температурный образ объекта на дисплее устройства. Этот образ называется термограммой. Тепловизор позволяет видеть то, что невозможно увидеть невооруженным глазом человеку (рис. 3).

Рисунок 3. Процесс телевизионного обследования тепловых сетей с БПЛА

Благодаря тепловизору удается выявить дефекты на стадии строительства или капитального ремонта трубопроводов. Выявление дефектов на ранней стадии позволяет оперативно устранить причины тепловых потерь и снизить затраты на тепловую энергию. Тепловизионное обследование всегда является бесконтактным, оно позволяет выявлять дефекты тепловой изоляции и оборудования на ранней стадии развития. Такое обследование позволяет планировать необходимые ремонтные работы заранее и снизить риск возникновения и развития аварийных ситуаций на объекте и затраты на их устранение. Тепловизионному обследованию подлежит теплоизоляция основного и вспомогательного оборудования и трубопроводов с температурой теплоносителя выше 100 °С.

III. В наше время широко используются акустические течеискатели. В основном это устройства для усиления звука, которые позволяют оператору услышать звук утечки в трубопроводе, который человеческому уху услышать невозможно. Так же широко используются переносные течеискатели воды с функцией электронного усиления звука. Они выпускаются с функцией частотной фильтрации, и без нее. В дополнение к измерению и усилению силы шума утечки, в современных приборах присутствуют новые функции, которые помогают обнаружить утечку с большей вероятностью и точностью.

Исходя из важности постоянного мониторинга состояния трубопроводов, решением по обеспечению безопасности и хорошего качества работы службы диагностики и ремонтной бригады является установка системы акустических датчиков (рис. 4) в камерах трубопровода [5]. Данная система позволит осуществлять постоянный дистанционный контроль за состоянием трубопровода в режим реального времени и моментально реагировать на показания датчиков, не теряя времени на поиск места дефекта вручную.

Рисунок 4. Датчик ORTOMAT–MTC

Используя самые последние технологии и различные методы измерений, акустический датчик ORTOMAT-MTC позволяет обнаружить местоположение утечек на любой стадии образования. Используя метод корреляции, место утечки можно обнаружить с большой точностью. Датчик обладает магнитным переходником, который используется для установки датчика к металлическим частям трубопровода [6]. Датчик имеет прочный корпус, и рейтинг защиты IP68 и поэтому предназначен для наиболее неблагоприятных условий эксплуатации. Благодаря легкости установки и подключения, датчик быстро устанавливается на трубопровод, и так же быстро снимается. ОRTOMAT-MTC постоянно записывает структуру шума в точке измерения, причем ежедневно вовремя, когда потребляется наименьшее количество воды, датчик осуществляет более частый контроль. В период времени между двумя часами ночи и 6 часами утра, датчик осуществляет запись шума каждые пять минут. В период с шести утра до 2 ночи, запись ведется каждые 30 минут. Причина такой записи является, в городском шуме, который создает помехи при записи. Используя высокочувствительный датчик вибрации, устройство регистрирует самую мелкую утечку в трубопроводной сети [7]. Внутренняя конструкция датчика представлена на рисунке 5.

Рисунок 5. Внутренняя конструкция ORTOMAT-MTC:

1-паспортная табличка; 2-магнитный держатель; 3-место для крепления;

 4-разъем для антенны; 5- разъем для виброфона; 6- крышка аккумулятора;

  7 – аккумулятор; 8-микросхема

В случае обнаружения системой утечки, на компьютер придет специальное уведомление, с конкретным адресом расположения датчика, и точным местом утечки. На место предполагаемой утечки выезжает ремонтная бригада и перекрывает участок. Инженер службы диагностики собирает всю информацию с сервера, по данному месту аварии и тоже выезжает на место предполагаемой утечки.

Исходя из этого можно сделать вывод, что обнаружение утечки с использованием системы датчиков ORTOMAT–MTC будет происходить быстрее, кроме этого утечка будет обнаружена на ранней стадии её образования, а человеческий фактор сведен к минимуму из цепочки обнаружения утечки.