Повышение энергоэффективности теплоносителей с применением систем мониторинга технологических параметров

Шитов Д.В., Давыдова Д.Г., Журавлев Д.Б.

//Журнал "ТехНадзор" №2(87) февраль 2014г.

В рамках реализации программы Российской Федерации «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года» и Федерального Закона №261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» всем предприятиям, использующим энергетические ресурсы, предписывается организовывать работы по постоянному повышению энергетической эффективности и стимулированию энергосбережения. Задачи планирования, учета энергетических ресурсов сопряжены с определенными рисками. В первую очередь, многие предприятия сталкиваются  с проблемой выявления источников, снижающих энергоэффективность. По состоянию на сегодняшний день широкое распространение получили системы мониторинга, позволяющие вести контроль технологических параметров и определять участки, имеющие значительные энергетические потери. Применение для решения этих проблем систем комплексного мониторинга актуально для оборудования, обладающего следующими признаками:

• разрушение технического устройства может приводить к инциденту, аварии и человеческим жертвам, значительным материальным и экологическим потерям;
• доступ для периодического осмотра и контроля инструментальными методами отсутствует или затруднен;
• остановка оборудования в рамках его очередного натурного обследования может привести к сокращению ресурса как отдельного устройства, так и нарушению режима работы технологического комплекса в целом;
• значительный объем подготовительных и диагностических работ требует частичной или полной остановки, приводит к значительным затратам и снижает эффективность эксплуатации;
• включение технического устройства в перечень оборудования, подлежащего мониторингу, позволит увеличить время между регламентными остановками на техническое освидетельствование и в перспективе перейти к эксплуатации по техническому состоянию.

Рисунок 1 - Автоматизированная Система Мониторинга Технологических Параметров (АСМТП)

Одним из инструментов повышения энергетической эффективности технических устройств является снижение тепловых потерь при транспортировке теплоносителей и хладагентов. И хотя современные теплоизоляционные материалы, изготавливаемые в соответствии со СНиП 41-03-2003, должны обеспечить необходимые требования по  теплозащите, на практике часто возникают ситуации, когда эксплуатационный износ наступает намного раньше срока, заявленного производителем. Низкая энергоэффективность  высококачественных теплоизоляционных материалов может быть вызвана рядом причин:

• нарушение требований проекта по прокладке и расположению основных узлов оборудования;
• нарушение технологии монтажа, низкое качество сборки;
• агрессивные условия работы оборудования, приводящие к преждевременному износу (вибрация);
• возникновение нерегламентированных нагрузок и внешних воздействий.

Во многих случаях основной причиной выхода из строя теплоносителя является увлажнение изоляционного покрытия вследствие некачественного монтажа внешнего покровного слоя или возникновения несплошностей в его структуре. Нарушения целостности, в свою очередь, могут возникнуть в результате нерегламентируемых перемещений трубопровода, вызванных температурными колебаниями или наличием ненормированных нагрузок. Другим возможным источником потери функциональности тепловой изоляции является ее намокание вследствие коррозионного разрушения внутренней поверхности металла трубопровода. Со временем коррозионный износ приводит к возникновению микротечей, выявление которых маловероятно на первоначальном этапе в ходе визуального осмотра. При наличии сопутствующих  факторов, таких как наличие агрессивных газов в транспортируемой среде (кислород, окись углерода) и перепады температур, в несколько раз повышается риск внезапного выхода оборудования из строя, что влечет существенные финансовые потери. Постоянный мониторинг состояния тепловой изоляции позволяет не только продлить срок ее службы, но и существенно снизить тепловые потери, повысить экономическую эффективность, обеспечить эффективное и рациональное использование энергетических ресурсов.

Одним из наиболее эффективных механизмов оценки состояния тепловой изоляции на эксплуатируемых объектах является постоянный мониторинг показаний влажности изоляции в совокупности с локальным контролем температуры самого объекта в определенных реперных точках. Данные о влажности позволяют обнаружить намокание изоляции, а сведения о температуре информируют о наличии теплопотерь на конкретном участке. 

При оценке величины теплопотерь используются тренды температуры, реализованные в системах мониторинга  (согласно требованиям ГОСТ Р 53564-2009 «Мониторинг состояния оборудования опасных производств. Требования к системам мониторинга»). Непрерывный сбор информации позволяет накапливать данные по диагностическим признакам и проводить анализ их изменения во времени. Важно при этом обеспечить не только качественную, но и количественную оценку показаний.

Одним из примеров эффективного внедрения автоматизированных систем мониторинга технологических параметров (АСМТП) является их использование на объектах транспортировки теплоносителей: трубопроводы пара и горячей воды (рисунки 1 и 2).

Установка системы мониторинга технологических параметров позволяет:

• выявлять изменения в состоянии тепловой изоляции (намокание, нарушения в защитном слое) и своевременно устранять причины их возникновения;
• на раннем этапе обнаруживать разгерметизацию трубопроводов с теплоносителями (микротечи), что снижает риск внезапного выхода объекта из строя, позволяет оперативно принимать меры по ремонту и снижает размер возможного ущерба;
• контролировать параметры теплоносителей и оценивать теплопотери на каждом отдельном участке протяженных трубопроводов или всего трубопровода в целом;
• производить расчет энергетической эффективности принятых мер по защите объекта;
• обосновать принятие дополнительных мер по снижению тепловых потерь на отдельных участках трубопровода;
• рассчитывать экономические потери, связанные с транспортировкой теплоносителей.

Рисунок 2 – Модуль системы мониторинга технологических параметров, установленный на объекте контроля, и рабочее место оператора.

В настоящее время, наряду с контролем состояния тепловой изоляции, системы мониторинга технологических параметров широко зарекомендовали себя в следующих отраслях:

• постоянный температурный мониторинг трубопроводов аммиачных холодильных установок;
• системы постоянного контроля качества поставляемых коммунальных ресурсов (эффективный мониторинг состояния систем теплоснабжения);
• мониторинг энергопотребления промышленных объектов;
• температурное и влажностное «картирование» ревизуемых  промышленных объектов, а также вновь возводимых объектов во время строительства и после сдачи объекта;
• температурный мониторинг зданий и сооружений различного назначения.

Таким образом, применение автоматизированных систем мониторинга технологических параметров позволяет не только прогнозировать энергетические потери при транспортировке теплоносителей, но и принимать меры по повышению энергетической эффективности производственных объектов.