Дистанционный инженерный мониторинг тепловых сетей

Аэрогамма-спектрометрическая, газовая, аэрозольная и тепловая инфракрасная аэросъемки решает следующие задачи:

§ определение местоположения и оценка состояния подземных тепловых сетей, выявление аварийных и предаварийных участков;

§ выявление участков загрязнения и источников несанкционированных сбросов в реки и водоемы.

Тепловая инфракрасная (ИК) аэросъемка

Тепловая инфракрасная (ИК) аэросъемка выполняется при помощи сканирующей 3-х (4-х) канальной тепловизионной системы "Вулкан-4000" (разработка ГНПП "Аэрогеофизика"), режимы записи: до 200 сканов в секунду и до 4000 точек на строку сканированного изображения, т.е. реально материалы съемок с высоты 350 - 500 м имеют пространственное разрешение изображения 0.2 - 0.25 м, спектральный диапазон обычно 8-13 мкм, но может быть и любой другой, в том числе видимый. Материалы тепловой съемки могут трансформироваться по масштабной топооснове (всегда предоставляется Заказчиком, что прежде всего определяет степень режимности итоговых материалов; для городских территорий, как правило, масштаба 1:2 000), сшиваться, разрезаться по границе планшетов и передаваться Заказчику в виде файлов, например, *.BMP, *.TIF или любого другого графического формата с цветной или черно-белой (256 градаций серого) палитрой. Заказчики получают, как результат аэросъемок, файлы помаршрутных ИК изображений на CD-дисках (через день-два после съемки), в том числе и в виде проекта, собранного с точностью используемой GPS системы, пакет программ IRIT (разработка ГНПП "Аэрогеофизика"), позволяющих выполнять просмотр, сшивку, разрезку, масштабирование, экспорт, печать и др., т.е. полную технологию обработки изображений. Точность привязки элементов изображения к топооснове, как правило, отвечает кондициям этой топоосновы. Тепловая съемка – единственный дистанционный метод, позволяющий оперативно решать задачи контроля состояния продуктопроводов, (нефте- и газопроводов, подземных тепловых сетей и др.), а также уточнять либо же составлять схемы их расположения.

Сотрудники ГНПП "Аэрогеофизика" имеют многолетний опыт выполнения ИК аэросъемок в г. Москве, а также в ряде городов РФ для решения задач городского коммунального хозяйства - картирования и диагностики тепловых сетей. За один цикл работ идентифицируется от 70 до 100% сетей в зависимости от условий съемки. Дистанционная диагностика состояния подземных тепловых сетей позволяет выделять участки аварийного состояния трубопроводов, с высокими теплопотерями (аварийноопасное состояние), с повышенными теплопотерями (нарушенная или влажная изоляция), с нормированными теплопотерями (рис. 5.1). Получаемые материалы используются нашими заказчиками при составлении и корректировке ежегодных планов ремонтных работ.

Рис. 5.1. Диагностика состояния подземных тепловых сетей:

Аварийное состояние; 2 -высокие теплопотери (аварийно-опасное состояние); 3 - повышенные теплопотери (нарушенная или влажная изоляция); 4 - нормированные теплопотери (г. Королев Московской обл., декабрь 1996 г.)

Следует подчеркнуть, что тепловая съемка, выполняемая для оценки состояния подземных тепловых сетей, только на первый взгляд решает чисто технические задачи, так как позволяет обнаруживать места утечек теплоносителя. В реальности постоянные утечки из тепловых сетей создают целый ряд взаимосвязанных экологических проблем.

Тепловые сети – характерный элемент практически всех крупных городов, они имеют большую протяженность и плотность. Так, общая протяженность теплосетей в Москве составляет более 3000 км при плотности в среднем более 3 погонных километров на один км² (в центре города – до 5-10 пог. км). По данным 2000 г., суммарный расход циркулирующей воды в сетях, обслуживаемых самыми крупными производителями тепла – АО "Мосэнерго" и МГП "Мостеплоэнерго", составляет 250 тыс. и 120 тыс. м³/ч соответственно, что суммарно в 7 раз превышает расход воды р. Москвы. Общая величина утечек воды из сетей АО "Мосэнерго" – 5000–6000 м³/ч, из сетей МГП "Мостеплоэнерго" – 2700–3000 м³/ч. Этот огромный объем воды просачивается в грунт. Принимая во внимание, что вода в сетях имеет высокую температуру (70-150°С) и находится под высоким давлением (до 1,5 МПа), можно уверенно утверждать, что утечки являются одним из наиболее интенсивных источников воздействия на окружающую среду, негативно проявляясь в различных ее аспектах. Утечки теплоносителя вызывают нарушение теплового режима подземных вод, почв и верхней части грунтов, изменение химического, газового и бактериального состава подземных вод. Повышение уровня грунтовых вод под воздействием утечек приводит в свою очередь к подтоплению и заболачиванию территорий, к развитию и активизации карстовых и оползневых процессов. Долго живущие утечки размывают контактирующие с теплопроводом грунты (техногенная суффозия) с образованием провальных воронок, наполненных горячей водой, представляющих опасность для людей и техники. С другой стороны, утечки приводят и к энергетическим затратам, так как объем воды должен быть восполнен, при этом вновь закачанную воду нужно подогреть, а это не только дополнительное топливо, но и дополнительный дым, выпускаемый в атмосферу. Таким образом, задача контроля состояния тепловых сетей тесно переплетается с большим набором чисто экологических задач. Особое значение имеет тот факт, что тепловая съемка является единственным дистанционным методом, позволяющим решать эти задачи, так как в тепловом поле находят проявление как источники воздействия на окружающую среду (утечки), так и вызванные ими негативные изменения.

ИК-аэросъемка выполняется два раза в год (осенью и весной, т.е. в начале и в конце отопительного сезона). Традиционными заказчиками этих работ в Москве являются Управление топливно-энергетического хозяйства Правительства Москвы, МГП "Мостеплоэнерго", "Тепловые сети", АО "Мосэнерго", Москомприрода. Используя материалы ИК-аэросъемки, заказчики имеют возможность не только быстро окупить свои затраты, но и получить прибыль, причем экономический эффект тем выше, чем в более короткий срок пользователь сумеет освоить полученную информацию и на ее основе принять обоснованные управленческие и технические решения. Так, например, стоимость съемки и полного цикла обработки тепловой ИК-аэросъемки на 1 км² составляет столько же, сколько перекладка 3 погонных метров среднего магистрального теплопровода. Кроме того, существенный эффект приносит своевременное выявление и ликвидация аварийных участков, уменьшение подпитки и т.п. Совместный анализ результатов тепловой съемки и данных наземной проверки эксплуатационными службами МГП "Мостеплоэнерго" за 1995-98 гг. показывает, что за каждый сезон тепловая съемка позволяет обнаруживать от120 до 204 свищей, т.е. таких мест, где реально ожидать разрыв теплотрасс в отопительный период или при опрессовке. При этом процент подтверждения утечек тепла составляет от 70 до 86%, что для дистанционного метода является очень высоким показателем. На отдельных площадях и при удачном подборе условий съемки этот показатель может быть выше. Так, по данным 4-го района Тепловых Сетей филиала АО "Мосэнерго", из 121 участков, выявленных тепловой съемкой на площади 39 км², 117 оказались проблемными.

Важным достоинством метода является его высокая производительность и оперативность. Съемка выполняется с борта вертолета (самолета) с высоты 1000 м при ширине захвата около 2000 м. Следовательно, при средней производительной скорости 80 км/ч за один вылет может быть обследована площадь 500-700 кв.км. Визуализация теплового изображения в процессе съемки позволяет передавать Заказчику оперативную информацию о состоянии контролируемых объектов незамедлительно (в случае обнаружения очага возгорания). Первичная информация в виде файлов помаршрутных изображений передается через несколько дней. Плановая обработка получаемых материалов, включающая сшивку отдельных маршрутов в площадное тепловое поле и выделение потенциально пожароопасных участков, осуществляется в течение 5-10 дней.

Накопленный большой опыт применения аппаратурно-программного комплекса дистанционного инженерного и экологического мониторинга открывает широкие возможности использования получаемых материалов специалистами городских коммунальных служб, комитетов по охране окружающей среды, администрациями разных уровней. Цифровой характер полученных данных позволяет интегрировать их в любые геоинформационные системы (ГИС).