2021 m. kovo mėn. vyko nuotoliniai tarptautinio projekto BSAM mokymai: „CŠT: efektyvūs šilumos perdavimo tinklai“

Data

31 kovo, 2021

Evaldas Čepulis, Lietuvos šilumos tiekėjų asociacija

Šių metų kovo 25-26 vyko tarptautinio projekto BSAM (Baltic Smart Assets Management) organizuota tarptautinė konferencija „Efektyvesnių šilumos perdavimo tinklų link“. Internetu transliuotos konferencijos metu savo patirtimi ir įžvalgomis dalijosi Austrijos, Danijos, Lenkijos, Lietuvos, Suomijos ir Švedijos centralizuoto šilumos tiekimo (CŠT) įmonių ir universitetų atstovai, inovatyvių technologijų ir prietaisų kūrėjai, ekspertai bei praktikai.

Tradiciškai vienu iš didžiausių CŠT sistemų iššūkiu laikomas brangus ir gana komplikuotas šilumos perdavimo vamzdynų tinklas, kuris ne tik lemia tai, kad jame parandama dalis šilumos, bet ir jo patikimumui bei ilgaamžiškumui užtikrinti būtina skirti daug dėmesio bei resursų. Vamzdynų remontas ar keitimas ne tik brangus, bet ir sukelia nepatogumus vartotojams, kurie jautriai reaguoja į šilumos ar karšto vandens tiekimo pertrūkius.

Iš kitos pusės pastaraisiais metais Europos Sąjungos (ES) šalyse atsiranda gana efektyvių apsirūpinimo šiluma ar karštu vandeniu technologijų, konkurencija dėl vartotojų auga, tad CŠT įmonės tiesiog nebegali „lengva ranka“ keisti brangius vamzdžius ir aktyviai ieško naujų būdų, kaip padidinti šilumos perdavimo proceso efektyvumą ir atpiginti šilumos kainas galutiniams vartotojams. Efektyvumas šiuo požiūriu apima ne tik mažesnius (pigesnius) šilumos perdavimo nuostolius ar mažesnį elektros suvartojimą vandens cirkuliavimui, bet ir sprendimus, kurie sumažina plyšimų riziką, remontų poreikį, geresnį įrangos panaudojimą ir, žinoma, kuo ilgesnį trasų darbo laikotarpį iki jų keitimo. Šiems aspektams aptarti ir buvo skirta minėta konferencija.

Įdomu, kad Šiaurės šalyse, kaip ir Lietuvoje, vis dar didelė dalis vamzdžių sumontuoti nepraeinamuose gelžbetoniniuose kanaluose, kuriuos sudėtinga apsaugoti nuo vandens poveikio, nėra drėgmės indikatorių, sunku įvertinti vamzdžių būklę, o tokios trasos dažnai įrengtos miestų centruose. Tokio tipo vamzdynų diagnostika ir efektyvumo užtikrinimas buvo viena svarbiausių konferencijos temų.

Dalykišką ir išsamų pranešimą apie vamzdynų eksploatacines realijas pristatė bendrovės Vilniaus šilumos tinklai projektų vadovas Vytautas Džiuvė. Įmonės duomenimis 2020 metais įvyko 78 vamzdynų plyšimai dėl išorinių priežasčių. Tarp jų, 48 atvejai dėl gruntinio arba lietaus vandens patekimo į nepraeinamus kanalus. Vanduo patenka dėl prastos hidroizoliacijos, per kanalų dangčių sandūras, pasitaiko nesandarumų tarp pastato ir kanalo, sulaužytų kanalų ir pan. Aukštas gruntinis vanduo užpila kanalus dėl drenažo sistemų užsikišimo ar gedimų.

Išorinę koroziją lemia ir tinklų vanduo ištekėjęs į kanalą. Tai susiję su montavimo defektais, vamzdžiai pradyla judėdami ant atramų, nesandarūs kompensatoriai ir pan. Virinimo siūlių defektus (7 atvejai) lemia nepakankamai kokybiškos medžiagos, prasta virinimo kokybė, vamzdžių įlinkimai, nelygūs vamzdžių galai ir pan. 3 kartus vamzdžius pažeidė kitų komunikacijų montuotojai.

Vidinės vamzdžių korozijos priežastimi būna tinklų vandens kokybė ir tekėjimo greitis. Įmonė matuoja vidutinį plieno korozijos greitį įrengdama korozijos bandinius vamzdynų sistemoje. Vandens greitis mažesnis kaip 0,5 m/s gali lemti plieninių vamzdžių mikrobiologinę koroziją.

Vilniaus ŠT optimizuodami šilumos perdavimo tinklą ir darbo režimus sistemiškai mažina šilumos perdavimo nuostolius. 2020 metais jų dydis buvo 13,6 %. Šiluminių nuostolių ir pratekėjimų aptikimui ir sumažinimui padeda termovizinės trasų nuotraukos ir įvairūs pernešami prietaisai naudojami bendrovės veikloje.

Pastaruoju metu bendrovė Vilniaus ŠT vysto dvi žematemperatūrinio CŠT zonas Vilniuje, kuriose šilumos tiekimo režimas projektuojamas 65-45 oC. Įmonės nuomone, žemesnių parametrų CŠT sistema turi eilę privalumų:

  1. Ilgesnis vamzdynų tarnavimo laikas;
  2. Galima naudoti plastikinius vamzdžius;
  3. Mažesni šilumos perdavimo nuostoliai;
  4. Padidėja šilumos gamybos šaltinių efektyvumas;
  5. Geresnės galimybės panaudoti įvairius atsinaujinančius energijos šaltinius.

Kartu V.Džiuvė pastebėjo, kad vykdant žemos temperatūros šilumos tiekimą tinklų vandenyje geriau tirpsta koroziją sukeliančios dujos O2 ir CO2. Tai reiškia, kad kartu su deaeracija gali tekti naudoti cheminius priedus, sumažinančius dujų koncentraciją iki nepavojingos ribos.     

Įdomų pranešimą padarė Švedijos tyrimų instituto (RISE) atstovas Alberto Vega. Jis pristatė instituto tyrimus, siekiančius išsiaiškinti  kaip veikia iš anksto izoliuotus vamzdžius mechaninės apkrovos ir šiluminis režimas. Eksperimentais nustatyta, kad poliuretano sukibimas su plienu jau maždaug po 2000 valandų darbo labai pablogėja temperatūroje 150-170 oC.  Nustatyta, kad kuo aukštesnė vamzdžio temperatūra tuo labiau degraduoja poliuretano sluoksnis prie karšto vamzdžio. Šiluminis laidumas pasienio sluoksnyje (5 mm) išauga 20-40 %, esant 130-170oC vamzdžio  temperatūrai. Nors bendras izoliacinio sluoksnio (30 mm) šiluminis laidumas padidėja ne daugiau kaip 25 %, po 15000 valandų darbo.         

 Nors pagreitinto vamzdžių senėjimo tyrimai tęsiami padaryta išvada, kad esant 150 oC ar didesnei temperatūrai iš anksto izoliuotų vamzdžių savybės prastėja ir bandoma nustatyti funkcines priklausomybes bei sukurti vamzdžių senėjimo diagnostikos metodus.

Klaipėdos universiteto profesorė dr. Jolanta Janutėnienė nagrinėjo pakeistų CŠT vamzdžių savybes, priklausomai nuo jų eksploatavimo laiko. Remiantis realiais vamzdynų avarijų statistinės analizės rezultatais buvo tyrinėti eksploatavimo laikotarpiai iki vamzdynų plyšimų bei pažeistų vamzdyno atkarpų keitimo ilgiai. Faktiniai eksploatavimo laiko duomenys pateikiami paveiksle.

Tyrimuose buvo analizuojami vamzdžių bandiniai išpjauti juos keičiant po 20-40 metų nuo eksploatavimo pradžios. Vamzdžiai buvo eksploatuojami, esant slėgiui 1,6 MPa (hidraulinių bandymų metu 2 MPa), temperatūrinis režimas 70-150 oC. Nustatyta kiekybinė tiesinė funkcija, liudijanti kaip didėjant vamzdžių eksploatavimo laikui mažėja plieno plastiškumas (elastingumas). Jeigu naujo vamzdžio santykinis pailgėjimas apie 25-30 %, tai po 40 metų eksploatacijos šis rodiklis siekia tik 7 %. Tai yra vamzdžiai su metais tampa vis labiau trapūs ir kartu mažiau atsparūs korozijai.

Sabina Szmigielska, atstovaujanti Gdynios šilumos tiekimo įmonę OPEC, papasakojo, kad Lenkijoje CŠT įmonių iš įvairių gamintojų perkami vamzdžiai reguliariai bandomi, siekiant patikrinti ar jie atitinka deklaruojamas charakteristikas ir savybes. Vien faktas, kad iš bet kurios vamzdžių partijos pavyzdys gali būti detaliai patikrintas, drausmina vamzdžių gamintojus ir jie stengiasi realiai atitikti standartus, pagal kuriuos formaliai gaminami. Atestuotose laboratorijose tikrinama vamzdžio, izoliacijos ir plastikinio kevalo surinkimo kokybė, šių komponentų ir viso komplekto savybės. Pavyzdžiui,  šiluminis laidumas, poliuretano porėtumas, vandens įgėrimas, tankis, standumas, atsparumas ir pasislinkimai lenkiant, kerpant ir t.t. Daromi pagreitinto sendinimo testai, siekiant modeliuoti, kaip vamzdis atrodys po 20 metų eksploatacijos. Testuojami ir vamzdžių sujungimo mazgai, kad įvertinti jų kokybę, stiprumą, hermetiškumą ir pan.

Paavo Persaud, atstovaujantis įmonę Arne Jensen AB (Švedija) pristatė savo kurtas technologijas, naudojamas Švedijos šilumos perdavimo sistemų patikimumo ir ilgaamžiškumo stebėsenai. Tuo tikslu atskiruose ruožuose tarp dviejų šiluminių kamerų įrengiami įvairūs matavimo prietaisai, kurie periodiškai išmatuojamus signalus siunčia į CŠT sistemos operatoriaus duomenų valdymo centrą. Pavyzdžiui, specializuoti jautrūs stacionariai sumontuoti mikrofonai registruoja garsus nepraeinamame kanale ir taip fiksuoja atsiradusius, bet dar nematomus vandens ištekėjimus.

Pagal akustinio signalo sklidimo greitį vamzdžio sienelėje sprendžiama apie jos storį – tai yra jos suplonėjimą. Tai vadinamoji Delta-t technologija. Ji kol kas testuojama, bet tikimasi, kad ateityje labai padės planuoti vamzdynų keitimo grafikus. 

Pavyzdžiui iš pateikto paveikslėlio matyti, originalus vamzdžio sienelės storis sumažėjo 50% nuo 6 iki 3 mm. Šiuo metu vamzdyno sienelės stiprumas yra lygus naujo vamzdžio su 3 mm storio vamzdžio sienele stiprumui.

Šiluminėse kamerose įrengti prietaisai SAB (Smart Active Box) periodiškai matuoja įvairius parametrus, kurie kas 15 min siunčiami į duomenų apdorojimo serverius. Tarp matuojamų parametrų: slėgiai ir temperatūros padavimo ir grįžtamajame vamzdyje, temperatūra ir drėgmė šiluminėje kameroje, vanduo ant grindų, dujų koncentracija kameroje ir t.t. Šie duomenys apdoroti pagal specialius algoritmus naudojami tiek CŠT sistemų darbo optimizavimui, tiek ir incidentų greitam aptikimui.     

Tokių matavimo prietaisų, kolektorių ir siųstuvų, maitinamų termoelektriniais elektros generatoriais, pavyzdžiui Helsingborgo CŠT sistemoje įrengta apie 500 vnt. Paskutinis senosios technologijos vamzdis nepraeinamame kanale Švedijos mieste Helsingborge buvo sumontuotas dar 1976 metais.  Po to atėjo poliuretanu iš anksto izoliuotų vamzdžių „era“, kuri Lietuvoje prasidėjo apie 1990 metus, atsivėrus vartams europietiškoms technologijoms. Tad senieji vamzdynai, įrengti nepraeinamuose gelžbetoniniuose kanaluose didžiausias rūpestis tiek Lietuvos, tiek ir Švedijos šilumininkams.

Aktyviai bando spręsti šią problemą ir Suomijos koncernas Vexve. Šio koncerno atstovė Maria Kalli pristatė naujausius gaminius CŠT sistemų realiam optimizavimui ir efektyvumui didinti. Jos nuomone, eksploatacinį efektyvumą daugiausiai lemia šilumos perdavimo nuostoliai, tinklo vandens nutekėjimai, tuščios eigos (nenaudingas) tinko vandens cirkuliavimas ir neoptimalus šilumos generatorių apkrovos paskirstymas (darbo režimai).  

Vexve CŠT sistemų optimizavimui siūlo kompleksinę sistemą su pirminiais prietaisais ir duomenų perdavimo bei analizavimo sistemomis. Marios Kalli žodžiais, didžiausia CŠT įmonių turto dalis yra po žeme ir turi būti labai gerai pažįstama ir prižiūrima. Tam visai naujas galimybes atveria šiuolaikinės technologijos ir skaitmenizacija.

Pavaizduotoje sistemoje šalia įprastinių prietaisų Vexve sukūrė ir kompaktišką debitomatį, kuris gali būti lengvai įsriegiamas į vamzdį ir matuoja tekančio vandens srautą. Jutiklis kaitinamas elektra, o jo aušinimo intensyvumas proporcingas tekančio vandens greičiui (debitui). Prietaisų iSENSE šeima duomenis perduoda LoRaWan tinklo pagalba, nes jų nuomone tai labiausiai tinkama sistema duomenų perdavimui  iš po žeme esančios infrastruktūros.

Įvertinant, kad Lietuva šiuo metu derina su Europos Komisija naujos finansinės perspektyvos paramos priemones, kaip tik susijusias su energetinių sistemų efektyvinimu ir skaitmenizavimu, labai tikėtina, kad konferencijoje pristatytos ir aptarinėtos technologijos greitu laiku atsiras ir mūsų CŠT sektoriaus įmonėse. 

Renginio skaidres galima parsisiųsti paspaudus čia

Kiti renginiai