Monitorování netěsností

Monitorování netěsností

Realizace teplovodních rozvodů z předizolovaného potrubí patří dnes k moderním a osvědčeným technologiím v systémech dálkového vytápění. Přináší zřetelné ekonomické úspory, mající původ v nízkých ztrátách, dlouhé životnosti a snadnější instalaci rozvodů. S použitím speciálních detektorů umožňuje navíc elektronické monitorování závad, způsobených poruchami těsnosti nosné trubky i pláště. Tyto závady mohou přinejmenším významně degradovat výše uvedené vlastnosti.

Detekce netěsností je založena na skutečnosti, že kapalné médium vykazuje elektrolytickou vodivost, která se při jeho úniku do mezivrstvy snímá pomocí detekčních vodičů. Takových vodičů může být - což se jeví mnohdy účelné - v jedné trubce umístěno více.

Jedenáct nejvýznamnějších evropských výrobců předizolovaných trubek, pokrývajících 70 až 80 % evropského trhu je sdruženo v asociaci European District Heating Pipe Manufacturerers Association (EuHP) a jejich výrobky podléhají určité unifikaci. To platí zčásti i pro osazování trubek detekčními vodiči pro monitorování netěsností.

Zásadně lze rozdělit monitorovací systémy dle materiálu použitých detekčních vodičů, který pak předurčuje princip elektronického vyhodnocení v detektoru.

Systémy s párem detekčních vodičů, z nichž jeden je z odporového materiálu, využívají můstkové metody k stanovení vzdálenosti místa svodu. Pro některé významné nedostatky však nedoznaly velkého rozšíření.

Většinou se používají systémy s měděnými vodiči. Ty lze ještě rozdělit dle principu uzavírání měřicího obvodu. Jedná se buď o dvojici vodičů, tvořící samostatné vedení, nebo je využita ve funkci jednoho z vodičů ocelová teplonosná trubka. Naposledy jmenovaný systém bývá nazýván NORDIC a v Evropě je nejrozšířenější.

Detektory

Detektory lze rozdělit dle způsobu použití na stabilní a přenosné, podle schopnosti stanovit i vzdálenost eventuální poruchy na indikační a lokalizační. Stabilní detektory jsou pevně umístěny ve vhodném objektu a obvykle slouží k nepřetržitému monitorování určité trasy potrubí. Přenosné přístroje jsou určeny k operativnímu měření v libovolném místě přístupu k systému. Přitom indikační detektory pouze upozorní, že v kontrolovaném úseku nastala porucha, zatímco lokalizační detektory jsou schopny určit i polohu této poruchy.

Konduktometrie

Konduktometrie, tj. měření elektrolytické vodivosti kapalin je základem činnosti všech typů detektorů. Překročení přípustné hodnoty elektrického svodu mezi detekčním vodičem a trubkou (nebo mezi dvojicí vodičů) je kvalifikováno jako porucha a indikováno vhodným signálem. Pro základní trvalý dohled na systémem se používají jednoduché vodivostní detektory, které nejsou schopny zaměřit polohu poruchy. Přístroje tohoto typu mohou mít značnou citlivost a v kombinaci s přenosným reflektometrem, schopným eventuální poruchy lokalizovat, zajišťují komplexní dohled nad potrubním systémem. Jejich výrobci však často nedoceňují některé parazitní fyzikálně chemické vlivy, obecně známé z teorie konduktometrie, které mohou podstatně ovlivnit výsledky měření, nejsou-li vhodným způsobem eliminovány. Jedná se zejména o tzv. polarizační efekt a vznik elektrochemického potenciálu.

Reflektometrie

Nejvyšší třídu v oboru detektorů netěsností tvoří přístroje, pracující na principu odrazu elektrického signálu na vedení. Tato metoda, nazývaná reflektometrie, je v elektrotechnice často využívána pro kontrolu celistvosti a jakosti kabelů a vedení rozmanitých druhů a představuje v podstatě vyhodnocení vysokofrekvenčních vlastností vedení. Při narušení elektrické homogenity vedení zkratem, svodem, přerušením nebo i změnami jiných elektrických i mechanických parametrů dojde v místě takové změny k částečnému až úplnému odrazu signálu, který byl do něj vyslán. Při známé rychlosti šíření signálu po daném druhu vedení lze z doby od jeho vyslání do návratu odražené složky určit polohu místa poruchy (odrazu) a z jeho amplitudy určit její velikost a povahu.

Specifická je problematika reflektometrických měření poruch předizolovaných potrubních rozvodů. Jednak si vyžaduje určité speciální vlastnosti použitého reflektometru, který musí být schopen vyhodnotit nejen změny, ale i průběžnou hodnotu amplitudy měřicího signálu (signálový profil trasy). Detekční vodič v trubce představuje vysokofrekvenční vedení a vlhkost v izolační pěně naruší jeho homogenitu. Důležité je, že i voda, která postupně proniká pěnou k detekčnímu vodiči ale ještě s ním není v přímém kontaktu, způsobí vlivem změny elektrické kapacity anomálii, která je reflektometricky zaměřitelná.

Volba systému

Dlouholeté zkušenosti z provozu systémů pro monitorování netěsností předizolovaného potrubí ukazují, že z hlediska funkčnosti a spolehlivosti, stejně jako z hlediska minimalizace pořizovacích, montážních i provozních nákladů je optimální monitorovací systém, spočívající v kombinaci stabilního vodivostního detektoru pro nepřetržitý dohled nad sledovanou trasou potrubí a přenosného reflektometrického detektoru pro lokalizaci poruch a detailní analýzu stavu potrubí.

Použití detektorů, zajišťujících trvalou lokalizaci poruch s případným dálkovým přenosem detailních aktuálních dat nelze opodstatnit z následujících důvodů:

• Zaměření případné poruchy je třeba provést co nejpřesněji - pokud možno na krátkou vzdálenost z nejbližších přístupných míst systému (odboček, konců, uměle vytvořených přístupových bodů). To umožní pouze přenosný reflektometr, jehož použití je nakonec vždy nezbytné. Zaměření poruchy na větší vzdálenost z pevného místa v jakémkoliv systému má nižší přesnost a postrádá tedy smysl.
• U systémů s kovovou nosnou trubkou se používá přilnavá a kompaktní polyuretanová izolační pěna, která nedovolí radikální šíření poruchy. Sledovatelné změny se projeví obvykle v intervalu týdnů až měsíců a i jejich případný pohyb lze snadno a přesně monitorovat přenosným reflektometrem z nejbližší přístupné odbočky.
• Výskyt poruch při dobře provedené stavbě je naprosto výjimečný. Při poruchovém hlášení není tedy problém dojít k signalizujícímu detektoru a pomocí speciálního přenosného přístroje provést podrobnou analýzu poruchy.
• Trvalá dostupnost detailních údajů je zbytečná. Dálkový přenos dat v počítačové formě vyžaduje náročná přenosová zařízení. Pro daný účel zcela vyhoví signalizace typu v pořádku / porucha, například prostřednictvím kontaktu relé. Takový způsob signalizace lze samozřejmě v případě potřeby rovněž začlenit jako vstupní údaj počítačového řídicího systému.
• Náklady na stabilní lokalizační systémy jsou podstatně vyšší. Přenosný reflektometr může navíc sloužit k obsluze rozsáhlých systémů a oblastí, čímž relativní náklady klesají.

Výše uvedené skutečnosti platí i pro systémy s odporovou lokalizací poruchy můstkovou metodou (detekční vodič je z odporového materiálu), které navíc vykazují několik významných nedostatků:

• Při přerušení jednoho z vodičů se systém stane nefunkčním. Při přerušení pomocného měděného vodiče lze sice místo přerušení zaměřit reflektometrem a závadu odstranit, při přerušení odporového vodiče je ale pro jeho velký útlum zástupné použití reflektometrické metody prakticky nemožné a systém je tak trvale vyřazen z provozu.
• Při současném výskytu více než jedné poruchy na trase nelze zaměřit ani jednu z nich, schopnost lokalizace je zcela paralyzována. (Přitom reflektometrický princip umožňuje zaměřit na jedné trase více poruch zároveň.)
• Upřesnění lokalizace poruchy z nejbližších přístupných míst nelze u tohoto systému provést, nebo by bylo z důvodu nezbytného rozdělení trasy značně problematické.
• Na rozdíl od reflektometrické metody nedovolí tento systém zaměřit i kapacitní změny v případě, že unikající voda se vyhnula přímému kontaktu s detekčním vodičem a pouze se k němu přiblížila.
• Vyšší odporová citlivost můstkových systémů není opodstatněná. Nemá smysl tento parametr nadbytečně zvyšovat, protože vzniká riziko indikace i zbytkové technologické vlhkosti, která nemá a nebude mít na funkci systému vliv. Pokud porucha nabude takového významu, že je třeba přistoupit k opravě, bude obvykle lokalizovatelná reflektometrickou metodou.
• Náklady na můstkové systémy jsou velmi vysoké. Cena trubek vybavených odporovými detekčními vodiči bývá oproti standardním trubkám NORDIC asi o 20 % vyšší. Také v současnosti nabízené detektory jsou velice drahé.

Vyhledání poruchy

Porucha se obvykle v počátcích projevuje nepravidelně, a to zejména v závislosti na teplotě média, poněvadž teplotní koeficient elektrické vodivosti kapalin je značný. Zásluhou vysoké citlivosti stabilního odporového detektoru lze s dostatečným předstihem přistoupit k reflektometrickému zaměření. To nemusí být zpočátku zcela jednoznačné. Měla by se věnovat zvýšená pozornost vývoji situace, sledovat fluktuace poruchových údajů přístroje.

Vytrvalá a reprodukovatelná indikace poruchy je signálem, že tato nabyla většího významu a že nadešel čas k jejímu odstranění. Před zahájením výkopových prací je rozhodně třeba důsledně prověřit situaci. S pomocí kvalitní stavební dokumentace je nutno vymezit podezřelou oblast a neomylně vysledovat trasu vodiče, indikujícího poruchu. Tím se určí také poloha nejbližší odbočky nebo konce potrubí, odkud je tento vodič dostupný. Upřesnění lokalizace poruchy se provede pomocí přenosného reflektometru vícenásobným zaměřením právě z těchto nejbližších přístupných bodů.

Podstatný význam pro vyhodnocení má porovnání naměřených údajů s obdobnými údaji před výskytem poruchy (výchozí zaměření systému). Tato skutečnost si nezbytně vyžaduje standardizaci měřicí metody a přístrojového vybavení.

Propojení systému

Projekt monitorovacího systému musí být navržen tak, aby umožnil co nejpřesnější zaměření poruchy. Není vhodné celý systém propojit a monitorovat najednou. Tento způsob je značně nepřehledný a neumožňuje ani hrubou lokalizaci určením sekce, vykazující poruchu. Zejména však značně ztěžuje výchozí zaměření i nezbytnou dodatečnou lokalizaci poruchy přenosným reflektometrem. Systém je třeba rozčlenit do jednotlivých sekcí tak, aby bylo umožněno zaměření na kratší vzdálenosti. Zároveň tak není omezeno libovolné rozšiřování systému o další sekce.

Z podobných důvodů není vhodné dříve používané zapojení detekčního vodiče do smyčky, která je pak využívána pro kontrolu jeho kontinuity. Navíc detektory, využívající tento princip nelze při případném přerušení jednoho z vodičů v trubce použít pro náhradní monitorování pomocí druhého neporušeného vodiče.

Nezbytná je existence kvalitní dokumentace. Ta má obsahovat kromě jiného přesné schéma propojení vodičů, přesné geometrické zaměření a všechny délkové kóty jednotlivých úseků a jednotlivých trubek potrubí (kladečský výkres) dle reálného provedení stavby.

Poznámky k technologii stavby systémů

Zde budou shrnuty alespoň hlavní zásady správného postupu instalace potrubních systémů z hlediska monitorování netěsností. Systém detekčních vodičů je třeba již v projektu rozčlenit do kratších úseků tak, aby bylo možno provést v případě poruchy s dostatečnou přesností nezbytné následné zaměření. Pro tento účel je vhodné zajistit přístup k detekčním vodičům v kratších intervalech i v místech, kde to zdánlivě není nutné (kontrolní body systému).

Ze zásad vlastní montážní činnosti je třeba zdůraznit pečlivé propojování vodičů pomocí lisovacích spojek navíc zapájených, upevnění vodičů ve spojích do můstků, vymezujících jejich polohu, nezbytné zachování suchosti spojů a zejména senzorů až do kvalitního zapěnění a utěsnění plášťových spojek, snadnou přístupnost konců vodičů a propojovacích smyček v odbočkách, správné vyvedení vodičů v odbočkách a na koncích, které vylučuje vznik elektrických zkratů a svodů do zdiva, vhodné zakončení vodičů v koncových bodech svorkovnicemi v krabicích.

V oblasti spojů, které jsou prakticky výhradně rizikové z hlediska porušení těsnosti teplonosné trubky se na vodiče někdy přikládají vlhkostní senzory, realizované vysušenou plstěnou vložkou napuštěnou hygroskopickou látkou. Senzory usměrní cestu unikajícího média k detekčnímu vodiči a zároveň podstatně zvýší jeho elektrickou vodivost. Jejich aplikace je ale problematická pro nebezpečí navlhnutí při montáži.

Při stavbě systému je účelné provádět přenosným reflektometrem průběžnou kontrolu propojení detekčních vodičů, délek jednotlivých úseků a jejich izolačních odporů. To vyloučí možné a bohužel časté chyby při zapojování vodičů a může včas odhalit spojky s vnesenou vlhkostí.

Uvedení systému do provozu

Nezbytná výchozí revize systému musí zahrnovat kontrolu správnosti propojení dle dokumentace, kontrolu a dokumentaci hodnot izolačních odporů jednotlivých sekcí systému a jejich výchozí zaměření reflektometrickou metodou. To představuje změření a archivaci impedančních profilů jednotlivých sekcí, zahrnující kalibraci jejich elektrických délek. Porovnání archivovaných počítačových záznamů s případným poruchovým stavem pak umožní nejpřesnější kvalifikaci a lokalizaci poruchy. Dokumentace by měla být doplněna údaji o elektrických vzdálenostech do všech přístupných bodů - konců a odboček.

Závěr

Monitorování stavu předizolovaného potrubí může při rozumných nákladech přinést provozovateli teplovodních sítí v případě výskytu poruchy značné úspory. Ale jen tehdy, je-li realizováno kvalitně a z kvalitních a funkčních komponentů, které musí v neposlední řadě také splňovat předepsané podmínky provozu elektrických zařízení. Také průběžná reflektometrická kontrola trubek podstatně omezí chyby při výstavbě systému.

Firma AN electronic nabízí v současné době dva typy detektorů netěsností předizolovaného potrubí. Stabilní detektor BD43 pro trvalé monitorování čtyř samostatných sekcích potrubí a přenosný multifunkční lokalizační detektor BDP 104 pro komfortní zaměření polohy reflektometrickou metodou a detailní analýzu stavu potrubí s možností počítačové archivace změřených dat.

Detektory BD43 a BDP 104 spolu tvoří základ moderního systému pro monitorování netěsností předizolovaných potrubí, optimalizovaného na maximální funkčnost, spolehlivost, jednoduchost a nenáročnost obsluhy při minimálních pořizovacích i provozních nákladech.