Deteksjon og forebygging av fuktinntregning og lekkasjer i nedgravde fjernvarmerør

Abstract

Hensikten med denne oppgaven er å se på forbedringer av sammenføyning og kvalitetskontroll av rørskjøter, samt alternative teknologier for deteksjon av fukt og lekkasjer, med mål å redusere vedlikeholdskostnader, energitap og tjenesteavbrudd i fjernvarmevirksomheten.

Første halvdel av arbeidet omfattet semistrukturerte intervju, og dialog med nøkkelpersoner i Statkraft og andre bedrifter. Hovedfokuset var på erfaringer, dokumentasjon og statistikk. Det ble utført befaringer, for å samle inn erfaringer på både installasjons- og vedlikeholdsarbeid på rørskjøter. Andre halvdel gikk til omfattende litteratursøk, hvor liknende problemstillinger, relevant dokumentasjon, og alternative teknologier for fukt- og lekkasjedeteksjon ble ettersøkt.

Fra kartleggingen ble det sluttet at årsaken til fuktinntrengning kan spores til installasjonen. Utfordrende installasjonsforhold og avvik fra prosedyrer er blant de viktigste faktorene. Muffene som sammenføyer rørkappen i skjøtene er sensitive for urenheter og fukt, og mister sin vedheft til rørkappen ved mangelfull rengjøring. Like renhetskrav gjelder for isolasjonsskummet under muffen. Det kan virke som at installatørene mangler kjennskap til viktigheten av arbeidet, og hverken entreprenør eller installatør blir stilt til ansvar for avvik. Kartleggingen viste at driftbetingelser bidrar til forringelsen av rørskjøtene. Høye turtemperaturer fører til betydelig termisk ekspansjon av medierørene, og degradering av isolasjonsskummet. Kreftene fra ekspansjonen kan skade kappen og muffene, og tillate fuktinntrengning. Koblingen av alarmtrådene under installasjon er blitt gjort feil flere steder, noe som vanskeliggjør overvåkningen av nettet under drift. Hvordan trådene kobles blir ikke tilstrekkelig dokumentert, og de påkrevde kontrollmålingene av motstand som utføres på alarmtrådene, gjøres uten kjennskap til de teoretiske motstandsverdiene. Mulige feil på nylagte rør blir dermed ikke avdekket før de graves ned. Forbedrede dokumentasjonsvaner av avvik og feil kan bidra til å identifisere rotårsaker, og muliggjøre igangsettelse av effektive tiltak.

Statkraft må følge standarden EN 13941-2 systematisk for å oppnå god kvalitetskontroll. Innføringen av et korrosjonshåndteringssystem, gjennom virkshomhetsstyringssystemet SAP, anbefales. Det må legges mer vekt på innsamling og behandling av dokumentasjon gjennom rørsystemets totale livsløp, ved bruk av eksisterende verktøy som SAP og SmallMap. Det bidrar til at rotårsaker identifiseres og utbedres, framfor å bruke ressurser på rotårsakenes følger. Dagens metode for fuktdeteksjon med bruk av alarmtråder har flere svakheter, selv ved riktig installasjon. Initielle fuktutslag hemmer alarmsystemet for deteksjon av bakenforliggende fuktinntregninger. Alarmtrådene er første ledd som ryker når rørene ekspanderer ved høye driftstemperaturer, og reparasjon av brudd og trådfeil krever oppgraving og fysisk tilkomst til rørene. Tre alternative fuktedeteksjonsmetoder ble vurdert opp mot alarmtrådene: Non-contact magnetometric diagnostics, jordgjennomtrengende radar og termografi med drone. Luftbåren termografi med drone anses som best egnet, og evner å supplere alarmtrådene der de mangler. Metoden er begrenset til visse værforhold, men effektiviteten og den intuitive fremstillingen av innsamlet data veier opp for dette. Teknologien vil bidra til å redusere tjenesteavbrudd gjennom forebyggende vedlikehold, og har lovende fremtidsutsikter for økt virkningsgrad.

This thesis looks at improvements in joining methods and quality control of pipe joints, as well as alternative technologies for the detection of moisture and leaks, with the intent of reducing maintenance costs, energy losses and service interruptions in district heating. \\ The work began by mapping the scope of the issue, through semi-structured interviews, and conversations with key people in both Statkraft and other companies. The emphasis was on empirical knowledge, documentation and data. Physical inspections of pipe joints were carried out to gain insight to both installation and maintenance procedures. What proceeded was an extensive literature review, focused around similar problems, relevant documentation, and alternative technologies for moisture and leak detection.

The mapping revealed that a pipe joint’s susceptibility for moisture ingress can be traced to the installation of the joint. Challenging installation conditions and deviations from procedures are key factors. The sleeves that bind the pipe jackets in a joint together, are sensitive to impurities and moisture, meaning inadequate cleaning impairs the adhesion between sleeve and pipe jacket. The efficiency of the joint insulating foam is also affected by impurities and moisture. The installers lacking knowledge on the importance of accurately installed pipe joints is evident, and neither contractor nor the installer is held accountable for installation imperfections. The survey mapping also showed that certain operating conditions accelerate the deterioration of the pipe joints. High temperatures lead to both significant thermal expansion of the steel pipes, and rapid degradation of the insulating foam. The forces from expansion can damage the joint, allowing for moisture ingress. The wiring of the integrated alarm system is faulty in several instances, making it difficult to monitor the network after commissioning. Documentation on the installed wiring is absent. During required resistance testing, the target theoretical values are unbeknownst to the installer, effectively opening up for the commissioning of already faulty pipes. Improvements in documentation habits of deviations and errors will help to identify root causes, and enable the initiation of decisive measures.

Statkraft must strictly confine with the standard EN 13941-2 fulfill the goals of improved quality control. Consideration should be made to implement a corrosion management system, through the enterprise, business and management software SAP. Attention must be placed on the collection and processing of documentation throughout the pipeline's entire life cycle, using already implemented tools such as SAP and SmallMap. This will greatly improve Statkraft’s ability to identify and remedy root causes, rather than fixating on the root cause’s symptoms. The current method of moisture detection using alarm wires has several weaknesses. The system is blinded from detecting moisture beyond the initial moisture ingression point. Under high thermal expansion loads, the alarm wires are prone to mechanical failure, and the act of repairing such damages requires physical access to the buried pipes. Three alternative moisture detection methods were evaluated: Non-contact magnetometric diagnostics, ground penetrating radar and airborne drone thermography. Airborne thermography by drone is considered the most suitable, and is able to supplement the alarm wires where they are lacking. The method is limited to certain weather conditions, but the efficiency and intuitive presentation of collected data outweighs this. The technology will help reduce service interruptions through preventive maintenance, and has promising future prospects for increased efficiency.