Восстановление сетей водоснабжения и водоотведения
РЕФЕРАТ
На тему
«восстановление сетей водоснабжения и
водоотведения»
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
. Состояние инженерных сетей
. Основные причины выхода
трубопроводов из строя
. Факторы, влияющие на выбор метода
санации
. Методы восстановления инженерных
сетей
. Гидравлический расчет
восстанавливаемого участка
. Определение приоритетных участков
сети для проведения реконструкции
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Одним из превалирующих факторов негативной
работы напорных трубопроводных сетей являются многочисленные дефекты: коррозия,
свищи, нарушения в стыках, переломы, а безнапорных сетей - засоры, как
следствие полученных повреждений, старение материала труб, изначальные
заводские дефекты труб или их стыков, низкая культура пользования системой
водоотведения и другие обстоятельства. Перечисленные и другие негативные
факторы, безусловно, требуют ускорения темпов реновации трубопроводных сетей,
чтобы предотвратить переход системы из критического состояния в катастрофическое,
однако возможности эксплуатирующих организаций далеко не всегда позволяют это
сделать.
На основании анализа отечественных и зарубежных
литературных источников и практики работы МГУП «Мосводоканал» установлено, что
в коммунальном секторе старение подземных трубопроводных коммуникаций и другого
оборудования различного назначения достигли критических уровней: порядка 60%
подземных трубопроводных коммуникаций исчерпали нормативный срок службы и
нуждаются в оперативном ремонте. В качестве примера отметим, что из 523 тыс. км
городских водопроводных сетей в городах РФ срочного ремонта требуют 92 тыс. км,
т.е. около 20% сетей, а из 163 тыс. км городских безнапорных водоотводящих
трубопроводов - 58 тыс. км, т.е. около 30% сетей.
Срок службы водопроводных и водоотводящих
трубопроводов в действующих нормативных документах определен в зависимости от
их материала. Например, стальные водопроводные трубопроводы должны эффективно
эксплуатироваться в течение 20 лет, а чугунные - в течение 60лет.
Однако, как показывает практика эксплуатации
водопроводов, старение стальных трубопроводов сетей водоснабжения и снижение их
пропускной способности может наступить в более ранние сроки (через 3-10 лет
после прокладки) из-за влияния отдельных или совокупности следующих факторов:
· отсутствие внешних и внутренних
антикоррозионных покрытий,
· несоответствие материала труб
условиям эксплуатации,
· нарушение условий прокладки
трубопроводных систем в соответствующих грунтах,
· агрессивный характер почв и
грунтовых вод,
· коррозия стенок,
· биообрастания и т.д.
Ввиду этих обстоятельств, инженерные сети
нуждаются в проведении специальных восстановительных работ, называемых
санацией.
Технология проведения санации должна
обеспечивать трубопроводу механическую прочность для выдерживания им постоянных
нагрузок (насыпного грунта, покрытий и др.) и временных (транспортных средств).
При этом восстановление структуры трубопровода не должно сопровождаться
ухудшением функционирования трубопровода, появлением дополнительных проблем,
которые ранее не наблюдались (например, ухудшением гидравлических параметров
течения воды и других).
1. Состояние инженерных
сетей
инженерный сеть санация
реконструкция
Трубопроводные системы - неотъемлемая часть
инфраструктуры современных городов, а городские водопроводные и водоотводящие
сети являются не только наиболее функционально-значимым элементом системы
водоснабжения и водоотведения, но и, как показывает практика эксплуатации,
наиболее уязвимы. При этом от надежной и бесперебойной их работы в значительной
степени зависит состояние окружающей среды, комфортность проживания,
эффективная работа промышленных и коммунальных предприятий города. Причины
низкой надежности трубопроводов городов России известны и сложились не в один
день:
· износ трубопроводов;
· неправильный выбор материала труб и
класса их прочности, отвечающего фактическим внешним и внутренним нагрузкам,
воздействующим на трубопровод;
· несоблюдение технологии производства
работ по укладке и монтажу трубопроводов;
· отсутствие необходимых мер по защите
трубопроводов от агрессивного воздействия внешней и внутренней среды;
· разрушающие давления, воздействие
гидравлических ударов, падение долговременной прочности;
· несоответствие качества труб
требованиям ГОСТов и т.п.
Весьма значительное количество трубопроводов
водопроводных сетей большинства городов России проложено из стальных труб,
изготовленных из наиболее дешевых марок стали, без защиты внутренней и внешней
поверхности труб от коррозии. Катастрофические последствия их коррозии
проявляются лишь через несколько лет эксплуатации.
В настоящее время срок службы этих стальных
трубопроводов 20-25летней (и более) давности заканчивается и начался их
массовый выход из строя.
В Москве установленный нормативный срок службы
исчерпали около 5,3 тыс. км труб. Ежегодный прирост самортизированных сетей
водоснабжения достигает 200 км. Объем реконструкции на сегодняшний день
составляет 170 км или 1,5% от их общей протяженности.
Наибольшее количество повреждений происходит на
трубопроводах, проложенных в 1960-1980 годы из стали, железобетонных
коммуникациях 1980-х годов прокладки и чугунных трубах со сроком эксплуатации
более 50 лет. Особую обеспокоенность вызывают трубопроводы из железобетона
протяженностью 22,51 км и из серого чугуна протяженностью 3498 км, из которых 55,6
км превысили 100-летний срок эксплуатации. Повреждения на данных инженерных
коммуникациях связаны со значительным изливом воды на рельеф местности и
нанесением ущерба городу.
Идентичная негативная ситуация наблюдается и на
водоотводящей сети столицы. Протяжённость самортизированных сетей, включая
каналы большого диаметра (до 3,5 м), составляет 46-69% в зависимости от
диаметра. На сегодняшний день объёмы реконструкции и перекладки канализационных
трубопроводов недостаточны и составляют 74 км или 0,95% от общей протяжённости.
Для обеспечения устойчивого водоотведения и функционирования канализационной
системы города необходимо проведение ежегодной реконструкции канализационных
каналов и напорных трубопроводов в объёме 1,5% от общей протяжённости, т.е. порядка
116 км.
На сегодняшний день нет завершенных
концептуальных положений по оптимизации стратегии реновации, а также не
разработаны вопросы тактики реновации объектов городского водопровода и
канализации, которые сводятся в большинстве случаев лишь как реакция на
повреждение сети, т.е. аварийной ситуации.
2. Основные причины
выхода трубопроводов из строя
Рис. 1 Иллюстрация воздействия на трубопроводы
нагрузок, приводящих к дестабилизации их работы
Водопроводная и водоотводящая сети крупных
городов являются одними из самых уязвимых элементов в системах водоснабжения и
водоотведения. Подавляющее большинство их находится под постоянным стрессом
(рис. 1).
Для напорных трубопроводов характерны
структурные и функциональные дефекты.
К структурным дефектам стальных трубопроводов
следует отнести: образование свищей (единичных или множественных сквозных
отверстий различного размера и формы), вызванных воздействием внешней и
внутренней коррозии труб; разрывы швов, образование микротрещин и продольных
трещин; истирание лотковой части трубопровода транспортируемыми твердыми
включениями (песком). В качестве функциональных дефектов стальных трубопроводов
можно рассматривать появление ржавчины на внутренних стенках труб, что приводит
к их утонению и потери несущей способности трубопроводов, биообрастаний,
бугристых наростов в виде уплотненных окислов железа, марганца, извести,
инородных включений, проникающих в трубопроводы при любом вмешательстве извне
(например, сварке, ремонте и замене запорно-регулирующей арматуры).
Наибольшая гамма патологий характерна для
безнапорных трубопроводов. По результатам теледиагностических исследований и
обработки архивной документации МГУП «Мосводоканал» разработан каталог или
классификатор повреждений (дефектов) самотечной водоотводящей сети, в котором
представлены и описаны около 50-ти типов патологий.
. Факторы,
влияющие на выбор метода санации
Длительная практика эксплуатации трубопроводов
Московского водопровода и обработка результатов статистических исследований
последних лет показывает, что условия эксплуатации и критериальные факторы,
приводящие к дефектам трубопроводов и дестабилизирующие их надёжность по
степени влияния на техническое состояние труб, могут быть представлены в виде
следующей последовательности:
· материал труб и его качество;
· наличие и качество изоляционного
покрытия;
· возраст трубопроводов;
· отсутствие защиты от
электрокоррозии;
· диаметр трубы;
· наличие блуждающих токов и
коррозионной активности грунта;
· число уже прошедших аварий
(повреждений) на участке;
· интенсивность транспортных и
пассажиропотоков;
· качественные характеристики воды;
· величина и динамика изменения
напоров в сети;
· наличие и глубина залегания
подземных вод;
· тип грунта;
· глубина заложения участка сети.
В свою очередь для безнапорных водоотводящих
сетей перечень дестабилизирующих факторов можно представить в следующем виде (в
произвольном порядке):
· год укладки водоотводящего
трубопровода;
· диаметр
· трубопровода;
· нарушения в стыках трубопроводов;
· дефекты внутренней поверхности;
· наличие засоров;
· деформация тела трубы;
· глубина заложения труб;
· состояние грунтов вокруг
трубопровода;
· наличие подземных вод над
трубопроводом;
· интенсивность транспортных потоков.
Наличие представленных перечней не позволяет
произвести какие-либо последующие обоснованные действия, не увязав факторы в
единое целое и не назначив какого-либо количественного критерия в виде баллов
(рейтингов), например, по результатам диагностики.
Для увязки факторов в единую систему
использовались результаты комплексного мониторинга показателей, влияющих на
состояние и эффективность работы трубопроводов. Механизм увязки - физическое и
математическое моделирование, в частности, положительно зарекомендовавший себя
графово-матричный метод, который позволил установить универсальную
причинно-следственную связь между всеми дестабилизирующими факторами, а после
составления матриц доминирования выйти на определенные диапазоны рейтинговых
значений (баллов) ущербности каждого фактора и элементов его состояния.
В качестве основных результатов внешнего и
внутреннего ранжирования дестабилизирующих факторов и элементов их состояния
для водопроводных, напорных и безнапорных водоотводящих явилась разработка
детальных паспортов участков трубопроводов, т.е. своеобразных «медицинских
карт» их состояния, выраженного в баллах. По паспортам трубопроводов специалист
может выявить наиболее неблагоприятный в техническом отношении участок
трубопровода, который может классифицироваться как потенциально-опасный. К
потенциально-опасным (наиболее ущербным) относятся те участки сети, где фиксируется
максимальный суммарный балл значимости. Эти участки должны быть рассмотрены в
первую очередь на предмет последующей эксплуатации или реновации.
После выявления перечня потенциальных объектов
санации, участки трубопроводов, относящиеся к первоочередным (т.е. имеющие
максимальные рейтинговые баллы) должны подвергаться прочностному расчету. В его
основе лежит оценка остаточного ресурса трубопровода с проверкой по трем
предельным состояниям:
. из условий устойчивости трубопровода;
. по допустимым деформациям
. с учетом появления пластических
деформаций.
Для стальных городских водопроводных и
водоотводящих сетей наиболее приемлемой оценкой состояния является уменьшение
толщины (утонение) стенки в результате общей (фронтальной) и язвенной
(питинговой) коррозии, а также эрозионного износа стенок трубопровода
транспортируемой жидкостью до величины, ниже которой не обеспечивается запас
прочности.
4. Методы
восстановления инженерных сетей
Согласно международной
классификации, поврежденные трубопроводы подвергаются восстановлению путем
нанесения на внутреннюю поверхность стенки трубопровода:
· сплошных
набрызговых покрытий на основе цементно-песчаных растворов;
· сплошных покрытий в
виде гибких полимерных рукавов (оболочек, мембран, рубашек) или труб из различных
материалов;
· сплошных покрытий
из отдельных элементов на основе листовых материалов (гибкого полиэтилена или
твердого стеклопластика); спиральных полимерных оболочек;
· точечных (местных)
защитных покрытий.
В условиях плотной городской застройки, насыщенности
подземного пространства инженерными коммуникациями, наличием проезжих частей с
интенсивным движением автотранспорта наиболее экономичными вариантами
восстановления сети являются применение бестраншейных методов.
Основные методы, применяемые МГУП "
Мосводоканал"
МЕТОД НАНЕСЕНИЯ
ЦЕМЕНТНО-ПЕСЧАНОГО ПОКРЫТИЯ (ЦПП)
Восстановление трубопроводов
путем нанесения цементно-песчаных покрытий производится специальными агрегатами
(воздушными центрифугами с центробежными головками) и разглаживающими устройствами.
Один из самых первых методов реконструкции напорных трубопроводов.
Область применения метода -
стальные трубы с остаточной толщиной стенки не менее 60%. Диапазон наружных
диаметров труб - 150-2000 мм.
Метод целесообразен при
следующих видах повреждений: средней коррозия внутренней поверхности труб,
абразивный износ и неэффективен при раскрытых стыках труб, смещении труб в
стыках и деформации секций труб.
Минимальная толщина
цементно-песчаного слоя составляет 4-16 мм в зависимости от диаметра трубопровода.
В Москве работы по
восстановлению трубопроводов бестраншейным методом впервые выполнены в 1970 г.
на отечественном оборудовании МФТ (напорный водовод №3 Д=1200 мм протяженностью
100 м по 1-ой Магистральной ул. от Краснопресненской насосной станции), методом
нанесения ЦПП восстановлено 475,65 км трубопроводов.
В процессе эксплуатации
трубопровода проводились периодические осмотры внутреннего состояния ЦПП.
Трещин, сколов и отслоения покрытия не выявлено. Поверхность гладкая с тонкой
пленкой.
К достоинствам данного метода
можно отнести:
· продление срока
службы трубопровода;
· простоту
технического исполнения;
· доступность и
низкую стоимость работ, которая составляет около 30% стоимости нового
трубопровода;
· останавливает
коррозию внутренней поверхности трубопровода;
· снижение
гидравлического сопротивления.
ТЕХНОЛОГИЯ "ФЕНИКС"
Особого внимания с технической точки зрения
заслуживает технология нанесения сплошных полимерных рукавов «Феникс»
(Phoenix). На Московском водопроводе работы по санации подземных трубопроводов
данным методом при использовании оборудования германской фирмы «Пройсаг Вассер
унд Рортехник ГмбХ» ведутся с 1995 г.
Применяемый для ремонта
напорных трубопроводов шланг-чулок состоит из полиэфирных и нейлоновых нитей
сотканных вкруговую, на которые нанесено специальное покрытие, соответствующее
транспортируемой среде восстанавливаемого трубопровода. Данным методом могут
быть, отремонтированы трубопроводы с рабочим давлением до 1,2 МПа.
Сущность данного метода санации трубопроводов
заключается в закреплении у торцов и протягивании в полость трубы на всю длину
ремонтного участка бесшовного полимерного рукава с плотной фиксацией его
внутренней оболочки к внутренней поверхности трубопровода с помощью предварительно
нанесенных клеевых составов (эпоксидной смолы) и давления воздуха или пара.
Воздушный поток обеспечивает продвижение
оболочки по длине трубопровода, а термообработка приводит к быстрому твердению
клеевых составов.
Полимерный рукав может изготавливаться из
полиэстра, полиэтилена и других материалов, которые обеспечивают механическую
прочность и герметичность восстанавливаемого трубопровода.
Полимерный рукав имеет толщину 2 мм (при
эксплуатации трубопровода под давлением воды до 3 МПа) или 3-10 мм при необходимости
противодействия значительным внешним нагрузкам, а также достижения необходимой
устойчивости и прочности, сравнимой с аналогичными показателями для нового
стального или чугунного трубопровода.
Область применения метода нанесения сплошного
полимерного покрытия - стальные и чугунные трубы диаметром 150 - 1500 мм. Длина
ремонтного участка должна определяться в зависимости от диаметра
восстанавливаемого трубопровода: при диаметре 150 мм она составляет 500 м, при
диаметре 300 мм - 300м, при диаметре 900 мм - 100 м.
Метод используется при любой глубине заложения
труб (в грунте или непроходных каналах) и не зависит от типа грунтов,
окружающих трубопровод.
Метод эффективен при следующих видах
повреждений:
· трещины (продольные, поперечные,
винтообразные),
· абразивный износ, свищи (при
отсутствии инфильтрации воды в трубу).
При других повреждениях (раскрытых стыках,
смещении труб в стыках) необходима предварительная подготовка, обеспечивающая
соосность труб в местах дефектов.
Ограничения метода «Феникс» - длина прочищаемого
участка трубопровода не должна превышать 100 м, так как используемые
стандартные шланги для гидравлической очистки имеют длину до 100 м. Профиль
прочищаемого участка должен иметь постоянный уклон, обеспечивающий сток воды из
трубопровода (работы проводят в абсолютно сухом трубопроводе).
При использовании данного
метода исключается необходимость в разрытии траншей, достаточно выкопать
котлованы на определенном расстоянии либо воспользоваться имеющимися колодцами.
Это очень важно при проведении ремонта трубопроводов в городских условиях, где
имеется большая насыщенность подземных коммуникаций, оживленных
автомагистралей, железнодорожные и трамвайные пути и линии метрополитена.
Значительный экономический эффект данный метод обеспечивает при капитальном
ремонте подводных переходов трубопроводов (дюкеров).
МЕТОД "ТРУБА В ТРУБЕ"
С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЛАСТМАССОВЫХ ТРУБ
Применяется для реконструкции
самотечных и напорных трубопроводов, а также дюкеров диаметром до 2000 мм,
построенных из любых материалов. При реконструкции данным методом сечение
трубопровода уменьшается, но за счет меньшего коэффициента шероховатости
материала (полиэтилен), компенсируется показатель пропускной способности
трубопровода. Характерным примером использования данной технологии на объектах
Московской канализации является реконструкция дюкеров Юго-Западных каналов
диаметром 1200-1400 мм.
Для санации используются полиэтиленовые трубы на
рабочее давление от 1,0 до 1,6 МПа по ГОСТу 18599-2001 (ПЭ 80 и ПЭ 100),
поставляемые в бухтах или свариваемые в плети вблизи мест использования. При
проведении работ на протяженных сетях трубопровод должен разбиваться на
участки, длина которых принимается с учетом допустимой длины протягиваемой
плети по условиям прочности (протягивание без разрушения), либо с учетом
возможностей используемого способа и мощности тягового оборудования. В качестве
тягового оборудования в зависимости от состояния старого трубопровода и
выбранной технологии применяют пневмоударные машины, мощные лебедки или машины
с наборными штангами. Примерная протяженность подлежащего восстановлению
участка может составлять 100-150 м и более в зависимости от диаметра труб.
Достоинствами метода реконструкции «труба в
трубе» с применением полиэтиленовых труб являются:
· - небольшой объем земляных работ;
· - возможность соединения труб в
единую монолитную плеть длиной до нескольких сотен метров с ее последующим
протаскиванием;
· - достаточная гибкость и эластичность
сваренной плети для прохождения изгибов и поворотов трассы трубопровода;
· - высокая химическая стойкость и
стойкость материала рабочей полиэтиленовой трубы к истиранию;
· - низкая зарастаемость различными
типами отложений;
· - расчетный нормативный срок
эксплуатации под давлением не менее 50 лет.
Недостатком данного метода реконструкции
трубопроводов является уменьшение сечения трубопровода.
ТЕХНОЛОГИЯ COMPACT SLIMLINER
Метод разработан для
восстановления трубопроводов диаметром от 75 до 300 мм. Технология включает
пять основных этапов:
. Производится
телеинспекционный контроль трубопровода, определяется его состояние, наличие
боковых присоединений и посторонних включений, прямолинейность и
эллипсоидность. На основании телеинспекционного контроля дается заключение о
пригодности трубопровода к восстановлению данным методом.
. Прочистка трубопровода от
внутренних отложений и посторонних включений, подготовку концов трубы к
процессу протаскивания трубы Slimliner, подготовка барабана, присоединение
втягивающей головки, установку направляющих вкладышей и фиксирующих колец для
концевых фитингов.
. Протягивание трубы Slimliner
в реконструируемый трубопровод.
. Закрытие концов трубы,
подключение входной и вентиляционной линии. Завершается этап расширением трубы в
результате наполнения ее водой или воздухом до давления 3 - 4 бар.
. Установка концевых фитингов,
монтаж арматуры в колодцах, опрессовка и пуск линии.
С помощью данной технологии и ее модификаций в
различных странах мира восстановлено свыше 800 км трубопроводов. Преимуществом
технологии является то, что санация осуществляется с помощью тонких
полиэтиленовых труб, которые позволяют восстановить сети практически без
уменьшения сечения трубопроводов. Процесс восстановления трубопроводов состоит
в том, что после операций прочистки внутренней поверхности подлежащего
обновлению трубопровода в него втягивается полиэтиленовая труба сплющенной
U-образной формы, называемая U-лайнером
(U-Liner).
Под давлением пара труба приобретает круглую
форму, плотно прилегая к внутренней поверхности трубопровода без образования
кольцевого зазора. Диапазон диаметров санируемых трубопроводов по данной
технологии 100-800 мм. Максимальная протяженность реабилитируемого участка до
600 м.
Основные преимущества:
· обладают
повышенными механическими свойствами;
· снижение
гидравлического сопротивления;
· относительная
дешевизна метода;
· применим при любом
техническом состоянии реконструируемого трубопровода.
Основные недостатки:
· отсутствие методов
диагностики (определение места аварии, трассы трубопровода);
· тщательная
подготовка внутренней поверхности реконструируемого трубопровода в связи с тем,
что допустимые значения глубины повреждения протаскиваемой трубы должны
составлять не более 10%, от толщины стенки (при толщине стенки 10 мм браком
можно считать царапину в 1 мм.)
МЕТОД ПРОТЯГИВАНИЯ
ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБ С РАЗРУШЕНИЕМ ИЗНОШЕННОГО ТРУБОПРОВОДА
В начале и в конце участка
реконструируемого трубопровода разрабатываются стартовый и рабочий котлован.
В рабочем котловане
устанавливается гидравлическая машина с наборными штангами, предназначенная для
разрушения изношенного трубопровода и протягивания через образовавшуюся
скважину новой полиэтиленовой трубы.
Из рабочего котлована с помощью
гидравлической машины в реконструируемый трубопровод проталкиваются соединенные
между собой элементы наборной штанги до ее выхода в стартовый котлован.
В стартовом котловане к концу
штанги монтируется конус, диаметр которого больше разрушаемой трубы. К
хвостовику конуса присоединяется полиэтиленовая труба.
Разрушение трубопровода
производится конусом при обратном ходе наборной штанги, приводимой в движение
силовыми гидроцилиндрами с тяговым усилием до 80 т.
МЕТОД ВНУТРЕННЕГО
БАНДАЖИРОВАНИЯ
Метод применятся при проведении
локального ремонта участков чугунного трубопровода путем установки на место
повреждения (раструба) внутреннего распирающего кольца с резиновым
уплотнителем. Диаметр восстанавливаемого трубопровода при этом составляет в
основном от 900 до 1200 мм.
Основным достоинством данного
метода является возможность произвести ремонт чугунной трубы изнутри без
раскопочных работ. Достаточно выполнить пролаз со стороны ближайшей камеры.
ПРИМЕНЕНИЕ КОМПОЗИТНЫХ
СТЕКЛОПЛАСТИКОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Метод используется для
реконструкции самотечных каналов и коллекторов различного сечения диаметром до
3000 мм, построенных из любых материалов. При реконструкции данным методом
сечение трубопровода уменьшается, но за счет меньшего коэффициента
шероховатости материала (стеклопластик), компенсируется показатель пропускной
способности трубопровода. Особенностью данной технологии является возможность
восстанавливать участки трубопровода без снятия сточных вод. Характерным
примером использования данной технологии на объектах Московской канализации
является реконструкция кирпичного Люблинского канала шатрового сечения
диаметром 1650 мм по высоте.
ТЕХНОЛОГИЯ "ЛОКПАЙП"
Облицовка внутренней
поверхности каналов поликварцитными модулями. Применяется для реконструкции
самотечных каналов большого диаметра, подверженных воздействию газовой
коррозии. При реконструкции данным методом сечение трубопровода незначительно
уменьшается, что не сказывается на пропускной способности каналов большого
диаметра. Особенностью данного метода является возможность восстанавливать
канализационные каналы любого сечения, а также 50-ти летняя гарантия на
материал от разрушения в результате воздействия газовой коррозии. Характерным
примером использования данного метода на объектах Московской канализации
является реконструкция Ново-Люберецкого канала диаметром 2800 мм;
СПИРАЛЬНО-НАВИВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
SPR.
Технология основана на принципе
формирования новой трубы из ПВХ или полиэтиленового профиля в старом
трубопроводе при помощи специальной навивной машины. Применяется для
реконструкции трубопроводов диаметром до 5500 мм. При реконструкции
трубопроводов по данной технологии не требуется устройство стартовых
котлованов, работы выполняются с использованием существующих канализационных
колодцев. Характерным примером использования данной технологии на объектах
Московской канализации является реконструкция коллектора от Ленинского
стекольного завода диаметром 1000 мм.
ПРОЧИСТКА ТРУБОПРОВОДОВ.
Перед санацией трубопроводов должна проводиться
их эффективная чистка, исключающая повреждение внутренней поверхности трубы и
заделку стыковых раструбных соединений (например, при ремонте чугунных и других
труб).
В зависимости от степени зарастания живого
сечения трубопроводов можно использовать следующие основные методы чистки
трубопроводов:
· водяной, или гидромеханический; применяется для
труб диаметром 100мм и менее при наличии неуплотненных бугристых наносов;
· водовоздушный; применяется для трубопроводов
диаметром 150-200мм при наличии неуплотненных бугристых наносов при длине
обрабатываемого участка за один цикл (проход) до 2000 м;
· гидропрочистка с использованием высоконапорных
устройств с вращательными головками; применяется для трубопроводов диаметром до
300 мм и при длине обрабатываемого участка за один цикл (проход) до 1000 м ;
· очистка с использованием цилиндрических
поршневых скребков из полиуретана, покрытого ворсистым металлическим патроном;
применяется для диаметров трубопроводов 80-150мм. Данный способ прост в
применении, не требует высококвалифицированного персонала и сложной техники.
Недостатки - необходимость резки трубопровода, значительный расход воды, а
также возможное нарушение качества воды в трубопроводе, из которого подается
вода для промывки. Кроме того, возможно разрушение или блокировка очистного
устройства в трубе, а его обнаружение и извлечение являются сложными и
дорогостоящими операциями;
· очистка с использованием стержневых устройств
или спиралевидных скребков; применяется для трубопроводов диаметром 100 мм и
менее при плотных наростах накипи и ржавчины:
· гидравлический метод очистки на основе
использования реактивных головок или гидрокавитационных сопел; применяется для
труб любых диаметров, при этом достигается зеркальный блеск поверхности и
одновременно наносится антикоррозийное защитное покрытие;
· электрогидроимпульсный метод реализуемый путем
создания высоковольтного разряда в жидкости, при этом образуется ударная волна,
разрушающая отложения на внутренней поверхности трубопроводов; применяется для
трубопроводов диаметром до 400 мм и длиной до 300 м;
· гидрохимическая промывка для удаления
железооксидных и карбонатных отложений на основе специально приготовленных
растворов (разработана в АКХ им. П.Д. Памфилова).
5. Гидравлический
расчет восстанавливаемого участка
Составной частью тактики реновации водопроводных
и водоотводящих сетей является создание условий максимального обеспечения
эффективной совместной работы старых и восстановленных участков. Поэтому
требуется обязательная проверка восстановленных и действующих участков напорных
и самотечных трубопроводов на гидравлическую совместимость. Для водопроводных
сетей это обеспечение и поддержание требуемых проектом потерь напора в
кольцевых контурах независимо от ремонтного материала и диаметра используемых
труб, а для безнапорных обеспечение и поддержание определенных величин
скоростей течения сточной жидкости от участка к участку по направлению движения
потока, которые должны возрастать от участка к участку.
По результатам экспериментов на напорных трубопроводах
получены эмпирические зависимости изменения потерь напора h
от расхода Q для четырех видов трубопроводов:
· для стальной трубы с полимерным покрытием 
;
· для полиэтиленовой трубы ПЭ 80 
;
· для трубы с цементно-песчаным покрытием 
;
· для полиэтиленовой трубы ПЭ 100 
.
Для расширения области применения, т.е. для
перехода к большим диаметрам использовались рекомендации Альтшуля А.Д. по
гидравлическому моделированию. Сущность моделирования сводится к тому, чтобы
связать коэффициенты гидравлического трения л, полученные на модели
(трубопроводе 100 мм) с величиной эквивалентной шероховатости kэ, рассматривая
ее в качестве гидравлической шероховатости, с получением полуэмпирических
зависимостей для других диаметров в унифицированной форме.
Для лучшей наглядности и уменьшения диапазона
разброса точек экспериментальные зависимости А=f(d) для четырех типов
трубопроводов и расчетные зависимости А=f(d) для чугунных и стальных труб
выражены в виде функции 1/|lnA| = f (d) и сведены на единое поле в виде
графиков (рисунок 5) в диапазоне диаметров 400 -800 мм.
Рис. 5 Сводный график зависимостей 1/|lnA| =
f(d) для нескольких типов покрытий (труб)
- стальной трубопровод; 2 - чугунный
трубопровод; 3 - стальная труба с полимерным покрытием; 4 - полиэтиленовая
труба ПЭ 80; 5 - полиэтиленовая труба ПЭ 100; 6 - стальная труба с ЦПП
Как показывают графики на рисунке 5, наименьшие
единичные гидравлические сопротивления имеют полиэтиленовая труба ПЭ 100
(кривая 5) и труба с полимерным покрытием, а наибольшими сопротивлениями
обладают стальные и чугунные трубы. Это прежде всего свидетельствует о том, что
при взаимозамене труб, например, в результате ремонта отдельных участков сети в
системе не исключается возможность гидравлического дисбаланса, ведущего к
необходимости пересмотра гидравлических параметров работы сети в связи с
изменением скоростей течения воды и напоров. Для количественной оценки дисбаланса
приведены два примера возможных последствий работ по реновации:
Первый пример: реновация осуществляется
посредством нанесения слоя ЦПП на стальную трубу диаметром 500 мм (кривая 1 на
рисунке 5); при этом диаметр сужается до 486 мм (минимальная толщина стенки ЦПП
7 мм). В результате образуется трубная конструкция «сталь+ЦПП» и дисбаланс по
потерям напора, условно выраженный через величину ДА (на графиках Д(1/|lnA|)
составит в процентах при диаметрах 500 мм для стали и 486 мм для ЦПП:
ДА = 100 (0,3508 - 0,30456)/0,3508 = 13,18 %
Отсюда следует, что дисбаланс положительный,
т.е. единичные потери напора при реновации уменьшатся на 13,18 %.
Второй пример: реновация осуществляется
посредством протягивания в стальную трубу диаметром 500 мм (кривая 1 на рисунке
5) полиэтиленовой трубы ПЭ 80 внутренним диаметром 400 мм; при этом диаметр
сужается до 400 мм. В результате образуется трубная конструкция «сталь+ПЭ 80» и
дисбаланс по потерям напора, условно выраженный через величину ДА (на графиках
Д(1/|lnA|) составит в процентах при диаметрах 500 мм для стали и 400 мм для ПЭ
80:
ДА = 100⋅(0,3508
- 0,49305)/0,3508 = -40,55 %
Отсюда следует, что дисбаланс отрицательный,
т.е. единичные потери напора при реновации увеличатся на 40,55 %.
На основании полученных данных по гидравлической
совместимости (антоним - гидравлического дисбаланса) проектировщиком может быть
принято оптимальное решение о методе реновации.
В результате экспериментов на трех типах
безнапорных трубопроводов были определены эмпирические зависимости коэффициента
Шези С от уклона, гидравлического радиуса R и наполнения h/d, т.е. С = f(i), С
= f(R) и С = f(h/d) в широком диапазоне уклонов (0,005-0,03). Например, для
полимерного покрытия зависимость коэффициента Шези С от гидравлического радиуса
имеет вид
,
для полиэтиленового трубопровода 
;
для стального трубопровода с
цементно-песчаным покрытием 
.
Для наглядности изменения
коэффициента Шези С от гидравлического радиуса R, оценки степени возрастания
скоростей течения жидкости с переходом от керамических труб к защитным
покрытиям (трубам), а также определения расчетным путем значения коэффициента
относительной шероховатости «n», проведен сопоставительный анализ трех
экспериментальных кривых с аналогичной кривой (рисунок 6) для керамического
трубопровода.
Как показывают графики на рисунке 6,
для расчетных наполнений 0,5 и одинаковых уклонах значения коэффициентов Шези С
больше всего для полимерного покрытия и меньше всего для керамической трубы.
Данное обстоятельство свидетельствует о том, что и величины скоростей при
одинаковых расчетных наполнениях будут больше в трубопроводе с полимерным
покрытием, которое имеет наименьшую величину относительной шероховатости «n».
Рис. 6 Сводный график зависимостей
С=f(R) для четырех типов трубопроводов
Опираясь на предыдущий научный опыт
(Киселев П.Г.), где коэффициенту Шези С может отводиться роль критерия
гидравлического подобия для моделирования, были получены расчетные
полуэмпирические зависимости С=f(R) для труб любого диаметра d:
для полимерного покрытия 
;
для полиэтиленовой трубы 
;
для цементно-песчаного покрытия 
.
Для оценки гидравлической
совместимости подвергнутых восстановлению и невосстановленных на текущий момент
времени участков сети теоретически и практически (на 40 реальных объектах
водоотводящей сети г. Москвы) исследовалась транспортирующая способность потока
на стыках труб из разного материала (пластмассовые, керамические, чугунные,
асбестоцементные) и диаметра. Натурные эксперименты проводились по специально
разработанной методике с использованием видеокамер с высокой разрешающей
способностью. Методика включала: комплексную диагностику объекта (двух соседних
участков сети - восстановленного и невосстановленного); определение расстояний
(участков дисбаланса скоростей) до ближайших преград в виде уплотнённых наносов
на невосстановленных участках трубопровода, расположенных после
восстановленных, а также определение средних высот гряд наносов.
В результате аналитических
исследований и натурных экспериментов получена полуэмпирическая зависимость,
подтверждающая наличие участков дестабилизации скоростей после выполнении
ремонтно-восстановительных работ и значимость учёта гидравлических показателей
в единой системе «восстановленный-невосстановленный участки сети». В частности,
в большинстве случаев (свыше 70 %) при обследовании объектов наблюдались
явления гидравлического дисбаланса, которые выражались в образовании и
перемещении гряд наносов на внутренней поверхности невосстановленных участках
водоотводящих сетей по причине разницы скоростей потока при входе сточной
жидкости в невосстановленный трубопровод
6. Определение
приоритетных участков сети для проведения реконструкции
Решение о необходимости восстановления (санации)
или обновления (перекладки) конкретного участка трубопровода должно приниматься
на основании оценки технической и экономической целесообразности дальнейшей
эксплуатации участка трубопровода и с учетом опыта эксплуатации.
Техническая целесообразность эксплуатации
участка трубопровода в его существующем состоянии определяется окончанием
технического срока службы, при котором уровень его надежности, гидравлические
параметры функционирования и показатели качества транспортируемой воды являются
недостаточными и не соответствуют требуемым нормативам.
Технический срок службы трубопровода
определяется на основании анализа аварийности трубопроводов путем оценки и
прогноза показателей надежности и по результатам обследования (технической
диагностики) участков трубопроводов.
Экономическая целесообразность эксплуатации
участка трубопровода определяется окончанием экономического (полезного) срока
службы, за пределами которого расходы на эксплуатацию участка трубопровода
превышают возможные расходы на его реновацию (перекладку или санацию), а
уровень надежности не соответствует требуемому или принятому за норматив. В
этой связи к критериям, определяющим стратегию выбора потенциальных объектов
восстановления трубопроводов, относятся:
· показатели надежности участков трубопроводов и
прогноз их изменения;
· дестабилизирующие надежность трубопроводов
факторы;
· срок эксплуатации и техническое состояние
трубопроводов;
· ремонтопригодность трубопроводов;
· остаточные ожидаемые сроки полезной
эксплуатации;
· прошлые расходы на восстановление;
· реальная стоимость существующих трубопроводов и
стоимость их восстановления;
· ограничения по финансовым расходам.
Информационно-техническое обеспечение стратегии
восстановления трубопроводов позволяет путем запросов по БД оценить эти
критерии и выбрать район водопроводной сети (РВС) города с наибольшей
аварийностью трубопроводов (по выбранным для анализа диаметрам, материалам и
срокам эксплуатации трубопроводов).
Решение этой задачи базируется на основе
использования современных информационных технологий. С этой целью в
производственно-аварийном управлении водоотводящих сетей (ПАУКС)
«Мосводоканала» создана информационно-аналитическая программа, содержащая все
паспортные данные участков сети, количество устраненных засоров на них и блок
динамического ранжирования сетей по количеству засоров на них. Анализ данных
показал, что из 2000 засоров, имевших место за 2 года в одном из районов, 91%
приходится на трубопроводы диаметром 250мм и менее, причем 63% засоров
происходит на керамических трубах диаметром 125 и 150 мм. Ранее была
установлена зависимость количества повреждений трубопроводов от глубины их заложения,
не установлена зависимость от года прокладки трубопроводов. Существенное
повышение надежности работы сетей возможно также за счет постепенного
целенаправленного изменения структуры диаметров труб. Трубопроводы диаметром
125-150 мм (преимущественно из керамических труб), составляя 27,5% общей
протяженности, дают до 63% общего количества засоров. Таким образом, используя
имеющиеся бестраншейные технологии, возможно, при соответствующем
технико-экономическом обосновании, планомерно заменять участки с малыми
диаметрами на большие.
Опыт эксплуатации Московского водопровода
свидетельствует, что наибольший эффект от санации по снижению аварийности
наблюдается на трубопроводах диаметром 300 и 400 мм, что может являться одним
из приоритетов при выборе объекта реабилитации на водопроводных сетях.
Заключение
Качественно проведенная санация трубопроводов
позволяет достичь следующих результатов:
предотвратить коррозию металлических стенок
трубопроводов за счет пассивного (изоляции стенок) и активного (образования на
стенках субмикроскопического покровного слоя из оксидов железа) защитных
эффектов;
обеспечить требуемый уровень надежности
трубопроводов и снизить аварийность на водопроводных сетях;
сохранить неизменными (в некоторых случаях
улучшить) гидравлические характеристики, а также стабилизировать напоры за счет
уменьшения коэффициента гидравлического трения до уровня, соответствующего
табличным значениям для неоновых труб;
сохранить качество воды, транспортируемой от
станций водоподготовки до потребителей, за счет отсутствия пористых
коррозионных отложений, влияющих на увеличение в воде концентрации железа,
снижение концентраций растворенного кислорода и остаточного хлора.
В последние годы получили распространение шесть
основных технологий бестраншейного ремонта изношенных подземных и подводных
трубопроводов с использованием различного оборудования и композиционных
материалов:
) «труба в трубе» - протаскивание во внутреннюю
полость ремонтируемого трубопровода новой трубопровода из полиэтилена. При этом
наружный диаметр трубопровода из полиэтилена меньше внутреннего диаметра
ремонтируемого трубопровода;
) то же, с увеличением диаметра, но с
разрушением ремонтируемого трубопровода, что позволяет протаскивать или
проталкивать новый большего размера, чем внутренний диаметр ремонтируемого
трубопровода;
) нанесение на внутреннюю поверхность
предварительно очищенного и промытого, ремонтируемого трубопровода,
цементно-песчаного слоя различной толщины. Со временем после интенсивной
эксплуатации трубопровода происходит механическое или химическое разрушение
цементно-песчаного слоя;
) «чулочная технология» - протаскивание внутрь,
предварительно очищенного высоким давлением, ремонтируемого трубопровода,
синтетического чулка. После протаскивания, чулок полимеризуется в среде горячей
воды определённой температуры, облучением ультрафиолетом или другим способом,
что обеспечивает образование на внутренней поверхности трубопровода прочного
инертного слоя регулируемой толщины;
) технология «U - лайнер», при которой внутрь
предварительно очищенного ремонтируемого трубопровода протаскивается U-образная
полиэтиленовый полуфабрикат с последующим его распрямлением с помощью
теплоносителя определённой температуры с последующим образованием нового
цельного полиэтиленового трубопровода;
) локальный ремонт трубопровода с использованием
ремонтного робота и ремонтной вставки.
Удельный вес реализации указанных технологий
бестраншейного ремонта трубопроводов распределяется следующим образом:
«труба в трубе» - 68-72 %;
«труба в трубе» с разрушением старого
трубопровода - 8-10 %;
цементно-песчаная облицовка внутренней
поверхности - 6-8 %;
«чулочная» технология - 5-8 %;
технология «U - лайнер» - 2-4 %;
локальный ремонт - 1-2 %.
Современные полимерные
материалы исключают развитие процессов газовой коррозии в трубопроводах, а
также повреждения каналов и коллекторов в результате разрушающей способности
биогенной коррозии, улучшают гидравлические характеристики трубопроводов и
сокращают себестоимость эксплуатации канализационных сетей.
В перспективе практика развития инженерных
коммуникаций должна ориентироваться на строительство подземных проходных
каналов общего назначения больших размеров, в которых могли бы разместиться все
городские инженерные сети или их большая часть.
Список использованной
литературы
1.Е.А.
Алёхин, Доклад, представленный на международной конференции "NO-DIG -
2008. МГУП "Мосводоканал", Москва.
2. С.В.Храменков, О.Г.Примин, В.А.Орлов,
Бестраншейные методы восстановления водопроводных и водоотводящих сетей.
Москва, 2000.
3.
Положение о санации водопроводных и водоотводящих сетей. Госстрой России.
Москва, Издательство Прима-Пресс - М., 2004.
.
Пахомов А.Н., Зарубин А.П., Хренов К.Е., Шейнин Е.В., Балашов В.А., Дудченко
Т.О. «Полимерные трубы», №2/июль 2005.
.
Орлов В.А. Автореферат диссертации на тему: Системный анализ состояния и
тактика реновации водопроводных и водоотводящих сетей. МГСУ, Москва, 2009.
.
Макотрина Л.В. Курс лекций Современные методы восстановления и защиты
водоотводящих сетей. ИГТУ, Иркутск, 2012.
7.
<http://www.mosvodokanal.ru/> - сайт Московского водоканала.
.
<http://www.specpromstroy.ru/> - сайт ООО СпецПромСтрой.