|
Методы санации трубопроводов стали развиваться около 50 лет назад в связи с интенсивным ростом городов и одновременным старением инфраструктуры. Особенно востребованы в настоящее время технологии бестраншейного ремонта, что связано со стесненными городскими условиями и большой насыщенностью городских территорий различными коммуникациями. Применение открытых способов ремонта и перекладки трубопроводов в этих случаях стало почти невозможным или требует больших капиталовложений. Сегодня в России имеется более 700 тыс. км трубопроводов, из них более 350 тыс. повреждено внутренней коррозией, а около 56 тыс. находится в состоянии, близком к аварийному. В данной статье акцентируется внимание на самых распространенных методах санации трубопроводов.
Предварительная очистка и телеинспекция трубопроводов
Применение почти всех методов санации требует предварительной очистки и телеинспекции трубопроводов перед началом работ, а иногда также и после санации.
В основном используется два типа очистки – механическая и гидравлическая.
В первом случае очистка производится с помощью специальных ершей с металлическими и резиновыми вставками, которые посредством лебедки несколько раз протягиваются через существующую трубу до полной ее очистки. Для осушения трубопровода при санации некоторыми методами (например, рукавом «Феникс») через трубу протягивается поролоновый пыж, главным образом при помощи компрессора, нагнетающего воздух с одной стороны трубопровода.
Гидравлическая очистка осуществляется специальными машинами, в основном на шасси грузовых автомобилей. На грузовике установлен резервуар с водой, из которого вода под давлением подается по шлангу на вращающуюся головку, находящуюся в трубопроводе. За счет того, что распылительные отверстия в головке расположены под углом к трубе, головка при вращении поступательно движется вперед, снимая при своем проходе отложения. После того как она доходит до конца трубопровода, оператор машины при помощи мини-лебедки возвращает ее в исходное положение, и, двигаясь в обратном направлении, она снова снимает отложения в трубопроводе. Вытекающая вода удаляется или посредством илососа, или (на отдельных моделях промывочных машин) всасывается обратно в резервуар, который разделен внутри подвижной перегородкой таким образом, что перед началом работ он полностью заполнен чистой водой, а после окончания работ – грязной.
Существует два типа промывочных машин: для промывки канализационных трубопроводов (рабочее давление в этих машинах достигает 400 бар) и для очистки водопроводов (с рабочим давлением до 2000 бар).
После промывки необходимо выполнить телеобследование. Существуют комплекты телеоборудования, смонтированные обычно на базе микроавтобуса, в салоне которого находится операторский пульт с монитором и записывающей аппаратурой, а в грузовом отсеке – барабан с кабелем. К кабелю присоединена самоходная тележка, которая оборудована телекамерой и системой освещения и может передвигаться по трубопроводу. Головка камеры может вращаться, что позволяет оператору осматривать все участки трубопровода. В зависимости от типов камер телеинспекцию можно проводить в трубопроводах диаметром 63–1000 мм на расстоянии до 700 м.
Методы санации можно классифицировать по способу нанесения внутреннего покрытия [1]:
- нанесение набрызговых покрытий на основе цементно-песчаных растворов;
- нанесение набрызговых покрытий на основе эпоксидных смол;
- нанесение покрытий в виде мягких полимерных рукавов;
- нанесение покрытий в виде труб из различных материалов;
- нанесение покрытий из отдельных элементов на основе листовых материалов;
- установка покрытий из композитных элементов;
- установка спиральных полимерных оболочек.
Набрызговые покрытия на основе цементно-песчаных растворов
Цементно-песчаные покрытия (ЦПП) применяются в мировой практике уже почти 50 лет и являются хорошим противокоррозионным материалом для стальных и чугунных труб, защищающим внутреннюю поверхность трубопровода и ликвидирующим различного рода дефекты (рис. 1).
Рис. 1. Схема нанесения ЦПП методом центрифугирования на трубопроводы малого диаметра
1 – насос для временного отвода сточной жидкости; 2 – временный запорный орган (задвижка); 3 – лебедка; 4 – подлежащий обработке трубопровод; 5 – трубопровод транспортировки раствора; 6 – дозировочный насос для цементного раствора; 7 – емкость для цементного раствора; 8 – электрошкаф; 9 – разбрызгивающее устройство; 10 – обработанный участок трубы
Область применения метода ЦПП широка – диаметры санируемых трубопроводов могут быть от 150 до 1500 мм, причем величина давления в трубопроводе не ограничена, также не лимитированы глубина заложения и тип окружающих грунтов. При этом толщина покрытия может составлять 3–13 мм в зависимости от типа трубопровода (сталь или чугун) и от диаметра. Для приготовления смеси используется портландцемент М 500 и мелкозернистый кварцевый песок.
В последнее время появились новые возможности применения метода ЦПП. Если в цементно-песчаный раствор ввести пластифицирующие добавки, раствор будет пригоден для санации трубопроводов горячего водоснабжения. Опыт применения таких смесей уже имеется в России (Санкт-Петербург и Зеленоград).
Суть метода состоит в том, что в предварительно очищенный механическим способом участок трубопровода вводится разбрызгивающее устройство, которое протягивается через трубопровод при помощи лебедки. В устройство равномерно подается цементно-песчаная смесь и посредством вращения головки устройства набрызгивается на стенки старого трубопровода.
Такая операция может быть проведена несколько раз для достижения требуемой толщины стенки. Максимальная длина участка составляет около 250 м и ограничивается только длиной рабочих тросов и рукавов подачи воздуха и раствора. Наличие в трубопроводе углов поворота более 11°, опусков, подъемов делает невозможным прохождение рабочего органа и устройств прочистки. В данном случае необходимо дополнительное вскрытие трубопровода, что является недостатком указанного метода.
К достоинству метода ЦПП следует отнести простоту выполнения основных и подготовительных работ. Кроме того, метод ЦПП является самым дешевым методом санации трубопроводов, и обычно его стоимость составляет около 30% от стоимости нового строительства. Также диаметр трубопровода при использовании данного метода сужается незначительно, а гидравлическое сопротивление снижается.
Срок эксплуатации ЦПП при благоприятных условиях может достигать 50 лет. Однако метод ЦПП непригоден для восстановления сильно разрушенных трубопроводов, имеющих сквозные отверстия, повреждения стыков труб, деформации и осевые смещения.
Набрызговые покрытия на основе эпоксидных смол
Этот метод, так же как и предыдущий, основан на разбрызгивании смеси при помощи центрифугирования. Однако покрытие состоит из эпоксидной смолы с добавками стекловолокон. Поскольку адгезия эпоксидных смол с металлом возможна только при хорошей очистке и полном высушивании поверхности, для нанесения покрытия очистка производится дольше и тщательнее. Это позволяет добиться лучшей защиты внутренней поверхности трубопровода от абразивного износа и коррозии.
Данный метод в основном применяется за рубежом и не нашел широкого распространения в России. Во-первых, само исходное сырье – эпоксидные смолы – дорогое и соответственно смесь для набрызга имеет высокую стоимость. Во-вторых, ввиду того, что трубопроводы в крупных городах, коммунальные службы которых могут позволить себе применение этого метода, расположены в основном ниже уровня грунтовых вод, не всегда удается произвести полное осушение трубопровода: многие трубопроводы имеют свищи, через которые происходит постоянная инфильтрация грунтовых вод.
Покрытия в виде мягких полимерных рукавов
Данным методом, получившим широкое распространение как за рубежом, так и в России, восстанавливаются напорные трубопроводы сетей водоснабжения и водоотведения, а также безнапорные трубопроводы сетей водоотведения. Материал трубопроводов – сталь, чугун, железобетон, керамика, диаметр – 100–2000 мм.
На рынке бестраншейных технологий существует много компаний, работающих по данному методу, применяющих различные виды полимерных рукавов, которые они производят сами либо закупают у поставщиков. Также существуют различные методы установки рукавов – при помощи воды, сжатого воздуха, протаскивания с последующим надуванием или заполнением водой и различные методы их полимеризации – нагреванием воды, подачей пара или воздействием светового излучения.
Рассмотрим в качестве примеров несколько типов полимерных рукавов.
Рукав «Феникс»
Данный метод с успехом зарекомендовал себя на рынке Европы и России.
В Москве и Санкт-Петербурге (включая Невский проспект) отремонтированы десятки километров водопроводных сетей. При помощи этого рукава можно санировать трубопроводы диаметрами 150–1000 мм и максимальным давлением до 30 бар, изготовленные из чугуна, стали и железобетона. Длины санируемых участков – до 500 м в зависимости от диаметра – обусловлены техническими ограничениями самой машины для установки рукава и возможностями оборудования для прочистки трубопровода перед санацией (рис. 2).
Рис. 2. Метод «Феникс». Схема нанесения внутреннего защитного покрытия
1 – автомобиль с оборудованием для установки рукава; 2 – полимерный рукав; 3 – компрессор; 4 – санируемый трубопровод
Рукав выполнен из тонкого нетканого материала, покрытого полиэтиленовой пленкой. Толщина материала с покрытием составляет 3–5 мм. Непосредственно перед установкой рукав пропитывается эпоксидной смолой и, проходя через вальцы, наматывается на бобину, расположенную внутри большого металлического сосуда, находящегося на транспортном средстве, в котором также смонтированы парогенератор, электрогенератор и компрессор.
Пропитанный рукав доставляется на место установки, и в сосуд начинает подаваться сжатый воздух, под воздействием которого рукав, намотанный на бобину, начинает выворачиваться из находящегося на конце сосуда фланца так, что пропитанный смолой слой рукава оказывается снаружи, а покрытый полиэтиленовой оболочкой – внутри. Начало рукава заводится в существующую трубу, и он продолжает выворачиваться дальше до самого конца санируемого отрезка. После того как конец рукава выйдет из второго конца трубы, подача воздуха прекращается и в рукав вставляются концы металлических труб, соединенных шлангами с приемным резервуаром. Постепенно воздух, которым заполнен рукав, начинает прогреваться паром, вырабатываемым парогенератором. Остатки воздуха удаляются через металлические трубки на конце рукава. Происходит прогрев рукава, смола твердеет и крепко приклеивается к старой трубе. Этот процесс занимает от одного до шести часов. Далее рукав медленно остывает. Для того чтобы чулок не дал усадку, по прошествии еще нескольких часов концы рукава обрезаются, и участок готов к подключению.
После санации рукавом «Феникс» трубопровод восстанавливает свою герметичность и способен противостоять внешним нагрузкам.
Преимущества метода состоят в том, что для установки рукава используется мобильное оборудование, работы проводятся очень быстро, с минимумом земляных работ. В отдельных случаях, при диаметрах трубопроводов до 400 мм, восстановление можно производить через существующие колодцы, только лишь демонтировав запорную арматуру или фитинги.
К недостаткам метода можно отнести относительно высокую стоимость материалов и смолы, а также необходимость тщательной очистки трубопроводов перед санацией при помощи дорогостоящих машин гидравлической очистки высокого давления и полного высушивания внутренней поверхности. Так, в случае неполного приклеивания рукава к старой трубе существует опасность его отслоения в дальнейшем, если в этом месте появится или уже существует свищ, через который возможно проникновение грунтовых вод.
Рукав AARSLEFF
Мягкий рукав AARSLEFF используется для реконструкции трубопроводов сточных и дождевых вод, а также для технических и напорных трубопроводов водоснабжения и водоотведения (рис. 3). Трубы могут быть круглого и иного сечения с диаметром от 100 до 2000 мм.
Рис. 3. Санация напорного заборного трубопровода для атомного реактора методом мягкого полимерного рукава
В отличие от рукава «Феникс» он не требует приклеивания к старой трубе, а просто плотно прижимается к ней за счет избыточного давления воды, используемой для его установки. Соответственно при подготовке трубопровода под санацию достаточно очистить трубопровод гидродинамической машиной, также не требуется полного высушивания. В случае возможного попадания грунтовых вод в санируемый трубопровод до начала санации в него предварительно укладывается тонкий прелайнер, препятствующий вымыванию смолы из пропитанного рукава.
Чулок изготавливают любой длины – от 100 до 1000 м и толщины – от 3 до 42 мм, так что он в точности подходит для конкретного участка трубопровода. Изготавливаются и рукава с переходом диаметра. Кроме того, трубы некруглого сечения, например овального или другого вида сечения, могут быть также восстановлены благодаря тому, что используемый для этого материал отличается гибкостью.
Рис. 4. Санация методом рукава AARSLEFF. Протягивание первого рукава в изношенный трубопровод
Рукав AARSLEFF изготавливается из кислотоупорного волокна, пропитанного полиэфирной, эпоксидной или винилестровой смолой. Пропитка рукава осуществляется в заводских условиях или прямо на месте установки. Для равномерной пропитки каждого участка рукава из него удаляется весь воздух через специальные отверстия, которые потом герметизируются. Пока рукав гибкий, он под давлением воды вводится в поврежденную трубу, находит свой собственный путь и проходит изгибы с углом до 90°. В местах, где соединения смещены или небольшие участки полностью отсутствуют, чулок создает плавный переход. После установки в требуемое положение и полимеризации рукав затвердевает и приобретает износоустойчивость, в то время как его внутренняя поверхность остается гладкой, обеспечивая максимальную скорость потока и препятствуя возникновению отложений. Боковые ответвления открываются с помощью трубореза, управляемого компьютером.
Рис. 5. Санация методом рукава AARSLEFF. Выворачивание второго рукава в первый
Данный рукав успешно применяется для санации водопроводных сетей. Для этого в материал рукава дополнительно вводится армирующий слой из стекловолокна, а пропитка рукава осуществляется эпоксидной смолой. Применение этого слоя позволяет изготавливать рукав, способный выдерживать давление в 13 бар. После установки рукава в старый трубопровод на его концах при помощи гидравлического пресса высокого давления закрепляются специальные кольца из нержавеющей стали с резиновой прокладкой, которые герметизируют место примыкания концов рукава к старой трубе.
Рис. 6. Санация методом рукава AARSLEFF. Нагрев рукавов после установки
Одним из примеров применения этого материала являются работы по санации водопровода диаметром 400 мм и длиной 140 м на Тверской улице в Москве. Эти работы интересны тем, что по требованию эксплуатирующих служб толщина рукава после санации должна была быть 15 мм. Для этого были применены два рукава – толщиной 6 мм и 9 мм. При этом сначала через старый трубопровод был протянут первый рукав, пропитанный эпоксидной смолой (рис. 4), а затем в него вывернут обычным методом второй (рис. 5), после чего оба рукава были нагреты горячей водой (рис. 6) и в итоге внутри старого трубопровода проложен новый. После прогревания на концах рукава были установлены запорные кольца из нержавеющей стали с герметизирующими прокладками.
Также рукав AARSLEFF применяется для санации дюкеров водоснабжения и водоотведения без их осушения (см. статью «Санация дюкеров методом полимерного рукава», № 12, 2005). Длина дюкеров не ограничена, поскольку можно организовать пропитку на месте установки и сшивание отдельных отрезков рукава непосредственно во время установки
Литература, использованная при подготовке материала:
1. Храменков С.В., Примин О.Г., Орлов В.А. Бестраншейные методы восстановления водопроводных и водоотводящих сетей.–М.: ТИМР, 2000.
| 
