Современные методы бестраншейного восстановления трубопроводов тепловой сети и анализ их технологических возможностей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Современные методы бестраншейного восстановления трубопроводов тепловой сети и анализ их технологических возможностей

Введение

бестраншейный трубопровод гидравлический теплоноситель

На сегодняшний день в практике эксплуатации тепловых сетей в Санкт-Петербурге наблюдается рост потока отказов трубопроводов за счет коррозионных повреждений, устранение которых требует больших материальных затрат. Очевидно, что эта картина характерна не только для Санкт-Петербурга, но и для других систем теплоснабжения крупных городов.

На сегодняшний день на предприятии заменяется не более 0,2% от общей протяженности сетей, что не обеспечивает в должной мере обновления оборудования. При этом плановый ремонт практически уступил место аварийно-восстановительному, что в 1,5-2 раза дороже и хуже по качеству.

Кроме того, повреждения ликвидируются в основном за счет средств, предназначенных на выполнение плановых ремонтных работ, что стимулирует их перераспределение в пользу проводимых в аварийном режиме, т.е. более дорогих. В свою очередь, это существенно снижает надежность системы в целом.

Понимая важность проведения мероприятий по защите трубопроводов от наружной и внутренней коррозии, специалисты нашего предприятия занимаются поиском и внедрением надежных современных ремонтных технологий в сфере антикоррозионной защиты, тепловой изоляции, замены трубопроводов, использование которых препятствовало бы механическому и химическому устойчивому разрушению материалов и позволило после установки избежать эксплуатационных затрат на срок службы не менее 25 лет.

В данной работе хотелось бы рассказать об опыте, достигнутом нашим предприятием в области бестраншейных ремонтов трубопроводов тепловой сети и выбранном алгоритме ремонта с использованием имеющихся на сегодняшний день материалов.

1. Бестраншейное восстановление трубопроводов

Известно, что в последние десятилетия в сфере эксплуатации и ремонта городских коммунальных трубопроводов ХВС появилось новое направление, получившее название «бестраншейная технология восстановления (санация)» старых и прокладки новых трубопроводов. Это направление является альтернативой открытому способу ремонта, реконструкции и строительства подземных трубопроводов любого предназначения.

Бестраншейные технологии санации и прокладки трубопроводов наряду с оперативностью и экономичностью, по сравнению с традиционными методами (проведения земляных работ с раскопкой траншей, ремонтом или заменой трубопровода), позволяют не нарушать сложившуюся экологическую обстановку и городскую инфраструктуру.

Целью бестраншейной технологии является полное восстановление структуры трубопроводов путем устранения всех видов повреждений по длине трубопровода и в местах их стыковки при соблюдении (поддержании) исходных гидравлических характеристик течения потока теплоносителя. В частности, используется инновационная технология протяжки внутри трубопровода гибкого полимерного рукава.

В теплосетях до настоящего времени применяемость данных ремонтных технологий была невыполнима по причине высокой температуры рабочей среды и необходимостью выполнения достоверных диагностических мероприятий перед нанесением покрытия (для получения информации о возможности нанесения покрытия).

Но чем труднее задача, тем она интереснее, и совместно со специализированными организациями сделан первый шаг в решении данного вопроса, и в настоящее время на нашем предприятии внедряется технология санации старых трубопроводов безканальной прокладки с применением гибкого комбинированного полимерного рукава.

Сущность метода состоит в образовании внутри реабилитируемого трубопровода новой композитной трубы, обладающей достаточной самостоятельной несущей способностью при минимальном снижении диаметра действующего трубопровода. Для реализации метода внутрь поврежденного или старого трубопровода пропускают рукав, представляющий собой композитный материал (полимерный рукав из тентовых тканей, армированный специальной структурой (комплексами) из стекловолокна, полимерная основа - эпоксидная смола системы).

Затем во внутреннюю герметичную оболочку рукава под давлением подается теплоноситель (горячая вода, пар), который расправляет рукав, прижимает его к внутренней поверхности трубопровода и полимеризует связующее, образуя новую композитную трубу. В результате затвердевания эпоксидной смолы образуется полимерный материал (дуромер), который и выполняет функцию связующего (обволакивает и защищает волокна).

Данный метод ремонта используется при любой глубине заложения труб вне зависимости от типов прокладки тепловой сети (канальная, бесканальная прокладка).

Тип рукавного покрытия зависит от параметров транспортируемой среды. Стандартная конструкция рукавного покрытия рассчитана на рабочее давление 1,6 МПа. В зависимости от состояния трубопровода и его технических характеристик рабочее давление может быть увеличено до 3 МПа за счет внесения в конструкцию рукава дополнительных армирующих материалов. Температура транспортируемой среды рассчитана до 160 ^ОС, что делает возможным применение данной технологии для реставрации трубопроводов тепловых сетей и ГВС. Диаметр трубы, подлежащей восстановлению, лежит в пределах 100-2200 мм, при наличии на участке переходов с одного диаметра на другой, рукав изначально изготавливается необходимой геометрии. Рукав может проходить углы поворота (90°) и полуотводы (45°). Толщина рукава может меняться от 4 до 20 мм (в зависимости от диаметра трубопровода).

2. Технологический процесс по установке гибкого полимерного рукава

Работы по восстановлению трубопроводов гибким полимерным рукавным покрытием начинаются с подготовки участка под санацию. Для этого необходимо выполнить минимальное количество земляных работ: если диаметр восстанавливаемого трубопровода позволяет, то ввод рукава можно произвести через существующие колодцы или камеры. При этом в тепловых камерах достаточно осуществить вырезки бочонков трубопровода длиной - 0,8 п. м. В противном случае необходимо делать шурф, размер которого зависит от типа грунта: в основном для производства работ по санации достаточно вырыть котлован 3x3 м и выполнить технологический вырез в трубопроводе не менее 1,5 диаметра трубопровода.

Если санация проводится от одной тепловой камеры до тепловой камеры, то земляные работы не требуются.

По завершению подготовительных мероприятий на отобранном участке для определения фактической геометрии трубопровода и возможности выполнения санации выполняется телевизионное обследование, кроме того, в рамках данного обследования уточняется фактическая протяженность участка, подлежащего санации. При работах используется цветная видеокамера с высокой разрешающей способностью, способная дать полную информацию о состоянии внутренней поверхности трубопровода (рис. 1).

Рис. 1. Оборудование для телевизионного обследования трубопроводов (передвижной многофункциональный телеметрический комплекс)

После телевизионного обследования проводится гидродинамическая очистка трубопроводов от отложений и грязи посредством комбинированной гидродинамической машины высокого (до 400 кг/см²) или сверхвысокого давления (до 800 кг/см²) (рис. 2). После этого желательно провести телеинспекцию контроля качества очистки.

Рис. 2. Машина для гидродинамической промывки трубопроводов

Далее сухой рукав (рис. 3) пропитывается специальной эпоксидной композицией, и затем доставляется к месту ввода в трубопровод. Ввод рукава в трубу осуществляется через специальную вышку методом выворота под давлением гидростатического столба: по технологии монтажа на трубопроводах до 300 мм выворот и продвижение рукава в трубопроводе осуществляется при помощи газовой среды (воздуха), на диаметрах более 300 мм выворот осуществляется давлением жидкой или газовой среды, а также совместным использованием обоих способов.

Рис. 3. Вид рукавного покрытия

В нашем случае технология подразумевает применение воды: к трубопроводу подключается передвижная водогрейная установка, которая обеспечивает циркуляцию воды внутри введенного рукава с постепенным ее нагревом (рис. 4, 5).

Рис. 4. Проведение работ по санации трубопровода (ввод рукава внутрь трубопровода)

Необходимо отметить, что перед этим запорную арматуру нужно демонтировать (либо вырезать катушку), и торец трубы является либо началом, либо концом восстанавливаемого участка. Сильфонные компенсаторы на участке перед санацией также необходимо удалить, т.к. рукав, установленный в трубопроводе, при линейном температурном расширении может быть поврежден.

При нагреве до определенной температуры начинается процесс полимеризации композиции.

Таким образом, внутри изношенной металлической трубы формируется новая полимерная труба, плотно прижатая к внутренней поверхности основной, и превосходящая последнюю по целому ряду характеристик. Рукавное покрытие является самостоятельной конструкцией и не требует адгезии к внутренней поверхности трубопровода.

Рис. 5. Шлюз для ввода рукавов малых диаметров (до 300 мм) с помощью воздуха

Время нагрева до начала процесса полимеризации и время выдерживания на достигнутой температуре зависит от состава полимерной композиции, в данном случае полимеризация проходит в течение 8-12 ч при температуре 90 ^ОС. Далее нагрев отключается и происходит остывание воды, после чего вода сливается, технологические концы рукава обрезаются, торцы герметизируются обжимными пакерами.

По завершении работ производится телевизионная съемка внутренней поверхности трубопровода с записью на компакт-диск. В конце выполняется монтаж запорной арматуры или катушки, трубопровод заполняется рабочей средой и проводятся гидравлические испытания участка.

Рис. 6. Проведение работ по санации трубопроводов полимерным рукавом в АО «Теплосеть Санкт-Петербурга», 08.09.2014 г.

3. Отличительные особенности применения технологии полимерного рукава

Метод бестраншейного восстановления трубопроводов полимерным рукавом обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционным методом замены поврежденных труб:

¦ минимальные сроки выполнения работ: санация трубопровода протяженностью 100 п. м занимает 3 дня;

¦ ремонт коммуникаций проводится без разрушения полотна дорог и другой наземной инфраструктуры, что особенно актуально при производстве работ в зонах плотной застройки, промышленных предприятий, автомобильных и железных дорог, силовых сетей и т.п.;

¦ низкая теплопроводность полимерной композиции приводит к сокращению тепловых потерь (в 6-10 раз по сравнению со стальной неизолированной трубой). Как следствие, экономия тепловой энергии составит 258-344 ккал/ч (0,3-0,4 кВт) на 1 м² поверхности трубопровода;

¦ гладкая внутренняя поверхность и отсутствие отложений на внутренней стенке трубопровода снижает затраты на электроэнергию при перекачке транспортируемой среды на 25-30%;

¦ высокие механические характеристики, устойчивость к воздействию агрессивных сред и микроорганизмов, износостойкость. Срок службы установленного рукава достигает, по данным производителя, 30 лет со дня установки. Эксплуатационного подтверждения таких заявлений на сегодняшний день просто нет, т.к. технология новая, но проведенные лабораторные испытания подтвердили, что только при биаксиально-ориентированном напряжении срок службы покрытия составляет не менее 25 лет;

¦ в разработанной для отрасли теплоснабжения конструкции, благодаря использованию комбинированного полимерного рукава со специальной структурой на основе стекловолокна, удалость достигнуть ярко выраженного механического усиления конструкции. Более того, грамотно подобранная конструкция материалов в сочетании с эпоксидной смолой обеспечила эластичность рукава перед отвердением и его высокие конечные механические свойства после затвердевания.

После полимеризации конструкция абсолютно безвредна для окружающей среды и человека. Все рукавные покрытия имеют санитарно-эпидемиологические заключения и сертификаты соответствия. Участок трубопровода после установки внутри гибкого полимерного рукава не подвержен внутренней коррозии.

На нашем предприятии в 2014-2015 гг. данным материалом уже выполнен ремонт трубопровода под Московским проспектом (подающий и обратный трубопровод протяженностью 100 п. м, Ду 400) и подающий трубопровод под Наличным мостом на Васильевском острове (протяженностью 52 п. м и Ду 500). Главный успех применяемой технологии в том, что ремонт теплосети жители и гости города даже и не заметили.

На следующий год прорабатывается проект восстановления двух трубопроводов Ду 300 мм.

Восстановленные трубопроводы на сегодняшний день функционируют без нареканий, и ежегодно вскрываются для мониторинга с помощью телеинспекции, т.к. технология новая, что требует контроля как со стороны производителя, так и со стороны службы диагностики теплосетей.

В дополнении необходимо отметить, что данный материал помимо защиты от коррозии позволяет еще и сократить тепловые потери на участке.

4. Некоторые технические особенности по использованию термостойкого рукавного покрытия на протяженных объектах

Лабораторным путем мы вычислили коэффициент линейного термического расширения рукавного покрытия и получили, что он в 3 раза больше, чем у стали. Следовательно, нужно ставить компенсатор на торцах участка восстановления трубопроводов. Существующий торцевой пакер (устройство, предназначенное для герметизации установленного композитного рукавного покрытия и старого трубопровода), а точнее, термостойкая резина к пакеру не является надежной конструкцией. Проблема в том, что в данном случае пакер является компенсатором линейного расширения, а не только герметизирующей прокладкой.

Проведенные испытания торцевого пакера показали, что после 12 месяцев испытаний на нем образуются складки, но герметичность при этом сохраняется. Температура теплоносителя в этот период была с градиентом температуры порядка 70-98 °С.

По нашему мнению, необходимо подобрать такой материал для торцевого пакера, который будет работать при температуре 150 °С и рабочем давлении - 16 кг/см². И температурное расширение материала для осуществления компенсации должно быть не менее 500 мм. Альтернативным материалом может стать, к примеру, более эластичный силикон (силиконы могут держать температуру еще выше, чем резина), и, на наш взгляд, конструкция получится более надежной. Данное предложение нами было озвучено представителям производителя.

Еще одно, возможное, слабое место - это сварной шов профильной термостойкой резиновой ленты, из которой выполнен пакер.

Также на момент проведения работ по санации трубопровода определенное беспокойство вызывало сохранение свойств прочности материала рукава в процессе эксплуатации: по проведенным расчетам покрытие выдерживало без труда сквозное повреждение диаметром до 50 мм, не более. Однако на данном этапе производитель заменил армирующий материал для производства рукава и убрал возможность появления касательных напряжений.

Выводы

В завершение хотелось бы добавить, что практическая апробация данной ремонтной технологии в настоящее время продолжается. Считаем, что в настоящее время данная технология полностью готова для использования по ремонту защитных трубопроводов тепловой сети (футляр), но в будущем, для ремонта напорных трубопроводов, нам бы хотелось иметь возможность установки диагностических датчиков для контроля за нагревом рукава в процессе его установки и состоянием покрытия в процессе эксплуатации.

Размещено на Allbest.ru