Альтернативные технологии строительства и санации трубопроводных систем
Состояние окружающей среды обитания и проживания людей определяет одну из наиболее острых проблем социального характера, затрагивающих интересы каждого человека. Острота данной проблемы в значительной степени зависит от состояния инженерной инфраструктуры населенных пунктов, промышленных предприятий и в первую очередь от состояния сетей водоснабжения и водоотведения, играющих важнейшую роль в жизнеобеспечении городов и промпредприятий.
Двадцатый век был веком бурного развития индустриализации всех стран, в результате чего выросли гигантские предприятия и города-мегаполисы, развивалась их инженерная инфраструктура, появились трубопроводные сети крупных масштабов. Большая часть трубопроводных систем строилась из стальных и чугунных труб. Как мы знаем сейчас, многие водопроводные сети и сети водоотведения строились без должной коррозионной защиты, что не могло не привести к проблемам сегодняшнего дня. Серьезные аварии на инженерных сетях, связанные с выходом из строя устаревших трубопроводов, по нанесенному ущербу лишь немногим уступают взрывам и пожарам. Примерно 70% водопроводов России находятся в неудовлетворительном (предаварийном) состоянии, треть всех трубопроводов требует полной замены. Ежегодно на водопроводных сетях России происходит около 75 тысяч аварий, на водоотводящих — 90 тысяч, и их число неуклонно растет год от года.
В ряде случаев техногенные аварии и нарушения санитарного режима приводят к вспышкам инфекционных заболеваний.
Поэтому на сегодняшний день в условиях современных городов предупреждение старения и выхода из строя подземных инженерных сетей, устранение, локализация и минимизация последствий аварий являются главными задачами коммунальных эксплуатационных служб. Сейчас недостаточно быстро устранять аварии на инженерных сетях, необходимо иметь разработанный новый научно обоснованный подход к прогнозированию и предотвращению самих аварий. Только реализация данной политики будет способствовать выполнению социальных и экологических задач современного города.
В последнее время в сфере эксплуатации и ремонта городских коммунальных систем имеет место направление, получившее название бестраншейных технологий строительства и санации (восстановления) трубопроводных систем, являющиеся альтернативой открытому способу строительства и ремонта. Под санацией трубопровода принято понимать приведение его в такое состояние, в котором он по прочностным и гидравлическим характеристикам не уступает параметрам вновь построенного того же диаметра. И, разумеется, надежность данного санированного трубопровода обеспечивает требуемую его функциональность, отдаляющую нормативный износ трубопровода, вызванный коррозией или разрушением.
В развитых странах, где требования к качеству воды очень строгие, коррозионными повреждениями считаются не только сквозные отверстия (свищи), но и изменение диаметра трубы из-за отложений на ее внутренних стенках, а также ухудшение качества воды за счет насыщения продуктами коррозии.
Итак, как уже было сказано выше, в основном водопроводные сети построены из металлических труб (стальных и чугунных). Металлические трубы обладают благоприятными механическими свойствами, но они очень сильно подвержены коррозии, и при неудовлетворительной антикоррозионной защите срок их службы не долговечен. Трубы из серого чугуна очень устойчивы ко всем видам коррозии. Однако из-за хрупкости этого металла область применения его ограничена. Трубы из ковкого чугуна, где имеются включения шаровидного графита, обладают достаточными прочностными характеристиками и упругостью, однако, как и стальные трубы, неустойчивы к различного вида коррозионным процессам и требуют антикоррозионную защиту как наружной, так и внутренней поверхности.
Особое внимание коммунальные службы уделяют уже работающим трубам из металла. Имеется большой выбор бестраншейных технологий санации ветхих трубопроводов, находящихся в эксплуатации. По современной классификации можно выделить два основных направления санации труб:
- применение набрызговых технологий;
- ввод в старую трубу сплошных покрытий.
Сплошные покрытия подразумевают протаскивание в поврежденную трубу нового трубопровода из полимерного материала или гибкого комбинированного рукава (чулка), формирующего новую трубу внутри старой.
Эти методы различаются между собой специфическими особенностями, сложностью выполнения и ценой. Выбор той или иной технологии санации определяется после тщательной диагностики состояния трубы и с учетом факторов, влияющих на качество санации. Подобное заключение должна давать квалифицированная техническая экспертиза.
В качестве защитных материалов при набрызговых технологиях в разное время применялись лакокрасочные материалы, эпоксидные смолы, битумные покрытия, однако по санитарным нормам, по причине высокой стоимости и из-за недостаточной надежности от этих материалов со временем отказались.
Очень широкое распространение во всем мире получила технология защиты внутренней поверхности трубы цементно-песчаным раствором. Высокое антикоррозионное качество защиты стальных конструкций бетоном было известно давно, а в США с конца 19 века начали защищать от коррозии и стальные, и чугунные трубы. С начала 20 столетия подобная практика защиты труб приняла большие масштабы и в Европе. И по сей день выпускаемые стальные и чугунные трубы имеют внутреннюю цементно-песчаную защиту. В Европе при строительстве трубопроводов из ковкого чугуна в особо агрессивных грунтах (болотах) защиту цементным раствором наносят и на наружную поверхность трубы.
Метод защиты внутренней поверхности трубы цементно-песчаным раствором является одним из самых привлекательных по соображениям гигиены и экономическим показателям. Он прост в исполнении, по окончании санации не требует сложных мероприятий по запуску трубопровода в эксплуатацию.
Прочность цементного камня достигает 600 кг/кв. см, что обес-печивает достаточную герметичность, а качественно выполненное покрытие улучшает гидравлические свойства трубопровода. При исследовании гидравлических характеристик потока воды в трубе до санации и после благодаря уменьшению коэффициента трения гидравлические показатели на порядок выше. Стоит отметить, что данные показатели выше даже по сравнению с новым трубопроводом, где внутренние стенки еще не успели покрыться отложениями. Это возможно даже при уменьшении диаметра трубы из-за образования на поверхности цементного покрытия гидрофильного слоя по сравнению с новым трубопроводом.
Главное защитное свойство цементного слоя состоит в способности предотвращать коррозию металла. Цементно-песчанный слой представляет собой пористую массу, чем выгодно отличается от других покрытий, где требования герметичности совсем иные. При постоянном контакте с водой в поры покрытия проникает вода, происходит реакция гидратации цемента с образованием раствора гидроокиси кальция (pH 12,6, среда щелочная). Сталь пассивируется за счет образования защитного слоя из окислов железа.
В таких условиях низколегированная сталь не корродирует. Как видим, к цементному камню требования абсолютного отсутствия пористости можно не применять. Известно, что некоторые виды железобактерий, например моллюск дрейсена, не живут в щелочной среде, и подобные обрастания на цементном покрытии не встречаются. Лабораторные опыты показывают, что даже если при нанесении цементного раствора в защитном слое и образовались трещины, то со временем они затягиваются образующимся при взаимодействии воды и цементного камня карбонатом кальция с достаточными прочностными характеристиками. Технология защиты труб цементно-песчаным раствором позволяет экономить на значительном снижении остаточной концентрации хлора в питьевой воде из-за сокращения потерь на сорбцию окислителя пористыми коррозионными обрастаниями по причине их полного отсутствия.
Технология санирования изношенных трубопроводов методом нанесения ЦП покрытия, особенно в местах жилых застроек с развитой сетью инженерных коммуникаций, обеспечивает значительную экономию времени и средств на выполнение работ. Стоимость работ по санации изношенных труб составляет порядка 40–50% от стоимости строительства нового трубопровода. После санации старых трубопроводов наблюдается значительная экономия электроэнергии, расходуемой на подачу воды к потребителям.
Экономия электроэнергии при эксплуатации трубопроводов с внутренней ЦП изоляцией существенна даже при сравнении с новыми трубами, не имеющими на своей поверхности инкрустаций. Об этом свидетельствуют результаты (табл. 1), приведенные в брошюре «Защита трубопроводов от коррозии» (Москва, ВНИИ МП, 1998 г.).
Табл. 1. Стоимость электроэнергии, затрачиваемой на транспортирование воды по новым трубопроводам и трубам, восстановленным методом ЦП покрытия (тыс. руб. в год)
|
Ду, мм
|
Q, м3/с
|
Новые трубы
|
Трубы санированы
|
||
|
сталь
|
чугун
|
сталь
|
чугун
|
||
|
200
|
0,04
|
0,99
|
1,23
|
0,75
|
0,88
|
|
300
|
0,09
|
1,4
|
1,69
|
1,05
|
1,23
|
|
400
|
0,17
|
2,11
|
2,49
|
1,52
|
1,74
|
|
600
|
0,4
|
3,25
|
3,81
|
2,35
|
2,72
|
|
1 000
|
1,22
|
6,84
|
7,19
|
4,97
|
5,08
|
|
1 200
|
1,75
|
7,8
|
—
|
5,83
|
—
|
Тем более наглядна экономия электроэнергии при транспортировке воды по трубопроводам после тридцати лет эксплуатации (табл. 2).
Табл. 2
|
После 30 лет эксплуатации
|
Трубы после санации
|
|||||||
|
Ду, мм
|
Q, м3/с
|
Нм
|
S
|
Стои- руб.
|
Q, м3/с
|
Нм
|
S
|
Стои- руб.
|
|
300
|
0,17
|
0,199
|
0,5924
|
14,87
|
0,007
|
0,023
|
0,3944
|
0,075
|
|
0,026
|
0,398
|
0,4985
|
4,55
|
0,022
|
0,1
|
0,1675
|
0,975
|
|
|
0,03
|
0,798
|
0,4524
|
13,7
|
0,03
|
0,151
|
0,14
|
2
|
|
|
400
|
0,036
|
0,097
|
0,382
|
1,52
|
0,031
|
0,038
|
0,2
|
0,525
|
|
0,048
|
0,132
|
0,303
|
2,8
|
0,058
|
0,1
|
0,15
|
2,55
|
|
|
1 200
|
1,12
|
0,182
|
0,09
|
89,7
|
1,12
|
0,039
|
0,0217
|
19,225
|
Нм — потери напора на участке сети; S — удельное сопротивление; стоим. — стоимость э/энергии, дана в рублях на 1 м трубопровода в год. Стоимость 1 кВт•час условно принята за 0,5 рубля.
Данная технология санации обеспечивает:
- предотвращение коррозии внутренней поверхности трубопроводов;
- предотвращение минеральных отложений и биологических обрастаний;
- увеличение пропускной способности действующего трубопровода;
- снижение потребления э/энергии для транспортировки воды до потребителя;
- сохранение качества питьевой и технологической воды;
- увеличение срока службы трубопровода;
- отсутствие утечек воды и подтопление территорий.
Метод восстановления (санации) и защиты трубопроводов с нанесением цементно-песчаного защитного слоя в силу экономических аспектов, простоты технологии и доступности исходных материалов является на сетях водопровода в условиях современной России, переживающей сложный период преобразований и экономического кризиса, с моей точки зрения, самым привлекательным и распространенным.
| Автор: Ю. Ф. Петров Дата: 30.10.2007 Журнал Стройпрофиль 7-07 Рубрика: бестраншейные технологии Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |