Лекции для студентов

Реконструкция систем водоснабжения и водоотведения — Основные бестраншейные методы восстановления трубопроводов

Основные бестраншейные методы восстановления трубопроводов водопроводных и водоотводящих сетей путем нанесения внутренних оболочек

Согласно международной классификации поврежденные трубопроводы подвергаются восстановлению путем нанесения на внутреннюю поверхность стенки трубопровода:

· сплошных набрызговых покрытий на основе цементно-песчаных растворов, а также эпоксидных смол;

· 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 стекло пластика);

· спиральных полимерных оболочек;

· точечных (местных) защитных покрытий.

Отличительной особенностью бестраншейного восстановления (санации) от бестраншейной прокладки является сохранение старого трубопровода в качестве основы конструкции.

Набрызговые покрытия на основе цементно-песчаных растворов. Цементно-песчаные покрытия являются надежным средством ликвидации различного рода дефектов на внутренней поверхности стальных и чугунных труб, а также противокоррозионным материалом, однако не могут быть использованы для восстановления сильно разрушенных трубопроводов.

В отечественной практике в качестве исходных материалов для приготовления цементно-песчаного раствора используются портландцемент марки 500 (ГОСТ 1078 — 85) и мелкозернистый кварцевый песок, фракционированный по ГОСТ 8736 — 85 и ГОСТ 10268 — 80. Минимальная толщина защитного слоя определяется диаметром и материалом труб, а требуемая — сроком их эксплуатации, толщиной стенок и физическим состоянием (износом). Требуемая толщина защитного слоя достигается устанавливаемой ранее скоростью передвижения агрегата в трубе при постоянных значениях производительности насоса, подающего цементный раствор, и скорости вращения центробежной головки.

Область применения метода восстановления путем нанесения цементно-песчаных покрытий — стальные и чугунные трубы диаметром 150–1 500 мм независимо от давления воды.

Работы по нанесению таких покрытий могут выполняться методом центрифугирования (рис. 1) или центробежного набрызга.

Рис.1. Схема нанесения цементно-песчаного покрытия 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.

К достоинству метода можно отнести относительную простоту технического исполнения и низкую стоимость ремонтных работ, которая составляет около 30 % стоимости нового строительства. Тонкая и гладкая поверхность облицовки после ее затирки обеспечивает снижение гидравлического сопротивления и потерь напора в трубопроводах при незначительном уменьшении его внутреннего диаметра. После нанесения цементно-песчаного покрытия трубопровод может быть пущен в эксплуатацию через 3–5 суток, т.е. технологический цикл процесса является относительно продолжительным. Покрытие сохраняется стабильным в течение длительного срока эксплуатации (50 лет).

Сплошные набрызговые покрытия из эпоксидной смолы. В состав покрытий кроме смолы входят волокнистые добавки на основе стекла, которые защищают трубопровод от коррозии и абразивного износа, гарантируя водонепроницаемость стенок. Нанесение раствора осуществляется как и в случае использования цементно-песчаного раствора центрифугированием с помощью вращательных устройств со щетками. Метод нашел применение за рубежом в основном для санации водоотводящих сетей. Его особенностью является более тщательная предварительная подготовка (чистка) внутренней поверхности реабилитируемых трубопроводов.

Сплошные покрытия в виде гибких полимерных рукавов или труб из различных материалов. Данный тип покрытий применяется для санации как водопроводных, так и для водоотводящих труб. Условия применения метода:

стальные и чугунные трубы диаметром 100–900 мм;

максимальная длина ремонтного участка за один цикл (проход) — 600 м ( при диаметре труб до 600 мм).

Полиэтилен имеет уникальные свойства, которые позволяют использовать его при восстановлении трубопроводов. Одно из них заключается в том, что при монтаже плетей трубопроводов из отдельных звеньев труб возможно использование бесшовной сварки плавлением. При этом труба может быть соединена с другой полиэтиленовой арматурой, например клапанами, боковыми отводами, задвижками, обеспечивая полную герметизацию системы.

Рис. 2. Схема нанесения внутреннего покрытия из гибких пластичных материалов: 1 — восстанавливаемый участок; 2 — защитное покрытие; 3 — направляющий ролик; 4 — лебедка; 5 — трос; 6 — емкость с горячим воздухом; 7 — специальный груз.

Другое уникальное свойство полиэтилена, которым воспользовались на практике ремонта трубопроводов, заключается в удерживании в памяти первоначальной формы благодаря своей специфической молекулярной структуре. Это свойство используется для изготовления складывающихся труб, что весьма целесообразно при транспортировке и прокладке сетей. По завершению прокладки звеньев труб на санируемых участках сети, они принимают свою первоначальную форму, создавая герметичную обделку, вплотную примыкающую к внутренней поверхности практически любых типов трубопроводов.

При нанесении на санируемые трубопроводы как гибких внутренних покрытий (оболочек, мембран, рукавов), так при введении в них полимерных труб наряду с обеспечением полной герметичности стенок достигается их высокая сопротивляемость динамическим нагрузкам.

Введение в трубопровод и закрепление в нем оболочек может достигаться либо путем протаскивания бесшовного покрытия на всю длину восстанавливаемого участка между двумя колодцами с последующим прижатием ее специальным грузом в форме баллона и подачей под давлением горячего воздуха или водяного пара (рис. 2), либо постепенным введением на восстанавливаемый участок скрученной в рулон оболочки в виде чулка (лайнера) с прижатием ее к стенке давлением жидкости (рис 3).

Рис. 3. Схема нанесения внутреннего защитного покрытия по технологии фирмы Enterpose: 1 — восстанавливаемый трубопровод; 2 — защитное покрытие в виде чулка; 3 — направляющие ролики.

В результате процесса полимеризации происходит затвердевание сплошной защитной оболочки, после чего все устройства и жидкость из трубопровода удаляются. Коммуникации могут быть сданы в эксплуатацию через несколько суток после проведения описанных работ.

Технология сплошного покрытия путем введения в старый трубопровод нового из полимерных материалов. При реализации этой технологии происходит значительное уменьшение живого сечения трубопровода (например, в трубе диаметром 400 мм после санации условный проход составляет лишь 315 мм).

Для исключения указанного недостатка немецкой фирмой Preussag разработана технология санации, получившая название Swagelining. С помощью данной технологии и ее модификаций в различных странах мира восстановлено свыше 800 км трубопроводов. Преимущество технологии состоит в том, что санация осуществляется тонкими полиэтиленовыми трубами, которые позволяют восстановить сети практически без уменьшения сечения трубопроводов. Сущность происходящих процессов 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-Liner (рис. 4).

Рис. 4. Форма полиэтиленовой трубы при втягивании в санируемый трубопровод (а) и после расширения внутри него (б): 1 — полиэтиленовая труба;
2 — изношенный трубопровод.

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 составляет до 600 м.

Сплошные покрытия из отдельных элементов на основе листовых материалов (гибкого полиэтилена или твердого стеклопластика). Технология нанесения гибкого защитного листового материала с зубчатой скрепляющей структурой (НDPЕ) по системе Trolining заключается в его протяжке в санируемый трубопровод, плотном креплении к нему цементирующим материалом (Trolining Injector) и экструзионной сваркой под давлением (рис. 5); предназначена для восстановления водоотводящих коллекторов.

Рис. 5. Схемы установки листовых полученных зубчатых секции по технологии Trolining:

а — базисная система установки (с одной зубчатой секцией и заполнением пустот между внутренней поверхностью трубы и зубчатыми элементами); б — то же с использованием промежуточного защитного слоя.

Другой метод нанесения защитных оболочек, в основе которого лежит использование стеклопластика, применяется, как правило, для водоотводящих коллекторов, имеющих форму овоидального или шатрового сечения. Метод заключается в монтаже и креплении друг к другу предварительно заготовленных в заводских условиях отдельных элементов (блоков, панелей) внутренней футеровки коллектора с последующим нагнетанием цементно-песчаного раствора в кольцевое пространство между вновь установленными панелями и внутренней поверхностью существующего трубопровода.

Рис. 6. Фрагмент подачи листового материала с зубчатой скрепляющей структурой HDPE.

Уменьшение живого сечения трубопровода при реализации метода компенсируется снижением коэффициента шероховатости новой конструкции трубопровода, что в конечном итоге способствует сохранению пропускной способности водоотводящего коллектора. По данному методу реконструированы кирпичные водоотводящие коллекторы на Невском проспекте в г. Санкт-Петербурге обшей протяженностью 6 км, которые были проложены в 1890–1930 гг.

Спиральные полимерные оболочки. Данный тип защитных оболочек применяется для реабилитации безнапорных трубопроводов систем водоотведения.

Они позволяют облицовывать внутреннюю поверхность трубопроводов поливинилхлоридной (ПВХ) лентой (рис 7)

Для этого в колодце устанавливается специальный станок осуществляющий несколько функций: нанесение (навивку) ленты по внутреннему диаметру трубопровода, ее крепление, заливку клеящей смолы, проталкивание образовавшегося каркаса из ПВХ внутрь санируе-

Рис. 7. Схема нанесения защитной поливинилхлоридной ленты по технологии Ribloc фирмы Bonna: 1 — фрагмент санируемого трубопровода;
2 — поливинилхлоридная лента.

мого трубопровода, расширение каркаса для его фиксации на восстанавливаемом сооружении. Методы позволяют восстанавливать трубопроводы диаметром до 1200 мм и длиной до 200 м за один рабочий цикл.