Техника для санации трубопроводов. Перспективы развития

Журнал Полимерные трубы - Технологии и материалы

Техника для санации трубопроводов. Перспективы развития

В статье рассматриваются перспективы развития техники, применяемой для санации существующих трубопроводов для трех принципиальных случаев прокладки нового: с уменьшением, сохранением и увеличением его диаметра относительно старого трубопровода. 

Проблема изношенности тепловых, водопроводных и других инженерных сетей в нашей стране известна. В том или ином виде схожие тенденции существуют и в других странах. Разница лишь в степени износа сетей. Так, в Украине средний износ составляет 60 – 70 %, а, например, во Франции – 10 – 15 %. 

Наличие отложений существенно (на 10-20 %) увеличивает затраты энергии на транспортировку воды по загрязненным поверхностям и перерасход топливно-энергетических ресурсов (рис. 1). Так, по расчетным показателям отложения толщиной в 5 мм увеличивают сопротивление на 20 %. По этой причине, а также из-за износа основных фондов, во многих городах Украины водоснабжение осуществляется не круглосуточно, а по графику. Из-за недостаточного напора вода не подается на верхние этажи. Загрязненность тепловых сетей приводит к неоправданному расходу теплоносителя, увеличивает гидравлические потери, обусловливает ни кем не оплачиваемые расходы на транспортировку по трубопроводам дополнительных объемов нагретой воды. Кроме того, это приводит к неизбежному росту тепловых потерь, связанных с транспортировкой перегретого теплоносителя по обратным сетям от потребителя к источнику нагрева. По мнению специалистов только у 17 % потребителей степень охлаждения теплоносителя соответствует расчетным значениям и только 10 % потребляемой энергии расходуется эффективно. Цена расточительности – постоянное увеличение тарифов. Так, в зависимости от состояния сетей и затрат на транспортировку тариф за 1 м3 воды в различных городах Украины колеблется в среднем от 2  до 9 грн. 

alt

Рис. 1. Типичное для Украины состояние трубопроводов распределительных сетей

В последнее десятилетие процесс обветшания трубопроводов в нашей стране обострился. Сложившуюся тенденцию на примере систем водоснабжения иллюстрирует табл. 1.

Таблица 1. Состояние водопроводных сетей Украины* 

alt

*Приведенные в таблице значения носят относительный характер, поскольку в разных литературных источниках приводятся различные значения даже общей длины водопроводных сетей (160 000- 200 000 км).

В сложившейся ситуации повышается актуальность вопроса санации существующих сетей. 

Понятно, что в условиях плотной городской застройки наиболее экономичной и быстрой является бестраншейная замена коммуникаций. 

Сегодня существуют следующие основные методы:

  • санация при помощи гибких лайнеров – «труба в трубе»
  • санация при помощи жестких лайнеров с уменьшением диаметра нового трубопровода – «труба в трубе»
  • санация с разрушением существующего трубопровода и использованием жестких лайнеров.

Первый из указанных способов не получил широкого распространения в нашей стране. В первую очередь по экономическим причинам: из-за дороговизны применяемых материалов.

Наиболее широко на сегодня используется второй способ, при котором в существующий трубопровод протягивается новый пластиковый с уменьшением диаметра. Используемым материалом при данном способе является относительно недорогая, массово выпускаемая заводами полиэтиленовая труба для наружной укладки. 

Используемые большинством подрядчиков для такой замены механизмы не обеспечивают возможность приложения значительных усилий. В результате наружный диаметр прокладываемого трубопровода обычно на 20 % меньше внутреннего диаметра существующего. С  учетом толщины стенки новой полиэтиленовой трубы разница во внутренних диаметрах существующего и прокладываемого трубопроводов обычно составляет 30-40 %. Понятно, что при такой разнице пропускная способность трубопровода существенно снижается. 

Это допустимо в немногих случаях. С точки зрения развития инфраструктуры городов данный метод не перспективен. 

Наиболее востребованным и стратегически правильным на наш взгляд является третий метод: технология, при которой прокладывается трубопровод такого же или большего диаметра. Известное на сегодня оборудование, применяемое для этого, можно разделить на динамического и статического действия. 

К группе динамического действия относятся различные пневмомолоты, использующие в качестве источника энергию сжатого воздуха. Основным преимуществом данного оборудования являются относительно малые габариты, позволяющие производить работу из существующих колодцев. Однако здесь есть существенный недостаток: рабочий орган – пневмомолот – в процессе санации находится под землей. Это обусловливает риски остановки в процессе работы вследствие различных поломок или преград. Наиболее часто встречающиеся из них следующие:

-  повреждение рукава, подающего сжатый воздух

-  остановка вследствие обрыва направляющего каната

-  остановка вследствие неоднородности толщины и материала (ремонтные хомуты) заменяемого трубопровода

-  остановка вследствие затопления пневмомолота при работе на действующих сетях

- отказы компрессорной техники

и многое другое. 

Приведенный перечень не является исчерпывающим. Личный опыт эксплуатации подобного оборудования свидетельствует о высокой степени риска при его работе. По данным причинам мы  отошли от его использования, только эпизодически применяя для усиления при работе основного — гидравлического -  оборудования. 

Кроме того, пневматические разрушители возможно применять только на трубопроводах из хрупких материалов — чугун, керамика, бетон. Как известно, из данных материалов укладывают только канализационные трубопроводы, что ограничивает сферу применения рассматриваемого оборудования. 

Гораздо более надежными являются гидравлические разрушители различных конструкций, относящиеся к группе оборудования статического действия. При работе такого оборудования гидравлический тяговый блок находится в зоне непосредственного доступа, что сводит на нет риски невыполнения работы вследствие поломки оборудования. Конечно, при этом существуют другие факторы, влияющие на ход работ, но они гораздо менее значительны по своему воздействию на процесс, чем рассмотренные ранее. 

Гидравлическое оборудование бывает  двух основных типов: котлованного и колодезного. 

Различия между ними определяются их названиями. К  котлованному типу относятся установки, работающие только из рабочего котлована (приямка). К колодезному — работающие из стандартного колодца. 

Для сравнительного анализа различных моделей ограничимся мощностью оборудования от 20 до 50 тонн. 

Думаем, что среди указанного наиболее перспективными являются именно установки колодезного типа. По следующим причинам:

  1. Время производства работ. Многие производители установок котлованного типа декларируют высокую скорость работ, которая позволяет экономить время для выполнения работ по сравнению с традиционным (открытым) способом. Это не совсем так. Умалчиваются затраты времени на обустройство котлованов (или одного котлована), время на монтаж довольно громоздкой техники в котловане, обратную засыпку с послойным утрамбовыванием и восстановление асфальтобетонного покрытия пятна котлована. В хороших условиях это плюс три дня (проверено опытом). В плохих геологических условиях  – наличие высокого уровня грунтовых вод, сыпучий грунт — плюс время на монтаж и демонтаж оборудования для водопонижения и крепей котлована. Таким образом, на практике эксплуатация котлованных установок зачастую не дает значительного выигрыша по времени в сравнении с открытым способом замены коммуникаций. 

Чрезвычайно интересна в этом смысле техника для установки в колодце. Ее применение позволяет производить замену труб действительно без земляных работ: для установки используются готовые колодцы, габариты и вес  позволяют монтировать такую установку практически вручную. В результате – действительно экономия времени. 

  1. Затраты на производство земляных работ.
  • Устройство котлована и обратное восстановление покрытия

требуют определенных затрат. По нашим подсчетам в среднем эти затраты составляют около 10 000 грн. на котлован. В данный подсчет включены все основные и сопутствующие расходы в условиях крупного города. 

Из изложенного следует, что установка колодезного типа окупится при равной цене работ только за счет стоимости земляных работ за 25 — 60 замен (в зависимости от стоимости самого оборудования). Экономическая выгода от применения установки колодезного типа очевидна.

  • Себестоимость погонного метра. Понятно, что данная величина

укрупненно отличается в установках котлованного и колодезного типов на величину затрат на земляные работы. Однако, данную абсолютную цифру следует рассматривать с точки зрения длины участка замены труб. 

Так, в связи с отсутствием необходимого финансирования подавляющее большинство заказов на замену  трубопроводов сегодня составляют работы по замене участков длиной от 30 до 200 м. Редко когда длинный участок расположен на одной линии, что позволяет проходить один или более промежуточных колодцев транзитом. Зачастую для замены участков в 100–200 м приходится устраивать два или более котлована. Таким образом, стоимость обустройства котлована в больших городах, как правило, ложится на меняемый участок длиной в 30-50 м. Таким образом,  чем меньше длина санируемого участка при использовании установки котлованного типа, тем больше себестоимость погонного метра работ. 

Для установок колодезного типа котлованы не нужны, что делает их применение экономически гораздо более выгодным на отрезках небольшой длины по сравнению с установками котлованного типа. Другими словами, они более соответствуют сложившимся реалиям работы в городских условиях.

  1. Надежность. Как правило, установки колодезного типа используют в качестве рабочего органа стальной трос в отличие от установок котлованного типа, использующих стальные штанги. 

Безусловно, применение штанг принципиально более надежно. Однако, необходимо учитывать факт естественного износа. Так, резьбы штанг со временем прослабляются, сталь имеет свойство старения. Поэтому при их эксплуатации необходима периодическая выбраковка. Однако, давайте рассмотрим реальную ситуацию. Процессом выбраковки на большинстве предприятий руководит механик, оценивающий пригодность деталей на глаз, т.е. без применения специального инструмента для измерения  параметров резьбы и оценки внутреннего состояния металла. Ввиду достаточно сложных сегодня для предприятий экономических условий диапазон допусков такого специалиста значительно расширен. В работу зачастую идут изделия «на пределе». 

Эксплуатация троса также имеет свои особенности. Его тоже необходимо вовремя менять. Однако стоимость метра троса в несколько раз (иногда десятков раз) меньше стоимости метра штанги. В реальных условиях эксплуатации гораздо выгоднее вовремя поменять трос на сэкономленные на земляных работах деньги. И еще останется. 

Необходимо заметить, что изложенное относится к установкам, использующим трос отечественного производства. К сожалению, в Украине  оборудование колодезного типа выпускается только одним предприятием под торговой маркой «Инженерные системы» (рис. 2, табл. 2). 

 

Таблица 2. Технические характеристики комплекса «Катюша 50»

111_45a


alt

Рис. 2. Силовой блок комплекса «Катюша 50», размещаемого в колодце  (производитель ТМ «Инженерные системы»)

 

Следовательно, рассматривая эксплуатацию оборудования для санации трубопроводов в длительном промежутке времени, приходим к выводу о большей надежности тросовых установок в связи с постоянным обновлением органа, передающего усилия на нож.

5. Время выполнения работ по непосредственной протяжке трубы. При прочих равных условиях данная величина отличается в рассматриваемых типах установок по времени протягивания инструмента (трос, штанга) в трубу и времени его извлечения оттуда. 

В первой фазе - протягивании инструмента - время работ на наш взгляд в двух типах установок  сравнимо, так как для протяжки троса возможно применение значительного числа облегчающих процедуру механизмов и приспособлений.

Во второй фазе — извлечении инструмента - очевидно, что время извлечения троса значительно меньше времени извлечения штанг. Меньше, поскольку для последних необходимы дополнительные операции раскручивания и складирования. Данная величина в зависимости от типа применяемой техники может отличаться в значительных пределах. Так, сравнивая использование автоматически раскручивающих штанги устройств, трос извлекается быстрее приблизительно в 1,8 раза. При осуществлении данной операции вручную, разница может вырасти до 10 раз! 

На практике это означает, что за рабочую смену производительность колодезной установки значительно выше.  А значит, она заработает своему владельцу в несколько раз больше денег.

6. Стоимость оборудования. Сравнительный анализ показывает, что в линейках иностранных производителей колодезные установки, как правило, дешевле установок котлованного типа одинаковой мощности. Принимая во внимание различную себестоимость работ данных установок, период окупаемости оборудования колодезного типа гораздо меньше. 

Ввиду единственного отечественного производителя рассматриваемой техники  – ТМ «Инженерные системы» – провести данный анализ среди украинских производителей представляется затруднительным. Однако сравнительный анализ продукции указанного предприятия с зарубежными аналогами показывает, что отечественное оборудование «Катюша 50» в 2–2,5 раза дешевле импортного. Принимая во внимание стоимость используемого для работы троса, рассмотренную выше, эксплуатация данной установки представляется нам чрезвычайно выгодной.

7. Универсальность. Ввиду малых габаритных размеров, небольшого веса, установки колодезного типа эффективно использовать для решения вспомогательных задач, таких как:

  • использование для прокладки трубы с уменьшением диаметра - «труба в трубе»
  • исключительное использование для замены выпусков из домов различных коммуникаций, особенно, когда необходима работа из подвала.
  • использование в качестве вспомогательного тягового органа при бестраншейной прокладке и замене трубопроводов в случаях крайне тяжелых условий работы. 

Очевидно, что в подобных случаях применение  установок котлованного типа ограничено (или неэффективно). 

Таким образом,  преимущество установок колодезного типа мощностью до 50 тонн  для использования в условиях  крупного мегаполиса в сравнении с установками котлованного типа очевидно. Неоспоримо, что колодезные установки являются наиболее удобными для решения многих задач. Думаем, что со временем большинство эксплуатирующих и подрядных организаций перейдут в решении задач санации трубопроводов на использование именно такой техники. 

За установками котлованного типа пока остается преимущество в решении задач требующих  усилий до 100 и более тонн.

Автор: Вадим Коливашко

 

ЖУРНАЛ ПОЛИМЕРНЫЕ ТРУБЫ - УКРАИНА