Бестраншейный ремонт труб композитным покрытием

Более 50% трубопроводов в России нуждаются в ремонте. Их продолжительность жизни составляет максимум 30-40 лет. В некоторых случаях, например в полевых трубопроводах, срок службы сокращается до 1-3 лет, если перекачивается нефть, содержащая значительные количества воды, кислорода и сероводорода.

В настоящее время Россия в основном использует траншейные технологии для ремонта трубопроводов, связанных с выполнением большого объема земляных работ, блокированием или торможением транспортных потоков, разрушением и последующим ремонтом дорожных покрытий. Эти недостатки можно устранить, улучшив и внедрив бестраншейные методы ремонта трубопроводов вместо траншей.

Сегодня известно более десятка процедур бестраншейного ремонта труб. Их можно разделить на две группы:

• с разрушением старого стального трубопровода, его расширением и вытягиванием нового пластика;
• без разрушения старого трубопровода путем нанесения покрытий из различных материалов на его внутренние стены.

Преимущество методов первой группы заключается в возможности увеличения диаметра восстанавливаемого трубопровода. Преимуществами процессов второй группы являются более низкие затраты на ремонт, возможность использования технологических материалов отечественного производства, использование оборудования, которое проще в изготовлении и эксплуатации.

В способах второй группы делается ссылка на способ нанесения покрытий из внутренних композитных труб, в котором вышеуказанные преимущества являются более сильными. Этот метод называется «Ф» и , несмотря на оборудование, успешно разработанное немецкой компанией  для его реализации , требует дальнейшего совершенствования в направлениях упрощения конструкции рукава и оборудования, возможности производства рукав прямо на месте и выполнить работу при более низких температурах воздуха и ускорить пропитку тканевой мембраны с помощью клея. В связи с изложенным рассмотрен ряд предлагаемых технических решений.

В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования. Кроме того, последние, включая исследования, как в производственных, так и в лабораторных условиях, были выполнены с использованием стендов, разработанных авторами. Наиболее важные результаты исследований включены в работы автора, которые обобщены и дополнены здесь. Весь процесс бестраншейного ремонта трубопроводов в рассмотренном порядке условно можно условно разделить на три периода: подготовительный, основной и заключительный этапы. Во время приготовления:

• выберите способ ремонта.
• разработать рабочий проект;
• снять давление и воды или других;
• снять запорную арматуру;
• диагностировать состояние трубопровода;
• при необходимости расставьте ямы в соответствии с размерами используемого оборудования;
• доставить оборудование и материалы в рабочую зону.

В течение основного периода проводятся:

1. Окончательный слив трубопровода из воды или другой среды, разрезание рулонов и вытягивание каната (корпуса) с помощью кольцевого устройства.
2. Высыхание внутренней поверхности трубопровода и его механическая очистка скребками, щетками и поршнями.
3. Удалите пыль с внутренней поверхности трубки, продувая ее, протягивая металлическую щетку через трубку, или гидродинамической промывкой.
4. телевизионный контроль.
5. Нагрейте трубку перед тем, как вставить рукавную ленту до 40-50 градусов через воздухонагреватель.
6. Нанесение трубчатого покрытия из трубчатого композиционного материала со временем выдержки под давлением воздуха от 0,01 до 0,04 МПа и возможным нагревом для полимеризации клея.
7. Снимите полиэтиленовую оболочку.

Телеинспекция

Недавно были установлены клапаны, отремонтированный трубопровод был продут и испытан, заполнены ванны, восстановлена ​​асфальтовая поверхность и зеленые зоны. Предварительные и заключительные операции могут занимать больше времени и выполняться через определенные промежутки времени. В операциях основного периода предпочтительно действовать быстрее, в тесной взаимосвязи друг с другом и без значительных перерывов.

В связи с тем, что их оборудование для серийного производства производится в автономном режиме, ниже будут сосредоточены на разработке оборудования для выполнения операций основного периода, особенно для оперативного нанесения операций с композиционными покрытиями. Авторы разработали несколько вариантов технологии и оборудования для нанесения таких покрытий в процессе комбинированных рукавов.

Нанесение покрытия в соответствии с первым вариантом способа происходит в следующей последовательности. При перемотке с барабана  тканевая крышка  проходит под воздействием давления воздуха в трубопроводе ванны, где она пропитывается клеем. Впоследствии тканевая оболочка пропускается через отверстие в полой панели, снаружи полиэтиленовая втулка выравнивается и собирается в валы, которые на дополнительном чертеже оболочки образуют комбинированную втулку внутри этой втулки. Через герметичное входное устройство втягивается в трубку.

Сжатый воздух поступает в это устройство и продолжает поступать в зону возврата гильзы от компрессора из-за давления, при котором гильза катится внутри трубки. По достижении конца восстановленного участка трубопровода продвижение рукава останавливается и давление воздуха в трубопроводе поддерживается до конца полимеризации клея.

Чтобы ускорить процесс полимеризации и обеспечить возможность выполнения операций при низких температурах окружающей среды, трубу либо нагревают перед нанесением покрытия, либо нагревают горячий воздух после вытягивания рукава или специальный отвердитель в введение клея.

Покрытие согласно второму варианту способа происходит в следующей последовательности. Корпус гильзы ранее был сшит из иглопробивной технической полиамидной ткани, а пленочная трубка сварена из полиэтиленовой пленки и вставлена ​​в корпус, образуя тем самым комбинированную трубку, намотанную на барабан.

Затем, согласно этой фигуре, комбинированный рукав для пропитки полимерной композицией пропускают через ванну и затем протягивают лебедкой через трубу. После завершения операции вытяжки воздух подается в пленочную гильзу, увеличивая давление до 0,02-0,03 МПа и удерживая его до тех пор, пока клей не полимеризуется.

Поэтому второй вариант отличается от первого варианта способа составом устройства комплекса. Кроме того, лебедка и устройство используются для вставки полиэтиленовой гильзы в тканевую оболочку, однако устройства для формирования комбинированной оболочки и воздухонепроницаемая вставка этой оболочки в трубки исключены.

Кроме того, во втором варианте осуществления тканевая обертка находится снаружи полиэтиленовой обертки до и после ее введения в канал, в то время как в первом варианте она находится вне канала внутри канала и примыкает к нему после входа в канал из-за когда-либо располагаясь к их стенам.

Экспериментально установлено, что процесс нанесения покрытия должен осуществляться в соответствии со следующими режимами:

• длина промысла не более 120-200 м;
• скорость вытягивания оболочки 0,05-0,10 м/с;
• положительное давление воздуха 0,01-0,06 МПа в зависимости от диаметра трубы.

Продолжительность воздействия давления воздуха во время полимеризации клея составляет от 6 до 48 часов (в зависимости от температуры в зоне полимеризации, типа смолы и отвердителя).

При анализе свойств различных тканей, пленок, смол и их отвердителей было обнаружено, что игольчатая нейлоновая техническая фильтровальная ткань, пластиковая пленка толщиной 150-200 мкм, эпоксидная смола и отвердитель являются лучшими для ремонта трубопроводов. А при низких температурах в зоне адгезивной полимеризации — отвердитель смолы.

Два рассмотренных варианта технологии и оборудования для нанесения композитных покрытий могут использоваться не только для бестраншейного ремонта труб, но и для защиты от коррозии. Однако в последнем случае толщина покрытия будет иметь большой запас, поэтому стоимость будет значительной. Чтобы уменьшить это, предложена технология нанесения более тонких защитных полимерных покрытий с использованием кольцевых устройств.

Основан он на использовании так называемого тора, который, на наш взгляд, отличается от обычного тора как геометрической фигуры тем, что он продолговатый, полый, заполнен воздухом, а его продольное отверстие закрыто.  Использование такого тора основано на способности блокировать и перемещать поперечное сечение трубопровода, скатывая его концы под воздействием разницы давления воздуха.

Устройство состоит только из трех частей:

• резиновой камеры;
• тканевой шины;
• ниппеля.

В качестве источника энергии используется компрессор или вакуумный насос. В последнем случае в пространстве трубопровода справа от тора создается вакуум (рис. 2). Эластичное тороидальное устройство характеризуется высокой степенью универсальности (выполняет множество функций, перечисленных ниже), внедорожными возможностями (преодоление сужения и изгиба труб различного сечения и продольного сечения) и простотой конструкции.

Предлагаемое тороидальное устройство может быть использовано не только для нанесения покрытий, но и для удаления ржавчины, для обезжиривания, для вытеснения воды из трубопровода и для вытягивания кабеля или корпуса. Для выполнения первых трех видов работ следует использовать два таких устройства, которые разделены зазором, в который закачивается полимерная композиция, преобразователь ржавчины или растворитель. Для двух последних работ достаточно одного устройства.

Все рассмотренные варианты технологии и оборудования были опробованы и внедрены при бестраншейном ремонте трубопроводов на объектах:

• Ирригационная система Березовского района территории Красноярского края (640 м диаметром 300 мм и 436 м диаметром 700 мм);
• водоснабжение в Дивногорске (диаметр 400 м, 219 мм, диаметр 200 м, 150 мм);
• трубопровод под взлетно-посадочной полосой аэропорта Домодедово в Московской области (60 м, диаметр 273 мм, ремонт без прерывания полета самолета);
• Водоснабжение из железобетонных труб в г. Канск (165 м, диаметр 800 мм);
• трубопровод в Саяногорске под дорожной насыпью (72 м, диаметром 300 мм);
• Технологическое водоснабжение на станции Зыково Красноярской железной дороги (1500 м, диаметр 150 мм, ремонт без прерывания движения поезда).

Новизна разработанных технических решений защищена 15 патентами на изобретения. Предлагаемые технологии и оборудование предназначены для бестраншейного ремонта и защиты от коррозии инженерных, мелиоративных, промысловых и технологических трубопроводов.

1. Были разработаны и рекомендованы для использования две версии метода нанесения компаундов на ремонт бестраншейных трубопроводов.
2. Для выполнения подготовительных работ и поточного нанесения полимерных покрытий предлагается универсальное тороидальное устройство с высокой износостойкостью для защиты труб от коррозии во время монтажа и ремонта.
3. Определена зона рационального использования каждого из разрабатываемых комплексов — бестраншейный ремонт подводящих, мелиоративных, производственных и технологических трубопроводов диаметром 100-1400 мм.
4. Определить основные требования к техническим материалам (технические ткани, полиэфирная пленка, эпоксидная смола, ее отвердитель и растворитель), рекомендации по их выбору и рациональные режимы работы.

О правовой базе бестраншейных технологий и целесообразности использования зарубежных стандартов

Эти трубы активно внедряются в нашей стране с 2003 года, когда в строительный сектор были вложены деньги, а объемы резко возросли. Появилась потребность в новых решениях, новых технологиях и материалах, заимствованных в основном из-за рубежа.

В то же время сами материалы были представлены, ссылаясь на зарубежный опыт, но далеко не всегда рассматривая, какие стандарты и правила регулируют использование этих материалов. Вот два основных аспекта:

• полное и безоговорочное выполнение требований соответствующего стандарта конкретным производителем продукции;
• выбор и применение конкретного материала на основе полного расчета за весь указанный срок службы с использованием общепринятого метода с учетом свойств этого материала, определенных в соответствующих стандартах.

В нашей стране вместо простого перевода и полного применения существующих стандартов нам удалось создать невероятное количество технических спецификаций, которые трудно найти и прочитать, и еще сложнее определить, насколько этот продукт соответствует оригиналу, кроме общего названия и маркировки. Во многих случаях это не очень похоже на оригинальный продукт, но никого не беспокоит, если имеется сертификат соответствия и одобрения от руководителя, который, конечно, не рассматривал эти детали.

Кроме того, такие спецификации могут быть свободно добавлены после того, как комментарии были получены и изменены ретроспективно. Все это происходит под предлогом того, что старая база устарела, а кто-то другой должен установить новые стандарты. Переведенные стандарты урезаны и искажены, устранены требования к наиболее важным испытаниям свойств и качества продукции.

Продукты, которые мы представляем в России в течение семи лет, представляют собой трубки из армированной полиэфирной смолы, более известные как стекловолокно. В самом начале мы обнаружили, что мы пытаемся использовать такие трубы, не задумываясь о такой концепции, как жесткость кольца или сопротивление деформации.

Для этого производитель должен определить скорость старения труб под нагрузкой, используя испытания продолжительностью не менее десяти тысяч часов, а первые испытания на устойчивость к внутреннему давлению следует проводить под давлением, по крайней мере, в три раза превышающим номинальное значение! Тем не менее, производители из России, Казахстана и Турции и их многочисленные дистрибьюторы, не мигая, заявляют, что их продукция сразу соответствует всем международным стандартам.

В этом случае речь идет даже не о качестве продукта, а о замене продукта с определенными имитационными свойствами. Они могут говорить о гарантии качества, только если общие требования одинаковы для всех. В мире это традиционно достигается посредством аудита, который регулярно проверяет стороннюю систему контроля качества. Обычно это уполномоченная организация, например, немецкая . Нет ничего, кроме общих соображений и пожеланий, но такой вывод является обязательным в Африке.

По крайней мере, вы можете спросить себя, как регулярно проверяются самые важные механические свойства — устойчивость к различным нагрузкам и конечным деформациям. Нигде в Европе (кроме России) невозможно продавать такие трубы, если не подтверждена каждая первая и каждая сотая или двухсотая труба в партии — каждый решает, сколько отказаться в случае отказа. Мы можем ограничиться «отбором проб», то есть вообще ничего не делать, поскольку никто не продолжит производство без проверки первой трубы, если существует риск обнаружения ошибки на двадцатом продукте.

Когда сотрудники крупных компаний по водоснабжению решают эту проблему, в большинстве случаев у них достаточно времени и опыта для ее решения — у них более чем достаточно практического опыта. Чаще можно вводить в заблуждение своих коллег в регионах или при проектировании и строительстве промышленных предприятий и в энергетическом секторе, где они иногда сталкиваются со строительством и проектированием трубопроводов.

Это не специфическая проблема со стекловолокном или композитами. Конечно, свойства нашего продукта определить несколько сложнее, чем у аналогов с равномерной стенкой, но для этого эти стандарты написаны и учитывают опыт полувекового использования, которого у нас нет.

Это общая проблема сейчас. Международные стандарты для термопластичных труб (полиэтилен, полипропилен и ПВХ) не были полностью переведены и применены. Долгосрочное сохранение прочности термопластов под нагрузкой, поведение при разнице температур остаются предметом спекуляций и абстрактных соображений.

Не менее важный вопрос заключается в том, всегда ли требования ГОСТа при производстве стальных труб выполняются полностью. Теперь наши металлурги вынуждены использовать переработанные материалы гораздо чаще, чем в плановой экономике. В то же время трудно выдержать конкуренцию без ущерба для качества. Очень уместно вспомнить наш внутренний феномен — рынок «не совсем новой» стальной трубы.

Производственные мощности по переоборудованию использованной стальной трубы в «практически новую», безусловно, могут угнаться за нашим металлургическим гигантом. Кто должен доказать, что труба, которая годами работала под нагрузкой, просто не может иметь те же характеристики, что и новая. Однако, учитывая размер этого рынка, такая замена не запрещена в нашей стране.

Причина такого подхода

Это более «возрастные» проблемы. Мы растем и очень быстро растем. Конечно, я хочу решить все немедленно и победить кого-либо, найти ответ на все вопросы и написать «согласен». При написании тендерной документации вы можете предоставить известный стандарт и хотя бы прочитать его соответствующему подрядчику или просто указать название материала и запросить сертификат соответствия, независимо от того, что написано мелким шрифтом.

Если наша реализация стандартов — это просто тема для обсуждения, вы можете делать все, что захотите. Трубы из термопластичного профиля часто имеют торговые марки, которые не всегда связаны с их первоначальными владельцами.

То, что эта труба имеет характеристики, какие спецификации или стандарты были основой для проектных расчетов и были ли эти расчеты выполнены вообще — это второй вопрос.

Во всяком случае, это не просто проблема Федерального закона № 94-ФЗ. Нужно ли писать отдельный закон о том, что это плохо? Почему человеку с техническим образованием выше среднего нужно сказать, что он должен соответствовать требованиям? Можно найти хитрости, чтобы обмануть федеральные законы, но законы физики не могут быть обмануты. И мы просто не можем отличить стандартный продукт производства от ремесла.

Как соотносятся отечественные и зарубежные стандарты и методы

Во-первых, они основаны на одних и тех же законах физики. В конечном счете, в наших СНиПах сформулированы практически те же требования, что и в европейских стандартах. Скорее, разница заключается в культуре профессиональных ассоциаций, которые начинаются в Европе со средневековых гильдий, которые наделяли их членов дополнительными привилегиями, но также требовали соблюдения общих правил.

С появлением на рынке труб из различных новых материалов немецкая «саморегулируемая организация» поставила задачу (объединяет более 14 000 организаций, которые в настоящее время изменено) в 1983 году группой профессионалов по общим правилам расчета статические нагрузки для труб из всех разрабатываемых материалов. К этой группе принадлежали все, кто профессионально занимается трубками в Германии. В качестве процедуры (или набора правил) ATV — A 127 обновляется каждые 10 лет, и эту процедуру проводят специалисты в разных странах. В дополнение к немецкому ATV — A 127 широко используются и часто используются американские и французские аналоги.

Тем не менее, общие правила применяются ко всем материалам на основе свойств, указанных в стандартах. Производитель имеет право изменять эти характеристики только при наличии убедительных доказательств. Эти методы открыты для использования. Исходя из этого, создаются лицензионные программы, с помощью которых вы можете смоделировать каждый проект за полчаса и объективно оценить каждое решение.

Для полимерных труб они срочно одобрили совместное предприятие 40-102-2000, в котором все, что немцы написали на 80 страницах, было доведено до некоторой степени, а такие моменты, как расчет стабильности, были просто забыты. Они дали три варианта рассчитанных коэффициентов на все случаи жизни. Фактически, нормативное письмо было поручено тем, кто был наиболее заинтересован — производителям и продавцам.

Еще интереснее: многие «переводчики» стали распространять «альбомы для дизайна», где вместо расчета было достаточно выбрать соответствующую строку и столбец в таблице. Конечно, ни одна таблица не может рассмотреть все возможные комбинации геологических условий и условий укладки, то есть моделирование конкретного проекта с некоторой степенью аппроксимации. Но есть где поставить штамп и «согласиться», пишет — на первой полосе!

Самая большая ошибка была допущена, когда они начали придумывать отдельные правила для каждого материала, ставя под сомнение общие правила дизайна. Далее заслужили «рыночные механизмы». Они начали конкурировать не только с тем, какие трубы дешевле, но и с тем, что проще в использовании и приятнее во всех отношениях.

Упор на напорные трубы был снят (хотя закон Паскаля везде одинаков и несколько десятков тонн не следует забывать), они упростили требования к фундаменту (сварная труба может выдержать все что угодно), а затем решили, что вместо специальных муфт может легко закрыть трубы из пластикового шва в бетонный колодец с цементно-песчаным раствором.

Дошло до дискуссии, что некоторые (плохие) трубы требуют расчетов и соблюдения правил прокладки, в то время как другие (почти) почти прыгают и копают в каждой земле. Более того, аргументы на эту тему можно услышать от строителя, который, без смущения, нарушает все правила строительства. Все списывается как «новый материал», национальные особенности и плохая почва.

Произвольное толкование требований норм, формальное выполнение расчетов, изобретение конкретных предпочтений вместо обязательной реализации общих правил — все это далеко не профессионально. В результате общие правила, позволяющие сделать объективный выбор и обеспечить качественную реализацию проекта без превышения периода строительства и затрат на строительство, больше не могут обсуждаться.

Иностранные примеры таких методов расчета и правил доступны, и никто не запрещает их использование. Разрабатываемые инструменты для их использования (программы) стоят мало денег — около 2 тысяч евро. Будем ли мы продолжать экспериментировать над собой или просто списывать домашнее задание (никто даже не ворчит)?

Во времена быстрого роста (или «смутных времен») наша традиция, далеко не самая лучшая, использовалась для решения всех проблем, даже технических, бюрократическими методами. Здесь нежелание заниматься профессиональной деятельностью и попытка «сэкономить» время и деньги.

Опять же, они предпочитают не думать о выборе из нескольких вариантов и об отсутствии объективных правил, не брать на себя ответственность, а выбирать более дешевое решение. Каждый также готов заплатить вдвое больше за эти «сбережения», потому что все разрешения указаны на первых полосах.

Когда простые и ясные правила становятся предметом бессмысленного обсуждения, мы погружаемся в область чистой физиологии. При разнице в цене 10% части мозга отказываются от технического образования, 15% — и уроки физики в старшей школе забываются, а после 20% разницы в цене остаются только рефлексы, такие как слюноотделение у собаки академического Павлов.

Сегодня рассматриваются проблемы, которые необходимо решить. На самом деле все не так пессимистично. Это не трагический монолог, это темы, с которыми мы работаем вместе со специалистами проектных институтов, компаний водоснабжения и строительных организаций. В конечном счете, они платят деньги специалистам, а не спекулянтам, чтобы решить такие проблемы. Мы участвуем в тендерах, некоторые выигрывают, некоторые проигрывают.

Тем не менее, каждый год можно сделать что-то новое, чтобы воспользоваться опытом зарубежных коллег. Конечно, знание общих правил и стандартов не позволяет нам конкурировать за объемы. Я называю это «тестом на рыскание». Вы можете сохранить все, но вы не можете соответствовать требованиям стандартов, игнорируя расчеты. К сожалению, мы еще не закончили этот «карнавал». Мы подходим к серьезной дискуссии о качестве, о целесообразности выбора различных решений и технологий строительства.

В принципе, нет требований к техническим решениям, которые нельзя подрезать. Кроме того, речь идет уже не о сбережениях. Решение этих проблем — только вопрос времени. В итоге мы были на рынке более 7 лет и никогда не уклонялись от ответственности. Количество успешно завершенных проектов превысило 80; проложено более 90 км, и в большинстве случаев это сложные проекты — напорные трубы большого диаметра (до 1,6 м), проложенные в сложных условиях.

Любые потенциальные проблемы, которые могут возникнуть при реализации проекта, не могут быть заранее предсказаны. Однако, исходя из полученного опыта, их можно решить с минимальными затратами. В любом случае, есть неиссякаемый источник — 50-летний опыт работы.  Сейчас мы работаем над переводом упомянутых стандартов и методов расчета и их применением в России. Специалисты и профессионалы, с которыми мы работаем, все прекрасно понимают.