Реферат: Восстановление сетей водоснабжения и водоотведения

·        для стальной трубы с полимерным покрытием        ;

·        для полиэтиленовой трубы ПЭ 80                            ;

·        для трубы с цементно-песчаным покрытием   ;

·        для полиэтиленовой трубы ПЭ 100                          .

Для расширения области применения, т.е. для перехода к большим диаметрам использовались рекомендации Альтшуля А.Д. по гидравлическому моделированию. Сущность моделирования сводится к тому, чтобы связать коэффициенты гидравлического трения л, полученные на модели (трубопроводе 100 мм) с величиной эквивалентной шероховатости kэ, рассматривая ее в качестве гидравлической шероховатости, с получением полуэмпирических зависимостей для других диаметров в унифицированной форме.

Для лучшей наглядности и уменьшения диапазона разброса точек экспериментальные зависимости А=f(d) для четырех типов трубопроводов и расчетные зависимости А=f(d) для чугунных и стальных труб выражены в виде функции 1/|lnA| = f (d) и сведены на единое поле в виде графиков (рисунок 5) в диапазоне диаметров 400 -800 мм.

Рис. 5 Сводный график зависимостей 1/|lnA| = f(d) для нескольких типов покрытий (труб)

- стальной трубопровод; 2 - чугунный трубопровод; 3 - стальная труба с полимерным покрытием; 4 - полиэтиленовая труба ПЭ 80; 5 - полиэтиленовая труба ПЭ 100; 6 - стальная труба с ЦПП

Как показывают графики на рисунке 5, наименьшие единичные гидравлические сопротивления имеют полиэтиленовая труба ПЭ 100 (кривая 5) и труба с полимерным покрытием, а наибольшими сопротивлениями обладают стальные и чугунные трубы. Это прежде всего свидетельствует о том, что при взаимозамене труб, например, в результате ремонта отдельных участков сети в системе не исключается возможность гидравлического дисбаланса, ведущего к необходимости пересмотра гидравлических параметров работы сети в связи с изменением скоростей течения воды и напоров. Для количественной оценки дисбаланса приведены два примера возможных последствий работ по реновации:

Первый пример: реновация осуществляется посредством нанесения слоя ЦПП на стальную трубу диаметром 500 мм (кривая 1 на рисунке 5); при этом диаметр сужается до 486 мм (минимальная толщина стенки ЦПП 7 мм). В результате образуется трубная конструкция «сталь+ЦПП» и дисбаланс по потерям напора, условно выраженный через величину ДА (на графиках Д(1/|lnA|) составит в процентах при диаметрах 500 мм для стали и 486 мм для ЦПП:

ДА = 100 (0,3508 - 0,30456)/0,3508 = 13,18 %

Отсюда следует, что дисбаланс положительный, т.е. единичные потери напора при реновации уменьшатся на 13,18 %.

Второй пример: реновация осуществляется посредством протягивания в стальную трубу диаметром 500 мм (кривая 1 на рисунке 5) полиэтиленовой трубы ПЭ 80 внутренним диаметром 400 мм; при этом диаметр сужается до 400 мм. В результате образуется трубная конструкция «сталь+ПЭ 80» и дисбаланс по потерям напора, условно выраженный через величину ДА (на графиках Д(1/|lnA|) составит в процентах при диаметрах 500 мм для стали и 400 мм для ПЭ 80:

ДА = 100⋅(0,3508 - 0,49305)/0,3508 = -40,55 %

Отсюда следует, что дисбаланс отрицательный, т.е. единичные потери напора при реновации увеличатся на 40,55 %.

На основании полученных данных по гидравлической совместимости (антоним - гидравлического дисбаланса) проектировщиком может быть принято оптимальное решение о методе реновации.

В результате экспериментов на трех типах безнапорных трубопроводов были определены эмпирические зависимости коэффициента Шези С от уклона, гидравлического радиуса R и наполнения h/d, т.е. С = f(i), С = f(R) и С = f(h/d) в широком диапазоне уклонов (0,005-0,03). Например, для полимерного покрытия зависимость коэффициента Шези С от гидравлического радиуса имеет вид

,

для полиэтиленового трубопровода ;

для стального трубопровода с цементно-песчаным покрытием .

Для наглядности изменения коэффициента Шези С от гидравлического радиуса R, оценки степени возрастания скоростей течения жидкости с переходом от керамических труб к защитным покрытиям (трубам), а также определения расчетным путем значения коэффициента относительной шероховатости «n», проведен сопоставительный анализ трех экспериментальных кривых с аналогичной кривой (рисунок 6) для керамического трубопровода.

Как показывают графики на рисунке 6, для расчетных наполнений 0,5 и одинаковых уклонах значения коэффициентов Шези С больше всего для полимерного покрытия и меньше всего для керамической трубы. Данное обстоятельство свидетельствует о том, что и величины скоростей при одинаковых расчетных наполнениях будут больше в трубопроводе с полимерным покрытием, которое имеет наименьшую величину относительной шероховатости «n».

Рис. 6 Сводный график зависимостей С=f(R) для четырех типов трубопроводов

Опираясь на предыдущий научный опыт (Киселев П.Г.), где коэффициенту Шези С может отводиться роль критерия гидравлического подобия для моделирования, были получены расчетные полуэмпирические зависимости С=f(R) для труб любого диаметра d:

для полимерного покрытия ;

для полиэтиленовой трубы ;

для цементно-песчаного покрытия .

Для оценки гидравлической совместимости подвергнутых восстановлению и невосстановленных на текущий момент времени участков сети теоретически и практически (на 40 реальных объектах водоотводящей сети г. Москвы) исследовалась транспортирующая способность потока на стыках труб из разного материала (пластмассовые, керамические, чугунные, асбестоцементные) и диаметра. Натурные эксперименты проводились по специально разработанной методике с использованием видеокамер с высокой разрешающей способностью. Методика включала: комплексную диагностику объекта (двух соседних участков сети - восстановленного и невосстановленного); определение расстояний (участков дисбаланса скоростей) до ближайших преград в виде уплотнённых наносов на невосстановленных участках трубопровода, расположенных после восстановленных, а также определение средних высот гряд наносов.

В результате аналитических исследований и натурных экспериментов получена полуэмпирическая зависимость, подтверждающая наличие участков дестабилизации скоростей после выполнении ремонтно-восстановительных работ и значимость учёта гидравлических показателей в единой системе «восстановленный-невосстановленный участки сети». В частности, в большинстве случаев (свыше 70 %) при обследовании объектов наблюдались явления гидравлического дисбаланса, которые выражались в образовании и перемещении гряд наносов на внутренней поверхности невосстановленных участках водоотводящих сетей по причине разницы скоростей потока при входе сточной жидкости в невосстановленный трубопровод

6. Определение приоритетных участков сети для проведения реконструкции

Решение о необходимости восстановления (санации) или обновления (перекладки) конкретного участка трубопровода должно приниматься на основании оценки технической и экономической целесообразности дальнейшей эксплуатации участка трубопровода и с учетом опыта эксплуатации.

Техническая целесообразность эксплуатации участка трубопровода в его существующем состоянии определяется окончанием технического срока службы, при котором уровень его надежности, гидравлические параметры функционирования и показатели качества транспортируемой воды являются недостаточными и не соответствуют требуемым нормативам.

Технический срок службы трубопровода определяется на основании анализа аварийности трубопроводов путем оценки и прогноза показателей надежности и по результатам обследования (технической диагностики) участков трубопроводов.

Экономическая целесообразность эксплуатации участка трубопровода определяется окончанием экономического (полезного) срока службы, за пределами которого расходы на эксплуатацию участка трубопровода превышают возможные расходы на его реновацию (перекладку или санацию), а уровень надежности не соответствует требуемому или принятому за норматив. В этой связи к критериям, определяющим стратегию выбора потенциальных объектов восстановления трубопроводов, относятся:

· показатели надежности участков трубопроводов и прогноз их изменения;

· дестабилизирующие надежность трубопроводов факторы;

· срок эксплуатации и техническое состояние трубопроводов;

· ремонтопригодность трубопроводов;

· остаточные ожидаемые сроки полезной эксплуатации;

· прошлые расходы на восстановление;

· реальная стоимость существующих трубопроводов и стоимость их восстановления;

· ограничения по финансовым расходам.

Информационно-техническое обеспечение стратегии восстановления трубопроводов позволяет путем запросов по БД оценить эти критерии и выбрать район водопроводной сети (РВС) города с наибольшей аварийностью трубопроводов (по выбранным для анализа диаметрам, материалам и срокам эксплуатации трубопроводов).

Решение этой задачи базируется на основе использования современных информационных технологий. С этой целью в производственно-аварийном управлении водоотводящих сетей (ПАУКС) «Мосводоканала» создана информационно-аналитическая программа, содержащая все паспортные данные участков сети, количество устраненных засоров на них и блок динамического ранжирования сетей по количеству засоров на них. Анализ данных показал, что из 2000 засоров, имевших место за 2 года в одном из районов, 91% приходится на трубопроводы диаметром 250мм и менее, причем 63% засоров происходит на керамических трубах диаметром 125 и 150 мм. Ранее была установлена зависимость количества повреждений трубопроводов от глубины их заложения, не установлена зависимость от года прокладки трубопроводов. Существенное повышение надежности работы сетей возможно также за счет постепенного целенаправленного изменения структуры диаметров труб. Трубопроводы диаметром 125-150 мм (преимущественно из керамических труб), составляя 27,5% общей протяженности, дают до 63% общего количества засоров. Таким образом, используя имеющиеся бестраншейные технологии, возможно, при соответствующем технико-экономическом обосновании, планомерно заменять участки с малыми диаметрами на большие.

Опыт эксплуатации Московского водопровода свидетельствует, что наибольший эффект от санации по снижению аварийности наблюдается на трубопроводах диаметром 300 и 400 мм, что может являться одним из приоритетов при выборе объекта реабилитации на водопроводных сетях.

Заключение

Качественно проведенная санация трубопроводов позволяет достичь следующих результатов:

предотвратить коррозию металлических стенок трубопроводов за счет пассивного (изоляции стенок) и активного (образования на стенках субмикроскопического покровного слоя из оксидов железа) защитных эффектов;

обеспечить требуемый уровень надежности трубопроводов и снизить аварийность на водопроводных сетях;

сохранить неизменными (в некоторых случаях улучшить) гидравлические характеристики, а также стабилизировать напоры за счет уменьшения коэффициента гидравлического трения до уровня, соответствующего табличным значениям для неоновых труб;

сохранить качество воды, транспортируемой от станций водоподготовки до потребителей, за счет отсутствия пористых коррозионных отложений, влияющих на увеличение в воде концентрации железа, снижение концентраций растворенного кислорода и остаточного хлора.

В последние годы получили распространение шесть основных технологий бестраншейного ремонта изношенных подземных и подводных трубопроводов с использованием различного оборудования и композиционных материалов:

) «труба в трубе» - протаскивание во внутреннюю полость ремонтируемого трубопровода новой трубопровода из полиэтилена. При этом наружный диаметр трубопровода из полиэтилена меньше внутреннего диаметра ремонтируемого трубопровода;

) то же, с увеличением диаметра, но с разрушением ремонтируемого трубопровода, что позволяет протаскивать или проталкивать новый большего размера, чем внутренний диаметр ремонтируемого трубопровода;

) нанесение на внутреннюю поверхность предварительно очищенного и промытого, ремонтируемого трубопровода, цементно-песчаного слоя различной толщины. Со временем после интенсивной эксплуатации трубопровода происходит механическое или химическое разрушение цементно-песчаного слоя;

) «чулочная технология» - протаскивание внутрь, предварительно очищенного высоким давлением, ремонтируемого трубопровода, синтетического чулка. После протаскивания, чулок полимеризуется в среде горячей воды определённой температуры, облучением ультрафиолетом или другим способом, что обеспечивает образование на внутренней поверхности трубопровода прочного инертного слоя регулируемой толщины;

) технология «U - лайнер», при которой внутрь предварительно очищенного ремонтируемого трубопровода протаскивается U-образная полиэтиленовый полуфабрикат с последующим его распрямлением с помощью теплоносителя определённой температуры с последующим образованием нового цельного полиэтиленового трубопровода;

) локальный ремонт трубопровода с использованием ремонтного робота и ремонтной вставки.

Удельный вес реализации указанных технологий бестраншейного ремонта трубопроводов распределяется следующим образом:

«труба в трубе» - 68-72 %;

«труба в трубе» с разрушением старого трубопровода - 8-10 %;

цементно-песчаная облицовка внутренней поверхности - 6-8 %;

«чулочная» технология - 5-8 %;

технология «U - лайнер» - 2-4 %;

локальный ремонт - 1-2 %.

Современные полимерные материалы исключают развитие процессов газовой коррозии в трубопроводах, а также повреждения каналов и коллекторов в результате разрушающей способности биогенной коррозии, улучшают гидравлические характеристики трубопроводов и сокращают себестоимость эксплуатации канализационных сетей.

В перспективе практика развития инженерных коммуникаций должна ориентироваться на строительство подземных проходных каналов общего назначения больших размеров, в которых могли бы разместиться все городские инженерные сети или их большая часть.

Список использованной литературы

1.Е.А. Алёхин, Доклад, представленный на международной конференции "NO-DIG - 2008. МГУП "Мосводоканал", Москва.

2. С.В.Храменков, О.Г.Примин, В.А.Орлов, Бестраншейные методы восстановления водопроводных и водоотводящих сетей. Москва, 2000.

3. Положение о санации водопроводных и водоотводящих сетей. Госстрой России. Москва, Издательство Прима-Пресс - М., 2004.

. Пахомов А.Н., Зарубин А.П., Хренов К.Е., Шейнин Е.В., Балашов В.А., Дудченко Т.О. «Полимерные трубы», №2/июль 2005.

. Орлов В.А. Автореферат диссертации на тему: Системный анализ состояния и тактика реновации водопроводных и водоотводящих сетей. МГСУ, Москва, 2009.

. Макотрина Л.В. Курс лекций Современные методы восстановления и защиты водоотводящих сетей. ИГТУ, Иркутск, 2012.

7. <http://www.mosvodokanal.ru/> - сайт Московского водоканала.

. <http://www.specpromstroy.ru/> - сайт ООО СпецПромСтрой.