Инновационные технологии в трубопроводной коммунальной системе городов

В основу авторской теории и методологии легли следующие принципы:

1) принцип адекватности, который проявляется в а) адекватном ситуации выборе модели трансформации (по критерию минимума необходимых преобразований, что приводит к минимизации затрат на трансформацию при прочих равных условиях); б) адекватном выборе момента начала трансформации (в точке исчерпания потенциала роста и при достижении минимально допустимого уровня адаптивности);

2) принцип эффективности, предполагает выбор модели системного преобразования (трансформации) с минимальными затратами для достижения долгосрочного запланированного результата, что означает рост эффективности при прочих равных условиях;

3) принцип своевременности, предполагает определение оптимальных сроков начала и завершения процесса системного преобразования (трансформации); несвоевременное проведение радикальных преобразований приводит к неполному использованию возможностей текущего потенциала развития или к росту вероятности негативного развития событий в связи с исчерпанием запаса

прочности из-за задержки начала трансформации;

4) принцип иерархичности, то есть признание и учет влияния систем более высокого уровня на системы более низкого уровня;

5) принцип гармоничности, то есть необходимость согласования и гармонизации развития различных социально-экономических систем;

6) принцип взаимозависимости, то есть учет того факта, что организация зависит от состояния и тенденций изменения экономического пространства региона, а региональное пространство от состояния и динамики развития организаций;

7) принцип инерции, предполагает, что организация не сразу (с запаздыванием) реагирует на различные возмущающие воздействия, а результаты сбоев (или улучшений) в каких-либо процессах становятся не сразу заметными;

8) принцип учета свойств фрактальности экономического пространства, эквифинальности и мультифинальности социальноэкономических процессов, мультистабильности сложных социально-экономических систем.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ТРУБОПРОВОДНОЙ КОММУНАЛЬНОЙ СИСТЕМЕ ГОРОДОВ

Пастухов Д.Ю., аспирант ФАОУДПО ГАСИС

В статье раскрыты современные проблемы трубопроводной коммунальной системы городов Российской Федерации, описывается степень износа в целом данной инфраструктуры, методы замены изношенных трубопроводов, а также один из методов диагностики трубопроводных систем.

Ключевые слова: трубопроводная инфраструктура, ЖКХ, инновации, диагностика трубопроводов.

IINNOVATIVE TECHNOLOGIES IN THE PIPELINE SYSTEM, COMMUNAL CITIES

Pastukhov D., the post-graduate student, National Academy of Investment Specialists

In the article the problems of modern pipeline system of communal cities of the Russian Federation, describes the degree of deterioration of the infrastructure in general, as well as one of the diagnostic methods ofpipeline systems.

Keywords: pipeline infrastructure, housing, innovation, diagnostics pipeline.

Россия по протяженности подземных трубопроводов для транспортировки нефти, газа, воды и промышленных стоков занимает второе место в мире после США. Однако, нет другой страны, где эта транспортная магистраль была бы так изношена, как в нашей стране. В настоящее время в городах России находится в эксплуатации свыше 300 тыс. км систем водоснабжения и водоотведения, отслуживших нормативный срок, из которых свыше 85,2 тыс. км находятся в аварийном состоянии и требуют немедленной замены. Эксплуатация изношенных трубопроводов ухудшает социальную и экологическую обстановку в городах Российской Федерации, поскольку утечки приводят к подтоплению территорий, просадке дорожных покрытий, зданий и сооружений, загрязняют подземное пространство городов промышленными и бытовыми стоками. На территории России значительно подтоплены 809 городов и 478 поселков городского типа, в чем не последнюю роль играют утечки из водопроводных и канализационных сетей. Для того, чтобы в течение 10 лет заменить аварийные сети, необходимо ежегодно реконструировать 15-17 тыс. км подземных коммуникаций. Выполнение этого объема работ классическим (траншейными) методами требует значительных затрат, что совершенно нереально в современной экономической ситуации. Кроме того, ведение работ траншейными методами в таких крупных городах как Москва, С.-Петербург, Екатеринбург, Новосибирск и т. д., невозможно из-за большой глубины залегания трубопроводов (до 12 м), пересечений с другими подземными коммуникациями (электрическими и телефонными кабелями, газопроводами, линиями метрополитена и т.д.), необходимостью прекращения движения городского транспорта и разрушения дорожных покрытий.

Зарубежный опыт показывает, что эту проблему можно решить, если, во-первых, вместо стальных трубопроводов применять трубопроводы из полимерных материалов, и, во-вторых, прокладку новых и ремонт изношенных трубопроводов осуществлять бестраншейным способом вместо траншейного. В мировой практике в настоящее время существует шесть основных технологий бестраншейного ре-

монта изношенных подземных трубопроводов с использованием различного оборудования: «труба в трубу» - протаскивание во внутреннюю полость ремонтируемого трубопровода новой плети трубопровода из полиэтилена. После протаскивания чулок полимеризуется в среде горячей воды определенной температуры облучением ультрафиолетом или другим способом. Что обеспечивает образование на внутренней поверхности трубопровода прочного инертного слоя регулируемой толщины. Технология «и-лайнер», при которой внутрь предварительно очищенного ремонтируемого трубопровода протаскивается и-образная полиэтиленовая плеть с последующим ее распрямлением с помощью теплоносителя определенной температуры с последующим образованием нового цельного полиэтиленового трубопровода. Локальный ремонт трубопровода с использованием ремонтного робота и ремонтной вставки.

По статистике видов ремонта трубопровода: «труба в трубе» 68-72%; «труба в трубе» с разрушением старого трубопровода 810%; цементно-песчаная облицовка внутренней поверхности 6-8%; «чулочная» технология 5-8%; технология «и-лайнер» 2-4%; локальный ремонт 1-2%.

Для бестраншейного ремонта трубопроводов за рубежом широко применяют оборудование, с помощью которого производят разрушение старого изношенного трубопровода и одновременно в него затягивают новый. Это объясняется тем, что более половины действующих в мире трубопроводов были проложены еще во второй половине прошлого века, и сейчас почти все они находятся в аварийном состоянии. Изношенность многих из них велика настолько, что трубопроводы даже не подлежат ремонту. Да и пропускная способность их не отвечает все возрастающим потребностям пользователей. Единственно правильным решением в связи с этим остается полномасштабная замена старых трубопроводов новыми с большим сечением в поперечнике. Разрушение изношенных труб производят двумя способами - динамическим и статическим. Динамический способ осуществляется с помощью пневмопробойников, перемещающихся внутри старых трубопроводов. Пневмопро-

бойник позволяет разрушать старый трубопровод и одновременно затягивать с бухты (катушки) новый целиковый трубопровод из полимерных материалов и отдельные его секции - кусками небольшой длины. Для производства работ по бестраншейному ремонту трубопроводов с применением пневмопробойника необходимо выкапывать на трассе старого трубопровода два котлована - стартовый (рабочий) и приемный, или использовать существующие смотровые колодцы, в которых размещается технологическое оборудование. Статический способ разрушения трубопроводов осуществляется с помощью режущего рабочего органа, выполненного либо в виде конусной головки, снабженной плоским ножом из высокопрочной стали, либо в виде роликового ножа (фрезы) с расширителем. Привод режущего рабочего органа осуществляется с помощью специального оборудования. В настоящее время более 20-ти зарубежных фирм изготавливают оборудование для бестраншейного ремонта трубопроводов с применением динамического и статического способа разрушения старых трубопроводов с одновременным затягиванием в них новых с большим диаметром. К сожалению, в России такое оборудование, так же как и установки направленного бурения, серийно не изготавливается.

В Европе и в Скандинавии практически ни один ремонт эксплуатирующийся систем водоснабжения и канализации не производится с раскопкой грунта. В Англии, например, 99% новых водопроводных труб выполнены из полиэтилена. (Для сравнения, в России не более 1%). Для канализации применяют в основном поли-мербетонные трубы. Для теплотрасс широкое применение за рубежом получили трубы с пенополиуритановой теплоизоляцией, системой аварийно-предупредительной сигнализации, исключающей замерзание воды.

К сожалению, наша промышленность трубопроводы из полимерных материалов выпускает в недостаточном объеме. Только около 10 лет назад некоторые небольшие фирмы начали выпуск современных труб. Причем прокладку всех видов коммуникаций в России производят открытым - траншейным способом. В то время как за рубежом прокладку труб производят преимущественно бестраншейным способом, позволяющим снизить затраты на их прокладку более чем в 5-6 раз, а производительность работ увеличить в 8-10 раз.

Самое широкое распространение за рубежом для бестраншейной прокладки получили установки наклонного и горизонтального направленного бурения разных типоразмеров в зависимости от вида грунта, условий работ, дальности и глубины их прокладки. Сущность бестраншейной прокладки трубопроводов с применением таких установок состоит в том, что вначале в грунте делается ли-дерная скважина, затем она расширяется и одновременно в нее затягивается трубопровод. Для прокладки трубопроводов в сжимаемых грунтах применяются буровые головки, выполненные со скосом в передней части. Буровая головка снабжена сменными пластинами из твердых сплавов и отверстиями для прохода буровой жидкости и, посредством полого корпуса, соединена с приводной штангой. В корпусе смонтирован датчик (излучатель) для передачи сигналов, фиксирующих ее местоположение. При отклонении буровой головки от проектной траектории оператор останавливает вращение приводных штанг и устанавливает скос на буровой головке в нужном положении. Затем осуществляет задавливание штанг (без их вращения). За счет скоса на буровой головке происходит ее отклонение в заданном направлении и тем самым корректируется траектория ее дальнейшего движения. После выхода буровой головки в заданной точке, ее снимают и к приводной штанге присоединяют расширитель нужного диаметра, к которому с помощью вертлюга присоединяют трубопровод. Для прокладки трубопроводов в горных породах (скальных грунтах) при проходке ли-дерной скважины применяют специальные буровые головки со встроенным гидрозабойным двигателем. Конструкция буровой головки позволяет осуществлять ее поворот относительно оси штанги, за счет чего обеспечивается заданное направление движения. Для расширения лидерной скважины применяют фрезерные головки. Управление буровой головкой в процессе бурения лидерной скважины осуществляется с помощью системы телеизмерения и телеуправления, встроенной в буровую головку, которая состоит из трехосного магнетометра и трехосного акселерометра. Применяют-

ся и другие системы управления буровых головок. Компьютерная система управления буровых головок на всех зарубежных установках наклонного и горизонтального направленного бурения позволяет также осуществлять автоматическое регулирование параметров бурения (скорость вращения буровой головки, усилие задавли-вания приводных штанг и давление в гидросистеме) и, таким образом оптимизировать процесс бурения, в зависимости от физикомеханических свойств грунта. В настоящее время за рубежом 30 крупных фирм выпускают широкий типоразмерный ряд установок наклонного и горизонтального направленного бурения.

Но закупка зарубежной техники для бестраншейной прокладки и ремонта трубопроводов в необходимом количестве будет разорительной для нашей страны. Единственный выход - это серийный выпуск отечественной техники. И такая техника в России уже раз-работана1. Она ничем не уступает и даже превосходит зарубежную, но наладить ее производство не удается из-за отсутствия финансирования. Отечественные установки можно было бы экспортировать во многие страны мира с огромными прибылями. Серийный выпуск созданной техники позволит ускорить развитие многих отраслей народного хозяйства: нефтяной, газовой, связи, жилищно-коммунального хозяйства и других. А самое главное - внедрение отечественной техники обезопасит страну от многочисленных аварий и катастроф вследствие утечки нефти, газа, воды и промышленных стоков из трубопроводов.

Реформа отрасли невозможна без ясного понимания того, как создать современную систему их сервиса без создания прозрачных механизмов по внедрению инноваций, привлечению инвестиций, проведению концессий. Бессмысленно строить и ремонтировать дороги, если под ними - ржавые трубы, строить новые дома и, подключая их к изношенным магистралям, надеяться на надежность их тепло-водо- газоснабжения.

Состояние трубопровода катастрофическое данные из разных источников в целом сходны - износ инженерных сетей достигает 65-75 %. Значительно возросло количество аварий и нарушений в работе коммунальных объектов. Но по сути это не более чем среднестатистические данные по амортизации и относятся скорее к бухгалтерскому учету, чем к степени физического износа металла трубопровода. Без знания о реальном состоянии металла невозможно оценить техническое состояние трубопровода, и показатели амортизации оказывают в данном случае скорее «медвежью услугу». Зачастую труба с амортизацией 100 % находится в рабочем состоянии и после незначительных ремонтно-восстановительных работ может надежно прослужить еще многие годы. В то же время относительно «молодые» трубы сплошь и рядом отказывают. Причина -опасные аномалии (внутренняя/внешняя коррозия, дефекты сварных соединений, трещиноподобные дефекты, вмятины, гофры, аномалии напряженно-деформационного состояния), грозящие техногенными авариями и даже катастрофами.

Чтобы узнать реальное состояние металла труб, необходим их инструментальный контроль. Известно множество технологий диагностики трубопроводов, но не будем в данном случае сопоставлять их технические особенности, а определим лишь гарантии качества - т.е. точность оценки реального технического состояния объекта на всем протяжении объекта. Это именно те показатели, которые практически не принимаются во внимание во время тендеров, цель которых - выбрать подрядчика «по минимальной цене». Мировой опыт показал, что при выборе технологии и подрядчиков на сооружение, техническое обслуживание и диагностирование трубопроводов заказчик обязан ориентироваться в первую очередь на лучшее качество исполнения работ. Путем объективной оценки по количественным критериям, подлежащим декларированию подрядчиками, сравнению, проверке, и официальному утверждению владельцем опасного технического объекта, и только затем - на ценовые показатели.

Методы диагностирования вводимых в эксплуатацию после строительства или капремонта (после гидроиспытаний), а также эксплуатируемых трубопроводов должны сравниваться по следующим декларируемым показателям качества2:

-объем контроля металла и аномалий напряженно-деформированного состояния трубопровода (по длине и окружности труб, основному металлу и металлу сварных соединений);

1 Институт горного дела СО-АН-РФ совместно с научно-производственным предприятием «БоС»

2 Автором данного метода является инновационный менеджер Шаныгин С.В., имеющий опыт эксплуатации подземных трубопроводов систем теплоснабжения, отопления, холодного и горячего водоснабжения, работает в ООО НТЦ «Транскор - холдинг».

-показатель достоверности выявления участков с дефектами металла и аномалиями НДС;

-допустимая ошибка выявления местоположения и идентификации опасности дефектных участков с целью планирования ремонта объекта.

Современные методы диагностики должны гарантировать Заказчику:

1. Стопроцентный контроль металла на всем протяжении трубопровода;

2. Выдачу показателей достоверности выявленных дефектов, их степени опасности и типов не ниже 70 % (при соблюдении полного технологического цикла контроля), и не ниже 50 % (при вынужденном сокращении объема работ);

3. Стоимость диагностирования, не превышающую 10 % от стоимости строительных работ;

4. Страхование профессиональной ответственности исполнителя (по желанию Заказчика), что является гарантией доверия со стороны страховой компании к качеству работ исполнителя.

Если диагностирование проведено качественно, участки с дефектами металла достоверно выявлены и ранжированы, то их превентивный ремонт просто исключит аварийность - это и называется ресурсосберегающей стратегией обслуживания «по техническому состоянию». Подобная существенная экономия средств весьма весома для эксплуатирующих организаций всего мира - и конечно, для отечественной отрасли ЖКХ. Не стоит забывать, что в Государственной Думе, Совете Федерации и Правительстве РФ разрабатывается ряд федеральных законов, существенно ужесточающих санкции за аварии на опасных промышленных объектах. С принятием этих законов и появится ряд поправок в обязательное страхование таких объектов, что диктует необходимость своевременной отработки механизмов их реализации, чтобы не повторять ошибок с «неработающей» нормативной базой. Если владельцы трубопроводов не имеют достоверной информации об их реальном состоянии и обоснованного плана ремонтно-восстановительных мероприятий, страховые компании будут бессильны.

Что обеспечивают данные о местоположении и степени опасности дефектных участков трубопровода?

1. Возможность рассчитать средства, необходимые для обеспечения безаварийной работы объектов и сроки проведения профилактического ремонта;

2. Обосновать бизнес-планы для привлечения инвестиций на ремонт.

ЖКХ - прибыльный и предсказуемый бизнес - если навести в нем порядок. С гарантиями безаварийной работы можно просчи-

тать инвестиционную прибыль на годы вперед и составить план погашения кредитов, поскольку тарифы регулируются на несколько лет, и количество обслуживаемых предприятиями ЖКХ жителей известно.

3. Страхование трубопроводов после ремонта увеличит привлекательность инвестиций в глазах инвесторов и потребителей

4. Возможность для управляющих компаний акционировать МУП, взять концессию и работать на стабильных коммерческих началах.

В настоящее время осуществлён пилотный инновационный проект по стопроцентному контролю состояния металла труб тепловых и водопроводных сетей Московской области с применением метода магнитной томографии.3 Полученные данные лягут в основу паспортизации объектов (с привязкой их местонахождения к абсолютным географическим координатам), помогут определить их техническое состояние, наметить места первоочередного ремонта, рассчитать параметры работоспособности (период безаварийной работы, рабочее давление).

Кроме того, подобные данные будут незаменимы для создания схем по привлечению и практическому определению объёмов инвестиций, страхования трубопроводов - и в лучшем понимании путей реконструкции трубопроводного транспорта. Это важно и для проблемы реформирования ЖКХ в целом, поскольку созданные в регионе-новаторе механизмы могут быть востребованы в большинстве регионов РФ.

Литература:

1. Ромейко В.С. Подземный Чернобыль - мрачная фантазия или

близкая реальность? //Трубопроводы и экология. - 1988; №1. -

с. 4.

2. Ромейко В.С. Сколько пластмассовых труб нужно России?

//Трубопроводы и экология . - 1998. №3. - с. 5.

3. Агапчев В.И., Премяков Н.Г. Восстановление изношенных

трубопроводов путем введения в них пластмассовых труб. Прикладная

синергетика и проблемы безопасности. // Сборник научных трудов / Редкол.: Р.Г. Шарафеев и др. - Уфа: ГУП «Уфимский поли-графкомбинат», 2003, с. 43-47.

4. Ладыгин И.В. Есть ли бестраншейные технологии в России.

Трубопроводы и экология. - 2001; №4. - с. 25-28.

5. Храменков С.В., Примин О.Г., Орлов В.А. Бестраншейные методы

восстановления трубопроводов. - М.: Прима-Пресс. М., 2002, с. 28

3 По данным Шаныгина С.В. , инновационного менеджера, работающего в ООО НТЦ «Транскор - холдинг».

Автор имеет пилотный проект по стопроцентному контролю состояния металла труб тепловых и водопроводных сетей.