Способ ремонта трубопровода в обводненной местности и кессон для его осуществления
METHOD OF REPAIRING PIPELINE IN FLOODED AREA AND CAISSON FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к ремонту линейной части магистральных трубопроводов, пролегающих в болотах или в значительно обводненной местности.
На практике ремонт трубопровода в условиях болота или сильно обводненной местности сопровождается рядом работ для обеспечения проходимости тяжелой грузоподъемной техники: сооружение котлована, подсыпка привозного грунта, построение деревянных помостов и подъездов. Осушение и перестройка экосистемы водоемов также несет отрицательные последствия для окружающей среды.
Из уровня техники известен способ монтажа разъемной рабочей камеры для ремонта подводных трубопроводов на реках (патент РФ №2224170, МПК F16L 55/18, опубл. 20.02.2004 г.), при котором освобождают трубопровод от грунта, формируют котлован под трубой для установки камеры на грунт, погружают и заводят нижнюю часть камеры под место повреждения, сопрягают нижнюю часть камеры с трубой и фиксируют камеру. Погружают верхнюю часть камеры и сопрягают ее с нижней, герметично соединяют верхнюю и нижнюю части камеры, уплотняют место сопряжения трубопровода и камеры, погашают плавучесть камеры и откачивают из нее воду. Дополнительно осуществляют выемку грунта для укладки откидных площадок, закрепленных на боковых сторонах нижней части разъемной камеры, а погашение плавучести осуществляют посредством насыпки грунта на откидные площадки. Устойчивость камеры в водном потоке, в условиях открытой поверхности воды, осуществляют посредством растяжек с якорями, а в условиях зимы - посредством продольных балок, вмораживаемых в ледяной слой, при этом растяжки или балки крепят к верхней части камеры, выходящей за уровень воды.
Недостатком данного способа является высокая трудоемкость, поскольку для выполнения ремонтных работ необходимо проводить операцию по погашению плавучести, которую осуществляют посредством насыпки грунта на откидные площадки, а устойчивость устройства для выполнения ремонтных работ обеспечивают посредством растяжек с якорями.
Известен способ ремонта подводных трубопроводов (патент РФ №2325578, МПК F16L 1/26, опубл. 27.05.2008 г.), при котором выявляют методом неразрушающего контроля дефекты трубопровода. На дефектный участок трубопровода устанавливают кессон, вытесняют воду из его камеры путем заполнения ее защитным газом, снижают рабочее давление трубопровода до давления, равного давлению защитного газа в кессоне, осуществляют очистку и неразрушающий контроль поверхности дефектного участка и устраняют дефекты посредством сварки в среде защитного газа. Демонтируют кессон и устанавливают муфту вокруг ремонтируемого участка трубопровода с образованием полости между ее внутренней поверхностью и внешней поверхностью трубопровода. Герметизируют муфту по продольным и торцевым фланцам, вытесняют воду из ее полости. Заполняют полость расширяющимся цементом с последующим его уплотнением.
Недостатком данного способа является сложность создания рабочих условий, поскольку ремонт трубопровода осуществляется в закрытом кессоне и под водой (нужно создать давление внутри кессона, что приводит к дополнительным затратам, также заполнение пространства между муфтой и трубой требует траты на саму муфту и наполнитель, в данном случае расширяющийся цемент), кроме того ограниченный объем кессона для выполнения ремонтных работ усложняет реализацию способа.
Известен способ ремонта подводного трубопровода (патент РФ №2516996, МПК F16L 1/26, опубл. 27.05.2014 г.), при котором удаляют изоляционный слой с поврежденного участка трубопровода, определяют размеры дефекта в стенке трубопровода путем визуально-измерительного и/или ультразвукового контроля и/или контроля методом ACFM. Затем проводят подводную шлифовку поверхности трубы посредством гидравлической шлифовальной машинки до удаления дефекта и определяют остаточную толщину стенки трубопровода в месте шлифовки посредством ультразвукового толщиномера. Причем, при остаточной толщине менее 80% от номинальной толщины стенки осуществляют установку ремонтной муфты и наносят на ее поверхность защитный изоляционный слой, а при остаточной толщине более 80% на шлифованную поверхность трубопровода наносят защитный изоляционный слой в виде мастичной армированной ленты.
Недостатком данного способа является ограниченная применимость и узкая локализованность, поскольку такой ремонт под водой не обеспечивает легкого доступа ко всей поверхности трубы, и данный способ не позволяет наносить защитные изоляционные рулонные материалы методом спиральной намотки, как в случае работ на твердом грунте.
Из уровня техники известен кессон для ремонта подводных трубопроводов (патент РФ №101187, МПК E02D 25/00, опубл. 10.08.2011 г.), содержащий камеру из верхней и двух нижних частей, средство герметизации камеры на трубопроводе, арочные вырезы в форме полуокружности, выполненные в торцевых стенках верхней части камеры, диаметр которых соответствует диаметру трубопровода, верхняя часть выполнена с отверстием для подсоединения шахты, при этом каждая из нижних частей камеры шарнирно соединена по боковым сторонам с верхней частью камеры, а в противоположных торцевых стенках каждой из нижних частей камеры выполнены вырезы в форме четверти окружности для герметичной установки на трубопроводе при их смыкании, камера снабжена механизмами поворота нижних частей камеры, установочной рамой, жестко закрепленной на верхней части камеры, с размещенными на ней средствами установки камеры на трубопровод, а также устройствами фиксации камеры на грунте, закрепленными на торцевых стенках камеры.
Недостатком данного кессона является его сложное конструктивное выполнение.
Известен кессон для ремонта подводных трубопроводов (патент РФ №2291936, МПК E02D 23/02, опубл. 20.01.2007 г.), включающий камеру с ребрами жесткости, состоящую из двух разъемных частей, верхней и нижней, шахту, сменные кольца, сменные разъемные хомуты, при этом ребра жесткости расположены внутри камеры; сменные кольца выполнены из обечаек, соединенных между собой кольцевыми ребрами; уплотнительная прокладка между трубопроводом и сменными кольцами с обжимными сальниковыми втулками выполнена из листовой мягкой резины; на нижней части камеры установлены разъемные хомуты с возможностью радиального смещения их относительно сменных колец; на верхней и нижней частях камеры по периметру разъема установлены фланцы с откидными болтами и гайками, а уплотнительные прокладки во фланцевых соединениях верхней и нижней частей камеры, секций шахты между собой и с комингсом верхней части камеры выполнены из листовой вакуумной резины повышенной износостойкости и утоплены в один из фланцев.
Недостатком данного кессона является его сложное конструктивное выполнение и сужение функциональных возможностей вследствие недостаточного объема камеры для выполнения ремонтных работ.
Известно устройство для ремонта трубопроводов, проложенных на болотах (патент РФ №2111406, МПК F16L 55/18, опубл. 20.05.1998 г.), содержащее корпус, торцевые стенки которого имеют сменные полуфланцы и фартуки для герметизации сопряжений корпуса с трубопроводом. Корпус выполнен из отдельных рабочих и промежуточных блоков, при этом рабочие блоки установлены в местах производства ремонтных работ и выполнены так, что образуют свободное пространство между блоками и трубопроводом, а промежуточные блоки выполнены по диаметру трубопровода.
Недостатком данного устройства являются ограниченные функциональные возможности, поскольку конструкция блоковой системы корпуса не обеспечивает свободный доступ ко всему ремонтируемому участку трубопровода.
Задача, решаемая изобретением, заключается в обеспечении качественного и экологичного ремонта трубопровода в значительно обводненной местности, без подъема трубы над зеркалом воды.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и надежности работ по ремонту трубопровода, а также упрощение конструкции кессона для выполнения ремонтных работ.
Поставленная задача решается и технический результат достигается способом ремонта трубопровода в обводненной местности, при котором ремонтную колонну как минимум из четырех кессонов размещают вдоль нитки трубопровода, доставляют кессоны на место выборочного ремонта, монтируют последовательно первый, второй, третий и четвертый кессоны на трубу вверх дном посредством опорных роликов и фиксируют их на трубе ремнем, затем устанавливают кессоны в рабочее положение поворотом их посредством лебедки на 180°, откачивают насосом воду из шлюзов кессонов и рабочего пространства камер кессонов, после этого в первом кессоне производят очистку участка трубы от старой изоляции посредством машины локального ремонта, перемещают колонну кессонов вдоль трубы с обеспечением перекрытия участка трубы, обработанного в первом кессоне, повторяют очистку следующего участка трубы от старой изоляции в первом кессоне и одновременно во втором кессоне удаляют очаги коррозии, производят мелкий ремонт поверхности трубы и производят дефектоскопию участка трубы, перемещают далее колонну кессонов вдоль трубы, повторяют очистку следующего участка трубы от старой изоляции в первом кессоне и одновременно во втором кессоне удаляют очаги коррозии, производят мелкий ремонт поверхности трубы и производят дефектоскопию очередного очищенного участка трубы, перемещают далее колонну кессонов вдоль трубы, повторяют очистку очередного участка трубы от старой изоляции в первом кессоне, одновременно во втором кессоне удаляют очаги коррозии, производят мелкий ремонт поверхности трубы и производят дефектоскопию следующего участка трубы, также одновременно в третьем кессоне производят обдувку и сушку первого участка трубы и наносят на него защитное покрытие, перемещают далее колонну кессонов вдоль трубы и последовательно повторяют работы на участках трубы в первом, втором и третьем кессонах, при этом одновременно осуществляют в четвертом кессоне выходной контроль качества покрытия, производят двойную обдувку и сушку обработанного участка трубы, затем перемещают колонну кессонов и повторяют описанный цикл работ на следующем участке трубы в первом, втором, третьем и четвертом кессонах до устранения дефектов по всему трубопроводу, после чего производят демонтаж кессонов.
Согласно изобретению при обнаружении крупных дефектов во втором кессоне к дефектному участку трубы с двух сторон дополнительно монтируют два кессона, затем с помощью специального режущего оборудования дефектный участок трубы вырезают, а на концах вырезанного участка и трубопровода устанавливают заглушки, вырезанный участок трубы доставляют по воде при помощи плавучих средств на твердый грунт, где готовят новый идентичный отрезок трубы, который доставляют к месту ремонта трубопровода, где на вырезанном участке производят монтаж и сварку с предварительным удалением заглушек, затем на восстановленный участок трубы наносят защитное покрытие ручным способом или с использованием машины локального ремонта.
Согласно изобретению кессоны доставляют на место выборочного ремонта, находящееся в обводненной местности, по воде на специальных плавучих средствах.
Согласно изобретению предварительно каждый кессон из колонны монтируют на трубу в месте, где присутствует твердый грунт, затем к нему прикрепляют транспортировочную лебедку и волочением вдоль трубопровода доставляют кессоны на место выборочного ремонта.
Согласно изобретению поставленная задача достигается кессоном для ремонта трубопровода, включающим цельнометаллическую прямоугольную камеру с дном, двумя боковыми и двумя торцевыми стенками, на которых выполнены сквозные дугообразные проемы с радиусом дуги, соответствующим радиусу трубы, с обеспечением возможности прилегания камеры к наружной поверхности трубы, причем внутри камеры со стороны обеих торцевых стенок выполнены шлюзы для сбора и откачки воды и гидрозатворы, которые расположены по краю дугообразных проемов, а на стенках шлюзов установлены как минимум три опорных ролика для центрирования кессона на трубе, причем к боковым стенкам камеры прикреплены как минимум два ремня для фиксации кессона на трубе, а на торцевых стенках камеры установлены крепежные приспособления с возможностью сопряжения с транспортировочной лебедкой.
Технический результат изобретения достигается за счет создания локальных зон осушенной трубы, где становится возможным проводить все действия для ремонта, обеспечить легкий доступ к нижней поверхности трубы, что позволяет рабочему персоналу контролировать качество нанесенного покрытия по всему телу трубы. Цельнометаллическая конструкция исключает возможность попадания воды в рабочее пространство, что качественно влияет на свойства защитных покрытий. За счет собственной положительной плавучести трубы и жесткой фиксации при помощи ремня кессон остается на плаву, что также препятствует попаданию воды.
Использование данного кессона позволяет исключить затраты на сооружение котлована и уменьшить время проведения работ, не нарушая целостность природной зоны.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид кессона, на фиг. 2 - сечение кессона, на фиг. 3 - вид сверху на кессон.
Кессон (фиг. 1, 2, 3) включает цельнометаллическую прямоугольную камеру 1 с дном 2, двумя боковыми 3 и двумя торцевыми 4 стенками. На торцевых стенках 4 камеры выполнены сквозные дугообразные проемы 5 с радиусом дуги, соответствующим радиусу трубы 6, с обеспечением возможности прилегания камеры 1 к наружной поверхности трубы. Внутри камеры 1 со стороны обеих торцевых стенок 4 выполнены шлюзы 7 для сбора и откачки воды и гидрозатворы 8, которые расположены по краю дугообразных проемов 5. Приспособление для центрирования кессона на трубе выполнено в виде опорных роликов 9, закрепленных на стенках 10 шлюзов 7. К боковым стенкам 3 камеры прикреплен ремень 11 для фиксации кессона на трубе 6, а на торцевой стенке 4 камеры установлено крепежное приспособление 12 с возможностью сопряжения с транспортировочной лебедкой (не показано).
Способ реализуют следующим образом.
Ремонтную колонну кессонов размещают вдоль нитки трубопровода большого диаметра (1420 мм), доставляют кессоны на место выборочного ремонта, монтируют последовательно первый, второй, третий и четвертый кессоны на трубу 6 вверх дном 4 посредством опорных роликов 9 и фиксируют их на трубе ремнем 11, затем устанавливают кессоны в рабочее положение поворотом их посредством лебедки на 180°, откачивают насосом воду из шлюзов 8 кессонов и рабочего пространства камер 1 кессонов, после этого в первом кессоне производят очистку участка трубы от старой изоляции посредством машины локального ремонта, перемещают колонну кессонов вдоль трубы с обеспечением перекрытия участка трубы, обработанного в первом кессоне, повторяют очистку следующего участка трубы от старой изоляции в первом кессоне и одновременно во втором кессоне удаляют очаги коррозии, производят мелкий ремонт поверхности трубы и производят дефектоскопию участка трубы, перемещают далее колонну кессонов вдоль трубы, повторяют очистку следующего участка трубы от старой изоляции в первом кессоне и одновременно во втором кессоне удаляют очаги коррозии, производят мелкий ремонт поверхности трубы и производят дефектоскопию очередного очищенного участка трубы, перемещают далее колонну кессонов вдоль трубы, повторяют очистку очередного участка трубы от старой изоляции в первом кессоне, одновременно во втором кессоне удаляют очаги коррозии, производят мелкий ремонт поверхности трубы и производят дефектоскопию следующего участка трубы, также одновременно в третьем кессоне производят обдувку и сушку первого участка трубы и наносят на него защитное покрытие, перемещают далее колонну кессонов вдоль трубы и последовательно повторяют работы на участках трубы в первом, втором и третьем кессонах, при этом одновременно осуществляют в четвертом кессоне выходной контроль качества покрытия, производят двойную обдувку и сушку обработанного участка трубы, затем перемещают колонну кессонов и повторяют описанный цикл работ на следующем участке трубы в первом, втором, третьем и четвертом кессонах до устранения дефектов по всему трубопроводу, после чего производят демонтаж кессонов.
Необходимое оборудование для производства ремонта: лебедка для установки кессонов в рабочее положение, насос с дизельной станцией для откачки воды, машина локального ремонта, контейнер для сбора удаленной изоляции, сушильная и изоляционная машины, термоконтейнер для хранения изоляционной мастики, дефектоскоп, режущее, сварочное и другое оборудование необходимое для ремонта размещают на специальной барже или понтоне, которые при работе стыкуются с кессоном.
При обнаружении крупных дефектов во втором кессоне основная колонна кессонов продолжает свое движение вдоль трубы, а к дефектному участку трубы с двух сторон дополнительно монтируют два кессона, затем с помощью специального режущего оборудования дефектный участок трубы вырезают, а на концах вырезанного участка и трубопровода устанавливают заглушки, вырезанный участок трубы доставляют по воде при помощи плавучих средств на твердый грунт, где готовят новый идентичный отрезок трубы, который доставляют к месту ремонта трубопровода, где на вырезанном участке производят монтаж и сварку с предварительным удалением заглушек, затем на восстановленный участок трубы наносят защитное покрытие ручным способом или с использованием машины локального ремонта.
Кессоны доставляют на место выборочного ремонта двумя возможными способами.
В первом случае кессоны доставляют по воде на специальных плавучих средствах.
Во втором случае предварительно каждый кессон из колонны монтируют на трубу в месте, где присутствует твердый грунт, затем к нему прикрепляют транспортировочную лебедку и волочением вдоль трубопровода доставляют кессоны на место выборочного ремонта.
Таким образом предлагаемый способ ремонта трубопроводов большого диаметра, находящихся в обводненной местности, и кессон для его осуществления обеспечивают качественный и экологичный ремонт без подъема трубы над зеркалом воды за счет последовательного выполнения работ в нескольких кессонах, имеющих простую и надежную конструкцию.