Способ восстановления трубопровода
METHOD FOR PIPELINE RECONSTRUCTION

Изобретение относится к способам восстановления работоспособного состояния изношенных водопроводных трубопроводов, предпочтительно стальных, путем нанесения цементно-песчаных растворов (образующих при твердении покрытие) на внутреннюю поверхность труб, например, методом центробежного набрызга.
Известен способ нанесения защитного покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода, заключающийся в проталкивании через его полость защитной композиции, размещенной между эластичными разделителями (см. RU №2014908, МПК В05С 7/08, F16L 55/18, 1994 г.).
Недостатком этого способа является то, что он не может быть применен на достаточно протяженных участках трубопровода при использовании составов повышенной вязкости, таких как, например, бетонные растворы. Кроме того, затруднено регулирование толщины и равномерности слоя, наносимого этим методом из-за конструкции разделителей.
Известен также способ восстановления трубопровода, предусматривающий осмотр трубопровода, очистку его от коррозии и наслоений, нанесение грунтовочно-тампонажного слоя и формирование несуще-силового слоя (см. RU №2324103, МПК F16L 55/16, F16L 58/06, 2008 г.). Способ предусматривает теледиагностику трубопровода, очистку его от коррозии проталкиванием через его полость размещенной между эластичными снарядами воды и нанесение грунтовочно-тампонажного слоя проталкиванием через его полость размещенной между эластичным снарядом и шпатель-снарядом бетонной композиции, дополнительно в канале восстанавливаемого трубопровода, служащего одновременно опалубкой при формировании новой трубы, после нанесения грунтовочно-тампонажного слоя производят последовательное нанесение слоев, обеспечивающих функции несуще-силового слоя.
Недостатком этого способа является то, что он требует применения дорогостоящих бетонных (полимерных) композиций и обеспечивает бетонирование только изнутри трубы, при этом и грунтовочный и несуще-силовой и грунтовочно-тампонажный слои формируются в полости трубопровода, уменьшая его свободное сечение. Кроме того, уже на этапе очистки (промывки) трубопровода используется давления до 5 атм, а в процессе формирования несуще-силового слоя оно может доходить и до 10 атм, что вызовет разрушение изношенных участков.
Технической проблемой, на решение которой направлен заявленный способ, является обеспечение возможности восстановления неработоспособных трубопроводов при износе свыше 10%, при незначительном уменьшении их пропускной способности (площади поперечного сечения).
Техническим результатом, достижение которого обеспечивает совокупность заявленных признаков, является исключение разрушения стенок трубопровода при очистке и в процессе нанесения грунтовочно-тампонажного слоя.
Технический результат достигается тем, что способ восстановления трубопровода, предусматривающий осмотр трубопровода, очистку его от коррозии и наслоений, формирование несуще-силового слоя и нанесение грунтовочно-тампонажного слоя, отличается тем, что при выявлении в процессе осмотра на внутренней поверхности трубопровода участков с износом, большим 10%, на соответствующей им внешней поверхности, в первую очередь формируют наружный несуще-силовой слой, для чего снаружи трубы формируют бандаж, намоткой с натяжением по меньшей мере трех слоев ленты, выполненной из композитного волокна, например, стекловолокна или базальтоволокна, с пропиткой ее полимерным связующим, например, композицией на основе эпоксидной смолы, при этом процесс формирования на внутренней поверхности трубопровода грунтовочно-тампонажного слоя осуществляют через сутки после формирования несуще-силового слоя. Кроме того, толщину наружного несуще-силового слоя задают переменной с формированием на концах укрепляемого участка трубопровода утолщенных поясов в виде ребер жесткости. Кроме того, если участок внешней поверхности трубопровода, соответствующий его внутреннему участку с износом, большим 10%, является подземным, его освобождают от покрывающего грунта.
Сопоставительный анализ совокупности существенных признаков предлагаемого технического решения с совокупностью существенных признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
Совокупность признаков отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение заявленной задачи изобретения и достижение заявленного технического результата. При этом признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение комплекса следующих функциональных задач.
Признак, указывающий, что способ используют «при выявлении в процессе осмотра на внутренней поверхности трубопровода участков с износом, большим 10%» задают граничные условия, определяющие целесообразность использования способа.
Признак, указывающий, что при выявлении на внутренней поверхности трубопровода участков с износом, большим 10% «на соответствующей им внешней поверхности, в первую очередь формируют наружный несуще-силовой слой» исключает разрушение стенок трубопровода при очистке с помощью известных способов (пескоструйная или кавитационная очистка, очистные снаряды различной конструкции) и при центробежном набрызге цементно-песчаного раствора на внутреннюю поверхность трубопровода при вышеуказанной степени износа.
Признак, указывающий, что «снаружи трубы формируют бандаж» обеспечивает формирование наружного несуще-силового слоя.
Признаки, указывающие, что бандаж формируют «намоткой с натяжением, по меньшей мере трех слоев ленты, выполненной из композитного волокна», обеспечивают минимизацию расхода материалов и трудоемкости в процессе формирования наружного несуще-силового слоя, а его высокие прочностные характеристики позволяют сохранить целостность трубопровода в процессе нанесения грунтовочно-тампонажного слоя.
Признаки, указывающие, что слои ленты формируют, пропитывая «полимерным связующим», обеспечивают формирование на трубопроводе плотно прилегающего высокопрочного кожуха.
Признаки, указывающие, что «процесс формирования на внутренней поверхности трубопровода грунтовочно-тампонажного слоя осуществляют через сутки после формирования наружного несуще-силового слоя», обеспечивают набор бандажом необходимой прочности.
Признаки второго пункта формулы изобретения позволяют снизить расход материала на формирование наружного несуще-силового слоя и повысить его прочность на концевых участках.
Признаки третьего пункта формулы изобретения позволяют уменьшить объемы земляных работ при формировании наружного несуще-силового слоя.
На фиг. 1 показано сечение восстанавливаемого трубопровода на этапе формирования наружного несуще-силового слоя; на фиг. 2 показан вид сечения восстанавливаемого трубопровода на этапе очистки его внутреннего пространства; на фиг. 3 показан вид сечения восстанавливаемого трубопровода на этапе восстановления его внутреннего сечения; на фиг. 4 показано сечение восстановленного трубопровода.
На чертежах показаны трубопровод 1, наружный несуще-силовой слой 2, ребра жесткости 3, грунтовочно-тампонажный слой 4, облицовочная машина для центробежного набрызга раствора 5, камера 6, ее катки 7, сопла 8, передвижная тележка 9, емкость 10 для наносимого материала, напорно-подающий механизм 11, метательное устройство 12 с насадкой, контур внутренней поверхности 13 трубопровода 1 исходный.
Трубопровод 1 обеспечивает транспортировку жидкости (предпочтительно, морской воды, используемой для охлаждения технологического оборудования ТЭЦ), диаметр их сечения от 300 до 3000 мм, толщина стенок от 6 до 20 мм. Трубопровод может быть как подземным, так и надземным, его внутренняя поверхность имеет защитный слой цементно-песчаного раствора, защищающей от коррозии и биообрастания. Внешняя поверхность трубопровода, как правило, имеет заводское полимерное или лакокрасочное изоляционное покрытие.
Для осмотра внутренней поверхности трубопровода используют известное средство для телеметрического осмотра (теледиагностики) трубопровода, включающее самоходный управляемый дистанционно робот, снабженный двумя телекамерами (по меньшей мере одна из которых кругового обзора) и системами определения координат местонахождения робота, определения углов наклона участков трубопровода, бесконтактным толщиномером, трассо- и течеискателями. Он связан с пультом управления и средствами автономного питания для автономного снабжения электроэнергией (не показаны). Если позволяют размеры сечения трубопровода, то визуальный осмотр внутренней поверхности трубопровода производит инспектор.
Поскольку наружный несуще-силовой слой 2 должен исключить разрушение стенок трубопровода, при давлениях материала используемых в процессе формирования грунтовочно-тампонажного слоя на его внутренней поверхности, то в качестве наружного несуще-силового слоя 2 формируют бандаж, намоткой с натяжением по меньшей мере трех слоев ленты, выполненной из композитного волокна, например, стекловолокна или базальтоволокна, с пропиткой ее полимерным связующим, например эпоксидной смолой. При изготовлении ткани может быть использован ровинг (жгуты) низкомодульных волокон, например, полиэфирных (Ер=45000 МПа), стеклянных (Ер=55000 МПа) или базальтовых (Ер=75000 МПа), являющихся сравнительно недорогим и распространенным материалом.
В качестве связующего используют композицию, включающую эпоксидно-диановую смолу ЭД-20 (ГОСТ 10587-84) 80% от объема связующего, отвердитель полиэтиленполиамин ПЭПА (ГОСТ 2548-77) 15% от объема связующего и пластификатор дибутилфталат (ГОСТ 8728-88) 5% от объема связующего.
Для формирования грунтовочно-тампонажного слоя 4 используют цементно-песчаный раствор, например, содержащий следующие компоненты, мас.%: сульфатостойкий портландцемент марки 400 - 35,0-40,0%, песок фракции 0,1-1,5 мм - 38,0-43,0%, микрокремнезем М85 - 1,0-2,0%, суперпластификатор С-3 - 0,15-0,25%, подсмольная вода (жидкий продукт пиролиза каменных углей) - 10-12%, вода - остальное. Возможно использование полимерных растворов.
3
2
Для очистки трубопровода используют очистной снаряд известной конструкции, например, выполненный в виде камеры 6, опертой на катки 7, с возможностью поступательного перемещения по трубопроводу, при этом камера снабжена радиально ориентированными соплами 8, отклоненными в сторону, противоположную направлению движения снаряда. Она подключена гофрированным резиновым рукавом к насосу обеспечивающему подвод воды в нее под давлением р=2-5 атм, что и заставляет очистной снаряд двигаться и одновременно очищать внутреннюю поверхность трубопровода. Для подачи жидкости используют стандартный насос с производительностью 10-20 м/мин на 0,1 м сечения трубопровода.
Для облицовки внутренней поверхности трубопровода используют известную облицовочную машину для центробежного набрызга раствора 5, например, содержащую подвижную тележку 9 с тяговым механизмом (собственным двигателем или внешней тяговой лебедкой) и емкостью 10 для наносимого материала, напорно-подающий механизм 11 (дозирующий шнек с приводом) и метательное устройство 12 с насадкой.
Способ восстановления трубопровода осуществляется следующим образом.
Освобождают ремонтируемый трубопровод от жидкости, снимают запорную арматуру с начала и конца ремонтируемого участка для обеспечения возможности ввода в трубопровод средства для его телеметрического осмотра (теледиагностики). После вывода трубопровода из эксплуатации ожидают неделю для вымирания организмов обрастания (при отсутствии воды в трубопроводе).
Перед началом проведения восстановительных работ для определения фактического состояния трубопровода проводят его обследование, позволяющее определить в нем непреодолимые препятствия в виде неправильно произведенной врезки, посторонних предметов, отложений на стенках трубопровода, препятствующих перемещению машины для набрызга цементно-песчаного раствора 5, наличие сквозной коррозии и т.д. Для этого используют вышеупомянутое средство, которое передает изображение на пульт управления, записываемое на DVD. Кроме того, осуществляют замеры толщины стенок трубопровода и выявляют участки с износом стенок более 10%.
При выявлении таких участков фиксируют их местоположение, соотнося его с внешней стороной трубопровода. Если на внутренней поверхности трубопровода нет явных препятствий, осмотр заканчивают, средство для телеметрического осмотра извлекают из трубопровода, а в случае обнаружения препятствий проводят те или иные мероприятия по их устранению.
Если трубопровод находится в земле, то обнажают его участки, соответствующие местоположению участков с износом стенок более 10%, при этом длина таких участков на 2-3 м заходит за границы участков, выявленных на внутренней поверхности трубопровода, чтобы обеспечить проработку концевых зон наружного несуще-силового слоя 2. Если трубопровод не является подземным, стадия обнажения трубопровода работ отсутствует. При необходимости делают в трубопроводе технологические вырезы длиной от 2 до 4 м.
Затем приступают к формированию наружного несуще-силового слоя 2. Такую работу можно выполнять на нескольких участках трубопровода 1 одновременно. Процедура и средства механизации формирования наружного несуще-силового слоя 2 не отличаются от процедуры формирования защитного слоя намоткой соответствующего материала на магистральные газо- и нефтепроводы.
Целесообразно на концах формируемого участка наружного несуще-силового слоя 2 трубопровода 1 сформировать ребра жесткости 3. Далее (через сутки) приступают к очистке его внутренней поверхности (при этом несуще-силовой слой 2 успевает набрать необходимую прочность).
Для проведения очистки трубопровода 1, с одного его конца, в него вводят очистной снаряд (содержащий камеру 6, установленную на катки 7, снабженную соплами 8), который обеспечивает при подводе воды в него под давлением р=2-5 атм, движение вперед с одновременной очисткой внутренней поверхности трубопровода и срезанием отложений со стенок трубопровода, при этом вода смывает их и выносит наружу. Очистной снаряд проходит 100 м участка в течение 5 мин, в зависимости от давления подаваемой жидкости, после чего снаряд извлекают, а отработанную воду с продуктами очистки утилизируют. Тем самым, трубопровод оказывается подготовлен к формированию грунтовочно-тампонажного слоя 4.
В процессе нанесения грунтовочно-тампонажного слоя 4 в трубопровод 1 заводят облицовочную машину для центробежного набрызга раствора 5 у одного из его концов и перемещают ее подвижную тележку 9 по поверхности трубопровода ко второму концу, оставляя за ней готовый грунтовочно-тампонажный слой 4. При этом цементно-песчаный раствор, по мере его расхода, подают в емкость 10 для наносимого материала, после чего напорно-подающий механизм 11 обеспечивает ее подачу в метательное устройство 12 с насадкой, содержащей вращающиеся лопатки, которые набрасывают смесь на внутренние стенки трубопровода 1.
Необходимая толщина набрасываемого слоя, формируемого машиной, задана в рекомендациях норм (14-16 мм для труб диаметром 1420 мм), но может быть больше.
Набрызг можно осуществлять с переменной угловой скоростью частиц раствора от 15 до 40 м/с. При такой скорости летящие частицы, внедряясь в свеженабросанный предыдущий слой, уплотняют его и отскока не происходит.
Далее, оборудование, использованное для производства работ, извлекают, технологические вырезы заваривают и, если участок трубопровода является подземным, котлованы (траншеи) засыпают грунтом.
Далее все повторяется.