Технологии при ремонте трубопроводов

Технология ремонта трубопроводов без вскрытия грунта

Главная страница » Технология ремонта трубопроводов без вскрытия грунта

Интересный метод восстановления повреждённых труб (канализации, ливневых стоков и других) был придуман в 70-80 годах 20 века инженерами Европы, Японии, Америки. Технология ремонта носит название «CIPP — Cured-in-place pipe», что в близком переводе означает – «ремонт труб на месте». Техника восстановления канализационных и других труб на месте без вскрытия грунта действительно видится уникальной методикой. Однако этот метод представляется достаточно опасным для здоровья людей и окружающей среды. Возможно, поэтому технология Cured-in-place pipe – ремонт трубопроводов на месте, не нашла широкого применения в России.

Что такое Cured-in-place pipe (CIPP)

Реабилитация, восстановление, вулканизация повреждённых сетевых трубопроводов разного назначения – это метод, который всегда рассматривался в Европе и США одним из практичных, наиболее эффективных, популярных.

Ремонт трубопровода промышленных стоков при помощи простой, но эффективной технологии горячей вулканизации труб непосредственно на месте

Так называемая бестраншейная технология ремонта магистральных трубопроводов по сей день успешно применяется на Западе для реконструкции повреждённых рукавов диаметром 0,1 – 2,8 м. Чаще всего методика восстановления повреждённых участков используется:

• на водопроводных магистралях,
• в системах ливневой канализации,
• на газовых магистралях,
• на трубопроводах химического назначения.

Система реконструкции труб без вскрытия асфальта, плитки, брусчатки, поддерживает несколько вариантов организации работ. Технология обеспечивает получение на ремонтном участке трубных стенок разной толщины в зависимости от конкретных потребностей.

Но вместе с тем, методика вулканизации — Cured-in-place pipe предъявляет определённый набор требований, которые необходимо соблюдать в процессе исполнения работ.

Технологический принцип ремонта труб по CIPP

Главным рабочим элементом методики CIPP выступает трубчатая вставка (вкладыш). Этот элемент делается на основе различных материалов:

Основное требование к материалу вкладыша – он должен иметь пористую структуру, способную пропитываться эпоксидной (полиэфирной) смолой.

Вот так — простым внедрением вкладыша на участке повреждённого трубопровода, выполняется полная реконструкция повреждённой структуры. Сохраняются все свойства и технические параметры

Такой вкладыш, предварительно пропитанный эпоксидной смолой, внедряется внутрь поврежденной трубы. Процесс внедрения обычно выполняется через верхнюю точку доступа (сервисный люк или раскопанный участок грунта незначительной площади).

Работа с трубчатой вставкой

Подвижка трубчатой вставки (вкладыша) осуществляется за счёт давления воздухом или водой, взятых от внешних источников (сосудов, компрессоров).

Процесс отверждения эпоксидной (полиэфирной) смолы активируется горячей водой, паром или ультрафиолетовым излучением. Так образуется герметичная, бесшовная, коррозионно-стойкая ремонтная вставка.

На трубах больших диаметров повреждённые стенки восстанавливаются изнутри с помощью роботизированных устройств. Иногда работы ведутся ручным способом.

Меньшие диаметры труб (до 100 мм) можно обрабатывать дистанционно, при помощи небольших приспособлений для восстановления, предназначенных под трубопроводы малого диаметра.

Схема ремонта по технологии cipp: 1 — воздушный компрессор; 2 — паровой котёл; 3 — инверсионный барабан; 4 — поток пара и воздуха

Технический люк, вырезанный для производства работ, запечатывается материалами, специально разработанными под технологию CIPP.

Вулканизационная химия для ремонта труб

Как правило, в качестве вулканизационной химии используются два вида пропитывающих составов:

1. Полиэфирные смолы (для восстановления магистральных трубопроводов).
2. Эпоксидные смолы (под ремонт отводных участков централизованных линий).

Поскольку все виды смол обладают (в той или иной степени) свойствами усадки, их достаточно сложно применять в системах канализации. Канализационные сети обычно имеют значительные жировые, масляные отложения на стенках внутри труб.

За счёт такой смазки, между вкладкой CIPP и корпусом ремонтной трубы неизбежно образуется кольцевое пространство. В таких случаях применяются дополнительные меры, что несколько усложняет ремонтный процесс.

Герметизация кольцевого пространства и проверка

Вообще-то кольцевое пространство образуется в любом случае применения технологии вулканизации труб на месте (Cured-in-place pipe). Просто в разных условиях каждой отдельной инсталляции образуется кольцевое пространство разного объёма.

Вид ремонтного трубопровода на срезе: 1 — надувной пузырь; 2 — существующий трубопровод; 3 — материал внутренней облицовки

Имеется несколько путей герметизации кольцевого пространства:

• использование гидрофильных материалов,
• футеровка места соединения прокладками,
• точечное уплотнение по срезам главной трубы и по боковинам.

Традиционно ремонтируемые участки труб проверялись на степень проницаемости закрытыми камерами внутреннего видео-наблюдения (CCTV).

Однако в настоящее время рекомендуются для проверки более совершенные устройства – фокусируемые электроды утечки (FELL).

Преимущественные стороны CIPP технологии

Главное преимущество бестраншейной технологии ремонта трубопроводов – здесь, как правило, не требуется вести раскопки, чтобы добраться до повреждённого участка.

Правда, иногда конструктивные особенности магистралей заставляют выполнять раскопки (не более 1,5 м в диаметре). Но чаще ремонтная гильза внедряется через сервисный люк либо иную точку доступа.

Большинство случаев производства работ по горячей вулканизации на системах канализации и ливнёвки позволяют выполнять все необходимые действия через сервисные люки

Ремонтный вкладыш протягивается непосредственно к месту ремонта сразу после смачивания смолой. Ремонт боковых соединений канализационных линий также возможен без раскопок.

Исполнение работ по реконструкции боковых линий осуществляется с помощью дистанционного управляемого устройства. Таким устройством сверлится отверстие в прокладке, в точке бокового соединения.

Горячая вулканизация трубопроводов по технологии CIPP (Cured-in-place pipe) в конечном итоге даёт результат в виде гладкого ровного интерьера, без формирования швов.

Наконец, метод позволяет ремонтировать участки трубопроводов, уложенных изгибами. Поэтому способ ремонта с малыми организационными издержками остаётся пока что самым эффективным из всех существующих.

Недостатки вулканизации труб на месте

За исключением широко распространенных размерных шаблонов, трубчатые вкладыши обычно изготавливаются специально под каждый новый ремонт. Применение CIPP требует организации обходного потока для ремонтного участка на время инсталляции вкладыша.

Отверждение смол может занимать по времени 1 — 30 часов, в зависимости от диаметра трубы и применяемой техники отверждения (пар, вода, ультрафиолет).

Внутренняя область трубопровода должна быть полностью свободна от препятствий. Окончательный результат горячей вулканизации тру тщательно проверяется.

Примерно так выглядит результат проверки выполненной работы по восстановлению, полученный с помощью видеокамеры. Здесь проверка показала безупречное качество

Стоимость применения технологии Cured-in-place pipe, примерно, сопоставима ​​с аналогичными методами:

• торкрет-бетон (shotcrete),
• термоформованная труба (thermoformed pipe),
• закрытый трубный фитинг (close-fit pipe),
• спиральная труба (spiral wound pipe).

Одним из выраженных недостатков технологии горячей вулканизации видится остаток химических веществ, используемых в процессе реакции, необходимой для восстановления труб. Эти химические вещества опасны для здоровья и окружающей среды.

Материал, традиционно применяемый под изготовление гильзы для стандартного размера диаметра труб — это обычно войлок. Сделанная из войлока гильза с трудом проходит трубные изгибы, морщинится, нередко застревает в области скруглённых углов.

После завершения работ требуется чистка внутренней области ремонтного участка методом гидроструйной обработки под высоким давлением.

Видео пример использования технологии ремонта

Видеороликом ниже демонстрируется технология описанного ремонта. Визуальный модельный просмотр позволяет более чётко понять принципиальный подход к решению задачи, прежде чем эта задача будет реализована на практике:

Источник

Существующие методы ремонта трубопроводов

Анализ публикаций и патентный поиск по способам ремонта поврежденных магистральных и распределительных трубопро­водов позволил все существующие способы укрупненно разде­лить по технологическим признакам и применяемому оборудова­нию на следующие четыре группы:

1. Способы ремонта, связанные с полной заменой дефектного участка трубопровода новым трубопроводом.
2. Способы ремонта, которые предусматривают герметизацию поврежденного участка трубы снаружи.
3. Способы ремонта, в которых герметизация осуществляется изнутри трубопровода.
4. Способы ремонта по так называемому типу «труба в тру­бе», в которых в поврежденный участок трубопровода вставля­ется новая труба меньшего диаметра.

Первая группа способов ремонта является до настоящего времени традиционной технологией. Учитывая, что ремонт, свя­занный с заменой поврежденного участка новой трубой, доста­точно дорогой, его целесообразность вытекает из наличия круп­ных дефектов трубопровода, или его полного износа. Рассмат­риваемые способы проще реализуются для открытых трубопро­водов. Здесь основной трудностью является отсечение продукта перекачки на дефектном участке и удаление его остатков из зон сварки. В случаях подземных трубопроводов в основном требуется полное вскрытие поврежденного участка, что значительно увеличивает трудоемкость способов, особенно в труднодоступ­ных местах.

Существуют технологии замены дефектного участка трубо­провода новым трубопроводом без вскрытия. Суть этих техноло­гий заключается в том, что старая труба разрушается с помощью специальных приспособлений, и ее измельченные сегменты либо удаляются, либо вдавливаются в грунт коническим расширите­лем, освобождая тем самым проход для укладывания новой трубы. Разрушение изношенных труб производят двумя способа­ми — динамическим и статическим. Динамический способ осу­ществляется с помощью пневмопробойника, перемещающегося внутри старого трубопровода. 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 оборудование для бестраншейного ремонта и замены трубопроводов изготавливается более чем двад­цатью зарубежными фирмами. В России серийного изготовле­ния такого оборудования нет. На Одесском заводе строительно­-отделочных машин изготавливают комплексы типа МПС-01, МПС-01-01 для замены труб диаметром 150-250 мм.

Как можно заметить, данные технологии достаточно сложны они требуют сложных и дорогих механизмов для разрушения старой трубы и приспособлений для их проталкивания. Дефект­ный участок трубопровода должен быть ветхим для его полного и беспрепятственного удаления и, кроме того, не очень искрив­ленным и протяженным.

При ремонте подводных трубопроводов трудоемкость рас­сматриваемых способов, относящихся к первой группе, еще бо­лее возрастает, что связано не только с освобождением дефект­ного участка трубопровода от грунта, но и часто с его подъемом над уровнем воды.

Решить проблему массового ремонта магистральных трубо­проводов с коррозионными и другими повреждениями, ориенти­руясь только на технологию электродуговой сварки с заменой поврежденных участков в масштабах России за короткий срок практически невозможно и экономически не эффективно. Даже при наличии труб и финансовых средств на реконструкцию за­мена всех изношенных трубопроводов в стране займет десятки лет. К тому же, с точки зрения трудо- и материалоемкости, а также технологичности, использование электродуговой сварки не всегда целесообразно, поэтому она применима преимуще­ственно при реконструкции.

Несмотря на отмеченные недостатки, рассматриваемая техно­логия является вполне приемлемой и эффективной для экстрен­ного ремонта трубопроводов, у которых имеется доступ к по­врежденным участкам для их удаления и замены.

Для устранения локальных и незначительных коррозионных, эрозионных и других дефектов широкое распространение по­лучили способы восстановления трубопроводов снаружи. По сравнению с предыдущей группой эти способы являются менее дорогостоящими и требуют меньшего времени для их осуществления. Однако недостаток, связанный с вскрытием подземных трубопроводов остается. Герметизация снаружи может осуществляться различными методами в зависимости от диаметра трубопровода и материала, из которого он изготовлен, а также от состава и параметров транспортируемой среды.

Хорошо известны в качестве временной, но быстрой меры по ликвидации утечки жидкости или газа из металлических или пластмассовых труб методы с применением металлических хомутов, муфт, и других прижимных устройств. В качестве уплотнителя используют пластичные металлы, резиновые уплотнения, липкую синтетическую ленту, глиняный пластырь. При наличии мелких трещин ремонт может быть произведен с применением сварки (для газопроводов — с отключением подачи газа и со­блюдением соответствующих правил безопасности). В качестве заплаты могут быть применены полумуфты, которые между со­бой сваривают продольными швами, а с трубопроводом — коль­цевыми, или муфты со сквозными отверстиями для приварки к трубе. В некоторых случаях вокруг дефекта конструируется об­шивка и в полость между ней и трубопроводом нагнетается за­твердевающий полимерный материал. При этом роль муфты иг­рает термоусадочная лента.

Среди множества способов ремонта трубопроводов снаружи, относящихся по предложенной классификации ко 2-й группе, лидирующее место занял способ устранения дефектов по техно­логии «холодной» сварки с применением полимерных компо­зитных материалов. На основе результатов многолетних иссле­дований и полигонных испытаний ООО «Газнадзор» были опробованы различные материалы, определены эффективные технологии, разработаны конструкции с гарантийным сроком эксплуатации до 20 лет для ремонта трубопроводов и оборудования нефтяной и газовой промышленности методом «холодной» сварки. Совместно со специализированными институтами ООО «Газнадзор» разработал ведомственную руководящую докумен­тацию, которая была утверждена Газпромом и введена в дей­ствие с 1 октября 2000 года. В соответствии с технологической картой ремонта проводится подготовка поверхности участка тру­бы с дефектом, восстанавливается геометрия трубы с использо­ванием полимерного композитного материала (ПКМ). Затем на него с помощью ПКМ-адгезива накладывается стекло-полимер- ная композиционная лента (СПКЛ), имеющая память диаметра трубы и прочностные свойства боле высокие, чем у металла. Установка и закрепление ленты осуществляется на газопроводе только при снижении давления не менее чем на 30 % от рабочего и без прекращения эксплуатации газопровода. Снижение давле­ния регламентируется нормативно-техническими требованиями в целях обеспечения безопасности ремонта, а также для включе­ния в работу ремонтной конструкции. Для достижения необхо­димой адгезии, уложенная на дефект СПКЛ с помощью шабло­на, соответствующего кривизне наружной поверхности трубы, закрепляется различными прижимными приспособлениями, обе­спечивающими необходимое усилие.

Описанные способы относятся к открытым способам, которые в случаях ремонта сетевых газопроводов в городах, населенных пунктах или вблизи них требуют вскрытия дорожного полотна, газонов, сноса зеленых насаждений, закрытия городских маги­стралей, с последующей рекультивацией и восстановлением нарушенного благоустройства. Как следствие, возникает нару­шение привычного ритма жизни в районах, прилегающих к ме­сту производства работ. Таким образом, рассмотренная группа способов ремонта из-за значительных затрат является неэконо­мичной.

Способы ремонта трубопроводов изнутри относятся к бес­траншейным. Герметизация может осуществляться разными ме­тодами. Известны устройства для ремонта, позволяющие вво­дить в восстанавливаемую трубу кольцевые облицовочные вкла­дыши, специальные втулки, уплотнители в виде гибкого пла­стыря, с нанесенным на его поверхность быстро затвердевающим составом с повышенной адгезионной способностью или в виде шлангообразной фольги.

Наибольшее количество способов в 3-й группе — это способы, в которых герметизация трубопровода производится путем нане­сения на его внутреннюю поверхность защитного восстанавли­вающего покрытия. Такое покрытие получают следующим обра­зом. После предварительной очистки и сушки в дефектный уча­сток трубопровода нагнетается затвердевающий материал, а за­тем через него протягивают формователь, который вытесняет излишки материала, а на внутренней поверхности трубы образу­ется со временем затвердевающий равномерный защитный слои этого материала. В ряде случаев материал защитного покрытия размещают на поверхности эластичной оболочки, которую вво­дят в поврежденную зону трубопровода и раздувают. Материал при этом прижимается к внутренней поверхности трубопровода. После отверждения материала эластичная оболочка удаляется.

В случаях ремонта рассматриваемыми способами трубопрово­дов больших диаметров предлагаются специальные устройства для нанесения покрытий на внутреннюю поверхность труб. Эти устройства содержат транспортный модуль, механизмы выдавливания полимерной наполнительной смеси, механизмы ее радиальной подачи и нанесения на внутреннюю поверхность, нагре­вательные элементы для полимеризации.

Несмотря на основное преимущество данных способов, за­ключающееся в ремонте без вскрытия трубопровода, они имеют следующие недостатки, ограничивающие их применение, осо­бенно при ремонте газопроводов, где требуются высокая надеж­ность и качество.

• Необходимость применения сложного оборудования.
• Необходимость попадания полимерного материала в нужное место и обеспечение полноценного и надежного контакта.
• Прочность полимерного защитного покрытия в случаях вы­сокого давления и существенных дефектов, а также большой изношенности трубы может оказаться недостаточной.
• Невозможность контроля качества ремонтных работ по хо­ду их выполнения.
• Невозможность качественного ремонта трубопроводов, про­ложенных в грунтах с повышенной влажностью, а также под­водных трубопроводов.

Способы ремонта трубопроводов по типу «труба в трубе» от­носятся к относительно дешевым и быстрым бестраншейным технологиям, и эти преимущества часто перевешивают их глав­ный недостаток — уменьшение проходного сечения трубопро­вода.

Использование металлических труб в качестве ремонтных из-за их большой изгибной жесткости возможно только в случаях, когда изношенный участок трубопровода является практически прямолинейным, а также имеется пространство для образования шахтных стволов необходимой длины для ввода ремонтных труб. В силу отмеченных ограничений ремонт с применением металлических труб выполняется преимущественно на трубопроводах большого диаметра. С увеличением длины ремонтируемо­го участка трубопровода, даже если он имеет небольшую кривизну, растет усилие, необходимое для протягивания ремонтных труб. С целью уменьшения этого усилия применяются центри­рующие направляющие роликовые элементы. Опорные элементы предлагается располагать на поверхности ремонтной трубы по винтовой линии, и при приложении осевого усилия к трубе ей обходимо придавать вращательное движение. В некоторых случаях для облегчения монтажа ремонтируемый участок трубопровода заполняется водой, а новая труба, поддерживаемая специальной плавучей трубой, или понтонами, вводится на плаву. После прокладки вода из трубопровода удаляется. В качестве тягового устройства обычно применяются лебедка и трос, протягиваемый через ремонтируемый трубопровод со второго вскры­того его конца. Вместо этого традиционного метода перемещения секций ремонтных труб можно осуществлять давлением, подава­емым во внутрь этих секций, передний конец которых временно закрывается заглушкой.

Применение пластмассовых, в частности, полиэтиленовых труб для ремонта рассматриваемым способом расширяет его возможности, так как такие трубы по сравнению с металличе­скими обладают большей гибкостью и меньшим весом, а значит позволяют ремонтировать более протяженные и имеющие доста­точно большую кривизну трубопроводы. Однако, если вопрос получения необходимой гибкости пластмассовой трубы решается за счет уменьшения толщины стенки, то возникают проблемы, связанные с потерей прочности как на истирание при протягива­нии в ремонтируемый трубопровод, так и прочности при нагру­жении внутренним давлением. В этом заключаются основные недостатки применения пластмассовых труб. Предотвратить ис­тирание ремонтной трубы о стенки изношенного, покрытого коррозией трубопровода невозможно, а для обеспечения прочно­сти при перекачке среды под давлением необходима дополни­тельная непростая технологическая операция по заполнению межтрубного пространства тампонажным материалом, например, пеноцементом.

Существуют так называемые «чулочные технологии» ремон­та, которые отнесены к 4-й группе, так как они связаны с протя­гиванием внутрь ремонтируемого трубопровода специальных рукавов, называемых иногда чулками. По результату, однако, эти способы близки к способам герметизации трубопроводов из­нутри различными полимерными составами.

В качестве чулка используют, например, синтетический рукав с нанесенным на его наружной поверхности клеем. После про­таскивания рукава его прижимают к внутренней стенке трубо­провода специальными раскатчиками или подачей внутрь дав­ления.

В других способах в качестве защитного покрытия предлага­ются комбинированные рукава из композитных материалов. Эти рукава вводятся в трубопровод. Затем непосредственно в них или во вспомогательный рукав подается под давлением подогре­тая газообразная или жидкая среда. Прижатый к внутренней поверхности трубы комбинированный рукав полимеризируется и образует герметичную защитную пленку. Вспомогательный ру­кав удаляется.

Достаточно близкой к «чулочной» является технология «U-лайнер», при которой внутрь предварительно очищенного ремонтируемого трубопровода протягивается U-образная (может быть и другой формы) в поперечном сечении пластиковая, чаще всего полиэтиленовая плеть с последующим ее распрямлением с помощью теплоносителя определенной температуры и образованием нового цельного пластикового трубопровода.

Преимущество, выделяющее «чулочные технологии» и технологии «U-лайнер» среди способов 4-й группы, заключается в том, что практически сохраняется проходное сечение трубопро­вода. но они не лишены недостатков, перечисленных в отноше­нии способов 3-й группы. Кроме того, добавляется еще один, уже указанный для пластмассовых труб, недостаток — возмож­ность повреждения рукава или пластмассовой трубы о стенки изношенного трубопровода при протягивании. И этот недостаток проявляется тем больше, чем больше кривизна дефектного участка трубопровода и чем больше его длина.

Заслуживают внимания способы ремонта криволинейных трубопроводов, в которых в качестве ремонтной трубы исполь­зуются гофрированные трубы. Гофрированные трубы или рука­ва имеют малую изгибную жесткость, поэтому их можно протя­гивать (проталкивать) в. дефектные участки сильно изогнутых трубопроводов, содержащих даже отводы и колена. Причина, ограничивающая применение гофрированных труб, та же, что для пластмассовых труб — их малая прочность. Здесь имеется в виду не только прочность на нагрузку от давления, но и контактная прочность, а также прочность на растяжение, необходимые при протягивании в ремонтируемую трубу. Этот недостаток устраня­ется путем их снабжения наружной проволочной оплеткой.

Описанные способы ремонта всех четырех групп, за исклю­чением способов ремонта 2-й группы, для незначительных по­вреждений требуют обязательной остановки перекачки транспор­тируемого продукта. В то же время существует достаточно много ситуаций, когда, не смотря на обнаруженный дефект или сквоз­ное повреждение трубопровода, остановка перекачки невозмож­на из-за возникновения значительных проблем технологического и социального характера (металлургическая, стекольная про­мышленность, нефтехимия, система охлаждения реакторов атом­ных электростанций, питание отопительных котельных в зимнее время и т.п.).

Существуют способы ремонта повреждений трубопроводов без остановки перекачки с использованием методов «холодной врезки» и монтажа байпасной линии.

Способ аварийного ремонта трубопровода без остановки перекачки включает два основных этапа (рисунок ниже):

1. Аварийное перекрытие поврежденного участка трубопро­вода.

Источник