Применение полиэтиленовых труб пэ100 для бестраншейного ремонта напорных трубопроводов Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 628.147.29(571.63)

ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБ ПЭ100 ДЛЯ БЕСТРАНШЕЙНОГО РЕМОНТА НАПОРНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

© Л.Д. Терехов1, О.А. Продоус2, А.В. Федорчук3

Дальневосточный государственный университет путей сообщения, 680021, Россия, г. Хабаровск, ул. Серышева, 47. 2Компания «ИНКО»,

190031, Россия, г. Санкт-Петербург, а/я 438. 3ЗАО «Тихоокеанская строительная компания», 692506, Россия, г. Уссурийск, ул. Попова, 323а.

Рассмотрены варианты использования полиэтиленовых труб ПЭ100 для бестраншейного ремонта трубопроводов из различных материалов и сортамента по методу реновации «труба в трубу». Составлены таблицы и монограммы, позволяющие определять основные гидравлические параметры отремонтированного трубопровода: расход и потери напора. Ил. 2. Табл. 2. Библиогр. 5 назв.

Ключевые слова: полиэтиленовая труба; трубы из разных материалов; бестраншейный ремонт; метод реновации «труба в трубу»; пропускная способность; потери напора.

TRENCHLESS REPAIR OF PRESSURE PIPELINES WITH THE APPLICATION OF ПЭ100 POLYETHYLENE PIPES L.D. Terekhov, O.A Prodous, A.V. Fedorchuk

Far Eastern State University of Railway Engineering, 47 Seryshev St., Khabarovsk, 680021, Russia. 'INKO' Company,

St. Petersburg, POB 438, 190031, Russia. 'Pacific Construction Company' JSC, 323a Popov St., Ussuriysk, 692506, Russia.

The article deals with the application options of ПЭ100 polyethylene pipes for trenchless repair of the pipelines made of various materials and pipe schedules by the renovative 'Pipe in Pipe' method. To identify the main hydraulic parameters of the repaired pipeline - discharge and head loss - special tables and graphs have been built. 2 figures. 2 tables. 5 sources.

Key words: polyethylene pipe; pipes made of different materials; trenchless repair; Pipe in Pipe renovation method; flow capacity; head loss.

Наиболее распространенным способом бестраншейного ремонта старых трубопроводов является «релайнинг без разрушения» или «труба в трубу». Широкое применение этого способа обусловлено простотой проводимых работ, отсутствием затрат на дорогостоящее оборудование, а также возможностью использования распространенного материала - полиэтиленовых труб марки ПЭ 100 [2]. Полиэтилен 100 -полиэтилен 3-го поколения - отличается от предыдущих марок полиэтилена 2-го поколения высокими физико-механическими характеристиками, обладает повышенной надежностью и безопасностью благодаря улучшению параметров: минимальной длительной прочности, а также стойкости к медленному и быстрому растрескиванию. На выпуск ПЭ 100 ориентировано

большинство предприятий России и зарубежья.

Во многих литературных источниках говорится, что применение метода «труба в трубу» обеспечивает прохождение расчетных расходов - таких же, как и в ремонтируемом трубопроводе, за счет меньшего коэффициента шероховатости полиэтиленовых труб. Анализ, проведенный нами, показал, что это не совсем так.[1, 5].

Была проведена аналитическая работа, в которой сопоставлялись гидравлические характеристики бывших в употреблении стальных трубопроводов, которые необходимо ремонтировать, и характеристики полиэтиленовых трубопроводов. Целью работы является сравнительное определение пропускной способности и потерь напора полиэтиленовых труб разных

1Терехов Лев Дмитриевич, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой гидравлики и водоснабжения, тел.: 89145436790, e-mail: [email protected]

Terekhov Lev, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Hydraulics and Water Supply, tel.: 89145436790, e-mail: [email protected]

2Продоус Олег Александрович, доктор технических наук, профессор, генеральный директор, тел.: 89219672725, e-mail: [email protected]

Prodous Oleg, Doctor of technical sciences, Professor, CEO, tel.: 89219672725, e-mail: [email protected]

3Федорчук Алексей Викторович, старший инженер, тел.: 89020778852, e-mail: [email protected] Fedorchuk Aleksei, Senior Engineer, tel.: 89020778852, e-mail: [email protected]

диаметров, протягиваемых внутри заменяемого старого трубопровода.

При ремонте старого трубопровода необходимо стремиться к тому, чтобы протягиваемая полиэтиленовая труба имела максимально возможно больший диаметр. При этом необходимо учитывать два параметра: грат и зазор. Грат-бурт образуется при стыковом способе сварки полимерных труб (рис. 1). Его высота находится в пределах 0,2-3 мм. Во избежание повреждения полиэтиленовой трубы необходимо обеспечивать между внутренней поверхностью стальной трубы и верхней частью грата зазор в пределах 515 мм. Схема реновации трубопроводов методом «ре-лайнинг без разрушения» с указанием всех допусков приведена на рис.1.

Сортамент выпускаемых труб ПЭ 100 позволяет варьировать толщину стенки в зависимости от рабоче-

го давления ремонтируемого участка. В настоящее время выпускаются трубы, обеспечивающие работу с номинальным (рабочим) давлением РЫ 4; 5; 6,3; 8; 9,5; 10; 12,5; 20 кг/см2. Характерно, что наружный диаметр полиэтиленовых труб одного сортамента неизменный. Применение труб с более тонкой стенкой предназначено для малых давлений, но обеспечивает прохождение больших расходов, а также уменьшает стоимость материалов. При подборе полиэтиленовых труб очень важно определить диаметр, который можно протянуть внутри ремонтируемого участка. С этой целью нами был выполнен подбор максимально возможного диаметра полиэтиленового трубопровода марки ПЭ 100 (ГОСТ 18599-2001) при протяжке его в трубопроводы из различных материалов. Результаты подбора представлены в табл. 1.

Таблица 1

Значения максимально возможного диаметра полиэтиленового трубопровода марки ПЭ 100 _(ГОСТ 18599-2001) при протяжке в трубопроводы из различных материалов_

Ремонтируе мые

трубопроводы из различных материалов

03 го

рд рода воод

хо орп

пхро рпоб

о л

о

Ю СМ л СО

ыд

о о

£ о а

аз I—

» 8 аз ■ л

X

л сц

(О

о

ы

б у

р

аз «? 2 ^ X о

О.

(С о т

о

о р

из СМ со

Я> КЗ I

£ |_ со

ТО00

^О СП

б

I ш о 2 О

■ Е *

го 5 х _

* 3

о -О

? X

ио

а р

е

ю

см аз со 00 см 1— ; о

го О н а

аз о р9

о п а н 3 5

б Т

О О

а е 9

ы 5

ы 1

б нт ■—

у н е

р Т е м ы н

ВТ3, ВТ6, ВТ9

ВТ 12

аз .о аз 2 £ ^ & с*

о 1= т

бо па 8

8

_ ю О

ю а Р

О. X

х

о аз ш оз

е2 лТ э О 2 О л 1— ю " уе Тур ные

2 2

2 2

г и

<и "О

р

* I

г и

<и "О

р

* I

г и

<и "О

р

* I

г и

<и "О

р

* I

г и

<и "О

р

* I

г и

<и "О

р

* I

г и

<и "О

р

* I

г и

аз "О

р

100

105

90

115

90

103

90/ 75

100

75

100

75

125

131

110

134

125

128,2

110

119

90

123

110*

150

156

125

159

140

153,4

125

143

125

141

125

135

110

147

125

175

171

140

х

200

210

180

203,6

160

193

160

189

160

181

160

195

160

250

261

225

254

225

241

200

235

200

226

200

243

200

232

200

300

311

280

304,4

250

290

250

279

250

270

225

291

250

294

250

350

363

315

352,4

315

339

280

322

280

312

280

338

280

400

414

355

401,4

355

389

355

368

315

356

315

386

315

394

355

450

466

400

450,6

400

439

355

500

516

450

500,8

450

489

400

456

400

441

400

482

400

490

400

550

х

550

500

600

616

560

600,2

500

588

500

590

500

700

706

630

699,4

630

800

804

710

799,8

710

900

904

800

899,2

800

1000

1004

900

998,4

900

1200

1202

1000

1199, 2

1000

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

Рис.1. Схема реновации трубопровода способом "труба в трубу"

Порядок пользования таблицей следующий. Допустим, необходимо произвести реновацию изношенного участка чугунного трубопровода с условным проходом с1 500 мм. Для этого в первом столбце находим соответствующий условный проход - С 500. В верхней части таблицы находим соответствующий материал -«Трубы чугунные напорные» (столбцы 6, 7). На пересечении полученных строк и столбцов получаем внутренний диаметр изношенной чугунной трубы Свн -500,8 мм и максимально-возможный внешний диаметр полиэтиленовой трубы С пэтах. - 450 мм. Таким образом, определяется, что в чугунную напорную трубу с условным проходом С 500 можно протянуть полиэтиленовую трубу с максимальным диаметром й 450 мм.

С учетом различных условий реновации для гибкого подбора протягиваемых полиэтиленовых труб ПЭ 100 в ремонтируемые трубопроводы из различных материалов разработаны специальные таблицы. С помощью таблиц можно определить не только максимально возможный диаметр полиэтиленовой трубы и соответствующие этому диаметру основные гидравлические параметры (скорость, расход и потери напора), но и диаметры двух ближайших сортаментов.

Для примера в табл. 2 рассмотрен подбор полиэтиленовых труб ПЭ 100 в ремонтируемые участки стальных трубопроводов. Таблица составлена таким образом, что можно определить потери напора в новых замененных трубах ПЭ 100 при пропуске по ним тех же расходов, что были в старых трубопроводах до ремонта.

В первом столбце табл. 2 указаны диаметры ремонтируемого стального трубопровода и его проектные гидравлические характеристики: минимальный Qэк мин. в л/с и максимальный Qэк макс. в л/с экономически наивыгоднейшие расходы; диапазон скоростей V в м/с для этих расходов, а также соответствующие значения гидравлического уклона 1000i в мм/м [4].

Во втором столбце указаны ближайшие возмож-

ные диаметры полиэтиленовых трубопроводов, с помощью которых можно провести реновацию.

Далее последовательно указаны полиэтиленовые трубопроводы различных серий Б, имеющих различную толщину и рассчитанные на работу при более высоком давлении. При сопоставлении диаметра и серии полиэтиленовых трубопроводов получаем значение гидравлических характеристик, которые будут обуславливать работу трубопровода после проведения реновации. Гидравлические характеристики были рассчитаны с применением таблиц гидравлического расчета труб напорных из полиэтилена [3].

В 3, 4 и 5 столбцах указаны гидравлические параметры, с которыми будет работать данный полиэтиленовый трубопровод после реновации. Например: для оценки эффективности замены старого стального трубопровода диаметром 100 мм на полиэтиленовый ПЭ 100 диаметром 90 мм получается следующее. Диапазон пропускаемых расходов одинаковый - 8.2+11.7 л/с, потери напора для стального трубопровода составляли на 1 км 12.3+ 24.1 м, для полиэтиленового -соответственно 24.3 +45.5 м. Таким образом, в замененном трубопроводе при пропуске тех же расходов потери напора увеличатся почти в два раза. Если сортамент полиэтиленовых труб уменьшить до 75 мм, то диапазон потерь напора составит 61.13+114.62 м, т.е. потери возрастут более чем в четыре раза.

При реновации трубопроводов больших диаметров увеличение потерь напора значительно меньше. Так, при замене стальной трубы диаметром 200 мм на ПЭ 100 диаметром 180 мм (см. табл. 2) потери напора возрастают с 5.88+17.4 мм/м до 6.77+19.53 мм/м, т.е. примерно на 20%.

Для удобства подбора соответствующего диаметра и серии полиэтиленовых труб были составлены графики гидравлических характеристик для каждого диаметра ремонтируемого трубопровода из различных материалов.

Таблица 2

Гидравлические характеристики полиэтиленовых труб РЫ 4-8 для бестраншейного _ремонта стальных трубопроводов_

Трубы стальные водогазо-проводные ГОСТ 3262-75 Трубы напорные из полиэтилена ГОСТ 18599 - 2001

Условный проход ремонтируемого трубопровода Номинальный наружный диаметр dн БОК 41 Б 20 РМ 4 БОК 33 Б 16 РМ 5 БОК 26 Б 12,5 РМ 6,3 БОК 21 Б 10 РМ 8

Qэк, л/с V, м/с 10001, мм/м Qэк, л/с V, м/с 10001, мм/м Qэк, л/с V, м/с 10001, мм/м Qэк, л/с V, м/с 10001, мм/м

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

100 90 8,2 1,43 24,3 8,2 1,46 26 8,2 1,52 28,32 8,2 1,57 31,16

11,7 2 45,5 11,75 2,05 48,7 11,75 2,12 52,94 11,75 2,21 58,29

Qэк мин=8,2 75 8,2 2,07 61,134 8,2 2,1 63,75 8,2 2,18 69,4 8,2 2,27 76,77

Qэк макс=11,75 11,7 2,9 114,62 11,75 2,99 119,54 11,75 2,26 130,17 11,75 3,19 144,1

0,8-1,15 63 х х х 8,2 3 152,75 8,2 3,1 166,25 8,2 3,21 181,2

10001 = 12,3-24,1 х х х 8,8 3,22 174,23 8,5 3,22 177,77 х х х

125 110 12 1,39 18,3 12 1,4353 19,578 12 1,4809 21,142 12 1,54 23,547

16,5 1,86 31,197 16,5 1,97 35,301 16,5 2,0362 38,131 16,5 2,12 42,48

Qэк мин=12,0 90 12 2,08 49,199 12 2,146 52,751 12 2,219 57,295 12 2,30 63,08

Qэк макс=16,5 16,5 2,87 88,98 16,5 2,9507 95,425 16,5 3,0511 103,67 16,5 3,17 114,17

0,8-1,15 75 12 3,03 124,08 12 3,0844 129,41 12 3,1923 140,93 12 3,32 155,96

10001 = 12,3-24,1 13 3,2852 144,07 12,5 3,2129 139,66 12,5 3,3253 152,09 х х х

150 125 17 1,57 19,668 17 1,5766 19,927 17 1,6262 21,506 17 1,69 23,852

21,5 1,94 28,81 21,5 1,9939 30,804 21,5 2,0566 33,25 21,5 2,14 36,887

Qэк мин=17 110 17 2,03 36,843 17 2,0334 37,313 17 2,0979 40,306 17 2,19 44,908

Qэк макс=21,5 21,5 2,50 54,038 21,5 2,5716 57,764 21,5 2,6533 62,408 21,5 2,77 69,551

0,87-1,1 90 17 3,04 99,308 17 3,0401 100,89 17 3,1436 109,62 17 3,26 120,72

10001 = 9,29-14,4 18,5 3,21 110,17 18 3,219 112,26 17,5 3,236 115,72 х х х

175 140 17,5 1,26 11,286 17,5 1,2912 11,977 17,5 1,3335 13,014 17,5 1,39 14,382

25,5 1,83 22,66 25,5 1,8814 24,055 25,5 1,946 26,145 25,5 2,02 28,904

Qэк мин=17,5 125 17,5 1,57 19,668 17,5 1,623 21,026 17,5 1,674 22,692 17,5 1,74 25,169

Qэк макс=25,5 25,5 2,30 39,573 25,5 2,3649 42,317 25,5 2,4393 45,683 25,5 2,54 50,688

0,85-1,12 110 17,5 2,03 36,843 17,5 2,0932 39,377 17,5 2,1596 42,537 17,5 2,25 47,395

10001 = 7,24-15,5 25,5 2,96 74,303 25,5 3,0501 79,434 25,5 3,1469 85,831 25,5 3,28 95,673

200 180 26 1,13 6,7795 26 1,1597 7,2242 26 1,1991 7,8421 26 1,24 8,6806

46 1,99 19,533 46 2,0517 20,822 46 2,1214 22,613 46 2,21 25,044

Qэк мин=26 160 26 1,43 12,167 26 1,4681 12,902 26 1,5203 14,06 26 1,58 15,556

Qэк макс=46 46 2,53 35,166 46 2,5975 37,302 46 2,6898 40,669 46 2,80 45,022

0,81-1,15 140 26 1,87 23,493 26 1,9183 24,939 26 1,9842 27,106 26 2,06 29,968

10001 = 5,88-17,4 45 3,24 65,393 44 3,2463 66,574 42 3,2052 66,346 41 3,25 70,144

На рис. 2 представлен график для определения гидравлических характеристик труб напорных из полиэтилена при санации стального трубопровода диаметром 100 мм. Из графика видно, что при протягивании внутри старого стального трубопровода нового полиэтиленового потери напора значительно возрастают. Так, при расходе 10 л/с для стального трубопровода диаметром 100 мм потери напора составляют 18 м на

километр длины, после реновации в полиэтиленовом трубопроводе диаметром 90 мм с РК116 для этого же расхода потери напора превысят 74 м, т.е. увеличатся почти в четыре раза.

Таким образом, при реконструкции трубопроводов наряду с заменой труб необходимо одновременно решать задачи, связанные с увеличением мощности насосов для преодоления повышенных потерь напора.

- Полиэтиленовый трубопровод d 75

■. Полиэтиленовый —^ ~~ - Номинальное давление

трубопровод d 90 трубопровода PN в BAR

Рис. 2. График гидравлических характеристик труб напорных из полиэтилена, применяемых для бестраншейного ремонта стальных трубопроводов диаметром 100 мм

При разработке проектов реновации способом «труба в трубу» необходимо проводить комплексную гидравлическую оценку ремонтируемого трубопровода: определияь расходы, потери напора, прогнозировать расходы на перспективу развития рассматриваемого участка и только после этого по гидравлическим параметрам выполнять подбор соответствующего диаметра полиэтиленового трубопровода.

Используя разработанные таблицы и графики, можно без дополнительных расчетов подобрать необходимый диаметр полиэтиленовой трубы, выбрать нужную трубную серию, определить гидравлические параметры, с которыми будет работать трубопровод после реновации, и, ориентируясь на них, скорректировать параметры напора.

Статья поступила 9.12.2013 г.

1. Воловник Г.И., Терехов Л.Д., Сошников Е.В. Техническая эксплуатация коммунальных систем водоснабжения и водоотведения: учеб. пособие в двух частях. Хабаровск: ДВГУПС, 2007. Ч.1. 210 с.

2. Продоус О.А. Рекомендации по выбору способа и подбору технологического оборудования для бестраншейного ремонта инженерных сетей. СПб.: НИИ АКХ им. К.Д. Памфилова, 2004. 51 с.

3. Продоус О.А. Таблицы для гидравлического расчета

ский список

напорных полиэтиленовых труб. СПб.: Изд-во «Диалог», 2008.

4. Шевелев Ф.А., Шевелев А.Ф. Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб: справочное пособие. М.: Стройиздат, 1985.

5. Храменков С.В., Примин О.Г., Орлов В.А. Бестраншейные методы восстановления водопроводных и водоотводя-щих сетей: учеб. пособие для вузов. М.: ТИМР, 2000. 179 с.