CC BY
43Проблемы технического состояния действующих трубопроводных систем
Шлычков Дмитрий Иванович
кандидат технических наук, старший преподаватель, кафедры «Водоснабжение и водоотведение» ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет», stok-n@mail.ru
В настоящей статье рассматривается соотношение аналитических выводов о техническом состоянии действующих трубопроводных систем в зависимости от условий эксплуатации, с результатами непосредственных наблюдений за фактическим состоянием данных систем в реальных условиях. Указаны основные причины дестабилизации работы трубопроводов, в частности установлено, что действующие нормативы амортизации трубопроводных систем весьма усреднены и в недостаточной степени дифференцированы по областям применения, условиям эксплуатации, габаритам, агрессивности транспортируемой жидкости и внешней среды, а также, содержат крайне ограниченные данные о возможности применения инновационных материалов.
Кроме того, если характеристики изнашиваемости трубопроводных систем рассматривать через призму инновационных технологических решений, основанных на применении конструкций и материалов нового типа, обуславливающих возможность существенного повышения эффективности, то в сравнении с экономическим пределом технического износа, расчетный срок службы старых трубопроводов еще более сократиться, из чего следует вывод о целесообразности применения стальных трубопроводов исключительно с защитным внутренним покрытием, и только в случаях отсутствия альтернативы.
Ключевые слова: трубопроводная система, повреждаемость, надежность, эксплуатация трубопроводов, технический эффект, срок службы, эффективность использования, новые технические решения.
Введение. Проектирование любой трубопроводной системы вне зависимости от сферы ее применения учитывает необходимость придания ей технологической надежности, призванной обеспечить проектный уровень безотказной работы как всей трубопроводной системы в целом, так и составляющих ее элементов.
В частности, проектирование систем холодного и горячего водоснабжения закладывает расчетную вероятность безотказной работы участка трубопровода, с коэффициентом 0,8-0,9 [1]. В тоже время практическая эксплуатация таких трубопроводных систем показывает соответствие фактических значений вероятности безотказной работы расчетным показателям лишь в течение короткого срока эксплуатации и только для новых трубопроводов функционирующих не более 5 лет, да и то при условиях строгого соблюдения технологии укладки трубопроводов.
В зависимости от конструктивных решений и условий работы, действующие трубопроводные системы по факту имеют различную технологическую надежность, которая, как правило, кардинально отличается от проектных значений.
Необходимо отметить, что, повреждаемость трубопроводной системы характеризуется как отказами всей системы, так и локальными повреждениями отдельных ее элементов и (или) участков трубопроводов, не приводящих к отказу системы в целом, но которые необходимо своевременно ликвидировать, что, как правило, связано с проведением предварительного разрытия для обеспечения доступа к поврежденному участку.
Материалы и методы. Повреждения элементов трубопроводной системы, возникающие в процессе эксплуатации обусловлены совокупным воздействием внешних и внутренних факторов, схематически отображенных на рисунке 1, которые могут быть подразделены на три условные группы.
Первая группа факторов является следствием технологий, применяемых при производстве самих элементов трубопровода, и в первую очередь - труб. Для стальных элементов характерны такие производственные дефекты сечения тела трубы (элемента), как расслоения, закаты, трещины. Кроме того, в результате технологических нарушений в процессе сварки, либо из-за применения некачественных материалов могут возникать дефекты сварных швов, в значительной степени снижающие пластичность и повышающие хрупкость сварных соединений в случае переменных и ударных нагрузок, что в условиях низких температур особенно часто приводит к разрушениям конструкций в районе сварных швов.
В трубопроводах, выполненных из чугуна основным металлургическим дефектом, следует считать раковины, пористость, ужимины и спаи, которые не только приводят к снижению несущих характеристик, но и таят в себе риск возникновения мгновенных магистральных разрушений.
X X
о
го А с.
X
го т
о
м о м о
Вторая группа факторов обусловлена качеством строительно-монтажных работ и заключается в несовершенстве технологии укладки, либо в нарушении технологических требований, в т.ч. в части, качественного устройства оснований под трубопроводы [2]. Для чугунных трубопроводов это зачастую выражается в нарушениях заделки стыковых соединений, а также в просадке грунта под трубами. Для стальных конструкций нарушение технологии укладки приводит к перело-
мам труб и разрушению поперечных сварных соединений. Необходимо понимать, что существующие технологии монтажа и укладки трубопроводов, и особенно внутриквартальных сетей, когда работы вынужденно проводятся в стесненных условиях плотной городской застройки и интенсивных транспортных потоков, полностью устранить данную группу факторов не позволяют.
Рисунок 1. Технический эффект трубопроводной системы
о см о см
О Ш
т
X
<
т О X X
Третья группа факторов определяется уже условиями функционирования и эксплуатации трубопровода. Сюда необходимо отнести материал и диаметр труб, степень изношенности конструкции трубопровода, режим его работы, давление и напор в сети, агрессивность транспортируемой среды, динамические и гидродинамические нагрузки, инженерно-геологические условия, а также различные изменения окружающей среды, которые как правило, связаны с изменениями водного режима территории, в местах укладки трубопровода. В первую очередь это касается явного воздействия (подтопления) грунтовых вод, и скрытого влияния увлажнения грунта и заглубленных конструкций, обусловленного проникающими водами и влагой, концентрирующейся в процессе тепло-, и влагопереноса. Техногенные изменения также обусловлены агрессивностью среды и изменением прочностных характеристик, приводящих к деформациям строительных конструкций в результате больших сверхрасчетных и неравномерных осадок, набухания и др. [3].
Необходимо отметить, что повреждения заглубленных конструкций трубопроводов, в первую очередь стальных, в значительной степени обусловлены грунтовой коррозией, провоцируемой утечками из водоне-сущих трубопроводов. При этом повышение температуры грунта вследствие теплопотерь и утечек из теплотрасс также способствует активизации коррозионных процессов.
Как правило, основными причинами повреждений стальных трубопроводов являются именно почвенная коррозия и коррозия, возникающая вследствие воздействия блуждающих токов, наряду с влажностью грунтов.
В отличие от стальных трубопроводов, чугунные, железобетонные, асбестоцементные, керамические и пластмассовые трубопроводные конструкции обладают высокими антикоррозионными свойствами, однако проигрывают стальным конструкциям по характеристикам хрупкости, м как следствие основными факторами, приводящими к повреждению этих видов трубопроводов, являются гидродинамические свойства грунтов: осадка, набухание, неравномерные оползни, суффози-онно-карстовая усадка, и др.; при этом подобные нежелательные изменения физико-механических свойств грунтов наблюдаются именно в районах интенсивной застройки, в результате сопряженных с процессом строительства техногенных нагрузок.
Необходимо понимать, что в большинстве случаев провести четкое разделение «внешних» и «внутренних» причин отказа трубопровода как правило, бывает весьма затруднительно, поскольку многие «внутренние» повреждения могут в значительной степени являться следствием внешних воздействий. Например, аварийные ситуации на трубопроводах часто обусловлены одновременным коррозионным воздействием грунта и блуждающих токов, в совокупности с динамическими и статистическими нагрузками от городского транспорта, проседанием грунта и низким качеством строительно-монтажных работ. Ухудшение функционирования трубопроводов зачастую может быть вызвано и интенсивным образованием отложений на внутренней поверхности стенок снижающих пропускную способность конструкции и как следствие - приводящих к необходимости, повышения давления транспортируемой жидкости.
В большинстве случаев повреждения трубопроводов носят локальный характер и не вызывают полного прекращения подачи транспортируемой жидкости, осо-
бенно в случае водонесущих коммуникаций, однако в результате образующихся утечек снижается давление и итоговая доставка. При этом, если величина утечки относительно мала, то она долгое время может вовсе никак не проявляться, а ее обнаружение бывает весьма затруднительным, хотя по абсолютной величине подобная утечка может быть довольно значительной, вызывать постепенное подтопление территории и усиливать коррозионные процессы разрушения конструкции самого трубопровода.
В ряде случаев затопление подвалов или подтопление территории является единственным фактором, сигнализирующим о возникновении неисправности водопровода, что характерно для внутриквартальных трубопроводов, повреждаемость которых в несколько раз выше, чем общегородских.
Срок службы трубопровода непосредственно связан со степенью его повреждаемости. Снижение установленного нормативами срока службы, с одной стороны позволяет снизить непроизводительные затраты, обусловленные растущими показателями повреждаемости, но с другой - приводит к увеличению себестоимость эксплуатации трубопровода из-за роста амортизационных отчислений.
Принимая во внимание, что большая часть трубопроводов размещены под поверхностью земли, то при отсутствии систем автоматизации и диспетчеризации работы трубопроводных сетей, проведение профилактических и планово-предупредительных работ на практике не проводится [4].
Результаты. Анализ вышеизложенных данных позволяет сделать вывод, что предотвращение качественного перехода трубопроводной системы из критического состояния в катастрофическое возможно лишь путем оперативного решения вопросов технологической надежности и проведения работ по восстановлении и обновлению конструкций, что может быть решено путем установления сроков службы таких систем, исходя из реальных условий эксплуатации, а также благодаря применению ускоренной амортизации.
Очевидно, что несовершенство действующих, и фактически определяющих сроки службы трубопроводных систем, норм амортизационных отчислений, связано с недостаточным учетом фактических темпов нарастания износа трубопроводов. Установленные на сегодняшний день нормы амортизации трубопроводных систем носят усреднённый характер, и недостаточно дифференцированы по областям применения и условиям эксплуатации, диаметрам, степени агрессивности среды, а также содержат достаточно ограниченные данные по возможности использования новых материалов, что в совокупности приведенных факторов препятствует повышению эффективности эксплуатации трубопроводных систем, процессу их своевременной реконструкции и внедрению новых технологических их решений.
В таблице 1 представлены данные по нормативным срокам службы трубопроводных систем, исходя из разработанных норм амортизационных отчислений, действующих по настоящее время.
Отдельно необходимо отметить, что практика эксплуатации стальных трубопроводов холодного и горячего водоснабжения, особенно диаметром до 300 мм., свидетельствует об их низкой надежности, в результате чего возникает необходимость регулярных ремонт-
ных работ уже через 10-15 лет эксплуатации, вместо предусмотренных 20 лет.
Таблица 1
Область применения Материал труб Срок службы, лет
Сталь 20
Чугун 60
Водопровод Железобетон 30
Асбестоцемент 20
Полиэтилен 50
Сталь 20
Чугун 50
Канализация Железобетон 20
Керамика 40
Асбестоцемент 30
Полиэтилен 50
Сталь 40
Газопровод Чугун 60
Полиэтилен 50
Теплосеть в непро- Сталь 25
ходном канале
Теплосеть в коллек- Сталь 35
торе
Теплосеть (беска- Сталь 20
нальная прокладка)
Выводы.
1. В результате проведенного анализа имеющихся данных о техническом состоянии действующих трубопроводов установлены экономические последствия износа: возрастание расхода электроэнергии, увеличение затрат на проведение ремонтно-восстановительных работ, ухудшение качества транспортируемых жидкостей.
2. Процесс износа трубопроводов необходимо рассматривать с учетом технического прогресса в области проектирования и производства новых видов труб и защитных покрытий. При этом показатель относительной экономической эффективности использования старых трубопроводов понижается при неизменной эффективности новых.
Литература
1. Храменков С.В. / Стратегия модернизации водопроводной сети // -М.: ОАО «Издательство «Стройиз-дат», 2005. - 400 с.
2. Храменков С.В., Примин О.Г., Орлов В.А. / Реконструкция трубопроводных систем // АСВ.-2008.-215 с.
3. Орлов В.А. / Строительство и реконструкция инженерных сетей и сооружений // Академия.-2010.- 301 с.
4. Храменков С.В., Примин О.Г., Орлов В.А. / Бестраншейные методы восстановления трубопроводов //Прима-Пресс.-2002.-283 с.
5. Шевелев Ф.А., Шевелев А.Ф. / Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб // Стройиз-дат. - 1984. -117 с.
Problems of technical condition of existing pipeline systems Shlychkov D.I.
National Research Moscow State University of Civil Engineering This article considers the relationship of analytical conclusions on
the technical condition of existing pipeline systems depending
on operating conditions with the results of direct observations
on the actual condition of these systems in real conditions.
The main reasons for destabilization of pipelines operation are
X X О го А С.
X
го m
о
ю
2 О
м о
specified, in particular, it has been established that the current standards of depreciation of pipeline systems are very averaged and insufficiently differentiated by the fields of application, operating conditions, dimensions, aggressiveness of transported liquid and external environment, as well as contain very limited data on the possibility of using innovative materials.
In addition, if the wear characteristics of pipeline systems are considered through the prism of innovative technological solutions, Based on the use of new types of structures and materials, which make it possible to significantly increase efficiency, Compared to the economic limit of technical wear, the estimated service life of old pipelines will be further reduced, It follows that steel pipelines should be used exclusively with a protective inner cover, and only in the absence of an alternative.
Key words: pipeline system, damage, reliability, operation of pipelines, technical effect, service life, efficiency of use, new technical solutions.
References
1. Khramenkov S.V. / Strategy for the modernization of the water
supply network // -M.: Publishing House Stroyizdat OJSC, 2005. - 400 p.
2. Khramenkov S. V., Primin O. G., Orlov V. A. / Reconstruction of
pipeline systems / / DIA.-2008.-215 p.
3. Orlov V. A. / Construction and reconstruction of engineering
networks and structures / / Academy.-2010.- 301 p.
4. Khramenkov S. V., Primin O. G., Orlov V. A. / trenchless meth-
ods of restoring pipelines / / prima-Press.-2002.-283 p. 5.Shevelev F. A., Shevelev A. F. / Tables for hydraulic calculation of water pipes / / stroizdat. - 1984. -117 p.
o
CN O CN
O m m x
<
m o x
X
