CC BY
10Технико-экономическая оценка неструктурного восстановления трубопроводов систем водоснабжения в современных экономических условиях
да
о
см
о
О!
о ш т
X
3
<
т о х
X
Шлычков Дмитрий Иванович
кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Водоснабжения и водоотведе-ния», ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет», stok-n@mail.ru
В рамках реализации федерального проекта «Чистая вода РФ» на период до 2024 года предусматривается проведение мероприятий по строительству и реконструкции (модернизации) объектов питьевого водоснабжения и водоподготовки. В результате выполнения данных мероприятий предполагается повышение доли населения Российской Федерации (в том числе городского), обеспеченного качественной питьевой водой из систем централизованного водоснабжения. Особенности систем водоснабжения требуют уникального подхода, тщательной подготовки и анализа исходных данных, а также выполнения довольно сложных технических и экономических расчетов. Принимая во внимание, огромную протяженность трубопроводов систем водоснабжения в РФ (434 тыс. км), при этом 60 % трубопроводов исчерпали нормативный срок службы и 150 тыс. км водопроводных трубопроводов нуждаются в срочной замене. Решение поставленной задачи требует комплексного подхода к изучению гидравлических характеристик трубопроводов, внутренних защитных покрытий используемых при восстановлении трубопроводов систем водоснабжения и правильной оценки экономического эффекта после проведения запланированных мероприятий, в условиях ограниченного финансирования.
Ключевые слова: система водоснабжения, восстановление, качество питьевой воды, це-ментно-песчаное покрытие, потери напора, защитное покрытие, гидравлические характеристики, экономия средств.
Введение. Улучшение качества питьевого водоснабжения в России является на сегодняшний день наиболее актуальной темой общественной и политической жизни.
По данным Федеральной службы в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, опубликованными в Государственном докладе «О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Российской Федерации в 2017 году», доля населения Российской Федерации, обеспеченного качественной питьевой водой из систем централизованного водоснабжения составляет - 87,5%.
Таблица 1
Доля населения субъекта Российской Федерации, обеспеченного качественной питьевой водой из систем централизованного водоснабжения
Субъект Российской Федерации На дату 31.12.2017 Планируется к 2024 году
Центральный федеральный 86.4 % 91,4 %
округ
Северо-Западный феде- 76.7 % 85,5 %
ральный округ
Южный федеральный округ 87,6 % 92,5 %
Северо-Кавказский феде- 87,0 % 92,5 %
ральный округ
Приволжский федеральный 90,3 % 94,0 %
округ
Уральский федеральный 85,0 % 88,2 %
округ
Сибирский федеральный 81,0 % 88,4 %
округ
Дальневосточный феде- 76,9 % 86,4 %
ральный округ
В рамках реализации национального проекта «Экология» утвержденного президиумом Совета при Президенте Российской Федерации по стратегическому развитию и национальным проектам предусматривается реализация федерального проекта «Чистая вода» на период до 2024 года, основной задачей которого является повышение качества питьевой воды посредством проведения мероприятий по строительству и реконструкции (модернизации) объектов питьевого водоснабжения и водоподготовки с использованием перспективных технологий. При этом основная роль отводится разработке технологий водоподготовки и строительству очистных сооружений.
Принимая во внимание тот факт, что износ водопроводных сетей в различных регионах РФ достигает 85 %, ни о какой обеспеченности населения чистой питьевой водой в данном случае говорить не приходится. В процессе транспортировки воды потребителю по изношенным трубопроводам, наблюдается ухудшение ее качества по причине вторичного загрязнения и постоянный рост процента потерь воды, который по самым скромным подсчетам составляет от 23 % до 50 % от всего объема подаваемой воды в зависимости от региона.
Учитывая огромную протяженность трубопроводов, нуждающихся в замене и капиталоемкость этого проекта в условиях ограниченного финансирования, вопрос выбора вопрос выбора технологии замены, обновления и восстановления инженерных коммуникаций систем водоснабжения должен получить статус государственно значимой задачи.
Материалы и методы. В практике неструктурного восстановления трубопроводов систем водоснабжения, покрытых коррозионными обрастаниями, находят широкое применение цементно-песчаные покрытия, которые являются надежным барьером между транспортируемой жидкостью и окружающей трубопровод природной средой и обладают антикоррозионным свойством. Метод нанесения цементно-песчаных покрытий используется при любой глубине залегания труб (в грунте или непроходных каналах) и не зависит от типа грунтов, окружающих трубопровод. Он целесообразен прежде всего при таких видах повреждений как коррозионные обрастания, небольшие свищи и абразивный износ.
В состав оборудования по нанесению цемент-но-песчаного покрытия входит: облицовочная машина, лебедка с кабельным барабаном, устанавливаемым внутри трубопровода, тросовая лебедка, растворный узел, передвижная электростанция, вспомогательное оборудование.
Основная часть облицовочной машины - метательная или разбрызгивающая насадка - вращается со скоростью 1000 об./мин. Под действием центробежной силы раствор плотно пристает к внутренней предварительно очищенной поверхности восстанавливаемого трубопровода. На одной оси с насадкой в обратном направлении вращаются разглаживающие лопатки, насаженные на подпружиненные рычаги.
Раствор для облицовки приготавливается в специальном автосмесителе с автоматической дозировкой песка, вода и соответсвующих добавок. Кварцевый песок, обработанный прокаливанием должен иметь строго определенную крупность (максимальную 1 - мм, минимальную -0,125 мм в количестве не более 10%). Состав смеси 1:1 (цемент : песок), водоцементное отношение 0,35-0,40. Применяемые сорта цемента
преимущественно марки 500. Цементно-песчаный раствор должен иметь минимальную прочность через 28 дней, на сжатие - 64Н/ммм2, на изгиб -8Н/мм2. Толщина облицовки трубопроводов, выполненных из стали для диаметров от 150 до 1000 мм - от 3 до 6 мм с допуском +2,5 мм. Затвердевшее покрытие должно быть гладким, сплошным, не осыпаться и не иметь бороздок и волн размером более 1,5 мм.
Облицовочная машина, схема которой приведена на рис.1 управляется оператором, совершая челночные перемещения внутри трубопровода. Цементно-песчаный раствор, наносимый на поверхность трубы методом центробежного набрыз-га, из бункера машины шнеком подается в трубку с продольными щелями на конце и, выдавливаясь из них, попадает на лопатки быстро вращающего метателя , затем под действием центробежных сил отбрасывается к стенке трубопровода. Одновременно с помощью вращающихся подпружиненных лопаток нанесенный раствор заглаживается. Машина, загруженная раствором, самоход-но въезжает в трубопровод со скоростью 30 м/мин. Облицовка начинается при движении «на себя» с рабочей скоростью 1,4 - 1,8 м/мин.
Рис.1 Схема машины для облицовки внутренней поверхности труб методом центробежного набрызга. 1 - разглаживающее устройство, 2 - подающая труба с щелями, 3 - разбрызгивающая головка, 4 -раструб, 5 -бункер, 6 - привод разглаживающих лопаток, 7 - привод шнека, 8 - механизм рулевого управления, 9 - кресло водителя, 10 - пульт управления, 11 - механизм передвижения
Лебедка с кабельным барабаном устанавливается внутри трубопровода. Барабан имеет две скорости намотки: рабочую - 2 м/мин и транспортную - 35 м/мин. При помощи фрикционного обеспечивается синхронность скоростей передвижения облицовочной машины и намотки кабеля на лебедку. Управляет лебедкой оператор при помощи выносного пульта.
Растворный узел установлен на прицепе, дозирование составляющих цементно-песчаного раствора и их контроль осуществляется в полуавтоматическом режиме. Раствор подается в бункер облицовочной машины шнековым питателем или ленточным транспортёром. Дополнительное вспомогательное оборудование включает устройство по очистке трубопровода от строительного
X X
о
го А с.
X
го т
о
ю О
м о
а>
о
см
0
01
О Ш
т
X
3
<
т о х
X
мусора, откачки воды, резиновые шланги для промывки оборудования после окончания работ и другие сопутствующие приспособления.
Комплект оборудования питается от передвижной электростанции мощностью не менее 50 кВт.
На рис.2 показаны состояния трубопровода: до нанесения цементно-песчаного покрытия, после прочистки специальными скребками и после нанесения цементно-песчаного покрытия.
Результаты расчета потерь напора в стальных трубопроводах без внутреннего покрытия и в стальном трубопроводе с нанесенным цементно-песчаным покрытием представлены в табл.3. Из данных таблицы видно: потери напора в стальных трубопроводах с нанесенным на их внутреннюю поверхность цементно-песчаным покрытием значительно меньше, чем в стальных трубах без какого-либо внутреннего покрытия. Среднее значение снижения потерь напора в трубах с нанесенным цементно-песчаным покрытием составляет 28%.
Таблица 3
Расчетные гидравлические показатели для стальных трубопроводов без внутреннего покрытия и для стального трубопровода с нанесенным на внутреннюю поверхность
Рис.2 Состояние трубопровода
Длина облицовочного участка трубопровода составляет 140-160 м. Допускается иметь на трубопроводе плавные повороты под углом до 5°. После 24-часового твердения при необходимости поверхность трубопровода с насенным его внутреннюю поверхность цементно-песчаным покрытием выравнивается вручную.
Результаты. Гидравлические характеристики трубопроводов характеризуются потерями напора 1п, м/км, определяемыми их пропускную способность Оп. Для проектируемых трубопроводов потери напора рекомендуется определять по формуле:
1п = к (ОппЮрт)
где: йр - расчетный внутренний диаметр, м; Оп - расход воды, л/с; К, п и т - коэффициент и показатели степени, численные значения которых приведены в табл.2.
Таблица 2
Значения коэффициента к, и показателей степени п и т для стального трубопровода без внутреннего покрытия и для стального трубопровода с нанесенным на внутреннюю поверхность цементно-песчаным покрытием
О, м3/с Стальные трубы с нанесен-
Оу, мм Стальные трубы без внутреннего покрытия (к: = 1,79) вер> песч 1,18 ность цементно-аным покрытием (к: =
Б, мм Ор, мм Ор51 О19 м/км Б, мм Ор, мм Ор489 О185 м/км
200 0,040 4,5 0,210 0,3491 0-3 2,2110 -3 11,3 6,5 0,197 0,3551 0-3 2,591 0-3 8,61
250 0,065 6 0,261 1,06103 5,5510 -3 9,37 6,5 0,248 1,0941 0-3 6,371 0-3 6,87
300 0,090 7 0,311 2,59103 10,310 -3 7,12 7,5 0,296 2,2561 0-2 1,161 0-2 5,31
350 0,130 7 0,363 5,70103 20,710 -3 6,50 7,5 0,348 0,5731 0-2 2,291 0-2 4,72
400 0,170 7 0,412 1,09103 3,4510 -2 5,67 7,5 0,397 1,0910 -2 3,771 0-2 4,08
500 0,290 7 0,516 3,42103 9,5210 -2 4,98 7,5 0,501 0,034 0,10 3,47
600 0,400 7 0,616 0,0845 0,175 3,71 9 0,598 0,081 0,184 2,68
700 0,540 7 0,706 0,169 0,310 3,28 9 0,688 0,161 0,320 2,34
800 0,700 8 0,804 0,329 0,508 2,76 9 0,786 0,310 0,517 1,96
900 0,900 8 0,904 0,598 0,818 2,45 9 0,886 0,553 0,823 1,76
1000 1,220 8 1,004 1,02 1,46 2,56 11 0,982 0,915 1,44 1,86
Вид трубы к п т
Стальная без внутреннего покрытия 1,79 1,9 5,1
Стальная с нанесенным це-ментно-песчаным покрытием 1,18 1,85 4,89
Стоимость основных видов работ по нанесению цементно-песчаного покрытия методом центробежного набрызга, полученная в результате проведенного обобщения имеющихся на сегодняшний день данных и анализа действующих сметных нормативов и единичных расценок на отдельные виды затрат показали существенную экономию средств (57-82% для трубопроводов диаметром 200-600 мм и 41-51% для трубопроводов диаметром 700-1000 мм) по сравнению с укладкой нового трубопровода в стесненных условиях.
Литература
1. Храменков С.В., Примин О.Г., Орлов В.А. / Реконструкция трубопроводных систем // АСВ.-2008.-215 с.
2. Орлов В.А. / Строительство и реконструкция инженерных сетей и сооружений // Академия.-2010.- 301 с.
3. Басс Г.М. / Водоснабжение. Технико-экономические расчеты //Высшая школа.-1977.-151с.
4. Шевелев Ф.А., Шевелев А.Ф. / Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб // Стройиздат. - 1984. -117 с.
5. Сомов М.А. / Водопроводные системы и сооружения // Стройиздат. -1988. -398 с.
6. Храменков С.В. /Стратегия модернизации водопроводной сети // Стройиздат.- 2005.- 288с
Technical and economic assessment of non-structural restoration of pipelines of water supply systems in modern economic conditions Shlychkov D.I.
Moscow State University of Civil Engineering As part of the implementation of the Federal project "Clean water of the Russian Federation" for the period up to 2024, it is planned to carry out measures for the construction and reconstruction (modernization) of drinking water supply and water treatment facilities. As a result of these measures, it is expected to increase the share of the population of the Russian Federation (including urban), provided with quality drinking water from centralized water supply systems. Features of water supply systems require a unique approach, careful preparation and analysis of initial data, as well as the implementation of quite complex technical and economic calculations. Taking into account the huge length of pipelines of water supply systems in the Russian Federation (434 thousand km), while 60 % of pipelines have exhausted the standard service life and 150 thousand km of water pipelines need urgent replacement. The solution of this task requires an integrated approach to the study of hydraulic characteristics of pipelines, internal protective coatings used in the restoration of pipelines of water supply systems and the correct assessment of the economic effect after the planned activities, in conditions of limited funding. Key words: water supply system, restoration, drinking water quality, cement-sand coating, pressure loss, protective coating, hydraulic characteristics, cost savings.
References
1. Khramenkov S. V., Primin O. G., Orlov V. A. / Reconstruction of pipeline systems / / DIA.-2008.-215 PP.
2. Orlov V. A. / Construction and reconstruction of engineering networks and structures / / Academy.-2010.- 301 PP.
3. Bass G. M. / Water Supply. Technical and economic calculations / / Higher school.-1977.- 151 PP.
4. Shevelev F. A., Shevelev A. F. / Tables for hydraulic calculation of water pipes / / Stroyizdat. - 1984. -117 PP.
5. Somov M. A. / water Supply systems and structures / / Stroyizdat. -1988. -398 PP.
6. Khramenkov S. V. /Strategy of modernization of water supply network / / Stroyizdat.- 2005.- 288 PP.
X X О го А С.
X
го m
о
ю 0
м о
to
