CC BY
53
IMPROVING THE EFFICIENCY OF ORGANIZING A CONSTRUCTION SITE WHEN ERECTING RESIDENTIAL BUILDINGS IN CRAMPED CONDITIONS
Pavlov A.Y., Kuzhin M.F
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education National Research Moscow State University of Civil Engineering, Moscow
Abstract.
In the presented study analyzes the issues in the field of organizing a construction site in a cramped urban environment. The main tools for analyzing are construction methods and organizing temporary elements of a construction site. Important when choosing the organizational elements of solutions is the impact on the technical and economic indicators of construction, as well as the spatial parameters of solutions.
Key words.
Organization of a construction site, organizational and technological solutions, spatial parameters, cramped conditions, increasing the efficiency of organizing a construction site. Date of receipt in edition: 21.07.21 Date o f acceptance for printing: 23.07.21
УДК 628.17
УТЕЧКИ И ПОТЕРИ ВОДЫ В ТРУБОПРОВОДНЫХ СИСТЕМАХ И МЕРЫ ПО ИХ СОКРАЩЕНИЮ
Р.Е. Хургин*, И.К. Дмитриев**
*Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, г. Москва
**Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Государственный университет по землеустройству»
Аннотация.
В статье на основе отечественного и зарубежного опыта рассматриваются вопросы, связанные с происхождением утечек, их сущность и классификация. Анализируются конкретные дефекты на трубопроводах, провоцирующие появления утечек в виде продольных и кольцевых трещин, повреждений узлов стыковки (раструбов труб), одиночных и групповых коррозионных отверстий в теле трубопроводов, разгерметизации фитингов. Отмечено, что значительные объемы утечек наблюдаются при неисправностях труб санитарно-технических систем зданий и сооружений, в част-
Ключевые слова:
утечки воды, трубопроводы, потери воды, повреждения трубопроводов, счетчики воды, диагностика трубопроводов, водоснабжение. История статьи: Дата поступления в редакцию 15.08.21
Дата принятия к печати 22.08.21
ности на протекающих сливных устройствах в туалетах и смывных бачках. Проанализированы возможные пути и мероприятия по обновлению и восстановлению магистральных трубопроводов для снижения утечек и управления ими. Описаны методы, аппаратура и приборная база для диагностики трубопроводов в период внутритрубного и наземного контроля их работы.
Z н
Û -I н
D CD
u
3 I
m <u
* s
/ц Q.
0 о с О
1 s
и n
со s
ш s S X
t i S щ
!" 4. s
. и
* X S л
, I
= s
So
■ И n °
> с X О . ю ш >
н
Потери воды в виде утечек происходят во всех системах транспорта как природных, так и сточных вод. Объем потерь меняется в широких диапазонах от страны к стране, а также между разными регионами одной страны. В частности, потери водопроводной воды в развивающихся странах составляют до 90 %, а в европейских странах в диапазоне от 8 до 29% [1]. По России утечки в среднем составляют 30 %, а в некоторых городах достигают 40-45 % [2]. Утечки воды — самопроизвольное истечение воды из емкостных сооружений и различных элементов водопроводной сети при нарушении их герметичности и авариях [3].
Полностью предотвратить утечки в водопроводных и водоотводящих системах невозможно, однако сокращение утечек — главная задача соответствующих служб водоканалов России [4].
Объем потерь воды зависит от характеристик трубопроводной сети, наличия тех или иных типов дефектов, образующихся в период длительной эксплуатации трубопроводов, уровня и оперативности технологий реновации трубопроводного транспорта и экспертных заключений определения мест утечек и способов борьбы с ними. Нарушение герметичности трубопроводов и их аварийное состояние может привести к колоссальным ущербам для городских и муниципальных органов власти. Это выражается, прежде всего, в подтоплении территорий (из-за подъема уровня грунтовых вод), изменении гидрогеологического режима и проявлении коррозионных процессов в подземных коммуникациях городов, нарушении движения транспортных потоков и комфортности проживания населения (при изливе воды на рельеф поверхности), потерях воды и затратах на аварийно-восстановительные работы на трубопроводных сетях. Последствия от утечек, даже при наличии мельчайших сквозных дефектов труб, может сказываться на здоровье людей из-за возможности попадания сточных вод с патогенными микроорганизмами в подземные горизонты и трубопроводы питьевой воды
Международная водная ассоциация определяет потери транспортируемой воды в результате утечек как сумму реальных и видимых потерь [5].
Реальные потери включают в себя утечки из труб, соединений и фитингов на магистральных трубопроводах и домовых вводах, утечки через пол и стенки регулирующих резервуаров, а также в результате их непредвиденного переполнения. Реальные потери могут быть очень значительными, и могут оставаться необнаруженными в течение месяцев и даже лет. Объем потерь в значительной мере зависит от характеристик трубопроводной сети, методов распознавания утечек и своевременного ремонта трубопроводов, например: от давления в сети; времени «обнаружения» и локализации утечек, продолжительности ремонта трубопроводов и сооружений на сети, объема «фоновых» утечек (т.е. трудно распознаваемых малых утечек).
Видимые потери определяются в результате незаконного использования воды, неточности в работе водосчетчиков потребителей, а также злоупотребления использования пожарных гидрантов и незаконного присоединения к системе водоснабжения. Согласно статистике, видимые потери могут меняться в диапазоне от значений близких к нулю до 10%.
В качестве реальных дефектов, вызывающих утечки и потери воды на напорных трубопроводах, можно отметить продольные и кольцевые трещины (соответственно на полимерных и чугунных трубах); повреждения раструбных соединений чугунных труб; коррозионные отверстия (одиночные и групповые свищи) на стальных трубопроводах; повреждение муфт на асбестоцементных трубопроводах и в местах присоединения подводящей трубы домового ввода к распределительной сети; разгерметизация фитингов; дефекты на трубах санитарно-технических систем зданий и сооружений, в том числе на протекающих сливных устройствах в туалетах смывных бачков.
Более широкий спектр повреждений трубопроводов наблюдается на самотечных трубопроводах. Сюда можно отнести нарушение стыковок отдельных труб по вертикали и горизонтали или их продольное смещение, изменение угла стыковки, нарушение продольного профиля и образование обратного уклона, переломы, образование трещин и т.д., что приводит не только к утечкам (в виде эксфильтрации), но и инфильтрации, если трубопровод находится под горизонтом грунтовых вод.
На повестке дня эксплуатирующих трубопроводные сети организаций остро встают вопросы обновления и восстановления магистральных, распределительных и дворовых сетей для снижения утечек и управление ими [4], [6], [7].
Как правило, необходимость обновления и восстановления трубопроводов зависит от внутреннего состояния трубопровода, которое влияет на качество подаваемой по нему воды; внутреннего диаметра трубопроводов, которые уменьшаются из-за коррозии или из-за нарастания отложений на внутренних стенках, что приводит к снижению расхода транспортируемой воды; толщины стенки трубы, которая становится тоньше и больше не может выдерживать внутреннее давление воды или будет иметь недостаточную прочность на изгиб, чтобы выдерживать нагрузку от транспортных средств.
Процесс управления утечками в зарубежной практике делят на две группы по способу контроля: пассивный и активный. Пассивный контроль реагирует на зарегистрированные разрывы труб или на падение давления, в частности бригадами, занятыми какими-либо иными задачами. При этом происходит лишь фиксация утечек, которые кроме исключительных обстоятельств, будут продолжать расти. Активный контроль утечек происходит при проведении работ специально для поиска течей, которые не могут быть зарегистрированы потребителями или с помощью других средств и заключается в регулярном обследовании трасс и мониторинге утечек.
Регулярное обследование представляет собой метод обследования распределительной сети, начиная с одного ее конца и до другого с использованием одного из следующих способов: прослушивания шума, создаваемого течами в трубопроводах и в фитингах; контроля показаний счетчиков, измеряющих расходы во временно разделенных на зоны районах, для идентификации высоких ночных объемных расходов; использования групп регистраторов шума (для определения местоположения течей).
В свою очередь мониторинг утечек заключается в фиксации и анализе расходов с целью измерения утечек и определения приоритета работ по обнаружению течей. В настоящее время этот способ стал одним из наиболее экономичных способов управления утечками.
Необходимо отметить, что объемные потери воды в результате течей зависят: от расхода воды; времени получения информации о наличии течи; времени, затрачиваемого на локализацию течи и ремонт трубопровода. На время получения информации влияет используемый метод сбора данных, в частности, телеизмерение параметров течения с частотой менее, чем 1 день, проводимые в определенном интервале между инспекциями измерения ночных расходов в срок до 14 дней ежемесячно и регулярные обследования. От оснащенности соответствующими приборами и организации мониторинга напрямую зависит время локализации, но в большей степени от штатной численности сотрудников, и оснащения соответствующим оборудованием.
Методика измерения расхода в распределительной сети хозяйственного водопровода должна предусматривать измерение общих расходов на выходе из очистной станции (источника водоснабжения), и измерение расходов в зоне и округе [8]. Измерение расходов покажет, где они должны проводиться, и активизирует систему измерений в небольших районах. Таким образом, система измерений должна иметь много уровней: измерений расходов по зонам и округам, измерений расходов на станции очистки воды, измерений расходов счетчиками воды у потребителей и анализ всего водопотребления.
Методика измерения расходов может включать в себя: измерение расхода на выходе из станции водоочистки; измерение расхода в учетных округах (DMA), включающих до 3000 домов, с постоянно закрытыми задвижками на границах; измерение расхода в зонах водоснабжения с гидравлическими границами, обычно включающих 10000-50000 домов; районы c обнаруженными небольшими утечками внутри каждого DMA, включающего приблизительно 500-1000 присоединений, задвижки на границах этих округов остаются открытыми, кроме непосредственно самой операции обнаружения утечек (шаговые испытания); индивидуальные счетчики воды у потребителей, как бытовых, так и коммерческих.
Z м
О
-I
м
D CD
со
3 I
to <u
* s
<u Q
0 о с О
1 i i- £
ш z ш s
S X
t i s щ
I"
4. s . и
* X S Л , I
So
■ И n °
> с X О . ю ш >
н
Точность счетчика воды зависит от его типа, срока службы и условий работы и качества воды. Очень важно правильно подобрать счетчик, поскольку точность его выражается в процентах от диапазона расхода воды. Если устанавливается счетчик больших размеров, то будет нежелательное ухудшение точности при измерении фактического расхода воды.
Точность счетчиков воды на базе расходомеров Вентури и Дэлла редко бывает более ±5%. Если они устанавливаются в местах, где трубы имеют плохие гидравлические характеристики, то такие счетчики могут быть очень неточными.
Точность механических счетчиков воды может быть более ±2% при установке в хороших условиях. Однако при измерении малых расходов точность их падает приблизительно до ±5%. Комбинированные счетчики точны в широком диапазоне измеряемых расходов из-за меньших размеров самих расходомеров, что позволяет лучше измерять малые расходы воды. Эти счетчики предназначены для работы в своем оптимальном диапазоне.
Точность вставляемых в трубу счетчиков погружаемого типа часто не более ±2 — 5% и измерения с их помощью могут быть очень неточными, когда эти счетчики используются не имеющими нужной квалификации и опыта техниками. С появлением электромагнитных вставляемых в трубу счетчиков погружаемого типа точность значительно улучшилась.
Точность современных устанавливаемых в линии электромагнитных (ЭМ) счетчиков воды доходит до ±0,1% от величины измеряемого расхода, но точность очень быстро падает при измерении малых расходов. Более старым типам свойственен дрейф показаний и поэтому они требуют повторной калибровки через правильные интервалы времени.
Ультразвуковые счетчики имеют лучшую точность, но они еще не так точны, как ЭМ счетчики. Они обладают тем преимуществом, что в случае использования ультразвуковых счетчиков клещевого типа, для их установки не требуется вывод какой-то трубы из линии.
Следует понимать, что с помощью счетчиков определяют только факт утечки. Точное место разрушения целостности трубопровода обычно находят путем осмотра или с помощью специальных приборов.
В отечественной практике сущность комплексной оценки состояния городских водопроводных и водоотводящих сетей заключается в проведении экологической конструктивной и санитарной диагностики.
Конструктивная диагностика включает в себя следующие мероприятия: сверку натурных обследований трассы и паспортные данные трубопровода (нормативный срок эксплуатации, материал изготовления, диаметр, протяженность); анализ аварийности с оценкой срока эксплуатации и интенсивности отказов; изучение динамики изменения гидравлических показателей во времени (давления в узлах сети и скорость на участках сети); изучение и анализ причины и следствия износа трубопровода в случае активного проявления наружной коррозии на внутренних стенках трубопровода. По результатам видеосъемки и результатам натурных исследований необходимо исследовать остаточную толщину стенки трубопровода; установить наличие утечек в трубопроводах и мест установки колодцев на трубопроводной сети, сделать аналитический расчет толщины стенки одного или нескольких участков трубопровода и учесть все дестабилизирующие факторы.
Для санитарной диагностики выполняется качественный анализ воды с изучением рН, растворенного кислорода, мутности, цветности, хлоридов, сульфатов и т.д. Также необходимо взять пробу слизи на внутренней поверхности трубопроводов и выполнить анализ на наличие микроорганизмов и железобактерий. Необходимо оценить воздействие материала покрытий на качество транспортируемой воды.
Для экологической диагностики необходимо выполнить инженерные изыскания: вскрыть сегмент участка трубопровода, взять анализы проб грунта и подземной воды.
Комплексная диагностика трубопроводов должна быть направлена на достижение следующих результатов: сохранение несущей способности системы трубопроводов и повышение ее долговечности; поддержание качества питьевой воды в системе трубопроводов; обеспечение расходов и напоров
в водоразборных узлах; предотвращение утечек на трубопроводах; предотвращение аварийных ситуаций.
Для успешной реализации комплексной диагностики трубопроводных сетей отечественная и зарубежная практика использует внутритрубный и наземный метод контроля.
Внутритрубный контроль состояния трубопроводов выполняется с применением телевизионных роботов (ремонтных), с помощью которых выполняется оценка местного ремонта отдельных участков трубопроводов и их состояния. Задачами внутритрубного контроля являются: выявление повреждений и дефектов, проявление которых возможно при длительной эксплуатации трубопроводных сетей (корни растений, смещения стыков, трещины), изменение геометрии труб в результате механических повреждений и коррозии), диагностика колодцев и окружающего их пространства; определение остаточной толщины стенки в обследуемом трубопроводе.
За рубежом для оценки состояния трубопроводов водостока применяют системы инспекции Quickview (рис. 1). Выполняют съемку объекта. Цифровую камеру (с двойным галогеновым излучателем света) через открытую решетку опускают в колодец на водосточной сети и по направлению потока размещают ее. Жестко закрепляют камеру при помощи специального телескопического штока. Снизу у штока установлена деталь в виде резинового шара. С помощью нее гарантируется фиксация штока на дне колодца.
Оператор в соответствующее место на внутренней поверхности трубопровода увеличивает интенсивность и направление светового потока. Данные с информацией об отдельных участках трубопроводной сети вблизи колодца могут быть сформированы с помощью фото (видео) информации. Для принятия соответствующих решений по реновации трубопровода и смотрового колодца, информация банка данных является исходной информацией для служб эксплуатации.
Для панорамного инспектирования колодцев применяют системы РАКОИЛМО 81 (рис. 2). С их помощью за несколько секунд сканируют внутреннюю поверхность колодцев при однократном вертикальном перемещении. По цифровому каналу передается информация, которая создает развернутое изображение колодца и фиксирует замер имеющихся дефектов.
О
Z м
О
-I
м
D CD
Рис. 1. Диагностика трубопровода путем использования системы Quickview
со
3 I
£0 <U
* S
/ц Q.
0 о с U
1 i
и л
со £ ш s
S X s щ
I"
4. s . и
* X S Л , I
= s
So
■ И n °
> с X О . ю ш >
н
Рис. 2. Диагностика колодца из специального автомобиля (слева) и общий вид панорамного телеробота PANORAMO SI (справа)
Наземный инспекционный контроль проводится следующим образом. С помощью специальных датчиков в сканирующих устройствах можно выявить зоны напряженно-деформированного состояния металлических трубопроводов, а также провести диагностирование трассы, места доступа к трубопроводам через колодцы. При этом, необходимо учитывать неоднородность материала трубопроводов. Выявленные аномалии после наземного или внутритрубного контроля регистрируются и анализируются. Таким образом, определяется стратегия по восстановлению пропускной способности трубопроводных сетей.
Для обнаружения в подземных металлических трубопроводах потенциальных ремонтных участков используют различные методы контроля и диагностики. В зависимости от диаметра, глубины заложения, протяжённости сетей, подземной трубопроводной инфраструктуры принимают решение выбора аппаратуры для контроля. Для выявления повреждений конструкций и оборудования используют существующие методы обследования трубопроводов: акустико-эмиссионный (АЭ), визуальный и измерительный контроль (ВИК), метод магнитной памяти металла (МПМ), ультразвуковой контроль (УК), тепловой контроль (ТК), контроль с использованием шумомеров (течеискателей).
Для обеспечения безаварийности в работе подземных металлических трубопроводов используют бесконтактную магнитометрическую диагностику (БМД). БМД в основе метода магнитной памяти металла использует магнитные параметры. Для оперативного определения дефектных участков трубопроводов с поверхности земли для последующего ремонта применяют бесконтактное магнитометрического обследование — фиксируют наиболее значительные, приводящие к утечкам, повреждения коррозионного и деформационного характера. Обследование осуществляется без прямого доступа к поверхности металла (без шурфования, без снятия изоляции и без зачисток поверхности трубопроводов), а сущность его состоит в выявлении наиболее напряженных участков инженерных сетей.
Искажение магнитного поля Земли можно измерить с помощью метода БМД. Суть метода в том, что происходит изменение магнитной проницаемости металла трубы. Изменение магнитной проницаемости происходит в зонах развивающихся коррозионно-усталостных повреждений и в зонах концентрации напряжений (ЗКН). При этом осуществляется регистрация информации в сканирующих устройствах с помощью применения специальных датчиков (рис. 3). Во время движения устройства на экране прибора по трассе трубопровода показывается пройденное оператором расстояние от начальной до конечной точек контроля.
Рис. 3. Сканирующее устройство для бесконтактной магнитометрической диагностики
трубопроводов (БМД) [ТИП 11-6к]
Выявленные во время контроля магнитные аномалии локализуются по расстояниям от начальной точки контроля, номеру участка, фиксируются в протоколе и отмечаются по месту вешками с нанесением на схему (карту) трассировки. Изменения магнитного поля носят локальный характер. Оно может вызываться пересечениями обследуемого трубопровода с линиями электропередач (ЛЭП), кабелями, дорогами и другими трубопроводами, дефектами трубопровода. Получение отражающих напряженность собственного магнитного поля трубопровода магнитограмм, и их изменения могут являться результатом обследования состояния трубопровода с помощью БМД.
Выводы
1. Представлена общая негативная ситуация, возникающая при наличии потерь воды в трубопроводном транспорте, как в РФ, так и за рубежом.
2. Проанализированы дефекты и потери воды в трубопроводной сети и даны характеристики реальным и видимым потерям воды.
3. Рекомендовано для обнаружения и предотвращения утечек выполнение комплексной диагностики трубопроводных сетей с использованием современной фото и видео аппаратуры, а также современных методов обследования трубопроводов, в частности: метод магнитной памяти металла (МПМ), акустико-эмиссионный (АЭ), визуальный и измерительный контроль (ВИК), тепловой контроль (ТК), ультразвуковой контроль (УК), контроль с использованием шумомеров (течеискателей).
4. Отмечено, что выявляемые в ходе исследований дефекты и повреждения регистрируются и анализируются с целью определения наиболее эффективного метода бестраншейной реновации трубопроводов.
03
г
м О
-I
м
Э СО
и
3 I
и и
* I
щ а
0 о с о
1 8
и л ей £
Ш 5
= X
I г
I"
Ч. 5 . и
* X 5 Л , I
So и
п °
£ 11 ^ С
X О
. ю
ш >
н
ЛИТЕРАТУРА
1. Храменков С.В. Время управлять водой. — М.: ОАО «Московские учебники и картолитография», 2012. 278 с.
2. Громов Г.Н., Примин О.Г., Бычков Д.А. Модель расчета потерь и неучтенных расходов воды в водопроводной сети г. Тюмени // Водоснабжение и санитарная техника. — 2016. — № 9. — с. 16-22.
3. Об утверждении методических указаний по расчету потерь горячей, питьевой, технической воды в централизованных системах водоснабжения при ее производстве и транспортировке: приказ М-ва Строительства и Жилищно-Коммунального Хозяйства Рос. Федерации от 17 октября 2014 года № 640/пр. Зарегистрировано в Минюсте России 17 февраля 2015 г. N 36064.
4. Примин О.Г., Храменков С.В. Проблемы и пути снижения потерь воды // Водоснабжение и санитарная техника. — 2012. — № 11. — с. 31-37.
5. Lambert, A. Assessing non-revenue water and its components: a practical approach / A. Lambert. — IWA Task Forse, 2003.
6. Примин О.Г., Тен А.Э., Громов Г.Н. Применение полимербетона для защиты от коррозии канализационных коллекторов // Экология и промышленность России. — 2019 -№ 5. — С. 4-9.
7. Хренов К.Е. Разработка мероприятий по обеспечению энергосбережения на водопроводных сетях, восстанавливаемых внутренними защитными покрытиями [Текст]: автореф. дис. ...канд. техн. наук: / К.Е. Хренов. — М., 2016, — 22 с.
8. Puust, R. A review of methods for leakage management in pipe / R. Puust, Z. Kapelan, D. A. Savic, T. Koppel // Urban Water Journal. — 2010. — 45 p.
Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:
Р.Е. Хургин, И.К. Дмитриев. Утечки и потери воды в трубопроводных системах и меры по их сокращению. — Системные технологии. — 2021. — № 40. — С. 63—70.
WATER LEAKS AND LOSSES IN PIPELINE SYSTEMS AND MEASURES TO REDUCE THEM R.E. Hurgin*, I.K. Dmitriev**
*Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), Moscow **State University Of Land Use Planning (SULUP), Moscow
Abstract.
The article examines issues related to the origin of leaks, their essence and classification based on domestic and foreign experience. Specific defects on pipelines are analyzed, provoking the appearance of leaks in the form of longitudinal and annular cracks, damage to docking nodes (pipe sockets), single and group corrosion holes in the body of pipelines, depressurization of fittings. It is noted that significant volumes of leaks are observed in case of malfunctions of pipes of sanitary systems of buildings and structures, in particular on leaking drain devices in toilets and flush tanks.
Possible ways and measures for updating and restoring trunk pipelines to reduce leaks and manage them are analyzed. Methods, equipment and instrument base for diagnostics of pipelines during in-line and ground control of their operation are described.
Key words.
Water leaks, pipelines, water losses, pipeline damage, water meters, pipeline diagnostics, water supply.
Date of receipt in edition: 15.08.21 Date o f acceptance for printing: 22.08.21
