ВОССТАНОВЛЕНИЕ ГАЗОПРОВОДА ПО МЕТОДУ "ФЕНИКС" Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 62

Е.А. Ермолова

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ГАЗОПРОВОДА ПО МЕТОДУ «ФЕНИКС»

В статье рассматривается метод восстановления газопровода по технологии «Феникс».

Ключевые слова: газопровод, восстановление, ремонт, эксплуатация.

В Российской Федерации, особенно в крупных городах с высокой плотной застройкой и чрезвычайно развитой инженерной инфраструктурой все большее значение приобретает проблема восстановления надежной работы распределительных газопроводов, имеющих значительную степень износа.

Особенно остро эта проблема стоит в городе Москве, массовая газификация которой пришлась на 50-70 годы. Значительная часть газопроводов отработала амортизационный срок службы и нуждается в замене. Техническое состояние таких газопроводов не гарантирует обеспечение бесперебойного газоснабжения потребителей и безопасную эксплуатацию. Для вывода из эксплуатации данных газопроводов, обеспечения надежности и безопасности систем газоснабжения необходимо ежегодно производить замену отработавших амортизационный срок эксплуатации газопроводов.

В последнее время в сфере эксплуатации и ремонта городских коммунальных систем имеет место направление, получившее название бестраншейных технологий строительства и санации (восстановления) трубопроводных систем, являющиеся альтернативой открытому способу строительства и ремонта. Под санацией трубопровода принято понимать приведение его в такое состояние, в котором он по прочностным и гидравлическим характеристикам не уступает параметрам вновь построенного того же диаметра. И, разумеется, надежность данного санированного трубопровода обеспечивает требуемую его функциональность, отдаляющую нормативный износ трубопровода, вызванный коррозией или разрушением.

Метод «Феникс» был разработан в Японии для восстановления изношенных газопроводов в условиях плотной городской застройки, а также большой сейсмической активности.

Рис. 1.

Тканый шланг-чулок с полимерным покрытием приклеенный в полости старой трубы с помощью 2-х компонентного клея позволяет продлить срок службы газопровода еще на 40 50 лет. Свойства шланг-чулка на растяжение позволяет при сдвиге труб по угловому отклонению на 0,5 градусов в две различные стороны обеспечить герметичность газопровода. В городских условиях эксплуатации, где подвижки грунта вследствие человеческой деятельности не редки это позволит снизить опасность катастроф.

© Ермолова Е.А., 2021.

Научный руководитель: Борисов Борис Никитович - доцент кафедры ТГВиГ, Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Россия.

При технологии «Процесс Феникс» трубопроводы облицовываются внутри тонким, пропитанным эпоксидной смолой тканевым чулком из полиэфирных волокон (лайнером). Тканевый чулок с одной стороны покрыт слоем из синтетического материала, подобранного к данной рабочей среде. Эпоксидная смола (клей) обеспечивает полноплощадное склеивание чулка со стенкой трубы.

После внедрения в Европе, где на примере города Берлина бестраншейным способом в кратчайшие сроки было восстановлено 70% старых газопроводов, по этому методу уже санированы несколько сотен километров в сопредельных с Германией странах.

Уникальным при этой технологии является применение реверсивных емкостей для ввода чулка в трубу, а также последующая подача пара для отверждения материалов. Отвержденный тканевый чулок является формоустойчивым и в состоянии без опорного влияния газопровода воспринимать внутреннее давление не менее 0,4 МПа. В соответствующих модификациях чулок в состоянии выдерживать максимальное рабочее давления до 3 МПа. Учитывая нынешний уровень развития, технологию «Процесс Феникс» можно применять для газопроводов с внутренним диаметром от 100 до 1000 мм. В зависимости от диаметра этой технологией можно санировать одним заходом участки газопровода протяженностью до 400м отводы < 90° или с минимальным радиусом порядка 5-кратного диаметра можно проходить чулком без каких-либо проблем. Небольшие различия диаметра в трубе выравниваются.

Описание технологии «Феникс»

Технологический процесс подразделяется на следующие этапы:

- подготовительные работы;

- разбивка трассы/участков;

- устройство монтажных котлованов;

- разделение трубопровода;

- инспекция трубопровода видеокамерой.

Ориентировочные минимальные размеры монтажных котлованов приведены на рис. 2 и табл. 1. Данный рабочий участок в начальной точке (пусковой котлован) и в конечной точке (приемный котлован) необходимо разделить от остального газопровода путем вырезания кусков трубы, или демонтажа арматур, катушек и пр.

Рис. 2.

Где:

- d - номинальный диаметр;

- Р - промежуточное пространство;

- Б - расстояние от подошвы; -Ь - длинна;

- W - ширина

Таблица 1

Ориентировочные минимальные размеры монтажных котлованов

Номинальный диаметр d (мм) Ширина W (м) ДлиннаL (м) Расстояние от подошвы D (мм) Промежут. Пространство P (мм)

100-150 1,25 2,50 0,40 1,50

200-250 1,5 3,00 0,40 2,00

300-400 1,5 3,50 0,50 2,00

500-1000 1,5 4,00 0,50 3,00

Подготовленный газопровод необходимо контролировать при помощи видеокамеры и исследовать его на следующие факторы:

- степень загрязнения;

- возможные препятствия в трубе (фасонные части, острые сварные швы, накопления конденсата, и

т.д.);

нии.

- изменение направления;

- проверка протяженности рабочих участков, обнаружение возможных ответвлений или подключе-

Установленные факты необходимо документировать и учитывать при последующем проведении санации. Препятствия, существенно мешающие процессам очистки и санации газопровода или отрицательно влияющие на результат санации, необходимо удалить в обязательном порядке.

Очистка санируемого газопровода

Для успешного применения технологии «Процесс Феникс» является тщательно очищенный и сухой газопровод. Разделяющие вещества, как острые покрытия, отложения или ржавчина, необходимо удалить без остатка, чтобы обеспечить оптимальное склеивание чулка со стенкой трубы. Недостаточно очищенный газопровод уменьшает силу сцепления чулка, и может привести к образованию пузырьков или к полному отслаиванию чулка от стенки трубы.

Для получения оптимального результата очистки была разработана специальная технология ВА-КУДЖЕТ (VACUJET). При этом газопровод при помощи вращающихся трубных фрез очищается водой под сверхвысоким давлением до 250 МПа, а впоследствии высушивается за счет всасывающего действия косо настроенных сопел. Преимущества данной технологии состоят в целенаправленном согласовании параметров:

- расстояние сопел;

- давление;

- скорость вращения очистных устройств;

- время пребывания очистных устройств в газопроводе.

ОДаЫопакор? ООвепаиа1г1Н

Рис. 3. Первичная очистка внутренней стенки газопровода

Luftstrom

Q

Luftstrom

ickene

Rotationskopf DUsenaustrltt

Schmutzwasser und abgetragenes Gut

Рис. 4. Повторная очистка внутренней стенки газопровода

После законченной очистки газопровода необходимо провести повторную телеинспекцию видеокамерой, для проверки результата очистки. Результат очистки следует документировать путем видеозаписи. Разрешение на последующее проведение рилайнинга тканевым чулком дается уполномоченным технически грамотным лицом.

Подготовка процесса «Феникс» Подготовительные работы включают в себя:

- выбор размеров и предоставления необходимых количеств чулка и клея;

- монтаж пригодного приемного устройства (конечного упора) в конце участка санации;

- смешивание компонентов клея и заливка смеси в чулок;

- закрытие конца чулка и соединение его с возвратной лентой реверсивной емкости (барабан) установки «Феникс» (реверсивная установка с парогенератором для технологии «Процесс феникс»);

- распределение клея по всей внутренней поверхности чулка. Распределение клея производится при помощи двух валиков, расстояние между которыми регулируется при одновременном наматывании чулка на вал в реверсивной емкости;

- крепление оставшегося конца чулка к соединительному элементу (реверсивной или «разворотной» головке). Крепление реверсивной головки к выходному отверстию реверсивной установки. Определение диаметра чулка

Выбор подходящего диаметра вводимого в трубу тканевого чулка осуществляется на основании точного внутреннего диаметра санируемого газопровода. Для этого необходимо проверить заданные значения путем проведения измерений на трубных концах и при необходимости, скорректировать их при помощи приведенной таблицы 2.

Определение необходимой длины чулка

Точная длинна санируемого газопровода определяется при помощи измерительного колеса (курвиметра). Результат необходимо согласовывать с измерением при телеинспекции, а также с данными в планах строительства.

Обязательно должны учитываться местные условия в районе монтажных котлованов (свойства строительного грунта, препятствия, крепление монтажного котлована и т.д.).

Общее требуемое количество чулка для санации определяется по формуле: 1

где

Ь - Общая длинна чулка, м;

Ьк - длинна санируемого участка газопровода, м;

Ьк - добавка на узел с возвратной лентой (1,5м для < Д= 500; 2,0м > Д= 500); Ьг - добавка на приемный котлован (расстояние от конца трубы до места упора), м; Ь - добавка на спусковой котлован, м;

Добавка Ья на спусковой котлован определяется по формуле 2 Ь =2 м + Ьх + Ь2 , (2)

где

Ьх - расстояние от верхней кромки поверхности земли у котлована, до нижней кромки газопровода, Ь2 - расстояние между реверсивной емкостью и началом газопровода, м.

При выборе расстояния Ь2 необходимо учесть возможность подъезда установки «Феникс» до кот-

L—Lr + Lk + Lz + Ls

(1)

лована.

Таблица 2

Определение диаметра чулка_

Стандартные размеры чулка

Ном. Размер внутренний метр газопровода м Минимальный диаметр и товления мм Плановый диаметр чулка м Максимальный диаметр из1 ления мм

100 94,0 96,0 98,0

150 141,0 145,0 147,0

200 188,0 193,0 196,0

250 235,0 241,0 245,0

300 282,0 289,0 294,0

315 296,1 302,4 308,7

330 310,2 316,8 323,4

375 352,5 360,0 367,5

380 357,2 364,8 372,4

400 376,0 384,0 392,0

450 423,0 432,0 441,0

500 470,0 480,0 490,0

525 493,5 504,0 514,5

550 571,0 528,0 539,0

600 564,0 576,0 588,0

610 573,4 585,6 597,8

650 611,0 624,0 637,0

700 658,0 672,0 686,0

750 705,0 720,0 735,0

800 752,0 768,0 784,0

850 799,0 816,0 833,0

900 846,0 864,0 882,0

1000 940,0 960,0 980,0

Рис. 5. Схематическое движение пути чулка в пусковом котловане

Определению точной длины чулка следует уделить особое внимание.

Слишком короткий чулок приводит к тому, что чулок не доходит до премного котлована и не может надлежащим образом пропариваться и, соответственно, отвердевать. А слишком длинный чулок, наоборот, приводит к тому, что при достижении чулком приемного котлована узел не выходит из газопровода.

возвратная лента узел чулок конечный упор

Рис. 6. Схематическое изображение пути чулка в приемном котловане

Определение необходимого количества клея

Двухкомпонентный жидкий клей на основе эпоксидной смолы специально разработан для технологии «Феникс». Для применения в сфере газового хозяйства носит типовое название «МК III G». Все применяемые компоненты клея удовлетворяют требованиям ЕС по химическим веществам. Клей «МК III G» состоит из смолы и отвердителя. Смоляной компонент в свою очередь состоит из эпоксидной смолы на основе бисфенола, а компонент отвердителя - из формулированного аминового отвердителя на основе алифатического полиамида. Оба компонента клея не содержат растворителя и являются высоковязкими веществами. Эпоксидные смоляные группы входят с отвердителем в химические теплообразующие реакции в ходе которых клей отвердевает. Полимерные сетки образуются без выделения твердых, жидких или газообразных продуктов реакции и не испытывают усадки от отверждения. Для улучшения способности к обработке, а также для экономного расходования клея, к эпоксидной смоле и отвердителю добавляют инертные неорганические добавки (наполнители, пигменты, стабилизаторы). Добавки повышают вязкость клея и продлевают время его обработки. Пигменты служат для колорирования. Эпоксидная смола - белая, отвердитель - красный, это позволяет производить визуальный контроль однородности замешенного готового клея. Стабилизатор добавляется для того, чтобы придать смеси клея тиксотропность (свойство материала увеличивать текучесть (вязкость) при перемешивании).

Требуемое количество клея М, для санируемого участка, получается из расчета пропитываемой клеем длины Lt и требуемого количества клея Мб на один метр чулка соответствующего диаметра.

M — Lt * Мб, (3)

где

M - требуемое количество клея, кг;

Lt - длинна пропитываемого чулка, м;

Мб - требуемое количество клея на 1 метр соответствующего диаметра, кг/м;

На участке от выхода из реверсивной емкости до 1м перед вводом чулка в газопровод чулок не пропитывается клеем.

Пропитываемая длинна чулка Lt определяется по формуле

Lr —Lr + Lz + 1 m, (4)

где

Lr - длинна санируемого участка газопровода, м;

Lz - добавка на приемный котлован (расстояние от конца трубы до места упора), м.

Требуемое количество клея Мб, для соответствующего диаметра чулка можно узнать из таблицы 3.

Таблица 3

Требуемое количество клея для соответствующего диаметра чулка_

Диаметр трубы Б, мм Требуемое количество клея Мб, кг/м

Б 100 0,81

Б 150 1,21

Б 200 1,62

Б 250 2,02

Б 300 2,43

Б 350 3,93

Б 400 4,49

Б 450 5,05

Б 500 5,62

Б 550 6,18

Б 900 10.11

Б 950

Б 1000

Б 600 6,74

Б 650 7,30

Б 700 7,86

Б 750 10.67

Б 800 11,23

Б 850 9,55

Требуемое количество клея существенно зависит от состояния поверхности внутренней стенки трубы. Указанные значения в таблице 2 содержат запас безопасности в 10%, для небольших неровностей и повреждений в санируемом газопроводе. Запас безопасности относится к состоянию поверхности внутренней стенки трубы со средней шероховатостью Яа = ок. 100 Мкм. При наличии более крупных неровностей, или повреждений (например, язвенная коррозия) требуется соответственно большая добавка.

При расчете количества клея следует, кроме того, учитывать, что ведра со смолой и отвердителем не удается опорожнять полностью. Следует рассчитывать на потерю ок. 1 кг на одну емкость (ведро). Пример расчета: Чулок Ду 800, Ьх = 146,0 м, размер емкости для клея -27 кг М = 146,0 * 7,19 кг/м = 1.049,7 кг Для санации требуется количество клея ок. 1.050 кг. Необходимое количество емкостей: 1.050 кг : 26 кг на емкость = 40,38 емкостей Для санации необходимо предоставлять 41 емкость по 27 кг.

По причине безопасности, при каждой санации дополнительно к рассчитанному количеству емкостей и в зависимости от диаметра чулка, и длинны рабочего участка необходимо, иметь в запасе на месте не менее 3-5 шт. емкостей. Это необходимо ввиду того, что при неточно отрегулированном расстоянии между валками (слишком большой размер зазора) количество клея может быть недостаточным, чтобы пропитывать весь чулок до конца. В таком случае с конца чулка доливается небольшое количество клея и распределяется валками.

Проведение процесса «Феникс»

Начало процесса выворачивания чулка путем подачи сжатого воздуха в реверсивную емкость. Чулок через реверсивную головку выдавливается из емкости. При этом внутренняя сторона выворачивается изнутри, в результате чего покрытая эпоксидной смолой сторона чулка теперь находится снаружи.

Ввод вывернутого в трубопровод и настройка необходимого давления реверсирования с тем расчетом, что бы чулок накрепко прижимался к внутренней стенке трубы. Прохождение трубопровода под контролем давления реверсирования и скорости реверсирования. Необходимое давление составляет от 0,02

до 0,03 МПа, в зависимости от диаметра трубы и прохождения трассы. Скорость ввода чулка в трубу составляет в зависимости от температуры от 1,0 до 5,0 м/мин. Ориентировочные значения давления реверсирования приведены в таблице 4.

минимальное давление давление

реверсирования Рмин реверсирования Р„

Рис. 7. Ввод вывернутого в трубопровод чулка и настройка необходимого давления реверсирования

Таблица 4

Ориентировочные значения давления реверсирования_

Номинальный диаметр трубы D, мм Ориентировочное значение давления реверсирования, МПа

от 100 1,8 - 0,23

от 150 до 200 1,0 - 0,18

от 300 до 500 0,7 - 0,1

от 600 до 800 0,6 - 0,07

от 850 до 900 0,5 - 0,06

от 950 до 1000 0,3 - 0,05

После достижения приемного котлована конец чулка улавливается, чулок до окончания процесса рилайнинга дальше поддерживается под давлением. Путем управляемой температурой подачи давления осуществляется ускоренное отверждение клея. Процесс отверждения может, в зависимости длинны участка, диаметра, свойств температуры грунта, длиться от 2 до 10 часов. После полного отверждения клея чулок (включая газопровод) путем подачи холодного воздуха охлаждается до температуры < 40 С. Цифровые записывающие устройства регистрируют все важные временные процессы скорости, давления и температуры.

Окончание процесса «Феникс»

Сброс давления с санированной трубы с чулком. Отрезание выступающей части чулка на концах участка санации и вытягивание возвратной ленты. При возвращении возвратная лента пропускается через поршень. При этом поршень удаляет конденсат с внутренней полости санированного газопровода. Обработка концов санированного участка газопровода.

На основании инструкции по очистке внутренней полости санированного газопровода от влаги и механических примесей до момента сбора отдельных звеньев санированного газопровода в единую плеть обеспечивается закрытие с двух сторон торцов санированного участка газопровода инвентарными заглушками.

Библиографический список

1. Газопроводы из полимерных материалов. Шурайц А.А., Каргин В.Ю., Вольнов Ю.Н. Пособие по проектированию, строительству и эксплуатации. Саратов: Издательство "Журнал "Волга" - XXI век", 2007. 608с.

2. Газовые сети и газохранилища. Земенков Ю.Д., Прохоров А.Д., Васильев Г.Г., Халлыев Н.Х. и др. - М.: ООО ИРЦ Газпром, 2004. 359 с. Учебник.

3. Горелов С.А., Горяинов Ю.А., Васильев Г.Г. Сооружение и реконструкция распределительных систем газоснабжения, - М.: ООО Недра-Бизнесцентр, 2002. 294 с. Учебное пособие .

4. Суворов А.Ф., Васильев Г.Г., Горяинов Ю.А и др. Сварочно-монтажные работы в трубопроводном строительстве, Учебное пособие. - М.: ЗАО"Звезда", 2006, 240 с.

5. Мустафин Ф.М., Быков Л.И., Васильев Г.Г., Гумеров А.Г., Лавретьев А.Е., Кантемиров И.Ф., Нечваль А.М., Гамбург И.Ш., Суворов А.Ф., Гильметдинов А.Ф., Рафиков С.К., Коновалов Н.И., "Технология сооружения газонефтепроводов", том 1. Нефтегазовое дело, Уфа, 2007, 630 с. Никитенко Е.А., Эдельман Я.М. Коррозия и защита от коррозии подземных трубопроводов. - М. Недра, 1981г. -43с.

6. СНиП 42-101-2003.

7. СП 42-103-2003.

8. ПБ 12-529-03. Правила безопасности систем газораспределения и газопотребления.

9. 3РД 153-39.4-091-01. Инструкция по защите городских подземных трубопроводов от коррозии.

ЕРМОЛОВА ЕКАТЕРИНА АЛЕКСЕЕВНА - магистрант, Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Россия.