Научная статья на тему 'Восстановление ветхих трубопроводов предварительно сжатыми полимерными трубами'

Восстановление ветхих трубопроводов предварительно сжатыми полимерными трубами Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
563
97
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Вестник МГСУ
ВАК
RSCI
Ключевые слова
БЕСТРАНШЕЙНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ / TRENCHLESS TECHNOLOGY / МЕТОД SWAGELINING / METHOD OF SWAGELINING / ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЕ СЖАТИЕ ТРУБОПРОВОДА / THERMO-MECHANICAL COMPRESSION OF PIPELINE / ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ / HYDRAULIC CHARACTERISTICS / ПОТЕНЦИАЛ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ / ENERGY SAVING POTENTIAL

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Орлов Владимир Александрович, Хренов Константин Евгеньевич, Богомолова Ирина Олеговна

Приведены сведения о перспективной технологии бестраншейного ремонта Swagelining, заключающегося в протаскивании в ветхий трубопровод нового полимерного с его предварительным термомеханическим сжатием и последующим распрямлением без образования межтрубного пространства. Представлены результаты расчетов по определению толщины стенки протаскиваемой полиэтиленовой трубы после операций сжатия и распрямления в ветхом трубопроводе в зависимости от начального диаметра при различном соотношении величины диаметра к толщине стенки (SDR), а также динамика изменения гидравлических показателей (потерь напора) после проведения ремонтных работ на трубопроводе методом Swagelining. Сформированы понятия потенциала энергосбережения в приложение к бестраншейному ремонту напорных трубопроводов систем водоснабжения и определены его величины из расчета на погонный метр длины и на всю длину стального трубопровода при реновации его полимерными трубами методом протягивания с предварительным сжатием.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Орлов Владимир Александрович, Хренов Константин Евгеньевич, Богомолова Ирина Олеговна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The restorationof the dilapidated pipelines using compressed plastic pipes

The article provides the information on a promising technology for trenchless repair named Swagelining, which supposes pulling into the old pipeline the new polymer with its preliminary thermo-mechanical compression and further straightening. The coauthors present the results of the calculations determining the thickness of the polyethylene pipes after compression and straightening in the old pipeline depending on the initial diameter in case of different ratio of the diameter to the wall thickness (SDR) and the dynamics of the changes in hydraulic performance after repair work on the pipeline using the method Swagelining. The concept of the energy saving potential is formed in addition to a no-dig repair for pressure piping systems, water supply, and its magnitude. On the basis of the research results, the authors formulate the principles of the energy efficiency potential after the implementation of the trenchless technology of drawing the old pipeline with new polymer pipes with their preliminary thermo-mechanical compression and subsequent area enlargement. The technology Swagelining is described and the authors develop a mathematical model that illustrates the behavior of the pipeline in the process of shrink operations. Such parameters are analyzed as changing the diameter of the pipeline at thermo-mechanical compression, the hydraulic parameters of the new (polymer) and old (steel) pipelines, energy savings on one-meter length of the pipeline. The calculated values of the electric power economy on the whole length of the pipeline repair section with a corresponding flow of transported waters.The characteristics and capabilities of the technology of trenchless renovation Swagelining allows achieving simultaneously the effect of resource saving (eliminationof the defects and, as a consequence, of water leakage) and energy saving (reduction in the water transportation cost).A numerical example of the old steel pipeline renovation shows the calculated data, which proves the efficiency of the considered technology. The calculation results can be used as base material for designers when selecting the final decision of the alternative at reconstruction of dilapidated pipelines by Swagelining using a wide range of polymer pipes with the corresponding value of the SDR.

Текст научной работы на тему «Восстановление ветхих трубопроводов предварительно сжатыми полимерными трубами»

УДК 621.643

В.А. Орлов, К.Е. Хренов, И.О. Богомолова

ФГБОУВПО «МГСУ»

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ВЕТХИХ ТРУБОПРОВОДОВ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО СЖАТЫМИ ПОЛИМЕРНЫМИ ТРУБАМИ

Приведены сведения о перспективной технологии бестраншейного ремонта Swagelining, заключающегося в протаскивании в ветхий трубопровод нового полимерного с его предварительным термомеханическим сжатием и последующим распрямлением без образования межтрубного пространства. Представлены результаты расчетов по определению толщины стенки протаскиваемой полиэтиленовой трубы после операций сжатия и распрямления в ветхом трубопроводе в зависимости от начального диаметра при различном соотношении величины диаметра к толщине стенки (SDR), а также динамика изменения гидравлических показателей (потерь напора) после проведения ремонтных работ на трубопроводе методом Swagelining. Сформированы понятия потенциала энергосбережения в приложение к бестраншейному ремонту напорных трубопроводов систем водоснабжения и определены его величины из расчета на погонный метр длины и на всю длину стального трубопровода при реновации его полимерными трубами методом протягивания с предварительным сжатием.

Ключевые слова: бестраншейная технология, метод Swagelining, термомеханическое сжатие трубопровода, гидравлические характеристики, потенциал энергосбережения.

В городах и населенных пунктах РФ вследствие неудовлетворительного состояния трубопроводных коммуникаций систем водоснабжения и водоот-ведения, более 60 % которых требуют незамедлительного ремонта и модернизации, стала отчетливо проявляться осознанная необходимость оперативной реновации трубопроводного транспорта. Этому содействовало принятие в декабре 2011 г. Федерального Закона РФ «О водоснабжении и водоотведе-нии» (№ 416-ФЗ), где в ст. 4 и 38 освещается порядок и требования по развитию (в т.ч. проектированию) схем водоснабжения и водоотведения. В тексте закона в качестве базовых задач указаны мероприятия по строительству, модернизации и реконструкции трубопроводного транспорта. В частности, в законе предусматривается реализация ряда важнейших положений, направленных на необходимость включения в проекты вопросов «реконструкции участков сетей, подлежащих замене в связи с исчерпанием эксплуатационного ресурса, а также о необходимости решения задачи замены всех стальных трубопроводов без наружной и внутренней изоляции на трубопроводы из некорродирующих материалов, либо их санации в случаях, где такая замена возможна в соответствии с действующими строительными нормами и правилами» (п. 4.5 «Предложения по строительству, реконструкции и модернизации линейных объектов централизованных систем водоснабжения») [1]. Таким образом, можно констатировать, что вопросы эффективной работы систем водоснабжения и водоотведения приобрели статус приоритетных государственных.

ВЕСТНИК о/ОП-1/1

2/2014

Положительному решению вопросов оперативной реновации и модернизации трубопроводных сетей способствует современный строительный рынок, предлагающий широкую гамму высокоэффективных ремонтных защитных покрытий трубопроводов, и интенсивное развитие бестраншейных технологий восстановления инженерных сетей [2, 3].

Традиционными показателями потенциальной эффективной работы труб (трубопроводов) транспорта жидкостей являются их высокие прочностные свойства и соответствующие гидравлические показатели [4, 5]. В последние годы особое внимание стало уделяться и некоторым экономическим аспектам, к которым в первую очередь следует отнести энергосбережение и повышение энергоэффективности [6]. В системах водоснабжения одним из мероприятий по энергосбережению и энергоэффективности (по отношению к трубопроводным сетям) может быть отнесено уменьшение гидравлического сопротивления на восстанавливаемых участках сетей за счет применения внутренних защитных покрытий с малыми удельными сопротивлениями [7]. В качестве конкретного инструмента оценки энергоэффективности при сравнении старого и нового вариантов состояния участков трубопроводной сети предложено использовать понятие относительного потенциала энергосбережения. В приложение к восстанавливаемой трубопроводной системе под понятием относительного потенциала энергосбережения можно рассматривать разность между фактическим годовым энергопотреблением (т.е. при эксплуатации действующего участка сети) и потреблением после реализации ремонтно-восстановительных работ соответствующими защитными покрытиями. При этом следует отметить, что работы по бестраншейной реновации трубопроводов защитными покрытиями являются малозатратными (по трудозатратам и материалам) по сравнению с традиционной заменой участков трубопроводов открытым способом [8]. Отсюда следует, что при относительно малых затратах на восстановление трубопроводных сетей и подборе соответствующих технологий реновации и ремонтных материалов (защитных покрытий) с малыми значениями удельных сопротивлений можно добиться значительного экономического эффекта.

Одной из подобных технологий восстановления трубопроводов, которая может обеспечить эффект ресурсо- и энергосбережения, является бестраншейная технология Swagelining, которая заключается в протаскивании предварительно сжатых по сечению плетей полиэтиленовых труб круглого профиля в старые трубопроводы [9]. Необходимо отметить, что временное термомеханическое сжатие трубы не приводит к нарушению исключительных свойств труб из термопластов сохранять эффект памяти первоначальной формы: в течение короткого отрезка времени они распрямляются и плотно прилегают к внутренней стенке старого трубопровода без образования какого-либо межтрубного пространства.

Метод Swagelining позволяет восстанавливать трубопроводы диаметром от 100 до 1200 мм при значительной протяженности ремонтного участка. Восстановление старых трубопроводов может выполняться несколькими захватками длиной до 300 м с использованием стартового и финишного котлованов.

Технологический процесс по методу Swagelining заключается в пропуске подлежащего сжатию полимерного трубопровода (например, полиэтиленовой трубы ПЭ 100) через топочную камеру, где происходит ее нагрев до 70.. .80 °С (рис. 1).

/ 4 5 6 I a ©

4 / j 1 \ 1 1

E ЛГ ! 1 ШШШЯЯШШЛ li r

I

Рис. 1. Общая схема технологии протягивания по методу Swagelining: 1 —полимерная труба, подлежащая термомеханическому сжатию; 2 — стартовый колодец; 3 — устройство для протягивания трубопровода с топочной камерой и сужающей матрицей; 4 — участок восстанавливаемого трубопровода; 5 — деформированный полимерный трубопровод; 6 — финишный колодец; 7 — площадка для установки оборудования для реализации процесса

Перед топочной камерой подлежащие сжатию трубы соединяются путем сварки встык, образуя плеть из нескольких труб. В конце топочной камеры протягиваемый трубопровод проходит через специальное приспособление — сужающую матрицу. В результате происходит уменьшение диаметра трубы, не приводя к ее вытягиванию. Выходя из топочной камеры сжатый полимерный трубопровод протягивается с помощью лебедки или механизма с гидравлическим управлением натяжения в подлежащий реновации трубопровод. Скорость деформации и протягивания трубопровода для труб диаметром порядка 1000 мм составляет от 40 и 80 м/ч, что позволяет за сутки проходить дистанцию длиной от 300 до 800 м. Применяемые силы протягивания постоянно контролируются и не превышают допустимых усилий для труб соответствующего типа (например, ПНД). После того, как протягиваемая плеть доходит до финишного колодца, напряжение постепенно уменьшается и начинается процесс расширения диаметра до плотного прилегания полимерной трубы к внутренней поверхности существующего трубопровода.

Преимуществом представленной выше технологии Swagelining в купе с использованием номенклатуры полиэтиленовых труб с различными значениями SDR (отношение диаметра к толщине стенки) является возможность получения широкой гаммы внутренних диаметров на восстанавливаемом участке трубопровода. В задачи строителей, осуществляющих реновацию трубопроводных сетей по описанной технологии, входит определение степени термомеханического сжатия полимерного трубопровода, что достигается подбором диаметра сужающей матрицы. При этом необходим оптимальный вариант выбора SDR и степени сжатия. С одной стороны, необходимо добиться сужения сечения трубопровода до диаметра, позволяющего беспрепятственно и с незначительными усилиями на лебедке протягивать плеть труб, а с другой — не

ВЕСТНИК

МГСУ-

2/2014

слишком зауживать диаметр, так как это может привести к нарушению диапазона оптимальных параметров работы установки по термомеханическому сжатию.

В задачи теоретических исследований и математических расчетов входило определение ряда параметров реновации и их анализ на предмет выявления оптимального решения по восстановлению старого трубопровода методом Swagelining. В качестве объекта исследований рассматривалась подвергаемая термомеханическому сжатию стандартная полиэтиленовая труба наружным диаметром d = 315 мм (при полной гамме SDR: 11, 17, 21, 26, 33, 41 и 50). По условиям задачи полимерная труба протаскивается в старый стальной трубопровод внутренним диаметром d^ = 300 мм.

Интерпретация полученных расчетных данных проводилась по результатам изменения:

геометрических параметров трубопроводной системы (внутренний диаметр нового трубопровода после реновации, толщина стенки после операций сжатия-распрямления трубы);

гидравлических показателей (потерь напора в старой и новой трубе после реновации);

среднегодовой экономии электроэнергии (на погонный метр трубопровода и по всей длине трубопровода), что, по сути, являлось характеристикой обеспечения относительного потенциала энергосбережения.

Для решения поставленной задачи использован алгоритм, первым этапом которого является определение толщины стенки х после термомеханического сжатия и распрямления полиэтиленовой трубы в старом трубопроводе с учетом сохранения массы вещества полиэтиленовой трубы. Из условия сжатия трубы без ее растяжения, площади ее торцевой части, представляющие собой круговые кольца, являются идентичными до и после операций термомеханического сжатия (рис. 2).

U нар

d' нар

t/'rw

t \\

h

Профиль да сжатии

Профиль после сжатия

Рис. 2. Фрагменты торцевых частей участка трубопровода в виде круговых колец до и после сжатия: d — стандартный наружный диаметр полимерного трубопровода до операции сжатия, соответствующий определенному SDR., мм; m — толщина стенки для соответствующего SDR; d — внутренний диаметр полимерного трубопровода до операции сжатия, определяемый как d - 2m, мм; d*шр — наружный диаметр полимерного трубопровода после операции сжатия, мм; d* — внутренний диаметр полимерного трубопровода после операции сжатия; х — искомая толщина стенки трубы после сжатия, мм

Площадь кругового кольца S до сжатия определяется по уравнению

Sm„ = п

</4 - ( - 2m))41 = л(m - m2).

(1)

Проводя аналогичные математические операции, площадь кругового кольца после сжатия £ может быть представлена в виде уравнения:

^кон х - х2 )• (2)

Условие сохранения площадей неизменными до и после операций термомеханического сжатия позволяет приравнять площади круговых колец до и после сжатия, т.е. S :

dнар m - m 2 = dнар

■х2. (3)

Приведя полученную зависимость к стандартному виду квадратного уравнения, в итоге получим результирующее уравнение:

*2 - dHapХ + ^нар m - m2 = 0- (4)

Необходимо отметить, что величина диаметра J по условиям задачи протаскивания в старый трубопровод нового и его распрямления после операций термомеханического сжатия является внутренним диаметром старого (восстанавливаемого) трубопровода ^внстар, т.е. d*ap = ^внстар. Тогда, вводя новые обозначения в (4), получим окончательный вид квадратного уравнения:

Х2 - dBH. старх + dHapm - m" = 0 (5)

Далее, задаваясь стандартными диаметрами й?нар и толщиной стенки m полимерных трубопроводов для соответствующего SDR, определяются искомые величины внутренних диаметров и толщины стенок после термомеханического сжатия и распрямления полимерных труб (таблица). Полученные расчетные значения являются базовым материалом для проектировщика при выборе окончательного решения по реновации ветхого трубопровода путем подбора соответствующего SDR трубопровода, обеспечивающего наиболее высокий потенциал энергосбережения. Наиболее эффективным вариантом расчета и анализа данных при проектировании ремонтных работ на кольцевых сетях может служить создание их гидравлических моделей и обработка результатов на современных компьютерных комплексах [9, 10].

Сводная таблица расчетных данных при внутреннем диаметре старого трубопровода ёвн стар = 300 мм из стали и наружным диаметром полимерной новой трубы ё = 315 мм

нар

Расчетные величины Величины SDR

11 17 21 26 33 41 50

1. Внутренний диаметр нового трубопровода после реновации ё , мм А вн.нов^ 239,24 260,46 268,32 274,48 279,56 283,8 286,74

2. Толщина стенки после операций сжатия-распрямления трубы х, мм 30,38 19,77 15,84 12,76 10,22 8,1 6,63

3. Потери напора: до реновации (в старом трубопроводе) Нвнсгар, м после реновации в новом трубопроводе Нпнов, м 0,431 0,711 0,431 0,437 0,431 0,371 0,431 0,326 0,431 0,294 0,431 0,269 0,431 0,253

ВЕСТНИК

МГСУ-

2/2014

Окончание табл.

Расчетные величины Величины SDR

11 17 21 26 33 41 50

4. Среднегодовая экономия электроэнергии, кВт^ч:

на погонный метр трубопровода ДЭ1м -2,29 -0,079 0,438 0,798 1,058 1,252 1,382

по всей длине трубопровода Э/ -1145,21 -39,49 219,17 398,85 529,17 625,91 691,08

Таблица содержит также расчетные данные по гидравлическим и экономическим показателям, которые в свою очередь определялись по следующим формулам:

удельное сопротивление для старой стальной трубы А = 0,0017 х

X (d )-

4 вн.стар7

удельное сопротивление для новой полимерной трубы — Апн

0,0004 X

X (d )-5,7276;

4 вн.нов.г

= А lQ2;

ст.стар ^ '

■ = А . lQ2;

i п.новл z-s "

потери напора для старой стальной трубы — Н

г г ^ г г./ вн.стар

потери напора для новой полимерной трубы — Нпно1 среднегодовая экономия электроэнергии на единицу длины при реновации старого стального трубопровода новым полимерным:

9,81(2 (^ст.стар -Ап.нов.г )

ДЭи

то же по всей длине: Э

■ 24 ■ 365;

ПнасПд

АЭ, I,

1м.ст.старл 7

где d , d , Н , Н

вн.стар вн.нов.г вн.стар т

/.ст.стар./

— соответственно диаметры и потери напора, м; экономия энергозатрат на единицу длины АЭ1м и по всей длине трубопровода Э

l. ст. стар./'

кВт^ч; / — элемент массива SDR и соответствующих расчетных величин; l — протяженность трубопровода, м (в расчетах принята равной 500 м); Q — расход жидкости, м3/с (в расчетах принят равным 0,114 м3/с, обеспечивающий экономичную скорость течения воды около 1 м/с); пнас, П виг — соответственно КПД насоса и электродвигателя (в расчетах приняты соответственно 0,85 и 0,8).

Интерпретируя полученные расчетные данные, можно констатировать следующее:

при выборе в качестве ремонтного материала по технологии Swagelining полиэтиленовую трубу с SDR 11 наблюдается увеличение потерь напора при движении жидкости на участке трубопровода и, как следствие этого, отрицательные значения экономии электроэнергии, т.е. отсутствие потенциала энергосбережения; в данном случае реновация трубопровода нерациональна;

при использовании для ремонта трубы с SDR 17 явного увеличения потенциала энергосбережения не наблюдается, т.е. потери напора после реновации остаются практически такими же, как в старом трубопроводе;

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

в случае использования труб с SDR 21 и SDR 26 начинает проявляться потенциал энергосбережения; в данном случае он весьма незначителен — 0,438 кВтч на 1 п.м трубопровода в год при SDR 21 и 0,798 кВтч при SDR 26;

начиная с SDR 33 потенциал энергосбережения увеличивается, достигая при SDR50 1,382 кВтч на 1 п.м длины трубопровода, т.е. вырастая в 1,382/0,438 = = 3,16 раза с момента первого проявления при SDR 21.

Полученные расчетные данные свидетельствуют о том, что, осуществляя реновацию старых трубопроводов по технологии Swagelining, можно добиться требуемого эффекта как с технической точки зрения (полное восстановление структуры старого участка трубопроводной сети — ресурсосбережения), так и получения эффекта энергосбережения.

Путем перебора параметров потягивания (т.е. процента термомеханического сжатия) и соответствующих SDR при неизменном диаметре подлежащих термомеханическому сжатию полимерных труб проектировщик в зависимости от решаемых задач может подобрать такой вариант реновации, при котором потери напора будут минимальными или условия протягивания трубы оптимальными с точки зрения величины усилий протаскивания. При протяженных линейных участках трубопроводов можно добиться значительного снижения затрат электроэнергии на транспортировку воды.

Выводы: 1. Сформулированы принципы оценки потенциала энергосбережения после реализации бестраншейной технологии протягивания в старый трубопровод новых полимерных труб с их предварительным термомеханическим сжатием и последующим распрямлением.

2. Представлена характеристика и возможности технологии бестраншейной реновации Swagelining, которая позволяет одновременно добиться эффекта: ресурсосбережения (ликвидация дефектов и как следствие утечек воды) и энергосбережения (снижение затрат на транспортировку воды).

3. На примере реновации старого стального трубопровода представлены расчетные данные, доказывающие эффективность рассматриваемой технологии. Результаты расчета могут служить базовым материалом для проектировщиков при выборе окончательного решения из числа альтернативных по реконструкции ветхих трубопроводов методом Swagelining с использованием широкой гаммы полимерных труб с соответствующим значением SDR.

Библиографический список

1. Федеральный закон РФ от 17.12.2011 № 416-ФЗ «О водоснабжении и водоотве-дении» // КонсультантПлюс. Режим доступа: http://www.consultant.ru. Дата обращения: 24.03.2013.

2. Храменков С.В. Стратегия модернизации водопроводной сети. М. : Стройиздат, 2005. 398 с.

3. Kuliczkowski A. Rury Kanalizacyjne // Wydawnictwo Politechniki Swietokrzyskiej. Kielce, 2004. 507 p.

4. Zwierzchowska A. Technologie bezwykopowej budowy sieci gazowych, wodociagowych i kanalizacyjnych // Politechnika swietokrzyska. Kielce, 2006, 180 p.

5. Гальперин Е.М. Определение надежности функционирования кольцевой водопроводной сети // Водоснабжение и санитарная техника. 1999. № 6. С. 13—16

6. Kuliczkowski A., Kuliczkowska E., Zwierzchowska A. Technologie beswykopowe w inzeynierii srodowiska // Wydawnictwo Seidel-Przywecki Sp. Kielce, 2010, 735 p.

ВЕСТНИК o/on^/l

2/2014

7. Методика определения потенциала энергосбережения и перечня типовых мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности. СПб. : Изд-во СРО НП «Три Э», 2011. 76 с.

8. Rameil M. Handbook of pipe bursting practice // Vulkan verlag. Essen, 2007, 351 p.

9. Орлов В.А., Кашкина Е.А. Технология Swagelining. Опыт восстановления напорного чугунного трубопровода с использованием бестраншейного метода // Технологии Мира. 2011. № 9. С. 13—14.

10. Говиндан Ш., Вальски Т., Кук Д. Решения Bentley Systems: гидравлические модели. Помогая принимать лучшие решения // САПР и графика. 2009. № 4. С. 36—38.

11. Борисов Д.А. Bentley Systems — моделирование и эксплуатация наружных сетей водоснабжения и канализации // САПР и графика. 2009. № 5. С. 64—68.

Поступила в редакцию в ноябре 2013 г.

Об авторах: Орлов Владимир Александрович — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой водоснабжения, Московский государственный строительный университет (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8(499)183-36-29, orlov950@yandex.ru;

Хренов Константин Евгеньевич — аспирант кафедры водоснабжения, Московский государственный строительный университет (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8(499)183-36-29, xrenov_k@ mail.ru;

Богомолова Ирина Олеговна—ассистент кафедры водоснабжения, Московский государственный строительный университет (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8(499)183-36-29, bogomolova83@mail.ru.

Для цитирования: Орлов В.А., Хренов К.Е., Богомолова И.О. Восстановление ветхих трубопроводов предварительно сжатыми полимерными трубами // Вестник МГСУ. 2014. № 2. С. 105—113.

V.A. Orlov, K.E. Chrenov, I.O. Bogomolova

THE RESTORATION OF THE DILAPIDATED PIPELINES USING COMPRESSED PLASTIC PIPES

The article provides the information on a promising technology for trenchless repair named Swagelining, which supposes pulling into the old pipeline the new polymer with its preliminary thermo-mechanical compression and further straightening. The coauthors present the results of the calculations determining the thickness of the polyethylene pipes after compression and straightening in the old pipeline depending on the initial diameter in case of different ratio of the diameter to the wall thickness (SDR) and the dynamics of the changes in hydraulic performance after repair work on the pipeline using the method Swagelining. The concept of the energy saving potential is formed in addition to a no-dig repair for pressure piping systems, water supply, and its magnitude. On the basis of the research results, the authors formulate the principles of the energy efficiency potential after the implementation of the trenchless technology of drawing the old pipeline with new polymer pipes with their preliminary thermo-mechanical compression and subsequent area enlargement. The technology Swagelining is described and the authors develop a mathematical model that illustrates the behavior of the pipeline in the process of shrink operations. Such parameters are analyzed as changing the diameter of the pipeline at thermo-mechanical compression, the hydraulic parameters of the new (polymer) and old (steel) pipelines, energy savings on one-meter length of the pipeline. The calculated values of the electric power economy on the whole length of the pipeline repair section with a corresponding flow of transported waters.

The characteristics and capabilities of the technology of trenchless renovation Swagelining allows achieving simultaneously the effect of resource saving (elimination

of the defects and, as a consequence, of water leakage) and energy saving (reduction in the water transportation cost).

A numerical example of the old steel pipeline renovation shows the calculated data, which proves the efficiency of the considered technology. The calculation results can be used as base material for designers when selecting the final decision of the alternative at reconstruction of dilapidated pipelines by Swagelining using a wide range of polymer pipes with the corresponding value of the SDR.

Key words: trenchless technology, method of Swagelining, thermo-mechanical compression of pipeline, hydraulic characteristics, energy saving potential.

References

1. Federal'nyy zakon RF ot 17.12.2011 № 416-FZ «O vodosnabzhenii i vodoot-vedenii» [Federal law of the Russian Federation from 17.12.2011 № 416-FZ "On Water Supply and Sanitation"]. Konsul'tantPlyus. Available at: http://www.consultant.ru. Date of access: 24.03.2013.

2. Khramenkov S.V. Strategiya modernizatsii vodoprovodnoy seti [The Strategy of Water Supply Networks Modernization]. Moscow, Stroyizdat Publ., 2005, 398 p.

3. Kuliczkowski A. Rury Kanalizacyjne. Wydawnictwo Politechniki Swietokrzyskiej, Kielce, 2004, 507 p.

4. Zwierzchowska A. Technologie bezwykopowej budowy sieci gazowych, wodoci-agowych i kanalizacyjnych. Politechnika swietokrzyska. Kielce, 2006, 180 p.

5. Gal'perin E.M. Opredelenie nadezhnosti funktsionirovaniya kol'tsevoy vodoprovodnoy seti [Determining the Reliability of Water Ring Mains Operation]. Vodosnabzhenie i sanitarnaya tekhnika [Water Supply and Sanitary Engineering]. 1999, no. 6, pp. 13—16.

6. Kuliczkowski A., Kuliczkowska E., Zwierzchowska A. Technologie beswykopowe w inzeynierii srodowiska. Wydawnictwo Seidel-Przywecki Sp. Kielce, 2010, 735 p.

7. Metodika opredeleniya potentsiala energosberezheniya i perechnya tipovykh mero-priyatiy po energosberezheniyu i povysheniyu energeticheskoy effektivnosti [Methods of Determining the Energy Saving Potential and the List of Standard Measures on Energy Saving and Energy Efficiency]. Saint-Petersburg, SRO NP «Tri E» Publ., 2011, 76 p.

8. Rameil M. Handbook of Pipe Bursting Practice. Vulkan verlag, Essen, 2007, 351 p.

9. Orlov V.A., Kashkina E.A. Tekhnologiya Swagelining. Opyt vosstanovleniya napor-nogo chugunnogo truboprovoda s ispol'zovaniem bestransheynogo metoda [Technology Swagelining. Experience of Pressure Recovery of Cast Iron Pipes with the Use of Trenchless Method]. Tekhnologii Mira [Technologies of the World]. 2011, no. 9, pp. 13—14.

10. Govindan Sh., Val'ski T., Kuk D. Resheniya Bentley Systems: gidravlicheskie mod-eli. Pomogaya prinimat' luchshie resheniya [Decisions of Bentley Systems: Hydraulic Models. Helping to Make Better Decisions]. SAPR i grafika [CAD and Graphics]. 2009, no. 4, pp. 36—38.

11. Borisov D.A. Bentley Systems — modelirovanie i ekspluatatsiya naruzhnykh setey vodosnabzheniya i kanalizatsii [Bentley Systems — Modeling and Operation of External Networks of Water Supply and Sewerage]. SAPR i grafika [CAD and Graphics]. 2009, no. 5, pp. 64—68.

About the authors: Orlov Vladimir Aleksandrovich — Doctor of Technical Sciences, Professor, head, the Department of Water Supply, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; +7 (499) 183-36-29; orlov950@yandex.ru;

Chrenov Konstantin Evgen'evich — graduate student, Department of Water Supply, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation, +7 (499) 183-36-29; xrenov_k@mail.ru;

Bogomolova Irina Olegovna — assistant, Department of Water Supply, Moscow State University of Civil Engineering ((MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; +7 (499) 183-36-29; bogomolova83@mail.ru.

For citation: Orlov V.A., Khrenov K.E., Bogomolova I.O. Vosstanovlenie vetkhikh trubo-provodov predvaritel'no szhatymi polimernymi trubami [The Restoration of the Dilapidated Pipelines Using Compressed Plastic Pipes]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2014, no. 2, pp. 105—113.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.