Контроль состояния водопроводных и водоотводящих сетей

До начала ремонтно-восстановительных работ на трубопроводах независимо от применяемого метода обязательно должен осуществляться комплексный диагностический и инспекционный контроль. Проведение такого контроля является неотъемлемой составной частью бестраншейных технологий восстановления и реконструкции подземных трубопроводов.

В настоящее время диагностический контроль состояния потенциальных ремонтных участков трубопроводов производится с помощью телевизионных роботов.

Телевизионные роботы, или системы для телеинспекции коммунальных трубопроводов, впервые появились в Европе в середине 50-х гг. XX в. В 1980-е гг. практически во всех развитых странах прошел бум внедрения робототехники в отраслях, обслуживающих городские подземные трубопроводы. С начала 1990-х гг. началось активное использование телероботов в нескольких крупных городах России; при этом следует заметить, что современные системы диагностики являются очень дорогостоящими и регулярно применяются коммунальными службами только в крупнейших городах. Наиболее продуктивно теледиагностические обследования проводятся в водоканалах Москвы и Санкт-Петербурга, где осуществляется не только выборочная инспекция типов трубопроводов и аварийных участков, но и плановый мониторинг действующих водопроводных и водоотводящих сетей, а также обязательный телеконтроль трубопроводов после строительства или ремонта. Кроме того, необходимо констатировать, что выборочная инспекция позволяет оценить состояние разветвленных и протяженных сетей на определенной площади и прогнозировать изменение этого состояния. Достигаемая при этом точность контроля достаточна для выработки стратегии реновации подземных инженерных коммуникаций.

Современные телевизионные роботы могут совмещать функции диагностики технического состояния трубопроводов и локального (местного) ремонта отдельных его участков. В этом случае они называются ремонтными роботами.

На сегодняшний день принята следующая классификация телеинспекционных роботов:

переносные проталкиваемые телекамеры с черно-белым или цветным монитором, углом бокового обзора 63° и возможностью фокусировки изображения; они предназначены для оперативной диагностики технического состояния труб диаметром от 40 до 300 мм на расстоянии до 100 м;
дистанционно управляемые телекамеры с цветным монитором, углом бокового обзора 75° и возможностью фокусировки изображения; они предназначены для диагностики технического состояния труб диаметром от 100 до 1200 мм на расстоянии до 1000 м; снабжаются разъемом для подключения персонального компьютера;

Сравнительные показатели методов бестраншейного восстановления водопроводных и водоотводящих сетей

Показатели	Нанесение цементно- Песчаных покрытий	Протаскивание Нового твердого трубопровода В старый пневмо-пробойником	Протаскивание гибкой предварительно сжатой полимерной трубы (Свейдж лайтинг)	Протаскивание гибкой сложенной U образной полимерной трубы (« Слип лайтинг)	Использование комбинированной ванной трубы («Uponor»)	Использование гибких сегментов («Trolining»)	Использование Гибкого комбинированного рукава (чулка)	Использование рулонной навивки	Точечный (местный)ремонт (на примере метода «Grouting sleeve»)
Диапазон Диаметров,мм	80-2200	100-300	80-300	100-800	150-300	150-2000	100-1500	200-1200	150-1350
Трубопроводы: Водопроводящий Водоотводящий	+ +	+ +	+ +	+ +	- +	- +	+ +	- +	- +
Максимальная протяженность ремонтного участка, м	180	100	200	600	200	100	300	200	0,9(max)
Виды повреждений (дефектов)	Мелкие трещины, коррозия, износ	Любые повреждения	Любые повреждения	Средние трещины, сколы, неплотности соединений	Средние трещины, неплотности соединений	Средние трещины, сколы, малая деформация по сечению	Крупные трещины, сколы, малая деформация по сечению	Средние трещины и сколы, неплотности соединений	Раскрытые стыки, смещение труб в стыках, винтообразные трещины
Материал ремонтного покрытия	Цементно-песчанная смесь	Полипропилен,поливинилхлорид,полиэтилен	Полиэтилен	Полиэтилен высокого давления, полипропилен	Термопластичные полимеры(полиэтилен)	Полиэтилен марки Vestolen A3512	Композит на основе полиэфирных, эпоксидных смол	Полипропилен, поливинилхлорид, полиэтилен низкого давления	Листовая нержавеющая сталь, пористый полиуретан
Термостойкость,^оС	Без ограничений	45	50	50	45	50	70	50	Без ограничений
Требования к подготовке внутренней поверхности трубопровода	Очистка скребками и швабрами	Не требуется	Очистка водой под давлением, контроль дисками	Очистка водой под давлением, контроль дисками	Очистка водой под давлением, контроль дисками	Очистка водой под давлением, контроль дисками	Очистка водой под давлением,использование корнерезов, контроль дисками, теле контроль	Очистка водой под давлением, контроль дисками	Очистка водой под давлением, скребками и швабрами, телеконтроль
Требования к водоотливу	Требуется	Требуется	Требуется	С ¼ уровня заполнения	Требуется	Требуется	Требуется	Не требуется	Требуется
Минимальное монтажное отверстие(проем)	Люк колодца	Люк колодца	Люк колодца	Люк колодца	Люк колодца	Люк колодца	Люк колодца	Люк колодца	Люк колодца
Продолжи-тельность технологического цикла при ремонте участка длиной 100м, рабочих смен	3-5	2-3	1	1	1	1	1	1	-
Срок службы ремонтного покрытия,лет: Прогноз Реальность	30 Более 20	50 Более 30	50 Более 30	50 Более 10	50 Более 10	30 Более 20	30 Более 20	50 Более 5	50 Более 20
Потери диаметра трубопровода после ремонта, %	5-10	Нет	3-5	10-15	10-15	5-10	3-5	10-15	10-15
Необходимость испытания на герметичность	Нет	Да	Нет	Нет	Да	Нет	Нет	Да	Нет

дистанционно управляемые телекамеры с сателлитами, т.е. дополнительными телекамерами; система предназначена для одновременного проведения инспекции основного трубопровода и примыкающих к нему по ходу движения ответвлений диаметром 100-200 мм и длиной от 25 до 50 м;
специализированные телекамеры (беспроводные и глубинные для скважин).

Ремонтные роботы применяются для местного ремонта участков подземных трубопроводов диаметром от 150 до 800 мм. Они комплектуются специальным оборудованием (например, фрезерной, заделочной и бандажной головками) и цветной кинокамерой с углом бокового обзора 75° и возможностью фокусировки. За рубежом широко распространены специальные ремонтные роботы для прокладки оптико-волоконных кабелей в свободном пространстве водоотводящих коллекторов.

Телевизионные роботы представляют собой перемещающиеся внутри трубопровода транспортные модули на колесном или гусеничном ходу, на салазках или плавающие.

Робототехнические комплексы НПО «ТАРИС», предназначенные для телеинспекции водопроводных, водоотводящих и водосточных сетей диаметром от 90 до 1500 мм и различных условий их эксплуатации.

На рисунке ниже показан переносной телеробот с основной поворотной и дополнительной компактной телекамерами для обследования примыкающих трубопроводов на расстоянии до 50 м от места врезки.

Телероботы управляются по кабелю длиной до 200 м. Аппаратура управления и пост оператора находятся в специальном микроавтобусе. Здесь же располагаются кабельный барабан, подъемники, устройства очистки и связи, генератор, бортовой компьютер, видеосистема и другое оборудование.

Телероботы полностью герметичны и способны работать в частично заполненных водой трубопроводах, что дает им преимущества перед другими средствами диагностики. Роботы Р-100 и Р-200 заполнены изнутри сухим азотом для предотвращения конденсации влаги внутри корпусов и на стекле видеокамеры при работе в случае перепада температур. Телероботы оборудуют также специальными стеклоочистителями.

Инспекция трубопроводов осуществляется цветной телекамерой с высокой разрешающей способностью и цифровым увеличением изображения, что позволяет получить богатую детализированную информацию о техническом состоянии сети. Телекамера способна обнаружить даже небольшие трещины и течи, засоры и посторонние предметы, определить точное местоположение и характер дефекта, состояние трубопровода вокруг дефекта. Видеосъемка может производиться круглосуточно и независимо от погодных условий.

Телероботы НПО «ТАРИС»

1.38

а — переносной робот Р-100 для трубопроводов диаметром 90 мм на гусеничном ходу; б — телеробот для трубопроводов диаметром 150-300 мм на колесном ходу; в — робот Р-200 для трубопроводов диаметром 150-1500 мм; г — плавающий модуль W-400 для частично заполненных трубопроводов

Телеробот фирмы «CUES» (США)

1.39

Многофункциональный телевизионный комплекс Р-200 на автомобиле

1.40

Технология съемки заключается в следующем. Оператор управляет видеосъемкой из студии, размещенной в автомобиле. На монитор выводится четкое и ясное изображение внутренней поверхности трубы. По краю изображения высвечиваются и фиксируется информация о заказчике, данные о месте проведения работ и виде трубопровода, время съемки и ход камеры (расстояние от исходной точки движения). При обнаружении повреждений (дефектов) внутренней поверхности оператор останавливает камеру и подробно осматривает место дефекта путем поворота объектива. Комментарий оператора вместе с изображением должен записываться на видеопленку. Видеокассета передается заказчику после окончания работ и хранится в его видеоархиве. По результатам видеоосмотра должен составляться письменный отчет, в котором дается полное описание нарушений стыковых соединений, ответвлений и всех дефектов внутренней поверхности (трещин, прогибов, изломов, деформаций, заусениц, зазубрин и т.д.). В отчете также должны быть приведены выводы о необходимости проведения соответствующих ремонтных работ и профилактических мероприятий.

Дефекты, обнаруженные в результате телеинспекции, можно разделить на две категории:

структурные (микротрещины, вызывающие локальную эксфильтрацию и инфильтрацию, продольные и круговые трещины, нарушение стыковых соединений в результате старения труб и т.д.);
функциональные (деформации, образование ржавчины, биообрастаний и наносов на внутренней поверхности труб, проникновение корней деревьев внутрь трубопроводов, преждевременное разрушение материала труб и защитных оболочек из-за агрессивного воздействия грунтов и т.д.).

Телеконтроль водопроводных, водоотводящих и водосточных сетей может использоваться в трубах из любого материала диаметром 90—150 мм с помощью неповоротной и несамоходной (протягиваемой на тросе или проталкиваемой фибергласовым стержнем) телеустановки; в трубах диаметром 100—250 мм с помощью самоходного колесного робота с неповоротной широкоугольной телекамерой, а также в трубах большого диаметра (до 1500 мм) с применением самоходных роботов с поворотной телекамерой, устанавливаемой с помощью пантографического механизма по центру трубы. В каждом из перечисленных вариантов используется цветная телекамера с разрешением 330—470 линий.

В МГУП «Мосводоканал» с 1996 г. эффективно применяются робототехнические комплексы, которые позволяют выполнять как телеинспекцию, так и фрезерно-подрезные и заделочные работы внутри трубопроводов. Непосредственным производителем работ с помощью телероботов является цех диагностики и контроля аварийного управления «Мосводопровод», в обя

занности которого входит также работа по установке бандажей для оперативного устранения свищей и трещин.

Используемая технология бандажирования включает следующие этапы:

аварийный участок трубопровода перекрывается, из него удаляется вода и в удобном месте на расстоянии не более 100 м от предполагаемого дефекта делается лаз для помещения в трубу робота, который, перемещаясь по трубе, передает оператору подробную информацию о состоянии трубопровода и осуществляет поиск дефекта;
поврежденный участок зачищается до металлического блеска с помощью фрезерной головки и металлической щетки; герметичность робота позволяет использовать его даже в частично заполненной водой трубе;
фрезерная головка робота заменяется специальным устройством — пакером соответствующего диаметра, на котором устанавливается бандаж, представляющий собой сложенный кольцом лист нержавеющей стали со специальным замковым устройством; снаружи на лист накладывается прочная ткань, пропитанная полимерным составом, который должен быть сертифицирован санитарно-эпидемиологической службой (СЭС) для контакта с питьевой водой;
робот с пакером подводится к месту ремонта, и в пневмобаллон подается сжатый воздух от компрессора; бандажная головка расширяется до размеров трубы, и благодаря замковому устройству бандаж плотно фиксируется на внутренней поверхности трубы; пневмобаллон освобождается от воздуха и принимает первоначальный размер.

На рисунке ниже схематично представлены операции по бандажированию и удалению выступающего предмета на трубопроводе с помощью ремонтного робота.

Продолжительность бандажирования около 10—30 минут и определяется расстоянием от места введения робота в трубопровод (т.е. колодца или специального лаза) до дефекта на трубопроводе. В технологии бандажирования используется процесс полимеризации без дополнительной температурной обработки, который продолжается несколько часов. По истечении суток трубопровод может быть принят в эксплуатацию (после традиционной санитарной обработки).

Для измерения толщины стенки трубопровода применяются фрезерные телероботы НПО «ТАРИС» марки С-200 D, которые оснащены контактным ультразвуковым датчиком.

Выполнение заделочных (слева) и фрезерных (справа) работ с помощью роботов

1.41

Диагностический робот С-200 D

1.42

Определение степени износа стенок стальных, чугунных и других трубопроводов диаметром от 200 до 600 мм, а также поиск каверн на наружной и внутренней стенках труб производятся путем выдвижения датчика-толщиномера до плотного контакта со стенкой трубы. Привод ротации робота позволяет производить измерения в любой точке по окружности трубы. При наличии на внутренней стенке трубопровода отложений (ржавчины, биообрастаний и т.д.) производится предварительная чистка места измерения с помощью фрезерной головки.

С помощью робототехнических комплексов Рокот-1 НПО «ТАРИС» МГУП «Мосводоканал» в 1999-2003 гг. ликвидированы свищи в трубопроводах диаметром 300 мм под Боровским и Каширским шоссе, в трубопроводах диаметром 400 мм, расположенных в районе Ленинского проспекта, Профсоюзной улицы и на других объектах. Работы по бандажированию исключили трудоемкий и дорогостоящий ремонт открытым способом с вскрытием дорожного полотна и приостановкой движения транспорта. Анализ, проведенный в МГУП «Мосводоканал», показал, что расходы на аварийные работы с помощью ремонтных робототехнических комплексов Рокот-1 соответственно на 10 и 70% меньше по сравнению с расходами на раскопку котлована в грунте и на асфальте. Однако робототехнический комплекс Рокот-1 не приспособлен для восстановления повреждений сварных швов и раструбных соединений трубопроводов.

В последние годы западно-европейскими и американскими фирмами предложен ряд интересных новинок в области телеинспекции. В их числе вращающиеся и панорамные камеры цветного изображения — SlimLine Pan (Великобритания) с системой транспортировки и слежения на гусеничном ходу, Telespec (Великобритания) на колесном ходу со встроенной системой освещения и возможностью наезда, а также микрокам^ры HV 25 (Франция) для осмотра трубопроводов малого диаметра с резкими изгибами и затрудненным доступом для исследования трубопроводов диаметром 30—150 мм на расстоянии до 50 м. Подобные системы производятся также американской фирмой « Uemsi», английской «Telespec» и др. В частности, малогабаритные камеры Predator американской фирмы «Uemsi» для труб диаметром 75 мм имеют возможность преодолевать изгибы (повороты) трубопровода до 90°, а мини-телекамеры серии Shaser позволяют производить инспектирование трубопроводов диаметром 50 мм и более .

С помощью современных систем телеинспекции можно не только обнаружить и идентифицировать дефекты, но и прогнозировать их появление. Для этих целей разработаны и используются специальные диагностические комплексы, включающие датчик-толщиномер, который позволяет с высокой точностью определять остаточное количество металла в сечении трубопровода, в том числе под слоем отложений, а также обнаруживать микротрещины длиной не менее 50 мм. При разработке таких диагностических комплексов основной задачей являлось создание устройства, аналогичного по функциям снарядам- дефектоскопам, используемым в магистральных нефтегазопроводах, однако способного в отличие от этих снарядов работать в трубопроводах с неравномерным внутренним проходным сечением и без специальных камер запуска

Мини-камера Chaser фирмы «Uemsi»

1.43

В настоящее время на зарубежных коммунальных объектах используются технические средства для диагностики состояния сетей и работы сооружений в виде многопрофильных диагностических комплексов по типу мини-лабораторий, фиксирующих дефекты труб и отбирающих пробы воды и твердых отложений на анализ непосредственно из интересующих исследователей мест на внутренней поверхности трубопровода.

Профилирующий инструмент DKM 150 фирмы «Optimess»

1.44

За рубежом (в частности, немецкой фирмой «Optimess») выпускаются профилирующие лазерные измерительные головки 200/KFWc высокой разрешающей способностью и механический профилирующий инструмент DKM 150 для точного измерения размеров и деформаций труб. Данные по диагностике состояния труб передаются с помощью электрических сигналов в контрольное регистрирующее устройство, которое может находиться на расстоянии до 1500 м Инструмент DKM 150 используется ждя труб диаметром 150-450 мм.

Перспективными мероприятиями коммунальных служб при проведении теледиагностики являются плановые периодические обследования трубопроводов с накоплением информации об их состоянии в банке данных. В случае проведения первичного обследования (например, сразу после прокладки трубопровода) подаватель в последующем будет иметь значительно более полную информацию о степени износа труб, поскольку сможет сравнивать текущие результаты обследования с предыдущими.

Таким образом, систематизация и анализ повреждений на водопроводных и водоотводящих сетях становятся неотъемлемой составной частью работы служб эксплуатации, помогающей принять оптимальные решения необходимости прочистки сетей, выборе метода восстановления или реконструкции действующих трубопроводов.

В МГУП «Мосводоканал» лроводится постоянный мониторинг состояния подземных трубопроводов с фиксацией дефектов трубопроводов и составлением кадастра повреждений. Наиболее богатая информация о техническом состоянии трубопроводов собрана в видеоархивах Производственного эксплуатационного управления канализационных сетей (ПЭУКС) МГУП «Мосводоканал».

Детальный анализ получаемых видеоматериалов позволяет специалистам с большей точностью и наименьшими материальными и денежными затратами предлагать соответствующий метод реновации безнапорных водоотводящих сетей. Однако для принятия окончательного решения наряду с телевизионным диагностическим контролем необходимо учитывать уклон обследуемого участка трубопровода, характер и агрессивность грунта и подземных вод вблизи трубопровода, а также состояние материала трубопровода, т.е. степень его старения.

Уклон может быть зарегистрирован с помощью гидростатического клинометра. Например, фирмой «Aarsleff Pipe Technologies» (Дания) для данных целей используется клинометр Consoil, состоящий из регистратора, катушки, зонда со встроенным передатчиком и наполненного жидкостью шланга. Шланг протягивается на всю длину трубопровода, к концу шланга подсоединяется зонд со встроенным передатчиком, который показывает глубину зонда по отношению к определенной нулевой точке на приборе- регистраторе. После считывания значений глубины на каждом метре участка реабилитируемого трубопровода зонд извлекается. Реальный уклон трубопровода можно зарегистрировать с точностью до 1 см. Измерение уклона с помощью устройства Consoil позволяет выявить причину и степень возможной блокировки в процессе восстановления при реализации какого-либо метода бестраншейной реконструкции трубопроводов.

Для определения степени плотности и однородности (гомогенности) грунта вблизи ветхого трубопровода могут применяться радиоактивные (например, гамма-излучение) или импульсные (например, электромагнитный радиосигнал) методы.

Радиоактивные методы анализа структуры грунта предполагают использование источника нейтронного или гамма-излучения, а также детектора, регистрирующего потери излучаемой энергии. Для этого могут использоваться измерительные гамма-зонды и нейтрон-гамма-зонды, которые вводятся в трубопроводы и размещаются на передвижном лафете у внутренних стенок. Перемещение измерительных зондов по трубопроводу для непрерывного комплексного анализа грунта по трассе осуществляется с помощью лебедки и троса, который крепится к лафету.

Импульсный метод анализа структуры' фунта предусматривает использование георадаров с антеннами. Преимущество метода заключается в том, что антенна не должна находиться внутри трубопровода в непосредственном контакте с его стенкой. Это позволяет проводить анализ состояния грунта с поверхности земли над трассой. С помощью импульсной эхолокации можно обнаружить препятствия как большого, так и малого размера.

Радиоактивный и импульсный методы позволяют произвести картирование участка местности и трубопровода, т.е. получить исчерпывающую информацию не только об условиях залегания в грунте подлежащих обновлению водоотводящих трубопроводов, но и об их техническом состоянии (в частности, о степени износа стенок). При использовании данных методов значительно сокращается риск встречи с неопознанным ранее препятствием, которое способно вывести из строя устройства для разрушения трубопровода в период бестраншейной реновации, например при протаскивании новых полимерных покрытий.

Необходимо отметить некоторую специфику проведения диагностических исследований при отборе проб грунта и материала трубопровода в отрываемой траншее. Пробы грунта (не менее 1 кг) отбираются вблизи трубопровода в трех местах: над трубой, под трубой и рядом с ней. При этом допускается относительная свобода действий по отбору материала, т.е. без строгого соблюдения послойной стратификации. Отобранные пробы грунта перед отправкой в лабораторию помещаются в специальные прочные пластиковые пакеты, исключающие попадание в них атмосферного воздуха во избежание обезвоживания. В случае присутствия в открытой транщее грунтовых вод производится их отбор с последующим анализом в специализированной лаборатории.

Забор и выемка для анализа материала трубопровода в виде образца определенной длины осуществляются со стороны верхней образующей трубы путем поперечного распила стенки на всю толщину. Длина образца не должна быть более 50 см, чтобы не создавать трудностей для последующей эксплуатации сети. Перед отправкой в лабораторию образец помещается в полиэтиленовую упаковку для поддержания естественной влажности наружного и внутреннего налетов. При этом не должна производиться очистка образца от налипшего грунта, слой которого около 2—3 см Желательно сохранить для лабораторных исследований. В сопровождаемой анкете указывается первоначальный цвет внешней поверхности образца трубопровода, так как со временем он может измениться. При отборе проб также производится фотографирование места участка трубы в открытой траншее, где произведен забор грунта, воды и образца трубопровода.

Детальный анализ отобранных проб грунта вдоль трассы и подземных вод проводится на предмет их коррозионной активности по отношению к материалу трубопровода. В пробах воды определяются pH, общее солесодержание, электропроводимость, концентрация хлоридов и сульфатов. Пробы фунта, находящегося в непосредственной близости от трубопровода, могут представлять различные смеси из частиц растительного слоя, местного грунта, камней, субпродуктов Промышленной переработки твердых отходов и т.д. По результатам анализа на основании действующих технических норм устанавливается потенциальная опасность грунтов и подземных вод при их возможном контакте с соответствующими металлическими подземными инженерными сооружениями, к которым относятся стальные и чугунные трубы. Анализ грунтов, в частности, состоит в описании составляющих элементов, определении плотности, пористости,

Остались вопросы?

← Классификация методов бестраншейного восстановления трубопроводов

Прочистка трубопроводов перед восстановлением →