Диагностика подземных трубопроводных сетей

12 мая 2016 г.

Сильфонные компенсаторы

Задачей данного раздела является рассмотрение ряда сопутствующих проектированию трубопроводов вопросов, без получения информации по которым практически невозможно качественно провести проектные разработки и строительные работы на потенциальных объектах реновации, а также в дальнейшем эффективно эксплуатировать трубопроводную сеть.

Для принятия правильного решения по разработке стратегии и тактики реновации трубопроводных сетей различного назначения проектировщик должен детально ознакомиться с результатами комплексных диагностических обследований старых трубопроводов, использовать их в своей работе и четко представить картину возможной реабилитации отдельных участков трубопроводной сети с использованием современных методов строительства.

В настоящий момент диагностика подземных трубопроводов рассматривается как базовый аспект при разработке стратегии их восстановления. При этом важным элементом при разработке стратегии восстановления городских инженерных сетей является ориентация на выполнение ремонтно-восстановительных работ современными бестраншейными методами. В свою очередь, неотъемлемой составной частью этих методов является предварительная комплексная инспекция и диагностика состояния (визуальная или с помощью соответствующих технических средств, включая системы телевизионного контроля).

Современные системы теледиагностики на сегодняшний день становятся все более доступными как для приобретения, так и для аренды. По опыту ОАО «Мосводоканал» с помощью теледиагностических комплексов (в систематическом режиме использования) можно в сутки производить обследование до 400 пог. м трубопроводов, обнаруживая дефекты и архивируя получаемые результаты технического состояния участков трубопроводных сетей в целях создания электронных паспортов (медицинских карт) отдельных участков сети. Необходимо подчеркнуть также, что данные инспекционного и диагностического контроля требуют обязательной тщательной последующей обработки, анализа и целенаправленной интерпретации исследователями. Например, ответы на вопросы «будет ли обнаруженная патология развиваться дальше?», т. е. прогрессировать, или «является ли данный дефект существенной причиной реабилитации всего трубопровода или его части?» будут служить базовыми элементами при разработке стратегии реновации сетей водоканалами. Эти же данные могут являться конкретными аргументами проектировщиков при принятии окончательного решения в пользу восстановления участка трубопровода тем или иным методом или его перекладки.

Инспекционный диагностический контроль состояния подземных трубопроводов современными телесистемами с цветной поворотной камерой производится в следующих случаях: для оценки состояния действующих сетей;

для выявления состояния трубопровода перед проведением его бестраншейной реновации; при приеме в эксплуатацию вновь построенных трубопроводов.

Необходимо отметить, что в условиях большого города при высокой плотности подземных инженерных коммуникаций различного назначения (трубопроводы, кабели, колодцы, фундаменты зданий и сооружений) диагностика утечек воды (инфильтрации) ТВ-установками предпочтительна по сравнению с другими методами (например, использованием корреляторов, течеискателей, георадаров). Кроме того, в результате теледиагностики выявляется степень коррозионного обрастания внутренней поверхности трубопровода, степень и характер солевых и биологических отложений, а также фиксируется наличие выступающих элементов и посторонних предметов. В результате комплексной диагностики устанавливается наличие блуждающих токов, производятся отбор и лабораторный анализ проб материала трубопровода для выявления его физического состояния и остаточного срока эксплуатации. Получаемая информация является незаменимым материалом для проработки вопросов долгосрочной стратегии и тактики восстановления сетей.

При проведении теледиагностики водоотводящих сетей в первую очередь проверяется целостность труб и стыков, сдвигов между ними, наличие трещин, целостность верхнего свода, степень прорастаний корней деревьев и кустарников в раструбы или щели. Это необходимо для своевременной ликвидации дефектов, которые могут привести не только к загрязнению подземного пространства и окружающей среды сточными водами, но и к просадке грунта, в том числе с образованием аварийных зон, где одна часть действующих трубопроводов будет работать на растяжение, а другая — на сжатие, что в конечном итоге приведет к серьезным повреждениям всей трассы (к образованию участков с выходом концов труб из раструбов, или к деформации — сжатию труб).

На действующих водоотводящих сетях проверяются также высота и характер наслоений на их стенках в виде осадка (песка, нерастворенных органических загрязнений), а также степень разрушения свода трубы газами. Выявляются и фиксируются места несанкционированных врезок в трубопровод, наличие посторонних предметов или близко расположенных к трубопроводу коммуникаций, способных оказать потенциальное воздействие на процесс восстановления трубопровода. При проведении комплексной диагностики определяется вид транспортируемых вод и их физико-химические характеристики, а также уточняется гидравлический режим течения.

При проведении теледиагностики водопроводных сетей перед их реновацией бестраншейными методами выявляется патология, препятствующая ее осуществлению: вмятины, сколы, свищи, трещины, выступающие врезки, ремонтные чопы, электроды старой катодной защиты, грат на сварных швах, посторонние предметы и др. Зафиксированная на видеопленке информация о патологиях позволяет определить количество требуемых промежуточных раскопок по длине трассы реабилитируемого трубопровода, а также более точно оценить объем работ по реновации и уточнить соответствие геометрии трубопровода схемам трассировки.

Теледиагностика после реновации бестраншейными методами как на водопроводных, так и на водоотводящих сетях преследует цель получить всестороннюю оценку качества выполненных работ, оперативно устранить выявленные дефекты (т. е. по «свежим следам», в противном случае при реализации некоторых методов бестраншейной реабилитации исправление защитных покрытий требует вскрытия и перекладки трубопровода) и своевременно произвести сдачу и приемку участка трубопровода в эксплуатацию.

Теледиагностика принимаемых в эксплуатацию вновь построенных (в особенности бестраншейными методами) трубопроводов позволяет выявить наличие посторонних предметов в трубопроводе и проверить качество заделки раструбного стыка труб или сварки по виду внутренней линии сварного шва. Так, отсутствие бугорка сварки на внутренней стороне стыка свидетельствует о непро- варе, а образование на внутренней поверхности стыка больших «капель» и острого грата может привести к увеличению гидравлического сопротивления трубопровода при его эксплуатации, к сложностям в период профилактической чистки внутренней поверхности и т. д.

По результатам комплексной диагностики подземных трубопроводов составляется специальная анкета (паспорт), таблице ниже. Такая информация является необходимой для успешного проектирования ремонтно-восстановительных работ.

Результаты комплексной диагностики потенциальных объектов восстановления

Рубрикатор

Содержание

Общие сведения

Наименование населенного пункта, улицы, номер дома, номер колодца, дата обследования и т. д.

Сведения о трубопроводе

Год укладки, диаметр, протяженность, глубина прокладки, тип стыковочного узла и материал кольцевых уплотнительных прокладок, состояние поддерживающего основания и т. д.

Состояние участка трубопровода (по результатам анализов)

Внешняя поверхность: цвет, наличие и характер повреждений и т. д. Внутренняя поверхность: цвет, наличие и характер повреждений и т. д.

Сведение о грунте вдоль трассы

Тип грунта: естественный местный грунт, насыпной привозной и т. д.

Состояние окружающей среды вдоль трассы

Цвет окружающего грунта, запах, влажность и т. д. Место расположения трубы: под проезжей частью, под тротуаром и т. д. Близость расположения других коммуникаций и т. д. Наличие воздействий: химического, электрического, биологического и т. д.

Сведения об авариях (дефектах, повреждениях)

Тип аварий: единичные продольные трещины, круговые трещины, свищи, лучевые трещины боковой поверхности, смещение в стыках и т. д. Места дефектов или повреждений: по длине трубы, по периметру, в стыках и т. д.

Необходимо отметить некоторую специфику проведения диагностических исследований по отбору проб грунта и материала трубопровода в отрываемой траншее или при шурфовании. Пробы грунта (в количестве 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 избежания обезвоживания. В случае присутствия в открытой траншее грунтовых вод производится их отбор с последующим анализом в специализированной лаборатории.

Забор и выемка для анализа материала трубопровода в виде образца определенной длины осуществляется 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 производится очистка образца от налипшего грунта, слой которого (порядка 2-3 см) желательно сохранить для лабораторных исследований. В сопроводительной 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 произведены забор грунта, воды и образца трубопровода.

Детальный анализ отобранных вдоль трассы проб грунта и подземной воды проводится на предмет их коррозионной активности по отношению к материалу трубопровода. В пробах воды определяется pH, общее солесодержание, электропроводимость, концентрация хлоридов и сульфатов. Пробы грунта, находящегося в непосредственной близости от трубопровода, могут представлять собой 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, влажности, сопротивляемости нагрузкам, оценке запаса кислотности или щелочности. По результатам экспериментов грунтам присваивается соответствующая классификация по риску воздействия на подземные инженерные металлические объекты. Важным элементом исследований образцов трубопроводов является определение окраски их наружной поверхности, которая на протяжении всего срока эксплуатации сетей контактирует с грунтом и подземными водами. Степень окраски может служить своеобразным индикатором типа коррозии как в нейтральной аэрируемой среде, так и в анаэробных условиях.

Как известно, в период длительной эксплуатации трубопровода на его внешней поверхности происходят различные химические реакции, приводящие к разрушению защитного покрытия, образованию наростов в виде уплотненных бугорков гидроксида железа и сернистого железа. На внутренней поверхности образуются очаги коррозии, что приводит к постепенному зарастанию живого сечения трубопровода и снижению его пропускной способности. Поэтому целью лабораторных анализов является определение степени скученности очагов ржавчины, глубины проникновения их в стенку трубопровода как с наружной, так и с внутренней стороны.

В лабораторных условиях проводятся химические и металлографические анализы обеих поверхностей доставляемых образцов. Они подвергаются микроскопическим исследованиям и микрозондированию для изучения динамики изменения структуры материала трубопровода во времени (в частности, для чугунных труб — динамики изменения чешуйчатой структуры графита и степени ковкости). При этом выявляется приоритетность факторов, которые воздействуют снаружи и изнутри. Такая информация позволяет оценить остаточный срок эксплуатации трубопровода и методы, позволяющие продлить срок его жизни. Для этого образцы подвергаются распилу в продольном направлении с последующей пескоструйной обработкой и фотографированием. В результате экспериментов определяется глубина проникновения очагов коррозии и ее характер (например, мелкий, глубокий, широкий кратер и т. д.).

Конечным результатом исследований по диагностике трубопроводов, выполненных из различных материалов, является заключение о влиянии временного и других факторов на старение трубопровода, о надежности его последующей работы, а также составление прогноза использования старого трубопровода с рекомендациями проектировщикам по его восстановлению.

Как отмечалось выше, внутренняя инспекция водопроводных труб большого диметра (900 мм и более) с целью диагностики их состояния предусматривает визуальный контроль, а малых — телеконтроль специальными телероботами.

Телероботы представляют собой перемещающиеся внутри трубопровода транспортные модули на гусеничном или колесном ходу, салазках или понтонах.

На телероботах располагается телекамера, а также ремонтные головки (например, заделочная или бандажная). Управляются роботы по кабелю длиной до 150 м. Аппаратура управления и пост оператора находятся в специальном микроавтобусе, рисунок ниже. Здесь же располагаются кабельный барабан, подъемники, устройства очистки и связи, генератор, бортовой компьютер, видеосистема и прочее оборудование. Робот полностью герметичен и способен работать в частично заполненных водой трубопроводах, что дает ему преимущества перед другими средствами диагностики.

Автомобиль с многофункциональной телевизионной И ремонтной техникой

4

Инспекция трубопроводов осуществляется цветной телекамерой с высокой разрешающей способностью, которая позволяет дать наиболее полную информацию о 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, независимо от погодных условий.

Опуская вопросы технологии съемочного процесса, необходимо отметить, что по результатам видеоосмотра, подтверждающегося наличием диска, должен составляться письменный отчет (протокол), в котором предоставляется полное описание нарушений стыковых соединений, ответвлений и всех видов дефектов на внутренней поверхности трубопровода: трещин, прогибов, изломов, деформаций, заусениц, зазубрин и т. д. В отчете могут размещаться фотографии отдельных наиболее значимых дефектов, на основе чего проектировщик будет принимать решение о методе реновации трубопровода. В заключение отчета должны помещаться рекомендации о возможных ремонтных работах или профилактических мероприятиях на обследуемой трубопроводной сети.

Обнаруженные в результате телеинспекции дефекты могут быть сгруппированы в две основные категории:

  1. дефекты структурные (микротрещины, вызывающие локальную эксфильтрацию и инфильтрацию, продольные и круговые трещины, нарушение стыковых соединений в результате старения труб и т. д.);
  2. дефекты, вызванные некачественным монтажом труб (например, прокладкой с малым уклоном) и неудовлетвори
  3. тельной их эксплуатацией (деформация, образование ржавчины, биообрастаний и наносов на внутренней поверхности труб, проникновение корней деревьев и кустарников внутрь трубопроводов, преждевременное разрушение материала труб и защитных оболочек из-за агрессивного воздействия грунтов и т. д.).

На практике в большинстве случаев весьма трудно определить значимость и приоритетность факторов, которые определяют периодичность, последовательность и характер ремонтных работ на сетях. Необходимо отметить, что временной фактор (разрушение труб по причине старения) не всегда является приоритетным при принятии решения по организации восстановительных работ. Специальными исследованиями установлено, что появление дефектов зависит от ряда обстоятельств, в частности, от глубины залегания труб и агрессивности грунта. Практика показывает, что чем меньше глубина заложения водоотводящих труб, тем раньше наступает их старение, и появляются трещины и свищи, например, как результат динамических нагрузок (проход транспорта, удары) или вибрации. Определенное влияние на частоту появления тех или иных дефектов может оказывать и соотношение L/D (длина/диаметр трубы). Так при больших значениях L/D (6-9) наиболее вероятно появление круговых, а при малых L/D — продольных трещин.

При проведении комплексной диагностики, включающей отбор проб подземной воды и грунта, проектировщик может косвенно оценить экологический аспект эксфильтра- ции и инфильтрации для водопроводных и водоотводящих сетей. Например, в случае эксфильтрации загрязненных сточных вод в подземные воды, присутствующие в них патогенные микроорганизмы могут проникнуть (даже противотоком) через дефекты (например, свищи) в параллельно или рядом расположенную ветхую водопроводную сеть, транспортирующую питьевую воду. Таким образом, в результате инфильтрации сточной воды в трубопровод питьевой воды, система водоснабжения становится потенциальным переносчиком загрязнений и возбудителем соответствующих заболеваний людей и животных.