Доклад, представленный на международной конференции "NO-DIG - 2012". Авторы - Орлов В.А., Коблова Е.В, Московский государственный строительный университет, Кафедра Водоснабжения, (Москва, Россия).
Реализация на практике отдельных бестраншейных технологий реновации водопроводных сетей полимерными материалами (трубами, защитными покрытиями) является классическим примером ресурсо и энергосбережения в городском хозяйстве.
Наибольший интерес в качестве объекта применения и получения эффекта ресурсо и энергосбережения по совокупности сопровождающих операций находит технология протягивания путем предварительного термомеханического сжатия полимерного трубопровода, не приводящего к его вытягиванию.
Данный метод в зарубежной практике именуется как Swagelining. Преимущество данного метода состоит в том, что после естественного распрямления полимерного трубопровода за счет эффекта памяти первоначальной формы и плотного прижатия нового трубопровода к старому не образуется кольцевого межтрубного пространства между новым и старым трубопроводами.
Метод Swagelining позволяет восстанавливать трубопроводы диаметром от 100 до 1200 мм при значительной протяженности ремонтного участка.
Для строителей, осуществляющих реновацию трубопроводных сетей по описанной технологии, наиболее важным вопросом является определение степени термомеханического сжатия полимерного трубопровода, т.е. подбора сужающей матрицы.
При этом необходим оптимальный вариант сжатия, при котором, с одной стороны, необходимо добиться сужения сечения трубопровода до диаметра, позволяющего беспрепятственно и с незначительными усилиями на лебедке протягивать плеть труб. С другой стороны, не слишком зауживать диаметр, так как это может привести к нарушению диапазона оптимальных параметров работы установки по термомеханическому сжатию.
Цель последующих исследований, состояла в получении зависимости изменения толщины стенки от степени сжатия полимерного трубопровода, руководствуясь которыми проектировщики могут выбрать соответствующий вариант термомеханического сжатия, который бы обеспечивал минимальные усилия протягивания. Алгоритм решения задачи представлен ниже.
В результате равномерного сжатия трубопровода по технологии Swagelining диаметр уменьшается, а первоначальная толщина стенки m увеличивается.
Для определения толщины стенки при различных значениях степени сжатия, например, в диапазоне 1-10 % с шагом 1 %, необходимо решение задачи, в основу которой положено сохранение массы вещества трубопровода, а точнее объема полого цилиндра до и после операций термомеханического сжатия. Согласно представленным на рис. 1 обозначениям, выразим объем полого цилиндра до сжатия и после сжатия.
Dвн. – внутренний диаметр подлежащего реновации старого трубопровода, мм; dнар. – наружный диаметр полимерного трубопровода, мм; m – толщина стенки для соответствующего SDR; dвн. – внутренний диаметр полимерного трубопровода, определяемый как dнар.- 2m; l – длина трубопровода, м.
Проводя математические операции, в результате получаем уравнение из которого можно определить искомую величину толщины стенки трубы после сжатия х (1):
Далее, задаваясь указанным выше диапазоном степени сжатия и используя стандартные диаметры и толщины стенок полимерных трубопроводов (для соответствующего SDR), можно посчитать искомые величины толщин стенок после термомеханического сжатия.
Расчет величины толщины стенки трубы m в зависимости от степени сжатия трубы n приведен в виде диаграмм на рис. 2.
Используя полученную в результате расчета математическую зависимость, например, m=0,5788n+59,225 для SDR 17, можно подсчитать толщины стенок трубопроводов при различной степени их сжатия, определив, таким образом, их диаметр, обеспечивающий оптимальные условия для протягивания нового трубопровода в старый. Например, если реновации подлежит старый трубопровод внутренним диаметром Dвн.=1000 мм, то после расширения нового полимерного трубопровода в старом его наружный диаметр составит также 1000 мм, а внутренний 1000-2∙59,3=881,4 мм.
Широкий диапазон внутренних диаметров позволяет подобрать такой вариант реновации, при котором потери напора будут минимальными. Это приведет к значительному снижению затрат электроэнергии на транспортировку воды, что будет в прямом смысле содействовать достижению эффекта энергосбережения.
Для доказательства данного положения ниже приведен пример определения годовой экономии электроэнергии на единицу длины трубопровода диаметром 1000 мм ΔЭ1м после его реновации по методу Swagelining.
Воспользуемся известной формулой для определения годовой экономии электроэнергии на единицу длины трубопровода (2):
- коэффициенты гидравлического трения для старого стального трубопровода и для полимерного трубопровода; Q – расход транспортируемой трубопроводом воды, м3/с; ηнас., и ηдвиг. –коэффициенты полезного действия соответственно насоса и электродвигателя соответственно; 24 – количество часов работы насоса в сутки, ч; 365 –количество дней в году; 1000 – переводной коэффициент из Вт в кВт.
Для решения задачи необходимо задаться расходом Q, который, например, можно принять равным 0,79 м3/с, что соответствует скорости течения воды в стальном трубопроводе внутренним диаметром 0,9 м - 1,23 м/с. 4
Подставляя исходные данные в формулу (2) и производя промежуточные операции, получим расчетные значения годовой экономии электроэнергии на единицу длины трубопровода в год: для первого случая (SDR 17) - 82,445 кВт·ч; для второго случая (SDR 26) - 97,787 кВт·ч; для третьего случая (SDR 41) - 111,943 кВт·ч.
Для реальных условий проектирования, когда, например, протяженность водовода s составляет порядка 2000 м, экономия энергозатрат, соответственно по первому варианту, составит в год 82,445·2000=82444 кВт·ч, по второму варианту 97,787·2000=195574 кВт·ч и по третьему 111,943·2000=223886 кВт·ч.
Выводы
Приведенные расчеты показывают, что, несмотря на то, что после реновации методом протягивания внутренние диаметры новых двухтрубных конструкций уменьшаются, экономия энергозатрат возрастает. Отсюда напрашивается вывод, что влияние удельного сопротивления (т.е. степень шероховатости внутренней поверхности трубопроводов) оказывает решающую роль для энергосбережения.
В качестве вывода необходимо отметить, что реновация методом Swagelining позволяет одновременно добиться двойного эффекта: ресурсосбережения, так как после ремонта будут ликвидированы утечки воды (эксфильтрация), а также энергосбережения, т.е. снижения затрат на электроэнергию при транспортировке воды.
Список литературы
1. Останов А.А., Устюгов В.А., Харькин В.А. Энергосбережение на трубопроводах водоснабжения и водоотведения. Сантехника №4. 2010.
2. Орлов В.А. Защитные покрытия трубопроводов. Издательство АСВ. 2009.
3. Проектирование, строительство и эксплуатация трубопроводов из полимерных материалов. Справочник проектировщика. Стройиздат. 1985.
4. Шевелев Ф.А., Шевелев А.Ф. Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб. Стройиздат. 1984.
Комментарии 0