Доклад, представленный на международной конференции "NO-DIG - 2010". Авторы - А.Д. Катаев, Т.А. Якушкина, ЗАО «3М Россия» (Россия, Москва).
Активная реализация в области строительства и реконструкции трубопроводов бестраншейных технологий стимулировала разработку и внедрение широкой гаммы новых строительных материалов (защитных покрытий) и технологических решений, призванных эффективно решать задачи санации (качества воды) и реконструкции трубопроводов (восстановление прочностных и гидравлических характеристик трубопроводных сетей).
Выбор того или иного защитного покрытия и технологии его нанесения обосновывается эффективностью решения поставленной задачи после проведения экспертной оценки состояния объекта реновации.
Известно, что в процессе эксплуатации водопроводы «зарастают» отложениями солей, различными биологическими структурами, ржавчиной (рис.1). Зарастание приводит к ухудшению качества воды, изменению ее состава, снижению эффективности функционирования водопровода и арматуры.
Коррозионные нарушения водопроводов (свищи, трещины, нарушения в стыках и т.д.) приводят к потерям очень значительных количеств воды. Статистика некоторых стран утверждает, что при транспортировке теряется до 50% воды. Возникают явления инфильтрации грунтовых вод, а также транспортирующихся жидкостей из системы водоотведения в систему питьевого водоснабжения. А это уже чревато возникновением массовых отравлений и заболеваний.
Эксфильтрация транспортирующихся по трубопроводам жидкостей в природную среду может способствовать изменению структуры грунта, что в свою очередь приводит к изменению нагрузок и геометрии трубопроводов, возникновению дополнительных дефектов и трещин, прорывов, провалов дорожного полотна и т.д.
В связи с очень сложной надземной и подземной инфраструктурой городского хозяйства в последние годы все больше предпочтение при ремонте трубопроводов отдается бестраншейным технологиям ремонта и санации водопроводов.
Бестраншейные технологии санации трубопроводов питьевого водоснабжения
Бестраншейные технологии санации – антикоррозионной изоляции поверхности трубопровода, контактирующей с водой, можно разделить на «рукавные» технологии и технологии с «напыляемыми покрытиями».
Рукавные технологии подразумевают протаскивание в трубопровод полимерного рукава, который формирует «трубу в трубе», его фиксацию на месте проведения ремонтно-восстановительных работ с дальнейшим восстановлением сетевых подключений и т.д.
К технологиям с напыляемыми покрытиями относят цементно-песчаные покрытия (ЦПП), а также жидкие полимерные твердеющие покрытия.
Выбор той или иной технологии определяется анализом стоимости не только покрывных или рукавных материалов, но и всех технологических, организационных, временных и логистических составляющих, с учетом особенностей места пролегания водопровода, временных возможностей по его отключению и т.д.
Внутренние напыляемые покрытия
Технологии напыляемых покрытий по природе напыляемых материалов можно условно разделить на цементно-песчаные покрытия (ЦПП) и полимерные покрытия.
Цементно-песчаная изоляция
Цементно-песчаная изоляция (ЦПИ) является наиболее широко распространенной в России технологией санации трубопроводов питьевого водоснабжения. Однако мировая практика показывает неуклонную тенденцию к отказу от использования данного покрытия в связи с многочисленными исследованиями и научными докладами о влиянии жесткости воды на миграции в воду в частности солей алюминия, входящих в состав цемента. Соли алюминия оказывают очень вредное воздействие на клетки человеческого мозга (риск миграции солей алюминия повышается в воде с низкой жесткостью). В жесткой воде интенсивность миграции значительно ниже, однако из-за наличия самой потенциальной опасности такой миграции во многих странах уже отказались от использования ЦПП в чистом виде, т.е. без дополнительного перекрытия его полимерным покрытием. Так, в Великобритании с 2005 года все работы по санации трубопроводов производятся только полиуретановыми материалами Scotchkote 169.
Кроме того, важным технологическим недостатком ЦПИ является толщина покрытия. Она обычно составляет 6-8 мм, что снижает эффективный диаметр трубопровода. Само покрытие имеет шероховатость на уровне 0,2 мм, что увеличивает трение среды о стенку, увеличивает давление прокачивания, способствует зарастанию и образованию осаждений.
ЦПП имеет достаточно высокий вес. Это создает дополнительную нагрузку на трубопровод, может способствовать его деформации в ослабленных грунтах.
Скорость отверждения ЦПП очень низкая. Для отверждения покрытия требуется несколько дней. В результате сам процесс санации – также достаточно медленный и непроизводительный (санируемый участок трубопровода выводится из эксплуатации минимум на неделю).
Все эти недостатки привели к активному освоению полимерных материалов в качестве быстроотверждаемых, легких, производительных, менее затратных по времени покрытий для санации водопроводов на месте проведения работ.
Полимерные эпоксидные покрытия
С начала 70-х годов в промышленную практику внутренних полимерных покрытий были широко внедрены двухкомпонентные эпоксидные покрытия, которые наносились с помощью специальных установок (толщина покрытия обычно составляла около 1 мм). Однако такие покрытия имели невысокую скорость отверждения, окончательная полимеризация достигалась через минимум 16 часов. Другим недостатком этих покрытий, при всех их преимуществах перед ЦПП, является высокая чувствительность качества покрытия к подготовке поверхности подложки. Учитывая, что подготовка поверхности осуществляется в бестраншейных условиях, она практически сводится к механической очистке трубопровода и его промывке водой. В результате чего достаточно часто происходит отслаивание эпоксидного покрытия, образование дефектов.
Полиуретановые быстроотверждающиеся покрытия
В конце 90-х годов компанией E.Wood (Великобритания) было разработано и предложено на рынок новое быстрополимеризующееся полиуретановое покрытие Copon Hycote 169 для бестраншейного напыления на внутреннюю поверхность трубопровода на месте проведения ремонтных работ. Безусловным преимуществом данного материала является высокая скорость реакции полимеризации, а также низкая в сравнении с эпоксидными материалами чувствительность к чистоте подготовленной поверхности трубопровода.
В 2007 г. компания E.Wood была приобретена международной промышленной компанией 3М. Название материала Copon Hycote 169 было заменено на Scotchkote 169.
Покрытие Scotchkote 169 наносится слоем около 1 мм на очищенную и промытую внутреннюю поверхность трубопровода без ограничения диаметра с помощью специальной установки, обеспечивающей нагрев и дозированное смешивание базы и активатора. Требуется несколько разных распылительных головок для всего ассортимента диаметров, но одна головка «перекрывает» достаточно широкий диапазон диаметров трубопроводов.
Покрытие Scotchkote 169 напыляется при обратном протягивании жгута шлангов с установленным на конце статическим смесителем и вращающейся со скоростью около 10 тыс. оборотов в минуту распылительной головкой. Максимальное расстояние протягивания составляет 180 метров. Для проведения работы необходим раскоп со сторами 1.5 м. Покрытие полимеризуется всего за 1 минуту. Толщина слоя покрытия зависит от скорости проводки шланга внутри трубы, а также от скорости истекания жидкости. Установка позволяет регулировать данные параметры нанесения. Технология позволяет наносить покрытие на изгибы с нормальным радиусом закругления в единой точке до 22.5 градусов. Возможна практически незамедлительная инспекция качества покрытия и ввод трубопровода в эксплуатацию уже через 30 минут. По опыту проведения работ в реальных условиях одна бригада с установкой для напыления за неделю может очищать и наносить покрытие Scotchkote 169 на 700 метров трубопровода «среднего» диаметра. По данной технологии в мире просанировано порядка 15000 км трубопроводов. В России такие работы проводятся компанией «ВодоКаналСтрой», Санкт-Петербург (отработано 20 км трубопроводов), компанией «Копр», Москва.
Покрытие Scotchkote 169 обладает глянцевой поверхностью (рис.2), высокой износостойкостью, оно имеет все необходимые зарубежные и российские разрешения для использования в системах питьевого водоснабжения. Покрытие может наноситься на различные типы трубопроводов – из литого чугуна, стали, ковкого чугуна, бетона, асбоцемента. Срок службы покрытия – более 50лет.
Важным технологическим преимущество покрытия Scotchkote 169 является то, что оно не блокирует технологических подсоединения (рис.3). В результате этого после нанесения покрытия не требуется операция по их прочистке или восстановлению. Это значительно сокращает время, затрачиваемое на проведение работ, особенно в местах жилых построек и производственных территорий с развитой сетью подземных коммуникаций и подсоединений.
Бестраншейные технологии реконструкции трубопроводов питьевого водоснабжения
До недавнего времени технологии ремонта водопроводов, имеющих значительный износ, ограничивались лишь их полной заменой: замена с разрушением полиэтиленовыми трубопроводами. Однако проведенные исследования позволяли сделать вывод о целесообразности применения в ряде случаев технологий, предусматривающих восстановление целостности трубопровода без его полной замены. К таким технологиям относятся рукавные технологии, а также технология напыления структурообразующего полимерного покрытия.
Структурообразующее напыляемое полиуретановое покрытие Scotchkote 169 HB
В большинстве распределительных сетей водоснабжения износ трубопроводов проявляется в виде локальных «точек повреждений» (питтинговая коррозия) и возникновения кольцевых «разрывов», если происходит смещение грунта в результате нагрузки от движения транспорта и от температурных изменений, которые приводят к возникновению растягивающих усилий, передаваемых на неоднородности материала трубопровода, ухудшая его хрупкость.
Таким образом, для того, чтобы выбранная технология реконструкции трубопровода была эффективной, она должна обеспечивать перекрытие имеющихся точечных сквозных дефектов поверхности трубы, а также воспринимать те внезапные нагрузки, которые могут возникнуть в случае повреждения трубы из-за её излома в результате воздействия нагрузки и, таким образом, сохранять целостность канала для транспортировки жидкости.
Решение о том, какую именно технологию реконструкции трубопровода использовать, принимается на основании оценки остаточного срока службы трубопровода, основанного на коррозионной модели, с предсказанием времени возникновения сквозной коррозии.
Неструктурообразующие внутренние полимерные покрытия, например Scotchkote 169, являются минимально затратными, но они используются тогда, когда трубопровод еще сохранил свою целостность. Рукавные технологии или замена с разрушением полиэтиленовыми трубопроводами обеспечивает наличие нового трубопровода, но к недостаткам этого подхода можно отнести его высокую стоимость, низкую производительность, необходимость дополнительного восстановления технологических подключений, а также внесение трудностей в систему дорожного движения, особенно в тех местах, где имеется множество подключений и отводов.
Отвечая на новые потребности рынка, компания E.Wood разработала полиуретановое быстроотверждающееся покрытие «нового поколения» Scotchkote 169 HB (ранее Copon Hycote 169HB),наносимое с помощью установки, практически аналогичной установке для нанесения покрытия Scotchkote 169. Для труб диаметром до 300 мм покрытие Scotchkote 169 HB является «структурообразующим», т.е. после его нанесения формируется конструкция «труба в трубе». При этом реконструируемый трубопровод используется как каркас для формирования внутри его практически нового полимерного трубопровода ,обеспечивающего эксплуатацию на 50 лет.
Scotchkote 169HB полностью полимеризуется через 1 минуту после нанесения. Инспекция качества покрытия может быть проведена практически незамедлительно, а трубопровод введен в эксплуатацию уже через 30 минут.
Проведенные компанией E.Wood, а также её независимыми партнерами многочисленные испытания показали, что покрытие Scotchkote 169 HB может «перекрывать» при напылении сквозные трещины, коррозионные отверстия и дефекты диаметром до 5 мм (рис. 4)
Проведенные исследования показали, что покрытие Scotchkote 169 HB обеспечивает достаточную структурную прочность при толщине 3 мм и перекрытии отверстий до 5 мм диаметром.
Значимым для выбора данной технологии реконструкции трубопровода является и то, что покрытие Scotchkote 169 HB обеспечивает герметичность и функционирование трубопровода как целостной системы в том случае, если после нанесения покрытия трубопровод подвергся нарушениям типа растрескивания, изгиба или параллельного сдвига. Были проведены эксперименты, которые показали, что при изгибе трубопровода с внутренним покрытием Scotchkote 169 HB оно отслаивается от тела основной трубы и сохраняет герметичность. Это обеспечивается тем, что адгезия покрытия к стали или другой подложке оказывается ниже, чем когезионная прочность самого покрытия (рис.5).
Другой эксперимент показывает, что даже при параллельном смещении трубопровода с внутренним покрытием Scotchkote 169 HB на расстояние 30% от диаметра трубопровода происходит сохранение герметичности трубопровода (рис.6). Достигается это за счет пластичности и высокой прочности покрытия Scotchkote 169 HB. На рисунке 7 показан внутренний вид покрытия после параллельного сдвига трубопровода на расстояние 30% от его диаметра.
Быстрополимеризующееся полиуретановое покрытие Scotchkote 169 является современным, экологичным, экономичным и технологичным решением для санации водопроводов. Учет всех стоимостных факторов делает покрытие Scotchkote 169 более предпочтительным, чем ЦПП.
Структурообразующее покрытие Scotchkote 169 HB позволяет экономично восстанавливать структуру трубопроводов с диаметром до 300 мм, имеющих сквозные повреждения и трещины и продлевать их жизнь как минимум на 50 лет.
В 2006 г. компания E.Wood была удостоена Королевской Инновационной премии за разработку структурообразующего покрытия Scotchkote 169 HB.
В 2007 г. компания E.Wood вошла в состав компании 3М, которая представлена в России ЗАО «3МРоссия».
Список литературы
1. Durability and environmental impact of cement mortar linings. Water Research. Nov. 1994. 52 pages.
2. Copon Hycote 169HB semi-structural lining manual, сборник протоколов испытания покрытия независимыми организациями.
Комментарии 0