Некоторые аспекты применения протяжки полиэтиленовых труб для реконструкции распределительных газопроводов

08.08.2024

Зуев М.А., ведущий специалист ЗАО УПЦ «Форгаз»
Коршунов Ю.В., ЗАО «Полимергаз»

Протяжка полиэтиленовых труб без изменения их сечения для реконструкции распределительных газопроводов находит все большее применение в нашей стране и сопредельных государствах. На конец 2004 г. указанным способом было реконструировано более 600 км распределительных газопроводов в Москве, Санкт-Петербурге, Саратове, Рязани, Самаре, Ростове-на-Дону, других городах РФ, в Армении.

Регулярно выходят книги, пособия, другие материалы, посвященные монтажу и протяжке полиэтиленовых труб [4-9].

Однако по мере накопления опыта выявился ряд «узких мест» этого процесса, тем более что его техноло­гия и оборудование остаются практическими неизменными с начала 1990-х гг.

Почему же не всегда в полной мере проявляется такое преимущество реконструкции изношенных стальных трубопроводов с помощью протяжки полиэтиленовых труб, как резкое умень­шение затрат на строительство за счет снижения объема земляных работ, сокращения сроков строительства, сохранения твердых покрытий и зеленых насаждений?

Трудности начинаются уже на стадии проектирования.

Зачастую на схеме обрезаемого трубопровода отмечены не все места расположения обрезанных и заглушенных отводов, тройников, «уток», изгибов, изменений внутреннего диаметра, закладных колец, изломов профиля трассы и т.п., что может препятство­вать прохождению труб при протяжке.

В таких случаях, добросовестно вскрыв все требуемые проектом котлованы, производитель работ убеждается, что образец все равно не проходит через футляр и нужны дополнительные котлованы, положение которых определяют, разматывая стекловолоконный трос «Кобра» по земле над футляром на длину, при которой трос упирается в застрявший образец, либо по длине фала для протяжки (если образец удается извлечь).

В пояснительной записке, проекте организации строительства и проекте производства работ большинство проектировщиков практически постоянно просто переписывает одни и те же общие фразы из [1-3] вместо четкого определения последовательности, сроков и места выполнения всех технологических операций. Вследствие этого прорабы вынуждены сами ломать голову над тем, где размещать полиэтиленовую трубу и как осуществлять протяжку на узких улицах центра Москвы, чуть не круглые сутки забитых автотранспортом.

Производителям работ каждый раз перед началом строительства приходится пересчитывать по проекту потребность в трубах и фитингах, т.к. расхождение данных сметы и спецификации с действительностью может достигать десятков процентов.

На этапе проведения земляных работ и подготовительных операций также возникают проблемы. По правилам размеры котлованов для протяжки должны позволять проведение всех необхо­димых операций без недопустимого (см. Табл.1) изгиба трубы. Обычно по проекту они составляют 2х2 м, при глубине, соответствующей глубине залегания футляра.

 

Табл. 1. Минимально допустимый радиус изгиба полиэтиленовой трубы (от ее наружного диаметра Ø) в зависимости от температуры окружающей среды (Тос) [3]

 

Тос (°С)	-10	0	10	20	30
Радиус изгиба трубы	60 Ø	50 Ø	40 Ø	25 Ø	20 Ø

 

Учитывая, что стоимость земляных работ составляет существенную статью затрат при реконструкции, их производитель старается уменьшить размеры вводных и выводных котлованов, а также количество и размеры промежуточных котлованов, которые следует определять, исходя из данных Табл.2. Соблюдение минимальных расстояний между футлярами особенно важно при протяжке труб последовательно через несколько футляров, расположенных на разной глубине или несоосных, для исключения повреждения или застревания труб.

Табл. 2. Минимальные расстояния между концами футляров (по вертикали или гори­зонтали) в зависимости от Ø полиэтиленовой трубы (по материалам «Газ де Франс)

 

Расстояние между двумя футлярами в свету (м)	Минимально допустимое расстояние между концами футляров по горизонтали (м)
	Ø = 32 мм	Ø = 40 мм	Ø = 63 мм	Ø = 110 мм
0,1	0,5	0,75	0,8	1,6
0,5	1,3	1,4	1,8	2,8
1	1,6	1,9	2,45	3,45

Несложный расчет показывает, что для того, чтобы при протяжке угол наклона трубы к оси футляра, расположенного на глубине 2 м, не превышал 30°, длина котлована должна быть не менее 3,4 м.

По правилам размещать оборудование следует на заранее расчищенной и спланированной площадке возле огороженного котлована. Однако зачастую не выдерживаются рекомендуемая ширина огражденных участков для проведения работ: не менее 3,4 м – при глубине котлована до 1,5 м и 4,5 м – при глубине котлована более 1,5 м [7], а также необходимые размеры площадки для установки прицепа с барабаном: 4х8,5 м – при протяжке трубы Ø = 160 мм и 3,5х7 м - при протяжке трубы Ø = 110 мм [9].

При внутреннем диаметре футляра более 150 мм проталкивание жесткого троса «Кобра» на рас­стояние более 50 -70 м сильно затруднено из-за ее свертывания. Если не сделать по трассе протяжки промежуточные котлованы, то приходится использовать две «Кобры» с закрепленными на их концах крючками или «кошками», проталкивая их одновременно с обоих концов футляра на­встречу друг другу, а затем вытягивая в одну сторону для крепления фала. В силу сложности подобной операции успешный исход как протягивания контрольного образца, так и самой трубы через футляр длиной более 100 м без промежуточного котлована весьма проблематичен.

Уменьшение размеров котлованов и слишком малые размеры площадок для размещения трубы серьезно осложняют работу при протяжке труб диаметром более 90 мм (которые и используются в основном последнее время), пониженной температуре окружающей среды, уменьшающей эластичность полиэтилена, залегании футляра глубже 1,5 м, слишком малом зазоре между футляром и протягиваемой трубой, который, по правилам, рекомендуется увеличить при про­тяжке труб с барабана или бухты, в случае большой длины и плохого качества внутренней поверхности футляра.

Установка вводных и выводных роликов на концы футляра, а также использование гладких листов для снижения силы трения протягиваемой трубы о грунт помогают не всегда. Труба в стесненных условиях часто застревает и повреждается из-за слишком большого угла ввода, фал обрывается, возрастает риск получения рабочими травм в результате удара резко сдвигающейся трубой или оборвавшимся фалом, падения в траншею или котлован.

Если говорить о глубине механических повреждений наружной поверхности трубы, то существующие допуски - не более 0,7 мм в продольном направлении и 0,5 мм – в поперечном для труб с толщиной стенки более 6,8 мм и 0,3 мм – для труб с толщиной стенки менее 6,8 мм довольно жесткие. Согласно [3] эту глубину следует определять с помощью индикатора часового типа по ГОСТ 577-63, которого обычно у строительных организаций нет. Поэтому истинные размеры повреждений, определяемых чаще всего «на глаз» или с помощью скребка, остаются неизвестными.

В обычных условиях для протяжки необходимы четыре человека. Один рабочий контролирует размотку барабана или бухты, другой – вхождение трубы в футляр, третий – выход трубы из футляра и последний на лебедке контролирует усилие протяжки (натяжение фала), которое должно плавно, без рывков нарастать по мере втягивания трубы в футляр.

Чтобы выполнить в стесненных условиях протяжку, производители работ идут на ухищрения: увеличивают число занятых рабочих с 4 до 6-8 человек, причем одному приходится вставать на трубу во вводном котловане и, периодически подпрыгивая, предотвращать таким образом стопорение трубы в футляре при протяжке, сматывают трубу не с верха барабана, как положено, а снизу, пропуская ее между нижней точкой барабана и грунтом, чтобы уменьшить угол ввода. Иногда приходится сматывать трубу с верха барабана, установленного прямо над концом футляра, так, что направление протяжки противоположно направлению размотки. При этом в котловане образуется в вертикальной плоскости полупетля из протягиваемой трубы, которую для облегчения ввода в футляр необходимо оттягивать при протяжке с помощью тросов или веревок.

Ворот лебедки перед протяжкой должен быть размещен и закреплен строго по оси футляра, чтобы уменьшить необходимое для протяжки натяжение фала. Однако при слишком малой длине выводного котлована или в случае отсутствия мест, за которые можно зацепить ворот лебедки, его крепят за опущенный ковш экскаватора или упирают в конец футляра, а когда труба подходит вплотную к концу футляра, вытягивают с помощью ковша экскаватора.

Отдельно следует рассмотреть случай, когда согласно проекту, по требованию заказчика или надзорной организации требуется принять меры по защите полиэтиленовой трубы от механических повреждений о внутреннюю поверхность футляра. Это обычно предлагается осуществить с помощью спе­циальных проставочных хомутов, колец или других приспособлений, крепящихся на трубе через равные промежутки.

Практика показала, однако, что использование таких приспособлений не оправдывает себя при футлярах длиной более 30-40 м, т.к. в ходе протяжки через футляр такой длины весьма вероятно уменьшение расстояний между хомутами из-за застревания на дефектах внутренней поверхности футляра, что снижает эффект от их установки и затрудняет протяжку.

После протяжки необходимо отрезать конец протянутой трубы от остающейся барабане, закрепив ее перед этим с обеих сторон от реза во избежание проскальзывания и резкого перемещения трубы, которая может ударить по рабочим, участвующим в этой операции. Особые меры предосторожности следует предпринимать, если резка трубы осуще­ствляется на высоте барабана сверху, поскольку в этом случае труба упруго изогнута. Начало реза может вызвать резкий разрыв трубы. Необходимо также стянуть и связать остатки трубы на барабане, прикрепить ее к барабану или прицепу во избежание перехлеста, раскручивания или провиса витков.

Большой диаметр трубы, пониженная температура окружающей среды, стесненные условия также сильно затрудняют все эти операции. От рабочих требуются немалый опыт и сноровка, т.к. и трубу, и барабан приходится фиксировать с помощью подручных средств, тросов, а то и просто держать руками, прикладывая значительные усилия.

И наконец, о заделке футляра, которую обычно осуществляют с помощью мешковины и липкой полимерной ленты. Такая технология требует довольно много времени, зимой лента плохо прилипает к загрязненной поверхности футляра и трубы. Предлагалось для заделки футляров использовать специальные манжеты из эластичного материала, закрепляе­мые хомутами одним концом на наружной поверхности полиэтиленовой трубы, а другим – на наружной поверхности футляра. Такая конструкция могла бы сильно ускорить процесс заделки. Однако в реальности при проведении работ в г. Москве авторам ни разу не доводилось наблюдать использование таких приспособлений при реконструкции и строительстве газопроводов.

Все вышеизложенное, а также часто плохая координация работ с подрядчиками объясняет, почему так сложно планировать работы по протяжке и монтажу полиэтиленовых трубопроводов, которые могут занимать вдвое- втрое больше времени, чем предполагается.

Вес привозимого на объект оборудования для протяжки и монтажа полиэтиленовых труб: ворота лебедки, фала, гильотины, роликов, головки, троса «Кобра», позиционера, источника электроэнергии для сварочного аппарата, сварочного аппарата, лестницы составляет не один центнер. Поэтому в настоящее время для перевозки рабочих со всем оборудованием используют грузовик «ЗИЛ», причем электрогидравлический агрегат «Плуто­нарк» везут на прицепе.

До сих пор не до конца ясным, как ни странно, является вопрос о том, какие вещества можно использовать для обезжиривания поверхности труб после зачистки перед сваркой деталями с закладными нагревателями. У нас большинство организаций используют для этой цели ацетон. Однако ацетон, к примеру, не входит в список «Газ де Франс» разрешенных для обезжиривания веществ. В состав различных импортных обезжиривателей входят, судя по информации на упаковке, изопропиловый, этиловый спирты, органические кислоты.

Во всяком случае, при подборе обезжиривателя нужно быть уверенным, что он хорошо удаляет с поверхности полиэтилена загрязнители, не оставляет следов, быстро испаряется и не токсичен для человека.

Для снижения стоимости работ, повышения привлекательности для заказчика проектов реконструкции изношенных подземных трубопроводов методом протяжки полиэтиленовых труб и, в конечном счете, для дальнейшего распространения указанной технологии, целесообразно предпринять шаги в следующих направлениях.

1. Повысить качество проектной документации, а именно:
• Точно обозначать в проекте все возможные препятствия на реконструируемом газопроводе.
• В проекте организации строительства и проекте производства работ подробно указывать, где следует располагать барабан, а также другое оборудование при протяжке, вид поставки трубы на объект, вид используемых при монтаже фитингов. Количество и виды фитингов, указанных в спецификации проекта, должны соответствовать смете и быть оптимальными с точки зрения стоимости, удобства монтажа и надежности эксплуатации реконструирован­ного газопровода.
• Для повышения качества проектной документации проводить тендеры на проектирование, строже осуществлять экспертизу проектов. Проектировщики обязаны еще перед окончанием проектирования выехать вместе с представителем строительной организации на объект и заранее определить вероятные затруднения и проблемы при проведении работ.
2. Улучшить организацию работ, в том числе: выезжать на объект для протяжки только после завершения всех необходимых земляных работ и работ по обрезке и продувке футляров.
3. Улучшить технические характеристики оборудования и оснащения бригад по про­тяжке полиэтиленовых труб и разработать новые приспособления.

Совершенствование оборудования и оснастки должно идти в следующих направле­ниях:

Фал - трос для протяжки должен быть прочным, не слишком эластичным и износо­стойким.

Видеоустановка для обследования внутренней поверхности футляра должна быть портативной (весом не более 5 кг), с дальностью действия порядка 100м. Она должна входить в штатный комплект оснащения бригады.

Трос «Кобра» повышенной жесткости должен проталкиваться, как минимум, на 100 м (вместо 70 м в настоящее время) по футляру диаметром 200-300 мм, иметь нестираемую разметку через каждый метр для точного и быстрого определения расположения препятствий внутри футляра.

Электрогидравлический силовой агрегат лебедки необходимо модернизировать до мощности, соответствующей тяговому усилию до 60 кН, при весе не более 90 кг, чтобы не использовать для его транспортировки прицеп. Он дол­жен быть в состоянии давать достаточно стабильный переменный электрический ток с на­пряжением 48 или 220 В для питания сварочного аппарата, чтобы заменять, в случае необходимости, миниэлектростанцию.



Необходимо уменьшить вес ворота лебедки, составляющий в настоящее время более 40 кг, что затрудняет манипуляции с ним во время подготовки к протяжке. Полезно было бы разработать упор для надеж­ного крепления ворота к концу футляра на расстоянии 1-1,5 м от него, чтобы успешно проводить протяжку при недостаточных размерах выводного котлована или отсутст­вия опор для крепления ремней.

Сварочные аппараты необходимо сделать менее тяжелыми, шире использовать мо­дели с питанием от аккумуляторов.

Позиционеры для сварки труб большого диаметра также должны быть более легкими и менее громоздкими, что возможно, если применить для их изготовления, напри­мер, современные композитные материалы.

Гильотина для резки полиэтиленовых труб большого диаметра (до 225 и до 315 мм) должна быть менее громоздкой, более легкой и прочной. Целесообразно разработать для резки таких труб устройства с электроприводом от генератора или аккумулятора.

Необходимо изменить конструкцию вводных роликов так, чтобы, будучи закреп­лены на конце футляра, они могли плотно охватить трубу и подталкивать ее внутрь футляра с помощью механического привода во время протяжки.

Защитные втулки («тюльпаны») должны заранее разрезаться поставщиком надвое вдоль образующей для удобства установки в футляре.

Конструкция прицепа и самого барабана для намотки труб должна позволять по­грузку и разгрузку барабана без применения автопогрузчика.



Труба, намотанная на барабан, должна быть стянута производителем не послойно, а по два-три витка, особенно во внешних слоях, во избежание перехлеста и запутывания вит­ков во время протяжки, при последовательном разрезании стяжек.

4. Разработать дополнительные приспособления, в которых нередко возникает необходимость, например:

Съемное механическое устройство для регулирования (ускорения или замедления) скорости вращения барабана во время протяжки, крепящееся на раме прицепа. Оно вместе с усовершенствованными вводными роликами смогло бы помочь предотвратить:

• повреждение наружной поверхности трубы;
• превышение предела тягового усилия;
• рывки, ускорения или стопорения при вращении барабана;
• изгиб трубы со слишком малым радиусом;
• перехлест и запутывание витков трубы на барабане.

Ручная механическая лебедка типа полиспаста, не нуждающаяся в громоздком ис­точнике энергии и крепящаяся прямо на конце футляра, для протяжки труб небольшой длины или небольшого диаметра.

Приспособление, позволяющее использовать для электроснабжения сварочных ап­паратов двигатель автомобиля, на котором доставляют бригаду на объект.

Заключение

Реализация указанных предложений позволила бы уменьшить габариты и снизить общий вес используемого при протяжке и сварке полиэтиленовых труб оборудования по крайней мере на несколько десятков килограммов, уменьшить число занятых при протяжке рабочих. Для доставки оборудования и рабочих в этом случае можно было бы использовать менее дорогие грузовики (например «Газель»), что повысило бы маневренность бригад по протяжке.

Кроме этого, увеличится производительность труда, снизятся производственные издержки и затраты, возникнут реальные предпосылки снижения риска травм и несчастных случаев. Все это, в конечном счете, должно отразиться и на прибыльности строительных организаций.

Список нормативной и технической литературы

1. СНиП 42-01-2002 «Газораспределительные системы».

2. ГОСТ Р 50838-95*. Трубы из полиэтилена для газопроводов.

3. СП 42-103-2003 «Проектирование и строительство газопроводов из полиэтиленовых труб и реконструкция изношенных газопроводов».

4. ТСН «Инструкция по проектированию, строительству и эксплуатации полиэтиленовых газопроводов, прокладываемых методом протяжки внутри металлических труб», М.:1993.

5. Концепция совершенствования системы газораспределения г. Москвы, обеспечивающая воз­можность перевода распределительных сетей с низкого давления на среднее до 0,3 МПа при реконструкции газопроводов с применением полиэтиленовых труб. ММГП «Мосгаз», М: 1993.

6. Полиэтиленовые газовые сети. Материалы для проектирования и строительства. В.Ю.Каргин, В.Е.Бухин, Ю.Н.Вольнов, Саратов: 2001.

7. Полиэтиленовые подземные газовые сети. Г.К. Кайгородов, В.С. Логинов, Л.: Недра, 1991.

8. Полимеры в газоснабжении. Справочник / под ред. Н.Н. Карнауха, М.: Машиностроение, 1998.

9. Опыт строительства и реконструкции подземных газопроводов на основе использования по­лиэтиленовых труб. Бусанкин В.А., Гончаров В.В., Коен Д.М., Колосков Ю.Е. и др., М.: 2004.