Восстановление трубопроводов методом протяжки

31.07.2024

ПРОТЯЖКА ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБ ДЛЯ РЕКОНСТРУКЦИИ ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

М. А. Зуев

Одной из многочисленных острых застарелых проблем нашей страны является сильный износ объектов инфраструктуры, включая коммунальные системы газо- и водопроводов, теплотрасс и канализации. В Западной Европе широкомасштабное строительство городских коммуникаций началось на несколько десятилетий раньше, чем в СССР. Соответственно, и методы их ремонта и реконструкции (санации) начали разрабатываться и совершенствоваться гораздо раньше. Если изношенные трубопроводы, проложенные вне больших городов, выгоднее просто заменять новыми после окончания их расчетного срока эксплуатации, то в условиях плотной городской застройки это сопряжено с большими трудностями, связанными с большим количеством разного рода коммуникаций, интенсивным движением транспорта, высокой стоимостью земли. Поэтому в настоящее время там широко применяются методы реконструкции, минимизирующие объемы необходимых земляных работ.

Основным принципом этих методов является продолжение использования старого трубопровода в качестве футляра, внутри которого прокладывается трубопровод из полимерных материалов, достаточно долговечных и не подверженных коррозии. К таким методам можно отнести технологии «У-лайнер», «С-лайнер», «Феникс», «Риб-Лок», «Ролл-Даун», санирование цементно-песчаной смесью, протяжку сложенного рукава из нержавеющей стали с последующим увеличением его поперечного сечения, протяжку полиэтиленовых труб без изменения их сечения (далее — протяжка ПЭТ) и другие. Они существенно различаются по таким параметрам, как область применения, вид, диаметр, длина, состояние реконструируемого трубопровода, стоимость, скорость, условия проведения работ, стоимость используемого оборудования и материалов, потребность в квалифицированных специалистах. Указанные методы обладают следующими достоинствами по сравнению с прокладкой новых стальных трубопроводов:

• уменьшение затрат на проектирование и согласование проектов вследствие использования старых трубопроводов;
• отсутствие затрат на удаление большей части старых трубопроводов;
• относительно малые объемы земляных работ (только для разрытия начального и конечного котлованов) и размеры стройплощадок, сохранение твердых покрытий и зеленых насаждений;
• отсутствие земляных работ при реконструкции канализационных сетей вследствие использования уже существующих канализационных колодцев;
• сокращение эксплуатационных затрат за счет отсутствия необходимости в электрохимической защите реконструированного газопровода;
• повышение пропускной способности полимерных труб по сравнению с металлическими того же диаметра вследствие уменьшения шероховатости внутренней поверхности;
• расчетный срок эксплуатации реконструированного трубопровода не менее 50 лет.

Все эти достоинства имеют следствием резкое (до 50–70%) сокращение расходов на проведение работ, однако особенности методов приводят к уменьшению поперечного сечения по сравнению с первоначальным сечением трубопровода. К недостаткам указанных способов можно отнести:

• необходимость устройства байпасов на время реконструкции;
• необходимость сохранения электрохимзащиты стальных футляров;
• ограниченная длина полимерной трубы, протягиваемой за один проход;
• риск повреждения протягиваемых труб из-за наличия внутри футляра окалины, грата, сварочных швов и т. п.

В настоящее время наиболее распространенным способом реконструкции стальных распределительных газопроводов с применением полимерных материалов является протяжка ПЭТ. Этот способ имеет ряд преимуществ перед другими способами реконструкции протяжкой, при которых меняется проходное сечение протягиваемых полимерных труб или полимерных рукавов, а именно:

• относительно невысокая стоимость;
• достаточно высокие темпы проведения работ;
• отсутствие необходимости в тщательной подготовке внутренней полости реконструируемого трубопровода перед протяжкой;
• невысокая стоимость используемых материалов и оборудования.

В силу указанных преимуществ для реконструкции подземных трубопроводов с начала 1990-х годов в нашей стране все шире применяется протяжка ПЭТ. Так было реконструировано несколько сотен километров распределительных газопроводов в Москве, Санкт-Петербурге, Саратове, Рязани, Самаре, Ростове-на-Дону, других городах РФ. При этом сужение проходного сечения газопровода компенсировалось, при необходимости, повышением давления газа. Регулярно выходят книги, пособия, другие материалы, обобщающие опыт применения этого и других способов реконструкции.

Принцип протяжки ПЭТ

Протяжка ПЭТ заключается в том, что в футляр или реконструируемый трубопровод, обрезанный с двух концов и продутый от остатков газа, вводится полиэтиленовая труба, предварительно свернутая в бухту, намотанная на барабан или сваренная в плеть из мерных отрезков. Протяжка осуществляется лебедкой с помощью троса (фала), предварительно пропущенного через футляр, либо заталкиванием вручную или специальным толкателем. Затем осуществляется монтаж трубопровода из протянутых полиэтиленовых труб.

Протяжка ПЭТ применяется при:

• строительстве новых трубопроводов (газопроводов, водопроводов и др. ) на переходах через естественные или искусственные преграды и коммуникации;
• восстановлении (реконструкции) изношенных стальных трубопроводов;
• ремонте трубопроводов. Протяжку ПЭТ разрешено проводить при температуре воздуха от + 5 °C до + 40 °C.

Используемые при протяжке ПЭТ оборудование, оснастка и материалы

Для проведения основных работ (исключая земляные, дорожно-строительные и т. п. ) по протяжке ПЭТ в реконструируемых трубопроводах (футлярах) обычно применяются следующие материалы и оборудование: Трубы полиэтиленовые. При диаметре до 110 мм могут поставляться в бухте, при диаметре до 160 мм — намотанными на барабан, свыше 160 мм — в мерных отрезках длиной до 12 м. Из протягиваемой ПЭТ перед протяжкой вырезают контрольный образец — кусок трубы того же диаметра длиной 2–3 м. Оборудование для хранения, транспортировки, обрезки и подготовки труб — барабан, прицеп для его перевозки, гильотина (рис. 1), ножницы-секатор, «Крокопласт» (рис. 2) — электрогидравлическая установка для выпрямления изогнутых концов ПЭТ перед протяжкой.

Оборудование для протяжки ПЭТ:

Лебедка (рис. 3), электрогидравлический силовой агрегат для привода гидравлической лебедки или электрогенератор, фал (синтетический или металлический трос с малой эластичностью), трос жесткий, стекловолоконный («Кобра») (рис. 4) — для предварительного протягивания фала от лебедки к ПЭТ через футляр, пневмопроходчик— редко применяемое устройство для проталкивания фала от лебедки к ПЭТ через футляр с помощью сжатого воздуха, головка для протяжки — металлическое приспособление для передачи тягового усилия от фала на ПЭТ, ролики вводные, выводные и направляющие — для предотвращения повреждения и заедания трубы на вводе, выводе, между футлярами во время протяжки, а также при движении плетей труб по поверхности земли.

Используется также различное вспомогательное оборудование:

• Защитные пластиковые втулки—вставляются в торцы футляров для защиты протянутой полиэтиленовой трубы от повреждений о его края.
• Полимерный гибкий лист — для предохранения поверхности ПЭТ от повреждений о камни, асфальт и другие твердые предметы при движении по поверхности земли во время протяжки.



Рис. 1. Труборез-гильотина для полиэтиленовых труб.

• Очистные механизмы (ерши, поршни) и машины для очистки внутренней полости реконструируемых трубопроводов перед протяжкой.
• Компрессор — для продувки воздухом, очистки футляров и опрессовки ПЭТ.
• Видеокамера портативная, передвижная — для обследования внутренней поверхности футляра перед протяжкой.
• Радиостанция для связи рабочих во время протяжки.

При протяжке плети труб из прямых отрезков, соединения протянутых участков, а также присоединения реконструированного трубопровода к уже существующему необходим также комплект оборудования для стыковой или электромуфтовой сварки ПЭТ. Этапы и порядок проведения работ при протяжке ПЭТ. Проектирование реконструкции трубопровода после оценки его состояния и затрат на эксплуатацию, текущий ремонт, а также других факторов. Конкретный способ реконструкции изношенного трубопровода должен определяться после анализа и технико-экономического сравнения различных вариантов.

Обычно трубопроводы реконструируют, когда их нормативный срок службы закончился или близок к окончанию. Реконструируют трубопроводы методом протяжки ПЭТ участками. Их длина устанавливается в зависимости от условий прохождения трассы, состояния внутренней поверхности футляра, технологии реконструкции, плотности застройки, количества отводов, поворотов, перепадов высот и других факторов.

Для обеспечения высокой скорости прокладки и уменьшения количества соединений следует максимально использовать трубы большой длины, протяжку с барабанов и бухт, а укладку труб на криволинейных участках выполнять, используя изгиб трубы.

При реконструкции газопроводов методом протяжки используют длинномерные ПЭТ либо трубы, соединенные в плети деталями с закладными нагревателями или сваркой встык с использованием сварочной техники с высокой степенью автоматизации и обязательным ультразвуковым контролем стыков. Протягивание вместе с трубами неразъемных соединений «сталь–полиэтилен» не допускается.

Проектирование, выбор марки и SDR используемых для протяжки ПЭТ следует выполнять в соответствии с требованиями всех соответствующих нормативных документов, в частности СНиП 42–01–2002 «Газораспределительные системы». При давлении реконструируемого газопровода до 0,3 МПа коэффициент запаса прочности восстановленного газопровода должен составлять не менее 2,5.

Рис. 2. Электрогидравлическое оборудование «Крокопласт».

Рис. 3. Лебедка.

Рис. 4. Стекловолоконный трос «Кобра».

При давлении реконструируемого газопровода от 0,3 до 0,6 МПа коэффициент запаса прочности восстановленного газопровода вне территории поселений должен составлять не менее 2,5, на территории поселений — не менее 2,8, а пространство между полиэтиленовой трубой и стенкой реконструируемого газопровода (футляра) по всей длине должно быть заполнено уплотняющим (герметизирующим) материалом [СНиП 42–01–2002 «Газораспределительные системы»].

Реконструкцию газопроводов методом протяжки можно проводить как с изменением, так и без изменения рабочего давления. Целесообразность перевода существующих газораспределительных сетей с низкого на среднее или высокое давление устанавливается путем расчета пропускной способности реконструируемого газопровода. Соотношение диаметров ПЭТ и футляра при протяжке должно выбираться, исходя из возможности свободного прохождения протягиваемых труб и соединительных деталей без их недопустимого механического повреждения [СП 42–103–2003]. Зазор между поверхностью трубы и футляром обычно составляет не менее 20 мм. Рекомендуется увеличить зазор между футляром и протягиваемой трубой при протяжке труб с барабана или бухты (трубы непрямые), а также в случае большой (более 20 м) длины футляра, наличия большого числа сварочных швов внутри футляра или плохого их качества.

Открытая прокладка ПЭТ проводится в местах соединения труб деталями с закладными нагревателями, изменения диаметра труб, в местах расположения неразъемных соединений «сталь–полиэтилен», тройников, поворотов, а также на участках реконструируемого трубопровода, удаленных при обрезке.

В ряде случаев ПЭТ дополнительно защищают от повреждений о внутреннюю поверхность футляра с помощью специальных хомутов, колец или других приспособлений. В местах открытой прокладки ПЭТ необходимо укладывать сигнальную ленту с надписью «ГАЗ» в 25 см над трубой.

Защита ПЭТ в местах пересечения с тепловыми сетями и другими тепловыделяющими коммуникациями должна быть выполнена так, чтобы температура поверхности ПЭТ не превышала +30 °C в течение всего периода эксплуатации.

В межтрубном пространстве реконструируемого газопровода могут быть оставлены или вновь проложены эксплуатационные кабели (связи, телемеханики, электрозащиты) напряжением до 60 В.

Схема протяжки полиэтиленовой трубы

Отключение и подготовка реконструируемого газопровода

При протяжке ПЭТ для реконструкции изношенного подземного газопровода прекращение подачи газа может осуществляться с помощью отключающих устройств, шаров с параллельным подключением, в случае необходимости, байпаса.

В соответствии с проектом с реконструируемого газопровода удаляют все элементы, мешающие протяжке: сифоны, конденсатосборники, краны, задвижки, изгибы, повороты, тройники и другие. Перед обрезкой участок реконструируемого газопровода продувается от остатков газа. После отключения газа вырезают сегмент длиной, достаточной для протягивания полиэтиленовой трубы. Концы обрезанного футляра зачищают для устранения острых кромок, которые могут повредить ПЭТ.

Следует учитывать состояние внутренней поверхности футляра, излом профиля трассы, возможность скопления конденсата в низших точках, которые могут препятствовать прохождению труб при протяжке. Вскрытые участки газопровода должны быть полностью очищены от земли. Обычно длина участков для единовременной протяжки составляет не более 100–150 м.

Подготовительные операции

Перед протяжкой необходимо провести:

• подготовку места протяжки, размещение и подготовку оборудования;
• подготовку футляра к протяжке и проверку его внутреннего состояния;
• подготовку ПЭТ к протяжке. Размещают оборудование на площадке возле огороженного котлована.

Трос «Кобру», головку, гильотину размещают возле вводного котлована. Около другого конца футляра устанавливают фал и лебедку с устройством контроля силы натяжения троса. Лебедку крепят ремнями к прочным неподвижным предметам строго по оси футляра, чтобы уменьшить необходимое для протяжки натяжение фала. В ходе подготовки проводят проверку исправности оборудования в соответствии с рекомендациями изготовителя и инструкциями по эксплуатации.

Проверка внутреннего состояния футляра

Для проверки состояния внутренней поверхности футляра через него с помощью троса и лебедки протягивают образец. По характеру повреждений его наружной поверхности оценивают состояние внутренней поверхности футляра.

Глубина механических повреждений на наружной поверхности контрольного образца не должна превышать 10% от толщины стенки полиэтиленовой трубы или быть 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.

Глубину дефектов следует определять с помощью индикатора часового типа (ГОСТ 577–68).

Контроль внутренней поверхности футляра можно провести также с помощью портативной видеокамеры с подсветкой, способной перемещаться внутри него.

При необходимости внутреннюю поверхность футляра следует очистить с помощью специальных очистных механизмов от грязи, камней, острых кромок, окалины, металлического грата и других предметов, способных помешать протяжке.

Если внутреннее состояние футляра таково, что не исключена вероятность застревания образца или очистного устройства, рекомендуется перед протягиванием прикрепить к их свободному концу другой трос, за который можно в случае необходимости извлечь их обратно.

Если образец или ерш для прочистки во время протяжки застревает так, что извлечь его не удается, над этим местом, определяемым по длине троса, отрывается котлован и участок трубопровода вырезается.

Для очистки можно использовать также продувку потоком воздуха под давлением. Продувка считается законченной, когда из продувочного патрубка выходит струя чистого сухого воздуха.

Перед протяжкой (особенно труб большого диаметра или большой длины) с каждой стороны футляра необходимо установить вводные и выводные ролики.

Подготовка ПЭТ к протяжке

Доставленный на место работ к вводному котловану прицеп с барабаном фиксируют на месте, бухту с трубой укладывают горизонтально на ровную гладкую площадку. Рекомендуется подложить под бухту гладкий лист для предотвращения повреждения наружной стенки полиэтиленовой трубы при вращении бухты во время размотки.

При протяжке плети полиэтиленовых труб их раскладывают наиболее удобным образом у противоположного лебедке конца футляра и сваривают в плеть так, чтобы один конец плети был направлен в сторону вводного котлована (с предварительным проведением стопроцентного ультразвукового контроля каждого стыка, остающегося внутри футляра или в пятиметровой зоне от его концов).

Для предотвращения царапания протягиваемой трубы о грунт и снижения трения рекомендуется положить на край вводного котлована гладкий лист.

Для крепления фала с торца ПЭТ внутрь нее устанавливается головка. При закручивании подвижного конца головки происходит ее надежное закрепление за счет врезания раздвигающихся острых ребер во внутреннюю поверхность трубы.

Протяжка

В состав бригады для протяжки длинномерных труб входят обычно четыре человека: по двое с каждой стороны футляра. Один человек контролирует размотку барабана или бухты, второй—вхождение трубы в футляр, третий— выход трубы из футляра, четвертый — работу лебедки.

Во время протяжки, особенно при расстояниях протяжки более 40 м или при отсутствии прямой видимости между вводным и выводным котлованами, необходимо обеспечить надежную связь между членами бригады (с помощью радиостанции, телефона и т. п. ).

Для протаскивания фала через футляр можно использовать трос типа «Кобра», свинчивающиеся металлические штанги или пневмопроходчик. Сматывая «Кобра», протаскивают фал к барабану, бухте или плети труб и привязывают морским узлом к головке, заранее укрепленной на конце ПЭТ.

Фал для протяжки (длиной до 400 м и толщиной ~ 16 мм) должен периодически проверяться как элемент грузоподъемного устройства.

Размотка трубы из бухты должна обязательно сопровождаться ее вращением, вне зависимости от того, расположена ли она вертикально или горизонтально. Это предотвращает образование спиралей, которые помешают правильно уложить трубу на дне траншеи и могут быть причиной ущемления или повреждения трубы.

При протяжке следует следить за тем, чтобы:

• не повредить наружную поверхность полиэтиленовой трубы;
• не превышать предел тянущего усилия на лебедке;
• не допускать рывков, ускорений или стопорения;
• не изгибать полиэтиленовую трубу со слишком малым радиусом;
• не допускать перехлеста и запутывания витков трубы на барабане или бухте.

Если при протяжке плети, сваренной встык из линейных отрезков, не хватает места для размещения всей плети, можно наваривать отрезки к плети по мере затягивания ее в футляр (с предварительным проведением ультразвукового контроля каждого стыка, остающегося внутри футляра или в пятиметровой зоне от его концов.

При протяжке нельзя превышать пороговые величины натяжения фала, зависящие от диаметра ПЭТ (см. таблицу). Эти предельные значения определены условием сохранения механических свойств и структуры материала ПЭТ.

Скорость протяжки выбирается с учетом диаметров и длин трубы и футляра, глубины заложения футляра, а также других условий (наличия поворотов трассы, температуры воздуха, погоды и т. п. ) и обычно не превышает 16 м/мин.

Контроль за протяжкой должен вестись непрерывно путем измерения (динамометром или манометром на гидравлической лебедке) тягового усилия (натяжения фала), которое нарастает по мере втягивания трубы в футляр. Это нарастание должно проходить плавно, без рывков.

Заключительные операции

После протяжки наружную поверхность ПЭТ осматривают для определения степени повреждений. Первые 2–3 м трубы отрезают, т. к. обычно они повреждаются сильнее, чем остальная часть. Затем протянутую часть трубы отрезают от остальной ее части. Обрезку лучше производить специальными ножницами-секатором (для Dн ≤ 63 мм) или гильотиной (для Dн ≤ 315 мм).

После протяжки с обоих концов стального футляра в местах входа и выхода полиэтиленовой трубы устанавливают защитные гладкие раструбные втулки—«тюльпаны». Зазоры между футляром и полиэтиленовой трубой после протяжки должны быть уплотнены и заделаны (мешковиной, монтажной пеной, полимерными лентами и т. п. ) для предотвращения повреждений при подвижках полиэтиленовой трубы и попадания разжиженного грунта. Конструкция заделки должна определяться проектом и техкартами. Для этой цели можно использовать также манжеты из эластичного материала, закрепляемые хомутами одним концом на наружной поверхности полиэтиленовой трубы, а другим — на наружной поверхности футляра.

При длине футляра более 150 м на одном из его концов следует установить контрольную трубку.

Полиэтиленовые трубы с SDR17,6 на участках открытой прокладки в городских условиях после протяжки следует дополнительно защищать от повреждений при помощи гофрированных тонкостенных пластиковых трубоболочек, трубы с SDR26 в тех же условиях следует дополнительно защищать гофрированными трубами или полуцилиндрами из полиэтиленовых труб большего диаметра, скрепленными между собой.

Если после протяжки не проводятся работы по сварке соединительных деталей, концы протянутых труб выводят выше уровня котлована и закрывают заглушками с помощью полимерной ленты во избежание загрязнения внутренней полости труб. Необходимо также стянуть и связать остатки трубы в бухте, на барабане — прикрепить к барабану или раме прицепа во избежание перехлеста, раскручивания или провиса витков.

После завершения работ отключают и разбирают оборудование и перевозят к месту следующей протяжки.

Контроль качества при протяжке ПЭТ

ПЭТ должны подвергаться входному контролю представителями строительно-монтажной организации или заказчика. Рекомендуется также провести контрольную опрессовку — испытание на прочность ПЭТ на барабане или в бухте под давлением 0,6 МПа в течение двух часов для выявления возможных сквозных дефектов. Систематический операционный контроль должен осуществляться квалифицированными инженерно-техническими работниками. Во время протяжки необходимо постоянно визуально контролировать наружную поверхность ПЭТ для обнаружения недопустимых повреждений. После протяжки и монтажа полиэтиленовый трубопровод испытывается согласно Табл. 17 СНиП 42–01– 2002. При этом видимое падение давления по манометру не допускается, качество монтажных работ определяется обмыливанием не засыпанных сварных соединений.

Меры безопасности при протяжке ПЭТ

Во время работы возможны поражение работающего персонала электрическим током, обломками дорожного покрытия, камнями, кусками грунта (при нахождении в траншее или котловане), падение в траншею или котлован, нанесение травм трубой при размотке с барабана или обрыве фала, защемление и повреждение фалом при его движении.

Перед протяжкой необходимо расчистить бровку траншеи и/или котлована от посторонних предметов, огородить котлованы. Так как при наличии естественного уклона трассы реконструируемого газопровода футляры могут играть роль ливневой канализации, в дождливую погоду следует принять меры против затопления котлованов, расположенных в низших точках трассы, водой.

Во время протяжки контрольного образца или основной трубы нельзя стоять в приемном котловане на оси футляра, заглядывать в него при натянутом фале, касаться фала руками, особенно в месте намотки на кабестан лебедки. Необходимо вовремя заменять изношенный фал.

Разматывать барабан или бухту следует равномерно, не допуская рывков, ускорений или стопорения. Разрезать стяжки следует последовательно, по мере разматывания, не допуская перехлеста витков, учитывая, что труба находится в напряженном состоянии. В конце размотки следует убедиться в том, что последний виток трубы прочно закреплен на барабане. Перед его освобождением трубу закрепляют как можно ближе к барабану.

Если часть трубы остается на барабане, перед отрезкой трубы необходимо закрепить ее с обеих сторон от места реза во избежание свободного скольжения остающегося отрезка и резкого перемещения размотанного участка трубы.

Особые меры предосторожности следует предпринимать, если резка трубы осуществляется на высоте барабана сверху, поскольку в этом случае труба упруго изогнута. При этом начало реза может вызвать резкий разрыв трубы, особенно при низких температурах. В зимнее время при необходимости следует обогревать место работ для обеспечения допустимого температурного диапазона. Остальные меры безопасности такие же, как при монтаже полиэтиленовых трубопроводов.

Заключение

Протяжка ПЭТ — достаточно широко распространенный способ реконструкции стальных трубопроводов в нашей стране. В настоящее время на рынке имеется широкий спектр оборудования для его реализации. Применение этого способа—доказанное решение проблемы обновления коммуникаций в больших городах.