автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Повышение эффективности и надежности бестраншейного восстановления трубопроводов с применением торовых приводов

На правах рукописи

005060392

Давыденко Ольга Васильевна

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ И НАДЕЖНОСТИ БЕСТРАНШЕЙНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТОРОВЫХ ПРИВОДОВ

Специальность 05.23.04 - Водоснабжение, канализация, строительные системы

охраны водных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

З о МАЙ ЙЩ

Волгоград - 2013

і

005060392

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном

образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)»

Научный руководитель: Фесенко Лев Николаевич

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Серпокрылов Николай Сергеевич,

ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный строительный университет», профессор кафедры «Водоснабжение и водоотведение»

кандидат технических наук, доцент

Онкаев Виктор Аджиевич, ФГБОУ ВПО «Калмыкский государственный университет», доцент кафедры «Промышленное и гражданское строительство»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Новочеркасская

государственная мелиоративная академия», Новочеркасск

Защита состоится «21» июня 2013. г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета ДМ212.026.05 при ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1 (корп. Б, ауд. 203)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»

Автореферат разослан «14» мая 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета^^-Фокин Владимир Михайлович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из критических инженерных систем города являются трубопроводные сети жилищно-коммунального хозяйства, в том числе сети водоснабжения и водоотведения, общая протяженность которых на территории РФ - свыше 786 тыс. км. Средние значения физического износа трубопроводов, при этом, достигают 60-70 %. Процессы активного разрушения сетей ЖКХ лежат в основе комплекса взаимосвязанных негативных последствий технического, социально-экономического и экологического характера.

Существующие темпы замены и реконструкции изношенных сетей значительно ниже необходимых, что приводит к систематической подмене планово-предупредительных работ аварийно-восстановительными. Многие участки трубопроводной сети, таким образом, не обеспечивают соблюдение заданных параметров функционирования, что приводит к снижению качества обслуживания потребителей в целом.

Сложившаяся ситуация во многом объясняется высокой стоимостью работ по замене трубопроводов. В то же время, наблюдаемая сегодня тенденция перехода к экономичным методам бестраншейного восстановления трубопроводов также не позволяет существенно увеличить темпы ремонтно-восстановительных работ.

Рядом преимуществ перед другими технологиями бестраншейного ремонта трубопроводов обладают методы, основанные на формировании защитных покрытий из жидких смесей. Однако и они имеют ограниченную сферу применения, прежде всего ввиду сложности организации эффективного процесса нанесения такого покрытия на внутреннюю поверхность трубы, что подтверждает актуальность проведения исследований в области совершенствования существующих технологий бестраншейного восстановления трубопроводов, сущность которых определяет надежность и экономическую эффективность осуществляемых ремонтных работ.

Настоящая работа является частью исследовательской работы научной школы ЮРГТУ (НПИ) «Разработка и внедрение инновационных и модернизация существующих технологий в области водоснабжения, водоотведения и гидротехнических сооружений». Тема исследований входит в план научно-исследовательских работ кафедры «Водное хозяйство предприятий и населенных мест». Выполненные исследования соответствуют целям и задачам «Стратегии развития жилищно-коммунального комплекса Ставропольского края на период до 2020 года», действующей краевой целевой программы «Модернизация жилищно-коммунального комплекса Ставропольского края на 2013-2015 годы».

Цель работы. Повышение надежности сетей водоснабжения и водоотве-дения путем совершенствования основанной на использовании торовых приводов технологии бестраншейного восстановления трубопроводов, обеспечивающей снижение шероховатости внутренней поверхности трубопроводов.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- анализ современного состояния, методов и оборудования для восстановления трубопроводов путем нанесения покрытий различных типов;

- определение технологических особенностей реализации бестраншейного восстановления трубопроводов с использованием торовых приводов;

- разработка общей методики и обоснование расчетных выражений для определения технологических параметров восстановления в зависимости от характеристик трубопровода, ремонтной смеси и применяемого оборудования;

- обоснование оптимальных технологических параметров процесса формирования покрытия внутри трубы в зависимости от состава и свойств используемой цементно-песчаной смеси;

- определение шероховатости и коэффициентов гидравлического сопротивления трубопроводов, восстановленных путем нанесения покрытия с использованием торовых приводов;

- установление основных физико-механических и эксплуатационных характеристик покрытия труб в зависимости от условий его формирования;

- оценка эколого-экономической эффективности разработанной технологии восстановления трубопроводов.

Основная идея работы состоит в повышении надежности функционирования и снижении потерь напора в трубопроводах водоснабжения и водоотве-дения за счет внедрения технологии бестраншейного восстановления трубопроводов с применением торовых приводов.

Методы исследования включали аналитическое обобщение сведений, содержащихся в научно-технической и специальной литературе, проводимые лабораторные и опытно-производственные исследования, моделирование исследуемых процессов, автоматизированную обработку полученных экспериментальных данных с применением программных пакетов wxMaxima 0.8.5., Microsoft Office Excel 2007.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций для практического применения подтверждается использованием утвержденных научно-обоснованных методов анализа, применением метрологически аттестованных приборов и оборудования, большим объемом экспериментальных данных и их высокой сходимостью с расчетными значениями.

Научная новизна:

- теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возмож-

ность формирования внутритрубных покрытий на основе цемента с использованием торовых приводов;

- установлены функциональные зависимости, связывающие длительность и основные динамические параметры процесса нанесения покрытия (скорость и ускорение разворачивания рукавов) с исходными характеристиками восстанавливаемого трубопровода, ремонтной смеси и применяемого при восстановлении оборудования;

- установлены оптимальные гидравлические характеристики восстановленных с использованием торовых приводов труб;

- получены зависимости для расчета закономерностей взаимосвязи во-доцементного отношения ремонтной смеси и давления твердения с прочностью материала покрытия на растяжение и изгиб, прочностью сцепления со сталью и водопоглощением;

- обоснован рациональный интервал коэффициента гидравлического трения при течении жидкости (число Рейнольдса (150 - 250) * 103) в трубопроводах с покрытиями.

Практическое значение работы:

Предложен проект технологической карты на производство работ по покрытию трубопроводов с использованием торовых внутритрубных приводов. Результаты выполненных исследований послужили основой для разработки методики расчета основных параметров нанесения покрытия с использованием торовых приводов и программной реализации указанной методики.

Реализация результатов работы. Разработанная технология бестраншейного восстановления трубопроводов внедрена предприятием ООО «Краснодар Водоканал», г. Краснодар (акт внедрения прилагается).

Результаты диссертационной работы использованы кафедрой «Водное хозяйство предприятий и населенных мест» ФГБОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ) в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 270112 «Водоснабжение и водоотведение».

Основные положения, выносимые на защиту:

- результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса формирования цементно-песчаного внутритрубного покрытия с использованием торовых внутритрубных приводов;

- методика расчета входных и динамических параметров санирования;

- результаты экспериментальных исследований физико-механических и гидравлических характеристик формируемого покрытия;

- технологическая карта на производство работ по покрытию трубопроводов торовыми внутритрубными приводами;

- эколого-экономическая оценка эффективности разработанной технологии восстановления трубопроводов.

Апробация работы. Основные положения, изложенные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на И-й Международной научной заочной конференции «Актуальные вопросы современной техники и технологии» (г. Липецк, 2010 г.); IV Международной научно-практической конференции «Техника и технология: новые перспективы развития» (г. Москва, 2011 г.); IV Всероссийской заочной научно-практической конференции «Актуальные научные проблемы» (г. Екатеринбург, 2011 г.); Международной заочной научно-практической конференции «Инновации и современная наука» (г. Новосибирск, 2011 г.); IV Международной научно-практической конференции «Теория и практика современной науки» (г. Москва, 2011 г.); II международной научно-практической конференции «Теоретические и практические аспекты развития современной науки» (г. Москва, 2011 г.); V Международной научно-практической конференции «Современное состояние естественных и технических наук», (г. Москва, 2012 г.); IV Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы науки» (г. Москва, 2012 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ общим объемом 4,1 п.л., в том числе 4 в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 2 патента РФ на изобретение, 1 свидетельство о государственной регистрации

программы для ЭВМ.

Личный вклад соискателя: постановка проблемы; разработка и создание экспериментальной базы и методов исследований; подготовка новых технических решений, их теоретическое обоснование и экспериментальная проверка; систематизация, обработка и анализ полученных результатов; обоснование и формулировка представленных научных положений и выводов; участие во внедрении результатов исследований в практику проектирования.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованных источников и трех приложений. Работа изложена на 142 страницах машинописного текста, включает 23 таблицы, 37 рисунков. Библиографический список содержит 130 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы диссертации, научная и практическая значимость работы, приведена ее краткая аннотация, определена

структура диссертации.

Первая глава посвящена анализу современного состояния сетей водоснабжения и водоотведения на территории РФ, распространенных проблем обеспечения их надежности в разрезе накопленного отечественного и зарубеж-

ного опыта проведения ремонтных работ с использованием бестраншейных

технологий восстановления.

Анализ практики эксплуатации сетей водоснабжения и водоотведения показывает, что нарушения стабильного их функционирования преимущественно связаны с авариями на участках трубопроводов. Причиной их возникновения, как правило, являются коррозионные процессы различных видов.

В настоящее время в РФ сложилась устойчивая структура распределения объемов работ между различными способами бестраншейного восстановления трубопроводов. Наиболее широко распространены методы, основанные на использовании труб (их элементов) заводского изготовления. Способы, предусматривающие формирование защитного слоя из жидких ремонтных смесей в трассовых условиях, в настоящее время не используются в полной мере, в том числе ввиду недостаточного развития техники и технологии изготовления защитного слоя.

Существенной особенностью восстановления трубопроводов с использованием покрытий различных типов является разнообразие применяемых ремонтных смесей. Выполненный сравнительный анализ четырех наиболее распространенных материалов (полимочевинных, эпоксидных, полиуретановых и цементных) показал высокую перспективность использования цементных облицовок, связанную, в том числе, с большей экологической безопасностью их применения в сравнении с органосодержащими покрытиями. Серьезным препятствием для расширения сферы использования таких покрытий является неудовлетворительный уровень развития технических средств, предназначенных для их формирования.

Перспективным путем устранения недостатков, характерных для распространенных методов формирования покрытий на основе цемента, в том числе использующих жесткие опалубочные системы, является применение гибкой опалубки, в качестве которой могут выступать горообразные элементы. Вопросам их использования при бестраншейном восстановлении трубопроводов посвящены работы В. М. Меркулова, В. Т. Савченко, В. Н. Белобородова, В. В. Шишкина, А. Н. Ли, И. И. Терехина и др. Большая часть технических решений, однако, рассматривает в качестве ремонтных смесей составы низкой плотности или порошки. Вопросам применения гибких горообразных элементов для нанесения покрытий на основе цемента посвящены работы В. В. Шишкина и

А. М. Балтаханова.

Вместе с тем, данные работы носят преимущественно описательный, качественный характер и не содержат доказательного обоснования возможностей и ограничений предлагаемых технических решений. Комплексного исследования особенностей нанесения цементных смесей с использованием описанного

двухстадийного подхода до сих пор не проводилось, что не позволяет определить сферу наиболее рационального его применения. Также отсутствуют данные о гидравлических характеристиках формируемого покрытия, экологично-сти рассматриваемого метода нанесения. Совокупность указанных фактов определяет необходимость проведения дополнительных исследований: обосновать и разработать процесс восстановления функциональной работоспособности трубопровода в трассовых (полевых) условиях, включая совершенствование конструкций оборудования для его осуществления с учетом специфики производства работ.

Во второй главе приведены характеристики применяемых материалов, описание приборно-инструментальной базы и методологии исследования.

При исследовании процесса восстановления трубопровода путем формирования на его внутренней поверхности покрытия на основе цемента использовалось несколько экспериментальных установок: лабораторная установка упрощенной конструкции; опытно-производственный стенд, воссоздающий в опытных условиях всю последовательность операций по формированию покрытия при ремонте трубы; испытательный стенд (рис. 1), предназначенный для определения гидравлических характеристик отремонтированного участка.

Рисунок 1. Принципиальная схема испытательного стенда В качестве материалов исполнения торовых приводов рассматривался ряд эластичных и неэластичных материалов, в т. ч. ткани прорезиненные, пластины технические и силиконовые. В качестве основных исходных компонентов для приготовления ремонтной смеси в ходе экспериментальных исследований использовались портландцемент ПЦ 500-Д0, вода из городской водопроводной сети г. Ставрополя, подготовленный песок Малкинского песчано-гравийного карьера, зерновой состав которого отражен в табл. 1.

Таблица 1 - Зерновой состав песка для защитных покрытий внутри труб

Размеры отверстий сит, мм Содержание зерен в % меньше, мм

2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 0,071

Песок природный 99,6 97.8 88.8 38.9 8,7 1,9

Для отработки процесса нанесения цементного покрытия использовали отрезки стальной водогазопроводной трубы Ду 100 мм, с толщиной стенки 4,5 мм. С целью осуществления непосредственного визуального контроля процесса формирования покрытия применяли прозрачную трубу из оргстекла Plexiglas xt ОА070 Ду 100 мм, с толщиной стенки 5 мм. Все выполнявшиеся в ходе прове-

дения экспериментов измерения проводились с использованием метрологически поверенных измерительных инструментов. Непосредственное измерение геометрических параметров формируемого покрытия осуществлялось с помощью магнитного толщиномера Константа К5.

Определение гидравлических характеристик стальной трубы с цементно-песчаным покрытием по предлагаемому способу, проводилось в сравнении с контрольными образцами - отрезками новой стальной трубы без нанесенного внутреннего покрытия и с заводским цементно-песчаным покрытием. Для каждого испытуемого образца экспериментально определялась зависимость коэффициента гидравлического трения по длине от числа Рейнольдса

Построение графических моделей и расчеты в рамках экспериментальных исследований осуществлялись автоматизированно с использованием программных пакетов wxMaxima, Microsoft Excel. Математическая обработка результатов экспериментов, определение прямых и косвенных погрешностей измерений производились по общепринятым методикам.

В третьей главе приведены основные результаты выполненных экспериментальных исследований, теоретически обоснованы основные аналитические зависимости для определения технологических параметров процесса формирования покрытия, обобщенные в рамках единого методического подхода.

Сущность рассматриваемого способа восстановления заключается в последовательном осуществлении двух взаимосвязанных стадий покрытия трубы (патенты РФ №№ 2458281, 2451870), показанных на рис. 2. На первой стадии для формирования реперных элементов используются две разомкнутые торо-вые оболочки (рукава). Рукава перекатываются в трубопроводе, участки уменьшенного диаметра покрывающего рукава заполняются ремонтной смесью. Полученные дискретные порции смеси образуют после твердения репер-ные элементы тороидальной формы. На второй стадии для заполнения промежутков между реперными элементами также используются два рукава. Твердение покрытия осуществляется в условиях поддержки его гладким рукавом.

Рисунок 2. Общая постадийная схема осуществления покрытия Обеспечение высокого качества формируемого защитного покрытия требует анализа и учета особенностей торовых внутритрубных приводов как инструментов его формирования (рис. 3).

1 ~ Ь)

1 ГЛ

1 ^ J ".".: к j

\ /-s

(1)

Рисунок 3. Нормальное состояние и возможные деформации рукавов в ходе нанесения покрытия, первая стадия: а) изгиб участка уменьшенного диаметра на ступенчатом рукаве; вторая стадия: б) всплытие рукава на участке между двумя реперными элементами; в) изгиб рукава в промежутке между двумя реперными элементами

Предупреждение развития показанных деформаций в ходе покрытия трубопровода требует предварительного определения давления, поддерживаемого в рукавах, материала исполнения рукавов, а также протяженности промежутков между реперными элементами (определяемой конструкцией ступенчатого рукава). Обобщенным параметром, связывающим указанные величины, является максимальный изгибающий момент М, воздействующий на гибкий привод (рукав) в процессе нанесения покрытия:

, L2 М = лг'рд • у,

где р - плотность смеси, кг/м3; д - ускорение свободного падения, м/с2; г - радиус, L - длина рассматриваемого участка рукава, м.

Рассматривая динамический процесс формирования покрытия, отметим, что для свободного качения длина вывернутого в трубопроводе участка рукава в текущий момент времени зависит от геометрических размеров рукава, расходных характеристик компрессора и свойств используемого газа:

4 тт

1=---TJ, (2)

np0d2

где т - время, с; m - массовый расход газа, кг/с; р0 - плотность газа, кг/м ; d -диаметр рукава, м.

В случае нагруженного движения в качестве основного параметра движения рукава следует выделить критическое давление выворачивания, достижение которого в полости торового элемента необходимо и достаточно для нарушения равновесия рассматриваемой системы:

4 G

Vmin n&v

(3)

где С - суммарное сопротивление движению рукава, формируемое за счет сопротивления воздуха, трения качения, собственного веса рукава, а также иных

сил (в данном случае - обусловленных наличием в трубопроводе цементной смеси и второго рабочего органа).

В системе двух рукавов: покрывающего и запирающего - критическое давление выворачивания управляемо и зависит, в том числе, от произвольно устанавливаемого давления в запирающем рукаве. Для начала выворачивания покрывающего рукава при любом произвольно установленном запирающем давлении Р2 в трубе необходимо создать минимальную разность давлений:

где /3 - длина пробки покрывающего состава в трубопроводе, м; д0 - начальное напряжение сдвига цементно-песчаного раствора, рассматриваемого как вязко-пластичная неньютоновская жидкость, кг/(м с2).

При использовании ступенчатого рукава (рукава уменьшенного сечения) изменение длины пробки ремонтной смеси за счет постепенного расходования ее на формирование реперных элементов (покрытия) во времени становится существенным фактором, определяющим уменьшение суммарного сопротивления движению рукава и увеличение скорости движения системы. Установлено, что равенство скоростей выворачивания и сматывания перекатывающихся в трубопроводе рукавов является одним из важнейших условий безаварийного движения системы двух рукавов. Неконтролируемое развитие этих процессов может привести к смятию и разрыву движущихся асинхронно рукавов.

Для упрощения записи выражений, связывающих меняющийся объем смеси с координатой выворачивающегося рукава, вводится понятие эквивалентного радиуса гзкв ступенчатого рукава. Эквивалентный радиус представляет собой радиус гладкого цилиндрического рукава, имеющего объем, равный суммарному объему всех элементарных блоков ступенчатого рукава по длине /тр. Используя принятое определение гэкв, запишем функциональную зависимость длины пробки покрывающей смеси от текущей координаты конца выворачивающегося рукава (с учетом превышения объема смеси для сохранения изолирующей пробки 10СТ между движущимися рукавами):

882{С1-8) =-¿2--

/Тр

I + 26

+ /ост- (5)

+ 28

где х - текущая координата конца выворачивающегося рукава, м, х 6 0 ... (Ь + 25) [-^-1; Ь - длина цилиндрического элемента ступенчатого рукава, м; г и <5 - соответственно внутренний и внешний радиусы тороидального элемента, м.

С течением времени длина пробки 1п1, движущейся в трубопроводе структурно под воздействием постоянного перепада давлений, равномерно

уменьшается, что обуславливает равноускоренный характер движения покрывающей системы в трубе. Соответственно, скорость движения системы увеличивается, изменяясь по следующему закону:

К?Оо21 - Оп)

2(7,+ 25)

іт р

L + 25

т.

(6)

р01 рТі

где г - текущий момент времени, с; сг01 = — и стт1 =--отношения начально-

Рм Рм

го давления выворачивания и текущего давления в разворачивающемся рукаве к давлению рм сжатого воздуха в магистрали; К1 - константа, определяемая исходными характеристиками восстанавливаемого трубопровода и компрессорной установки.

Аналогичные рассуждения справедливы и для второй стадии покрытия. Обобщение полученных закономерностей в виде методики расчета основных технологических параметров восстановления трубопроводов показано на рис. 4. |г ' ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

источник сжатого воздуха восстанавливаемый трубопровод

1) производительность; 1) диаметр трубопровода;

2) давление питания; 2) длина участка;

3) шаг регулировки давления. 3) толщина покрытия.

ремонтная смесь пневматическая линия

1)плотность; 1)сопротивление;

2) осадка конуса. 2) длина, диаметр;

3) свободный объем камер.

ВХОДНЫЕ ПАРАМЕТРЫ САНИРОВАНИЯ

стадия покрытия первая вторая

давление в покрывающем рукаве Рої Ро2

давление в запирающем рукаве Рзап1 Рзап2

объем загрузки ремонтной смеси

длительность подготовительного периода Г„1 Гг.2

конструктивные параметры рукавов

прочность рукавов длина цилиндрического пролета

(для ступенчатого рукава)

ДИНАМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ САНИРОВАНИЯ

стадия покрытия

скорость сворачивания запирающего рукава ускорение сворачивания запирающего рукава время осуществления стадии Рисунок 4. Общая схема разработанной методики расчета основных параметров восстановления трубопроводов

первая вторая

V,

аі а2

Г1 Т2

Использование предложенной методики позволяет осуществлять нанесение покрытия с высокой точностью обеспечения соответствия его геометрических параметров проектным. Методика реализована в виде компьютерной программы (Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012612322).

Качество формируемого покрытия, однако, определяется не только его геометрической формой, но и его физико-механическими свойствами и гидравлическими характеристиками как элемента системы трубопроводного транспорта воды. Эти показатели зависят как от начального состава используемого ремонтного состава, так и от условий его твердения.

Основные физико-механические свойства покрытия, характеризующие его качество, изменяются при варьировании водоцементного отношения В/Ц ремонтной смеси и давления, поддерживаемого в рукаве в ходе твердения смеси (рис. 5, 6).

Рисунок 5. Влияние В/Ц и давления твердения на: 1 - прочность материала покрытия на растяжение при изгибе; 2 - водопоглощение

Рисунок 6. Влияние В/Ц и давления твердения на: 1 - прочность материала покрытия на сжатие; 2 - прочность сцепления со сталыо

Обеспечение суммарно наилучших физико-механических свойств покрытия достигается при использовании смесей с возможно меньшими значениями В/Ц (до 0,3) и прессовании их под возможно более высоким давлением (в исследуемых диапазонах - до 0,8 МПа), что позволяет добиться величин коэффициента упрочнения по прочности на сжатие до 1,15; упрочнения по прочности на растяжение при изгибе - до 1,11.

Результаты сравнительного исследования зависимости коэффициента гидравлического трения по длине от числа Рейнольдса для различных испытуемых образцов приведены на рис. 7.

Не 1 о3

Рисунок 7. Зависимость коэффициента гидравлического трения от числа Рейнольдса для: 1 - новой стальной трубы; 2 - стальной трубы с заводской цементно-песчаной изоляцией; 3 - стальной трубы с цементно-песчаным покрытием, сформированным с использованием торовых внутритрубных приводов

Для цементно-песчаного покрытия, сформированного с использованием торовых приводов, коэффициент эквивалентной шероховатости составил от 0,05 до 0,1 мм, в среднем - 0,08 мм, что сопоставимо с результатами, полученными для новой стальной трубы. Следует также учитывать, что состояние неизолированных стенок стальной трубы склонно к быстрому ухудшению во времени, в то время как гидравлические характеристики труб с цементно-песчаным покрытием обладают высокой стабильностью и мало изменяются в течение срока службы покрытия.

В четвертой главе дан обзор технологических особенностей оборудования для нанесения покрытия торовыми внутритрубными приводами, предложен проект технологической карты на производство работ, дана оценка эколого-экономической эффективности внедрения технологии.

Предложенная методика расчета основных технологических параметров санирования трубопроводов позволяет предварительно оценить технические

характеристики компрессорного оборудования, использование которого будет наиболее целесообразно на том или ином восстанавливаемом участке (рис. 8).

Рисунок 8. Распределение максимальных длин восстанавливаемых участков в зависимости от диаметра для компрессорной установки производительностью 1600 л/мин, давление питания 0,5 МПа (винтовой компрессор XAS 746 Cd, Atlas Copeo)

Использование разработанной технологии и оборудования (патенты РФ №№ 2458281, 2451870) для нанесения цементно-песчаного покрытия позволяет осуществлять транспорт перекачиваемого продукта на стадии твердения покрытия внутри рукава уменьшенного сечения. Предложенное техническое решение позволяет сохранить общее время твердения покрытия неизменным, несмотря на обеспечение минимального времени отсечения восстанавливаемого участка от сети (до 11 часов). Возможность осуществления описанной технологической схемы учтена в предложенном проекте технологической карты.

Экономическая эффективность применения метода определена путем сравнительной оценки прямых затрат на работы по покрытию трубопроводов с использованием торовых приводов и центробежного метода; при оценке учтена как стоимость процесса покрытия, гак и оценка затрат на сопутствующие мероприятия. Суммарный экономический эффект применения нового способа формирования покрытия, в зависимости от диаметра санируемого трубопровода, колеблется в пределах от 582 до 862 тыс. руб./100 м. Предложенный метод характеризуется минимальной величиной прямых затрат на выполнение строительно-монтажных работ и является предпочтительным. Своевременное выполнение планово-предупредительных работ, к которым относится изоляция трубопроводов цементно-песчаными покрытиями, позволяет также предотвратить нанесение экологического ущерба, составляющего, на примере Ставропольского края, около 570 тыс. руб. в год на 1 км водопроводных сетей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано решение актуальной задачи бестраншейного восстановления надежности сетей водоснабжения и водоотведения по экономичной и безопасной технологии, основанной на использовании торовых внутритрубных приводов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Рассмотрены основные виды дефектов, свойственных трубопроводам водоснабжения и водоотведения ЖКХ, показана их структура, вскрыты основные причины возникновения. Проведена классификация дефектов трубопроводных систем. Обоснована целесообразность применения бестраншейных методов ремонта трубопроводов, основанных на нанесении внутритрубных покрытий.

2. Выполнен анализ современного состояния восстановления трубопроводов путем нанесения покрытий различных типов, на основе которого раскрыты эколого-экономические предпосылки перспективности применения торовых приводов для формирования внутритрубных цементных покрытий.

3. Установлены основные закономерности движения торового привода в трубопроводе в процессе нанесения покрытия. Теоретически обоснованы расчетные модели, описывающие движение торовых элементов в нагруженном состоянии, в том числе под воздействием переменной нагрузки.

4. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена методика расчета основных параметров движения торовых приводов в ходе нанесения покрытия, позволяющая определить давления, поддерживаемые в них в ходе нанесения покрытия, условия синхронности их движения, а также время осуществления покрытия на заданном участке трубопровода. Показана адекватность предложенной методики реально протекающим при нанесении покрытия процессам. Разработана компьютерная программа для автоматизации процесса выполнения расчетов с использованием предложенной методики.

5. По результатам экспериментов определены в виде уравнений полиномиальной регрессии функциональные зависимости для расчета закономерностей взаимосвязи водоцементного отношения ремонтной смеси и давления твердения с прочностью материала покрытия на растяжение и изгиб, прочностью сцепления со сталью и водопоглощением. Показано, что при прессовании покрытия, изготовленного из смесей со значениями В/Ц, близкими 0,33, может быть достигнуто существенное упрочнение покрытия: коэффициент упрочнения по прочности на сжатие достигает значения 1,15; коэффициент упрочнения по прочности на растяжение при изгибе — 1,11.

6. Экспериментально установлены оптимальные гидравлические характеристики восстановленных с использованием торовых приводов труб; обосно-

ван рациональный интервал коэффициента гидравлического трения при течении жидкости (число Рейнольдса (150 - 250) * 103) в трубопроводах с покрытиями. Средний коэффициент эквивалентной шероховатости формируемого покрытия составляет 0,08 мм и не превышает аналогичного для новых стальных труб.

7. Разработана и защищена патентами РФ усовершенствованная технология бестраншейного восстановления трубопроводов, основанная на использовании торовых внутритрубных приводов для формирования на внутренней поверхности трубопровода покрытия на основе цемента и позволяющая обеспечить повышение надежности и снижение гидравлических потерь в трубопроводах. Составлен проект технологической карты на производство работ по покрытию трубопроводов торовыми внутритрубными приводами

8. Технико-экономическая оценка эффективности усовершенствованной технологии бестраншейного восстановления трубопроводов показало ее предпочтительность в сравнении с известными способами восстановления путем нанесения цементно-песчаных покрытий. Эколого-экономическая эффективность реновации трубопроводов с помощью торовых приводов составляет от 640 до 920 тыс. руб./100 м, при этом длительность отключения восстанавливаемого участка от основной сети снижается в 2-2,5 раза.

9. Выводы и рекомендации работы использованы при разработке проектов производства работ и непосредственно при выполнении бестраншейного ремонта трубопроводов водоснабжения ООО «Краснодар Водоканал».

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в ведущих рецензируемых научно-технических журналах и изданиях

1. Давыденко, О. В. Обзор современных проблем и перспектив развития водоснабжения и водоотведения на территории Ставропольского края / О. В. Давыденко // Инженерный вестник Дона. - 2011. - № 2 (Электронный журнал). URL: http://ivdon.ru/magazine/ archive/n2v2011/427/ (дата обращения: 03.04.2013).

2. Давыденко, О. В. Методика расчета основных параметров санирования трубопроводов с использованием торовых покрывающих приводов / О. В. Давыденко // Монтажные и специальные работы в строительстве. - 2012. - № 7. - С. 2-8.

3. Давыденко, О. В. Бестраншейная санация трубопроводов путем формирования цементных покрытий с использованием торовых внутритрубных приводов / О. В. Давыденко, А. В. Акиншина // Механизация строительства. - 2012. - № 4. - С. 10-14.

4. Давыденко, О. В. Определение оптимальных условий твердения цементного покрытия, формируемого с использованием торовых внутритрубных приводов / О. В. Давыденко // Справочник. Инженерный журнал. - 2012. - № 5. - С. 42-45.

Патенты РФ на изобретения и свидетельства о регистрации программ для ЭВМ

5. Пат. 2451870 Российская Федерация, МПК F16L58/06. Способ покрытия трубопровода и устройство для его осуществления / Шишкин В. В., Давыденко О. В.; заявители и патентообладатели - Шишкин В. В., Давыденко О. В. - № 2010103165/06; заявл. 01.02.10 ; опубл. 27.05.12, Бюл. № 15. - 8 е.: ил.

6. Пат. 2458281 Российская Федерация, МПК F16L58/04. Способ восстановления трубопровода, устройство для тампонирования и покрытия трубопровода, способ и устройство для его очистки / Шишкин В. В., Давыденко О. В., Акиншина А. В.; заявители и патентообладатели - Шишкин В. В., Давыденко О. В., Акиншина А. В.; заявл. 15.02.10 ; опубл. 10.08.12, Бюл. № 22. - 15 е.: ил.

7. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012612322. Модуль расчета основных параметров нанесения цементного покрытия с использованием торовых внутритрубных приводов / Давыденко О. В. ; заявитель и патентообладатель Давыденко О. В. - № 2012610049 ; заявл. 10.01.12 ; за-рег. 02.03.12.

Отраслевые издания и материалы конференций

8. Давыденко, О. В. Технология формирования покрытия при восстановлении трубопроводов / О. В. Давыденко, В. В. Шишкин // Исследовано в России. - 2011. -№ 38 (Электронный журнал). URL: http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2011/038.pdf (дата обращения: 03.04.2013).

9. Давыденко, О. В. Применение фиброцементных композиций при восстановлении трубопроводов / О. В. Давыденко // Актуальные вопросы современной техники и технологии : Сборник докладов И-й Международной научной заочной конференции, г. Липецк, 2 октября 2010 г. / Под ред. А. В. Горбенко, С. В. Довженко. - Липецк : Издательский центр «Де-факто», 2010. - С. 251-253.

10. Давыденко, О. В. Анализ практики восстановления трубопроводов путем формирования покрытий // Техника и технология: новые перспективы развития : Материалы IV Международной научно-практической конференции, г. Москва, 09 декабря 2011 г. - Москва : Издательство «Спутник+», 2011. - С. 39-41.

11. Давыденко, О. В. Разработка условий устойчивости торовых внутритрубных приводов к поперечным деформациям // Современное состояние естественных и технических наук : Материалы V Международной научно-практической конференции, г. Москва, 30 декабря 2011 г. - Москва : Издательство «Спутник+», 2012. -С. 97-99.

12. Давыденко, О. В. Оптимизация материалов исполнения торовых внутритрубных приводов // Актуальные вопросы науки : Материалы IV Международной научно-практической конференции, г. Москва, 10 января 2012 г. - Москва : Издательство «Спутник+», 2012. - С. 22-24.

13. Давыденко, О. В. К вопросу о нагруженном движении торовых приводов в трубопроводе // Актуальные научные проблемы : Материалы IV Всероссийской

заочной научно-практической конференции, г. Екатеринбург, 22 декабря 2011 г. -Екатеринбург: ИП Бируля Н. И., 2011. - С. 51-53.

14. Давыденко, О. В. Особенности движения хоровых внутритрубных приводов в ходе формирования цементного покрытия // Инновации и современная наука: материалы международной заочной научно-практической конференции, г. Новосибирск, 12 декабря 2011 г. - Новосибирск : Изд. «Сибирская ассоциация консультантов», 2011. - С.75-79.

15. Давыденко, О. В. Влияние условий твердения цементного раствора на физико-механические свойства защитного покрытия, наносимого с использованием торовых внутритрубных приводов // Теория и практика современной науки : материалы IV Международной научно-практической конференции, г. Москва, 30 декабря 2011г./ Науч.-инф. издат. центр «Институт стратегических исследований». - Москва: Изд-во «Спецкнига», 2011. - С. 120-123.

16. Давыденко, О. В. Определение области наибольшей эффективности применения торовых внутритрубных приводов для осуществления покрытия трубопроводов цементными смесями // Теоретические и практические аспекты развития современной науки : материалы II международной научно-практической конференции / Науч.-инф. издат. центр «Институт стратегических исследований». - Москва : Изд-во «Спецкнига», 2011. - С. 93-96.

Давыденко Ольга Васильевна

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ И НАДЕЖНОСТИ БЕСТРАНШЕЙНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТОРОВЫХ ПРИВОДОВ

05.23.04 - Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов;

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 29.04.2013г. Заказ № 25. Тираж 100 экз. Печ. л. 1,0 Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.

Отпечатано в типографии ИУНЛ Волгоградского государственного технического университета. 400005, Волгоград, просп. им. В. И. Ленина, 28, корп. № 7.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ И НАДЕЖНОСТИ БЕСТРАНШЕЙНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТОРОВЫХ ПРИВОДОВ

Специальность 05.23.04 - «Водоснабжение, канализация, строительные

системы охраны водных ресурсов»

На правах рукописи

0420135^64

ДАВЫДЕНКО ОЛЬГА ВАСИЛЬЕВНА

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Фесенко Лев Николаевич

Новочеркасск - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................4

1. ИЗВЕСТНЫЕ И СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ И ПРИЕМЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ.......................................................10

1.1 Трубопроводы: общее состояние и повышение их надежности......10

1.2 Современные ремонтные смеси и способы их нанесения................16

ВЫВОДЫ ПО ПЕРВОЙ ГЛАВЕ...............................................................26

2. СХЕМЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УСТАНОВОК....................................27

2.1 Схема лабораторной установки...........................................................27

2.2 Схема опытно-производственного стенда..........................................31

2.3 Схема испытательного стенда.............................................................38

ВЫВОДЫ ПО ВТОРОЙ ГЛАВЕ...............................................................41

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ................................................................................................42

3.1 Материалы для изготовления торовых приводов..............................43

3.2. Поперечные деформации торовых приводов....................................45

3.3 Статика и динамика рукавов в трубопроводе....................................52

3.4 Движение торовых приводов в трубопроводе...................................62

3.5 Условия синхронности движения рукавов.........................................70

3.6 Проверка адекватности предложенной математической модели ....78

3.6.1 Алгоритм расчета основных параметров нанесения покрытия78

3.6.2 Практическая реализация задачи покрытия трубы цементным раствором.............................................................................................85

3.7 Основные физико-механические и эксплуатационные характеристики покрытия.......................................................................................................88

3.7.1 Влияние условий твердения цементного раствора на физико-механические свойства защитного покрытия..................................89

3.7.2 Эксплуатационные характеристики защитного покрытия....93 ВЫВОДЫ ПО ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ..............................................................97

4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ ТОРОВЫМИ ВНУТРИТРУБНЫМИ ПРИВОДАМИ И ОЦЕНКА ЕЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ.......................................................99

4.1 Определение области наибольшей эффективности применения предложенного способа покрытия трубопроводов.................................99

4.2 Общая технологическая схема нанесения покрытия.......................103

4.3 Программная реализация алгоритма расчета основных параметров нанесения покрытия..................................................................................105

4.4 Проект технологической карты на производство работ по покрытию трубопроводов торовыми внутритрубными приводами.......................105

4.5 Эколого-экономическая эффективность использования разработанного способа покрытия трубопроводов...............................112

ТЛТ ТТЛ /Л ТТТ т Т—Г Т I 1-т I ' 1 Л ГТ\Т'/'\ТТ т—' TT А "Г\ т~> л л л

иьшиды 11U ЧЛ i Bür 1 uyi 1 JJL/VÖJi......................................................114

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ..............................................................115

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..........................................117

Приложение 1. Программа для расчета основных параметров нанесения покрытия с использованием торовых приводов..............................................132

Приложение 2. Детализированный расчет прямых затрат на выполнение работ по санированию трубопровода с использованием торовых приводов..........136

Приложение 3. Акт о внедрении результатов диссертационной работы......142

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Одной из критических инженерных систем города являются трубопроводные сети жилищно-коммунального хозяйства, в том числе сети водоснабжения и водоотведения, общая протяженность которых на территории РФ - свыше 786 тыс. км. Средние значения физического износа трубопроводов, при этом, достигают 60-70 %. Процессы активного разрушения сетей ЖКХ лежат в основе комплекса взаимосвязанных негативных последствий технического, социально-экономического и экологического характера.

Существующие темпы замены и реконструкции изношенных сетей значительно ниже необходимых, что приводит к систематической подмене планово-предупредительных работ аварийно-восстановительными. Многие участки трубопроводной сети, таким образом, не обеспечивают соблюдение заданных параметров функционирования, что приводит к снижению качества обслуживания потребителей в целом.

Сложившаяся ситуация во многом объясняется высокой стоимостью

г\а£>г»тг ттг» тсшрчр тг\\/<=>г>гтг\г\пг»ттг»тз ТЗ тп мгр» пприя ыгга^л гтил паелла а пиа т£»игттр»иттт;г<г

^уиич/ I ни ' 11 ¡114,11 ^ Ч/иН^У/ии^ии! IV Л V 17 М1Л ^ 1 1 г ^ 4/11 I 11/1

перехода к экономичным методам бестраншейного восстановления трубопроводов также не позволяет существенно увеличить темпы ремонтно-восстановительных работ.

Рядом преимуществ перед другими технологиями бестраншейного ремонта трубопроводов обладают методы, основанные на формировании защитных покрытий из жидких смесей. Однако и они имеют ограниченную сферу применения, прежде всего ввиду сложности организации эффективного процесса нанесения такого покрытия на внутреннюю поверхность трубы, что подтверждает актуальность проведения исследований в области совершенствования существующих технологий бестраншейного восстановления трубопроводов, сущность которых определяет надежность и экономическую эффективность осуществляемых ремонтных работ.

Настоящая работа является частью исследовательской работы научной школы ЮРГТУ (НПИ) «Разработка и внедрение инновационных и модернизация существующих технологий в области водоснабжения, водоотведения и гидротехнических сооружений». Тема исследований входит в план научно-исследовательских работ кафедры «Водное хозяйство предприятий и населенных мест». Выполненные исследования соответствуют целям и задачам «Стратегии развития жилищно-коммунального комплекса Ставропольского края на период до 2020 года», действующей краевой целевой программы «Модернизация жилищно-коммунального комплекса Ставропольского края на 2013-2015 годы».

Цель работы. Повышение надежности сетей водоснабжения и водоотведения путем совершенствования основанной на использовании торовых приводов технологии бестраншейного восстановления трубопроводов, обеспечивающей снижение шероховатости внутренней поверхности трубопроводов.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- анализ современного состояния, методов и оборудования для восстановления трубопроводов путем нанесения покрытий различных типов;

- определение технологических особенностей реализации бестраншейного восстановления трубопроводов с использованием торовых приводов;

- разработка общей методики и обоснование расчетных выражений для определения технологических параметров восстановления в зависимости от характеристик трубопровода, ремонтной смеси и применяемого оборудования;

- обоснование оптимальных технологических параметров процесса формирования покрытия внутри трубы в зависимости от состава и свойств используемой цементно-песчаной смеси;

- определение шероховатости и коэффициентов гидравлического сопротивления трубопроводов, восстановленных путем нанесения покрытия с использованием торовых приводов;

- установление основных физико-механических и эксплуатационных характеристик покрытия труб в зависимости от условий его формирования;

- оценка эколого-экономической эффективности разработанной технологии восстановления трубопроводов.

Основная идея работы состоит в повышении надежности функционирования и снижении потерь напора в трубопроводах водоснабжения и водоотведения за счет внедрения технологии бестраншейного восстановления трубопроводов с применением торовых приводов.

Методы исследования включали аналитическое обобщение сведений, содержащихся в научно-технической и специальной литературе, проводимые лабораторные и опытно-производственные исследования, моделирование исследуемых процессов, автоматизированную обработку полученных экспериментальных данных с применением программных пакетов wxMaxima 0.8.5., Microsoft Office Excel 2007.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций для практического применения подтверждается использованием утвержденных научно-обоснованных методов анализа, применением метрологически аттестованных приборов и оборудования, большим объемом экспериментальных данных и их высокой сходимостью с расчетными значениями.

Научная новизна:

- теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность формирования внутритрубных покрытий на основе цемента с использованием торовых приводов;

- установлены функциональные зависимости, связывающие длительность и основные динамические параметры процесса нанесения

покрытия (скорость и ускорение разворачивания рукавов) с исходными характеристиками восстанавливаемого трубопровода, ремонтной смеси и применяемого при восстановлении оборудования;

- установлены оптимальные гидравлические характеристики восстановленных с использованием торовых приводов труб;

- получены зависимости для расчета закономерностей взаимосвязи водоцементного отношения ремонтной смеси и давления твердения с прочностью материала покрытия на растяжение и изгиб, прочностью сцепления со сталью и водопоглощением;

- обоснован рациональный интервал коэффициента гидравлического трения при течении жидкости (число Рейнольдса (150 - 250) * 10) в трубопроводах с покрытиями.

Практическое значение работы:

Предложен проект технологической карты на производство работ по покрытию трубопроводов с использованием торовых внутритрубных приводов. Результаты выполненных исследований послужили основой для разработки методики расчета основных параметров нанесения покрытия с использованием

гт^ v\ /ч 1-* т т Л/ 1—г у\ т X ТЛ л гтЛ 1"» тх тт»л У\ I n 1 г ъ к т т /л тт /л л тт t тлттггп t и^лг»пт»тт л тт ж ш лт т¥ттт»т т

lupuDDiA npi-irn_>/j,>jD ti upwi paivuvifujyjL реализации у лсиаппии 1V1C 1 идим.

Реализация результатов работы. Разработанная технология бестраншейного восстановления трубопроводов внедрена предприятием ООО «Краснодар Водоканал», г. Краснодар (акт внедрения прилагается).

Результаты диссертационной работы использованы кафедрой «Водное хозяйство предприятий и населенных мест» ФГБОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ) в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 270112 «Водоснабжение и водоотведение».

Основные положения, выносимые на защиту:

- результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса формирования цементно-песчаного внутритрубного покрытия с использованием торовых внутритрубных приводов;

- методика расчета входных и динамических параметров санирования;

- результаты экспериментальных исследований физико-механических и гидравлических характеристик формируемого покрытия;

- технологическая карта на производство работ по покрытию трубопроводов торовыми внутритрубными приводами;

- эколого-экономическая оценка эффективности разработанной технологии восстановления трубопроводов.

Апробация работы. Основные положения, изложенные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на П-й Международной научной заочной конференции «Актуальные вопросы современной техники и технологии» (г. Липецк, 2010 г.); IV Международной научно-практической конференции «Техника и технология: новые перспективы развития» (г. Москва,

2011 г.); IV Всероссийской заочной научно-практической конференции «Актуальные научные проблемы» (г. Екатеринбург, 2011 г.); Международной заочной научно-практической конференции «Инновации и современная наука» (г. Новосибирск, 2011 г.); IV Международной научно-практической конференции «Теория и практика современной науки» (г. Москва, 2011 г.); II международной научно-практической конференции «Теоретические и практические аспекты развития современной науки» (г. Москва, 2011 г.); V Международной научно-практической конференции «Современное состояние естественных и технических наук», (г. Москва, 2012 г.); IV Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы науки» (г. Москва,

2012 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ общим объемом 4,1 п.л., в том числе 4 в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 2 патента РФ на изобретение, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Личный вклад соискателя: постановка проблемы; разработка и создание экспериментальной базы и методов исследований; подготовка новых

технических решений, их теоретическое обоснование и экспериментальная проверка; систематизация, обработка и анализ полученных результатов; обоснование и формулировка представленных научных положений и выводов; участие во внедрении результатов исследований в практику проектирования.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованных источников и трех приложений. Работа изложена на 142 страницах машинописного текста, включает 23 таблицы, 37 рисунков. Библиографический список содержит 130 наименований.

1. ИЗВЕСТНЫЕ И СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ И ПРИЕМЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ

1.1 Трубопроводы: общее состояние и повышение их надежности

Трубопроводы - это важнейший элемент систем транспортировки различных жидкостей для производственной деятельности и в коммунальном хозяйстве. Так, общая протяженность сетей ЖКХ РФ составляет свыше 786 тыс. км [1].

Следует отметить, что, при очевидном росте протяженности требующих замены сетей водоснабжения и водоотведения (таблица 1.1), темпы замены сетей из-за их износа с каждым годом снижаются. Так, если в 2009 г. на территории РФ было заменено 8681,7 км водопроводных сетей и 787,9 км сетей водоотведения (3 и 2 % от общей длины), то уже в 2010 г. объем замены сетей уменьшился и составил соответственно 7270,3 км и 760,2 км (2 и 1 % их общей длины) [2, 3].

Таблица 1.1- Состояние сетей водоснабжения и водоотведения РФ

"Іі?? " ІІ І |'2000 2006 2007 ¿2008 л тт:

Уличная водопроводная

сеть, нуждающаяся в замене, тыс. км 102,5 125,5 130,6 134,2 142,4 145,6

в процентах ко всему протяжению 31,6 37,7 39,1 40,5 41,9 42,5

Число аварий водопровода, тыс. 200,5 197,7 195,4 196,9 185,9 164,5

Уличная

канализационная сеть,

нуждающаяся в замене, тыс. км 20,4 22,9 24,4 25,6 26,4 21,Ъ

в процентах ко всему протяжению 27,6 30,5 32,6 34,1 34,9 35,9

Число аварий канализации, тыс. 25,6 38,4 38,8 41,5 44,6 39,5

Иллюстрируя сложившуюся ситуацию на примере Ставропольского края (СК), отметим, что доля замененных сетей в общем их протяжении за период 2008-2010 гг. колеблется в пределах 1-1,5 %. Доля планируемых к реконструкции на период до 2020 г. сетей также не превышает порогового значения в 1,5 % [4].

Выполним прогнозное моделирование объема реконструируемых объектов водоснабжения и водоотведения нарастающим итогом [5]. Предположим, что доля реконструируемых сетей в общей их протяженности (полагаемой постоянной) равна:

- при оптимистическом прогнозе - пороговому значению в 1,5 %;

- при пессимистическом прогнозе - значению в 1 %.

2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

ГОДЫ

Рисунок 1.1- Диаграмма, поясняющая текущее и прогнозное состояния сетей

водоснабжения СК с указанием оптимистического и пессимистического сценариев (по годам): зеленая область - протяженность сетей водоснабжения, нуждающихся в замене; красная - протяженность аварийных сетей водоснабжения; оранжевая - оптимистический прогноз; синяя -

пессимистический прогноз Анализ рисунка 1.1 показывает, что сохранение существующих темпов реконструкции в лучшем случае позволит к 2020 году восстановить определенную по состоянию на 2009 год протяженность аварийных сетей водоснабжения и перейти к плановой замене отслуживших нормативные сроки трубопроводов. Последнее, однако, маловероятно, поскольку в реальности

аварийный фонд с каждым годом увеличивается. В худшем случае даже определенная по состоянию на 2009 год протяженность аварийных сетей

водоснабжения не будет полностью реконструирована к 2020 году.

- 0,4

5 0.35

g 0,3

tí 0,25

■u

5 0.2

0

g 0,15

1 0,1

g 0,05

£ 0

g* 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

ГОДЫ

Рисунок 1.2 - Диаграмма, поясняющая текущее и прогнозное состояния сетей водоотведения СК с указанием оптимистического и пессимистического сценариев (по годам): красная область - протяженность аварийных сетей водоотведения; оранжевая - оптимистический прогноз; синяя -

пессимистический прогноз Из анализа рисунка 1.2 очевидно, что сохранение существующих темпов замены ни при каких обстоятельствах не позволит зако�