№10|2011
РЕКОНСТРУКЦИЯ ТРУБОПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ
bbk 000000
УДК 69.055.5:628.147.25:628.247
Инструментальный контроль за строительством водопроводных и канализационных сетей Москвы
Аннотация
Для повышения надежности эксплуатации в МГУП «Мосводоканал» в 2005 г. был создан Центр технической диагностики. Главной целью деятельности Центра является повышение надежной эксплуатации водопроводных и канализационных трубопроводов, снижение аварийности посредством проведения комплекса мероприятий по диагностике их технического состояния и обеспечения защиты от электрохимической коррозии. Для этого, прежде всего, осуществляется анализ состояния подземных трубопроводов посредством диагностического обследования. В комплекс диагностических работ, наряду с телевизионным обследованием, входят работы по диагностике наличия блуждающих токов и почвенной коррозии, ультразвуковая диагностика, контроль изоляционного покрытия, толщинометрия и т. д. После проведения диагностических работ разрабатываются конкретные мероприятия по каждому объекту, формируются программы реконструкции и перекладки сетей. Фактором, оказывающим существенное влияние на последующую эксплуатацию трубопроводов, является качество строительства и реконструкции сетей. Поэтому инструментальный контроль за строительством является необходимым звеном в деле обеспечения надежной эксплуатации водопроводных и канализационных сетей. Современные методы контроля (телевизионное обследование внутренней поверхности; ультразвуковой, рентгеновский контроль; испытания на осевое растяжение сварных соединений; контроль изоляционного покрытия) позволяют существенно повысить качество проведения работ по реконструкции старых и прокладке новых трубопроводов.
Ключевые слова
водопроводные и канализационные сети , ультразвук , инструментальный контроль , рентгенография
Скачать статью в журнальной верстке (PDF)
Водопроводные и канализационные сети Москвы представляют собой разветвленную систему подземных и наземных трубопроводов, общая протяженность которых составляет 11015 и 7972 км соответственно. Аварийное повреждение этих сетей может повлечь за собой перебои в работе систем водоснабжения и водоотведения, экологические и транспортные проблемы.
В связи с этим повышение надежности работы трубопроводов, предупреждение их старения, проведение своевременной реконструкции старых и прокладка новых сетей являются приоритетными задачами МГУП «Мосводоканал». Так, в 2010 г. было переложено 113,7 км водопроводных сетей.
К эксплуатационным факторам, воздействующим на трубопровод (просадка грунта, естественное старение материала труб, внешнее и внутреннее коррозионное воздействие среды и транспортируемой жидкости), зачастую добавляются дефекты, возникающие еще на этапе строительства или реконструкции (некачественное проведение монтажных и сварочных работ, динамические нагрузки при засыпке, загрязнение трубопровода и т. д.). Именно на этом этапе необходимо своевременно выявить и устранить эти дефекты.
В условиях подземной прокладки, большого разброса по назначению трубопроводов (водопроводные, напорные канализационные, безнапорные канализационные) и их диаметрам (от 50 до 2000 мм), а также по материалам (полиэтилен, чугун, сталь с цементно-песчаным покрытием, железобетон, асбестоцемент) выявление дефектов является сложной многоплановой задачей. Для ее решения Центром технической диагностики (ЦТД) МГУП «Мосводоканал» проводится комплекс работ с применением современных методов диагностики и контроля трубопроводов: контроль сварных соединений, их испытание на осевое растяжение, контроль изоляционного покрытия, телевизионное обследование внутренней поверхности трубопроводов.
Контроль сварных соединений трубопроводов различного назначения во всем мире осуществляется следующими методами: визуально-измерительный, ультразвуковой, рентгеновский контроль; разрывные испытания сварных соединений (на растяжение и сжатие). Выбор метода зависит от материала трубы и его эксплуатационных характеристик (давление, температура, среда) и устанавливается нормативной документацией на конкретную группу трубопроводов.
Для водопроводных и канализационных трубопроводов таким документом является СНиП 3.05.04-85* «Наружные сети и сооружения водоснабжения и канализации». В соответствии с ним, ультразвуковому контролю при строительстве подвергаются все швы стальных и полиэтиленовых трубопроводов закрытой прокладки, рентгеновскому контролю подвергается не менее 10% сварных швов стальных труб. Таким образом, контроль сварных соединений стальных водопроводных и канализационных трубопроводов включает в себя визуально-измерительный и ультразвуковой (или рентгеновский) методы.
Проверка любого сварного соединения начинается с визуально-измерительного контроля. На глаз или с помощью лупы рассматривается внешний вид сварного соединения, фиксируется наличие поверхностных дефектов (трещин, непроваров, цепочек пор и т. д.). С помощью штангенциркуля и шаблона сварщика определяются геометрические размеры шва. Полученные результаты сопоставляются с допустимыми значениями, установленными в нормативной документации.
Ультразвуковой контроль качества сварных швов проводится с целью обнаружения недопустимых внутренних дефектов (трещин, непроваров, свищей, незаваренных кратеров, прожогов). В ЦТД он осуществляется ультразвуковыми дефектоскопами А1212 и УД-2-12, ЕРОСН-4, ЕРОСН-LTC, А1550 IntroVisor (рис. 1). Так, современный томограф А1550 IntroVisor не только обеспечивает высокий уровень контроля, но и позволяет визуализировать внутренние дефекты.
Рентгенографический контроль сварных швов стальных трубопроводов проводится с помощью импульсного аппарата САРМА-300 (рис. 2) методом рентгеновского просвечивания с последующей проявкой и расшифровкой пленок. В настоящее время в ЦТД внедряется комплекс цифровой радиографии Фосфоматик-40, морально устаревшую рентгеновскую пленку заменяют многоразовой фосфорной пластиной. Это позволит оперативно расшифровывать рентгеновские снимки прямо на объекте и быстро принимать решения.
По наблюдениям специалистов ЦТД, наиболее часто встречающимися дефектами сварных швов при прокладке стальных водопроводных трубопроводов являются: отступления от допускаемых размеров и формы шва; подрезы, западания между валиками; незаваренные кратеры и выходящие на поверхность поры; непровары в корне шва; смещения кромок труб, превышающие допустимые размеры.
Качество стыковых сварных соединений проверяется по альтернативному признаку «годен» или «не годен», учитывая данные всего комплекса проведенного контроля (визуально-измерительный, ультразвуковой или рентгеновский). Результаты заносят в протокол и электронную базу данных программы ЕИП-ЦТД. Так, на рис. 3 видно, что в процентном соотношении количество забракованных сварных соединений невелико (4%), однако на практике эксплуатация трубопровода с дефектами в сварных швах могла бы привести к многочисленным (127 шт.) авариям.
Контроль сварных швов полиэтиленовых трубопроводов. В последнее время для прокладки и реконструкции водопроводных и канализационных сетей все чаще применяются полиэтиленовые трубы. Так, в 2010 г. метод протягивания полиэтиленового рукава составил 40% всех ремонтируемых водопроводных труб.
В настоящее время контроль сварных соединений трубопроводов из полиэтилена проводится специалистами ЦТД в соответствии с «Регламентом использования полиэтиленовых труб для реконструкции сетей водоснабжения и водоотведения», а также СП 42-105-99 «Контроль качества сварных соединений полиэтиленовых газопроводов» и СП 40-102-2000 «Проектирование и монтаж трубопроводов и систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов».
Ультразвуковому контролюподвергаются все сварные соединения полиэтиленовых трубопроводов, выполненные сваркой нагретым инструментом встык и соответствующие требованиям визуального контроля. Визуально-измерительный и ультразвуковой контроль проводится с использованием того же оборудования, что и при контроле сварных швов стальных труб.
На рис. 4 показаны дефекты сварных швов труб из полиэтилена низкого давления (ПНД), выявленные визуально.
Наиболее часто встречающимся дефектом в сварных соединениях водопроводных и канализационных трубопроводов из полиэтилена низкого давления является несплавление торцов труб, обусловленное нарушением параметров сварки. Также специалистами ЦТД были выявлены отступления от допускаемых размеров и формы валиков грата шва, смещения кромок труб, превышающие допускаемые размеры, несплавление кромок труб в сварном шве, трещины в шве, недопустимые механические повреждения в зоне шва и околошовной зоне.
Количество некачественных сварных стыков на полиэтиленовых трубопроводах в процентном отношении почти в два раза больше, чем на стальных (рис. 5). Это объясняется новизной данного материала, а следовательно, плохой подготовкой сварщиков, настройкой сварочных аппаратов, зачастую просто путаницей в применяемых марках полиэтилена низкого давления, а также отсутствием нормативного документа по сварке водопроводных и канализационных труб из полиэтилена низкого давления, четко регламентирующего все перечисленные нюансы.
Качество сварных соединений вызывало споры между МГУП «Мосводоканал», подрядными строительными организациями и поставщиками полиэтиленовых труб. Разобраться в сложившейся ситуации в целом, а также определить пригодность каждого сварного шва в отдельности можно было только с помощью более точного метода контроля. Таким методом является испытание сварных швов на осевое растяжение.
Для проведения разрывных испытаний допускных и контрольных сварных соединений из полиэтиленовых труб в ЦТД была введена в эксплуатацию универсальная электромеханическая испытательная система Instron 3369 (рис. 6). Машина предназначена для испытаний на растяжение и сжатие сварных соединений труб из полимерных материалов с целью определения их механических характеристик. Обладает хорошими эксплуатационными характеристиками и высокой точностью измерения перемещения (± 0,1%), полный контроль и управление системой осуществляется с компьютера.
Испытания выполняются на образцах-лопатках по ГОСТ 11262. Из каждого контролируемого стыка вырезают не менее пяти образцов. При испытании определяют характер (тип) разрушения образца, а также относительное удлинение при разрыве. Результаты испытаний заносятся в протокол.
В первом полугодии 2011 г. проведено 81 испытание сварных соединений (7 швов забраковано). В дальнейшем, в соответствии с «Регламентом использования полиэтиленовых труб для реконструкции сетей водоснабжения и водоотведения», планируется проводить испытания сварных соединений на статический изгиб и сплющивание (сжатие) муфтовых соединений и полимерных покрытий.
Проведение разрывных испытаний сварных соединений позволило существенно усилить надзор за качеством проведения работ по реконструкции и прокладке новых полиэтиленовых труб, а также решить споры о качестве сварных швов.
Контроль изоляционного покрытия. В последнее время на трубопроводах подземной прокладки участились случаи локального коррозионного разрушения стальных труб в местах, где отсутствует или повреждено изоляционное покрытие. В данных условиях становится особенно важен контроль наружного изоляционного покрытия на этапе строительства. Контролю подвергается 100% стальных трубопроводов и футляров.
Данный вид контроля включает следующий комплекс работ: измерение толщины изоляционного покрытия толщиномером МТ 2003; измерение адгезии защитного покрытия в траншее до засыпки (на 10% сварных швов) адгезиметром (АМЦ2-20); определение диэлектрической сплошности защитного покрытия в траншее до засыпки (100%) искровым дефектоскопом «Elcometer 236 HOLIDAY»; 100-процентная проверка отсутствия внешних повреждений, вызывающих непосредственный электрический контакт между металлом труб и грунтом после обратной засыпки (в случае открытой прокладки стальных трубопроводов) аппаратурой АНПИ, ТИСПИ, «Успех»; фотосъемка. По результатам контроля специалист ЦТД делает запись в журнале производства работ на объекте и оформляет соответствующее заключение установленной формы.
Телевизионное обследование внутренней поверхности труб водопроводных и канализационных сетей. Приемка водопроводных и канализационных трубопроводов в МГУП «Мосводоканал» уже давно осуществляется с применением телевизионной диагностики. В настоящее время осмотру подвергается 100% всех сетей при строительстве. Это означает, что ежегодно обследуются десятки километров трубопроводов. Так, за 2010 г. было обследовано 133,2 км водопроводных и 25,4 км канализационных труб, что на 30% больше, чем в 2005 г.
Объединение цехов по обследованию канализационных и водопроводных труб в единую структуру ЦТД, а также многолетний опыт работы специалистов в этой области позволили выбрать наиболее надежные, эффективные и удобные системы телевизионной диагностики трубопроводов разного диаметра. В настоящее время для обследования водопроводной сети применяются робототехнические комплексы Р100, Р200, С200, Digimax фирмы «Rico»; для обследования канализационной сети – передвижные телевизионные комплексы, оснащенные передвижными и плавучими транспортными осмотровыми модулями отечественных (Р100, Р200 фирмы «Тарис») и импортных (D100, D500 фирмы «Rauch», Ibak и Ipek) производителей (рис. 7).
В Москве в последнее время при прокладке новых водопроводных сетей применяются в основном чугунные и полиэтиленовые трубы. Самый простой доступ в чугунные трубы – через пожарный гидрант, поэтому малогабаритный диагностический комплекс Р100, снабженный шарниром излома, легко загружается в отверстие подставки после демонтажа пожарного гидранта. При обследовании труб из полиэтилена низкого давления специалисты ЦТД столкнулись с тем, что робот скользит по трубе и тяжело проходит наплывы в сварных швах. С данными трудностями хорошо справился робот Digimax фирмы «Rico» с колесами из более мягкой резины.
В настоящее время стальные трубопроводы укладываются только в футляре и используются на наиболее ответственных участках водопровода, испытывающих динамические нагрузки, где нельзя применить чугунные трубы. Робот Р200 опускается через лаз, вырезанный в стальной трубе. После проведения теледиагностики лаз заваривается.
В ЦТД МГУП «Мосводоканал» для обследования канализационной сети введены в эксплуатацию комплексы Ibak и Ipek. В отличие от аналоговых предшественников комплекс Ipek производит видеосъемку в цифровом формате, что обеспечивает лучшее выявление дефектов трубопроводов. Лазерный измеритель позволяет определять размеры дефектов трубопроводов, датчик продольного уклона – уклон трубопроводов. Интегрированный радиомаяк определяет точное местонахождение робота. Блок цифровой записи PC 19м осуществляет видеозапись, первичную обработку (ввод служебной информации), хранение и воспроизведение видеосъемки всех телевизионных комплексов в едином формате.
Обследование выполняется по следующей схеме: фиксируется участок для телеинспекции; определяются колодцы, через которые должен быть произведен запуск ТВ-робота; осуществляется телеинспекция заданного участка с получением соответствующей видеозаписи по объекту; составляется «Акт телевизионной диагностики» с фотографиями дефектных участков внутренней поверхности и рекомендациями по их устранению.
При проведении телевизионной диагностики проверяется внутреннее состояние трубопровода: качество монтажа стыковых соединений; наличие посторонних предметов; качество заделки раструбных соединений; качество цементно-песчаного покрытия трубопровода; наличие трещин и отслоений в покрытии; неравномерность покрытия; наличие сколов, трещин, каверн и других дефектов внутренней поверхности трубопровода. После устранения дефектов осуществляется повторное обследование.
Качество строительных работ можно оценить по доле брака, выявленного при их проведении (рис. 8 и 9). Несомненно, в последние годы оно возросло во многом благодаря усилению контроля. В водопроводных и канализационных сетях, как правило, можно обнаружить лишь песок или гравий, попавшие туда при их стыковке из подушки (желтый сектор на рис. 8). Однако даже они ухудшают качество водопроводной воды, уменьшают пропускную способность сетей водопровода и канализации. Для их удаления производится промывка. Затем проводится повторное обследование.
Другими дефектами, выявляемыми при приемке новых водопроводных трубопроводов при помощи телевизионного обследования, являются: плохое качество заделки стыка чугунного трубопровода с резиновым уплотнением, что может привести к утечке воды, а при просачивании ее на поверхность – вызвать подтопление коммуникаций или подвалов; отсутствие цементно-песчаного покрытия на сварных стыковых соединениях; сколы и трещины в покрытии, которые приводят к коррозионному разрушению стальных труб (рис. 10).
Поскольку дефекты в новых трубах определяются материалом, из которого они изготовлены, а не назначением (в отличие от труб после их эксплуатации, где важным фактором является транспортируемая среда), те же дефекты наблюдаются в чугунных и стальных трубах канализационной сети (рис. 11). Так, в асбестоцементных трубах, прокладываемых в системах безнапорной канализации, могут образовываться кольцевые трещины (рис. 11, в), а полиэтиленовые трубы могут быть просто раздавлены грунтом.
Наряду с прокладкой новых трубопроводов в Москве ведется широкомасштабная реконструкция старых водопроводных и канализационных сетей. В 2010 г. была проведена реновация 58 км водопроводных и 54 км канализационных сетей. Основными методами их восстановления являются: нанесение на внутреннюю поверхность трубы цементно-песчаного покрытия, протягивание полиэтиленовых труб или рукава. Теледиагностика в данном случае необходима на всех этапах: до санации (так как наросты и отложения на старых трубах мешают технологиям бестраншейного восстановления), после прочистки, непосредственно перед нанесением цементно-песчаного покрытия, а также после проведения восстановительных работ (для оценки их качества). В зависимости от метода реконструкции дефектами таких работ могут быть складки полимерного рукава, трещины, сколы, отсутствие в местах сварных соединений цементно-песчаного покрытия (рис. 12).
Выводы
Многоплановый комплекс работ, осуществляемый Центром технической диагностики МГУП «Мосводоканал», направлен на выявление дефектов водопроводных и канализационных трубопроводов на этапе строительства и реновации, обеспечивает их своевременное устранение, что в свою очередь повышает срок службы сетей, улучшает качество питьевой воды, предотвращает возникновение аварийных ситуаций, связанных с подтоплением, и экологический ущерб.
