Основные методы ремонта подводных трубопроводов

Способы ремонта подводных трубопроводов

До недавнего времени все изношенные аварийные или находящиеся в предельном состоянии дюкеры можно было отремонтировать следующими способами:

— переукладкой с заменой трубы;

— заменой дефектного участка при подъеме трубопровода над водой;

— по технологии «труба в трубе»;

— с использованием ремонтных камер для устранения дефектов.

В настоящее время используется новый метод для ремонта дюкеров – санация трубопровода полимерным рукавом.

Рассмотрим технологии, а также достоинства и недостатки каждого из этих способов.

Затраты при ремонте трубопровода способом переукладки соизмеримы со строительством нового дюкерного перехода. При этом способе старые дюкеры просто выводятся из эксплуатации и рядом строятся новые, подводящие же трубопроводы на берегах переключаются на новый дюкер, что требует строительства дополнительного соединительного трубопровода, иногда протяженностью в несколько сотен метров. Старый же дюкер остается на месте и продолжает разрушаться, иногда становясь причиной дополнительного ущерба окружающей среде и представляя угрозу для судоходства. Бывали случаи, когда дюкеры всплывали вследствие разрушения пригрузов или вымывания дюкера из траншеи на дне реки.

Второй из перечисленных способов исполним на подводных переходах большой протяженности, так как требует размыва трубопровода на значительной длине обеспечения при подъеме радиуса упругого изгиба.

При подъеме трубопровода из воды требуется определенное количество специальных грузоподъемных механизмов, что в комплексе с земляными работами обусловливает удорожание сметной стоимости ремонта.

При использовании метода «труба в трубе» (рис.3.1)в старый трубопровод протягивается новая полиэтиленовая, свободно лежащая труба меньшего диаметра, а межтрубное пространство заполняется специальным цементным раствором. Однако при этом внутренний диаметр нового трубопровода получается меньше диаметра старого. Например, при ремонте методом «труба в трубе» дюкерного перехода 1200 мм используется труба с внутренним диаметром 900 мм, что приводит к снижению пропускной способности нового дюкера. Естественно, это обстоятельство не позволяет широко применять данную технологию там, где пропускная способность не может быть снижена.

Следует также отметить, что этот метод может быть использован для капитального ремонта ППМГ, уложенных по радиусу упругого изгиба в соответствии с требованиями соответствующих СНиП, при отсутствии гофр, вмятин, кривых вставок, подкладных колец, эллипсности сечения.

Рис. 5.1 Технология «труба в трубе»

Рассмотрим способ устранения дефектов с использованием ремонтных камер. Ремонт осуществляется путем установки камеры на дефектный участок трубопровода с последующей врезкой «катушки» или установкой сварочной муфты при атмосферном давлении. Ремонтная камера-полукессон (рис.3.2) состоит из двух коробчатых створок, соединенных шарниром в верхней части. На одной из створок расположена горловина шахты доступа в камеру.

Рис.5.2 Камера-полукессон

Камера имеет оригинальную систему центровки на ремонтируемый трубопровод и устанавливается на основание с помощью винтовых аутригеров. Надежные уплотнительные элементы герметизации входных отверстий камеры относительно ремонтируемого подводного трубопровода состоят из двух полуколец и резинового сальника. Система герметизации при установке подвижна относительно входного отверстия камеры, но неподвижна относительно трубопровода, т.е. фиксируется на нем. Такая схема установки уплотнения минимизирует влияние веса камеры на ремонтируемый подводный трубопровод. Створки камеры, уплотнительные кольца и звенья шахты после их поэтапной установки фиксируются водолазами с помощью специальных зажимов. Ремонтный комплекс имеет свою систему балластировки чугунными

грузами различной массы. Система вентиляции позволяет качественно вы­полнять в камере сварочные работы. Дренажный насос поддерживает необходимый уровень подсланевых вод. При этом методе ремонта к минимуму

сводятся земляные работы, так как подводная траншея сооружается только под размеры камеры с учетом естественных откосов, соответствующих типам грунтов. При этом в каждом виде работ число грузоподъемных и землеройных механизмов сведено до одного. Не уменьшается также пропускная способность газопровода, так как не сужается диаметр трубы. Качество сварочных работ по устранению дефектов в «шахтных колодцах» при атмосферном давлении и дос­таточной принудительной вентиляции соответствует всем требованиям нормативных документов.

Рис.5.3 Комплекс по ремонту подводных трубопроводов:

1 – оголовок; 2 – уровень воды; 3 – строп; 4 – якорь; 5 – секции шахты; 6 – ремонтная камера; 7 – трубопровод; 8 – вьюшки; 9 – связка приводов; 10 – контейнер обеспечения

Теперь рассмотрим метод санации трубопровода полимерным рукавом. Возможны два варианта.

1. Санация трубопровода клеевым полимерным рукавом. На заводе изготавливается мягкий полимерный рукав (рис.5.4), состоящий из нескольких слоев полиэфирного фетра, имеющий защитное полимерное покрытие на внутреннем слое.

Рис.5.4Строение полимерного клеевого рукава

Затем рукав пропитывается составом, содержащим полиэфирные или эпоксидные смолы с различными добавками, упаковывается в контейнер со льдом, препятствующим началу процесса полимеризации. Рукав доставляется на место установки в старый трубопровод, который предварительно прошел телеобследование и очистку, и закрепляется на вышке. После этого в рукав начинает подаваться вода (рис.5.5), что заставляет его выворачиваться в старый трубопровод. Через некоторое время рукав полностью выворачивается и достигает противоположного конца трубопровода. После этого вода, заполняющая рукав, нагревается при помощи бойлера и в течение необходимого времени – от 6 до 24 ч – ее температура поддерживается на уровне около 80 °C. По окончании процесса нагревания вода постепенно охлаждается и через некоторое время удаляется. В результате затвердения смолы, которой был пропитан рукав, он приобретает прочность, необходимую для восприятия внешнего и внутреннего (в случае напорного трубопровода) давления.

Рис.5.5 Санация клеевым полимерным рукавом

Таким образом, в результате восстановления получается новый самонесущий трубопровод, срок службы которого составляет не менее 50 лет, что доказано научными исследованиями и опытами по искусственному старению.

В конце 1980-х годов для восстановления дюкеров стал применяться клеевой полимерный рукав (табл.5.1) (К.Фомин, 2005).

Источник

Существующие методы ремонта трубопроводов

Анализ публикаций и патентный поиск по способам ремонта поврежденных магистральных и распределительных трубопро­водов позволил все существующие способы укрупненно разде­лить по технологическим признакам и применяемому оборудова­нию на следующие четыре группы:

1. Способы ремонта, связанные с полной заменой дефектного участка трубопровода новым трубопроводом.
2. Способы ремонта, которые предусматривают герметизацию поврежденного участка трубы снаружи.
3. Способы ремонта, в которых герметизация осуществляется изнутри трубопровода.
4. Способы ремонта по так называемому типу «труба в тру­бе», в которых в поврежденный участок трубопровода вставля­ется новая труба меньшего диаметра.

Первая группа способов ремонта является до настоящего времени традиционной технологией. Учитывая, что ремонт, свя­занный с заменой поврежденного участка новой трубой, доста­точно дорогой, его целесообразность вытекает из наличия круп­ных дефектов трубопровода, или его полного износа. Рассмат­риваемые способы проще реализуются для открытых трубопро­водов. Здесь основной трудностью является отсечение продукта перекачки на дефектном участке и удаление его остатков из зон сварки. В случаях подземных трубопроводов в основном требуется полное вскрытие поврежденного участка, что значительно увеличивает трудоемкость способов, особенно в труднодоступ­ных местах.

Существуют технологии замены дефектного участка трубо­провода новым трубопроводом без вскрытия. Суть этих техноло­гий заключается в том, что старая труба разрушается с помощью специальных приспособлений, и ее измельченные сегменты либо удаляются, либо вдавливаются в грунт коническим расширите­лем, освобождая тем самым проход для укладывания новой трубы. Разрушение изношенных труб производят двумя способа­ми — динамическим и статическим. Динамический способ осу­ществляется с помощью пневмопробойника, перемещающегося внутри старого трубопровода. Статический способ разрушения трубопроводов осуществляется с помощью режущего рабочего органа, выполненного либо в виде конусной головки, снабженной плоским ножом из высокопрочной стали, либо в виде роликового ножа (фрезы) с расширителем. Привод режущего рабочего органа осуществляется с помощью специального оборудования. В настоящее время оборудование для бестраншейного ремонта и замены трубопроводов изготавливается более чем двад­цатью зарубежными фирмами. В России серийного изготовле­ния такого оборудования нет. На Одесском заводе строительно­-отделочных машин изготавливают комплексы типа МПС-01, МПС-01-01 для замены труб диаметром 150-250 мм.

Как можно заметить, данные технологии достаточно сложны они требуют сложных и дорогих механизмов для разрушения старой трубы и приспособлений для их проталкивания. Дефект­ный участок трубопровода должен быть ветхим для его полного и беспрепятственного удаления и, кроме того, не очень искрив­ленным и протяженным.

При ремонте подводных трубопроводов трудоемкость рас­сматриваемых способов, относящихся к первой группе, еще бо­лее возрастает, что связано не только с освобождением дефект­ного участка трубопровода от грунта, но и часто с его подъемом над уровнем воды.

Решить проблему массового ремонта магистральных трубо­проводов с коррозионными и другими повреждениями, ориенти­руясь только на технологию электродуговой сварки с заменой поврежденных участков в масштабах России за короткий срок практически невозможно и экономически не эффективно. Даже при наличии труб и финансовых средств на реконструкцию за­мена всех изношенных трубопроводов в стране займет десятки лет. К тому же, с точки зрения трудо- и материалоемкости, а также технологичности, использование электродуговой сварки не всегда целесообразно, поэтому она применима преимуще­ственно при реконструкции.

Несмотря на отмеченные недостатки, рассматриваемая техно­логия является вполне приемлемой и эффективной для экстрен­ного ремонта трубопроводов, у которых имеется доступ к по­врежденным участкам для их удаления и замены.

Для устранения локальных и незначительных коррозионных, эрозионных и других дефектов широкое распространение по­лучили способы восстановления трубопроводов снаружи. По сравнению с предыдущей группой эти способы являются менее дорогостоящими и требуют меньшего времени для их осуществления. Однако недостаток, связанный с вскрытием подземных трубопроводов остается. Герметизация снаружи может осуществляться различными методами в зависимости от диаметра трубопровода и материала, из которого он изготовлен, а также от состава и параметров транспортируемой среды.

Хорошо известны в качестве временной, но быстрой меры по ликвидации утечки жидкости или газа из металлических или пластмассовых труб методы с применением металлических хомутов, муфт, и других прижимных устройств. В качестве уплотнителя используют пластичные металлы, резиновые уплотнения, липкую синтетическую ленту, глиняный пластырь. При наличии мелких трещин ремонт может быть произведен с применением сварки (для газопроводов — с отключением подачи газа и со­блюдением соответствующих правил безопасности). В качестве заплаты могут быть применены полумуфты, которые между со­бой сваривают продольными швами, а с трубопроводом — коль­цевыми, или муфты со сквозными отверстиями для приварки к трубе. В некоторых случаях вокруг дефекта конструируется об­шивка и в полость между ней и трубопроводом нагнетается за­твердевающий полимерный материал. При этом роль муфты иг­рает термоусадочная лента.

Среди множества способов ремонта трубопроводов снаружи, относящихся по предложенной классификации ко 2-й группе, лидирующее место занял способ устранения дефектов по техно­логии «холодной» сварки с применением полимерных компо­зитных материалов. На основе результатов многолетних иссле­дований и полигонных испытаний ООО «Газнадзор» были опробованы различные материалы, определены эффективные технологии, разработаны конструкции с гарантийным сроком эксплуатации до 20 лет для ремонта трубопроводов и оборудования нефтяной и газовой промышленности методом «холодной» сварки. Совместно со специализированными институтами ООО «Газнадзор» разработал ведомственную руководящую докумен­тацию, которая была утверждена Газпромом и введена в дей­ствие с 1 октября 2000 года. В соответствии с технологической картой ремонта проводится подготовка поверхности участка тру­бы с дефектом, восстанавливается геометрия трубы с использо­ванием полимерного композитного материала (ПКМ). Затем на него с помощью ПКМ-адгезива накладывается стекло-полимер- ная композиционная лента (СПКЛ), имеющая память диаметра трубы и прочностные свойства боле высокие, чем у металла. Установка и закрепление ленты осуществляется на газопроводе только при снижении давления не менее чем на 30 % от рабочего и без прекращения эксплуатации газопровода. Снижение давле­ния регламентируется нормативно-техническими требованиями в целях обеспечения безопасности ремонта, а также для включе­ния в работу ремонтной конструкции. Для достижения необхо­димой адгезии, уложенная на дефект СПКЛ с помощью шабло­на, соответствующего кривизне наружной поверхности трубы, закрепляется различными прижимными приспособлениями, обе­спечивающими необходимое усилие.

Описанные способы относятся к открытым способам, которые в случаях ремонта сетевых газопроводов в городах, населенных пунктах или вблизи них требуют вскрытия дорожного полотна, газонов, сноса зеленых насаждений, закрытия городских маги­стралей, с последующей рекультивацией и восстановлением нарушенного благоустройства. Как следствие, возникает нару­шение привычного ритма жизни в районах, прилегающих к ме­сту производства работ. Таким образом, рассмотренная группа способов ремонта из-за значительных затрат является неэконо­мичной.

Способы ремонта трубопроводов изнутри относятся к бес­траншейным. Герметизация может осуществляться разными ме­тодами. Известны устройства для ремонта, позволяющие вво­дить в восстанавливаемую трубу кольцевые облицовочные вкла­дыши, специальные втулки, уплотнители в виде гибкого пла­стыря, с нанесенным на его поверхность быстро затвердевающим составом с повышенной адгезионной способностью или в виде шлангообразной фольги.

Наибольшее количество способов в 3-й группе — это способы, в которых герметизация трубопровода производится путем нане­сения на его внутреннюю поверхность защитного восстанавли­вающего покрытия. Такое покрытие получают следующим обра­зом. После предварительной очистки и сушки в дефектный уча­сток трубопровода нагнетается затвердевающий материал, а за­тем через него протягивают формователь, который вытесняет излишки материала, а на внутренней поверхности трубы образу­ется со временем затвердевающий равномерный защитный слои этого материала. В ряде случаев материал защитного покрытия размещают на поверхности эластичной оболочки, которую вво­дят в поврежденную зону трубопровода и раздувают. Материал при этом прижимается к внутренней поверхности трубопровода. После отверждения материала эластичная оболочка удаляется.

В случаях ремонта рассматриваемыми способами трубопрово­дов больших диаметров предлагаются специальные устройства для нанесения покрытий на внутреннюю поверхность труб. Эти устройства содержат транспортный модуль, механизмы выдавливания полимерной наполнительной смеси, механизмы ее радиальной подачи и нанесения на внутреннюю поверхность, нагре­вательные элементы для полимеризации.

Несмотря на основное преимущество данных способов, за­ключающееся в ремонте без вскрытия трубопровода, они имеют следующие недостатки, ограничивающие их применение, осо­бенно при ремонте газопроводов, где требуются высокая надеж­ность и качество.

• Необходимость применения сложного оборудования.
• Необходимость попадания полимерного материала в нужное место и обеспечение полноценного и надежного контакта.
• Прочность полимерного защитного покрытия в случаях вы­сокого давления и существенных дефектов, а также большой изношенности трубы может оказаться недостаточной.
• Невозможность контроля качества ремонтных работ по хо­ду их выполнения.
• Невозможность качественного ремонта трубопроводов, про­ложенных в грунтах с повышенной влажностью, а также под­водных трубопроводов.

Способы ремонта трубопроводов по типу «труба в трубе» от­носятся к относительно дешевым и быстрым бестраншейным технологиям, и эти преимущества часто перевешивают их глав­ный недостаток — уменьшение проходного сечения трубопро­вода.

Использование металлических труб в качестве ремонтных из-за их большой изгибной жесткости возможно только в случаях, когда изношенный участок трубопровода является практически прямолинейным, а также имеется пространство для образования шахтных стволов необходимой длины для ввода ремонтных труб. В силу отмеченных ограничений ремонт с применением металлических труб выполняется преимущественно на трубопроводах большого диаметра. С увеличением длины ремонтируемо­го участка трубопровода, даже если он имеет небольшую кривизну, растет усилие, необходимое для протягивания ремонтных труб. С целью уменьшения этого усилия применяются центри­рующие направляющие роликовые элементы. Опорные элементы предлагается располагать на поверхности ремонтной трубы по винтовой линии, и при приложении осевого усилия к трубе ей обходимо придавать вращательное движение. В некоторых случаях для облегчения монтажа ремонтируемый участок трубопровода заполняется водой, а новая труба, поддерживаемая специальной плавучей трубой, или понтонами, вводится на плаву. После прокладки вода из трубопровода удаляется. В качестве тягового устройства обычно применяются лебедка и трос, протягиваемый через ремонтируемый трубопровод со второго вскры­того его конца. Вместо этого традиционного метода перемещения секций ремонтных труб можно осуществлять давлением, подава­емым во внутрь этих секций, передний конец которых временно закрывается заглушкой.

Применение пластмассовых, в частности, полиэтиленовых труб для ремонта рассматриваемым способом расширяет его возможности, так как такие трубы по сравнению с металличе­скими обладают большей гибкостью и меньшим весом, а значит позволяют ремонтировать более протяженные и имеющие доста­точно большую кривизну трубопроводы. Однако, если вопрос получения необходимой гибкости пластмассовой трубы решается за счет уменьшения толщины стенки, то возникают проблемы, связанные с потерей прочности как на истирание при протягива­нии в ремонтируемый трубопровод, так и прочности при нагру­жении внутренним давлением. В этом заключаются основные недостатки применения пластмассовых труб. Предотвратить ис­тирание ремонтной трубы о стенки изношенного, покрытого коррозией трубопровода невозможно, а для обеспечения прочно­сти при перекачке среды под давлением необходима дополни­тельная непростая технологическая операция по заполнению межтрубного пространства тампонажным материалом, например, пеноцементом.

Существуют так называемые «чулочные технологии» ремон­та, которые отнесены к 4-й группе, так как они связаны с протя­гиванием внутрь ремонтируемого трубопровода специальных рукавов, называемых иногда чулками. По результату, однако, эти способы близки к способам герметизации трубопроводов из­нутри различными полимерными составами.

В качестве чулка используют, например, синтетический рукав с нанесенным на его наружной поверхности клеем. После про­таскивания рукава его прижимают к внутренней стенке трубо­провода специальными раскатчиками или подачей внутрь дав­ления.

В других способах в качестве защитного покрытия предлага­ются комбинированные рукава из композитных материалов. Эти рукава вводятся в трубопровод. Затем непосредственно в них или во вспомогательный рукав подается под давлением подогре­тая газообразная или жидкая среда. Прижатый к внутренней поверхности трубы комбинированный рукав полимеризируется и образует герметичную защитную пленку. Вспомогательный ру­кав удаляется.

Достаточно близкой к «чулочной» является технология «U-лайнер», при которой внутрь предварительно очищенного ремонтируемого трубопровода протягивается U-образная (может быть и другой формы) в поперечном сечении пластиковая, чаще всего полиэтиленовая плеть с последующим ее распрямлением с помощью теплоносителя определенной температуры и образованием нового цельного пластикового трубопровода.

Преимущество, выделяющее «чулочные технологии» и технологии «U-лайнер» среди способов 4-й группы, заключается в том, что практически сохраняется проходное сечение трубопро­вода. но они не лишены недостатков, перечисленных в отноше­нии способов 3-й группы. Кроме того, добавляется еще один, уже указанный для пластмассовых труб, недостаток — возмож­ность повреждения рукава или пластмассовой трубы о стенки изношенного трубопровода при протягивании. И этот недостаток проявляется тем больше, чем больше кривизна дефектного участка трубопровода и чем больше его длина.

Заслуживают внимания способы ремонта криволинейных трубопроводов, в которых в качестве ремонтной трубы исполь­зуются гофрированные трубы. Гофрированные трубы или рука­ва имеют малую изгибную жесткость, поэтому их можно протя­гивать (проталкивать) в. дефектные участки сильно изогнутых трубопроводов, содержащих даже отводы и колена. Причина, ограничивающая применение гофрированных труб, та же, что для пластмассовых труб — их малая прочность. Здесь имеется в виду не только прочность на нагрузку от давления, но и контактная прочность, а также прочность на растяжение, необходимые при протягивании в ремонтируемую трубу. Этот недостаток устраня­ется путем их снабжения наружной проволочной оплеткой.

Описанные способы ремонта всех четырех групп, за исклю­чением способов ремонта 2-й группы, для незначительных по­вреждений требуют обязательной остановки перекачки транспор­тируемого продукта. В то же время существует достаточно много ситуаций, когда, не смотря на обнаруженный дефект или сквоз­ное повреждение трубопровода, остановка перекачки невозмож­на из-за возникновения значительных проблем технологического и социального характера (металлургическая, стекольная про­мышленность, нефтехимия, система охлаждения реакторов атом­ных электростанций, питание отопительных котельных в зимнее время и т.п.).

Существуют способы ремонта повреждений трубопроводов без остановки перекачки с использованием методов «холодной врезки» и монтажа байпасной линии.

Способ аварийного ремонта трубопровода без остановки перекачки включает два основных этапа (рисунок ниже):

1. Аварийное перекрытие поврежденного участка трубопро­вода.

Источник