Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Комбинированная технология бестраншейного ремонта трубопроводов оросительных систем на примере Краснодарского края

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Комбинированная технология бестраншейного ремонта трубопроводов оросительных систем на примере Краснодарского края"

На правах рукописи

АБУЛГАФАРОВ Сергей Викторович

КОМБИНИРОВАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ БЕСТРАНШЕЙНОГО РЕМОНТА ТРУБОПРОВОДОВ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НА ПРИМЕРЕ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ

Специальность: 06.01.02 -"Мелиорация, рекультивация и охрана земель''

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новочеркасск - 2004

Диссертационная работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет".

Научный руководитель - кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Гринь Валентин Григорьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

Заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации Поляков Юрий Павлович

кандидат технических наук Якуба Николай Петрович

Ведущая организация - Федеральное государственное научное учрежде-

ние "Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации" (ФГНУ "РосНИИПМ")

Зашита состоится часов на заседании

диссертационного совета Д 220.049.01 в ФГОУ ВПО "Новочеркасская государственная мелиоративная академия" по адресу: 346428 г. Новочеркасск, Ростовской области, ул. Пушкинская 111, ФГОУ ВПО "НГМА", ауд. 236.

С диссертацией можно ознакомиться в научном отделе библиотеки ФГОУ ВПО "Новочеркасская государственная мелиоративная академия".

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью предприятия, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан «

2004 г.

»

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время в мелиоративной отрасли эксплуатируются более 90 тыс. км оросительной и около 21 тыс. км водопроводной сети, из которых основную долю составляют стальные трубопроводы. Создание эффективной и надежной закрытой оросительной сети является важнейшим техническим мероприятием, направленным на рациональное использование водных ресурсов и улучшения мелиоративного состояния орошаемых земель.

Анализ причин аварий стальных трубопроводов на закрытых оросительных системах Краснодарского края показал, что основной причиной всех повреждений является коррозия металла. Из эксплуатируемых в настоящее время 3290 км металлических трубопроводов закрытых оросительных систем Кубани

- 2129,7 км требуют ремонта или полной замены.

До настоящею времени существующие рекомендации по технологиям бестраншейного ремонта оросительных систем, не в полной мере решают задачи экономии материальных и трудовых ресурсов.

Таким образом, необходимость разработки бестраншейного ремонта мелиоративных трубопроводов, предопределила выбор цели и задач настоящей работы.

Цель и задачи исследований. Цель работы заключается в совершенствовании комбинированной технологии бестраншейного ремонта трубопроводов.

Достижение этой цели связано с постановкой и решением следующих задач:

- изучить существующие технологии бестраншейного ремонта трубопроводов и предложить эффективную комбинированную технологию;

- разработать способ диагностики технического состояния эксплуатируемых трубопроводов;

- установить технологические параметры устройства для нанесения це-ментно-песчаного покрытия;

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ ! I

- провести теоретические исследования по обоснованию рабочего процесса условий движения тороидальных оболочек и технологического рукава; обосновать влияние комбинированного покрытия на изменение коэффициента гидравлического сопротивления;

- оценить прочность комбинированного покрытия;

- оценить экономическую эффективность технологии нанесения комбини-

рованного покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода. Личный вклад автора. Диссертационная работа является логическим завершением многолетних экспериментальных и теоретических исследований, выполненных с 1999 по 2003 г.г. лично автором. Соискатель принимал непосредственное участие в теоретическом обосновании комбинированной технологии бестраншейного ремонта трубопроводов, разработке схем и методологии исследований, закладке и проведении лабораторных и производственных опытов. Научная новизна:

- обоснована комбинированная технология бестраншейного ремонта мелиоративных трубопроводов, включающая в себя диагностику их технического состояния, нанесение цементно-песчаного покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода с последующим нанесением технологического рукава, пропитанного эпоксидными смолами;

- разработан способ диагностики технического состояния трубопровода, защищенный патентом РФ № 2164321;

предложен способ облицовки внутренней поверхности новых труб рукавным термопластичным пленочным материалом, защищенный патентом РФ №2182275;

- разработано устройство для нанесения цементно-песчаного покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода;

- разработан способ нанесения защитного покрытия в комбинации с техно-

логическим рукавом на внутреннюю поверхность трубопровода, защищенный патентом РФ № 2177102.

Положения выносимые на защиту:

- параметры диагностики технического состояния эксплуатируемых трубопроводов;

- технологические параметры устройства для нанесения цементно-

песчаного покрытия;

- теоретическое обоснование процесса условий движения тороидальных оболочек и технологического рукава;

- влияние комбинированного покрытия на изменение коэффициента гид-

равлического сопротивления;

- оценка прочности комбинированного покрытия.

Практическая ценность работы. Разработанные технологические процессы, оснастка и оборудование для бестраншейного ремонта трубопроводов позволяют решить проблему повышения надежности функционирования закрытой оросительной сети, снизить затраты материальных и трудовых ресурсов.

Ценность для науки и производства, полученных в диссертации результатов исследований подтверждается их внедрением в производство.

Реализация работы. Внедрение данной комбинированной технологии бестраншейного ремонта трубопроводов проводилось на базе государственного унитарного предприятия «Армавирводкомплекс», г. Армавира Краснодарского края. Применение комбинированной технологии ремонта трубопроводов в сравнении с традиционной, предусматривающей полную замену трубопровода, позволило получить экономический эффект - 1072689 руб.

Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались и получили положительные оценки на научно-практических конференциях, в том числе: на научно-практических конференциях Кубанского государственного аграрного университета "Мелиорация земель, охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов'* (г. Краснодар. 1998 - 2004 г.г.); III Региональной научно-практической конференции молодых ученых "Научное обеспечение агропромышленного комплек-

са" (г. Краснодар, 15 - 16 ноября 2001 года; секция "Электрификация, механизация, строительство и гидромелиорация"); Международной научно-практической конференции, посвященной 60 - летию образования Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии (г. Волгоград, 2—4 февраля 2004 года, научное направление "Инженерные науки");

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 7 работах, в том числе 3 патента РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 143 наименований и 16 приложений. Работа изложена на 175 страницах машинописного текста, в том числе 11 таблиц, 60 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследований, сформулированы цель и задачи, научная новизна, практическая значимость работы и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе дан анализ состояния стальных мелиоративных трубопроводов на закрытых оросительных системах Краснодарского края, рассмотрены виды коррозии, рассмотрены существующие виды защитных покрытий, дан анализ существующих технологий бестраншейного ремонта трубопроводов.

В Краснодарском крае распространены как открытые, так и закрытые оросительные системы. Полив из последних осуществляется подачей воды по трубопроводам, общая длина которых на 2003 г. составила 3179,1 км - 67% из которых требуют ремонта или полной замены. По экспертным оценкам, полученным автором в различных хозяйствах и данным "Кубаньмеливоддхоз", стальные трубопроводы мелиоративного и водохозяйственного назначения, уже через 5-6 лет эксплуатации выходят из строя; и в большинстве случаев, требуют полной замены. Применение металлических труб без внутренней изоляции привело к снижению их надежности и долговечности по причине коррозионного разрушения.

Вопросами надежности гидромелиоративных систем и сооружений, а также антикоррозионной защитой стальных трубопроводов занимались Н.Н. Абрамов, B.C. Алтунин. И.П. Айдаров, А.Г. Алимов, В.А. Волосухин, А.Д. Гумбаров, М.С. Григоров, В.Г. Гринь, В.И. Дрейцер, В.В. Карпунин, Ю.М. Косиченко, Е.В. Кузнецов, А.Н. Ли, П.А. Михеев, В.И. Ольгаренко, Ю.П. Поляков, О.А. Продоус, B.C. Ромейко, Ю.А. Свистунов, В.В. Шишкин, Б.Б. Шумаков, СВ. Храменков, Н.П.Якуба и другие.

Анализ технологий бестраншейного ремонта, позволил сделать вывод, что увеличение срока службы ремонтируемых трубопроводов при восстановлении их прочностных и гидравлических характеристик должен базироваться на комбинированной технологии нанесения защитного покрытия состоящего из цемент-но-песчаного слоя, прекращающего процесс коррозии, и армирующего технологического рукава в сочетании с эпоксидными смолами.

Вторая глава посвящена разработке технологических процессов, способов и устройств, составляющих комбинированную технологию бестраншейного ремонта трубопроводов оросительных систем. Приведена оценка существующих методов диагностики технического состояния трубопроводов, способы их очистки, приведен анализ способов нанесения цементных и лакокрасочных покрытий.

Предлагаемая комбинированная технология бестраншейного ремонта включает в себя следующие технологические процессы:

- диагностика технического состояния трубопровода;

- очистка трубопровода;

нанесение цементно-песчаного покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода;

нанесение эпоксидных смол в комбинации с технологическим рукавом.

Проведенный анализ методов диагностики технического состояния трубопроводов показал, что из всего их многообразия наиболее широко применяются: акустико-эмиссионный, ультразвуковой, метод телеинспекции и метод расходов. С учетом их недостатков автором разработан способ диагностики технического

состояния трубопроводов, согласно патента РФ № 2164321, заключающийся в фиксировании скачка рабочего давления в месте дефекта трубопровода и определении его местоположения.

В случае создания антикоррозионного покрытия на новых трубопроводах, предлагается способ облицовки, разработанный автором согласно патента РФ № 2182275, заключающийся в нанесении на внутреннюю поверхность трубопровода термопластичного пленочного материала.

Рассматривая преимущества покрытий на основе цемента, которыми являются большая долговечность, невысокая стоимость применяемых материалов, способность останавливать процесс дальнейшей коррозии, автором разработано устройство для нанесения цементно-песчаного покрытия (рисунок 1).

1 - подводящий патрубок; 2 - опора с колесами; 3 - конусная втулка; 4 -технологический зазор; 5 - направляющий сменный конус; 6 - сборный заглаживающий конус; ДЬ - толщина слоя ЦПС; Д - технологический зазор.

Рисунок 1 - Устройство для нанесения цементно-песчаного покрытия

С целью снижения гидравлических потерь напора и увеличение прочностных характеристик восстанавливаемого трубопровода, автором разработан способ создания комбинированного защитного покрытия, согласно патента РФ № 2177102, заключающийся в нанесении эпоксидной смолы в комбинации с технологическим рукавом из стеклоткани на внутреннюю поверхность трубопровода.

В третьей главе приведены теоретические обоснования условий движения тороидальных оболочек и технологического рукава, изменения пропускной спо-

собности трубопроводов в процессе эксплуатации, расчета прочности покрытия. Описаны лабораторные установки. Представлены методики исследований. Изложены результаты диагностики технического состояния трубопровода, параметров устройства для нанесения цементно-песчаной смеси, технологического процесса нанесения эпоксидных смол в комбинации с технологическим рукавом из стеклоткани, гидравлических испытаний, прочностных испытаний комбинированного защитного покрытия.

Процесс регистрации местоположения дефекта можно рассмотреть следующим образом. При отсутствие дефектов изменение давления на исследуемом участке обусловлено только потерями напора по длине, что графически отображено диаграммой (рисунок 2) интегральный показатель которой выражен площадью трапеции So_

При проведении измерений на эксплуатируемом трубопроводе, имеющем многочисленные дефекты по длине, получим диаграмму (рисунок 3) интегральный показатель которой выражен площадью Р

Рисунок 3 - Диаграмма изменения испытательного давления по длине эксплуатируемого трубопровода

(2)

где - интегральный показатель эксплуатируемого трубопровода, м2; Р, - значение падения давления, Па; 1, - участок трубопровода, м.

По этим двум показателям можно сделать заключение о

техническом состоянии трубопровода по коэффициенту К:

При К = 100-97 % рекомендуются гидравлические способы очистки, при К < 97 % рекомендуются механические способы очистки трубопроводов.

В ходе проведения исследований устройства для нанесения цементно-песчаного покрытия представленного на рисунке 1 определялись следующие параметры:

- коэффициент расхода устройства;

- оптимальная скорость движения устройства по ремонтируемому трубопроводу.

Определение коэффициента расхода устройства производилось объемным методом, при постоянных величинах напора на выходе из устройства равного 0,25 м вод. ст., внешнего диаметра направляющей конусной втулки равного 103,5 мм, объема подаваемого раствора V/ "= 0,037356 м^ при заданном технологическом зазоре в пятикратной повторности, по формуле:

d - внешней диаметр направляющей конусной втулки, м; Д -величина технологического зазора, м; t - время подачи раствора, с; Н — напор на выходе из устройства, м. вод. ст.

В результате опытов среднее значение коэффициент расхода устройства составило ц = 0,16035. Относительная погрешность измерений составила 2,88 %.

Учитывая, что расход можно представить в виде:

Ж

(4)

где, ц - коэффициент расхода устройства; W - объем подаваемого раствора, м';

(5)

(6)

совместно решая управнения 5 и 6, получим выражение для определения оптимальной скорости движения устройства:

где - диаметр ремонтируемого трубопровода, м; Б2 - диаметр с учетом толщины наносимого покрытия, м.

Полученная зависимость скорости движения устройства от диаметра восстанавливаемого трубопровода при разных значениях технологического зазора представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Зависимость скорости движения устройства для нанесения це-ментно-песчаного покрытия от диаметра восстанавливаемого трубопровода

Для нахождения величины рабочего давления при выполнении процесса изоляции внутренней поверхности трубопровода, в котором используются две тороидальные оболочки и технологический рукав из стеклоткани, между которыми находится изолирующий состав, рассмотрим все внешние силы, действующие на рассматриваемую часть трубопровода (рисунок 5).

Рисунок 5 - Схема для расчета движения тороидальных оболочек и технологического рукава из стеклоткани

Учитывая, что движение представленной системы равномерное и установившиеся, а также считая, что тороидальные оболочки не подвержены деформациям со стороны внешнего давления, сумму проекций найденных сил на ось S приравняем к нулю и получим уравнение:

Значение начального рабочего давления в первоначальный момент движения системы, учитывая, что сила трения технологического рукава равны нулю, примет вид:

При движении системы выражение для нахождения р, примет вид:

0,001

4,156-//-К./^-^-^-До)2)

+ 4-{Рп )+20000 рХн-!р-1р-

(Ю)

- (8 • уТ2 ■ 1Т2 + 4 • Гр • 1Р + В -уп ■ /л + Го ' ■ У2 - - Ао)2))' вша

Анализируя уравнение 10 приходим к выводу, что сила Тр и вес Gp оказывают существенное сопротивление движению системы. Поэтому технологический процесс необходимо выполнять в два этапа: 1 - раскладка технологического рукава, 2 - нанесение защитного покрытия при помощи системы состоящей из двух тороидальных оболочек и защитного покрытия между ними.

Для нахождения величины рабочего давления при выполнении процесса раскладки технологического рукава, в котором используются тороидальная оболочка и технологический рукав из стеклоткани, рассмотрим все внешние силы, действующие на рассматриваемую часть трубопровода (рисунок 6), получим:

(11)

Рисунок 6 - Схема для расчета движения тороидальной оболочки и технологического рукава из стеклоткани

Из уравнения 11 значение рабочего давления примет вид:

Для нахождения максимально возможной длины технологического рукава при заданных величинах р| И с1 перепишем уравнение 12 относительно

/ _ , при угле наклона трубопровода О. — 0, тогда:

(13)

Для облегчения расчетов, составлена программа на компьютерном языке BASIC, результаты которых представлены в таблице 1. Расхождение теоретических расчетов и экспериментальных данных в среднем составило 2,9 %.

Таблица 1 - Полученные результаты начального давления и длины ремонтируемого участка в зависимости от диаметра трубопровода при sin а = О

Диаметр ремонтируемого трубопровода, мм Начальное рабочее давление рн1, МПа Длина ремонтируемого участка, м

150 0,434 58,67

200 0,429 78.22

300 0,426 117,33

400 0,425 156,44

500 0,425 195.55

600 0.425 234.67

700 0,424 273,78

800 0,424 312.89

900 0,424 352

При проведении гидравлических исследований, по стандартной методике, были получены результаты представленные в виде сводного графика на рисунке 7.

1 - стальная труба; 2- стальная труба с нанесенным на его внутреннюю поверхность цементно-песчаного покрытия; 3 - стальная труба с комбинированным внутренним покрытием.

Рисунок 7 - Сводный график зависимости коэффициента гидравлического сопротивления по длине от числа Рейнольдса

Анализ полученных данных позволил сделать вывод, что при значении рабочих скоростей диапазон изменений значения коэффициента

гидравлического сопротивления по длине нового стального трубопровода и отремонтированного по предлагаемой комбинированной технологии, в среднем составляет 2,56 % а различие в потерях напора (рисунок 8) - 6,96 %.

Относительная погрешность при определении коэффициента гидравлического сопротивления по длине составила 1,73 %. а при определении числа Рей-нольдса 1,76%.

1и. м вол. ст

0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4

1 - стальная труба; 2- стальная труба с нанесенным на его внутреннюю поверхность цементно-песчаного покрытия; 3 - стальная труба с комбинированным внутренним покрытием.

Рисунок 8 - Зависимость потерь напора от скорости в трубопроводах с различными вилами защитных внутренних покрытий

Анализ формы дефектов стальных трубопроводов при язвенной коррозии выявил, что наиболее часто встречаются дефекты следующих форм: 1 - приближенно круглой формы: 2 - щель прямоугольной формы; 3 - комбинация из двух предыдущих, т.е. круглое сквозное проржавление с отходящей от него щелью.

Для оценки прочности комбинированного покрытия были исследованы образцы с переделенными видами дефектов в 3-х кратной повторности.

В результате испытаний под давлением 0.8829 МПа все образцы, выдержали приложенное давление без повреждения внутреннего покрытия (оценивалось визуально на наличие появлений трещин и протечек воды в месте дефекта). Значение испытательного давления было принято с учетом максимальною давления встречающегося на закрытых оросительных системах равного 0,761 МПа.

Для определения критического значения внутреннего давления были произведены расчеты для стальной трубы с комбинированным покрытием и комбинированного покрытия без стальной оболочки. Общий вид эпюр напряжений при решении задачи Ламе представлен на рисунках 9. 10. Для облегчения расчетов составлена программа на компьютерном языке BASIC результаты которых представлены в таблице 2 и 3.

Таблица 2 - Результаты расчета напряжений стальной трубы с комбинированным покрытием

Внутреннее давление Р, МПа Контактное давление Рк, МПа Напряжения внутренней части трубы и комбинированного покрытия, МПа Напряжения наружной части трубы и комбинированного покрытия, МПа

aМПа о-во, МПа <т,о, МПа стВ„ МПа

2,2 1,816 4,616 34,05 32,234 4,232

2,4 1,981 5,037 37,14 35,163 4,618

2,6 2,146 5,458 40,24 38,091 5,005

Рис^нок 9 - Эпюра тангенциальных а, и радиальных о, напряжений стальной трубы с комбинированным покрытием

Таблица 3 - Расчет максимальных напряжений комбинированного покрытия

Внутреннее давление Р, МПа Напряжения внутренней части трубы, МПа Напряжения наружной части трубы, МПа

о, о, Ог о,

1,8 - 1,8 32.83 0 31,03

2,0 -2,0 36,48 0 34,48

2,2 -2.2 40,125 0 37,92

2,4 -2,4 43,77 0 41,37

2,6 -2.6 47,42 0 44,82

Рисунок 10 - Эпюра тангенциальных а, и радиальных сгг напряжений комбинированною покрытия без стальной оболочки при внутреннем давлении Р = 2,6 МПа

Проверка условия тах сгг < [ет, ] т.е. 47,42 < 48 МПа показала что максимальное критическое давление для комбинированного покрытия составит 2,6 МПа.

В четвертой главе дано обоснование технологических гроцессов, проекта внедрения комбинированной технологии бестраншейного ремонта трубопроводов с оценкой экономической эффективности.

В качестве обоснования технологических процессов составляющих комбинированную технологию бестраншейного ремонта трубопроводов приведен состав требуемого технологического оборудования процесса нанесения цемент-но-песчаного покрытия. нанесение эпоксидных смол в сочетании с технологическим рукавом.

Для оценки экономической эффективности были составлены локальные сметы по базовому и новому варианту. В качестве базового варианта рассматривался способ традиционной замены трубопровода, а за новый - предлагаемая комбинированная технология бестраншейного ремонта трубопроводов. Результаты расчета экономической эффективности приведены в таблице 4.

Таблица 4 Расчет экономической эффективности на 1 км трубопровода диаметром 600 мм

Наименование работ Стоимость работ в текущих ценах, тыс. руб. Изменение стоимости работ

Базовый вариант Новый вариант тыс. руб. %

Земляные работы 57.64 0.71 56,93 1,23

Демонтаж стального трубопровода 65,16 1 64,16 1,53

Укладка стальных труб с гидравлическим испытанием 9914,25 208,33 9705,92 2,1

Зарплата рабочих 108,88 108,39 0.48 99,5

Прямые затраты 10037.04 1530,39 8506,65 15.25

Капитальные вложения 17497.93 2696.34 14801,59 15,41

Приведенные затраты 12661.73 1934.84 10426.89 15.28

Годовой экономи 1еский эффект, при ремонте 1 п. м 10726,89 руб.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ известных бестраншейных технологий ремонта трубопроводов выявил их недостатки для устранения которых автором предлагается комбинированная технология бестраншейного ремонта трубопроводов.

2. Установлены параметры технологического процесса диагностики технического состояния трубопровода, которыми являются интегральные показатели Бо И Бр Отношение которых выражает коэффициент технического состояния эксплуатируемого трубопровода.

3. Обоснованы технологические параметры устройства для нанесения це-ментно-песчаного покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода, представленные в виде зависимости скорости движения устройства от диаметра восстанавливаемого трубопровода при разных значениях технологического зазора.

4. Технологический процесс нанесения эпоксидных смол в сочетании с технологическим рукавом необходимо выполнять в два этапа. Первый этап заключается в раскладке технологического рукава, а второй в нанесении защитного покрытия при помоши системы состоящей из двух тороидальны < оболочек и защитного покрытия между ними.

5. Получены зависимости для определения начального рабочего давления при нанесении эпоксидных смол и длины раскладки технологического рукава в зависимости от диаметра ремонтируемого трубопровода, причем длина раскладки технологического рукава определяет длину участка трубопровсда подлежащего ремонту.

6. В режиме рабочих скоростей от 0.8 м/с до 1,5 м/с различие коэффициента гидравлического сопротивления по длине нового и отремонтированного по предлагаемой комбинированной технологии трубопровода в среднем составляет 2,56 %, а различие в потерях напора - 6 96 %.

7. Теоретические расчеты прочности показали, что допускаемое давление для комбинированного покрытия с одним слоем технологического рукава из стеклоткани равно Р = 2,6 МПа.

8. Экономический эффект от внедрения предлагаемой комбинированной технологии бестраншейного ремонта в государственном унитарном предприятии "Армавирводкомплекс" участка трубопровода диаметром ё = 600 мм, длиной 100 м составил 1072689 рублей.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Диагностика технического состояния участка ремонтируемого трубопровода, проводится для выявления мест язвенной коррозии, с последующим выбором способа очистки. При обнаружении на инспектируемом участке мест язвенной коррозии применяются механические виды очистки, если же их нет, применяются гидравлические виды очистки.

2. Для обеспечения технологического процесса нанесения цементно-песчаного покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода при скорости движения устройства V = 0,3 м/с необходимо чтобы значение технологического зазора для диаметра 150 мм составляло 4,2 мм, для диаметра 200 мм - 5,6 мм, для диаметра 300 мм - 8,5 мм, для диаметра 400 мм - 11,3 мм, для диаметра 500 мм - 14.2 мм. для диаметра 600 мм - 17 мм. для диаметра 700 мм - 19,9 мм, для диаметра 800 мм — 22,7 мм, для диаметра 900 мм - 25.6 мм.

3. Длина участка ремонтируемого трубопровода для диаметров от 150 до 200 мм составляет 50 м, для диаметра 300 мм - 100 м. для диаметров от 400 до 500 мм - 150 м, для диаметра 600 мм - 200 м. для диаметра 700 мм - 250 м. для диаметров от 800 до 900 мм - 300 м.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Патент № 2164321 "Способ определения дефекта трубопровода" 2001 г. Гринь В.Г, Абулгафаров СВ., Абулгафаров В.Ш. (автор 50%)

2. Патент № 2177102 "Устройство для нанесения защитного покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода'* 2001 г. Гринь В.Г., Абулгафаров СВ., Абулгафаров В.Ш. (автор 50%)

3. Патент № 2182275 "Устройство для облицовки внутренних поверхностей труб рукавным термопластичным пленочным материалом" 2002 г. Гринь В.Г, Абулгафаров СВ., Абулгафаров В.Ш. (автор 50%)

4. Абулгафаров СВ. Гринь В.Г. Анализ причин отказов работы закрытой оросительной системы Краснодарского края и природоохранные технологии восстановления их пропускной способности.// Научные достижения молодежи Кубани. Материалы научной конференции студентов и аспирантов 1998-2000 - Краснодар, 2001. - с. 43 (автор 70 %)

5. Абулгафаров СВ. Устройство для нанесения защитного покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода.// Материалы. Третья региональная научно-практическая" конференция молодых ученых "Научное обеспечение агропромышленного комплекса" Краснодар, 2002. - с. 109

6. Гринь В.Г., Абулгафаров СВ. Природоохранные технологии при реконструкции закрытых оросительных систем.// Тезисы докладов научной конференции сотрудников по итогам-1999. - Краснодар, 2000: - С 37 (автор 70%) -

7. Палиев В.И, Абулгафаров СВ. Способы бестраншейного ремонта трубопроводов./ Тезисы докладов научной конференции сотрудников по итогам 1998. - Краснодар, 1999. - с. 23 (автор- 70 %)

Лицензия ВД 02334 14.07.2000.

Подписано в печать 13.05.2004 г. Бумага офсетная Печ. л. 1 Тираж 100

Формат 60*84/16 Офсетная печать Заказ № '292

Отпечатано в типографии КубГАУ, 350044, Краснодар, Калинина, 13

Р10345

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Абулгафаров, Сергей Викторович

ВВЕДЕНИЕ.

1. ТЕХНОЛОГИИ БЕСТРАНШЕЙНОГО РЕМОНТА ТРУБОПРОВОДОВ

ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ.

1.1 Основные технические характеристики закрытой оросительной системы.

1.2 Анализ причин отказов мелиоративных трубопроводов.

1.3 Виды внутренней антикоррозионной защиты металлических трубопроводов.

1.3.1 Антикоррозионные защитные покрытия внутренней поверхности металлических трубопроводов на основе цемента.

1.3.2 Лакокрасочные и другие неметаллические антикоррозионные защитные покрытия внутренней поверхности металлических трубопроводов.

1.3.3 Металлические покрытия.

1.3.4 Недостатки видов защитных покрытий.

1.3.5 Преимущества видов защитных покрытий.

1.4 Существующие технологии антикоррозионной защиты и бестраншейного ремонта трубопроводов.

1.4.1 Существующие технологии бестраншейного ремонта трубопроводов находящихся в эксплуатации.

1.4.2 Недостатки технологий бестраншейного ремонта трубопроводов.

1.5 Цели и задачи исследований.

2 РАЗРАБОТКА КОМБИНИРОВАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

БЕСТРАНШЕЙНОГО РЕМОНТА ТРУБОПРОВОДОВ.

2.1 Методы диагностики технического состояния трубопроводов.

2.1.1 Рентгеновский метод диагностики технического состояния трубопроводов.

2.1.2 Ультразвуковой и акустико-эмиссионный методы диагностики технического состояния трубопроводов.

2.1.3 Магнитный, магнитопорошковый, эффект Баркгаузена методы диагностики технического состояния трубопроводов.

2.1.4 Метод телеинспекции.

2.1.5 Метод расходов.

2.1.6 Недостатки методов диагностики технического состояния трубопроводов.

2.1.7 Разрабатываемый способ диагностики технического состояния трубопроводов.

2.2 Очистка трубопровода.

2.2.1 Механическая очистка трубопроводов.

2.2.2 Гидравлическая очистка трубопроводов.

2.2.3 Рекомендации очистки трубопроводов находящихся в эксплуатации.

2.3 Существующие технологии нанесения антикоррозионной защиты на внутреннюю поверхность трубопроводов.

2.3.1 Предлагаемый способ защиты от коррозии новых металлических трубопроводов.

2.3.2 Разрабатываемое устройство для нанесения цементно-песчаного покрытия на внутреннюю поверхность эксплуатируемых трубопроводов.

2.3.3 Разрабатываемый способ нанесения эпоксидных смол с технологическим рукавом.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

3 ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОМБИНИРОВАННОЙ

ТЕХНОЛОГИИ БЕСТРАНШЕЙНОГО РЕМОНТА ТРУБОПРОВОДОВ.

3.1 Лабораторная установка, методика и результаты исследований определения местоположения дефектов трубопровода.

3.1.1 Лабораторная установка.

3.1.2 Методика исследований.

3.1.3 Результаты исследований.

3.2 Лабораторная установка, методика и результаты исследований нанесения цементно-песчаного покрытия.

3.2.1 Лабораторная установка.

3.2.2 Методика исследований.

3.2.3 Результаты исследования.

3.3 Лабораторная установка, методика и результаты исследований нанесения комбинированного рукава с эпоксидными смолами.

3.3.1 Теоретическое обоснование условий движения тороидальной оболочки и технологического рукава.

3.3.2 Лабораторная установка.

3.3.3 Методика исследований.

3.3.4 Результаты исследований.

3.4 Лабораторная установка, методика и результаты гидравлических исследований.

3.4.1 Теоретическое обоснование изменения пропускной способности трубопроводов в процессе эксплуатации.

3.4.2 Лабораторная установка.

3.4.3 Методика исследований.

3.4.4 Результаты исследований.

3.5 Лабораторная установка, методика и результаты исследований прочности покрытия.

3.5.1 Теоретическое обоснование расчета прочности покрытия.

3.5.2 Лабораторная установка.

3.5.3 Методика исследований.

3.5.4 Результаты исследований.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ КОМБИНИРОВАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ БЕСТРАНШЕЙНОГО РЕМОНТА ТРУБОПРОВОДОВ.

4.1 Технологическая оснастка при нанесение защитного комбинированного покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода в производственных условиях.

4.1.1 Технологическая оснастка процесса нанесение цементно-песчаного покрытия в трассовых условиях.

4.1.2 Технологическая оснастка процесса нанесение эпоксидных смол в сочетании с технологическим рукавом.

4.2 Методика оценки экономической эффективности внедрения технологии.

4.2.1 Локальный сметный расчет на традиционную технологию замены трубопровода.

4.2.2 Локальный сметный расчет на комбинированную технологию бестраншейную ремонта трубопровода.

4.3 Экономическая эффективность комбинированной технологии бестраншейного ремонта трубопровода.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Комбинированная технология бестраншейного ремонта трубопроводов оросительных систем на примере Краснодарского края"

Актуальность работы. В настоящее время в мелиоративной отрасли эксплуатируются более 90 тыс. км оросительной и около 21 тыс. км водопроводной сети, из которых основную долю составляют стальные трубопроводы. Создание эффективной и надежной закрытой оросительной сети является важнейшим техническим мероприятием, направленным на рациональное использование водных ресурсов и улучшения мелиоративного состояния орошаемых земель.

Л Анализ причин аварий стальных трубопроводов на закрытых оросительных системах Краснодарского края показал, что основной причиной всех повреждений является коррозия металла. Из эксплуатируемых в настоящее время 3290 км металлических трубопроводов закрытых оросительных систем Кубани

- 2129,7 км требуют ремонта или полной замены.

До настоящего времени рекомендации по технологиям бестраншейного ремонта оросительных систем, не позволяют в значительной степени экономить материальные и трудовые ресурсы. it

Таким образом, необходимость разработки бестраншейного ремонта мелиоративных трубопроводов, предопределила выбор цели и задач настоящей работы.

Цель и задачи исследований. Цель работы заключается в совершенствовании комбинированной технологии бестраншейного ремонта трубопроводов.

Достижение этой цели связано с постановкой и решением следующих задач:

- изучить существующие технологии бестраншейного ремонта трубопроводов и предложить эффективную комбинированную технологию;

- разработать способ диагностики технического состояния эксплуатируемых трубопроводов;

- установить технологические параметры устройства для нанесения цемент-но-песчаного покрытия; t*

- провести теоретические исследования по обоснованию рабочего процесса условий движения тороидальных оболочек и технологического рукава;

- обосновать влияние комбинированного покрытия на изменение коэффициента гидравлического сопротивления;

- оценить прочность комбинированного покрытия;

- оценить экономическую эффективность технологии нанесения комбинированного покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода.

Личный вклад автора. Диссертационная работа является логическим завершением многолетних экспериментальных и теоретических исследований, выполненных с 1999 по 2003 г.г. лично автором. Соискатель принимал непосредственное участие в теоретическом обосновании комбинированной технологии бестраншейного ремонта трубопроводов, разработке схем и методологии исследований, закладке и проведении лабораторных и производственных опытов.

Научная новизна:

- обоснована комбинированная технология бестраншейного ремонта мелиоративных трубопроводов, включающая в себя диагностику их технического состояния, нанесение цементно-песчаного покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода с последующим нанесением технологического рукава, пропитанного эпоксидными смолами.

- разработан способ диагностики технического состояния трубопровода, защищенный патентом РФ № 2164321.

- предложен способ облицовки внутренней поверхности новых труб рукавным термопластичным пленочным материалом, защищенный патентом РФ №2182275.

- разработано устройство для нанесения цементно-песчаного покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода.

- разработан способ нанесения защитного покрытия в комбинации с технологическим рукавом на внутреннюю поверхность трубопровода, защищенный патентом РФ № 2177102.

Практическая ценность работы. Разработанные технологические процессы, оснастка и оборудование для бестраншейного ремонта трубопроводов позволяют решить проблему повышения надежности функционирования закрытой оросительной сети, снизить затраты материальных и трудовых ресурсов.

Ценность для науки и производства, полученных в диссертации результатов исследований подтверждается их внедрением в производство.

Реализация работы. Внедрение данной комбинированной технологии бестраншейного ремонта трубопроводов проводилось на базе государственного унитарного предприятия «Армавирводкомплекс», г. Армавира Краснодарского края. Применение комбинированной технологии ремонта трубопроводов в сравнении с традиционной, предусматривающей полную замену трубопровода, позволило получить экономический эффект - 1072689 руб.

Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались и получили положительные оценки на научно-практических конференциях, в том числе: на научно-практических конференциях Кубанского государственного аграрного университета "Мелиорация земель, охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов" (г. Краснодар, 1998 - 2004 г.г.); III Региональной научно-практической конференции молодых ученых "Научное обеспечение агропромышленного комплекса" (г. Краснодар, 15 —16 ноября 2001 года, секция "Электрификация, механизация, строительство и гидромелиорация"); Международной научно-практической конференции, посвященной 60 — летию образования Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии (г. Волгоград, 2-4 февраля 2004 года, научное направление "Инженерные науки");

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 8 работах, в том числе 3 патента РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 143 наименований и 16 приложений. Работа изложена на 175 страницах машинописного текста, в том числе 11 таблиц, 60 рисунков.

Заключение Диссертация по теме "Мелиорация, рекультивация и охрана земель", Абулгафаров, Сергей Викторович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1 Проведенный анализ известных бестраншейных технологий ремонта трубопроводов выявил их недостатки для устранения, которых автором предлагается комбинированная технологии бестраншейного ремонта трубопроводов.

2 Установлены параметры технологического процесса диагностики технического состояния трубопровода, которыми являются интегральные показатели So и S|. Отношение которых выражает коэффициент технического состояния эксплуатируемого трубопровода.

3 Обоснованы технологические параметры устройства для нанесения цементно-песчаного покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода, представленные в виде зависимости скорости движения устройства от диаметра восстанавливаемого трубопровода при разных значениях технологического зазора.

4 Технологический процесс нанесения эпоксидных смол в сочетании с технологическим рукавом необходимо выполнять в два этапа. Первый этап заключается в раскладке технологического рукава, а второй в нанесении защитного покрытия при помощи системы состоящей из двух тороидальных оболочек и защитного покрытия между ними.

5 Получены зависимости для определения начального рабочего давления при нанесении эпоксидных смол и длины раскладки технологического рукава в зависимости от диаметра ремонтируемого трубопровода, причем длина раскладки технологического рукава определяет длину участка трубопровода подлежащего ремонту.

6 В режиме рабочих скоростей от 0,8 м/с до 1,5 м/с различие коэффициента гидравлического сопротивления по длине нового и отремонтированного по предлагаемой комбинированной технологии трубопровода в среднем составляет 2,56 %, а различие в потерях напора — 6,96 %.

Теоретические расчеты прочности показали, что допускаемое давление для комбинированного покрытия с одним слоем технологического рукава из стеклоткани равно Р = 2,6 МПа.

Экономический эффект от внедрения предлагаемой комбинированной технологии бестраншейного ремонта в государственном унитарном предприятии "Армавирводкомплекс" участка трубопровода диаметром d = 600 мм, длиной 100 м составил 1072689 рублей.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Диагностика технического состояния участка ремонтируемого трубопровода, проводится для выявления мест язвенной коррозии, с последующим выбором способа очистки. При обнаружении на инспектируемом участке мест язвенной коррозии применяются механические виды очистки, если же их нет, применяются гидравлические виды очистки.

2. Для обеспечения технологического процесса нанесения цементно-песчаного покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода при скорости движения устройства V = 0,3 м/с необходимо, чтобы значение технологического зазора для диаметра 150 мм составляло 4,2 мм, для диаметра 200 мм - 5,6 мм, для диаметра 300 мм - 8,5 мм, для диаметра 400 мм - 11,3 мм, для диаметра 500 мм —14,2 мм, для диаметра 600 мм - 17 мм, для диаметра 700 мм - 19,9 мм, для диаметра 800 мм - 22,7 мм, для диаметра 900 мм -25,6 мм.

3. Длина участка ремонтируемого трубопровода для диаметров от 150 до 200 мм составляет 50 м, для диаметра 300 мм - 100 м, для диаметров от 400 до 500 мм - 150 м, для диаметра 600 мм - 200 м, для диаметра 700 мм — 250 м, для диаметров от 800 до 900 мм - 300 м. 8

Библиография Диссертация по сельскому хозяйству, кандидата технических наук, Абулгафаров, Сергей Викторович, Краснодар

1. 02850064976. Рекомендации по оценке коррозионного состояния стальных мелиоративных трубопроводов / АКХ. 73 с.2. 02850069825. Методические указания по определению опасности коррозии стальных трубопроводов /АКХ. 57 с.

2. Nagajmia М., Gahen M.J. El. Soc., 1962. 109 с.

3. Schalon R.J. Of the Amer. Ganer. Inst. 1959. № 3

4. A.C. № 1780854 от 1992 г. Устройство для нанесения жидкости на внутреннюю поверхность труб. / Ли А.Н. и др.

5. Алексеев С.Н. Коррозия и защита арматуры в бетоне. М.: Стройиздат, 1962.-285 с.

6. Алешин Н.П., Потапов А.И., Ермолов И.Н., Акустические методы контроля. М.: Высшая школа, 1991. - 288 с.

7. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. М., Недра, 1970. - 216 с.

8. Альтшуль А.Д. О коэффициенте расхода при истечении через затопленное отверстие. // Гидротехника и мелиорация. 1951. № 12.

9. Андрияшев М.М. Гидравлические расчеты водоводов и водопроводных сетей. М.: Стройиздат, 1979 104с.

10. АС № 1041179 от 12.04.82 г. Устройство для очистки труб. / Шишкин В.В., Кряжевских Н.Ф., Панченко В.П. и Черебедов Д.Н.

11. АС № 1414931 от 8.04.88 г. Гидробародинамический способ очистки внутренней поверхности трубопроводов. / Черебедов Д.Н., Кряжевских Н.Ф. и др.

12. АС № 1586801 от 23.08.90 г. Устройство для очистки внутренней поверхности трубопроводов. / Панченко В.П., Кряжевских Н.Ф. и др.

13. Б664425. Разработка рекомендаций по нанесению на металлические трубы внутренних цементно-песчаных и полимерных покрытий: Инструкцияпо выбору класса прочности труб для водопроводных сетей и водоводов / ВНИИ ВОДГЕО, 1977.

14. Б761040. Разработка рекомендаций по методике исследований к расчету элементов экспериментально-производственного комплекса очистных сооружений Московского водопровода. ВНИИ ВОДГЕО, 1979. - 132 с.

15. Б878190. Исследование работы экспериментальных сооружений, построенных по проектам, выполненным организациям объединения "Союзво-доканалпроект", разработка рекомендаций для типовых проектов. ВНИИ ВОДГЕО, 1980. 192 с.

16. Бабиченко В.Я. и др. Производство гидроизоляционных работ. / Справочник. — К.: Буд1вельник. 1987. — 263 с.

17. Бабушкин В.И. и др. Термодинамика силикатов. М.: Стройиздат, 1965. -265 с.

18. Багров М.Н., Кружилин И.П. Оросительные системы и их эксплуатация. М., «Колос», 1978, 231с.

19. Безменов А.И., Розин В.А., Саврасов П.Х., Пастухов В.Ф. Сельскохозяйственные мелиорации. М., «Колос», 1974, 576с.

20. Белобородое в.н., Ли А.Н. Анализ состояния оросительных трубопроводов на мелиоративных системах Сибири. Материалы научно-практической конференции: Проблемы мелиорации земель Сибири» -Красноярск: СибНИИГиМ, 1996г.

21. Белобородое В.Н., Ли А.Н., Савченко В.Т. Технология оклеечной изоляции внутренней поверхности трубопроводов. // Мелиорация и водное хозяйство. 1999. №4.

22. Бестраншейный метод устранения дефектов в непроходимых канализационных трубопроводах и сооружениях. Рабочая комиссия № 3 "Бестраншейное строительство трубопроводов". Информ. N16GSTT. 1995. февраль.

23. Богомолов А.И., Михайлов К.А. Гидравлика. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Стройиздат, 1972. 648 с.tP

24. Богомолов А.И., Михайлов К.А. Гидравлика. Учебник для вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Стройиздат, 1972. 648 С.В.

25. Бородавкин П.П. Подземные магистральные трубопроводы (проектирование и строительство). М.: Недра, 1982. - 384 с.

26. Бредихин Б.А. Основы теории упругости. Краснодар: КГАУ, 2001. - 206 с.

27. Вавилов В.Е. Восстановление трубопроводов методом "Упонор" с применением труб "Флексорен" // Бестраншейные методы санации и прокладки трубопроводов: Тез. докл. Всерос. сем. Н.-Новгород. 1997.

28. Васильев В.М., Пинтурия Р.П., Иванов Д.М. Техническая диагностика i*1' трубопроводов важный элемент эксплуатации сетей. // Водоснабжениеи санитарная техника. № 9. 2001 г.

29. Ващук В.Я., Некрасова Э.И., Долюк В.П., Коваленко А.В. Улучшение защитных свойств этинолевых покрытий. // Гидротехника и мелиорация. 1982. № 9.

30. Величко Е.Б. Сельскохозяйственные мелиорации в Краснодарском крае. Краснодар, Кн. изд., 1969. 243 с.

31. Веренкова Э.М., Ломакин А.Т., Тарасова Т.С., Соколов Б.Ф. Фосфатное противокоррозионное покрытие для стальных труб. // Гидротехника и мелиорация. 1983. № 5.

32. Володин Е.А. и др. Справочник металлиста. — М., Машгиз, 1957.

33. Волосухин В.А., Свистунов Ю.А. Основы расчета тканевых оболочек гидротехнических сооружений. Краснодар, 1994. 105 с.

34. Волосухин В.А., Свистунов Ю.А. Тканевые регуляторы рисовых оросительных систем. Учебное пособие для студентов вузов. Краснодар, КГАУ, 1994.-71 с.

35. Гидравлика, водоснабжение и канализация: Учебник для вузов / Калицун В.И., Кедров B.C., Ласков Ю.М., Сафонов П.В. 3-е изд., перераб. и доп. - М., Стройиздат, 1980, 359 с.

36. Гидравлические расчеты систем водоснабжения и водоотведения: Справочник / Под общ. ред. A.M. Курганова, Н.Ф. Федорова 3-е изд., пере-раб. и доп. - JL: Стройиздат. Ленингр. отд-ние, 1986. - 440 с.

37. Глазкин Н.Е., Горнев Ю.В., Шведов В.В. Новые разработки НПО «ТА-РИС». // Водоснабжение и санитарная техника, № 12, 2003.

38. ГОСТ 10178-85 Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия.

39. ГОСТ 10564-75 Латекс синтетический СКС-65 ГП. Технические условия.

40. ГОСТ 15140-78 Материалы лакокрасочные. Методы определения адгезии.

41. ГОСТ 20883-88 Насосы и агрегаты трехвинтовые. Типы и основные параметры.

42. ГОСТ 22237 85 Цементы. Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение.

43. ГОСТ 22266-94 Цементы сульфатостойкие. Технические условия.

44. ГОСТ 23732-79 Вода для бетонов и растворов. Технические условия.

45. ГОСТ 262-93 (ИСО 34-79) Резина. Определение сопротивления раздиру (раздвоенные, угловые и серповидные образцы).

46. ГОСТ 270-75 Резина. Метод определения упругопрочностных свойств при растяжении.

47. ГОСТ 2874-82 Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством.

48. ГОСТ 3956-76 Силикагель технический. Технические условия.

49. ГОСТ 4754-97 Шины пневматические для легковых автомобилей, прицепов к ним, легких грузовых автомобилей и автобусов особо малой вместимости. Технические условия.

50. ГОСТ 4765-73 Материалы лакокрасочные. Метод определения прочности при ударе.

51. ГОСТ 5072 72 Секундомер однострелочный СОС пр-2Б2.53