Регулярные проверки имеют решающее значение для объектов водной инфраструктуры.
Недавняя авария, когда в регионе вышел из строя водопровод, стал суровым напоминанием городским службам: проверяйте трубы и планируйте их техническое обслуживание и замены.
В городах и поселках водопроводные и канализационные трубы обычно установлены десятилетия назад, и многие приближаются к концу срока службы.
Изменение климата еще больше увеличивает нагрузку на инфраструктуру, которая с трудом справляется, обеспечивая основные услуги водоснабжения и канализации для растущего населения.
Очевидно, что необходимы новые долгосрочные стратегии по замене или восстановлению водопроводов и другой муниципальной инфраструктуры.
Инженеры и руководители городских служб рассматривают оборудование из армированного волокном полимера (FRP) как часть решения.
10 миллиардов рублей – такой бюджет требуется одному региону, чтобы привести инфраструктуру питьевой воды и сточных вод в состояние хорошего ремонта (по расчёту Управления финансовой отчётности в 2019 году). Спустя несколько лет исследование показало, что для достижения федеральных жилищных целей к 2030 году инвестиционный разрыв может составить 600 миллиардов рублей.
Столкнувшись с хроническим дефицитом финансирования и ресурсов, инженеры и плановые отделы должны поставить своей целью поддерживать функционирование инфраструктуры и максимально увеличить её срок, а ещё планировать минимальные перерывы в обслуживании из-за проверок, технического обслуживания или замены оборудования.
Композитные FRP-материалы уже широко используются в системах питьевого водоснабжения и канализации для изготовления труб, резервуаров для хранения и другого оборудования.
Технология использования армированного полимера играет более важную роль в преодолении инфраструктурного разрыва. Теперь это стало возможным благодаря достижениям в проектировании, строительстве и оценке пригодности для эксплуатации этих материалов.
Ремонт стальных труб с помощью стеклопластиковой обмотки
Добавление слоев FRP для усиления поврежденных стальных трубопроводов и сосудов высокого давления является проверенной, быстрой, недорогой и безопасной альтернативой традиционным методам ремонта, которые требуют удаления и замены поврежденных участков трубы, заключения ее в стальную оболочку или приваривания заплаты к трубе.
Процесс демонтажа дефектных участков труб может привести к еще большему ущербу и обычно требует частичной или временной остановки операций.
Муниципалитет обратился к производителям FRP с просьбой отремонтировать два трубопровода. Команда смогла быстро отремонтировать и укрепить трубы с помощью FRP-обмотки, поскольку трубопроводы были слишком важны, чтобы их можно было полностью заменить.
Как оказалось, обертывание труб стеклопластиком стало недорогим и надёжным решением для ремонта.
Рисунок 1. Фотографии до и после ремонта стального трубопровода с использованием стеклопластиковой изоляции в колодце на предприятии по очистке сточных вод.
Композитные FRP-материалы имеют более длительный срок службы и большую способность противостоять коррозионным средам, чем другие материалы. Ручная обмотка слоев FRP на поврежденном участке позволяет выполнять быстрый и эффективный ремонт, экономя время и деньги с минимальным простоем. Обертки FRP также позволяют менеджерам планового отдела откладывать капитальный ремонт до следующего планового периода обслуживания — фактически хорошо спроектированная и установленная обмотка часто обеспечивает владельцам годы службы без проблем.
Поверхность облицовки из стеклопластика красят полиуретановой краской для защиты от ультрафиолета, чтобы продлить срок службы ремонта из стеклопластика и предотвратить деградацию смолы с течением времени.
Пока основание не начнет разрушаться, пленка просто ждёт, чтобы ее привели в действие.
Проверка и оценка FRP-пленки
Поскольку обмотка FRP выполняется вручную, качество ремонта с использованием этого метода варьируется и сильно зависит от индивидуального мастерства. Поэтому компании, которые используют армирование обмоткой FRP для продления срока службы своего оборудования, должны проверять и контролировать ремонт.
Хотя невозможно предсказать оставшийся срок службы оболочки из FRP до тех пор, пока материал, заключенный в FRP, не начнет разрушаться, неразрушающий контроль, методика которого сейчас активно улучшается, быстро и надежно оценивает состояние ремонта. Для этого используются:
- точное измерение толщины FRP-пленки
- оценка качества связи между FRP и трубой, а также между слоями оболочки (коэффициент контакта).
При правильном выполнении и регулярном осмотре обмотка из стеклопластика обеспечивает дополнительное структурное усиление и защиту от утечек, которые прослужат дольше самой трубы.
На данный момент наиболее часто используемые программы по расчету на прочность − CAESAR II, СТАРТ, Астра-Нова позволяют проводить прочностной анализ или чисто стальной трубы, или стеклопластиковой.
Чтобы провести анализ трубы из двух материалов, нужны программы МКЭ-моделирования. Однако благодаря использованию современных передовых технологий МКЭ-моделирование можно свести к минимуму: достаточно использовать стандартную программу по расчету на прочность трубопроводных систем и методы неразрушающего контроля уже на этапах эксплуатации систем.
Расчет трубопроводов из FRP кардинально отличается от расчетов стальных трубопроводов, к которым мы с вами привыкли. Поэтому, чтобы грамотно анализировать FRP- системы, необходима дополнительная информация, в том числе нормативная.
Если вас интересует данное направление или вам требуются знания в новой для вас области, обращайтесь к нам!
Специалисты Группы компаний «Русский САПР» ответят на интересующие вас вопросы, подберут стандартный или индивидуальный курс обучения по вашим пожеланиям, а также порекомендуют, какой программный продукт эффективнее всего использовать.
Оставайтесь с нами! Работайте с удовольствием!
Наталья Гаврилина
Руководитель направления по системам инженерного анализа
АО «Бюро САПР»