Нанесение цементно песчаного покрытия на трубопровод

Обновлено: 01.05.2024

Идея нанесения цементно-песчаного покрытия на внутреннюю поверхность водопровода возникла ещё в 1836 году во Франции. Применять этот способ санации трубопроводов стали лишь с 1922 года, после изобретения метода разбрызгивания. В 1933 году в США был облицован первый проложенный в земле проходной трубопровод, а в 1950 — первый непроходной. В Москве этот способ был впервые применён в конце 1970-х годов.

Описание метода

Применение цементно-песчаного покрытия служит для защиты от внутренней коррозии и для снижения инкрустаций. Имеющиеся утечки уплотняются, и существенно повышаются гидравлические характеристики трубопровода.

Цементно-песчаное покрытие методом разбрызгивания применяется в водоснабжении для санации старых, инкрустированных и корродированных труб, а также как защита от коррозии для стальных труб и трубопроводов из чугуна.

Благодаря своим микробиологическим свойствам, высокой прочности и связанной с этим сопротивляемости механическим нагрузкам, цементно-песчаное покрытие стальных труб является идеальным материалом для систем водоснабжения.

Очистка труб

Выбор применяемой технологии очистки зависит от вида, толщины и химического состава инкрустаций, а также от любых местных условий.

Технологии очистки:

Механическая очистка (ручным способом для труб диаметром более 600 мм) специальными приспособлениями («ерши», резиновые пыжи)
Очистка под высоким давлением.
Гидравлическая очистка.

Механическая очистка (ручным способом для труб диаметром более 600 мм) специальными приспособлениями («ерши», резиновые пыжи)

Щётки или «ерши» при помощи лебёдки протягиваются через трубопровод и уничтожают инкрустацию и отложения. Приспособления, последовательно соединённые с пыжами, транспортируются от одного конца трубы и принимаются на другом.

Очистка под высоким давлением

Вращающаяся разбрызгивающая головка, выдерживающая высокое давление, протягивается через трубопровод. В соответствии с видом и прочностью инкрустаций устанавливают необходимое рабочее давление воды, которое составляет примерно 1 000 бар; расход воды должен быть не менее 90 л/мин.

Гидравлическая очистка

Применяется на длинных прямых участках одного диаметра (более 1 000 м). Помимо щёток и «ершей» предусмотрен поршень, который продавливается водой через трубопровод.

Нанесение цементно-песчаного покрытия

На очищенный участок трубопровода наносится цементно-песчаное покрытие. После установки и центрирования разбрызгивающего механизма на конце санируемого участка облицовочная машинка протягивается с постоянной скоростью в обратном направлении по данному участку трубопровода.

Нанесение раствора на внутреннюю поверхность трубы осуществляется при помощи разбрызгивающей головки с электрическим или пневматическим приводом.

Благодаря радиально установленным и имеющим гребешковый вид металлическим пластинам, раствор распределяется равномерно. В зависимости от условий проходимости, при успешном проведении работ нанесённый раствор разглаживается специальными конусными парашютами или мастерками.

Желаемая толщина ЦПП изоляции достигается при постоянной подаче раствора и постоянной скорости вращения разбрызгивающей головки.

Нанесение цементно-песчаных покрытий на внутренние стенки трубопроводов для восстановления их работоспособности может выполняться методом центрифугирования или центробежного набрызга с использованием разглаживающих устройств.

Нанесение внутреннего цементно-песчаного покрытия методом центрифугирования на трубопроводы малого диаметра

1 — насос для временного отвода сточной жидкости; 2 — временный запорный орган; 3 — лебедка, 4 - восстанавливаемый трубопровод, 5 - электрошкаф; 6 — дозировочный насос для цементного раствора; 7 — емкость для цементного раствора; 8 — трубопровод транспортировки раствора; 9 — разбрызгивающее устройство; 10 — обработанный участок трубы

На рисунке ниже представлен фрагмент трубопровода с вырезанным окном доступа, в котором помещено специальное устройство для центробежного набрызга.

На рисунке ниже показаны фрагменты ремонтных участков трубопровода до и после нанесения защитного цементно-песчаного покрытия, которые ярко иллюстрируют существенную разницу состояния внутренней поверхности труб, что обусловливает соответствующие коэффициенты шероховатости.

Устройство для центробежного набрызга цементно-песчаного раствора без доступа человека

Минимальная толщина защитного слоя зависит от диаметра и материала труб, а требуемая — от возраста труб, толщины их стенок и физического состояния (износа). Выбранная толщина защитного слоя достигается определенной скоростью передвижения агрегата (метательной головки) в трубе при постоянных значениях производительности насоса, подающего цементный раствор, и скорости вращения метательной головки.

Используя стандартную номограмму (рисунок), можно установить, с какой скоростью должен перемещаться агрегат в трубе соответствующего диаметра при установленной производительности растворонасоса и обеспечении требуемой толщины слоя. Так, согласно номограмме для обеспечения толщины слоя цементно-песчаного покрытия 5 мм в трубопроводе диаметром 500 мм при установленной проектом производительности насоса 43,25 кг/мин требуется скорость передвижения агрегата 2,02 м/мин.

Ремонтный участок до (а) и после (б) санации цементно-песчаным покрытием

Номограмма для определения скорости движения метательной головки внутри трубопровода

Метод нанесения цементно-песчаных покрытий используется при любой глубине залегания труб (в грунте или непроходных каналах) и не зависит от типа грунтов, окружающих трубопровод. Он целесообразен при таких видах повреждений, как коррозионные обрастания, абразивный износ, и неэффективен при раскрытых стыках труб, смещении труб в стыках и деформации секций труб.

Внутренняя поверхность трубопровода перед санацией должна быть очищена. Допускается на поверхности стальных труб слой плотной ржавчины толщиной не более 0,05 мм (измеряется магнитным толщиномером). Наличие воды в трубопроводе не допускается.

Предельные отклонения размеров стальных труб, подлежащих восстановлению цементно-песчаным покрытием, не должны превышать величины, указанные в нормативных документах (ГОСТ 8731-74, 8732-78, 8696-74, 10704-91, 10706-76). Эллиптичность труб не должна превышать 0,5% диаметра, а поражение коррозией допускается не свыше 10% толщины стенки трубы.

Требуемая толщина слоя цементно-песчаного покрытия для стальных труб должна соответствовать техническим условиям, согласованным с заказчиком (эксплуатирующей сети организацией) в установленном порядке (например, на объектах Москвы — с МГУП «Мосводоканал» по ТУ-5745-001-16341648). Минимальные значения толщины слоя в зависимости от диаметра трубопровода указаны в табл. 1

Минимальная толщина защитного слоя с допусками

Минимальная толщина слоя, мм

Допуск по толщине слоя, мм

Указанные в таблице выше допуски по толщине слоя соответствуют гладкому и прямому трубопроводу; над сварными швами толщина слоя может уменьшаться (до 3 мм). На концах труб допускается уменьшение толщины изоляции до 50%, на торцах участка — не более 50 мм.

Работы по нанесению цементно-песчаных покрытий должны включать проведение подготовительных технических мероприятий, а также подготовку и приготовление компонентов смеси. В состав подготовительных работ входят следующие операции:

раскопка двух котлованов (стартового и финишного) с вырезкой лазов (при необходимости) или использованием колодцев со снятием гидрантов, фасонных частей и установкой (снятием) заглушек; технологические операции должны заканчиваться обязательным водоотливом (откачкой воды из трубопровода);
определение протяженности технологических захваток, которая диктуется длиной стандартных рабочих тросов и рукавов (подача раствора и воздуха), а также техническими характеристиками растворонасоса и не зависит от диаметра трубопровода.

В случае непреодолимых для прохождения прочистными снарядами и облицовочными агрегатами препятствий (вертикальные подъемы и спуски, повороты трассы по горизонтали и вертикали, а также свищевые клинья, болты и т.д.) необходимо дополнительное вскрытие трубопроводов (устройство лазов) независимо от расположения колодцев в пределах установленной ранее технологической захватки и замена труб предварительно облицованными элементами, в том числе фасонными частями. Нанесение защитных покрытий в труднодоступных местах должно производиться вручную на месте или в стационарных условиях с последующей перекладкой труб. Возможны и другие методы устранения препятствий, возникающих при облицовке трубопроводов.

Стандартная технология подготовки компонентов смеси должна включать операции просеивания песка и цемента через сито и затаривания в специальные емкости с плотно закрывающимися крышками, предотвращающими воздействие влаги и загрязнение посторонними примесями (для цемента согласно ГОСТ 22237-85).

Портландцемент (вяжущее) должен отвечать следующим требованиям: не содержать комков и химических добавок, иметь густоту цементного теста не более 27% и период схватывания не ранее 60 минут.

Используемый для приготовления смеси песок должен иметь крупность зерен не более 1 мм; фракции с размером зерен 0,315-0,63 мм должны составлять не менее 70% массы песка, а фракции размером до 0,315 мм — менее 3%. Содержание глинистых, илистых и пылевидных частиц не должно превышать 3% (по массе), удельная эффективная активность радионуклидов должна соответствовать 1-му классу.

Используемая вода должна соответствовать ГОСТ 23732-79 и иметь температуру от +10 до +30°С, а оптимальное соотношение твердых компонентов цемента на песчанной смеси должно быть в пределах: по объему — от 1 : 1 до 1 : 1,2 и по массе — от 1:1,115до 1:1,338. При этом водоцементное отношение должно составлять 0,3—0,36.

Подготовленная к нанесению на внутреннюю поверхность трубопровода цементно-песчаная смесь должна быть хорошо перемешана и однородна. Ее подвижность в течение всего времени использования должна быть в диапазоне 6,5—9 (по глубине погружения конуса согласно ГОСТ 5802-86). Перед нанесением на трубопровод цементно-песчаная смесь должна иметь температуру от + 10 до +25°С.

Работы по нанесению цементно-песчаных покрытий не производятся при установившейся среднесуточной температуре наружного воздуха менее 5°С.

Нанесенные цементно-песчаные покрытия должны соответствовать следующим основным требованиям:

покрытие должно быть сплошным, поверхность заглаженной (допускаются борозды или гребни с отклонением по глубине до 1 мм при выполнении требований по толщине слоя);
набор прочности цементно-песчаного покрытия до 70% должен проходить при температуре покрытия от +5 до +30°С и влажности 90—100%;
покрытие на любом участке санированного трубопровода должно иметь среднюю плотность не менее 2200 кг/м 3 и прочность на сжатие в возрасте 3 суток — 30 МПа (70% R28), 7 суток — 35 МПа (80% R28) и 28 суток — 45 МПа (100% R 28 по ГОСТ 26633-91 и СНиП 82-02-95).

Непосредственно после санации трубопровода должны производиться маркировка и регистрация выполненных работ по техническим условиям, согласованным с заказчиком (эксплуатирующей организацией) в установленном порядке. После маркировки для равномерного схватывания цемента по всей длине трубопровода он должен подвергаться герметизации в пределах захвати путем плотной заделки обоих мест вскрытия полиэтиленовой пленкой. Перед сдачей санированного трубопровода в эксплуатацию производятся его промывка и дезинфекция.

Восстановленный трубопровод должен быть принят эксплуатирующими организациями путем проверки соответствия покрытия требованиям ТУ-5745-001-16341648 (для Москвы). Данными техническими условиями регламентируются также вопросы безопасности производства работ и охраны окружающей среды.

К достоинству метода нанесения цементно-песчаных покрытий можно отнести относительную простоту технического исполнения и низкую стоимость ремонтных работ, которая составляет около 30% стоимости нового строительства. Тонкая и гладкая поверхность облицовки после ее затирки обеспечивает снижение гидравлического сопротивления и потерь напора в трубопроводах при незначительном уменьшении его внутреннего диаметра. После нанесения цементно-песчаного раствора трубопровод может быть пущен в эксплуатацию через 3—5 суток, т.е. технологический цикл процесса является относительно продолжительным. Покрытие сохраняется стабильным в течение 50 лет эксплуатации.

Контроль качества санации при нанесении цементно-песчаных покрытий состоит из контроля качества внутренней защитной изоляции и проведения приемо-сдаточных испытаний. Как правило, он включает:

визуальный осмотр (при диаметре трубопровода более 900 мм) и телеинспекцию с помощью видеокамер (при диаметре трубопровода менее 800 мм), позволяющие выделить усадочные трещины, отслоения облицовок, вздутие, пустоты и другие дефекты, подлежащие ликвидации ручным или механизированным способом с повторным нанесением покрытия;
измерение толщины защитного слоя путем использования механического способа — прокола специальным щупом в виде пластины размером 100 х 5 х 0,8 мм неотвердевшего покрытия или ультразвуковых и электромагнитных толщиномеров (допускаемая погрешность + 10%); покрытие должно быть сплошным и гладким, на поверхности допускаются продольные борозды (гребни) глубиной (высотой) не более 1 мм, образованные заглаживающим устройством;
измерение механической прочности покрытия (через 72 часа после нанесения раствора); прочность образца (кубика) на сжатие (или на изгиб) должна составлять не менее 22,5 МПа; проверка прочностных свойств должна производиться как минимум однократно при каждом нанесении покрытия;
гидравлические испытания, т.е. натурные измерения расхода воды и давления (в том числе для определения истинного значения коэффициента гидравлического трения).

После описанных операций трубопровод принимается в эксплуатацию.

В заключение необходимо отметить, что со временем свойства защитного покрытия не только не ухудшаются, но и улучшаются. Транспортируемая по санированному трубопроводу питьевая вода постепенно преобразует гидрооксид кальция, присутствующий в свеженанесенной облицовке, в гидрокарбонат кальция. В результате с течением времени на границе раздела слоя цементнопесчаного покрытия и воды остается все меньше пор и борозд и оно становится более плотным. Таким образом, транспортируемая вода контактирует с плотным, похожим на камень минеральным материалом, что обеспечивает ее стабильные гигиенические и бактерицидные свойства

Ранее для решения проблем применяли обычный ремонт или дорогостоящую замену труб, то на сегодняшний день используются технологии санации. Для систем хозпитьевого, промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения наибольшее распространение получила технология внутренней цементно-песчаной облицовки труб, которая одинаково успешно применяется как при строительстве новых, так и при бестраншейной реконструкции действующих трубопроводов. Технология восстановления трубопроводов методом нанесения цементно-песчаного покрытия на внутреннюю поверхность труб является основным методом восстановления трубопроводов в мировой практике. Эта технология является удачной альтернативой дорогостоящей перекладки водопроводных сетей и позволяют работать без серьезных нарушений в дорожном движении, что в крупных городах может являться самым важным фактором при выборе методов производства работ. Технология восстановления изношенных трубопроводов методом нанесения цементно-песчаного покрытия обеспечивает значительную экономию времени и средств на выполнение работ, особенно в местах жилых построек и производственных территорий с развитой сетью подземных коммуникаций.

Сроки производства работ в 5-10 раз короче по отношению к новому строительству (перекладке). Продолжительность технологического цикла, в зависимости от местных условий, не превышает 2-4 дней. Стоимость работ по санированию изношенных трубопроводов не превышает 40% стоимости прокладки новых труб. При санации больших диаметров трубопровода эти затраты снижаются.

Цементно-песчаные покрытия являются надежным средством ликвидации различного рода дефектов на внутренней поверхности стальных и чугунных труб, а также антикоррозионным материалом.

Область применения метода ЦПП широка - диапазон диаметров санируемых трубопроводов могут быть от 325 до 3000 мм. Технология внутренней цементно-песчаной облицовки труб эффективно применяется при восстановлении работоспособности (санировании) изношенных подземных стальных и чугунных трубопроводов хозяйственно-питьевого, сельскохозяйственного, промышленного водоснабжения, горячего водоснабжения и напорной канализации для санирования старых, инкрустированных и корродированных труб, а также как защита от коррозии для новых труб и трубопроводов из стали и чугуна. Для трубопроводов горячего водоснабжения в цементно-песчаный раствор вводится специальные модифицирующие добавки, которые придают пластичность покрытию. Нанесение покрытия может производиться как на действующих трубопроводах, так и на вновь строящихся. Цементно-песчаное покрытие - является экологически чистым покрытием, и качество воды сохраняется в процессе транспортировки по трубопроводу. Проведенные работы по санации приводят к предотвращению коррозии внутренней поверхности трубопроводов минеральных отложений, биологических обрастаний. Восстановленный трубопровод методом цементно-песчаного покрытия увеличивает пропускную способность (улучшение гидравлических характеристик) действующих трубопроводов, а также увеличивается срок их службы.

Толщина слоя цементно-песчаного покрытия может составлять 4-13 мм в зависимости от типа трубопровода (сталь или чугун) и от диаметра.

Метод используется при любой глубине заложения труб (в грунте или непроходных каналах) и не зависит от типа грунтов, окружающих трубопровод.

Работы по нанесению цементно-песчаных покрытий должны включать проведение подготовительных технических мероприятий, а также подготовку и приготовление компонентов смеси. Работы по нанесению цементно-песчаных покрытий не производятся при установившейся среднесуточной температуре наружного воздуха менее 5°С.

Нанесение покрытия центробежным набрызгом применяется для труб диаметром более 300 мм. Цементно-песчаное покрытие наносится центробежным методом с помощью пневматической или электрической метательной головки облицовочного агрегата.

Работы при этом производятся из существующих камер или котлованов размером 1,5 - 2 метра. Восстановлению подлежат только прямые участки. Для нанесения покрытия используется специализированная техника и оборудование.

Принцип центробежного метода нанесения заключается в следующем:

Агрегат протаскивают внутри трубопровода с помощью троса и лебедки. На уже очищенный участок трубопровода наносится цементно-песчаное покрытие. После установки на конце санируемого участка трубопровода разбрызгивающего устройства при помощи лебёдки облицовочная головка протягивается с постоянной скоростью в обратном направлении. Нанесение раствора происходит при помощи разбрызгивающей головки с электрическим или пневматическим приводом. Принцип нанесения основан на центробежном набрызге раствора на стенки трубопровода. Под действием центробежных сил раствор равномерно распределяется по периметру и длине трубопровода. Одновременно покрытие разглаживается специальным конусом (расправляющий клапан), толщина наносимого слоя раствора зависит от диаметра трубы и колеблется в пределах от 3 до 12 - 16 мм регулируется подачей смеси растворонасосом и скоростью протягивания рабочего каната.

По окончании работ проводится контрольный осмотр трубопровода, имеющий целью убедится в качественном нанесении покрытия. Восстановление трубопровода осуществляется отрезками (от 100 до 170 м), при этом очередность восстановления - последовательная и в одном направлении. По согласованию с заказчиком схема восстановления трубопровода методом нанесения ЦПП может быть изменена.

Длина неизолированных участков концов труб, катушек диаметром до 530 мм включительно должна быть не более 0,5 мм, диаметром от 630 до 1420 мм включительно - от 10 до 35 мм. Покрытие должно быть сплошным и заглаженным, допускаются поверхностные борозды глубиной не более 1 мм. Высота неровностей и выступов на поверхности покрытия не должна превышать 10 % от его толщины. Фаска на покрытии для труб, катушек диаметром до 530 мм включительно должна быть (90±1)°, диаметром от 630 до 1420 мм включительно - от 30 до 40°.

Сразу же после нанесения внутреннего покрытия проверяют толщину покрытия по мокрому слою штангенциркулем с глубиномером по ГОСТ 166, которая должна быть на 2,0-3,0 мм больше требуемой.

Трубы с внутренним цементно-песчаным покрытием предназначены для сооружения трубопроводов, транспортирующих воду питьевого, хозяйственно-бытового и промышленного назначения с температурой транспортируемой жидкости от 0,5 о С до 80 о С и рассчитываются на эксплуатацию при температуре воздуха от -50 о С до +50 о С. Они изготавливаются на отечественном оборудовании по ТУ1390-001-96883932-2011.

Нанесение внутреннего покрытия производится на очищенную поверхность специальным распылительным устройством, с помощью которого, раствор с большой скоростью направляется на стальную поверхность, штукатурит её, а лепестковый цилиндрический колокол создаёт гладкую глянцевую поверхность. После затвердевания цементно-песчаной смеси внутри стальной трубы образуется цементно-песчаная оболочка повышенной твёрдости и плотности. У такой конструкции трубопровода стальная труба несёт все механические нагрузки, а цементно-песчаная оболочка защищает стальную поверхность от коррозии и препятствует биологическому обрастанию внутри трубопровода и обеспечивает стальной трубе двойную защиту - физическую и химическую.

Физическая защита обеспечивается тем, что цементно-песчаная оболочка исключает контакт протекающей жидкости со стальной поверхностью. Химическая защита заключается в том, что в растворе присутствует свободная известь, которая создающая щелочную среду и останавливает коррозионные процессы на стальной поверхности трубы.

Защита стыка обеспечивается установлением и закреплением в процессе покрытия трубы специальными подкладными кольцами, которые во время сварки образуют двойную толщину металла, а специальная технология запуска трубопровода в эксплуатацию залечивает трещины, зоны сварного стыка покрывая подкладные кольца цементным раствором.

Цементно-песчаная оболочка представляет собой по конструкции цельный свод, в котором удержание его относительно стальной трубу обеспечивается не только за счёт приклеивания к металлу, но и расширяющими свойствами цементов обеспечивающим напряжённый контакт со стальной внутренней поверхностью трубы. В этом случае снижается возможность образования трещин и повышается сопротивление ударным нагрузкам и увеличивается прочность камня.

Цементно-песчаная оболочка в стальной трубе изготавливается, только из экологически чистых материалов и при её производстве нет вредных выбросов и отрицательного воздействия на здоровья производственного персонала.

Мировая практика доказала что наиболее эффективным способом борьбы с этими явлениями является применение стальных трубопроводов с внутренним защитным покрытием на основе цемента.

Назначение

Цементно-песчаное покрытие (ЦПП) предназначено для защиты внутренней поверхности труб от коррозии и предотвращает образование биоотложений при транспортировке пресной воды питьевого, хозяйственно-бытового и промышленного назначения.

Преимущества

1. Останавливает коррозию стальных труб

2. Исключает обрастание внутренней поверхности труб минеральными и биологическими отложениями.

3. Самое дешевое покрытие внутренней поверхности стальных труб.

4. Самое долговечное покрытие.

5. Цементно-песчаное покрытие - экологически чистое покрытие.

6. Химический состав и вкусовые свойства воды остаются неизменными независимо от расстояния транспортирования.

7. Нанесение цементно-песчаного покрытия восстанавливает исходные технические характеристики труб, подверженных точечной коррозии.

8. Сохраняет пропускную способность трубопровода во время всего срока эксплуатации.

Читайте также: