Релайнинг трубопровода

«Eesti Energia Narva Elektrijaamad» (Нарвские электростанции «Эстонской Энергии») является крупнейшим производителем электроэнергии в Эстонии и одним из наиболее важных производителей электроэнергии в Балтийском регионе. Компания находится в постоянном развитии и реконструкции инфраструктуры. В 2010 году компания начала проект реконструкции трубопровода циркуляции воды для охлаждения, расположенного на территории производственного завода «Эстонской Энергии».

Существующие трубопроводы циркуляции воды были разработаны и построены в конце 1960-х начале 70-х. В связи с постоянной эксплуатацией и долгим сроком службы эти стальные трубопроводы находятся сегодня в очень плохом состоянии - видны следы ржавчины, деформации, протечек и т.д.

Необходимо было найти решение для обновления существующего трубопровода OD1600 с оптимальными затратами и гарантией на как минимум 30 летний срок службы после завершения реконструкции. Были рассмотрены различные решения, в том числе стеклопластиковые и стальные трубы, а также различные методы релайнинга, химическая обработка и т.д. Наиболее оптимальным решением оказалось использование полиэтиленовых труб ID1400 производства «Krah Pipes» OÜ и укладка труб с применением различных методов укладки, в том числе: релайнинг существующего трубопровода с помощью труб соединенных методом электромуфтовой технологии и открытого монтажа переходов и колодцев.

Начальная точка реконструируемого трубопровода находится внутри насосной станции, а конец входит в турбинное отделение с дроссельной заслонкой. Первоначальная проверка показала, что трубопровод был сильно покрыт коррозией (примерно 4 мм) и деформирован в нескольких местах по горизонтальному и вертикальному направлениях. Проверка также показала, что прямые участки трубопровода были смещены примерно на 20% по продольной.

Заказчик решил заменить покрытый коррозией стальной трубопровод OD1600 на трубопровод из ПЭ100 ID1400. Выбранные трубы должны соответствовать указанным требованиям и международным стандартам EN 13476-1,3 и DIN 16961-1,2 и подходить для эксплуатации в данных условиях. Трубы производятся и калибрируются согласно внутреннему диаметру. Гибкий процесс производства, основанный на технологии барабанной экструзии Krah (www.krah.net) позволяет производителям труб предлагать специализированные решения для всех размеров до DN4000. Поверхность стены может быть сплошной или профилированной - в зависимости от требований.

Срок службы нового решения должен быть не менее 30 лет, но все проекты осуществляются с учётом срока службы 50 лет.

Изначально были приняты во внимание характеристики и особенности обоих трубопроводов, а также расчеты потери напора сделанные Таллинским Техническим Университетом. Результаты показали, что с учетом всех параметров, существующий трубопровод имеет потерю напора в 1,01 м, а новые предлагаемые решения с меньшим диаметром 0,98 м.

Полиэтилен обладает повышенной устойчивостью к истиранию по сравнению со сталью. В дополнение к этому трубы из ПНД не подвергаются коррозии. Кроме того, степень шероховатости поверхности труб из ПНД значительно меньше по сравнению со стальными трубами. Это прекрасно иллюстрирует возможности реконструкции существующего стального трубопровода OD1600 (ID1580) с помощью трубопровода ID1400 из ПЭ100 с учётом сохранения прежних параметров скорости и объёма потока. Для этого проекта был использован современный материал ПЭ100 (Borealis HE3490-LS). Этот бимодальный полиэтилен чёрного цвета обладает высокой плотностью и классифицируются как MRS 10.0. Долговечность этого материала гарантированна поставщиком и подтверждена долгосрочными испытаниями и соответствием международным стандартам ISO 9080 и ISO 12162.

 

Первый этап обновления был сделан на двух параллельных циркуляционных трубопроводов общей длиной 260 м. Работы по первой части трубопровода были начаты в Сентябре 2010 года и закончены уже через 2 месяца в Ноябре 2010 года. За это время было реконструировано 260 м трубопровода, в том числе:

- 160 м прямого трубопровода с электромуфтовой сваркой, включая протаскивания максимум 60 метровых сегментов в существующий трубопровод;

- проведение экструзионной сварки внутри существующего трубопровода сегментов с максимальной длиной в 1,25 м на протяжении

- фитинги:

2 колодца для давления;

8 горизонтальных отводов по специальному заказу от 15 до 60 градусов;

8 вертикальных отводов по специальному заказу от 15 до 30 градусов;

4 напорных фланцевых соединения DN1600.

Часть реконструируемого трубопровода была соединена с существующим трубопроводом OD1600 при помощи фланцевых соединений. Изначально электростанция была построена с использованием стальных труб OD1600 с толщиной стены 10 мм.

 Трубопровод состоял из прямолинейных участков с максимальной длиной 60 метров. Все разделы соединены между собой горизонтальными и вертикальными отводами в пределах от 15 до 60 градусов с одним колодцем на каждом трубопроводе. Один примерно 30 метровый участок был установлен под бетонные плиты над которыми находятся 120 тонные трансформаторы.

На Рис. 3 обозначены 60 градусные отводы красными квадратами; место бетонной плиты, в том числе горизонтальные и вертикальные отводы обозначены зеленым квадратом.

Условия работы трубопровода следующие:

- Среда: речная вода

- Температура: 4 - 25 градусов по Цельсию

- Объем: до 5 м3/с

- Скорость потока в старом трубопровод: до 2,55 м/с

- Скорость потока в реконструированном трубопроводе: до 3,25 м/с

- Рабочее давление: 0,5 бар, пик до 1 бар

В связи со сложной системой трубопровода, были выбраны три различных вариантов установки, чтобы обеспечить быстрый и наиболее экономный способ укладки для данного проекта:

- Открытая укладка отводов, колодцев, соединённых при помощи электромуфтовой сварки;

- Релайнинг прямых участков трубопровода, методом протаскивания предварительно изготовленных труб из ПЭ соединённых электромуфтовой сваркой в существующий трубопровод;

- Реконструкция горизонтальных и вертикальных отводов находящихся под трансформаторами проводилась с помощью готовых сегментов длиной в 1250 мм, соединённых экструзионной сваркой.

Специальная интегрированная электромуфтовая технология сваривания труб Krah из ПЭ и возможность комбинирования с экструзионной сваркой позволяют подрядчику соединять трубы в однородную 100% герметичную систему. Сварочные процедуры следуют стандартам для сварки полиэтиленовых материалов (в частности DVS 2205, DVS 2207-1,4).

Для каждого типа установки был разработан соответствующий профиль, наиболее подходящий для конкретной задачи. В соответствии с требованиями заказчика основой для каждого профиля была труба с монолитной стенкой 20 мм. Толщина стен была высчитана учитывая самую слабую часть трубопровода, т.э. максимальное рабочее давление 1,25 бар деталей соединённых экструзионной сваркой.

Статические расчёты были сделаны по немецкому стандарту ATV и по МКЭ (метод конечных элементов). МКЭ позволяет более детально рассмотреть распределение нагрузки в процессе установки и эксплуатации.

Но кроме того, структура стенки трубы, тип профиля и муфты был очень важен для успешного выполнения установки и релайнинга.

Для отводов и колодцев был использован специальный гладкий внешний профиль для наиболее удобной сварки сегментов изнутри и снаружи. Как и у всех остальных профилей, основой для отводов и колодцев является труба с 20 мм монолитной стенкой, для достижения нужной кольцевой жёсткости, а также дополнительное покрытие для гладкой внешней поверхности.

Высота профиля была выбрана в соответствии с высотой наружного диаметра муфты для облегчения процесса релайнинга.

Трубы, которые были проведены в уже существующий трубопровод, также состояли из основной сплошной стенки 20мм и профилированной внешней поверхности с целью уменьшения расстояния от внутреннего диаметра существующего трубопровода. Сплошная стена также выполняет требования к нагрузке в процессе установки.

Открытое пространство между новым и старым трубопроводами было заполнено смесью бентонита для дополнительной поддержки в случае обвала старого трубопровода. Бентонит также работает в качестве якоря для избежания продольного перемещения труб.

Сегменты соединённые при помощи экструзионной сварки были разработаны также на основе сплошной стенки 20 мм. Не большой внешний профиль был добавлен для лучшего закрепления трубопровода в бентонитовом наполнителе. Сегменты были установлены по частям в существующий трубопровод и соединены экструзионной сваркой.

Окончательная оценка выбора подходящего профиля включала расчёт сил, необходимых для протаскивания новых трубопроводов во внутрь существующих и степень напряжения генерируемого внутри стенки трубы. Расчеты осуществлялись в сотрудничестве с Таллинским Техническим Университетом.

Также были сделаны гидравлические расчеты для отводов с целью выяснения устойчивости к сильным потокам воды. Была сделана моделяция, не принимая во внимание поддержку обратной засыпки или дополнительную опору, создавая таким образом значительно худшие условия по сравнению с реальными условиями после установки.

В целях обеспечения безопасных рабочих условий на протяжении предназначенных 50 лет службы, отдельные рекомендации для монтажных работ были заказаны из «Merko Ehitus» AS. Для безопасной эксплуатации в течение всего срока отводы были залиты в железобетон, выдерживающий нагрузку до 32 тонн, порожденной изменением направления потока текущей воды. Монтажные работы были выполнены «Eesti Energomontaaž» AS.

 

Все произведённые для проекта трубы проходили тщательный осмотр. Основные параметры как толщина сплошной стенки, высота профиля, ширина профиля и т.д. были измерены на каждой трубе. Также контролировались параметры сгона и раструба перед отправкой на объект. Все записи измерения были представлены заказчику. Для контроля были использованы ультразвуковые толщиномеры и измерительные ленты.

Все сварные швы выполнены (как сварка экструдером так и электромуфтовая сварка) были зафиксированы в дневниках проведения сварки согласно стандартам DVS.

В дополнение, все сварные швы были позже протестированы с помощью искры-тестера. Протоколы тестирования и дневники сварки были предоставлены заказчику вместе с другой документацией. Кроме того, компания «Plaspitec» GmbH из Германии была включена в качестве консультанта.

Трубопровод был протестирован под давлением до сдачи в эксплуатацию. Испытательное давление составляло 1,25 раза от максимального эксплуатационного пика давления. До достижения испытательного давления, трубопровод подвергался рабочему давлению в течении 0,5 часа. После этого, трубопровод держали под испытательным давлением 1,25 бар в течение 2 часов. Затем, давление снизили до уровня максимального рабочего давления и удерживали его в течении 0,5 часа. Трубопровод прошёл испытание без каких-либо утечек.

Трубопровод успешно приняли в эксплуатацию в Ноябре 2010, по истечении двух месяцев с момента начала установки.

Релайнинг профилированных труб из полиэтилена является экономически обоснованным методом по обновлению труб покрытых коррозией, негерметичных или поврежденных стальных трубопроводов. Даже сложные изомеры и геометрии труб могут быть дублированы благодаря гибкости процедуры производства и различных возможностей для сварки пластика и укладки труб. Процесс винтовой экструзии труб даёт производителю возможность изготовить наиболее подходящий профиль труб и фасонных деталей для конкретного проекта. Возможно изготовить трубы почти любой толщины и профиля.