Внутренняя ЦПП (стр. 2 )

Коэффициенты гидравлического сопротивления стальных и чугунных трубопроводов в условиях Московского водопровода интенсивно возрастают в первые 5-6 лет эксплуатации. Для водоводов первого подъема этот рост составляет 50-80 % первоначальных значений λ, для водоводов второго подъема – 60-100%.

Коэффициент Кλ увеличивается и уменьшается в зависимости от диаметра трубопровода. Это объясняется тем, что, помимо увеличения шероховатости внутренней поверхности труб диаметром 600 мм и выше Кλ в среднем составляет 2 раза, то для труб диаметром 200 мм эта величина увеличивается до 3-4 раз.

Очистка внутренней поверхности с последующим нанесением защитных цементно-песчаных покрытий обеспечивает снижение коэффициентов λ до уровня, соответствующего табличным значениям для неновых труб ().

Проведение в обязательном порядке измерения коэффициента гидравлического сопротивления до санации и после нее является целесообразным мероприятием. По результатам измерения можно проверить качество проводимых облицовочных работ. В дальнейшей после нанесения на внутреннюю поверхность труб защитных цементных покрытий (т. е. после проведения ремонтно-восстановительных работе. цементных покрытий () наот ке измерения коэффициента гидравлического сопротивления 3-4 раз.00 мм и выше тенсивно возрастаю) измерения гидравлического сопротивления проводить нецелесообразно.

Учитывая высокую эффективность нанесения внутренних защитных покрытий, целесообразно применять их на вновь строящихся трубопроводах непосредственно перед или после укладки.

В качестве критерия очередности проведения санации эксплуатируемых участков трубопроводов может служить:

- повышенная аварийность на участках сети;

- значимость участка в отношении пропускной способности в целом для системы подачи и распределения воды;

- физический износ материала труб и др.

3.3. Технико-экономическая эффективность восстановления водопроводных сетей бестраншейными методами (на примере нанесения цементно-песчаных покрытий)

Комплексный анализ преимуществ восстановления водопроводных сетей бестраншейными методами может быть осуществлен на основе проведения расчета экономической эффективности по следующим вариантам:

·  Сравнение с прокладкой нового трубопровода взамен старого открытым способом;

·  Изменение пропускной способности трубопроводов;

·  Снижением затрат электроэнергии на подачу воды;

·  Снижением реального объема утечек на водопроводных сетях;

·  Сравнением с прокладкой нового дублирующего трубопровода.

За базовый вариант сравнения при определении годового экономического эффекта принята стоимость прокладки нового трубопровода. Расчет проведен для водоводов диаметром 1400 мм (цены 1984 г.). Стоимость нового водовода рассчитана по сборнику укрупненных комплексных расценок (УКР) на строительные работы для Москвы.

Срок службы стальных трубопроводов принят равным 20 годам в соответствии с действующими нормативами амортизационных отчислений. Срок службы восстановленных трубопроводов исчисляется равным 50 годам. Ниже приводятся экономические показатели варианта строительства ноаого водовода (вариант аналог) и варианта восстановления (вариант-новая техника).

1.  Стоимость прокладки нового водовода диаметром 1400 мм по УКР с накладными расходами и плановыми накоплениями составит 134,51 тыс. руб. (К1),

2.  Годовые эксплуатационные затраты (С1) составят:

а) среднегодовой расход по оплате электроэнергии за 20 лет (табл. 7, ст. 8):

3.  Э=(5230,7+5920,9+6581,4+7275,1+7967,3+8314,6х15)/20=7,88 тыс. руб.

б) капитальный ремонт (по действующим нормам амортизационных отчислений 0,5 % от стоимости прокладки):

134,51х0,005=тыс. руб.

Итого годовые эксплуатационные затраты на 1 км по сравниваемым вариантам составят:

З1=8,55+134,51х15=28,73 тыс. руб.

Таблица 7.

Данные по расчету стоимости электроэнергии по сравниваемым вариантам

Трубопровод без защитного покрытия
Годы эксплуатации	Расход воды, м3/с Q	Потери напора, м вод. ст Н	Мощность кВт N	Расход Эл. энергии кВт х ч год	Плата за установл. мощность, 36 руб/год	Стоимость потребления Эл. энергии, руб. за 1 кВт	Общая стоимость по оплате Эл. энергии. руб/год
1	2	3	4	5	6	7	8
1	2.2	1.51	42.32	370723.2	1523.5	3707.2	5230.7
2	2.2	1.71	47.9	419604	1724.4	4196	5920.4
3	2.2	1.9	53.25	466470	1917	4664.7	6581.4
4	2.2	2.1	58.86	515613.6	2119	5156.1	7275.1
5	2.2	2.3	64.46	564889.6	2326.6	5646.7	7967.3
6 и более	2.2	2.4	67.27	589285.2	2421.7	5832.9	8314.6
Трубопровод с защитным покрытием
1	2.2	1.41	39.52	346195.2	1422.7	3462.0	4884.7

Расчет эффективности восстановления по изменению (увеличению) пропускной способности трубопроводов. Эффективность мероприятий, связанных с восстановлением трубопроводов, можно оценить по изменению величины пропускной способности трубопроводов по формуле:

Q2=Q1х √(λ1/λ2)х(D25/ D15),

Где Q2 – пропускная способность сети после проведения восстановительных работ, м3/с;

λ1 и λ2 - коэффициенты гидравлического трения соответственно до и после работ по восстановлению трубопровода;

D1 и D2 - диаметры трубопровода соответственно до и после восстановления.

Как указывалось выше, изменение диаметра трубопроводов до и после восстановления при определении увеличения пропускной способности труб можно пренебречь. Данное обстоятельство объясняется тем, что эквивалентная шероховатость эксплуатируемых трубопроводов Московского водовода в среднем составляет 8-10 мм, а толщина защитного цементно-песчаного слоя, как правило, 7-10 мм. Другими словами, в процессе восстановления практически не наблюдается изменения внутреннего диаметра трубопровода.

Анализируя данные экспериментов по гидравлическим испытаниям на 3-м Краснопресненском водоводе второго подъема диаметром 1220 мм, можно оценить относительное увеличение его пропускной способности до и после ремонтных работ.

Исходными данными для расчета являются:

- толщина наростов за 28 лет эксплуатации водовода, составляющая 22 мм;

- толщина цементно-песчаного покрытия, составляющая 6 мм;

- полученные опытным путем коэффициенты гидравлического трения необлицованного и облицованного трубопроводов.

Используя результаты гидравлических испытаний и производя аналогичные расчеты для трубопроводов меньшего диаметра, можно констатировать, что относительное увеличение пропускной способности труб диаметром мм может составить после операций нанесения цементно-песчаного покрытия 62-90%.

Таблица 8.

Данные по расчету экономии электроэнергии при реабилитации трубопроводов.

Диаметр d, мм	Скорость V, м/с	Расход Q, м3/с	1000 i, м вод. ст.	Кλ= λ1/λ2	Снижение потерь напора ∆H, м вод. ст.	Снижение мощности на транспортировку воды ∆ N, кВт	Снижение расхода электроэнергии на транспортировку воды ∆Э, тыс. кВт * ч/год	Снижение расхода электроэнергии в период нормативного срока службы 20 лет тыс. кВт*ч/год
1	2	3	4	5	6	7	8	9
200	1.11	0.038	10.2	3.0	20.4	9.5	83.22	1664.4
250	1.13	0.06	7.96	3.0	15.92	11.7	102.5	2050.0
300	1.17	0.089	6.74	2.6	10.78	11.76	103.0	2060.0
400	1.21	0.163	4.94	2.6	7.9	15.794	138.3	2766.0
500	1.32	0.276	4.41	2.3	5.73	19.387	169.83	3396.6
600	1.27	0.378	3.24	1.9	2.92	13.54	118.61	2372.2
700	1.31	0.52	2.9	1.8	2.32	14.788	129.54	2590.8
800	1.35	0.685	2.59	1.8	2.07	17.376	152.21	3044.2
900	1.39	0.89	2.35	1.8	1.88	20.515	179.71	3594.2
1000	1.47	1.16	2.29	1.8	1.83	26.021	227.94	4558.8
1200	1.48	1.68	1.85	1.8	1.48	30.52	267.35	5347.0
1400	1.48	2.2	1.41	1.8	1.13	30.54	267.53	5350.6

В табл. 9 приведены данные расчета экономии электроэнергии в относительных единицах за счет реабилитации трубопроводов путем нанесения внутренних защитных цементно-песчаных покрытий. За базовый вариант принят вариант без защитного покрытия. Также принято, что пропускная способность санированного трубопровода остается неизменной во времени. Следовательно, ее мощность, затрачиваемая на транспортировку воды, и расход электроэнергии остаются неизменными в течении 5 лет эксплуатации трубопровода.

Новый трубопровод без внутренних защитных покрытий подвергается коррозийным обрастаниям. За 5 первых лет эксплуатации увеличение гидравлического сопротивления происходит по линейной зависимости до максимального значения, а затем остается неизменным на весь срок эксплуатации трубопровода.

Коэффициент увеличения гидравлического сопротивления принят 2.0 (усредненный для труб мм).

Данные табл. 9 свидетельствуют о высокой эффективности облицовочных работ, приводящих к снижению мощности, затрачиваемой на транспортирование воды, и расхода потребляемой электроэнергии.

Анализируя данные табл. 9, можно отметить следующее:

- на 6-й год эксплуатации степень увеличения расхода электроэнергии на незащищенном облицовкой участке составляет 50% по сравнению с облицованным, а суммарное увеличение расхода электроэнергии за 5 лет составит 117%.

- за 10 лет эксплуатации степень увеличения расхода электроэнергии достигнет 427%, за 20 лет – 927%, за 30 лет – 1427% и за 50 лет – 2427%.

Итак, для обеспечения пропуска расчетного количества воды в необлицованном трубопроводе по мере возрастания срока его эксплуатации требуется постоянное увеличение расхода потребляемой электроэнергии для подачи воды с повышенным напором, т. е. увеличение эксплуатационных затрат. При этом не исключено, что неизбежно будут возрастать и капитальные затраты за счет необходимости строительства дополнительных промежуточных насосных станций подкачки, призванных обеспечить повышение напора в сети. Это объясняется тем, что при варианте подачи воды с использованием установленного ранее насосного оборудования за счет изменения схемы его включения, например, на последовательную работу агрегатов, или за счет монтажа более мощных насосных агрегатов повышается вероятность возникновения аварий на трубопроводах, роста утечек воды через неплотности соединений труб, а также увеличения доли утечек и нерасходов воды у потребителей вследствие повышения напоров у водоразборной арматуры.

Эффективность восстановления по сравнению с прокладкой нового дублирующего трубопровода и прочисткой действующего трубопровода. Строительство дублирующей нитки трубопровода может решить задачу транспортирования расчетного количества воды. Однако это решение сопряжено со значительными капитальными затратами. Учитывая, что пропускная способность труб вследствие обрастаний снижается обычно не менее чем в 1,5-2 раза, для обеспечения пропуска расчетного количества воды диаметр дублирующего трубопровода должен быть не меньше, чем действующего, с учетом того, что вновь проложенный трубопровод подвергнется обрастаниям аналогично действующему. При этом варианте расход электроэнергии по сравнению с базовым повысится незначительно, однако общие эксплуатационные расходы возрастут вследствие увеличения затрат на содержание нового трубопровода (уход, ремонт, профилактическое обслуживание и т. д.).

Таблица 9.

Данные по расчету увеличения расхода электроэнергии в невосстановленных трубопроводах.

Год эксплуатации трубопровода	Значение Кλ	Степень увеличения расхода электроэнергии,%
1	1.2	16.7
2	1.4	28.5
3	1.6	37.5
4	1.8	44.4
5	2.0	50.0
С 6 до10 лет	2.0	50х5=250
С 6 до10 лет	2.0	50х15=750
С 6 до10 лет	2.0	50х25=1250
С 6 до10 лет	2.0	50х45=2250

В отношении эффективности механической и гидромеханической очистки действующих трубопроводов как альтернативного варианта восстановления можно отметить, что при их реализации достигается первоначальная пропускная способность сетей. Однако после очистки трубопроводы вновь подвергаются обрастаниям в течении первых 2-3 лет эксплуатации. Таким образом, в пределах расчетного эксплуатации стального трубопровода (20 лет) потребуется неоднократное (6-10) проведение работ по его очистке от продуктов коррозии и биообрастаний. Учитывая данные технико-

экономического сравнения различных вариантов, можно отметить, что годовые приведенные затраты на проведение регулярных прочисток действующего трубопровода по сравнению с однократным нанесением на внутреннюю поверхность цементно-песчаного покрытия могут возрасти до 30%.