bbk 000000

УДК 628.146:628.25

Зайцева С.Г., Астраханцев Д. В., Кирсанов А. А., Сопыряев М. Н.

Применение современной трубопроводной арматуры на объектах МП «Самараводоканал»

Аннотация

МП «Самараводоканал» является одним из крупнейших предприятий города, обеспечивает услугами водоснабжения и водоотведения население, промышленные и теплоэнергетические объекты г. Самары. Предприятие обслуживает четыре комплекса насосно-фильтровальных станций общей производительностью более 1 млн. м³/сут, городские очистные сооружения производительностью 1 млн. м³/сут, 182 насосные станции подкачки, а также 1533,2 км водопроводных и 1209,4 км канализационных сетей. Представлен опыт применения современной трубопроводной арматуры на объектах МП «Самараводоканал». Сформулированы общие принципы выбора типа арматуры в зависимости от места применения. Показана экономическая эффективность и технические преимущества от внедрения современной запорной арматуры.

Ключевые слова

надежность , трубопроводная арматура , задвижка , поворотно-дисковый затвор , ремонтопригодность

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

Трубопроводная арматура является неотъемлемой частью как водопроводных и канализационных сетей, так и очистных сооружений и обеспечивает надежность их функционирования. На распределительных сетях г. Самары установлено более 25 тыс. единиц трубопроводной арматуры, на очистных сооружениях – порядка 4 тыс. (всего 29 032 шт.).

Самарский Водоканал – один из старейших водопроводов в России имеет богатую историю. Некоторые участки и элементы сети находятся в эксплуатации более 100 лет. Так, в 2010 г. на Главной водопроводной станции была извлечена чугунная задвижка Д_у 500 мм, установленная более 100 лет назад (рис. 1). Она была произведена в Самаре на мануфактуре «Журавлевы», о чем свидетельствует надпись, отлитая на корпусе. Задвижка станет частью экспозиции музея, посвященного истории Водоканала г. Самары.

В то же время этот примечательный, с точки зрения истории Водоканала, случай свидетельствует о том, что плановая замена и ремонт основных фондов отстают от скорости их износа. Эта ситуация знакома руководителям многих Водоканалов и связана с недостаточным финансированием коммунальных систем в 1980–1990-х годах. Обеспечение надежного функционирования сетей и сооружений невозможно без модернизации арматуры и трубопроводов.

За последние 15 лет количество единиц арматуры на балансе предприятия выросло на 50%: с 16,6 тыс. в 1994 г. до 25 тыс. в 2010 г. (таблица). К сожалению, это увеличение произошло не только за счет строительства новых участков сети, но и за счет принятия на баланс от города внутриквартальных сетей, которые находятся в ветхом состоянии. Так, в 2008–2010 годах на баланс Водоканала было принято порядка 85,8 км ветхих сетей, что привело к росту аварийности и увеличению доли арматуры, заменяемой в аварийном порядке. Ежегодно в плановом порядке меняется от 0,3 до 1,6% арматуры, аварийно – от 0,25 до 3%, в целом – от 0,5 до 4,1% при необходимости не менее 5% в год (рис. 2).

В то же время, начиная с 2006 г., Водоканал ежегодно наращивает объем заменяемой арматуры как в процентном, так и в абсолютном значении (таблица, рис. 3). Если в 2000–2004 годах менялось от 100 до 200 единиц в год, то в 2010  г. было заменено свыше 1000 шт. При этом последние 8 лет Водоканал отдает предпочтение преимущественно современной импортной арматуре.

Изменить ситуацию, т. е. перейти от постоянного аварийного ремонта к планомерному обновлению возможно путем внедрения современного высококачественного оборудования с длительным сроком службы и безотказной эксплуатацией. Опыт применения арматуры показывает, что инвестиции в замену арматуры не только обеспечивают возможность стабильного функционирования системы, но и могут быть окупаемыми как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе.

При выборе арматуры специалисты МП «Самараводоканал» учитывают два основных фактора, обеспечивающих надежность и долгий срок службы, – это выбор оптимального типа арматуры в соответствии с местом применения и обеспечение гарантий качества изделия. В последние годы на рынке представлен широчайший ассортимент арматуры, поэтому в первую очередь необходимо определиться с тем, какие требования предъявлять к ее качеству.

Задвижки. В советские годы основным и практически единственным типом запорной арматуры являлись задвижки, которые применялись повсеместно. Многие из них эксплуатируются до сих пор. Используемое в то время уплотнение «металл–металл» очень быстро теряло герметичность, в результате чего появлялись утечки и потери воды через арматуру. Внутреннее сечение задвижек с металлическим уплотнением имеет седло в виде углубления в нижней части, которое часто забивается окалиной, что приводит к заклиниванию задвижки и невозможности полностью перекрыть поток. Современные задвижки с обрезиненным клином имеют абсолютно гладкое внутреннее сечение, которое исключает подобные проблемы. Используемый для гуммирования клина материал EPDM безопасен для питьевой воды и сохраняет эластичность в течение десятилетий. К настоящему времени на водопроводных сетях Самары 1503 задвижки (6%) с уплотнением «металл–металл» заменены задвижками с обрезиненным клином или современными поворотно-дисковыми затворами (390 шт.). Вся плановая замена арматуры производится с применением современного трубопроводного оборудования.

Во многих задвижках не учитывается момент сочетания металлов, из которых выполнены контактирующие элементы. В нормальном положении задвижки, используемые на сетях, открыты и могут оставаться в таком положении многие годы. Задвижка закрывается при аварии или штатной необходимости изолировать участок сети. Если материалы подобраны без учета их взаимодействия, то при длительном контакте происходит так называемая «холодная сварка» – соединение, которое должно быть подвижным, превращается в единый элемент, что приводит к невозможности оперативно изолировать участок сети. Для исключения этих проблем в современных задвижках гайка клина и втулка выполняются из специального медного сплава, который не вступает в реакцию со сталью штока.

Конструкцию и качество изготовления задвижки определяет крутящий момент – усилие, необходимое для открытия или закрытия задвижки. На крутящий момент влияют конструкция и масса клина, метод нанесения резьбы на шток, материалы и конструкция направляющих элементов. Разница в крутящем моменте особенно заметна при диаметрах более 250 мм и у различных производителей может отличаться до двух раз и более. Низкий крутящий момент – это не только удобство работы с задвижкой, но и показатель качества оборудования. Чем он ниже, тем меньше трение и износ деталей. Если задвижка используется с электроприводом, то чем ниже крутящий момент, тем меньшая требуется мощность электропривода.

Простая и проверенная временем конструкция клиновых задвижек по-прежнему является безусловным выбором как для сетей, так и для очистных сооружений (для трубопроводов диаметром до 300–400 мм). Современные задвижки с обрезиненным клином (рис. 4) не требуют обслуживания, обеспечивают герметичность и безотказную работу даже при редкой эксплуатации. Полнопроходное сечение позволяет использовать клиновые задвижки и в системах напорной канализации. В этом случае клин покрывается более жестким и устойчивым к метану эластомером NBR. На канализационных насосных станциях и напорных участках системы водоотведения г. Самары используются клиновые задвижки Д_у 100–1400 мм.

Для трубопроводов диаметром более 400 мм конструкция клиновых задвижек становится наиболее металлоемкой и габаритной из всех видов запорной арматуры. Поэтому при замене арматуры или перекладке трубопровода необходимо еще раз проверить исходные данные и сделать выбор между задвижкой и затвором. Применение задвижек диаметром более 400 мм целесообразно в том случае, когда необходимо обеспечить при открытом состоянии задвижки свободное проходное сечение, минимальные потери напора, отсутствие нарушения потока, или когда в воде присутствуют частицы, которые могут намотаться на вал поворотно-дискового затвора. Хотя затворы конструктивно сложнее и дороже в производстве, чем задвижки, с увеличением диаметра их стоимость вначале сравнивается, а при диаметре в среднем свыше 400 мм задвижки за счет высокой металлоемкости становятся дороже затворов. Для Д_у 1000 мм разница в цене может достигать нескольких раз. При прокладке новых сетей необходимо проводить суммарную оценку затрат стоимости арматуры и строительных работ, поскольку при использовании задвижек трубопровод следует прокладывать на глубине, обеспечивающей защиту от промерзания не только трубы, но и верхней части задвижки.

Поворотно-дисковые затворы. Первые поворотно-дисковые затворы (рис. 5), выпускавшиеся в Советском Союзе, были некачественными и ненадежными. Многие специалисты до сих пор не хотят их использовать, ссылаясь на негативный опыт прошлых лет. Однако современные поворотно-дисковые затворы во много раз превосходят задвижки по надежности и не уступают по долговечности. На объектах МП «Самараводоканал» уже более 8 лет эксплуатируются затворы импортного производства, которые не требуют обслуживания. Наиболее компактным типом арматуры являются межфланцевые дисковые затворы. Помимо компактных размеров, небольшого веса и более низкой (по сравнению с другими типами арматуры) стоимости такие затворы могут применяться для различных сред, в том числе агрессивных. Седло затворов полностью покрывает внутреннее сечение и может быть выполнено из различных эластомеров, а диск – из нержавеющей стали или других материалов. Межфланцевые затворы целесообразно использовать на участках с ограниченной свободной площадью при умеренной частоте циклов открытия–закрытия.

На участках сети, где арматура используется постоянно (например, задвижки на трубопроводах фильтров, которые открывают и закрывают каждый день), идеальным решением являются поворотно-дисковые затворы с двойным эксцентриком. Их конструкция позволяет равномерно распределять нагрузку на уплотнение, что обеспечивает долгий срок службы при частой эксплуатации.

Наиболее ответственные участки сети – напорные трубопроводы фильтров и трубопроводы после насосных агрегатов. Здесь арматура подвергается максимальному воздействию, поэтому такие участки целесообразно оснащать качественной арматурой известных производителей.

Еще одним инновационным решением, используемым в современной трубопроводной арматуре, является специальная конструкция редуктора, замедляющего скорость в начальной стадии открытия или закрытия диска. С помощью редуктора можно избежать резкого изменения давления и гидроудара, что особенно важно на напорных трубопроводах фильтров и после насосных агрегатов. Такие затворы применяются на насосных станциях второго подъема и фильтрах НФС-1 и НФС-2 г. Самары.

Утечки через уплотнения арматуры – основная причина потерь воды на станциях водоподготовки и частая проблема на сети. Замена арматуры позволяет устранить утечки и обеспечить значительную экономию электроэнергии. Трубопроводы дренажа промывки фильтров – это всегда большие диаметры труб (800–1200 мм), поэтому даже небольшое нарушение герметичности приводит к колоссальным потерям воды. Замена всех затворов водостоков фильтров Д_у 1200 мм на НФС-1 позволила отключить один насос мощностью 1,6 МВт на насосной станции первого подъема за счет снижения водопотребления. Таким образом, инвестиции в замену арматуры могут принести экономию довольно быстро.

Оптимальное применение поворотно-дисковых затворов с двойным эксцентриком – на наиболее ответственных участках, при частом использовании и на трубопроводах больших диаметров.

Запорная арматура больших диаметров. На водопроводной сети г. Самары установлено порядка 70 единиц крупногабаритной арматуры диаметром до 1200 мм. Арматура большого диаметра (свыше 800 мм) требует более пристального внимания при выборе производителя и конструктивных особенностей. Во-первых, запорный орган (клин или диск) имеет очень большую массу, соответственно возрастают нагрузки на остальные элементы и многократно повышаются риски неполадок. Во-вторых, за счет высокой металлоемкости арматура больших диаметров является дорогостоящей и длительной в изготовлении, поэтому в случае неисправности, даже при наличии гарантии, замены придется ждать несколько недель. Таким образом, важно выбирать изготовителя, имеющего реальный опыт производства арматуры больших диаметров с безупречной репутацией в плане надежности ее работы.

Предохранительная арматура. Предохранительные вантузы, обратные клапаны, клапаны защиты от гидроударов обычно устанавливаются по остаточному принципу или в случае очевидной необходимости, например для защиты насосов от обратного тока воды. Рекомендациями по монтажу предохранительной арматуры на практике часто пренебрегают, однако защита трубопроводов инженерных сооружений от негативных воздействий позволяет продлить срок службы ветхих сетей и дает дополнительный запас времени для их замены.

Нерастворенный в воде воздух, всегда присутствующий в трубопроводах, обусловливает целый ряд негативных воздействий, которые в целом снижают эффективность и надежность работы сети. В присутствии воздуха увеличивается скорость коррозии металлических труб и перехода железа из материала трубопроводов в питьевую воду, что в свою очередь ухудшает органолептические свойства питьевой воды. Скапливаясь в верхних точках трубопровода, воздух образует так называемые «воздушные пробки», которые увеличивают потери напора и погрешность приборов учета расхода.

Однофункциональные вантузы, которые автоматически эвакуируют воздух из напорного трубопровода, рекомендуется устанавливать в верхних точках трубопроводов. При комплексном подходе установка вантузов позволяет обеспечить экономию электроэнергии до 5–10% за счет снижения потерь напора, а также снизить скорость коррозии труб и другие негативные последствия, связанные с присутствием воздуха.

Комбинированные вантузы позволяют сбрасывать небольшое количество воздуха под давлением, а также впускать и выпускать большие объемы воздуха, необходимые для безопасного заполнения и опорожнения трубопроводов. В случае аварии на трубопроводе или внезапной остановки насоса наличие комбинированных вантузов предотвращает коллапс больших участков трубопровода, исключая образование вакуума.

На предприятии «Самараводоканал» уже несколько лет реализуется программа по установке и замене вантузов на сети. Современные вантузы отличаются высокой надежностью и практически не требуют обслуживания. Ключевым параметром при выборе предохранительной арматуры является безотказность работы, поскольку клапаны защиты должны автоматически сработать в нужный момент, и от их надежности зависит сохранность более дорогостоящего оборудования. Только за последний год на объектах МП «Самараводоканал» было установлено 106 воздушных клапанов на трубопроводы диаметром от 300 до 1200 мм.

Ремонтная и сервисная арматура. При проведении ремонтных и сервисных работ подразделения МП «Самараводоканал» активно используют современную специальную арматуру. Универсальные ремонтные хомуты и муфты позволяют максимально оперативно устранять аварии, сокращая время и расходы на ее ликвидацию.
В результате использования такой арматуры сокращаются сроки устранения аварий, уменьшаются потери воды, имеется возможность проведения ремонтных работ на трубопроводах под давлением. Среднее время на ликвидацию аварии трубопровода сокращается в 3 раза.

Бесколодезная арматура. В условиях прокладки новых трубопроводов возможность установки трубопроводной арматуры непосредственно в грунт без колодца, безусловно, обеспечивает значительную экономию средств за счет сокращения расходов на строительство колодцев. При суммарной оценке строительных работ и материалов бесколодезная арматура европейского производства оказывается экономичнее более дешевых аналогов, требующих устройства колодцев на сети. Возможность такой установки арматуры определяется ее качеством и конструкцией: она не должна нуждаться в обслуживании; срок ее службы должен соответствовать сроку службы трубопровода; внешняя антикоррозионная защита и защита редуктора должны допускать длительную эксплуатацию в обводненных грунтах; необходима опция управления задвижкой или затвором с поверхности.

Практически любая современная арматура отвечает этим требованиям, по крайней мере, согласно документации. Однако возникает вопрос доверия к заявленным характеристикам и гарантиям. Ремонт или замена арматуры, установленной бесколодезным способом, значительно более дорогостоящее мероприятие, нежели ремонт задвижки или затвора, доступ к которым не требует раскопок, поскольку гарантия производителя будет распространяться только на само изделие, а не на работы и затраты, связанные с его неисправностью.

Качество арматуры гарантирует окупаемость инвестиций, вложенных в модернизацию. При большом объеме работ по замене и ограниченных финансовых возможностях необходима уверенность в том, что недавно установленное оборудование не потребует новых вложений в ближайшие десятилетия. Основными параметрами, определяющими качество трубопроводной арматуры, являются литье, свойства антикоррозионного покрытия, используемые материалы, качество сборки и репутация компании-производителя.

Современная трубопроводная арматура для напорных систем изготавливается из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ). По своим прочностным характеристикам он приближается к стали. Как любой высокотехнологичный материал, ВЧШГ при производстве отливок требует применения специальных технологий, оборудования, квалифицированного персонала и специальных средств контроля.

Для обеспечения антикоррозионной защиты на изделия из ВЧШГ наносят эпоксидное покрытие, однако это не гарантирует надлежащую защиту от коррозии. Свойства покрытия зависят от метода его нанесения: для обеспечения прочности отливки должны быть предварительно обработаны и нагреты, а технология нанесения покрытия должна исключать наличие даже небольших незащищенных участков.

В конечном счете наилучшей гарантией качества оборудования служит его безотказная работа, поэтому при выборе производителя необходимо убедиться в наличии соответствующего положительного опыта в России или странах со схожими климатическими условиями.

Выводы

Стратегия развития МП «Самараводоканал» осуществляется с учетом долгосрочного планирования, что требует применения современной техники с гарантированным длительным сроком службы. Инвестиции в замену арматуры трубопроводов не только обеспечивают возможность стабильного функционирования системы, но и могут быть окупаемыми. Окупаемость достигается за счет снижения потерь воды, уменьшения числа аварий и эксплуатационных расходов на обслуживание. При выборе арматуры учитываются два основных фактора, обеспечивающие надежность и долгий срок службы, – это выбор оптимального типа арматуры в соответствии с местом применения и обеспечение гарантий качества изделия.