Коррозионное воздействие на металлические конструкции характеризуется скоростью коррозии, которая зависит от ряда одновременно действующих факторов, разделяющихся на внутренние и внешние. Внутренними факторами являются: марка стали, технология ее изготовления, тип структуры, состояние поверхности (высота выступов эквивалентной шероховатости). Внешними факторами являются: химический состав воды, характеристики движения потока (скорость течения, статическое и гидродинамическое давление на стенки трубы, температура воды и др.). Скорость коррозии выражается разными способами.
На каждой площадке была зафиксирована толщина стенки в момент обследования (таблица 1, рисунок 4).
Таблица 1 - Размещение фактических фиксированных толщин стенки дюкера по его длине
|
Расстояние , м |
25 |
50 |
75 |
100 |
125 |
150 |
175 |
200 |
225 |
||
|
Толщина стенки д, мм |
3,0 |
2,97 |
2,90 |
2,85 |
2,79 |
2,75 |
2,70 |
2,65 |
2,60 |
||
|
250 |
275 |
300 |
325 |
350 |
375 |
400 |
425 |
450 |
475 |
497 |
|
|
2,55 |
2,49 |
2,43 |
2,40 |
2,35 |
2,29 |
2,24 |
2,20 |
2,10 |
2,05 |
2,00 |
Рисунок 4 - График зависимости оставшейся толщины стенки по участкам дюкера в результате коррозионных процессов
В результате компьютерной обработки полученных данных была установлена зависимость толщины стенок дюкера от линейного расстояния между начальным створом сооружения и исследуемой точкой. График, приведенный на рисунке 4, имеет прямую линию, которая описалась следующим уравнением:
,
где - толщина стенки дюкера (мм) в данной точке графика;
- коэффициент при параметре , безразмерный;
- расстояние от входного отверстия дюкера до данной точки, м;
- свободный коэффициент линейной зависимости, мм.
Расчетная величина достоверности аппроксимации R2 = 0,9981.
Полученные сведения указывают на постепенное уменьшение толщины стенок металлического трубопровода в зависимости от расстояния между входом в дюкер и исследуемыми участками. Это обусловлено возрастающим давлением воды на внутреннюю поверхность стенок дюкера и более интенсивным воздействием на нее абразивных частиц, содержащихся в движущихся массах воды, что, в свою очередь, способствует более интенсивному развитию коррозионных процессов.
Чтобы продлить срок действия конструкций из металла, применяют различные способы защиты от коррозии. В настоящее время применяются бестраншейные методы ремонта и реконструкции дюкеров [2, 17, 18], с применением ингибиторов, наносимых на поверхность конструкции для улучшения функциональных свойств металла [19-23].
На современном этапе для металлических изделий внедряются покрытия, приготовленные на водной основе. Эти антикоррозионные средства уже успели себя зарекомендовать с положительной стороны: они не уступают по качеству известным различным покрытиям на других основах, являются долговечными и цена их намного ниже других средств. Главный плюс антикоррозионного средства на водной основе состоит в том, что это средство является экологически чистым. Оно практически не имеет запаха, не испускает вредных паров. При нанесении таких средств на покрываемые поверхности исключается необходимость в использовании специальной защиты.
Кроме красок на водной основе уже существуют и разрабатываются новые вещества, такие как водные отвердители и смолы.
Для восстановления дюкера № 2, увеличения его надежности и продления срока эксплуатации на несколько десятков лет необходимо выбрать такой способ реконструкции, который позволил бы реанимировать трубу дюкера в кратчайшие сроки и с меньшими материальными и денежными затратами.
В первую очередь желательно очистить трубы от образовавшейся коррозии, подготовив их к дальнейшим защитным мероприятиям. Пескоструйная обработка труб, которая решает все задачи подготовки внутренней поверхности дюкера за одну операцию, для дюкера № 2 неприемлема.
Вопрос заключается в том, что при очистке от коррозии при толщине стенки на участках трубы в 2 мм может произойти полное истирание стенки. Такая ситуация влечет за собой увеличенные затраты на ремонт.
В последние годы для ремонта изношенных дюкеров стал применяться метод протягивания полимерных труб в существующий дюкер. Диаметр полимерных труб незначительно меньше, чем внутренний диаметр трубы дюкера, или практически одинаков с ним. Перед протягиванием полимерная труба предварительно сжимается, а по окончании протягивания получает последующее естественное расширение. Установка полимерной трубы приводит к небольшому сужению поперечного сечения, компенсирующемуся небольшим увеличением скорости за счет того, что коэффициент шероховатости полимерной трубы меньше, чем металлической.
В настоящее время предложен новый метод восстановления трубопроводов большого диаметра и дюкеров (рисунок 5).
Рисунок 5 - Мягкий полиэфирный рукав2
Сущность метода заключается в том, что в трубе дюкера прокладывается мягкий полиэфирный рукав2 Технология восстановления дюкеров с помощью двухслойных полимерных конструкций [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https:ros-pipe.ru/clauses/stroi-telstvo-remont-truboprovodov/tekhnologiya-vosstanovleniya-dyukerov-s-pomoschyu-/, 2020., предварительно пропитанный полиэстровой, эпоксидной или винилэстровой смолой. Начало рукава прикрепляется к входному отверстию дюкера, а остальная часть рукава проталкивается в трубу. Конец рукава должен быть загерметизирован. После этого рукав наполняется водой, под действием которой он постепенно начинает выворачиваться в старом трубопроводе по направлению к выходному отверстию дюкера. Спустя некоторое время происходит полное выворачивание рукава при достижении рукавом конца трубопровода.
Этот способ также не подходит для реконструкции дюкера № 2. Ситуация заключается в том, что для достижения полимеризации вода в вывернутом рукаве должна быть подогрета до температуры около 95 °С. Такая температура воды должна поддерживаться от 6 до 24 ч в зависимости от типа смолы и условий проведения работ. К этому следует добавить, что данный способ применим для реконструкции труб, длина которых меньше 300 м.
В последние годы для ремонта стальных дюкеров нашла применение технология холодного обжатия при санации дюкеров полиэтиленовыми трубами в Москве, Твери и ряде других городов.
В данной технологии ремонт существующих трубопроводов осуществляется с применением полиэтиленовых труб со стандартным значением SDR. Наружный диаметр этих труб должен быть равным (или немного больше) внутреннему диаметру трубы дюкера, в который должна поместиться вставляемая труба.
Сущность данного метода состоит в следующем. Полиэтиленовую трубу предварительно сваривают в плеть. После этого ее обжимают с помощью специальной установки до такой степени, чтобы ее наружный диаметр уменьшился на 7-10 %. Несмотря на эту операцию, сечение обработанной трубы не меняет свою конфигурацию, остается круглым. В этой форме уменьшенный диаметр сохраняется продолжительное время, необходимое и достаточное, чтобы труба была подготовлена к протяжке. К этому обжатому участку полиэтиленовой трубы для стыковки очередного отрезка свободно, без негативных последствий может применяться операция стыкового соединения с помощью устройства для сварки полиэтилена.
Полиэтиленовая плеть, получившая обжатие, протягивается внутрь восстанавливаемого дюкера любым способом, с помощью трактора или при помощи лебедки. После этого внутрь трубы под давлением подается холодная вода. Благодаря этому полиэтиленовая труба расширяется, достигая первоначального диаметра, и плотно прилегает к стенкам трубы изношенного дюкера.
Минимальное время для восстановления исходного диаметра (реверсии) - 12 ч. За это время в материале трубы происходит восстановление внутренних напряжений.
При срочной необходимости данный способ позволяет за одну протяжку осуществить восстановление участка трубопровода длиной до 1,5 км. Приведенная технология имеет ряд преимуществ перед технологиями, приведенными выше. Ими являются [24]:
- возможность остановки и возобновления процессов обжатия и протяжки в любой момент, без ущерба и проведения дополнительных мероприятий;
- благодаря плотному прижатию полиэтиленовой трубы к внутренней поверхности существующего трубопровода отпадает необходимость в устройстве «неподвижных опор». Этот способ не требует проведения дополнительных мероприятий по компенсации линейных расширений трубы в результате сезонных колебаний температуры. При этом способе отсутствует нагрузка на трубопроводную арматуру и фасонные части;
- сечение исходного трубопровода после восстановления уменьшается только на толщину стенки используемой полиэтиленовой трубы, благодаря чему увеличивается или как минимум сохраняется его исходная пропускная способность.
Выводы
1 Материалы и создание методов защиты от коррозии имеют первостепенную значимость для народного хозяйства, так как в Российской Федерации ежегодные потери металлов из-за их коррозии составляют до 12 % общей массы металлического фонда, что соответствует утрате до 30 % ежегодно производимого металла. Снижение надежности стальных дюкеров вследствие их коррозионного износа приводит к созданию чрезвычайных ситуаций и нарушению экологического состояния мест их размещения.
2 Необходимость выработки мероприятий по защите металлических конструкций от коррозии продиктована тем, что основной ущерб от коррозионных воздействий - это выход из строя значительной части металлических конструкций, так как вследствие коррозии они теряют прочность, надежность и другие необходимые качества.
3 Методов борьбы с коррозией достаточно много, но для металлических дюкеров с потерей толщины стенок трубы 70 % и более подходит незначительная часть. Из приведенных выше мероприятий следует отметить метод прокладки в трубе дюкера мягкого полиэфирного рукава. Единственным недостатком этого метода является нагрев воды в рукаве до 95 °С с сохранением такой температуры от 6 до 24 ч.
4 Из числа существующих в настоящее время способов реконструкции стального дюкера больше всего подходит технология холодного обжатия при санации дюкеров полиэтиленовыми трубами. Данный способ при срочной необходимости позволяет за одну протяжку осуществить восстановление участка трубопровода длиной до 1,5 км.
Список использованных источников
1 Алханчуртский канал [Электронный ресурс] / Д. В. Козлов, А. Н. Данильченко, И. В. Корнеев, С. А. Максимов. - Режим доступа: https:water-rf.ru/Водные_объекты/
881/Алханчуртский_канал, 2019.
2 Кравченко, А. Н. Инженерно-геологическое обоснование перспектив применения бестраншейных технологий прокладки дюкеров / А. Н. Кравченко // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ, 2007. - № 6. - С. 103-106.
3 Семенова, И. В. Коррозия и защита от коррозии / И. В. Семенова, А. В. Хорошилов, Г. М. Флорианович. - М.: Физматлит, 2010. - 416 с.
4 Коррозия металлов и современные меры борьбы с ней в вооруженных силах Российской Федерации / В. А. Филонова, Е. А. Фроловичева, В. В. Шеина, Е. Н. Френкель // Студенческий научный форум - 2015: материалы VII Междунар. студен. науч. конф. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https:files.scienceforum.ru/pdf/2015/15320.pdf.
5 Мухин, В. А. Коррозия и защита металлов: учеб.-метод. пособие / В. А. Мухин. - Омск: Омск. гос. ун-т, 2004. - 112 с.
6 Ромейко, В. С. Защита трубопроводов от коррозии / В. С. Ромейко. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: ВНИИПМ, 2002. - 218 с.
7 Коррозия металлов / О. А. Чепкасова, А. А. Селезнева, А. И. Садилов, С. В. Хмелев // Молодой ученый [Электронный ресурс]. - 2015. - № 23. - С. 260-261. - Режим доступа: https:moluch.ru/archive/103/23845/.
8 Ashworth, V. Principles of cathodic protection / V. Ashworth // Shreir's Corrosion. - 2010. - Chap. 4.18. - P. 2747-2762.
9 Huang, Y. Experimental study on seawater-pipeline internal corrosion monitoring system / Y. Huang, D. Ji // Sensors and Actuators B: Chemical. - 2008. - Vol. 135, iss. 1. - P. 375-380. - DOI: 10.1016/j.snb.2008.09.008.
10 Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*: СП 16.13330.2011: утв. М-вом регион. развития Рос. Федерации 27.12.10. - М.: ЦПП, 2011. - 172 с.
11 Инженерные конструкции: учебник / В. В. Ермолов, Н. В. Лебедева, Г. П. Макаров, В. Н. Голосов; под ред. В. В. Ермолова. - М.: Архитектура-С, 2007. - 406 с.
12 Металлические конструкции: учеб. для вузов / Ю. И. Кудишин, Е. И. Беленя, В. С. Игнатьева, А. Б. Пуховский, Г. С. Ведеников, Б. Ю. Уваров, С. М. Астряб, В. Н. Валь, Ю. В. Соколов, Т. Н. Морачевский, Д. Н. Стрелецкий; под ред. Ю. И. Кудишина. -
13-е изд., испр. - М.: Академия, 2011. - 680 с.
13 Методические указания по выбору комплекса уходных эксплуатационных работ при аварийных сбросах магистральных каналов оросительных систем в зависимости от характеристик объекта-представителя / С. М. Васильев, Ю. Е. Домашенко, Ю. Ф. Снипич, П. В. Калинин, Н. А. Антонов, М. А. Ляшков, А. О. Матвиенко; ФГБНУ
«РосНИИПМ». - Новочеркасск, 2015. - 40 с.
14 Васильев, С. М. Регулирование управленческих процессов в структурированных проблемных ситуациях АПК / С. М. Васильев, Ю. Е. Домашенко // Вестник российской сельскохозяйственной науки. - 2016. - № 4. - С. 12-13.