Лабораторна робота № 6. Гідравлічне випробування трубопроводів

Гідравлічне випробування трубопроводів

Год

Мета роботи:

1. Вивчити порядок проведення випробування трубопроводів при здачі їх в експлуатацію (ДБН В.2.5-74:2013, ДСТУ-Н Б В.2.5-40:2009).

2. Ознайомити з нормативними матеріалами, використовуваними при здачі трубопроводів в експлуатацію (ДБН В.2.5-74:2013).

3. Дослідити вплив повітря, що потрапляє до трубопроводу, на результати гідравлічного випробування водопровідної мережі (ДБН В.2.5-74:2013).

 

Матеріальне забезпечення

1. Лабораторна установка – труба сталева d=89мм, l= 28,9м.

2. Секундомір.

3. Мірна посудина.

Загальні вказівки

Трубопроводи систем водопостачання, а також закритих зрошувальних систем у процесі будівництва підлягають випробуванню на міцність і щільність гідравлічним або пневматичним способом. Спосіб випробування встановлюється проектом. Пневматичне випробування проводити заборонене, крім районів вічної мерзлоти й пустель (ДБН В.2.5 - 74:2013).

Залежно від ступеня відповідальності водоводів, водопровідних мереж або їх ділянок в розрахунках загальної міцності трубопроводів та їх несучої здатності необхідно враховувати:

- деформаційні наслідки від короткочасних випробувань, яким піддаються труби після їх виготовлення m₁= 0,9;

- зниження показників міцності труб в процесі експлуатації внаслідок старіння матеріалу, корозії або абразивного зносу m₂= 0,9;

- диференціації надійності водоводів, водопровідних мереж або їх ділянок та можливих економічних і соціальних наслідків виходу їх з ладу m₃ (приймається з ДБН В.2.5-74:2013, табл. 6.1).

 

Таблиця 6.1 - Диференціація надійності водоводів, водопровідних мереж або їх ділянок

Умови	Диференціація надійності водоводів, водопровідних мереж або ділянок та умови їх прокладання	Коефіцієнт m3
	Вихід з ладу призведе до катастрофічних наслідків	0,6
	При прокладанні у важкодоступних місцях та для дюкерів	0,8
	При прокладанні під вдосконаленими покриттями вулиць та автомобільних доріг	0,9
	Всі інші випадки прокладання	1,0

 

Загальний коефіцієнт міцності трубопроводів необхідно визначати за формулою:

m = m1 m2 m3

(6.1)

При відсутності небезпеки старіння матеріалу, корозії або абразивного зносу m₂ =1.

Приведений гранично допустимий розрахунковий тиск Р_гр, МПа (кгс/см²), для гнучких труб (сталеві та поліетиленові) необхідно визначати за формулою:

Pгр.=(1/m)×Р,

(6.2)

де P - розрахунковий тиск рідини у трубопроводі, МПа (кгс/см²).

Порядок і правила проведення гідравлічних випробувань регламентуються СНиП 3.05.04-85* (розділ 7), тому напередодні проведення лабораторної роботи варто вивчити його відповідні розділи і приділяти їм увагу. При гідравлічному випробуванні тиск у трубопроводах створюють нагнітанням води, а при пневматичному – нагнітанням повітря.

Випробування трубопроводів, що прокладаються в траншеях, непрохідних тунелях або каналах роблять двічі: попереднє (на міцність) до засипання траншеї й установлення арматури (гідрантів, запобіжних клапанів, вантузів); остаточне (на щільність) – після засипання траншеї й завершення всіх робіт на ділянці, але до установлення гідрантів, запобіжних клапанів, вантузів, замість яких тимчасово установлюються заглушки. Остаточне гідравлічне випробування починають через 24 години після засипання траншеї ґрунтом і заповнення трубопроводу водою (для металевих, азбестоцементних і поліетиленових труб), а для залізобетонних – не менше ніж через 72 години.

Розрахунок підземних трубопроводів на міцність слід виконувати:

- зі сталевих труб - згідно зі СНиП 2.04.12, ГОСТ 16037-80;

- з пластмасових - згідно з ДСТУ-Н Б В.2.5-40.

Величину випробувального тиску Р_в (перед здачею в експлуатацію) слід вказувати в проектах організації будівництва для кожної ділянки трубопроводу, виходячи з показників міцності матеріалу та класу труб, розрахункового внутрішнього тиску води, величин зовнішніх навантажень, які впливають на трубопровід у період випробування. За відсутності в проекті вказівок про величину гідравлічного випробувального (іспитового) тиску, остання приймається при попередньому і остаточному (заключному) випробуваннях відповідно до діючого ДБН В.2.5-74:2013.

Розрахункова величина випробувального тиску не повинна перевищувати таких величин для трубопроводів із труб:

- чавунних – заводського випробувального тиску з коефіцієнтом 0,5;

- залізобетонних та азбестоцементних – гідростатичного тиску, передбаченого ДСТУ або технічними умовами для відповідних класів труб за відсутності зовнішнього навантаження;

- сталевих і пластмасових – внутрішнього розрахункового тиску з коефіцієнтом 1,25.

При проведенні попередніх випробувань необхідно дотримуватися наступних умов: засувки повинні бути повністю відкриті, випробувальна ділянка відділяється від суміжних заглушками, а не закритими засувками. Трубопроводи чавунні, азбестоцементні, залізобетонні випробовують ділянками менше 1 км, поліетиленові – менше 0,5 км. Сталеві трубопроводи допускається випробовувати ділянками більше 1 км.

Попереднє гідравлічне випробування триває не менше 10 хв. для металевих, азбестоцементних і залізобетонних трубопроводів, а для поліетиленових - не менше 30 хв. Потім тиск знижують до робочого й роблять огляд трубопроводу.

Підтримувати іспитовий і робочий тиск на період оглядів і виявлення дефектів дозволяється підкачуванням води.

Напірний трубопровід уважається таким, що витримав попереднє гідравлічне випробування, якщо в ньому під тиском упродовж 10 хв., не відбувся розрив труб і фасонних частин, порушення стиків, а під робочим тиском - не буде виявлено витоків.

У випадку виявлення дефектів, вони повинні бути усунуті, а потім попереднє випробування повторюють.

Попереднє гідравлічне випробування напірного трубопроводу на міцність і герметичність варто робити в наступному порядку. При проведенні випробувань на міцність:

1. Підвищити тиск у трубопроводі до випробувального (іспитового) Р_в і шляхом підкачування води підтримувати його впродовж не менше 10 хв., не допускаючи зниження тиску більше, ніж на 0,1 МПа (1 кг/см²).

2. Знизити іспитовий тиск до внутрішнього тиску Р_р і, підтримуючи його шляхом підкачування води, зробити огляд трубопроводу з метою виявлення на ньому дефектів упродовж часу, необхідного для виконання цього огляду.

3. У випадку виявлення дефектів усунути їх і зробити повторне випробування трубопроводу.

Після закінчення випробування трубопроводу на міцність приступити до його випробування на герметичність, для чого:

1. Тиск у трубопроводі підвищити до величини іспитового тиску на герметичність Р_г;

2. Зафіксувати час початку випробування Т_н і заміряти початковий рівень води в мірному бачку h_м;

3. Спостерігати за падінням тиску в трубопроводі, при цьому можуть мати місце три варіанти його падіння:

перший — якщо упродовж 10 хв. тиск упаде не менше, ніж на два поділи шкали манометра, але не впаде нижче внутрішнього розрахункового тиску Р_р, тоді на цьому спостереження за падінням тиску слід закінчити;

другий — якщо упродовж 10 хв. тиск упаде не менше, ніж на два поділи шкали манометра, тоді спостереження за зниженням тиску до внутрішнього розрахункового тиску Р_р варто продовжити доти, поки тиск упаде не менше, ніж на два поділи шкали манометра (при цьому тривалість спостереження не повинна бути більше 3 годин для залізобетонних і 1 години — для чавунних, азбестоцементних і сталевих ділянок трубопроводу). Якщо після закінчення цього часу тиск не знизиться до внутрішнього розрахункового тиску Р_р, то варто скинути воду із трубопроводу в мірний бачок або заміряти об’єм скинутої води іншим способом;

третій — якщо упродовж 10 хв. тиск упаде нижче внутрішнього розрахункового тиску Р_р, то подальше випробування трубопроводу припинити й вжити заходів для виявлення й усунення прихованих дефектів трубопроводу шляхом витримування його під внутрішнім тиском Р_р доти, поки при ретельному огляді не будуть виявлені дефекти, що викликають припустиме падіння тиску в трубопроводі.

4. Після закінчення спостереження за падінням тиску за першим варіантом й завершення скидання за іншим варіантом, необхідно виконати наступне:

- Підкачуванням води з мірного бачка тиск у трубопроводі підвищити до величини іспитового тиску на герметичність Р_г, зафіксувати час закінчення випробування на герметичність Т_г і заміряти остаточний (кінцевий) рівень води в мірному бачку h_м.

- Визначити тривалість випробування трубопроводу (Т_к - Т_н) хв, обсяг підпомпованої води V у трубопровід з мірного бачка (для першого варіанта), різниця між обсягами підпомпованої у трубопровід води (для іншого варіанта) і розрахувати величину фактичної витрати додаткового об’єму, закачаної у трубопровід води q_n л/хв, за формулою:

qn = (V·B)/(Tк - Tн)

(6.3)

де V – зміна об’єму води в мірному баку від початку до кінця випробування (різниця підкачаного й випущеного об’ємів води);

В – коефіцієнт, прийнятий рівним 1 при падінні до 20% іспитового й 0,9 - при падінні тиску більше 20% іспитового;

Т – тривалість випробування, хв.

Заповнення трубопроводу додатковим об’ємом води при випробуванні на герметичність потрібно для: заміщення повітря, що вийшло через нещільності в з'єднаннях; заповнення об’єму трубопроводу, що виникли при незначних кутових деформаціях труб у стикових з'єднаннях, рухах гумових ущільнень у цих з'єднаннях і зсувах торцевих заглушок; додаткового замочування під іспитовим тиском азбестоцементних і залізобетонних труб, а також для заповнення можливих прихованих просочувань води в місцях, недоступних для огляду трубопроводу.

Розрахункова величина випробувального тиску не повинна перевищувати таких величин для трубопроводів із труб:

- чавунних - заводського випробувального тиску з коефіцієнтом 0,5;

- залізобетонних та азбестоцементних - гідростатичного тиску, передбаченого ДСТУ або технічними умовами для відповідних класів труб за відсутності зовнішнього навантаження;

- сталевих і пластмасових - внутрішнього розрахункового тиску з коефіцієнтом 1,25.

Трубопровід уважається таким, що витримав випробування, якщо витік не перевищує припустимого значення, наведеного в табл. 6.2.

Після випробування, перед пуском в експлуатацію водопровідні лінії повинні бути піддані промиванню водою з великою швидкістю (не менше 1 м/с). Лінії господарсько-питних водопроводів, крім того, піддають дезінфекції розчином, що містить 50 мг активного хлору на 1 л води. Хлорна вода винна перебувати в трубопроводі 1 добу.

 

 

Таблиця 6.2 - Припустимі значення витоків води на ділянці довжиною 1 км.

Умовний прохід, мм	Припустиме значення витоку для трубопроводів, л/хв
сталевих	чавунних	азбестоцементних	поліетилен
	0,28	0,7	1,4	0,28
	0,42	1,05	1,72	0,42
	0,56	1,4	1,98	0,56
	0,7	1,55	2,22	0,7
	0,85	1,7	2,42	0,85
	0,9	1,8	2,62	0,9
		1,95	2,8
	1,05	2,1	2,96	1,05
	1,1	2,2	3,14	1,1
	1,2	2,4	3,44	1,2
	1,3	2,55	3,7	1,3
	1,35	2,7	3,96	1,35
	1,45	2,9	4,2	1,45
	1,5		4,42	1,5

 

Опис лабораторної установки

Лабораторна модель (рис. 6.1) являє собою установку, яка відтворює процес випробування сталевого трубопроводу 1 діаметром 89 мм.

Підвищення тиску й поповнення витоку води здійснюється ручним гідравлічним пресом 2 або насосом із мережі міської системи водопостачання. Імітацію витоку здійснюється вентилем А.

Випуск повітря, обов'язковий під час проведення випробування, здійснюється через вентиль В, а відсутність повітря слід спостерігати через п'єзометр повітряного бачка 3.

Рис. 6.1 – Схема моделі установки для випробування сталевого трубопроводу