База знаний
08.04.2021

Пути развития системы контроля качества сварных соединений полиэтиленовых трубопроводов

Е. И. Зайцева, Ассоциация сварщиков полимерных материалов
И. П. Сафронова, Н. В. Прокопьев, Д. А. Черников, Группа Полипластик

Вопросами стабильного качества сварных соединений полимерных труб в настоящее время озабочены специалисты во всем мире. Большое внимание уделяется поиску и разработке новых методов и методик контроля при строительстве новых и ремонте старых трубопроводов.

Длительная и безаварийная эксплуатация полиэтиленовых трубопроводов в значительной степени определяется надежностью сварных соединений. Совершенствование композиций трубных марок ПЭ по сравнению с выпускаемыми 20–30 лет назад, увеличение доли применения многослойных (с соэкструзионными слоями) труб, труб больших диаметров, в т.ч. из PE-RT и PE-RC, расширение областей их применения в сложных природно-климатических условиях и в разных отраслях промышленности ставят перед производителями и исследователями новые, очень интересные задачи, которые требуют нестандартного подхода. В то же время, ряд полиэтиленовых трубопроводов (особенно в Европе) находится в эксплуатации уже почти 50 лет, в связи с чем встает вопрос технической диагностики, определения остаточного ресурса и пролонгации срока эксплуатации. Производство полиэтиленовых труб было впервые регламентировано ГОСТ 18599-73 «Трубы напорные из полиэтилена. Технические условия». Таким образом, на территории бывшего Советского Союза полиэтиленовые трубопроводы эксплуатируются более 45 лет.

В Российской Федерации вопрос осложняется наличием нормативных документов разного уровня (федеральных и ведомственных), содержащих устаревшие и противоречивые требования, в т.ч. регламентирующих процессы контроля качества сварных соединений. Большинство из них не учитывает появление новых типов полимерных труб, в частности, труб больших диаметров. Сформированные десятилетиями среди проектировщиков и строителей подходы к контролю качества работ основаны на старых, а во многих случаях уже ошибочных методах и не позволяют взглянуть на возникающие проблемы под другим углом. Однако это необходимо сделать, поскольку доля применения полимерных труб неуклонно растет, и вопросы качества следует решать, как в плане методологических подходов, так и в виде нормативного обеспечения.

В настоящее время сложились устойчивые представления о контроле строительства и, в частности, сварки полиэтиленовых трубопроводов, который включает в себя:

Опыт многих операторов трубопроводов разных стран мира, в том числе в России, свидетельствует о желании развивать современные подходы к оценке и критериям качества сварки. При этом за рубежом фактически не стоят вопросы фальсификата и контрафакта из-за жесткого законодательства. В России же, по данным Ассоциации производителей трубопроводных систем (АПТС), до 30% рынка полиэтиленовых труб как раз попадает в такую категорию, в связи с чем вопрос верификации используемых труб и соединительных деталей представляется весьма актуальным. Он решается путем использования продукции известных проверенных производителей, а также применения современных технологий. Входной контроль материалов проводят по ГОСТ 24297-2013 «Верификация закупленной продукции. Организация проведения и методы контроля», в котором приведена форма ярлыка соответствия, а также форма запрета на использование продукции ненадлежащего качества.

Работающий принцип применения труб и деталей из полимерных материалов высокого качества сильно сужает круг возможных проблем и позволяет сконцентрироваться на контроле соответствия проводимых операций требованиям технологии монтажа.

Рынок сварочного оборудования в последнее время совершил большой шаг вперед. Современное оборудование ведущих производителей оснащено системами сбора, анализа, хранения и передачи данных, позволяющих применить технологии информационного моделирования. Но несмотря на этот глобальный сдвиг «в цифру», неприемлемо большое количество сварных соединений всё еще оформляется с записью параметров сварки на бумажный носитель или фиксация операционных данных вообще не производится. Для повышения качества сварных соединений следует использовать сварочную технику, имеющую сертификат соответствия ГОСТ Р ИСО 126176-1 или ГОСТ Р ИСО 12176-2. Оборудование должно быть поверено и иметь свидетельство о ежегодном техническом обслуживании только в профильных авторизованных сервисных центрах.

Серьезную тревогу вызывают последствия реформирования в нашем государстве системы обучения в целом, подмены понятия «обучение» на «специальную подготовку и аттестацию». Также беспокоят маркетинговые действий со стороны некоторых производителей полимерных труб, строящих свои программы продвижения продукции на утверждении, что сварка полимерных труб очень проста и не требует особых навыков. В результате рынок заполняют неквалифицированные сварщики, не способные качественно выполнить сборку и сварку полимерных трубопроводов. Это становится серьезнейшей проблемой, влияющей как на качество строительства, эксплуатации и жизненный цикл трубопроводов, так и на имидж полимерного трубопроводного транспорта в целом. По аналогии, например, с Германией, выходом из сложившейся ситуации может быть контроль за обучением и регулярным — раз в 2–3 года повышением квалификации специалистов в профильных учебных центрах, а также учет обученных сварщиков с оформлением идентификационных карточек по ГОСТ Р ИСО 12176-3.

Рост объемов строительства полиэтиленовых трубопроводов различного назначения заставляет пересмотреть подходы к контролю качества сварных соединений неразрушающими методами, разделяя эффективные и экономически оправданные методы для условий строительной площадки и методы, которые можно использовать только в арбитражных случаях или при проведении научно-исследовательских работ.

Достаточно большой опыт строительства и эксплуатации полиэтиленовых трубопроводов в мире и в России показывает, что при проведении вышеперечисленных мероприятий, связанных с контролем материалов, оборудования и персонала, порядок проведения неразрушающего контроля сварных соединений «в поле» можно упростить. В частности, авторитетными европейскими и российскими организациями и исследователями было установлено, что большинство дефектов сварных соединений выявляется при визуальном контроле. Это подтверждается результатами механических испытаний и статистикой аварий.

Существующие неразрушающие методы контроля сварных соединений, такие как, например, компьютерная томография, различные виды ультразвуковой диагностики (УЗК для стыковых соединений труб или фитингов с ЗН, метод фазированных решеток и дифракционно-временной метод для стыковых сварных соединений) относят к лабораторным методам, выполняемым специалистами высокого уровня, имеющими большой опыт и четкие критерии отбраковки в соответствии с методами, описанными европейскими стандартами серии EN 13100 «Неразрушающий контроль сварных соединений элементов из термопластичных материалов». Именно поэтому неоднозначность результатов УЗК сварных стыковых соединений полиэтиленовых трубопроводов в российской практике во многом вызвана несовершенством методик, а не самим методом. Поскольку в настоящее время нет единого подхода к требованиям оценки качества в применяемых методиках и оборудовании для проведения УЗК, то необходимо до прояснения вопроса исключить УЗК из обязательных полевых методов контроля при строительстве трубопроводов.

Одним из способов оценки качества сварного соединения является метод снятия наружного грата, который благодаря простоте и оперативности получил широкое распространение в Великобритании. Эффективность оценки качества сварного соединения на основании тестирования срезанного грата доказана и в АО «Мосводоканал», где этот метод успешно применяется более пяти лет. Более того, в достаточно старом документе СП 42-103-2003 в п. 8.13 такая методика уже была предусмотрена. Цитата: «Определение размеров валиков производится непосредственно на сварном шве в условиях строительного производства. Допускается производить определение расположения впадины между валиками грата и замер самих валиков после срезания наружного грата по всему периметру трубы (рис. 1). Срезание наружного грата должно производиться при помощи специальных приспособлений, не наносящих повреждений телу трубы и не выводящих толщину стенки за пределы допускаемых отклонений».

Рис. 1. Визуальная оценка наружного грата

Критерии оценки качества грата после его удаления предложены в проекте СП «Системы водоснабжения и канализации наружные из полимерных материалов. Правила проектирования и монтажа», приложение «И». Кроме этого, в настоящее время имеются специальные, но простые устройства, позволяющие проводить тестирование срезанного грата (рис. 2).

Рис. 2. Аппарат для тестирования наружного грата

Отсутствие эффективных, надежных и коммерчески оправданных методов оценки качества сварных соединений (за исключением метода тестирования грата, который является дополнительным и не дает исчерпывающей информации о долгосрочной прочности соединения) смещает акцент в обеспечении надежности полиэтиленовых трубопроводов на предотвращение появления дефектов во время проведения сварочных работ. Важнейшим методом контроля качества сварных соединений при этом являются контрольные стыки, выполняемые на месте проведения работ с последующими испытаниями на растяжение/разрыв.

В условиях появления новых композиций ПЭ, труб больших диаметров, сварочных машин, позволяющих использовать разные процедуры сварки по ГОСТ Р 55276-2012 «Трубы и фитинги пластмассовые. Процедуры сварки нагретым инструментом встык полиэтиленовых (ПЭ) труб и фитингов, используемых для строительства газо- и водопроводных распределительных систем», устаревшие нормы по контролю ширины и высоты грата вводят потребителей в заблуждение. Это касается, например, п. 8.12 и табл. 23 в СП 42-103-2003.

Необходимо понимать, что ширина валика грата зависит от типа материала (композиции ПЭ), производственного процесса получения изделия (экструзия или литье), типа используемой сварочной машины и нагретого инструмента, его температуры и применяемой процедуры сварки. Следовательно, трудно указать единую величину ширины грата. Однако это является хорошим индикатором следования выбранной процедуре сварки (ISO/TS 10839:2000).

Одним из методов определения допустимого значения ширины валика грата является анализ экспериментальных данных, полученных при использовании труб и сварочной машины в определенных условиях. Среднее значение ширины грата определяется на нескольких соединениях, выполненных при одних условиях и по одной процедуре сварки. Это рекомендуется делать для контроля качества на стройплощадке, где измеренная ширина валика не должна отличаться более чем на 20% от среднего значения ширины грата.

Таким образом, измерительный контроль параметров грата (ширина и высота) носит индивидуальный характер, и его целесообразно проводить только при наличии контрольного (допускного) образца соединения, выполненного непосредственно на конкретном объекте из труб конкретной партии.

Современные цифровые технологии позволяют накапливать, хранить, передавать и обрабатывать большие объемы информации. В ходе сварочных работ на объекте строительства формируется первичный массив данных, анализ которых позволяет не только определить потенциальные факторы, влияющие на надежность соединения, но и разработать дополнительные вспомогательные механизмы и инструменты для оптимизации всего процесса. Сбор и обработка этой информации позволяют удаленно решать масштабные задачи комплексного технического надзора на строительной площадке в режиме реального времени.

Речь идет о разработках систем онлайн-контроля строительства, охватывающего работу сварщика, оборудования, а также производимые операции в сварке, которые используют принцип превентивного обнаружения несоответствий и отклонений в процессах, предоставляя эксперту исчерпывающую информацию для оценки потенциала надежности выполняемого соединения. Необходимо отметить, что имеется положительный опыт внедрения таких систем в Великобритании и Германии (в меньшей степени), в России также ведутся работы в этом направлении. Это в полной мере доказывает актуальность представленного подхода за счет значительного снижения риска отложенных аварий на вводимых в эксплуатацию трубопроводах. Более того, применение подобной системы позволяет снизить такой эффект, как повторяемость ошибок при строительстве, приводящую к резкому снижению надежности всего трубопровода.

Основные достоинства системы онлайн-контроля:

Обеспечивая хранение базы данных, мы решаем и такую важную задачу, как накопление статистики, что позволит в будущем развивать этот метод контроля и выстраивать наиболее короткие и последовательные логические цепочки оценки результатов.

Рис. 3. Пример «правильного» грата

Таким образом, описанный подход к развитию системы контроля качества при строительстве трубопроводов из полимерных материалов, является в настоящее время наиболее реальным и эффективным с точки зрения общей стратегии развития отрасли. Система превентивного контроля создаст неудобства недобросовестным производителям и невозможность строить с нарушениями.

Вызывает некоторый оптимизм и тот факт, что в связи с выходом новых законов и подзаконных актов в сфере строительства, изменений в Градостроительном Кодексе, решений Правительства Российской Федерации, появилась заинтересованность операторов трубопроводов и органов власти в высоком качестве строительства и долгосрочной безаварийной эксплуатации. А значит, есть надежда, что полимерные трубы будут применяться более широко и, главное, с соблюдением всех правил прокладки трубопроводных систем, что обеспечит жизненный цикл трубопровода до 100 и более лет.

Добавить в закладки
Поделиться
Читайте также
Газовые фонари Таганрога
Встречают по прическе
13 сентября — День парикмахера
Лечить песней