Технологии за инспекция на подземни ВиК тръби

Мрежите от подземни тръбопроводи са сред най-сложните структури в света, които остават незабелязани до възникването на някаква неизправност. Поради това локализирането на тези системи при липсата на точни карти, както и следенето на състоянието им се превръщат в задачи от критично значение, но изключително трудни за изпълнение. Комплексността на тези подземни мрежи произлиза от многото видове услуги, които те осигуряват, разнообразието от материали, от които са изработени тръбопроводите, взаимната им свързаност, разликите във възрастта им и др.

Всеки от собствениците на комунални дружества носи отговорност за надеждността на предоставяната услуга и съответно за поддръжката на свързаните с нея инфраструктурни активи. Както е при всеки актив, и за операторите на ВиК системи е важно да разполагат с информация за актуалното състояние и вероятната степен на влошаване на тръбите, за да може проактивната поддръжка да се планира по възможно най-рентабилния начин.

Традиционно, канализационните тръби са били инспектирани от технически екипи. Този метод, макар и много ефективен по отношение определяне на състоянието на тръбопроводите както отвътре, така и отвън, често е недостатъчно практичен и крие рискове за здравето и безопасността на техниците. Именно за да се преодолеят тези недостатъци и да се подобри ефективността на процедурата, са разработени различни техники за дистанционна инспекция.

Видеонаблюдение
Една от алтернативите е събирането и анализът на CCTV изображения. Методът обаче е скъп, до голяма степен субективен и за прилагането му може да е необходимо предварително източване или почистване на тръбите.

Използването на CCTV за инспекция на вътрешността на тръби се прилага от 60-те години на XX век. Системата се състои от камера, монтирана на подвижно устройство с дистанционно управление. Явно предимство на техниката е, че осигурява директно осветени изображения на дефектите по вътрешната стена на тръбата, които могат да бъдат изследвани подробно чрез увеличение или промяна на ъгъла на камерата.

Сред ограниченията на метода е това, че изображенията могат да бъдат получени единствено над нивото на водната повърхност. Други недостатъци са рискът от нестабилно движение на камерата и липса на геометрични референтни точки при преминаване на устройството по продължение на тръбопровода. Освен това CCTV изображенията могат да предоставят изглед на състоянието само на вътрешната стена на тръбата; обикновено не е възможно да се добие представа за дълбочината на пукнатини или пробиви. Следователно CCTV камерата не може да осигури надеждна индикация за това дали дадена пукнатина минава през стената на тръбопровода и съответно дали съществува риск от навлизане на подземни води и изпускане на канализационни води в почвата. Посредством анализа на изображенията не може да се установи и дали от външната страна на тръбата са се формирали кухини, които с времето могат да увеличат размера си и да доведат до нестабилност на околните земни маси, изместване на тръбопровода и свързаните с това значителни структурни повреди.

През последните години изследователската дейност в областта е насочена към намиране на начини за подобряване на качеството на изображенията и на интерпретацията на такива с лошо качество, както и за автоматизиране на инспекцията. Въпреки непрекъснатото повишаване на качеството на получените изображения благодарение на бързата еволюция на технологиите за CCTV камери, те все още не могат да предоставят задоволително ниво на достоверност при идентифициране на дефекти в тръбите, особено при тежки условия.

Сканиране и оценка
За разлика от видеонаблюдението, при технологията за сканиране и оценка на канализационни тръби (sewer scanner and evaluation technology, SSET) не е необходимо устройствата да спират на местата, където евентуално има дефект на тръбата, тъй като интерпретацията на резултатите от инспекцията може да се извърши след като приключи обследването на целия тръбопроводен участък. Това повишава ефективността на процедурата, но методът изисква експертен анализ на високо ниво, тъй като след приключване на инспекцията няма възможност за повторна оценка на съмнителните локации. Друго ограничение на технологията е, че интерпретирането на изображенията трябва да е ръчно. В момента се работи по автоматизиране на процеса на оценка, което се очаква да доведе до по-висока ефективност и по-добра точност на интерпретация.

Електромагнитни и радиочестотни техники
Технологията за регистриране на изтичането на магнитен поток (magnetic flux leakage, MFL) се използва широко за инспекцията на метални тръбопроводи. При този метод в тръбата се пуска устройство, което преминава по дължината й и регистрира дефекти и пукнатини, възникнали в резултат на загуба на метал поради корозия например. MFL технологията е ефективна за засичането на много малки дефекти, причинени от точкова корозия, дори при изключително тежки условия.

Тестването с вихрови токове обикновено се прилага за метални тръби с по-малки диаметри (до 100 мм). Технологията включва създаването на изменящо се във времето магнитно поле в тръбопровода посредством магнитна бобина и променлив ток. Магнитното поле води до генериране на електрически ток, в резултат на който, от своя страна, се получават множество по-малки магнитни полета. Те обикновено са противоположни на оригиналното магнитно поле, поради което импедансът на магнитната бобина се изменя. По този начин, чрез измерване на изменението на импеданса, могат да бъдат определени различни характеристики на тръбопровода.

Хидроскопът позволява безразрушителна оценка на подземни тръби от леярски или сферографитен чугун или стомана. При тази технология състоянието на водопроводите се определя чрез засичане на измененията в електромагнитния сигнал при преминаване през стената на тръбата. Сигналът се създава от възбудително устройство, поставено в хидроскопския инструмент, който постъпва в тръбата през хидрант. Измененият от тръбопровода сигнал се регистрира от датчиците на устройството, което представлява композиция от херметично затворени модули, съдържащи обработващи и предавателни електронни компоненти. Хидроскопът е проектиран така, че да може да преминава през извити и Т-образни участъци, задвижван от водното течение в тръбопровода. Инструментът записва набор от данни на всеки изминати 1,5 мм, които се предават по кабел до сервизен автомобил, което означава, че могат да бъдат обследвани 100% от стената на тръбопровода със скорост от 1000 м/ден. С хидроскопския инструмент могат да бъдат засечени изтънявания и пукнатини, като уредът е еднакво чувствителен както на вътрешна, така и на външна загуба на конструкционен материал. Устройството може да се използва и в мокри, и в сухи тръби и преди употребата му не е необходимо съществено предварително почистване на водопровода.

При техниката на бързо сканиране на база магнитна пропускливост (rapid magnetic permeability scan, RMPS) в стената на метални водопроводи се създава магнитно поле от два силни постоянни магнита. Високата магнитна пропускливост на материала определя и канализира магнитния поток, чиято плътност е функция от напречното сечение на металната тръба. Състоянието на водопровода може да бъде определено количествено на база изменението в силата на магнитното поле. Например силно извитите линии на магнитния поток са индикатор за високоамплитудна аномалия вследствие на пукнатина в тръбната стена, перпендикулярна на посоката на магнитното поле. Постепенното изтъняване на стената пък ще бъде регистрирано като симетрично изменение в силата на полето. RMPS технологията е ефективна за оценка на състоянието на относително по-големи метални тръби с диаметър над 100 мм.

Радарната технология (ground penetrating radar, GPR) се използва широко за редица приложения, например екологичен и земеделски мониторинг и за оценка на състоянието на подземни инфраструктурни обекти. Методът е ефективен за засичане на необичайно мокри зони в земята, например в резултат от теч от водопровод или от изтичащо от високоволтов кабел масло.

Акустични и вибрационни техники
Акустичните техники се използват за оценка на състоянието на подземни тръбопроводи, тъй като осигуряват възможност за измерване на загубата на конструкционен материал вследствие на корозия и на обема на отломките в тръбата. При сонарната инспекция се измерва времето от генерирането, през предаването и отразяването на звуков сигнал, до получаването му от приемно устройство. Разстоянието между източника и целевата точка може да бъде определено чрез скоростта на звука в средата, в която се разпространява. Тази информация се използва за получаването на сонарно изображение, по което може да се оцени състоянието на тръбопровода. Изображенията, получени под и над водната повърхност, обаче трябва да бъдат конструирани и анализирани поотделно, тъй като скоростта на звука във въздушна и във водна среда е различна.

Спектралният анализ на повърхностни вълни се прилага широко за оценка на увредени предварително напрегнати бетонови тръби. Технологията включва източник на контролирани ударни вълни, наподобяващи тези от голям пневматичен чук, и един или няколко геофона, монтирани по стената на тръбопровода. При оказване на въздействие върху тръбата от външна сила се генерират нискочестотни повърхностни вълни, които се предават и регистрират от геофоните. Тъй като тези вълни имат различни честоти, скорости и дълбочини на проникване, получената информация може да се обвърже с различните състояния на тръбата и на заобикалящата я почва.

На пазара се предлагат и устройства, които използват сензори и следят за звук от теч от двете страни на подозираното му местоположение. На база получените данни за скоростта на вълната се изчислява разликата във времезакъснението. Лесно е да се предвиди скоростта на вълната в метални тръби, но при пластмасовите ситуацията не е такава. Изследователската дейност в областта е насочена към симулиране на поведението на вълните в тръбите с цел осигуряване на възможност за по-добро прогнозиране и измерване на скоростта на вълната в реално време.