Ice Pigging – nowa definicja skutecznego czyszczenia rurociągów

/ARTYKUŁ SPONSOROWANY/

1. Wstęp

Jednym z kluczowych i cały czas aktualnych tematów w branży wodociągowej jest proces czyszczenia sieci wodociągowych. Przestrzeganie rygorystycznych norm, w połączeniu z koniecznością spełnienia bardzo wysokich wymagań klientów w zakresie jakości wody pitnej, to główne zadania każdej spółki wodociągowej.

Ciągły rozwój nowych materiałów, opracowywanie rozwiązań projektowych i konstrukcyjnych oraz stosowanych technologii wynika z dążenia do znalezienia maksymalnie efektywnego sposobu budowy i późniejszej konserwacji całego systemu rurociągów. Odpowiedni i prawidłowo przeprowadzony proces czyszczenia wodociągów jest jednym z podstawowych warunków zapewnienia wysokiej jakości dostarczanej wody pitnej. Do nowych technologii w tym zakresie należy metoda nazwana „Ice Pigging”, czyli tzw. metoda czyszczenia rur lodem.

2. Opis technologii

Sam pomysł wykorzystania drobin lodu do czyszczenia rur ciśnieniowych zrodził się około 12 lat temu na Uniwersytecie w Bristolu (Wielka Brytania), gdzie następnie w ramach współpracy z lokalną firmą wodociągową Bristol Water and Aqualogy (członek grupy SUEZ) został zweryfikowany i ulepszony w rzeczywistych warunkach.

Obecnie ta opatentowana technologia stanowi najskuteczniejszą na świecie metodę usuwania osadów i biofilmu z jakiegokolwiek rurociągu o średnicach od DN80 do DN 600.

Procedura czyszczenia jest bardzo prosta:

W zależności od materiału, stanu i wieku rurociągu przygotowywany jest rozdrobniony lód o wymaganych właściwościach (uziarnienie, gęstość) i zawartości ok. 5% soli spożywczej tak, aby zminimalizować nawet teoretyczną możliwość uszkodzenia rurociągu.

Do wybranego odcinka rurociągu oddzielonego od reszty sieci, hydrantem wlotowym jest wtłaczany wcześniej przygotowany rozdrobniony lód z cysterny chłodniczej znajdującej się na ciężarówce, dzięki czemu nie jest wymagane żadne specjalne zaplecze. Zostaje otwarty wlotowy zawór sekcyjny i wypełnienie lodowe jest pod wpływem ciśnienia wody przemieszczane przez dany odcinek sieci z prędkością około 0,5 m/s (co odpowiada ciśnieniu i przepływowi w danej sekcji) do hydrantu wylotowego znajdującego się na końcu odcinka, z którego lód jest wypuszczany. Przy tym hydrancie zainstalowane jest mobilne urządzenie pomiarowe, które mierzy i rejestruje kluczowe parametry (ciśnienie, przepływ, temperaturę, zmętnienie, przewodnictwo i zawartość ciał stałych), a jednocześnie reguluje wypływ tak, aby można było optymalnie regulować ruch lodu w rurociągu.

Na początku na wlocie podczas „przepłukiwania” samą wodą wypływa tylko mętna woda, następnie po nadejściu sekcji lodowej zaczyna już wypływać rozdrobniony lód mocno zanieczyszczony osadami, stopniowo masa lodowa oczyszcza się, a woda płynąca za drobinami lodu jest już całkowicie czysta (zarówno wizualnie, jak i według pomiarów zmętnienia).

Długość sieci czyszczonej w ciągu jednego dnia zależy od profilu czyszczonego rurociągu, konfiguracji sieci i jest ograniczona dostępną objętością przygotowanego rozdrobnionego lodu w cysternie (10 m³). Przy małych średnicach (do ok. 150 mm) można oczyścić do 6 km dziennie, zwykle osiągana wydajność to 1–2 km dziennie.

W przypadku rur metalowych z wewnętrznymi inkrustacjami (narośniętymi osadami) następuje „oczyszczenie” stałych inkrustacji, ale nie dochodzi do ich usunięcia.

Dla wyobrażenia – w przypadku rurociągu DN 150 długość cylindra lodowego wynosi ok. 550 m, w przypadku DN 200 ok. 320 m, DN 500 ok. 50 m.

Rozdrobniony lód, przemieszczając się w rurociągu, nie tylko zdrapuje osady ze ścian i przesuwa je, ale jego specyficzny, wewnętrzny przepływ powoduje absorbcję szlamu, co oczyszcza nawet miejsca „w cieniu” inkrustacji. Ice Pigging ma potencjał do szerokiego zastosowania, np. do czyszczenia systemów kanalizacyjnych i rurociągów przemysłowych, w tym również w przemyśle spożywczym.

3. Główne korzyści dla przedsiębiorstw wodociągowych

Technologia bezwykopowa
- Szybkość (wyłączenie na 2–3 godziny)
Metoda nieszkodliwa dla zdrowia (użycie soli spożywczej)
- Wysoka efektywność (usuwa do 1000 razy więcej osadów niż przepłukiwanie, zwykle 20–35 kg/km)
- Niskie zużycie wody (ok. 1–1,5-krotność objętości rurociągu)
Mierzalne efekty czyszczenia dzięki urządzeniu monitorującemu
Brak ograniczeń (kształt, wymiary, materiał i stopień zanieczyszczenia rurociągu)
Brak ryzyka zakleszczenia się elementu czyszczącego

4. Ice Pigging w Czechach

Po realizacji projektu pilotażowego w Ostrawie, co nastąpiło w 2015 roku, w 2016 roku przeprowadzono czyszczenie dla różnych klientów na terenie Republiki Czeskiej, także spoza Grupy SUEZ. Dotyczyło to przedsiębiorstw wodociągowych oraz klientów przemysłowych.

Od strony klienta cały proces czyszczenia składa się z kilku faz:

a) Wybór i przygotowanie odpowiedniego odcinka

Zwykle klient wybiera kilometry przeznaczonych do czyszczenia rurociągów według swoich potrzeb. Następnie cały przedmiotowy odcinek jest dzielony na mniejsze części ze względu na umiejscowienie zaworów i maksymalną użyteczną objętość rozdrobnionego lodu w cysternie. Objętość 10 m³ wystarcza do wyczyszczenia ok. 2–3 km rur DN 150 – 200 dziennie (dokładne dane są uzależnione od profilu i materiału). W rurociągach wybiera się armatury służące zarówno do oddzielenia czyszczonego odcinka od reszty sieci, jak i do sterowania samym procesem czyszczenia – czyli zawór wlotowy, za pomocą którego kontroluje się ruch rozdrobnionego lodu, hydranty napuszczające i wypuszczające.

b) Przygotowanie techniczne i organizacyjne

Zasadniczo przygotowania są podobne jak przy jakimkolwiek innym wyłączeniu mającym wpływ na odbiorców:

Sprawdzenie istnienia i funkcjonalności niezbędnych armatur, wymiana niedziałających
Oględziny terenu i miejsca przyjazdu cysterny, miejsca spuszczania rozdrobnionego lodu

Zapewnienie dostaw z innych źródeł, ewentualnie zapewnienie dostaw zastępczych i powiadamianie o przerwie w dostawach

c) Przygotowanie bezpośrednio przed rozpoczęciem czyszczenia

• Odpowiednie miejsce do podstawienia ciężarówki z rozdrobnionym lodem
• Znaki drogowe, uzgodnienie z Zarządem Dróg
• Oddzielenie czyszczonego odcinka od reszty sieci, zapewnienie zastępczego zaopatrzenia
• Zapewnienie, aby poszczególne przyłącza nie były zamykane

d) Właściwy proces czyszczenia

Po przybyciu na miejsce czyszczenia załoga dzieli się na dwie ekipy – obsługę cysterny i obsługę urządzenia monitorującego przy wylocie. Ekipy te na bieżąco utrzymują ze sobą łączność i koordynują swoje działania. We współpracy z technikami przedsiębiorstwa wodociągowego podłączają się do sieci wodociągowej, przeprowadzają próbę ciśnieniową i określają rzeczywisty przepływ na danym odcinku.

Po sprawdzeniu szczelności danego odcinka cysterna zaczyna do niego wtłaczać rozdrobniony lód, zawsze pod ciśnieniem o 1–2 bary niższym od zmierzonego rzeczywistego ciśnienia w rurociągu podczas próby. W ten sposób zapobiega się ewentualnemu uszkodzeniu rurociągu. Po wtłoczeniu wymaganej ilości lodu (35–45 minut) odłącza się cysternę, która odjeżdża, co minimalizuje trudności komunikacyjne.

Przez cały czas czyszczenia, na wylocie, na bieżąco monitorowane są kluczowe parametry, przy oczekiwanym przejściu lodu (sygnalizowanego spadkiem temperatury) obsługa rozpoczyna pobieranie próbek w minutowych odstępach, w celu ich późniejszej analizy na zawartość ciał stałych. W ten sposób uzyskuje się materiały do obliczenia ilości usuniętego osadu w kg i końcowego raportu dziennego. Taki raport jest sporządzany codziennie.

Po czyszczeniu przeprowadza się końcowe przepłukanie wodą w celu usunięcia zmętnienia, a następnie zawór na wylocie zostaje otwarty. W ten sposób odcinek wraca do normalnej eksploatacji.

Przykładowe wyniki czyszczenia z jednego konkretnego dnia:

*Obszar XY*
Materiał	DN (mm)	Długość (m)
PVC	150	1604
PE	200	24
Żeliwo sferoidalne	200	552
*łącznie*		*2180*

Zmętnienie (NTU): przed czyszczeniem: 2,4; po czyszczeniu: 1,7

Ilość usuniętych osadów: 70,25 kg, co daje 35,13 kg/km rurociągu

Najwyższe zmierzone stężenie osadu: 32,73 g/l

5. Możliwości wykorzystania technologii Ice Pigging

Ogólnie można stwierdzić, że pod względem technicznym wykorzystanie tej technologii jest skuteczne w różnych warunkach. Do każdego odcinka podchodzi się indywidualnie ze względu na materiał, wymiary i wiek rurociągu, co jest wskazówką do przygotowania wymaganej ilości i składu rozdrobnionego lodu. Rzeczywisty przebieg całego procesu zależy przede wszystkim od przygotowania hydrantów i zasuw, ostateczny czas trwania stanowi wypadkową aktualnych warunków ciśnieniowych i przepływu na danym odcinku.

Największy potencjał wykorzystania tej technologii to profilaktyczna konserwacja „nowych” sieci wodociągowych wykonanych z dowolnego materiału, a także czyszczenie rurociągów z tworzyw sztucznych na obszarach, gdzie często odnotowuje się problemy z jakością wody ze względu na zwiększone zapotrzebowanie (zazwyczaj użycie w basenach na obszarach podmiejskich).

W niedalekiej przyszłości może zaistnieć potrzeba czyszczenia rurociągów PE mających około 10–15 lat, które wprawdzie same w sobie są dziś bezproblemowe, ale mogą gromadzić szlam pochodzący z produktów korozji, transportowany ze starszych, metalowych wodociągów.

Technologia ta ma ograniczone zastosowanie w przypadku starych rurociągów metalowych ze znaczną inkrustacją, chociaż na przykład nasze doświadczenia z Czech Wschodnich z rurami żeliwnymi, liczącymi ponad 100 lat, były bardzo pozytywne.

Technologię tę można warunkowo zastosować również do rurociągów metalowych o większych średnicach, gdzie inkrustacja nie jest jeszcze poważna, które mają wystarczający profil przepływu, nie są awaryjne, a ich wymiana nie jest jeszcze priorytetem.

Inne wykorzystanie technologii to zatem nie tylko kwestia doboru odpowiednich odcinków, ale także ekonomicznej oceny jej zastosowania.