Выбор материала труб для проектирования водопроводных сетей
В настоящее время для производства труб используются самые разные материалы: металлы, пластмассы, керамика, асбестоцемент, бетон и композиции из нескольких материалов [10]. Каждый материал и системы трубопроводов имеют свои достоинства и недостатки. Чтобы сориентироваться в этом многообразии и выбрать нужный тип трубы, необходимо знать цель использования трубопровода, параметры его работы и требуемую долговечность. Ремонт трубопроводов - серьезная проблема, сопряженная с большими затратами. Другая немаловажная проблема - сложность монтажа системы трубопровода и связанные с ней затраты.
Рассматривать свойства труб целесообразно по виду материала, из которого они изготовлены, так как вид материала определяет эксплуатационные характеристики трубы, ее долговечность, методы монтажа и, естественно, стоимость. Каждая из вышеназванных систем трубопроводов должна применяться инженерами-проектировщиками в зависимости от конкретных условий эксплуатации и технико-экономических расчетов.
Во всем мире, в том числе и в России, в системах водоснабжения наиболее широко применяемыми материалами для изготовления труб являются высокопрочный чугун и полимерные материалы, такие как полиэтилен и поливинилхлорид.
Полимерные трубы имеют жесткие ограничения по рабочему давлению, напрямую зависящему от средней температуры всего срока эксплуатации и от максимального диаметра трубы. С эти ми ограничениями приходится считаться. Расчет эксплуатационных характеристик производится в соответствии с требованиями стандарта ISO 13760 «Пластмассовые напорные трубы для транспортировки жидкостей. Правило Майнера. Метод расчета накопленных повреждений».
Поэтому факторы надежности и прочности полимерных труб в значительной мере зависят от температуры, условий укладки, нагрузок и целого ряда других факторов. Полимерные трубы под воздействием циклических нагрузок имеют меньший фактор надежности, чем под воздействием статических.
Для стабильной и надежной работы полимерных труб в сетях водоснабжения необходима установка регуляторов давления и температуры, а также неукоснительное выполнение требований по устройству траншей, уплотнению подушки и обратной засыпки труб.
Как видим, функционирование всей системы из пластмассовых труб находится в очень большой зависимости от квалификации подрядчика и правильности выполнения им процедур укладки; уже построенная и введенная в эксплуатацию полимерная система требует сохранения изначальных условий укладки.
Трубы из высокопрочного чугуна (ВЧШГ) относятся к классу полужестких труб, а значит наиболее подходят для подземного заложения благодаря равномерному распределению на них нагрузок.
Механические свойства труб из высокопрочного чугуна почти такие же, как у стальных труб, и намного выше, чем у любых пластиковых труб. Очень важно отметить, что эти свойства не подвержены ухудшению со временем, что является проблемой для полимерных труб.
Трубы ВЧШГ не боятся также точечных нагрузок (проблемы для пластмассовых трубопроводов), ударов, вакуума (проблемы тонкостенных труб и пластиковых труб неподходящей жесткости), гидравлических ударов и т. д.
В связи с вышеизложенным стоит отметить следующие факторы в отношении полимерных труб:
1) уровень аварийности полиэтиленовых труб в два раза выше по сравнению с трубами ВЧШГ. Пластмассовые трубы не обладают жесткостью - высокой сопротивляемостью раздавливанию - и имеют большой коэффициент линейного расширения. Повышенные внешние нагрузки на гибкую трубу приводят к ее деформации и увеличению овальности ее поперечного сечения;
- 2) возможности производства строительно-монтажных работ на пластмассовых трубопроводах ограничены. Монтаж водопроводов из поливинилхлоридных и полиэтиленовых труб следует проводить (согласно инструкциям производителей) при температуре воздуха не ниже -5 °C. С понижением температуры пластические свойства пластмассовых труб резко ухудшаются, поэтому должны соблюдаться повышенные требования по их транспортировке, разгрузке, хранению, монтажу и сварке. Так, при использовании пластмассовых труб техническими условиями устанавливается необходимость их теплоизоляции дорогостоящим листовым ячеистым стиролом, установка палаток для утепления и т. п.;
- 3) прокладка полиэтиленовых труб открытым способом требует выполнения большого, длительного и дорогостоящего объема подготовительных работ, что не всегда возможно в условиях плотной городской застройки; в условиях большого насыщения подземного пространства инженерными коммуникациями такая прокладка очень затруднена и приводит к значительному удорожанию строительно-монтажных работ;
- 4) для труб, используемых в системах питьевого водоснабжения, чрезвычайно важно в течение длительного времени гарантированное сохранение их прочностных характеристик, долговечности и обеспечение требуемого качества транспортируемой воды, что нельзя сказать о полимерных трубах.
Коррозионная стойкость труб из высокопрочного чугуна в 5 раз превышает стойкость труб из нелегированных углеродистых сталей. Испытания труб из высокопрочного чугуна, которые проводились в США, Англии, Франции и Германии, показали, что коррозионная стойкость труб ВЧШГ равна или в ряде случаев выше, чем у труб из серого чугуна. В рамках этих испытаний тестировалось сопротивление труб атмосферной и почвенной коррозии, а также воздействию различных агрессивных сред.
Как показывает 5 0-летний опыт эксплуатации трубопроводных систем из высокопрочного чугуна, трубы ВЧШГ работают надежно и долгосрочно практически при любых условиях. Однако в особо коррозионных грунтах и в местах электрических блуждающих токов высокой плотности им может потребоваться дополнительная защита в виде полиэтиленовой оболочки (полиэтиленового «чулка», надеваемого на трубу в процессе укладки), наружного покрытия металлическим цинком или катодной защиты.
Опираясь на вышеизложенное, следует отметить, что в процессе выбора труб для проектирования, строительства и эксплуатации сетей водоснабжения нужно рассматривать все стороны возможного использования как полимерных, так и различного вида металлических труб.
