Публикации »

Медные трубы в системах водо-, тепло- и газоснабжения

В 2005 г. Президент Российской Федерации поручил государственной компании «Газпром» газифицировать оставшиеся негазифицированные районы. «Мы договорились, что как минимум $1 млрд. компания выделит на дополнительную газификацию, и это будет серьезным шагом по газификации страны в целом, — заявил В. В. Путин на заседании президиума Госсовета. — Правительству будет дано поручение вместе с компанией «Газпром» подумать о том, что в этом плане должно быть сделано в приоритетном порядке».

Во многих регионах, в т. ч. на Северо-Западе и, в частности, в Санкт-Петербурге, проводится текущая работа по реставрации и обновлению газораспределительных городских сетей низкого и среднего давления.

Какие существуют решения в области «последней мили» в газоснабжении, позволяющие не только удешевить и упростить монтаж и эксплуатацию газовых сетей зданий, но и повысить их надежность и безопасность?

Газовики всего мира признали медь оптимальным материалом для трубопроводных систем низкого и, частично, среднего давления. К сожалению, это не относилось к российским специалистам, потому что исторически они были лишены возможности применять медные трубы для такого «малозначительного» дела: в СССР медь была востребована в гораздо более серьезных отраслях и сферах применения: энергетике, в т. ч.ядерной; ВПК; судостроении, в т. ч. военном. Медь была строго фондируемым (распределяемым) материалом. Заводы ОЦМ (обработки цветных металлов) располагали огромными мощностями по производству медных труб, предназначенных для означенных целей, а небольшие излишки отправлялись на экспорт. Гражданским отраслям доставалось по остаточному принципу.

После устранения командно-распределительных принципов в экономике не стало ограничений на применение меди в гражданском строительстве. Но и с нормативной базой и технической документацией дела обстояли плохо. Кроме того, именно в гражданских отраслях специалисты не имели навыков обращения с медью. Исключения можно было сосчитать на пальцах. В газоснабжении, тем не менее, совсем без меди и ее сплавов обойтись было невозможно, т. к. во многих приборах и изделиях — газовых котлах и т. п. — применялись и применяются элементы из сплавов меди, латуни и бронзы, а также и трубки из латуни и меди. В силу этого основные приемы манипуляции с медью в газовом сообществе все-таки известны.

Табл. 1. Значение давления на разрыв

ДВхТС

 

М

 

ПТ

 

Т

 

мм

 

bar

 

bar

 

bar

 

12х1

 

400

 

455

 

527

 

15х1

 

314

 

357

 

414

 

18х1

 

259

 

294

 

341

 

22х1

 

210

 

238

 

276

 

28х1,5

 

-

283

 

328

 

35х1,5

 

-

224

 

260

 

Примечание: ДВ — диаметр наружный; ТС — толщина стенки; М — мягкая; ПТ — полутвердая; Т — твердая (Испытания Sanha Kaimer GmbH.)

Из-за упомянутого отсутствия в СССР нормативно-технической базы сегодня в России возврат меди в ее естественные ниши гражданского применения происходит в значительной мере с опорой на зарубежный опыт. Так, для изучения практики применения медных трубопроводов в газораспределении российские нормотворцы и специалисты газового хозяйства добрались до самой Австралии с тем, чтобы получить ответы квалифицированных специалистов на все вопросы.

Австралия специалистами была выбрана не случайно. Дело в том, что, конечно, в российском газовом сообществе было известно о популярности в мире медных трубопроводов в надземных сетях газораспределения среднего и низкого давления. Но дьявол, как известно, кроется в деталях. Важно было не просто найти страну, где меди используется много. Например, во Франции 100 % газовых систем зданий медные, но если спросить французского газовщика «Почему?», он ответит «Не знаю, так было всегда». А вот в Австралии перешли на медь в газоснабжении зданий после длительных исследований, экспериментов, сравнений и расчетов. Еще 25 лет назад там в системах инженерного обеспечения применялись различные материалы, а сегодня в сетях газоснабжения зданий меди — 99,9 %.

Фрагмент исследования сейсмоустойчивости медных труб для газопроводов зданий (JCDA/Kobelco, Япония). Обращает внимание число циклов симулированной нагрузки до повреждения трубы или соединения (2-я колонка справа). Results of dynamic bending (low cycle fatigue) test

Specimen

 

Strain ampli, εa

 

Displace. ampli, δa

 

Load ampli, Pa

 

Stress ampli, σBa

 

No. of cycle, N

 

Breakage condition

 

(х10-6)

 

(mm)

 

(kgf)

 

(kgf/mm2)

 

(cycles)

 

Copper-H 1-1

 

2,500

 

12.5

 

48.5

 

31.9

 

≥200

 

No breakage

 

Copper-H 1-2

 

5,000

 

20.0

 

65.0

 

42.7

 

160

 

Tube breakage at the end of fitting

 

Copper-H 2

 

4,500

 

18.2

 

61.9

 

40.7

 

335

 

Fitting breakage

 

Copper-H 3

 

5,500

 

21.0

 

69.0

 

45.3

 

91

 

Fitting breakage

 

Copper-0 1-1

 

4,500

 

12.1

 

25.0

 

16.4

 

≥600

 

No breakage

 

Copper-0 1-2

 

-

15.0

 

30.6

 

20.1

 

≥500

 

No breakage

 

Copper-0 1-3

 

7,000

 

20.0

 

33.1

 

21.7

 

115

 

Tube breakage at the end of fitting

 

Специфика Австралии — огромная территория и протяженные коммуникации при очень низкой плотности населения — 2,5 чел/кв. км. Сами специалисты там шутят, что если бы у них были плохие дороги, то все население только тем и занималось бы, что ремонтировало их, потому что на одного человека приходится свыше 30 км дорог. Это же относится и ко всем коммуникациям. Австралия просто не может себе позволить трубы, которые нужно менять раз в 25 лет. Австралийцы долго и скрупулезно выбирали наилучший материал, и на сегодняшний день для транспортировки газа на соответствующих участках, в первую очередь, на участках низкого давления,  используют медь.

Все знают главный архитектурный символ Австралии — оперный театр в Сиднее, в котором, кстати, трубопроводы инженерных систем… правильно — медные. У нас менее известен тот факт, что сами австралийцы также очень гордятся другим своим строительным объектом — стадионом Олимпиады-2000 («Стадион Австралия»). Так вот, в силу уже упомянутых причин все инженерные системы стадиона, а это километры коммуникаций, включая газопроводы, системы хозяйственно-питьевого водоснабжения, вторичной переработки сточных вод и канализации, холодоснабжения, подачи топлива к генерирующим мощностям, ГВС, ливнесток, выполнены из медных труб.

Так почему же все-таки медь? У стали высокая механическая прочность. У медных труб механическая прочность тоже высокая, хотя и не такая, как у стальных. Зато у медных труб выше вибрационная стойкость, особенно в зимний период. Уязвимым местом стальных трубопроводов остаются сварные соединения, да и резьбовые тоже. Кроме того, сварные соединения не защищены от коррозионного воздействия — как изнутри, так и снаружи. Коррозионная стойкость медных труб позволяет рассчитывать на продленные сроки эксплуатации, а природная пластичность меди делает их неуязвимыми против вибраций, что особенно востребовано в сейсмических районах. Несколько меньшая механическая прочность медных труб все же достаточна для обеспечения требуемых прочностных характеристик, но принципиально изменяет трудоемкость манипуляций при монтаже, что оценили монтажники. Т. е. с одной стороны медь — это достаточно прочный материал, способный противостоять бытовым механическим воздействиям, а с другой стороны — при приложении внешних усилий этот материал в отличие от стали сначала деформируется в пределах своей пластичности, а не трескается сразу, и даже при некотором смещении элементов конструкции здания медные трубы сохраняют шанс сохранить герметичность, не говоря уже о вибрациях, температурном расширении и иных менее значимых воздействиях. При этом монтаж медных труб многократно проще монтажа стальных, а эксплуатационный ресурс существенно выше.

Японские специалисты, известные особым отношением к вопросам сейсмической устойчивости инженерных систем, рекомендуют именно медные трубопроводы для газоснабжения в регионах с повышенной сейсмической опасностью. Полевые исследования на месте землетрясения в 1995 г. в Кобе выявили, что уцелели только медные газопроводы.

Другой особенностью тонкостенных медных труб для газоснабжения является их универсальность. Так, унифицированные тонкостенные медные трубы для воды и газа по стандартам производства ГОСТ Р 52318-2005, гармонизированным с европейским стандартом EN 1057 (1996), используются и в газоснабжении, и в холодном хозяйственно-питьевом водоснабжении, и в отоплении зданий. При этом используются принципиально схожие методы соединений и иных монтажных операций, что значительно снижает издержки.

Разумеется, применение медных труб в газоснабжении имеет свои особенности, изложенные в Своде правил 42-102-2004.

Одной из целей газификации является устойчивое обеспечение теплом. В этой области использование медных трубопроводов, по мнению многих специалистов, в т. ч.российских, является наилучшим техническим решением. Причины практически те же, что и в газоснабжении: продленный ресурс, простота монтажа, пластичность при отрицательных температурах, которая применительно к системам отопления зданий имеет водные положительные последствия. Для замкнутых систем отопления, согласно Своду правил 40-108-2004, могут применяться любые из возможных видов соединений на усмотрение монтажника, хотя наибольшую популярность получили капиллярная пайка и прессование. Соединение на пайке занимает чуть больше 1 мин. (прессовое соединение — 30–40 сек.), и онo по умолчанию гарантированно качественное. Сделать, например, высокотемпературной пайкой и тем более прессованием плохое соединение — это, как говорят, надо специально постараться. Это очень важно, потому что альтернатива соединению на стали — сварка, а последствия при этом — шов с трещинами, порами, необходимость в высококвалифицированном сварщике. 80 % систем отопления в нашей стране — однотрубные, т. е. для того, чтобы в последнем радиаторе последовательной цепочки была температура хотя бы 60 °С, на входе в здание она должна доходить порой до 120 °С. Меди такая температура совершенно безразлична, она выдержит и 300 °С. По понятным причинам о применении полимерных трубопроводов в таких условиях речь не идет.

Медные трубы в зависимости от сортамента выдерживают давление 200–400 атм,при этом с самим паяным соединением ничего не случится, поскольку оно выдерживает значение давления на разрыв, как правило, превосходящее значение давления жидкости. Медь толерантно относится к замораживанию. Мягкие медные трубы выдерживают от одного до четырех циклов аварийного замораживания, полутвердые и твердые — до двух. Но даже если труба и лопнет, что при некоторых условиях возможно, а иногда и неизбежно, характер разрушения будет более благоприятен, если так можно выразиться, чем в случае со сталью: небольшой разрыв длинной около 3–4 см, и фрагмент трубы с повреждением можно вырезать и заменить ремонтным отрезком, причем не обязательно на пайке, а при помощи резьбовых или самофиксирующихся фитингов. Сделать это может любой неквалифицированный человек с ножовкой и гаечным ключом. Такой характер аварий при аварийном замораживании медных трубопроводных систем принципиально отличается масштабами и трудоемкостью ремонта от характера разрушения стальных систем.

В последнее время в России наметилась тенденция к переходу от компромиссных решений в области инженерного обеспечения в строительстве к решениям основательным, долгосрочным. Заказчики и собственники зданий более придирчиво относятся к качественным параметрами технических решений. В свою очередь, производители высококачественного теплового оборудования рекомендуют применение соответствующих по степени надежности и эксплуатационным параметрам трубопроводов, к которым, несомненно, относятся трубопроводы из меди.

В формате настоящей публикации нет возможности, да и, наверное, нужды детально разъяснять подробно правила проектирования и монтажа (устройства) систем газоснабжения и отопления зданий с использованием медных трубопроводов —для этого существуют упомянутые документы. Важно отметить, что с 1 января 2006 г. для этих целей следует применять только специальные трубы, изготовленные по специальным стандартам производства — упомянутым ГОСТ Р 52318-2005 / EN 1057(1996),поскольку другие медные трубы (общего назначения) для холодильной техники и кондиционеров не обладают требуемыми свойствами.

Несмотря на рост стоимости медной продукции, вызванной повышенным спросом на нее, темпы производства растут как в России, так и за рубежом. На пространстве СНГ медные трубы для воды и газа и фитинги производятся Ревдинским заводом ОЦМ (РзОЦМ), входящим в «Русскую медную компанию», на принадлежащих или управляемых «Уральской горно-металлургической компанией» (УГМК) Кировском заводе ОЦМ, Кольчугинском заводе ОЦМ им. С. Орджоникидзе и заводе «Майданпек» (Сербия), а также Артемовском заводе ОЦМ (Украина). Широко представлена в России и продукция ведущих европейских производителей — Outokumpu, KME, Sanha.

На специализированных выставках замечены североамериканские производители фитингов, такие как американская NIBCO, различные китайские компании. В отношении китайской продукции в профессиональном сообществе существует понятная настороженность, хотя справедливости ради стоит отметить, что и китайская продукция может быть разной, в т. ч. достаточного качества. В ближайшем будущем в России выйдет специализированный ГОСТ на соединительные детали для медных систем, положения которого и станут окончательным мерилом качества соединительных частей. Российский ГОСТ согласно заданию должен быть гармонизирован с положениями европейского стандарта EN 1254, который на сегодняшний день и задает планку требований к качественной фитинговой продукции.

В целом на сегодняшний день в России созданы условия для  качественных и надежных инженерных решений, базирующихся на производстве и применении медных тонкостенных трубопроводных систем для водо-, тепло- и газо-снабжения зданий. Налажены устойчивые поставки всех элементов этих систем на рынок. Заказчики и собственники зданий теперь не ограничены традиционными или компромиссными техническими решениями и имеют возможность выбрать действительно правильные и долговременные инженерные системы сообразно условиям их применения и технико-экономическому обоснованию.


Литература
1. СП 40-108-2004 «Проектирование и монтаж систем водоснабжения и отопления зданий из медных труб» / ГУП «НИИМосстрой». М., 2005. ФГУП ЦПП.
2. СП 42-102-2004 «Проектирование и строительство газопроводов из металлических труб» / ЗАО «Полимергаз». М., 2005. ФГУП ЦПП.
3. Anti-seismic properties of pipes for gas and water supply, JCDA, Tokyo, 1997.
4. EN 1057 «Бесшовные медные трубы круглого сечения для воды и газа», CEN. 1996.
5. ГОСТ Р 52318-2005 «Трубы медные круглого сечения для воды и газа. Технические условия». М., 2005.
6. «Экспериментальные исследования по циклическому замораживанию образцов медных труб с соединениями». Отчет о научно-исследовательской работе, ГУП «НИИМосстрой». М., 2002.
7. AS 1432-2004 Copper Tubes for plumbing, gasfitting and drainage applications, Standards Australia, 2004.

Автор: В. С. Ионов
Дата: 05.06.2006
Журнал Стройпрофиль 4-06
Рубрика: водоснабжение. водоотведение




«« назад