Проблемы обеспечения надежности, долговечности и экологической безопасности сетей водоснабжения
А теперь сравним технико-эксплуатационные и экологические характеристики труб из высокопрочного чугуна и полимерных труб (табл. 3)
Табл. 3. Сравнение технико-эксплуатационных и экологических характеристик труб из высокопрочного чугуна и полимерных труб
|
Параметры
|
Трубы из:
|
||
|
ВЧШГ
|
ПВХ
|
ПЭ
|
|
|
Подверженность старению, снижению эластичности, прочности, повышению хрупкости
|
Отсутствует
|
Подвержены
|
Подвержены
|
|
Проницаемость труб под воздействием ароматических углеводородов и органических химикалий
|
Отсутствует
|
Подвержены
|
Подвержены
|
|
Потребность в электроэнергии и в специальном оборудовании при укладке
|
Отсутствует
|
Частично необходимы
|
Необходимы
|
|
Возможность укладки труб при отрицательных температурах (без дополнительных мероприятий)
|
Присутствует
|
Отсутствует
|
Отсутствует
|
|
Возможность открытой прокладки труб (без дополнительных мер защиты)
|
Присутствует
|
Отсутствует
|
Отсутствует
|
|
Коррозионная стойкость
|
В условиях особо коррозионных грунтов и блуждающих токов высокой плотности требуется нанесение наружных защитных покрытий
|
Хорошая
|
Хорошая
|
|
Энергосбережение
|
Хорошее
|
Хорошее
|
Хорошее
|
|
Ожидаемый срок службы
|
100 лет
|
50 лет
|
50 лет
|
Рассмотрим отдельные технико-эксплуатационные и экологические характеристики сравниваемых труб более подробно:
1. Со временем прочность труб из ВЧШГ не снижается.
Невозможно определить взаимосвязь между воздействием гидростатического давления и временем выхода из строя труб из ВЧШГ. Таким образом, за прочность труб из ВЧШГ, учитываемую при гидростатическом проектировании, принимается половина минимального предела текучести материала под воздействием давления, т. е. 150 МПа.
Исследованиями и испытаниями американской Ассоциации по исследованию труб из высокопрочного чугуна (DIPRA), а также отчетом Национального управления безопасности транспортировки PB98-917001/NTSB/SIR -98/01 «Ломко-подобное растрескивание в пластмассовой трубе для газо-снабжения» (г. Вашингтон, округ Колумбия, США, апрель 1998 г.) подтверждено, что после 11,4 лет трубы из ПВХ и ПЭВП выходят из строя при воздействии давления, которое составляет 55% от начальной величины.
Трубы из ПВХ и ПЭВП выходят из строя под воздействием растягивающего напряжения в течение периода времени, обратно пропорционального интенсивности напряжения. На рис. 2 представлен график разрушения при ползучести для напорных труб из ПЭВП, показывающий соотношение между приложенным кольцевым циклическим напряжением и временем до отказа трубы. На графике показан спад, «колено», где характеристика отказов говорит о превращении материала из гибкого в хрупкий. Такая характеристика отказов говорит о хрупкости и старении материала с образованием в стенках труб трещин и микроотверстий. Эти типы поломок являются результатом проявления механики разрушения, включающего в себя образование трещин, их распространение и, в конечном итоге, выход трубы из строя.
Этот тип отказов полиэтиленовых труб наиболее часто встречается в реальных условиях (из отчета Ричарда Бондса, технического директора DIPRA по исследованиям (США)).
Эти выводы подтверждаются также специальным отчетом Национального управления безопасности транспортировки PB98-917001/NTSB/SIR -98/01 «Ломко-подобное растрескивание в пластмассовой трубе для газоснабжения» (г. Вашингтон, округ Колумбия, США, апрель 1998 г.), которым установлено, что множество аварий трубопроводов газоснабжения вызвано уязвимостью полиэтиленовых трубопроводов к ломко-подобному растрескиванию, что в сочетании с интенсификацией напряжений от внешних воздействий (осадки грунта, чрезмерный изгиб труб, перепады давления, гидравлические удары, повышения температуры эксплуатации, удары камней при обратной засыпке трубопроводов и т. п.) приводит к аварийным разрушениям.
2. Проницаемость.
Многочисленными исследованиями (отчетом г-на Дженкинса из Калифорнийского университета под названием «Проницаемость пластиков под воздействием органических веществ», опубликованном в августовском номере журнала Американской Ассоциации водоснабжения AWWA за 1991 г.под названием «Загрязнение питьевой воды через проницаемость пластиковых труб», сообщениями № DW 10441 от мая 1992 г. в адрес Министерства охраны окружающей среды (США) и № DW 10772 от декабря 1997 г.)установлено, что трубы из полимерных материалов (полиэтилена, полибутелена и ПВХ) легко проницаемы и не должны прокладываться в отравленных почвах, загрязненных углеводородами, включая сырую нефть, масла, бензин, дизельное топ-ливо, керосин (всего в этот список попало около 18 ароматических углеводородов и органических химикалиев), или в местах их хранения и использования.
Эти химические соединения могут растворять стенки пластиковых труб, в том числе и труб из ПЭВП, проникать через них, снижать прочность труб, загрязнять питьевую воду, придавать ей неприятный вкус и запах. Многочисленные публикации и обзоры по трубопроводам в США показали, что пластиковые трубы были виновниками основных случаев загрязнения воды, при этом на полибутилен, полиэтилен и поливинилхлорид приходилось 43, 39 и 15 процентов всех зафиксированных случаев соответственно. Поэтому в развитых странах были разработаны различные рекомендации и стандарты, предусматривающие проведение предварительных исследований грунтов в местах предполагаемой укладки полимерных труб. Так, проницаемость полиэтиленовых труб целым рядом вышеназванных веществ в 2002 г.вызвала беспокойство контролирующих органов в Англии, где были выпущены рекомендации по выбору материалов труб для их укладки в загрязненных грунтах («Отбор материалов труб для укладки в загрязненных грунтах», Information and Guidance note, Water Regulations Advisory Scheme (WRAS) № 9-04-03, октябрь 2002 г.).Этими документами предусмотрен целый комплекс мероприятий по оценке степени загрязненности участков для укладки труб, концентрации загрязняющих веществ, а также даны рекомендации по видам материалов труб для водоснабжения на опасных участках.
В отличие от ПВХ и ПЭВП, трубы из ВЧШГ непроницаемы для углеводородов и не портятся под их воздействием.
3. Коррозионная стойкость.
Коррозионная стойкость труб из высокопрочного чугуна в 4–5 раз превышает стойкость стальных труб (из нелегированных сталей).
Испытания труб из высокопрочного чугуна, которые проводились в США, Анг-лии, Франции и Германии, показали, что коррозионная стойкость труб ВЧШГ равна или в ряде случаев выше, чем у труб из серого чугуна (из книги «Отливки из чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом», Э. В. Захарченко, г. Киев, «Наукова Думка», 1986 г.). Испытания труб проводились по атмосферной и почвенной коррозии, а также в различных агрессивных средах.
Согласно этому же источнику, электрическое сопротивление высокопрочного чугуна в 3,6–4,8 раза выше, чем у стали, а стыки труб разделены непроводящими резиновыми манжетами, поэтому трубы ВЧШГ, как правило, не подвергаются электрической коррозии.
Как показывает 50-летний опыт эксплуатации трубопроводных систем из высокопрочного чугуна, трубы ВЧШГ работают надежно и долгосрочно практически во всех 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.
4. Надежность раструбных соединений с резиновыми манжетами.
Что же касается часто задаваемого вопроса о сроках службы резиновых манжет, то при подземной укладке трубопроводов манжеты служат тот же срок, что и сам трубопровод. Доказательством этому является практический опыт использования резиновых уплотнений и колец в США, начиная с 1920-х гг. и по настоящее время, оте-чественный опыт применения резиновых уплотнений (в музее «Мир воды» «Водоканал Санкт-Петербург» представлена резиновая уплотнительная прокладка, прослужившая исправно около 100 лет) и официально опубликованные данные аварийности систем трубопроводов из высокопрочного чугуна.
5. Возможность укладки труб при отрицательных температурах.
Оборудование для сварки ПЭ труб, обучение персонала его эксплуатации наряду с расходами по обслуживанию такого трубопровода требуют достаточно больших затрат. Даже при наличии всего необходимого оборудования (машины для плавки, генераторы, компоненты для ремонта и т. д.) перемена погоды или условий почвы и даже малейшая ошибка в процедуре сварки может сделать содержание трубопровода из ПЭВП чрезвычайно трудным.
Кроме того, при устройстве трубопроводов из полиэтиленовых труб в условиях низких температур предприятия-изготовители также дают свои рекомендации (ПЭ монтажная инструкция прокладки в грунте трубопроводов из ПЭ, изготовленных фирмой «Вавин Метальпласт Бук», а также трубы и фасонные детали из ПЭ — устойчивость на транспортируемую жидкость, раздел 2.3.3 «Прокладывание в низких температурах»):«Прокладывание труб из ПЭ при температуре ниже 0 0С возможно, но не рекомендуется. В случае необходимости сварки труб ПЭ в низких температурах место для сварки надо накрыть палаткой с подачей теплого воздуха. Однако при такой температуре и условиях трудно соблюдать все требования, связанные с соблюдением регламента сварки труб, а также их обратной засыпки и уплотнения грунта».
Проблемы со сжатием и расширением также довольно распространены, наряду с проблемами пространственных колебаний труб из ПЭВП и тенденциями к принятию ими яйцеобразной формы. Оборудование для сварки дорогостоящее, сложное в эксплуатации и требует компетентности от работающего на нем персонала. Затраты на содержание высокооплачиваемого персонала могут оказаться чересчур высокими для большинства трубопроводов.
Соединения раструбного типа наиболее распространены на трубопроводах из ВЧШГ. Они требуют всего лишь смазки уплотнительной манжеты и установки открытого конца трубы в раструб. Соединения труб из ВЧШГ хорошо зарекомендовали себя при любой температуре и при монтаже всеми типами техники и персоналом любой квалификации, в любых условиях, включая монтаж в условиях грязи и под водой. С трубами из ВЧШГ не требуется выдерживать определенное усилие для поворота стыка на нужный угол. Раструбные соединения труб из ВЧШГ позволяют, в зависимости от диаметра труб, угловое отклонение до 5є.
Заканчивая этот раздел, приведем цитаты из статьи профессора Московского государственного строительного университета К. Попова под названием «Трубный выбор»: «Наряду со многими положительными свойствами трубы из полимеров со временем стареют. Это качество характерно для всех полимеров, ибо они находятся на грани «живого и неживого» и подчиняются многим законам живого мира. Например, скорость «старения» полимерных труб зависит в первую очередь от температуры и давления. Процесс старения сопровождается снижением эластичности, прочности, повышением хрупкости и самопроизвольным растрескиванием. Отличительная особенность полимерных труб в том, что они стареют по всей массе, в то время как коррозия стальных труб начинается с поверхности. Пластмассовые трубы разрушаются как бы «вдруг» и полностью, а в металлических — образуются свищи, которые можно заделывать, например, сваркой».
И далее:
«Рассказывая о полимерных трубах, их производители в качестве эталона, как правило, выбирают традиционные стальные трубы из нелегированной углеродистой стали.
На их фоне современные полимерные трубы кажутся средоточием достоинств. Недостатки же, как правило, замалчиваются. А они, разумеется, есть.
И понятно — нет в мире совершенства, и каждое «улучшение» несет с собой и «новые пороки».
В заключение хотелось бы еще раз напомнить всем специалистам, участвующим в процессах проектирования, строительства и эксплуатации сетей водоснабжения, что мировой опыт устройства инженерных коммуникаций показывает обоюдную востребованность как полимерных, так и различного вида металлических труб, и не отрицает их плодотворного и взаимодополняющего сотрудничества.
| Автор: Е. В. Кузенков Дата: 08.10.2004 Журнал Стройпрофиль 6-04 Рубрика: водоснабжение. водоотведение Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |