О надежности и долговечности труб для инженерных сетей

Хотелось бы на данном вопросе остановиться более подробно. В вышеназванной статье приводятся данные, относящиеся к чугунным трубам из серого чугуна, и эти же данные авторы экстраполируют на трубы из высокопрочного чугуна (ВЧШГ). Высокопрочный чугун с шаровидным графитом — это особенный и уникальный по своим свойствам материал, сочетающий в себе коррозионную стойкость чугуна и высокие механические свойства, равные свойствам стали Ст. 55 (прочность), или близкие к таковым (пластичность, ударная вязкость). Эти уникальные свойства получены в результате модификации жидкого чугуна магнием. Внутренняя поверхность труб из ВЧШГ покрыта слоем цементно-песчаного покрытия (ЦПП), исключающего явления коррозии и зашлаковывания внутритрубной поверхности и позволяющего сохранять качество транспортируемой питьевой воды, предусмотренное СанПиН 2.1.4.559-96. Уникальное свойство покрытия цементным раствором состоит в наличии как пассивного, так и активного защитного эффекта. Пассивный защитный эффект достигается за счет чисто механической изоляции стенки трубы слоем цементного раствора. Активный защитный эффект заключается в том, что при гидратации цемента в порах возникает насыщенный раствор гидроокиси кальция, рH которого составляет около 12,6. При этих условиях низколегированное железо пассивируется за счет образования субмикроскопического покровного слоя из оксидов железа. Этот чрезвычайно тонкий пассивный слой механически изолирован цементным покрытием от протекающей по трубе воды, удерживается на месте и предотвращает дальнейшую коррозию металла. Цементно-песчаное покрытие улучшает так же гидравлические свойства трубопровода благодаря возникновению на поверхности ЦПП гидрофильного гелиевого слоя, образованного мельчайшими частицами глины и железо-марганцевыми соединениями. Коэффициент шероховатости (по формуле COLEBROOK,a) внутренней поверхности трубы из высокопрочного чугуна (ВЧШГ) с цементно-песчаным покрытием составляет для отдельной трубы К = 0,03. При проектировании системы трубопроводов из высокопрочного чугуна рекомендуется брать для расчетов К = 0,1, чтобы учесть все потери на трение в собранной системе трубопроводов. То есть, трубы из высокопрочного чугуна (ВЧШГ) с внутренним цементно-песчаным покрытием позволяют резко снизить гидравлические потери на трение в трубопроводе и отвечают всем современным требованиям в области энергосбережения. Кроме того, больший внутренний проходной диаметр труб ВЧШГ по сравнению с полиэтиленовыми трубами (при одинаковом условном диаметре) позволяет значительно снизить затраты на перекачку транспортируемой жидкости вследствие экономии электроэнергии. Рассмотрим данные, приведенные в таблице 2. Как видно из данных таблицы, при равном условном проходе труб ВЧШГ и полиэтиленовых труб площадь проходного сечения труб ВЧШГ с внутренним ЦПП превышает площадь проходного сечения полиэтиленовых труб на 23–40% в диапазоне диаметров Ду 100—300 мм соответственно. Касательно аварийности системы трубопроводов из высокопрочного чугуна. В диаграмме приведены опубликованные в официальной прессе статистические данные аварийности сетей водоснабжения, построенных из разных конструкционных материалов. «Союзом Германии по водо- и газообеспечению» (DVGW) приведена (диаграмма 2) следующая статистика повреждений сетей трубопроводов питьевой воды в Западной Германии (изучены данные 360 предприятий по водообеспечению, при этом охвачены 126 000 км трубопроводов питьевого назначения и около 5 млн. км трубопроводов, подведенных к жилым домам). Как видно из приведенной диаграммы, трубопроводы из полиэтиленовых труб имеют значительно меньшую аварийность по сравнению с трубопроводами из стальных и чугунных труб (из серого чугуна), но наименьшей аварийностью располагают все же трубы из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ). От анализа зарубежных данных по аварийности систем трубопроводов перейдем к отечественным данным. Протяженность сетей Московского водопровода составляет свыше 10 тыс. км с диаметрами трубопроводов от 50 до 2000 мм. Стальные трубопроводы составляют 72% от общей протяженности сетей, 26% — чугунные (в том числе 1200 км из ВЧШГ), 2% — железобетонные трубы и трубы из полиэтилена. На диаграмме 1 приведена статистика повреждений сетей Московского водопровода за 2001 г. Трубопроводная система из высокопрочного чугуна обладает следующими свойствами: • экономичностью, т. к. включает в себя низкие затраты на технико-эксплуатационное обслуживание и оптимальную надежность; • сроком службы до 80—100 лет; • ударной прочностью и хладостойкостью (трубы из ВЧШГ обладают уникально высокой хладостойкостью, ударная вязкость этих труб остается неизменной при температуре до —60 оС); • способностью выдерживать большие как внутренние, так и внешние нагрузки при резком изменении гидравлического давления в трубопроводах, а так же нагрузки, вызванные перемещением грунта в результате оседания, землетрясений и морозов. Многочисленные испытания позволили сделать вывод, что трубы из высокопрочного чугуна наряду с расчетными допустимыми нагрузками имеют достаточный резерв надежности, что идеально подходит для сложных условий прокладки трубопроводов. Трубы из ВЧШГ могут укладываться непосредственно в грунт на глубину до 8-10 м; • трубы из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом обладают также низкой чувствительностью к надрезам и поверхностным дефектам, практически не снижающим конструктивную прочность труб при статическом нагружении. В частности, для чугунов не характерна почвенная коррозия при статическом нагружении, очевидна также низкая склонность ВЧШГ (по сравнению со стальными трубами) к деформационному старению (согласно справочника под редакцией Шрайера «Коррозия», М., Металлургия, 1981 г., стр. 59); • коррозионная стойкость труб из ВЧШГ в 4—5 раз превышает стойкость стальных труб, локальная коррозия у этих труб полностью отсутствует; они не подвержены электрической коррозии, поскольку их электрическое сопротивление в 3,6–4,8 раза больше, чем у стальных труб, а стыки уплотнены резиновыми манжетами (согласно Э. В. Захарченко «Отливки из чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом», г. Киев, «Наукова Думка», 1986 г., стр.194); • обеспечивает сохранение качества транспортируемой по трубам из ВЧШГ питьевой воды согласно требованиям СанПиН и отсутствие зарастания внутритрубного пространства благодаря внутреннему цементно-песчаному покрытию труб; • возможностью отклонения трубы в собранном раструбном соединении до 5о, т. к. оно работает как шарнирное соединение при рабочем давлении до 1,6 МПа; • высокой скоростью монтажа при незначительных затратах, т. к. простая система раструбных соединений с резиновыми манжетами и нечувствительность к сложному грунту, а также отсутствие необходимости применять электроэнергию при монтаже системы труб из ВЧШГ обеспечивают низкий уровень затрат при прокладке трубопроводов; • монтаж системы трубопроводов из ВЧШГ не зависит от погодных условий; • и как следствие из всех вышеназванных достоинств – минимальная аварийность системы трубопроводов из высокопрочного чугуна. Теперь о надежности раструбного соединения труб ВЧШГ с использованием резиновых уплотнительных колец. Раструбные трубопроводы из высокопрочного чугуна с использованием резиновых уплотнительных колец эксплуатируются в мировой практике уже более 45 лет. Как видно из приведенных выше данных система трубопроводов из высокопрочного чугуна обладает минимальной аварийностью по сравнению с системами трубопроводов из других конструкционных материалов, в т. ч. и из полиэтиленовых труб. Резиновые уплотнительные кольца раструбных соединений труб ВЧШГ являются составной частью системы трубопроводов и полностью обеспечивают безаварийную работу в течение всего срока службы трубопроводов из высокопрочного чугуна (80—100 лет). �, наконец, о ценах на трубы ВЧШГ. В настоящее время цена 1 п.м. труб ВЧШГ с внутренним цементно-песчаным покрытием составляет 127–686 руб./п.м. без учета НДС, что на 6–13% меньше стоимости полиэтиленовых труб Ду 100—300 мм соответственно. Ниже приведена диаграмма 3 соотношения цен на напорные трубы из различных конструкционных материалов, используемых при строительстве сетей водоснабжения и водоотведения. Как видно из диаграммы 3, трубы из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ) с внутренним цементно-песчаным покрытием производства ЛМЗ «Свободный сокол» являются в настоящее время самыми дешевыми из всех напорных труб. С учетом безаварийной работы системы трубопроводов из высокопрочного чугуна в течение 80—100 лет и ценовых параметров труб ВЧШГ специалисты завода «Свободный сокол» считают, что для исправления положения в области долговечности, эксплутационной надежности и экологической безопасности сетей водоснабжения и водоотведения Российской Федерации трубы из высокопрочного чугуна являются самыми перспективными на сегодняшний день по таким параметрам как цена + качество + экологическая безопасность. ОАО Липецкий металлургический завод «Свободный сокол». 398007, г. Липецк, Заводская пл.,1. Тел: (0742) 35 22 13; 24 74 88 Факс: (0742) 35 27 92 E-mail: freefelcon@svsokol.lipetsk.ru http://www.svsokol.ru