Труби великого діаметру - нова якість напірних трубопроводів
Нині вітчизняні виробники здатні запропонувати досить широкий асортимент поліетиленових труб для різних областей застосування, що розрізняються за гранично-допустимим робочим тиском, діаметром, маркою сировини. У цій статті ми приділимо увагу застосуванню поліетиленових труб з великим зовнішнім діаметром, а також розглянемо деякі питання, що виникають при комплектації, будівництві та експлуатації напірних трубопроводів з поліетилену.
Сфери застосування
Відомо, що найбільш дорогим елементом комплексу водопостачання будь-якого великого міста є система транспортування питної та технічної води. Вона включає водоводи, розподільну мережу і споруди, що встановлюються на ній та арматуру для виключення, регулювання, обслуговування, ремонту та забезпечення надійної та безаварійної роботи трубопроводів. Вартість систем подачі і розподілу води становить від 40 до 70% вартості всієї системи водопостачання міста. У зв'язку з цим надійність і довговічність цих систем, зниження витрат на їх монтаж та експлуатацію є для міських господарств найважливішими пріоритетами.
Тому основним питанням при проектуванні є досягнення максимально економічної ефективності при будівництві та експлуатації (звичайно, при задоволенні всіх санітарно-гігієнічних норм). А це питання в даний час безпосередньо зводиться до питань вибору матеріалу для трубопровідної системи і способу монтажу.
Загальновідомо, що використання пластмасових труб великого діаметру відкриває нові можливості при будівництві трубопроводів. Традиційно трубами великого діаметру вважаються труби діаметром 500-1200 мм і більше. Основними областями застосування таких труб є зливові і каналізаційні колектори, напірні водоводи, дренаж .
Якщо розглядати сферу застосування труб великого діаметру в цілому, то зразкову розподіл споживання цих труб за видами використовуваного матеріалу можна уявити з графіка, побудованого на підставі даних глобального дослідження ринку труб великого діаметру в США, проведеного інформаційним агентством Freedonia Group, Inc (див. ВОХ1 "Розподіл споживання труб великого діаметру..."). На жаль, дослідження подібного роду поки рідкісні через те, що основна увага приділяється металевим трубам великих діаметрів, призначених для магістральних нафто- і газопроводів. У результаті інтерес до дослідження та поширення досвіду застосування пластмасових труб великого діаметру виявляється в тіні.
Тим часом, частка ринку, яку займають пластики, досить значна і зростає швидкими темпами. На наведеному малюнку видно, як зросло споживання пластикових труб великого діаметру в США за 10 років.
Прогноз, який дають провідні аналітики, щодо подальшого розвитку даного сегменту ринку на прикладі США проілюструємо таблицею 1 (див. ВОХ2 "Прогноз розвитку ринку труб великого діаметру...").
Відповідно до проведених досліджень, зростання обсягу споживання пластмасових труб великого діаметру в США передбачається на рівні 4,7% на рік і досягне до 2007 року 12,4 тис. км. Частка пластмас буде складати більше 20% споживання труб великого діаметру, на що буде витрачено 440 тис. тонн вихідної сировини.
Збільшення частки пластмасових труб передбачається, в першу чергу, за рахунок побудови нових і відновлення старих або застарілих систем водоводів і каналізації, особливо для специфічних умов великих міст, протяжних вулиць і автомагістралей.
Бетонні труби поки збережуть своє лідируюче становище для підземних застосувань. Однак пластмасові труби починають складати серйозну конкуренцію, засновану на таких перевагах, як кращі експлуатаційні характеристики, більш швидкий і легкий монтаж в порівнянні з трубами з інших матеріалів.
Хороші перспективи використання напірних поліетиленових труб у водопостачанні та водовідведенні обумовлені старінням існуючих систем і все більш частим виникненням таких проблем як витоку, прориви, ексфільтрація, тобто дифузне проникнення зовнішніх вод в систему питного водопостачання, які викликаються корозією і низькою стійкістю існуючих систем до стрибків тиску .
При наявності в напірному трубопроводі наскрізних пошкоджень в стінці труби або в з'єднаннях через них витікає вода. Прямі втрати води при цьому досягають 40%. Крім того, випливає вода розмиває грунт навколо труби. В результаті відбуваються провали грунту, підтоплення підвалів, пошкодження фундаментів прилеглих будівель. Якщо поруч прокладена каналізація, яка втратила герметичність, то вода з водопроводу розмиває заражений каналізаційними стоками (у тому числі і фекальними) грунт навколо трубопроводу і може перемістити його в водоносні шари.
При перервах у подачі води в трубопроводі утворюється вакуум, який засмоктує через наскрізні нещільності навколишній грунт і грунтові води. При поновленні водопостачання вони розносяться потоком по трубопроводу.
Застосування поліетиленових труб дозволяє істотно зменшити аварійність, небезпеку забруднення питної води, а крім того, значно полегшує монтаж і дозволяє використовувати безтраншейні технології.
Тенденції останніх років вказують на те, що комунальними службами міст-мегаполісів різних країн все більша увага приділяється питанням використання перспективних безтраншейних технологій відновлення (санації) і прокладки водопровідних та водовідвідних мереж, під якими розуміються технології прокладки, заміни, ремонту та виявлення дефектів в підземних комунікаціях різного призначення з мінімальним розкриттям земної поверхні.
У передовій зарубіжній практиці зараз 95% обсягу робіт з прокладання та відновлення підземних комунікацій проводиться безтраншейним способом.
У Росії також існують організації, що спеціалізуються на безтраншейному прокладанні трубопроводів, що мають все необхідне обладнання і вже накопичили достатній досвід робіт. Але поки що доводиться визнавати, що основна маса робіт з ремонту та будівництва інженерних комунікацій проводиться традиційним способом.
Одним з найцікавіших застосувань пластмасових труб є конструювання підводних трубопроводів. На відміну від роботи з металевими трубами, в даному випадку весь комплекс монтажних робіт проводиться на березі, що незрівнянно полегшує і здешевлює будівництво. Потім проводиться поступове затоплення вже готового трубопроводу, забезпеченого баластними вантажами.
Комплектація й особливості монтажу ПЕ трубопроводів
З'єднання пластикових труб можна розділити на два типи:
Сфери застосування
Відомо, що найбільш дорогим елементом комплексу водопостачання будь-якого великого міста є система транспортування питної та технічної води. Вона включає водоводи, розподільну мережу і споруди, що встановлюються на ній та арматуру для виключення, регулювання, обслуговування, ремонту та забезпечення надійної та безаварійної роботи трубопроводів. Вартість систем подачі і розподілу води становить від 40 до 70% вартості всієї системи водопостачання міста. У зв'язку з цим надійність і довговічність цих систем, зниження витрат на їх монтаж та експлуатацію є для міських господарств найважливішими пріоритетами.
Тому основним питанням при проектуванні є досягнення максимально економічної ефективності при будівництві та експлуатації (звичайно, при задоволенні всіх санітарно-гігієнічних норм). А це питання в даний час безпосередньо зводиться до питань вибору матеріалу для трубопровідної системи і способу монтажу.
Загальновідомо, що використання пластмасових труб великого діаметру відкриває нові можливості при будівництві трубопроводів. Традиційно трубами великого діаметру вважаються труби діаметром 500-1200 мм і більше. Основними областями застосування таких труб є зливові і каналізаційні колектори, напірні водоводи, дренаж .
Якщо розглядати сферу застосування труб великого діаметру в цілому, то зразкову розподіл споживання цих труб за видами використовуваного матеріалу можна уявити з графіка, побудованого на підставі даних глобального дослідження ринку труб великого діаметру в США, проведеного інформаційним агентством Freedonia Group, Inc (див. ВОХ1 "Розподіл споживання труб великого діаметру..."). На жаль, дослідження подібного роду поки рідкісні через те, що основна увага приділяється металевим трубам великих діаметрів, призначених для магістральних нафто- і газопроводів. У результаті інтерес до дослідження та поширення досвіду застосування пластмасових труб великого діаметру виявляється в тіні.
Тим часом, частка ринку, яку займають пластики, досить значна і зростає швидкими темпами. На наведеному малюнку видно, як зросло споживання пластикових труб великого діаметру в США за 10 років.
Прогноз, який дають провідні аналітики, щодо подальшого розвитку даного сегменту ринку на прикладі США проілюструємо таблицею 1 (див. ВОХ2 "Прогноз розвитку ринку труб великого діаметру...").
Відповідно до проведених досліджень, зростання обсягу споживання пластмасових труб великого діаметру в США передбачається на рівні 4,7% на рік і досягне до 2007 року 12,4 тис. км. Частка пластмас буде складати більше 20% споживання труб великого діаметру, на що буде витрачено 440 тис. тонн вихідної сировини.
Збільшення частки пластмасових труб передбачається, в першу чергу, за рахунок побудови нових і відновлення старих або застарілих систем водоводів і каналізації, особливо для специфічних умов великих міст, протяжних вулиць і автомагістралей.
Бетонні труби поки збережуть своє лідируюче становище для підземних застосувань. Однак пластмасові труби починають складати серйозну конкуренцію, засновану на таких перевагах, як кращі експлуатаційні характеристики, більш швидкий і легкий монтаж в порівнянні з трубами з інших матеріалів.
Хороші перспективи використання напірних поліетиленових труб у водопостачанні та водовідведенні обумовлені старінням існуючих систем і все більш частим виникненням таких проблем як витоку, прориви, ексфільтрація, тобто дифузне проникнення зовнішніх вод в систему питного водопостачання, які викликаються корозією і низькою стійкістю існуючих систем до стрибків тиску .
При наявності в напірному трубопроводі наскрізних пошкоджень в стінці труби або в з'єднаннях через них витікає вода. Прямі втрати води при цьому досягають 40%. Крім того, випливає вода розмиває грунт навколо труби. В результаті відбуваються провали грунту, підтоплення підвалів, пошкодження фундаментів прилеглих будівель. Якщо поруч прокладена каналізація, яка втратила герметичність, то вода з водопроводу розмиває заражений каналізаційними стоками (у тому числі і фекальними) грунт навколо трубопроводу і може перемістити його в водоносні шари.
При перервах у подачі води в трубопроводі утворюється вакуум, який засмоктує через наскрізні нещільності навколишній грунт і грунтові води. При поновленні водопостачання вони розносяться потоком по трубопроводу.
Застосування поліетиленових труб дозволяє істотно зменшити аварійність, небезпеку забруднення питної води, а крім того, значно полегшує монтаж і дозволяє використовувати безтраншейні технології.
Тенденції останніх років вказують на те, що комунальними службами міст-мегаполісів різних країн все більша увага приділяється питанням використання перспективних безтраншейних технологій відновлення (санації) і прокладки водопровідних та водовідвідних мереж, під якими розуміються технології прокладки, заміни, ремонту та виявлення дефектів в підземних комунікаціях різного призначення з мінімальним розкриттям земної поверхні.
У передовій зарубіжній практиці зараз 95% обсягу робіт з прокладання та відновлення підземних комунікацій проводиться безтраншейним способом.
У Росії також існують організації, що спеціалізуються на безтраншейному прокладанні трубопроводів, що мають все необхідне обладнання і вже накопичили достатній досвід робіт. Але поки що доводиться визнавати, що основна маса робіт з ремонту та будівництва інженерних комунікацій проводиться традиційним способом.
Одним з найцікавіших застосувань пластмасових труб є конструювання підводних трубопроводів. На відміну від роботи з металевими трубами, в даному випадку весь комплекс монтажних робіт проводиться на березі, що незрівнянно полегшує і здешевлює будівництво. Потім проводиться поступове затоплення вже готового трубопроводу, забезпеченого баластними вантажами.
Комплектація й особливості монтажу ПЕ трубопроводів
З'єднання пластикових труб можна розділити на два типи:
Нероз'ємні:
Як правило, для трубопроводів, що працюють під тиском, використовують нероз'ємні з'єднання - зварювання встик або муфтове зварювання, хоча не можна сказати, що фланцеві з'єднання менш надійні. Роз'ємні види з'єднань більше підходять для безнапірних систем. У кожному ж окремому випадку більш відповідний спосіб з'єднання вибирається з конкретних умов. Зварні та електрозварні з'єднання, використовувані для монтажу трубопроводів з поліетиленових труб, мають високу міцність, герметичні і стійки до зовнішніх руйнівних дій в процесі монтажу і експлуатації.
Гнучкість поліетиленових труб і надійність з'єднань робить поліетиленові трубопроводи незамінними в сейсмічно активних областях і в місцях, де можливі зрушення грунту.
Питання вибору труб
До питання вибору труб для конкретного застосування потрібно підходити, виходячи з основних характеристик і параметрів трубопроводу. Для напірних трубопроводів (Міждержавний Стандарт/ГОСТ 18599-2001) це:
Більш сучасні марки поліетилену мають більш високі характеристики міцності (див. ВОХ2 "Показник MRS відповідно до ISO 4427/CEN TC 55SS20").
Відповідно до цього розрізняються і експлуатаційні характеристики труб, виготовлених з поліетилену різних марок. Таблиця 3 (ВОХ3) допомагає відібрати діапазон можливих параметрів труби в залежності від величини найбільшого допустимого експлуатаційного тиску.
У собівартість перекачування 1 куб. м. води по трубопроводу вартість труб входить як одна із складових частин. Як правило, для трубопроводу із заданим робочим тиском можна підібрати два-три варіанти труб, виготовлених з різного поліетилену і відрізняються значенням SDR. У таблиці 4 (див. ВОХ4 "Відносна вартість труб...") ми спробували показати, як співвідносяться вартості труб, виготовлених з різного поліетилену, що входять у собівартість перекачування води для трубопроводів різних діаметрів. Одиниці виміру взяті умовні.
Можна зробити висновок, що для напірних трубопроводів доцільне застосування труб з поліетилену більш високих марок, за рахунок можливості застосування труб з меншою товщиною стінки (з великим SDR). Незважаючи на більш високу вартість матеріалу, труба виходить легше і має більший прохідний перетин.
Інший, не менш важливий висновок напрошується для самопливних трубопроводів. У даному випадку внутрішній тиск, який витримує труба, не має значення, а грає роль тільки зовнішній вплив грунту, тобто надійність трубопроводів визначається якістю облаштування грунтових зон навколо них. У СП 40-102-2000 застосування полімерних труб для цих цілей обмежується кільцевою жорсткістю 10 кПа. З цього випливає, що можуть застосовуватися труби з ПЕ 63 - до SDR 17,6, а з ПЕ 80 - до SDR 21. Застосування труб з ПЕ 100 виявляється економічно недоцільно. У даній області звичайним поліетиленовим трубам, мабуть, буде важко витримати конкуренцію з крученими поліетиленовими трубами, які мають меншу питому вагу і більш низьку питому вартість.
Експлуатаційно-економічні характеристики трубопроводів
За динамічними характеристиками пластмасові трубопроводи значно перевершують труби з інших матеріалів: коефіцієнт їх шорсткості в 7 разів нижче, ніж у сталевих і в 23 рази нижче, ніж у нових чавунних. До того ж вони не змінюють своїх технічних характеристик протягом всього терміну експлуатації.
Наприклад, металеві труби піддаються заростанню внутрішньої поверхні продуктами корозії і карбонатними відкладеннями, що призводить до різкого зростання величини шорсткості труб і зменшенню площі їх прохідного перетину. У результаті пропускна здатність трубопроводу знижується через п'ять років експлуатації, в залежності від групи води, на 10-48%, через десять років - на 14-57%, через 20 років - на 20-68% (див. А. Я. Добромислов "Проблема довговічності і надійності трубопровідних систем", "Сантехніка" № 5/2003). Оскільки вже через 5-6 років експлуатації насоси, підібрані за шорсткістю нових труб, не справляються з роботою, в цілому ряді випадків експлуатаційні організації змушені змінювати насоси на більш потужні, а при цьому витрати електроенергії на перекачку води збільшуються в 4-8 разів. Для інформації: на перекачування чистих і стічних вод в Росії витрачається 120-130 млрд. КВт/год електроенергії
Надійність як властивість поліетиленової труби
Про надійність пластмасових трубопроводів писалося й говорилося вже чимало. Часто оцінюють надійність або аварійність на трубопроводах з різних термопластів "в цілому", не розбираючись у принципових відмінностях, наприклад ПВХ або склопластикових труб від поліетиленових. Але на нашу думку, виходячи з того, що за останні 15-20 років і технології виробництва трубних марок поліетилену, і власне рівень обладнання, особливо для формувань "великих" труб, пішли далеко вперед, напірні поліетиленові трубопроводи є на сьогоднішній день одними з найбільш надійних. Природно, що робота з новими матеріалами вимагає більшої технологічної дисципліни як при виробництві труби і комплектуючих, так і при монтажі.
У багатьох великих містах та регіонах Росії експлуатуються багатокілометрові водопровідні мережі з розтрубних труб, на яких аварії відбуваються в основному через розгерметизацію стикових з'єднань і переломів труб. Надійні зварні з'єднання - одна з переваг напірних поліетиленових труб.
Наприклад, для будівництва та ремонту мереж в Санкт-Петербурзі тільки в 2002 році було імпортовано більше 600 тонн ПЕ труб великих діаметрів, в основному напірних водопровідних. На додаток можна відзначити, що під час двох великих землетрусів в Японії в 1995 і 2000 роках не були ушкоджені тільки трубопроводи з пластмасових труб.Про турецький досвід ми вже писали в попередньому номері.
У Росії поліетиленові труби великих діаметрів почали застосовуватися кілька років тому. Спочатку вони використовувалися переважно при будівництві безнапірних колекторів. Однак в останні роки поліетиленові труби великих діаметрів все активніше і активніше застосовуються при будівництві напірних водоводів на тиск 6 і 10 атм. Особливо слід відзначити будівництво водоводів на 10 атм діаметром 1200 мм в Санкт-Петербурзі. Слід відповісти, що виробництво таких труб не передбачено ні російським ГОСТом ні європейськими нормативними документами. Тому компанією KWH Pipe (труби саме цієї компанії використовувалися в проекті) були розроблені спеціальні ТУ для даного проекту в Санкт-Петербурзі.
Треба сказати, що найбільш передовим у застосуванні поліетиленових труб великого діаметру виявився північно-західний регіон Росії. Тут, мабуть, позначилася близькість заводів одного з основних виробників компанії KWH Pipe. Санкт-Петербурзький водоканал одним з перших у Росії почав будівництво поліетиленових відводів на тиск до 10 атм в найбільш важливих частинах міста. Було прокладено кілька ниток водопроводу довжиною від 400 до 700 метрів з труб діаметром 400, 630, 710, 800 мм на загальну суму 1,5 млн. євро. В даний час тільки в одному Санкт-Петербурзі налічується чотири високопрофесійні підрядні організації, що займаються монтажем поліетиленових труб великого діаметру (ВОХ5 - фотографія - Марсове поле).
Слідом за Санкт-Петербургом поліетилен на великі діаметри стали застосовувати в Ростовській області, Краснодарському краї, Самарської, Оренбурзької, Кіровської і Московській областях.
Слід окремо зупинитися на застосуванні поліетиленових труб великого діаметру при будівництві дюкерів. На заході будівництво дюкерів з поліетилену є окремим високорентабельним бізнесом, що бурхливо розвивається в останні роки. Існує кілька заводів, що спеціалізуються на виробництві труб великого діаметру і великої довжини (до 1000 м). Безперечним лідером тут є завод в Норвегії, що належить компанії PipeLife. (ВОХ6 - фото - Норвегія) Розташовані на березі фіорду виробничі лінії заводу екструдують трубу безпосередньо в морську воду, що дозволяє виключити необхідність розрізання труби на короткі відрізки і дозволяє зберігати довгі відрізки труб протягом довгого часу в акваторії заводу. Фірмою PipeLife була розроблена унікальна система транспортування відразу декількох довгомірних труб по морю і по річках. За останні кілька років довгомірні труби великих діаметрів доставлялися по морю в прибережні райони європейських країн а також через Атлантику до країн Центральної та Південної Америки.
Крім компанії PipeLife подібні проекти реалізують турецькі фірми Firat і Dizayn Group. (ВОХ7 - фото - Firat) З найцікавіших проектів, планованих цими фірмами найближчим часом, слід відзначити проект з будівництва водоводу прісної води діаметром 1600 мм між материковою Туреччиною і Кіпром вартістю приблизно 180 млн. доларів. Унікальність даного проекту полягає в тому, що водовід повинен "висіти" в морській воді, прогинаючись під власною вагою на глибину більше 400 м (така глибина вибрана спеціально, щоб максимально зменшити вірогідність зіткнення з трубопроводом підводних човнів).
У Німеччині діє трубопровід по подачі питної води з Боденського озера в Гамбург, тобто з крайнього півдня на крайню північ Німеччини, в Японії перекидання вод з озера Касімігаура у річкову систему річки Нака.
В силу історичних і географічних причин практично всі великі Російські міста розташовані на берегах великих річкових систем. Кожне таке місто з населенням більше 500 000 чоловік має в своїй системі водопостачання та водовідведення до 10 і більше дюкерів, що лежать на дні. Як правило, більша частина дюкерів вимагає заміни або санації. Тут може стати в нагоді досвід норвезької і турецьких фірм. Ширина річок зазвичай не перевищує 200-300 м. Це саме ті довжини труб, які можна буксирувати по воді і які проходитимуть самі "вузькі" місця - шлюзи.
- Зварювання встик за допомогою зварювального інструмента
- Різьбові з'єднання за допомогою накидної гайки і гумової прокладки;
- Фланцеві;
- Муфтові;
- Розтрубні з еластичними ущільнювачами.
Як правило, для трубопроводів, що працюють під тиском, використовують нероз'ємні з'єднання - зварювання встик або муфтове зварювання, хоча не можна сказати, що фланцеві з'єднання менш надійні. Роз'ємні види з'єднань більше підходять для безнапірних систем. У кожному ж окремому випадку більш відповідний спосіб з'єднання вибирається з конкретних умов. Зварні та електрозварні з'єднання, використовувані для монтажу трубопроводів з поліетиленових труб, мають високу міцність, герметичні і стійки до зовнішніх руйнівних дій в процесі монтажу і експлуатації.
Гнучкість поліетиленових труб і надійність з'єднань робить поліетиленові трубопроводи незамінними в сейсмічно активних областях і в місцях, де можливі зрушення грунту.
Питання вибору труб
До питання вибору труб для конкретного застосування потрібно підходити, виходячи з основних характеристик і параметрів трубопроводу. Для напірних трубопроводів (Міждержавний Стандарт/ГОСТ 18599-2001) це:
- Мінімальна тривала міцність (MRS) - напруга, визначальна властивість матеріалу, що застосовується для виготовлення труб, отримане шляхом екстраполяції на термін служби 50 років при температурі 20 С даних випробувань труб на стійкість до внутрішнього гідростатичного тиску;
- Максимальний робочий тиск (МОР);
- Стандартне розмірне відношення (SDR) - відношення номінального зовнішнього діаметра труби до номінальної товщини стінки;
- Коефіцієнт зниження тиску (Ст) - коефіцієнт зниження максимального робочого тиску в залежності від температури води, що транспортується.
Більш сучасні марки поліетилену мають більш високі характеристики міцності (див. ВОХ2 "Показник MRS відповідно до ISO 4427/CEN TC 55SS20").
Відповідно до цього розрізняються і експлуатаційні характеристики труб, виготовлених з поліетилену різних марок. Таблиця 3 (ВОХ3) допомагає відібрати діапазон можливих параметрів труби в залежності від величини найбільшого допустимого експлуатаційного тиску.
У собівартість перекачування 1 куб. м. води по трубопроводу вартість труб входить як одна із складових частин. Як правило, для трубопроводу із заданим робочим тиском можна підібрати два-три варіанти труб, виготовлених з різного поліетилену і відрізняються значенням SDR. У таблиці 4 (див. ВОХ4 "Відносна вартість труб...") ми спробували показати, як співвідносяться вартості труб, виготовлених з різного поліетилену, що входять у собівартість перекачування води для трубопроводів різних діаметрів. Одиниці виміру взяті умовні.
Можна зробити висновок, що для напірних трубопроводів доцільне застосування труб з поліетилену більш високих марок, за рахунок можливості застосування труб з меншою товщиною стінки (з великим SDR). Незважаючи на більш високу вартість матеріалу, труба виходить легше і має більший прохідний перетин.
Інший, не менш важливий висновок напрошується для самопливних трубопроводів. У даному випадку внутрішній тиск, який витримує труба, не має значення, а грає роль тільки зовнішній вплив грунту, тобто надійність трубопроводів визначається якістю облаштування грунтових зон навколо них. У СП 40-102-2000 застосування полімерних труб для цих цілей обмежується кільцевою жорсткістю 10 кПа. З цього випливає, що можуть застосовуватися труби з ПЕ 63 - до SDR 17,6, а з ПЕ 80 - до SDR 21. Застосування труб з ПЕ 100 виявляється економічно недоцільно. У даній області звичайним поліетиленовим трубам, мабуть, буде важко витримати конкуренцію з крученими поліетиленовими трубами, які мають меншу питому вагу і більш низьку питому вартість.
Експлуатаційно-економічні характеристики трубопроводів
За динамічними характеристиками пластмасові трубопроводи значно перевершують труби з інших матеріалів: коефіцієнт їх шорсткості в 7 разів нижче, ніж у сталевих і в 23 рази нижче, ніж у нових чавунних. До того ж вони не змінюють своїх технічних характеристик протягом всього терміну експлуатації.
Наприклад, металеві труби піддаються заростанню внутрішньої поверхні продуктами корозії і карбонатними відкладеннями, що призводить до різкого зростання величини шорсткості труб і зменшенню площі їх прохідного перетину. У результаті пропускна здатність трубопроводу знижується через п'ять років експлуатації, в залежності від групи води, на 10-48%, через десять років - на 14-57%, через 20 років - на 20-68% (див. А. Я. Добромислов "Проблема довговічності і надійності трубопровідних систем", "Сантехніка" № 5/2003). Оскільки вже через 5-6 років експлуатації насоси, підібрані за шорсткістю нових труб, не справляються з роботою, в цілому ряді випадків експлуатаційні організації змушені змінювати насоси на більш потужні, а при цьому витрати електроенергії на перекачку води збільшуються в 4-8 разів. Для інформації: на перекачування чистих і стічних вод в Росії витрачається 120-130 млрд. КВт/год електроенергії
Надійність як властивість поліетиленової труби
Про надійність пластмасових трубопроводів писалося й говорилося вже чимало. Часто оцінюють надійність або аварійність на трубопроводах з різних термопластів "в цілому", не розбираючись у принципових відмінностях, наприклад ПВХ або склопластикових труб від поліетиленових. Але на нашу думку, виходячи з того, що за останні 15-20 років і технології виробництва трубних марок поліетилену, і власне рівень обладнання, особливо для формувань "великих" труб, пішли далеко вперед, напірні поліетиленові трубопроводи є на сьогоднішній день одними з найбільш надійних. Природно, що робота з новими матеріалами вимагає більшої технологічної дисципліни як при виробництві труби і комплектуючих, так і при монтажі.
У багатьох великих містах та регіонах Росії експлуатуються багатокілометрові водопровідні мережі з розтрубних труб, на яких аварії відбуваються в основному через розгерметизацію стикових з'єднань і переломів труб. Надійні зварні з'єднання - одна з переваг напірних поліетиленових труб.
Наприклад, для будівництва та ремонту мереж в Санкт-Петербурзі тільки в 2002 році було імпортовано більше 600 тонн ПЕ труб великих діаметрів, в основному напірних водопровідних. На додаток можна відзначити, що під час двох великих землетрусів в Японії в 1995 і 2000 роках не були ушкоджені тільки трубопроводи з пластмасових труб.Про турецький досвід ми вже писали в попередньому номері.
У Росії поліетиленові труби великих діаметрів почали застосовуватися кілька років тому. Спочатку вони використовувалися переважно при будівництві безнапірних колекторів. Однак в останні роки поліетиленові труби великих діаметрів все активніше і активніше застосовуються при будівництві напірних водоводів на тиск 6 і 10 атм. Особливо слід відзначити будівництво водоводів на 10 атм діаметром 1200 мм в Санкт-Петербурзі. Слід відповісти, що виробництво таких труб не передбачено ні російським ГОСТом ні європейськими нормативними документами. Тому компанією KWH Pipe (труби саме цієї компанії використовувалися в проекті) були розроблені спеціальні ТУ для даного проекту в Санкт-Петербурзі.
Треба сказати, що найбільш передовим у застосуванні поліетиленових труб великого діаметру виявився північно-західний регіон Росії. Тут, мабуть, позначилася близькість заводів одного з основних виробників компанії KWH Pipe. Санкт-Петербурзький водоканал одним з перших у Росії почав будівництво поліетиленових відводів на тиск до 10 атм в найбільш важливих частинах міста. Було прокладено кілька ниток водопроводу довжиною від 400 до 700 метрів з труб діаметром 400, 630, 710, 800 мм на загальну суму 1,5 млн. євро. В даний час тільки в одному Санкт-Петербурзі налічується чотири високопрофесійні підрядні організації, що займаються монтажем поліетиленових труб великого діаметру (ВОХ5 - фотографія - Марсове поле).
Слідом за Санкт-Петербургом поліетилен на великі діаметри стали застосовувати в Ростовській області, Краснодарському краї, Самарської, Оренбурзької, Кіровської і Московській областях.
Слід окремо зупинитися на застосуванні поліетиленових труб великого діаметру при будівництві дюкерів. На заході будівництво дюкерів з поліетилену є окремим високорентабельним бізнесом, що бурхливо розвивається в останні роки. Існує кілька заводів, що спеціалізуються на виробництві труб великого діаметру і великої довжини (до 1000 м). Безперечним лідером тут є завод в Норвегії, що належить компанії PipeLife. (ВОХ6 - фото - Норвегія) Розташовані на березі фіорду виробничі лінії заводу екструдують трубу безпосередньо в морську воду, що дозволяє виключити необхідність розрізання труби на короткі відрізки і дозволяє зберігати довгі відрізки труб протягом довгого часу в акваторії заводу. Фірмою PipeLife була розроблена унікальна система транспортування відразу декількох довгомірних труб по морю і по річках. За останні кілька років довгомірні труби великих діаметрів доставлялися по морю в прибережні райони європейських країн а також через Атлантику до країн Центральної та Південної Америки.
Крім компанії PipeLife подібні проекти реалізують турецькі фірми Firat і Dizayn Group. (ВОХ7 - фото - Firat) З найцікавіших проектів, планованих цими фірмами найближчим часом, слід відзначити проект з будівництва водоводу прісної води діаметром 1600 мм між материковою Туреччиною і Кіпром вартістю приблизно 180 млн. доларів. Унікальність даного проекту полягає в тому, що водовід повинен "висіти" в морській воді, прогинаючись під власною вагою на глибину більше 400 м (така глибина вибрана спеціально, щоб максимально зменшити вірогідність зіткнення з трубопроводом підводних човнів).
У Німеччині діє трубопровід по подачі питної води з Боденського озера в Гамбург, тобто з крайнього півдня на крайню північ Німеччини, в Японії перекидання вод з озера Касімігаура у річкову систему річки Нака.
В силу історичних і географічних причин практично всі великі Російські міста розташовані на берегах великих річкових систем. Кожне таке місто з населенням більше 500 000 чоловік має в своїй системі водопостачання та водовідведення до 10 і більше дюкерів, що лежать на дні. Як правило, більша частина дюкерів вимагає заміни або санації. Тут може стати в нагоді досвід норвезької і турецьких фірм. Ширина річок зазвичай не перевищує 200-300 м. Це саме ті довжини труб, які можна буксирувати по воді і які проходитимуть самі "вузькі" місця - шлюзи.
Хтозна, може бути при певному рівні розвитку поліетиленових технологій в Росії транспортування довгомірних поліетиленових труб по річках в майбутньому стане звичайною справою. Очевидно, принаймні, що з точки зору витрат на транспортування і зварювально-монтажні роботи виробництво таких труб може виявитися виправданим. Зауважимо, що невеликий досвід застосування довгомірних труб великого діаметру в Росії вже є. Влітку 2002 року в Санкт-Петербурзі був прокладений дюкер через Неву діаметром 700 мм. Поліетиленові труби довжиною 400 м були доставлені морем з Норвегії компанією PipeLife (ВОХ8 - Рис. PipeLife - Денис-Балашов). Крім згаданих компаній KWH, PipeLife, Firat і Dizayn Group, труби великого діаметра випускають ще кілька фірм у Європі - наприклад Egeplast. У Росії напірні труби діаметром 630-1200 мм випускають тільки два підприємства - "Завод з переробки пластмас" ВАТ "Казаньоргсинтез" і ЗАТ "Завод АНД Газтрубпласт", що пропонує труби широкої номенклатури за діаметрами, SDR і марками поліетилену разом з комплектуючими та обладнанням для монтажу. Безнапірні кручені труби випускає завод "Бородіно-пласт" діаметрами до 1800 мм і відповідними комплектуючими для монтажу. За легкими безнапірними трубами великого діаметру проглядаються великі перспективи, але розвиваються вони в Росії поки досить повільно.
ВОХ2 Табл.1 Прогноз розвитку ринку труб великого діаметру в США (тис. км) 1997 | 2002 | 2007 | середньорічне зростання у% | ||
1997-2002 | 2002-2007 | ||||
| Всього труби великого діаметра, в т.ч. | 46,1 | 50,8 | 60,8 | 3,2 | 2,4 |
| Бетон | 25,8 | 29,8 | 33,0 | 2,9 | 2,0 |
| Пластик | 7,4 | 9,8 | 12,4 | 2,9 | 2,0 |
| Чавун | 6,2 | 7,1 | 7,9 | 3,0 | 2,0 |
| Сталь | 6,0 | 6,4 | 6,9 | 1,3 | 1,6 |
| Кераміка | 0,7 | 0,7 | 0,6 | -1,7 | -0,9 |
ВОХ2 Таблиця 2. Показник MRS відповідно до ISO 4427/CEN TC 55SS20
Тривала міцність, МПа | MRS, МПа | Марка ПЕ | Допустиме напруження (вода, коефіцієнт запасу міцності 1,25), МПа |
3,20 - 3,99 | 3,2 | РЕ 32 | 2,5 |
6,30 - 7,99 | 6,3 | РЕ 63 | 5,0 |
8,00 - 9,99 | 8,0 | РЕ 80 | 6,3 |
10,00 - 11,19 | 10 | РЕ 100 | 8,0 |
ВОХ3 Таблиця 3. Найбільш припустимий експлуатаційний тиск (МАОП) у водопровідних трубах (в МПа) відповідно до ISO 4427/CEN TC 55SS20
Матеріал труб | MRS, МПа 150 | МАОП, МПа, для труб з різним SDR | ||||
SDR 26 | SDR 17 | SDR 11 | SDR 9 | SDR 7,4 | ||
РЕ 63 | 6,3 | 0,4 | 0,6 | 1,0 | 1,25 | 1,6 |
РЕ 80 | 8,0 | 0,5 | 0,8 | 1,25 | 1,6 | 2,0 |
РЕ 100 | 10,0 | 0,6 | 1,0 | 1,6 | 2,0 | 2,5 |
ВОХ4 Таблиця 4 Відносна вартість труб з поліетилену різних марок для трубопроводів різної пропускної здатності
Тиск, атм. | Марка ПЕ | Діаметр, мм | SDR | Внутрішній діаметр | Товщина стінки, мм | Вага 1 п/м, кг | Відносна вартість труб |
6 | 63 | 500 | 17,6 | 443 | 28,3 | 42,1 | 23 |
80 | 500 | 21 | 452 | 23,9 | 36,3 | 25 | |
63 | 630 | 17,6 | 559 | 35,7 | 66,8 | 19 | |
80 | 630 | 21 | 570 | 30 | 57,5 | 20 | |
80 | 710 | 21 | 642 | 33,9 | 73,6 | 18 | |
80 | 800 | 21 | 724 | 38,1 | 93,3 | 16 | |
80 | 900 | 21 | 814 | 42,9 | 118,1 | 14 | |
80 | 1000 | 21 | 905 | 47,7 | 145,9 | 13 | |
80 | 1200 | 21 | 1086 | 57,2 | 209,8 | 11 | |
10 | 63 | 500 | 11 | 409 | 45,5 | 64,8 | 14 |
80 | 500 | 13,6 | 426 | 36,8 | 54,69 | 15 | |
100 | 500 | 17,6 | 441 | 29,7 | 44,6 | 13 | |
80 | 630 | 13,6 | 537 | 46,3 | 86,6 | 13 | |
100 | 630 | 17,6 | 555 | 37,4 | 71,2 | 10 | |
80 | 710 | 13,6 | 606 | 52,2 | 110 | 11 | |
100 | 710 | 17,6 | 626 | 42,1 | 90,3 | 9 | |
80 | 800 | 13,6 | 682 | 58,8 | 139,7 | 10 | |
100 | 800 | 17,6 | 705 | 47,4 | 114,5 | 8 | |
100 | 900 | 17,6 | 793 | 53,3 | 144,7 | 7 | |
100 | 1000 | 17,6 | 881 | 59,3 | 178,9 | 6 | |
100 | 1200 | 17,6 | 1064 | 67,8 | 248,5 | 5 |
Автори: Сергій Топалов, Олександр Шмельов, Володимир Балашов Джерело: (Журнал "Полімерні труби")
Читайте також
- Виробництво труб великого діаметру з поліетиленуТехнічні статті / 29.05.2006
- Компанія Georg Fischer Piping Systems Ltd. провела навчання фахівців із застосування нової технології з'єднання ПЕ труб великого діаметруНовини Євротрубпласт / 28.06.2006
- Виробництво пластикових труб великого діаметру буде рости в Китаї на 9%Новини ринку полімерів / 20.02.2009
