Анализ современных материалов для напорных сетей водоснабжения в условиях высокогорья

ANALYSIS OF MODERN MATERIALS FOR PRESSURE WATER SUPPLY NETWORKS IN THE HIGHLANDS

Svetlana Kolesnichenko

Student, Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering, Russia, Saint Petersburg

Аннотация. Эксплуатация в сложных природно-климатических условиях и большой перепад высот обусловливает необходимость поиска оптимальных материалов для обеспечения надежной и безопасной подачи воды. В статье предложен анализ современных материалов для напорных сетей водоснабжения в условиях высокогорья.

Abstract. Operation in difficult climatic conditions and the large height difference makes it necessary to search for optimum materials to ensure safe and reliable water supply. In the article the analysis of advanced materials for pressurized water supply networks in the high mountains.

Ключевые слова: материалы трубопроводов, напорные сети водоснабжения, стальные трубы, чугунные трубы, полиэтиленовые трубы.

Keywords: pipeline materials, pressure water supply networks, steel pipes, cast iron pipes, polyethylene pipes.

На сегодняшний день на строительном рынке представлены различные виды материалов для напорных сетей водоснабжения. В соответствии с условиями работы водопроводных линий в процессе их эксплуатации к ним предъявляются следующие основные требования:

• прочность, т.е. хорошее сопротивление всем возможным внешним и внутренним нагрузкам;
• герметичность (водонепроницаемость);
• гладкость внутренней поверхности и стенок, обеспечивающая наименьшие потери напора на трение при движении воды;
• долговечность, т.е. длительный срок службы, обуславливаемый в основном хорошим сопротивлением материала труб внешним и внутренним воздействиям (транспортируемой водой, грунтов); [1, с.111]
• простота монтажа — возможность быстро, просто и надежно соединять элементы напорного трубопровода.

Также важным требованием является и стоимость материала. Но не стоит сравнивать лишь стоимость погонного метра трубы различных материалов, так как на подготовку траншеи и монтаж напорной сети требуются не малые дополнительные финансовые расходы.

В настоящее время широко применяются стальные, чугунные, бетонные, стеклопластиковые, полиэтиленовые трубы. Каждый вид материала отличается своими преимуществами и недостатками. В связи с этим их выбор производится индивидуально в зависимости от конкретны условий эксплуатации и технико-экономических расчётов.

Рассмотрим выбор материала на примере высокогорного участка с конкретными условиями:

• высота перепада магистрального участка составляет 400 м;
• различная крутизна и экспозиция склонов (склоны средней крутизны (15°-30°) и крутые (30°-50°));
• нормативная глубина промерзания грунтов изменяется от 0,4 м до 1,4 м;
• сейсмическая активность (9 баллов).

Для обеспечения надежной и безопасной подачи воды в данных условиях рассмотрим следующие виды материалов напорных труб: сталь, высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ВЧШГ) и полиэтилен.

Металлическая водопроводная труба из стали отличается высоким показателем механической прочности. Ее можно прокладывать для транспортировки воды, подаваемой под давлением, в сейсмических районах, при устройстве переходов под автомагистралями. [2, с. 219]

Существенной уязвимостью водопроводных труб из стали принято считать их подверженность коррозионным процессам. Ржавчина способна постепенно привести к появлению свищей, а в худшем случае — к полному разрушению материала. Поэтому при прокладке стального трубопровода необходимо применять изоляцию. Тип изоляционного покрытия выбирается в зависимости от коррозионной активности грунта, также от назначения трубопроводов и других местных условий.

В настоящее время полиуретановая изоляция является надежной защитой водопроводных труб из стали от коррозии. Но также существует риск повреждений готовой изоляции в процессе транспортировки трубы и при опускании ее в траншею.

Помимо этого, металлические трубы подвержены зарастанию внутренней поверхности продуктами коррозии и карбонатными отложениями, что приводит к резкому возрастанию величины шероховатости материала труб и уменьшению площади их живого сечения. В результате пропускная способность трубопроводов снижается.

Очередной недостаток, о котором следует упомянуть, относится к трудоемкости монтажных работ. Технология укладки требует привлечения высококвалифицированного сварщика со своим оборудованием. Даже резьбовые соединения с муфтами зачастую усиливают сваркой.

Помимо перечисленных недостатков надо отметить высокую стоимость материала и стоимость монтажных работ.

Имея такое количество недостатков строители и проектировщики часто стальные трубы называют устаревшим материалом, на смену им приходят пластиковые аналоги. Но прежде чем перейти к преимуществам полиэтиленовых труб рассмотрим трубы из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, оцинкованные, с битумным покрытием снаружи и цементно-песчаным покрытием внутри, с раструбным соединением типа TYTON.

Трубопроводная система из высокопрочного чугуна обладает следующими свойствами:

• прочностью — труба способна выдерживать большие нагрузки, как внутренние, так и внешние, при резком изменении гидравлического давления в трубопроводах, а также нагрузки, вызванные перемещением грунта в результате оседания, землетрясений и морозов;
• надежностью — срок службы до 80–100 лет;
• экономичностью — требует низких затрат на технико-эксплуатационное обслуживание и обеспечивает оптимальную надежность. 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;
• коррозионной стойкостью, которая в 4-5 раз превышает стойкость стальных труб;
• гладкостью внутренней поверхности и стенок благодаря внутреннему цементно-песчаному покрытию труб. [3, с.33]

А также трубы из ВЧШГ способны выдерживать давление до 40 атмосфер (в зависимости от диаметра) и могут укладываться непосредственно в грунт на глубину до 30 м.

Очередным достоинством является высокая скоростью монтажа при незначительных затратах (простая система раструбных соединений с резиновыми манжетами и отсутствие необходимости применять электроэнергию при монтаже).

А также для использования в районах с сейсмичностью 9 баллов раструбные соединения чугунных труб не требуют дорогостоящих компенсаторов, так как резиновые уплотнители работают на сдвиг.

Несмотря на огромное количество достоинств у данного материала имеется и недостаток — очень высокая стоимость. Но мы помним, что рассматривать стоимость материала не стоит только исходя из стоимости за погонный метр, а в заданных условиях данный материал показывает экономическую эффективность и высокие технические показатели для напорного магистрального трубопровода подачи воды.

Из множества видов пластиковых труб рассмотрим полиэтиленовые трубы для напорных систем водоснабжения. Полиэтиленовые трубы значительно превосходят трубы из стали и чугуна вот по каким характеристикам:

• низкая шероховатость и практически отсутствие зарастание трубы;
• срок службы не менее 50 лет гарантирован по требованиям ГОСТа. Фактический же срок может составлять 100 лет;
• обладают коррозионной стойкостью;
• не меняют своих гидравлических характеристик в течение всего срока эксплуатации, т. е. затраты электроэнергии на перекачку воды по этим трубам минимальны;
• высокая ремонтопригодность (множество фитингов для врезки в трубу и ремонтных работ);
• небольшой вес;
• доступная цена;
• большой выбор производителей.

Но надо отметить и слабые стороны материала:

• трудоемкость монтажных работ, которые должны выполняться квалифицированным персоналом с использованием подходящего оборудования и в идеальных погодных условиях;
• величину рабочего давления трубопроводов. Трубы из полиэтилена способны выдерживать давление только до 16 атмосфер. При заданных условиях появится необходимость установки дополнительных систем подкачки воды, что приведет к значительному удорожанию напорной сети водоснабжения.

Как мы видим применение полиэтиленовых труб в качестве напорного магистрального трубопровода в условия высокогорья экономически не целесообразно.

Таким образом, анализируя все достоинства и недостатки представленных материалов для напорных трубопроводов можно сделать вывод, что трубы из высокопрочного чугуна — это наиболее прочный, надежный и экономичный материал для транспортировки питьевой воды в заданных условиях.