Єдина Країна! Единая Страна!
Полипластик
RU   UA
     
Забыли пароль? -->
Вход         Регистрация
Прайс-листы Акции Продукция Документация Филиалы О нас

Популярные статьи

Трубы большого диаметра - новое качество напорных трубопроводов.

01 Июня 2006г.
В настоящее время отечественные производители способны предложить весьма широкий сортамент полиэтиленовых труб для разных областей применения, различающихся по предельно-допустимому рабочему давлению, диаметру, марке сырья. В этой статье мы уделим внимание применению полиэтиленовых труб с большим внешним диаметром, а также рассмотрим некоторые вопросы, возникающие при комплектации, строительстве и эксплуатации напорных трубопроводов из полиэтилена.

Сферы применения
Известно, что наиболее дорогим элементом комплекса водоснабжения любого большого города является система транспортирования питьевой и технической воды. Она включает водоводы, распределительную сеть и устанавливаемые на ней сооружения и арматуру для выключения, регулирования, обслуживания, ремонта и обеспечения надежной и безаварийной работы трубопроводов. Стоимость систем подачи и распределения воды составляет от 40 до 70% стоимости всей системы водоснабжения города. В связи с этим надежность и долговечность этих систем, снижение затрат на их монтаж и эксплуатацию являются для городских хозяйств важнейшими приоритетами.

Поэтому основным вопросом при проектировании является достижение максимальной экономической эффективности при строительстве и эксплуатации (конечно, при удовлетворении всех санитарно-гигиенических норм). А этот вопрос в настоящее время напрямую сводится к вопросам выбора материала для трубопроводной системы и способа монтажа.

Общеизвестно, что использование пластмассовых труб большого диаметра открывает новые возможности при строительстве трубопроводов. Традиционно трубами большого диаметра считаются трубы диаметром 500-1200 мм и более. Основными областями применения таких труб являются ливневые и канализационные коллекторы, напорные водоводы, дренаж.

Если рассматривать сферу применения труб большого диаметра в целом, то примерное распределение потребления этих труб по видам используемого материала можно представить из графика, построенного на основании данных глобального исследования рынка труб большого диаметра в США, проведенного информационным агентством Freedonia Group, Inc (см. ВОХ1 "Распределение потребления труб большого диаметра…"). К сожалению, исследования подобного рода пока редки ввиду того, что основное внимание уделяется металлическим трубам больших диаметров, предназначенным для магистральных нефте- и газопроводов. В результате интерес к исследованию и распространению опыта применения пластмассовых труб большого диаметра оказывается в тени.

Между тем, доля рынка, которую занимают пластики, довольно значительна и растет быстрыми темпами. На приведенном рисунке видно, как выросло потребление пластиковых труб большого диаметра в США за 10 лет:

Прогноз, который дают ведущие аналитики, по дальнейшему развитию рассматриваемого сегмента рынка на примере США проиллюстрируем таблицей 1 (см. ВОХ2 "Прогноз развития рынка труб большого диаметра…").

Согласно проведённым исследованиям, рост объёма потребления пластмассовых труб большого диаметра в США предполагается на уровне 4,7% в год и достигнет к 2007 году 12,4 тыс. км. Доля пластмасс будет составлять более 20% потребления труб большого диаметра, на что будет израсходовано 440 тыс. тонн исходного сырья.

Увеличение доли пластмассовых труб предполагается, в первую очередь, за счет постройки новых и восстановления старых или устаревших систем водоводов и канализации, в особенности для специфических условий больших городов, протяженных улиц и автомагистралей.

Бетонные трубы пока сохранят свое лидирующее положение для подземных применений. Однако пластмассовые трубы начинают составлять серьезную конкуренцию, основанную на таких преимуществах, как лучшие эксплуатационные характеристики, более быстрый и легкий монтаж по сравнению с трубами из других материалов.

Хорошие перспективы использования напорных полиэтиленовых труб в водоснабжении и водоотведении обусловлены устареванием существующих систем и все более частым возникновением таких проблем как утечки, прорывы, эксфильтрация, то есть диффузное проникновение внешних вод в систему питьевого водоснабжения, которые вызываются коррозией и низкой устойчивостью существующих систем к скачкам давления.

При наличии в напорном трубопроводе сквозных повреждений в стенке трубы или в соединениях через них утекает вода. Прямые потери воды при этом достигают 40%. Кроме того, вытекающая вода размывает грунт вокруг трубы. В результате происходят провалы грунта, подтопление подвалов, повреждение фундаментов близлежащих зданий. Если рядом проложена канализация, потерявшая герметичность, то вода из водопровода размывает зараженный канализационными стоками (в том числе и фекальными) грунт вокруг трубопровода и может переместить его в водоносные слои.

При перерывах в подаче воды в трубопроводе образуется вакуум, который засасывает через сквозные неплотности окружающий грунт и грунтовые воды. При возобновлении водоснабжения они разносятся потоком по трубопроводу.

Применение полиэтиленовых труб позволяет существенно уменьшить аварийность, опасность загрязнения питьевой воды, а кроме того, значительно облегчает монтаж и позволяет использовать бестраншейные технологии.

Тенденции последних лет указывают на то, что коммунальными службами городов-мегаполисов различных стран все большее внимание уделяется вопросам использования перспективных бестраншейных технологий восстановления (санации) и прокладки водопроводных и водоотводящих сетей, под которыми понимаются технологии прокладки, замены, ремонта и обнаружения дефектов в подземных коммуникациях различного назначения с минимальным вскрытием земной поверхности.

В передовой зарубежной практике сейчас 95 % объема работ по прокладке и восстановлению подземных коммуникаций производится бестраншейным способом.

В России также существуют организации, специализирующиеся на бестраншейной прокладке трубопроводов, имеющие все необходимое оборудование и уже накопившие достаточный опыт работ. Но пока приходится признавать, что основная масса работ по ремонту и строительству инженерных коммуникаций проводится традиционным способом.

Одним из интереснейших применений пластмассовых труб является конструирование подводных трубопроводов. В отличие от работы с металлическими трубами, в данном случае весь комплекс монтажных работ проводится на берегу, что несравнимо облегчает и удешевляет строительство. Затем производится постепенное затопление уже готового трубопровода, снабженного балластными грузами.

Комплектация и особенности монтажа ПЭ трубопроводов
Соединения пластиковых труб можно разделить на два типа:
Неразъемные:
- сварка встык с помощью сварочного инструмента
Разъемные:
- резьбовые соединения с помощью накидной гайки и резиновой прокладки;
- фланцевые;
- муфтовые;
- раструбные с эластичными уплотнителями.

Как правило, для трубопроводов, работающих под давлением, используют неразъемные соединения - сварку встык или муфтовую сварку, хотя нельзя сказать, что фланцевые соединения менее надежны. Разъемные виды соединений более подходят для безнапорных систем. В каждом же частном случае более подходящий способ соединения выбирается из конкретных условий. Сварные и электросварные соединения, используемые для монтажа трубопроводов из полиэтиленовых труб, имеют высокую прочность, герметичны и стойки к внешним разрушающим воздействиям в процессе монтажа и эксплуатации.

Гибкость полиэтиленовых труб и надежность соединений делает полиэтиленовые трубопроводы незаменимыми в сейсмически активных областях и в местах, где возможны подвижки почвы.

Вопрос выбора труб
К вопросу выбора труб для конкретного применения нужно подходить, исходя из основных характеристик и параметров трубопровода. Для напорных трубопроводов (Межгосударственный Стандарт / ГОСТ 18599-2001) это:

- минимальная длительная прочность (MRS) - напряжение, определяющее свойства материала, применяемого для изготовления труб, полученное путём экстраполяции на срок службы 50 лет при температуре 20 С данных испытаний труб на стойкость к внутреннему гидростатическому давлению;
- максимальное рабочее давление (МОР);
- стандартное размерное отношение (SDR) - отношение номинального наружного диаметра трубы к номинальной толщине стенки;
- коэффициент снижения давления (Ст) - коэффициент снижения максимального рабочего давления в зависимости от температуры транспортируемой воды.
Трубы могут изготавливаться из различных марок полиэтилена (ПЭ-63, ПЭ-80 и ПЭ-100).

Более современные марки полиэтилена обладают более высокими прочностными характеристиками (см. ВОХ2 "Показатель MRS в соответствии с ISO 4427/CEN TC 55SS20").

В соответствии с этим различаются и эксплуатационные характеристики труб, изготовленных из полиэтилена разных марок. Таблица 3 (ВОХ3) помогает отобрать диапазон возможных параметров трубы в зависимости от величины наибольшего допустимого эксплуатационного давления.

В себестоимость перекачки 1 куб. м. воды по трубопроводу стоимость труб входит как одна из составных частей. Как правило, для трубопровода с заданным рабочим давлением можно подобрать два-три варианта труб, изготовленных из разного полиэтилена и отличающихся значением SDR. В таблице 4 (см. ВОХ4 "Относительная стоимость труб…") мы попытались показать, как соотносятся стоимости труб, изготовленных из разного полиэтилена, входящие в себестоимость перекачки воды для трубопроводов разных диаметров. Единицы измерения взяты условные.

Можно сделать вывод, что для напорных трубопроводов целесообразно применение труб из полиэтилена более высоких марок, за счет возможности применения труб с меньшей толщиной стенки (с большим SDR). Несмотря на более высокую стоимость материала, труба получается легче и имеет большее проходное сечение.

Другой, не менее важный вывод напрашивается для самотечных трубопроводов. В данном случае внутреннее давление, которое выдерживает труба, не имеет значения, а играет роль только внешнее воздействие грунта, то есть надежность трубопроводов определяется качеством обустройства грунтовых зон вокруг них. В СП 40-102-2000 применение полимерных труб для этих целей ограничивается кольцевой жесткостью 10 кПа. Из этого следует, что могут применяться трубы из ПЭ 63 - до SDR 17,6, а из ПЭ 80 - до SDR 21. Применение труб из ПЭ 100 оказывается экономически нецелесообразно. В данной области обычным полиэтиленовым трубам, видимо, будет трудно выдержать конкуренцию с витыми полиэтиленовыми трубами, которые имеют меньший удельный вес и более низкую удельную стоимость.

Эксплуатационно-экономические характеристики трубопроводов

По динамическим характеристикам пластмассовые трубопроводы значительно превосходят трубы из других материалов: коэффициент их шероховатости в 7 раз ниже, чем у стальных и в 23 раза ниже, чем у новых чугунных. К тому же они не меняют своих технических характеристик в течение всего срока эксплуатации.

Например, металлические трубы подвержены зарастанию внутренней поверхности продуктами коррозии и карбонатными отложениями, что приводит к резкому возрастанию величины шероховатости труб и уменьшению площади их проходного сечения. В результате пропускная способность трубопровода снижается через пять лет эксплуатации, в зависимости от группы воды, на 10-48%, через десять лет - на 14-57%, через 20 лет - на 20-68% (см. А.Я.Добромыслов "Проблема долговечности и надежности трубопроводных систем", "Сантехника" №5/2003). Так как уже через 5-6 лет эксплуатации насосы, подобранные по шероховатости новых труб, не справляются с работой, в целом ряде случаев эксплуатационные организации вынуждены менять насосы на более мощные, а при этом затраты электроэнергии на перекачку воды увеличиваются в 4-8 раз. Для информации: на перекачку чистых и сточных вод в России расходуется 120-130 млрд. КВт/час электроэнергии

Надёжность как свойство полиэтиленовой трубы
О надежности пластмассовых трубопроводов писалось и говорилось уже немало. Часто оценивают надёжность или аварийность на трубопроводах из различных термопластов "в целом", не разбираясь в принципиальных отличиях, например ПВХ или стеклопластиковых труб от полиэтиленовых. Но нашему мнению, исходя из того, что за последние 15-20 лет и технологии производства трубных марок полиэтилена, и собственно уровень оборудования, особенно для формования "больших" труб, ушли далеко вперёд, напорные полиэтиленовые трубопроводы являются на сегодняшний день одними из наиболее надёжных. Естественно, что работа с новыми материалами требует большей технологической дисциплины как при производстве трубы и комплектующих, так и при монтаже.

Во многих крупных городах и регионах России эксплуатируются многокилометровые водопроводные сети из раструбных труб, на которых аварии происходят в основном из-за разгерметизации стыковых соединений и переломов труб. Надёжные сварные соединения - одно из преимуществ напорных полиэтиленовых труб.

Например, для строительства и ремонта сетей в Санкт-Петербурге только в 2002 году было импортировано более 600 тонн ПЭ труб больших диаметров, в основном напорных водопроводных.
В дополнение можно отметить, что во время двух крупных землетрясений в Японии в 1995 и 2000 годах не были повреждены только трубопроводы из пластмассовых труб. Про турецкий опыт мы уже писали в предыдущем номере.

В России полиэтиленовые трубы больших диаметров начали применяться несколько лет назад. Первоначально они использовались преимущественно при строительстве безнапорных коллекторов. Однако в последние годы полиэтиленовые трубы больших диаметров все активнее и активнее применяются при строительстве напорных водоводов на давление 6 и 10 атм. Особенно следует отметить строительство водоводов на 10 атм диаметром 1200 мм в Санкт-Петербурге. Следует ответить, что производство таких труб не предусмотрено ни российским ГОСТом ни европейскими нормативными документами. Поэтому компанией KWH Pipe (трубы именно этой компании использовались в проекте) были разработаны специальные ТУ для данного проекта в Санкт-Петербурге.


Надо сказать, что наиболее передовым в применении полиэтиленовых труб большого диаметра оказался северо-западный регион России. Здесь, видимо, сказалась близость заводов одного из основных производителей компании KWH Pipe. Санкт-Петербургский водоканал одним из первых в России начал строительство полиэтиленовых водоводов на давление до 10 атм в наиболее важных частях города. Было проложено несколько ниток водопровода длиной от 400 до 700 метров из труб диаметром 400, 630, 710, 800 мм на общую сумму 1,5 млн. евро. В настоящее время только в одном Санкт-Петербурге насчитывается четыре высокопрофессиональные подрядные организации, занимающиеся монтажом полиэтиленовых труб большого диаметра (ВОХ5 - фотография - Марсово поле).

Вслед за Санкт-Петербургом полиэтилен на большие диаметры стали применять в Ростовской области, Краснодарском Крае, Самарской, Оренбургской, Кировской и Московской областях.

Следует отдельно остановиться на применении полиэтиленовых труб большого диаметра при строительстве дюкеров. На западе строительство дюкеров из полиэтилена является отдельным, бурно развивающимся в последние годы и высокорентабельным бизнесом. Существует несколько заводов, специализирующихся на производстве труб большого диаметра и большой длины (до 1000 м). Бесспорным лидером здесь является принадлежащий компании PipeLife завод в Норвегии. (ВОХ6 - фото - Норвегия) Расположенные на берегу фьорда производственные линии завода экструдируют трубу непосредственно в морскую воду, что позволяет исключить необходимость разрезания трубы на короткие отрезки и позволяет хранить длинные отрезки труб в течение долгого времени в акватории завода. Фирмой PipeLife была разработана уникальная система транспортировки сразу нескольких длинномерных труб по морю и по рекам. За последние несколько лет длинномерные трубы больших диаметров доставлялись по морю в прибрежные районы европейских стран а также через Атлантику в страны Центральной и Южной Америки.

Помимо компании PipeLife подобные проекты реализуют турецкие фирмы Firat и Dizayn Group. (ВОХ7 - фото - Firat) Из наиболее интересных проектов, планируемых этими фирмами в ближайшее время, следует отметить проект по строительству водовода пресной воды диаметром 1600 мм между материковой Турцией и Кипром стоимостью примерно 180 млн. долларов. Уникальность данного проекта заключается в том, что водовод должен "висеть" в морской воде, прогибаясь под собственным весом на глубину более 400 м (такая глубина выбрана специально, чтобы максимально уменьшить вероятность столкновения с трубопроводом подводных лодок).

В Германии действует трубопровод по подаче питьевой воды из Боденского озера в Гамбург, т.е. с крайнего юга на крайний север Германии, в Японии переброска вод из озера Касимигаура в речную систему реки Нака.

В силу исторических и географических причин практически все крупные Российские города расположены на берегах крупных речных систем. Каждый такой город с населением более 500 000 человек имеет в своей системе водоснабжения и водоотведения до 10 и более дюкеров, лежащих на дне. Как правило, большая часть дюкеров требует замены или санации. Здесь может пригодиться опыт норвежской и турецких фирм. Ширина рек обычно не превышает 200-300 м. Это именно те длины труб, которые можно буксировать по воде и проходить самые "узкие" места - шлюзы. Как знать, может быть при определенном уровне развития полиэтиленовых технологий в России транспортировка длинномерных полиэтиленовых труб по рекам в будущем станет обычным делом. Очевидно, по крайней мере, что с точки зрения расходов на транспортировку и сварочно-монтажные работы производство таких труб может оказаться оправданным.

Заметим, что небольшой опыт применения длинномерных труб большого диаметра в России уже имеется. Летом 2002 года в Санкт-Петербурге был проложен дюкер через Неву диаметром 700 мм. Полиэтиленовые трубы длинной 400 м были доставлены морем из Норвегии компанией PipeLife (ВОХ8 - Рис. PipeLife - Денис- Балашов).

Помимо упомянутых компаний KWH, PipeLife, Firat и Dizayn Group, трубы большого диаметра выпускают еще несколько фирм в Европе - например Egeplast.
В России напорные трубы диаметром 630-1200 мм выпускают только два предприятия - "Завод по переработке пластмасс" ОАО "Казаньоргсинтез" и ЗАО "Завод АНД Газтрубпласт", предлагающий трубы широкой номенклатуры по диаметрам, SDR и маркам полиэтилена вместе с комплектующими и оборудованием для монтажа. Безнапорные витые трубы выпускает завод "Бородино-пласт" диаметрами до 1800 мм и соответствующими комплектующими для монтажа. За легкими безнапорными трубами большого диаметра просматриваются большие перспективы, но развиваются они в России пока довольно медленно.

 

    ВОХ2 Табл.1 Прогноз развития         рынка труб большого диаметра в США (тыс. км)
 
1997
2002
2007
среднегодовой рост в %
1997-2002
2002-2007
Всего трубы большого диаметра, 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
Чугун
6,2
7,1
7,9
3,0
2,0
Сталь
6,0
6,4
6,9
1,3
1,6
Керамика
0,7
0,7
0,6
-1,7
-0,9
ВОХ2 Таблица 2. Показатель MRS в соответствии с ISO 4427/CEN TC 55SS20
Длительная прочность, МПа
MRS, МПа
Марка ПЭ
Допускаемое напряжение (вода, коэффициент запаса прочности 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 Таблица 3. Наибольшее допустимое эксплуатационное давление (МАОП) в водопроводных трубах (в МПа) в соответствии с ISO 4427/CEN TC 55SS20
Материал труб
MRS, МПа 150
МАОП, МПа, для труб с различным 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 Таблица 4 Относительная стоимость труб из полиэтилена разных марок для трубопроводов различной пропускной способности
Давление, атм.
Марка ПЭ
Диаметр, мм
SDR
Внутренний диаметр
Толщина стенки, мм
Вес 1 п/м, кг
Относительная стоимость 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

Авторы: Сергей Топалов, Александр Шмелев, Владимир Балашов Источник: (Журнал "Полимерные трубы")


  



Нашли ошибку? Выделите мышкой текст, и нажмите Ctrl + Enter.
Нашли ошибку?
Выделите мышкой текст, и нажмите Ctrl + Enter
Выделенный текст
Комментарий