CC BY
56
УДК 696.4
А.Д. Жуков, С.М. Нейман*, О.Б. Аюрова**, С.Ж. Раднаева**
ФГБОУ ВПО «МГСУ», *НО «Хризотиловая ассоциация», **ФГБОУ ВПО «ВСГУТУ»
ХРИЗОТИЛЦЕМЕНТНЫЕ ТРУБЫ В СИСТЕМАХ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Рассмотрены различные варианты применения хризотилцементных труб в системах горячего водоснабжения вместо или вместе со стальными трубами. Обоснована целесообразность применения хризотилцементных труб при бесканальной прокладке трубопроводов, при других способах прокладки, особенно в сельской местности. Подчеркнута роль применения хризотилцементных труб в плане теплосбережения, экономии бюджетных средств и в качестве альтернативного решения проблем, связанных с заменой выходящих из строя стальных трубопроводов.
Ключевые слова: хризотилцемент, трубопроводы, изоляция, бесканальная прокладка, стальные трубы.
Реализация программы энергосбережения в РФ в значительной степени определяется надежным и экономичным функционированием систем теплоснабжения в промышленности и ЖКХ. Тепловые сети являются одним из основных элементов систем централизованного теплоснабжения [1].
Основным видом прокладки тепловых сетей как при новом строительстве, так и при реконструкции является подземная канальная прокладка с применением стальных труб и минераловатного утеплителя [2]. Тепловые сети в районах (малых населенных пунктах — МНП) прокладываются в основном бесканально, но также с использованием стальных труб и минераловатного утеплителя [3].
Конструкции тепловых сетей на основе стальных труб не позволяют подавать потребителю теплоноситель с расчетными параметрами из-за больших потерь тепла в процессе его транспортирования. Потери тепла связаны с большой теплоотдачей стали и часто с несовершенной теплозащитой труб [4]. Более чем 70 % аварий на теплосетях происходит из-за высокого коррозионного износа стальных труб, отсутствия необходимых мер их защиты от агрессивного воздействия внешней и внутренней среды [5].
Эффективной возможностью снижения капитальных затрат и металловло-жений в создание и ремонт теплосетей, повышения срока их эксплуатации является замена стальных труб неметаллическими, не подвергающимися коррозии и имеющими низкую теплопроводность. Наиболее предпочтительны для таких сетей хризотилцементные трубы (ХЦ-трубы) [6]. Целесообразность их использования экономически выгодна с хозяйственной точки зрения, поскольку на территории РФ находится не менее 10 действующих заводов по производству хризотилцементных изделий (ХЦИ) и в т.ч. труб: напорных и безнапорных [7].
Особенно актуален вопрос применения хризотилцементных труб при проектировании тепловых сетей большой протяженности в районах с низкой
теплоплотностью. Такие условия характерны для систем теплоснабжения в сельской местности, поселках городского типа, для которых свойственна хроническая нехватка финансовых ресурсов на ремонты и реконструкции сетей [8]. Поэтому ХЦ-трубы могли бы сыграть значительную роль в плане тепло-сбережения, экономии бюджетных средств и стать неплохим альтернативным решением постоянных проблем, связанных с заменой выходящих из строя стальных трубопроводов, а также выведением стальных труб в области их оптимального применения [9].
Прокладку трубопроводов из напорных ХЦ-труб осуществляют двумя способами: подземным (бесканальная и канальная прокладка); надземным (на низких или на высоких опорах).
Подземная бесканальная прокладка — это один из наиболее широко применяемых способов прокладки трубопроводов из ХЦ-труб, позволяющий в полной мере использовать их уникальные свойства (низкую теплопроводность, прочность, устойчивость в агрессивных средах и др.). Преимуществом такого способа является возможность осуществлять укладку труб непосредственно в грунт, что ускоряет сроки строительства и снижает стоимость трубопровода.
Бесканальная прокладка трубопроводов не допускается под проезжей частью автомобильных и железных дорог, трамвайных путей, улиц общегородского значения, на территории детских и лечебных учреждений.
Подземная канальная прокладка напорных ХЦ-труб применяется исключительно с целью обеспечения надежности трубопровода на территориях детских и лечебных учреждений, а также в местах повышенных нагрузок (под дорогами и т.п.), обеспечивая отвод теплоносителя с территории в случае аварии. Подземная канальная прокладка осуществляется в проходных, полупроходных и непроходных каналах или бетонных лотках. При выполнении работ по замене стальных труб, уложенных ранее в лотки, на ХЦ-трубы нет необходимости в удалении лотков с трассы. ХЦ-трубы укладывают на песчаную подушку или на засыпную теплоизоляцию на дне лотков, теплоизолируют, заполняют лоток грунтом до краев и накрывают сверху плитой.
Другим способом прокладки труб в каналах является их укладка на две опоры (ложементы) с обязательным креплением к ним каждой трубы стальными лентами.
Надземная прокладка трубопроводов применяется на территориях промышленных предприятий, на площадках, свободных от застроек, вне пределов города или в местах, где она не влияет на архитектурное оформление и не мешает движению транспорта. Ремонт надземного трубопровода проще и дешевле, чем подземного, поскольку можно сразу обнаружить место утечки и устранить ее.
Устройство надземных хризотилцементных трубопроводов может осуществляться на низких или высоких опорах, чтобы под действием внутреннего давления трубопровод не потерял устойчивость и свою целостность, он должен быть уложен и закреплен на ложементах. В качестве низких опор могут применяться бетонные блоки. В качестве высоких опор рекомендуется использовать металлические стойки эстакады пришедшего в негодность надземного стального трубопровода. Строительство новой эстакады целесообразно в слу-
ВЕСТНИК
МГСУ-
Рис. 1. Схема распределения нагрузок на хризотилцемент-ный трубопровод: ^тр — нагрузка от транспортных средств; — нагрузка от грунта (верхней засыпки и радиальная); Рв — внутреннее давление в трубопроводе
чае укладки на нее более двух ХЦ-трубопроводов, иначе ее стоимость может быть дороже самого трубопровода
При бесканальной прокладке окружающий грунт является для ХЦ-теплопроводов постоянной нагрузкой, а также окружающей средой, в которой происходят температурно-влажностные деформации труб (рис. 1). На величину и распределение нагрузок, передающихся на асбестоцементные трубопроводы, оказывают влияние место прокладки, характеристика грунта, тип основания, глубина укладки труб.
В качестве постоянных нагрузок рассматривались вес и давление грунта дгр, собственный вес труб, теплоносителя, его температурно-влажностное воздействие, а также внутреннее давление. Результаты исследования показали, что в зависимости от диаметра ХЦ-труб, типа и плотности грунтов, динамичности проезжей части ХЦ-трубопроводы обладают 35.. ,50%-ным запасом прочности при подземной бесканальной прокладке на глубине заложения от 0,8 м и более.
Анализ температурных полей ХЦ-трубопровода показывает, что хризотилце-мент, благодаря низкому значению теплопроводности, при достаточной толщине стенки трубы, можно прокладывать, используя упрощенную тепловую изоляцию (котельный шлак, имеющийся в избытке в сельской местности) или без изоляции.
Работы по прокладке напорных хризотилцементных трубопроводов ведутся в соответствии с проектом и включают подготовительные и земляные работы, доставку, осмотр и монтаж элементов трубопровода, устройство теплоизоляции, испытания трубопроводов на герметичность и прочность, теплоизоляцию муфтовых соединений. Все трубы и соединительные изделия, поступающие на монтаж, должны быть тщательно осмотрены и проверены. На строительную площадку следует завозить только то количество труб, которое будет уложено и засыпано за рабочий день.
Запрещается применять трубы, имеющие трещины, обломанные концы или продольные борозды на наружной поверхности обточенных концов; уфты, имеющие трещины, обломанные бортики на внутренней поверхности или обломанные концы, а также глубокие борозды и вмятины.
Монтаж трубопровода при бесканальной прокладке. На бровке траншеи производят раскладку труб и муфт, очищают обточенные концы труб, в муфты устанавливают резиновые уплотнительные кольца и натягивают муфты на концы четных труб [1].
Перед установкой резинового уплотнительного кольца в канавку муфты из нее удаляют любые загрязнения — ворсинки, пыль, паутину. Кольцо тоже осматривают и очищают. Для облегчения монтажа стыковых соединений все
поверхности канавок в муфте и уплотнительные поверхности колец (гребешки) обязательно смазывают густым мыльным раствором или графитоглицери-новой пастой. Для ХЦ-трубопроводов в качестве смазки лучше всего подходит густой сметанообразный раствор хозяйственного мыла (на один кусок мыла добавляют один литр воды и держат на водяной бане до полного растворения).
Резиновые кольца устанавливают в канавки муфты глухими отверстиями внутрь, кольца должны так лечь в пазы муфты, чтобы они равномерно выступали из канавок. Наружную обточенную поверхность трубы с обоих концов на длину 200...250 мм смазывают тем же раствором во избежание повреждения гребешков резиновых колец при перемещении по обточенной поверхности трубы. Муфту полностью натягивают на трубу, оставляя свободным конец трубы.
На обточенных концах труб, свободных от муфт (нечетные трубы), делают пометки на расстоянии 0,5Ь.. .0,5/ от края (Ь — длина муфты, I — монтажный зазор), которые позволяют определить правильное положение муфты после установки ее на стыкуемую трубу. Помеченные трубы и трубы с муфтами поочередно опускают на дно траншеи. Укладку труб диаметром до 200 мм в траншею выполняют вручную, а диаметром более 200 мм — краном. В местах, недоступных для подъезда, укладку ведут с помощью канатов или мягких тросов, треног и других приспособлений. При этом следят за тем, чтобы не повредить стенки и концы труб.
Уложенные на дно траншеи трубы выравнивают по шнуру под визирку. При этом производят дополнительную подбивку песком (грунтом), чтобы каждая укладываемая труба по всей длине касалась дна траншеи не менее чем четвертью своей окружности. Концы соединяемых труб центрируют. Максимальное отклонение осей двух смежных труб (изгиб в стыке) допускается не более 3°, между трубами выставляют зазор 10.15 мм, который компенсирует незначительные температурные деформации трубопровода, а также погрешности укладки труб и просадок грунта. Все уложенные в траншею трубы, в т.ч. с установленными на них муфтами, проверяют на отсутствие повреждений. После этого приступают к монтажу стыковых соединений. При монтаже муфтового соединения натягивание муфты прекращается, как только она займет свое положение, при котором ее край совпадет с линией разметки на трубе (рис. 2).
Рис. 2. Монтаж стыковых соединений трубопровода: Ь — длина муфты; I — монтажный зазор; 1, 2 — хризотилцементные трубы; 3 — хризотилцементная муфта
У2 J-У2
L
В местах перехода ХЦ-труб на стальные обычно применяют фланцевые соединения, но вместо них можно использовать хризотилцементные муфты. Для этого конец стальной трубы протачивают либо приваривают к нему патрубок-наконечник. Наружный диаметр металлической трубы или патрубка-наконечника должен быть равен наружному диаметру обточенного конца ХЦ-трубы (рис. 3).
Рис. 3. Соединения хризотилцементных и стальных труб при помощи хризотил-цементных муфт: а — со стальным тройником; б — со стальной трубой; Ь — длина муфты; — наружный диаметр стальной трубы; Б2 — наружный диаметр хризотилцементной трубы
После монтажа муфтовых соединений выполняют частичную (не менее половины длины) засыпку труб слоем теплоизоляции, а предварительно изолированные трубы (с индустриальной теплоизоляцией) засыпают грунтом. Этот слой фиксирует их, не давая сместиться во время проведения испытаний или всплыть при попадании в траншею воды. Муфтовые соединения оставляют открытыми, т.е. незасыпанными и нетеплоизолированными, чтобы во время предварительных гидравлических испытаний можно было визуально обнаружить места утечек воды. Окончательная засыпка трубопроводов мягким грунтом проводится после успешного проведения предварительных гидравлических испытаний и теплоизоляции стыковых соединений. Засыпку производят послойно, утрамбовывая грунт. Не допускается уплотнять грунт над трубой при помощи падающих грузов или ковша экскаватора.
Для качественного выполнения монтажных работ на хризотилцемент-ных трубопроводах рекомендуется применять специальные приспособления, облегчающие проведение операций и исключающие повреждение элементов трубопровода.
Порядок проведения предварительных и приемочных гидравлических испытаний ХЦ-трубопроводов регламентирован СНиП 3.05.04—85 и СП 41-106— 2006. Испытание проводят как на отдельных участках соединения труб, так и в целом на трубопроводе, предварительно установив запорную арматуру и приборы измерения давления. Перед началом любых испытаний трубопровод не менее чем за сутки заполняют водой для полного водонасыщения труб и муфт.
Предварительные испытания трубопровода на герметичность и прочность проводят после проверки качества технического исполнения монтажа бетонных упоров, специальных узлов, муфтовых и фланцевых соединений и
т.д. и частичной засыпки труб. Осмотр трубопровода производят только после снижения давления. Если в собранном трубопроводе имеются утечки, рекомендуется поднять давление до 0,4 МПа, после чего они, как правило, прекращаются. При таком давлении резиновые уплотнительные кольца в муфтовых соединениях надежно запираются. Результаты предварительного гидравлического испытания считают удовлетворительными при следующих условиях:
не произошло падение давления в трубопроводе при условии подпитки расходом, не превышающим допустимого значения;
не обнаружены признаки разрыва, деформации конструкций неподвижных опор;
нет локальных течей, кроме течей из-под заглушек или иной арматуры, не входящей в конструкцию трубопровода и смонтированной специально только для проведения испытаний.
По всем технико-экономическим показателям (металлоемкость, трудозатраты, капитальные вложения, приведенные затраты) строительство тепловых сетей из асбестоцементных труб оказывается более эффективным. При этом эффективность тепловых сетей из асбестоцементных труб с увеличением диаметра труб возрастает.
Библиографический список
1. Хризотилцементные строительные материалы / Научные редакторы: А.Д. Жуков, С.М. Нейман, В.А. Бабич. Екатеринбург : Изд-во АМБ, 2009. 155 с.
2. Ким Б.И., Литвин И.Е. Задачник по механике грунтов в трубопроводном строительстве. М. : Недра, 1989. 180 с.
3. Авдолимов Е.М., Шальнов А.П. Водяные тепловые сети. М. : Стройиздат, 1984. 288 с.
4. Рыбьев И.А. Строительное материаловедение. М. : Высш. шк., 2003. 701 с.
5. Кочелаев В.А., Шкаредная С.А., Зырянова Т.С. Использование асбестоцемент-ных материалов и изделий в строительстве за рубежом // Строительные материалы. 2001. № 5. С. 28—30.
6. Материалы Симпозиума по асбесту для азиатских стран, 26—27 сентября 2002 г., Китакиушу, Япония // Journal of UOEN. 2002. Volume 24, Supplement 2. Pp. 120—122.
7. Еловская Л.Т., Шкаредная С.А. Асбест: мифы и реальность // Пром. ведомости. 2007. № 5—6. С. 5—7.
8. Берней И.И. Теория формования асбестоцементных листов и труб. 2-е изд., доп. и перераб. М. : Стройиздат, 1988. 289 с.
9. Нейман С.М., Везенцев А.И., Кашанский С.В. О безопасности асбестоцементных материалов и изделий. М. : ООО РИ Ф «Стройматериалы», 2006. 64 с.
Поступила в редакцию в январе 2013 г.
Об авторах: Жуков Алексей Дмитриевич — кандидат технических наук, профессор кафедры технологии отделочных и изоляционных материалов, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, lj211@yandex.ru;
Нейман Светлана Марковна — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, секретарь технико-экономического совета, НО «Хризотиловая ассоциация», 624266, Свердловская обл., г. Асбест, ул. Промышленная, д. 7, svetamark@ yandex.ru;
Аюрова Оюна Бадмацыреновна — кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления» (ФГБОУ ВПО «ВСГУТУ»), 670013, Республика Бурятия, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, д. 40в, tgv_esstu@mail.ru;
Раднаева Светлана Жамсоевна — старший преподаватель, ФГБОУ ВПО «Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления» (ФГБОУ ВПО «ВСГУТУ»), 670013, Республика Бурятия, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, д. 40в, svetlana_radnaev@mail.ru.
Для цитирования: Хризотилцементные трубы в системах горячего водоснабжения / А.Д. Жуков, С.М. Нейман, О.Б. Аюрова, С.Ж. Раднаева // Вестник МГСУ 2013. № 4. С. 84—91.
A.D. Zhukov, S.M. Neyman, O.B. Ayurova, S.Zh. Radnaeva
CHRYSOLITE-CEMENT PIPES IN HOT WATER SUPPLY NETWORKS
In the article, its co-authors assess different options of application of chrysolite-cement pipes in hot water supply networks either in combination with or instead of steel pipes. The co-authors have proven expedient application of chrysolite-cement pipes both in the event of trenchless pipe laying, and in cases of other pipe laying methods, especially in rural areas.
Permanent loads, including weight and soil pressure (qrp), own weight of pipes, own weight of the heat carrier, influence of temperature and humidity of the heat carrier, and internal pressure were considered in the research into the properties and installation conditions of chrysolite-cement pipes. The research findings have proven that chrysolite-cement pipelines demonstrate a 35 - 50 % safety factor in the event of subterranean trenchless pipe laying at the depth of .8+ meters, depending on the pipe diameter, types and consistency of the soil, and traffic intensity of the motor road above the pipeline.
Analysis of temperature fields of a chrysolite-cement pipeline demonstrates that chrysolite-cement pipes can be laid using a simplified thermal insulation pattern due to their low heat conductivity, if the pipe wall is sufficiently thick. Boiler ash widely available in rural areas can be used for insulation purposes, or, alternatively, no thermal insulation can be used.
Any works associated with the laying of pressurized chrysolite-cement pipelines are to comply with all design-related requirements. The works pre-construction assignments, excavation works, delivery, visual examination and installation of pipeline elements, thermal insulation of pipes, pipeline strength and tightness testing, thermal insulation of ring joints. Any pipes and joints are to be thoroughly examined and tested. Arrangement of hot water supply networks made of chrysolite-cement pipes is efficient in terms of their steel consumption rate, labour resources consumption rate, capex and reduced costs. The bigger the pipe diameter, the higher the efficiency of hot water supply networks made of chrysolite-cement pipes.
Keywords: chrysolite-cement, pipes, insulation, pipe ramming, hot water supply, asbestos.
References
1. Zhukov A.D., Neyman S.M, Babich V.A., editors. Khrizotiltsementnye stroitel'nye ma-terialy [Chrysolite-cement Construction Materials]. Ekaterinburg, AMB Publ., 2009, 155 p.
2. Kim B.I., Litvin I.E. Zadachnik po mekhanike gruntov v truboprovodnom stroitel'stve [Problem Book on Soil Mechanics in Pipeline Engineering]. Moscow, Nedra Publ., 1989, 180 p.
3. Avdolimov E.M., Shal'nov A.P. Vodyanye teplovye seti [Water-based Heat Supply Networks]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1984, 288 p.
4. Ryb'ev I.A. Stroitel'noe materialovedenie [Construction Material Science]. Moscow, Vyssh. shk. publ., 2003, 701 p.
5. Kochelaev V.A., Shkarednaya S.A., Zyryanova T.S. Ispol'zovanie asbestotsement-nykh materialov i izdeliy v stroitel'stve za rubezhom [Using Asbestos-cement Materials and Products in Construction Outside of Russia]. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2001, no. 5, pp. 28 — 30.
6. Materialy Simpoziuma po asbestu dlya aziatskikh stran [Works of Asbestos Symposium for Asian Countries]. Journal of UOEN. Kitakiushu, Japan, 26-27 September, 2002, vol. 24, Supplement 2, pp. 120—122.
7. Elovskaya L.T., Shkarednaya S.A. Asbest: mify i real'nost' [Asbestos: Myths and Reality]. Prom. vedomosti [Industrial Bulletin]. 2007, no. 5-6, pp. 5—7.
8. Berney I.I. Teoriya formovaniya asbestotsementnykh listov i trub [Asbestos-cement Sheets and Pipes: Casting Theory]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1988, 289 p.
9. Neyman S.M., Vezentsev A.I., Kashanskiy S.V. O bezopasnosti asbestotsementnykh materialov i izdeliy [Safety of Asbestos-cement Materials and Products]. Moscow, OOO RI F «Stroymaterialy» publ., 2006, 64 p.
About the authors: Zhukov Aleksey Dmitrievich — Candidate of Technical Sciences, Professor, Department of Technology of Finishing and Insulation Materials, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; lj211@yandex.ru;
Neyman Svetlana Markovna — Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher, Secretary, Council for Technology and Economy, NO «Khrizotilovaya assotsiatsiya», 7 Promyshlennaya St., Asbest, Sverdlovsk Region, 624266, Russian Federation; sveta-mark@yandex.ru;
Ayurova Oyuna Badmatsyrenovna — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, East Siberian State University of Technology and Management (VSGUTU),
40v Klyuchevskaya St., Ulan-Ude, 670013, Buryat Republic, Russian Federation; tgv_esstu@ mail.ru;
Radnaeva Svetlana Zhamsoevna — Senior Lecturer, East Siberian State University of Technology and Management (VSGUTU), 40v Klyuchevskaya St., Ulan-Ude, 670013, Buryat Republic, Russian Federation; svetlana_radnaev@mail.ru.
For citation: Zhukov A.D., Neyman S.M., Ayurova O.B., Radnaeva S.Zh. Khrizotiltse-mentnye truby v sistemakh goryachego vodosnabzheniya [Chrysolite-cement Pipes in Hot Water Supply Networks]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2013, no. 4, pp. 84—91.
