Трубопроводы систем жизнеобеспечения ЖКХ как объекты пристального внимания Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

д.т.н. Дрозд Г. Я., к.т.н. Хвортова М. Ю., (ИСЛиЖКХ ЛГУ им. В. Даля, г. Луганск, ЛНР, йгоЫ. [email protected])

ТРУБОПРОВОДЫ СИСТЕМ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ ЖКХ КАК ОБЪЕКТЫ

ПРИСТАЛЬНОГО ВНИМАНИЯ

В статье показано кризисное техническое состояние трубопроводных систем ЖКХ, при эксплуатации которых планово-предупредительные ремонты уступили место аварийно-восстановительным работам, затраты на которые втрое превышают стоимость строительства новых трубопроводов. Вскрыты основные причины сложившейся ситуации и предложены подходы к созданию трубопроводных систем нового поколения.

Ключевые слова: труба, материал, износ, отказ, авария, долговечность, надежность.

Строительство и архитектура

УДК 628.14:699.87

Современное техническое состояние трубопроводных систем ЖКХ достигло критической отметки. Физический и моральный износ существующих трубопроводов выдвигает настоятельную необходимость на основе учета отечественного и зарубежного опытов разработать стратегию создания нового поколения трубопроводов для их надежной эксплуатации в третьем тысячелетии.

В жилищно-коммунальном хозяйстве трубопроводные системы являются основой обеспечения населения водой, теплом, и они же отводят многочисленные стоки. Их стоимость в коммунальных системах составляет 60-70 % от стоимости систем водо- и теплоснабжения и водоотведения. Физический износ трубопроводов, сопровождающийся постоянными потерями воды и тепла и непрекращающимися ремонтами, во многом обусловил кризис жилищно-коммунального

хозяйства (ЖКХ) [1]. Для предотвращения коллапса ЖКХ необходимо не только изыскать финансовые возможности для замены трубопроводных систем, но и, используя накопленный специалистами опыт, разработать стратегию создания надёжных и долговечных систем на основе современных достижений науки и техники в области материаловедения.

Статистические данные последних лет [2-5] подтверждают критическую степень изношенности водопроводных, канализационных и тепловых трубопроводов урбанизированных территорий Украины (табл. 1).

Частые аварии на сетях отрицательно сказываются как на жизнеобеспечении населения и окружающей природной среде, так и на экономике предприятий. Основной причиной сложившейся ситуации является физический износ сетей [1].

Таблица 1

Состояние основных коммунальных сетей Украины

Сети Протяженность, км Износ (среднее значение)

% км

Водоснабжение >113000 >38 -43000

Канализация >46000 >36 -16600

Теплоснабжение (двухтрубное исчисление) >33200 ок.63 -20900

Строительство и архитектура

Износ сетей напрямую не связан с возрастом этих сооружений. Есть примеры надежной безаварийной работы трубопроводов на протяжении многих десятилетий, но встречаются случаи раннего выхода сетей из строя, всего лишь через несколько лет после начала эксплуатации.

Так, обследование чугунного водовода Б = 800 мм на старейшем металлургическом заводе в Донецке, показало, что после 90 летней эксплуатации он находится в прекрасном состоянии, а железобетонный канализационный коллектор Б = 1200 мм по улице Флотской сгнил от газово-биогенной коррозии на участке длиной 3,6 км всего через 4 года после ввода в эксплуатацию.

Анализируя данные многочисленных аварий, можно утверждать, что долговечность и надежность трубопроводов зависит от проектного, строительного и эксплуатационного этапов. Допущенные просчеты на любом из этих этапов, либо их поэтапное накопление являются причиной возникновения отказа сооружения и его преждевременного выхода из строя [3, 7].

1. Проектирование. Этот этап наиболее короткий, но самый важный. Именно при проектировании принимаются все основные решения, от правильности которых на 80 % зависит количество и качество трубопроводной системы. На этой стадии анализируют назна-

чение объекта, условия его будущей эксплуатации и в зависимости от этого принимают решение о выборе материала трубопровода. Правильность принятия решений на данном этапе позволит значительно уменьшить строительные и эксплуатационные затраты. На стадии проектирования при грамотном учете условий работы, нагрузок, воздействий и материалов закладываются как функциональные акценты сооружения, так и предопределяется его эксплуатационная жизнь. Потенциальная надежность объекта напрямую зависит и от капитальных затрат, закладываемых в процессе проектирования. Чем они выше, тем меньше эксплуатационные затраты и большая доля вероятности безотказной работы сооружения.

2. Строительство. В этот период оставшиеся 10-20% определяют качество трубопровода. Соблюдение всех монтажных правил, технологии монтажа, транспортировки, погрузки, разгрузки, приемки и хранения материала позволит обеспечить длительный и бесперебойный срок службы трубопровода и значительно снизить эксплуатационные расходы. Применение дефектных конструкций (рис. 1), нарушение технологий либо отклонение от проекта -это дополнительный фактор в создании проблем при эксплуатации объекта.

Рисунок 1 Заводские и транспортные дефекты ж/б труб

3. Эксплуатация. Наиболее продолжительный период в жизни трубопроводных систем, сопоставимый со сроком службы здания или населенного пункта (50-100 лет). Именно при эксплуатации выявляются все недостатки проектных решений и монтажа, при значительной величине которых затраты на эксплуатацию достигают критической величины, что напрямую отражается на материальном благосостоянии граждан. Необходимо отметить, что затраты на эксплуатацию систем трубопроводов многократно превышают первоначальные затраты на их монтаж и проектирование (иногда в десятки раз).

Этап эксплуатации трубопроводов - это не только наблюдение за их состоянием и контроль за качеством транспортируемых жидкостей, но и проведение технического обслуживания сооружения.

За время эксплуатации трубопроводы приносят эффект в виде выполненной работы в заданном объеме, но в то же время требуют затрат на поддержание их работоспособного состояния. Во времени эти функции затрат и прибыли соответственно монотонно убывают и возрастают в зависимости от внешних факторов, системы технического обслуживания и ремонта, износа объектов. Существует оптимальный срок замены объектов с точки зрения текущего соотношения затрат и выгоды, и с точки зрения стоимости владения объектом (рис. 2).

Периодически стоимость сооружения увеличивается на сумму выполненного ремонта. С течением времени затраты на ремонты увеличиваются, так как исчерпывается ресурс объекта (рис. 3) [8].

При этом постепенно увеличивается доля времени пребывания объекта в ремонте, возрастает количество отказов, снижается надежность объекта.

Отказ - это не только нарушение герметичности вследствие физического разрушения элемента или его части, но и перебои в подаче воды, утечки, снижение расхода, повышение или понижение температуры.

Рисунок 2 Зависимость остаточной стоимости сооружения от времени

I

Рисунок 3 Зависимость эффективности работы сооружения и затрат на ремонт от времени

Теоретический термин «отказ» на практике может иметь такой вид (рис. 4). Частота отказов отечественных трубопроводов из различных материалов приведена на рисунке 5 [4, 5].

Строительство и архитектура

Рисунок 4 Виды отказов коммунальных трубопроводов

Строительство и архитектура

I. 1/KM-ZO0

чугун

[ I т II 1/11.

1,1/км-гоЗ

Металлические труЗы

Неметаллические трубы

Рисунок 5 Зависимость частоты отказов трубопроводов от их диаметра и материала в Украине

Приведенные данные в количественном плане означают, что ежегодно на металлических трубопроводах на каждые 100 км происходит до 360 отказов, а на неметаллических - до 180 отказов с различной тяжестью последствий, вплоть до аварийных ситуаций. Из общей протяженности основных коммунальных сетей Украины в 192200 км -80500 км, а это составляет 42% трубопроводов, находящихся в аварийном состоянии. Учитывая, что подавляющее число трубопроводов построены в 60-70 годах прошлого

века (по критериям ежегодной амортизации 2-5% в зависимости от материала труб), то еще 30-35% сетей находятся в ветхом состоянии. Современное состояние подземных трубопроводов уже называют «подземным Чернобылем» [9, 10].

Сопоставляя реальный и нормативный срок службы трубопроводных систем ЖКХ (табл. 2), можно констатировать, что они отработали свой ресурс, создали кризисную ситуацию в отрасли и требуют кардинального обновления.

Таблица 2

Нормативные требования к трубопроводным системам ЖКХ

СНиП Транспортируемые среды Температура, °С Максимальное рабочее давление, МПа Нормативный срок службы, лет

2.04.01-84 Внутренний водопровод и канализация зданий Холодная вода 20 0.6 50

Горячая вода 75 0.6 25

Бытовые стоки 60(90) 50

41-01-2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование Теплоноситель (Горячая вода) 95 0.6 25

2.04.03-85 Канализация. Наружные сети и сооружения Бытовые стоки 40 50

2.04.02-84 Наружные сети и сооружения Холодная вода 20 0.6 50

2.04.07-86 Тепловые сети Горячая вода 95(150) 1.6 25

В настоящее время планово-предупре-днтельный ремонт сетей и оборудования систем водоснабжения, канализации и коммунальной энергетики практически полностью уступил место аварийно-восстано-вительным работам, затраты на проведение которых в три раза превышают стоимость строительства новых трубопроводов.

Надо признать, что реформа ЖКХ невозможна без реконструкции и обновлений трубопроводных систем на основе новых научно и практически обоснованных подходов.

Чтобы не совершить очередной стратегической ошибки и через 50 лет снова не столкнуться с кризисом трубопроводных систем ЖКХ, выбирая трубы для трубопроводных систем, необходимо учитывать негативный опыт прошлого.

Истоки проблемы

Исторические, природные, социальные, экономические, территориальные и строительные особенности обусловили в Украине использование широкого по материалу спектра труб. Качественный состав по материалу труб сетей водоотведения приведен на рисунке 6 [1]. Удельный вес металлических (чугунных и стальных) труб в наружных сетях водоотведения составляет около 25%. Из неметаллических труб преобладают керамические (38,3%), бетонные и железобетонные (суммарно 28,2%), асбе-стоцементные (8,6%), на долю пластиковых труб приходится менее 1%.

Сравнивая надежность металлических и неметаллических труб по частоте отказов, отметим, что для металлических труб она в несколько раз выше, чем для неметаллических (рис. 6).

Это объясняется большей коррозионной устойчивостью последних к грунтовой агрессии и блуждающим токам. Из этого наблюдения следует, что широкое применение незащищенных от коррозии металлических труб было стратегической ошибкой. Единственным оправданием их использования может служить только их доступность, высокая механическая прочность,

сравнительно высокая скорость и простота монтажа таких трубопроводов.

■СтмйД 1Чу|унД0К ■Асбешцешт-^Д I Керамию-ЗВД ■ Бетон-Щ5% Железо бетон-17.7% ■ДругийлДО

Рисунок 6 Состав трубопроводов водоотведения Украины по материалу

Независимо от материала труб частота отказов трубопроводов обратно пропорциональна их диаметрам [4]. Это связано с тем, что трубы небольших диаметров, как правило, располагаются на начальных участках сети на сравнительно небольшой глубине и находятся в поле различных физико-механических воздействий. Трубопроводы -линейные протяженные сооружения, располагаемые на неоднородном по длине основании. Количество стыковых соединений в зависимости от диаметра и материала труб колеблется от 1000 до 200 на километр трубопровода, а это очень серьезный фактор надежности сооружения. Акцентируя внимание на неметаллических трубопроводах как более стойких к коррозии, отметим, что при их диаметрах до 500 мм в 70% случаев происходит повреждение от физико-механического воздействия (раскрытие стыков, переломы труб, абразивное истирание лотков) и в 30 % - вследствие коррозии.

Железобетонные канализационные трубопроводы диаметром более 500 мм вследствие большей массивности только в 33% случаев подвержены физико-механическому воздействию, а в 67% случаев разрушаются газово-биогенной коррозией под действием внутренней эксплуатационной среды, приводящей к масштабным авариям.

Строительство и архитектура

За рубежом, например в Германии, частота отказов трубопроводов примерно на порядок ниже, а на фактор коррозии приходится лишь около 7% разрушений [11; 12], что объясняется высоким качеством изготовления труб и конструкций, а также лучшим техническим обслуживанием и уходом за сетями (вентиляция, промывка, транспортирование смешанных вод, наблюдение, диагностика и др.).

Для сопоставления приведём структуру потребления труб в водопроводно-канализационном секторе за рубежом (рис. 7 [3]).

ш

-0

1

л

и

□

1-

и

си

1

1

31

|\)

31

ш J

■)

V

и

ш

и

=) ю

р Е

(II

ь.

ш

_1_

С наружной изаляциеи С бнутренней изоляцией

] ( Внутренней цементной □блицоЬкай

Чугунные с: графитом

Чугунные шараЬым

Ж/ЕБ попарные Пластмассовые АсЭестоцементные Ж/Б Эезнапорные Керамические

50

%

Рисунок 7 Структура потребления труб в зарубежных странах

Сопоставляя отечественные и зарубежные трубопроводы (на начало 2000 годов), можно отметить более высокий суммарный процент использования металлических труб за рубежом, но труб изолированных. Кроме того обращает внимание более высокий процент пластиковых труб (30%), что не идёт в сравнение с их отечественным использованием (1%). Бетонные и железобетонные трубы в отечественных сетях (28,2%) несколько превышают аналогичные за рубежом (22%).

Использование за рубежом защищенных от коррозии металлических труб и корро-зионно-стойких пластиков, а это в сумме 67 % всей трубной продукции, обеспечивает их более высокую надёжность, а это автоматически означает, что отечественное

трубопроводное хозяйство ЖКХ морально устарело.

В сегменте неметаллических труб (рис. 7) лидируют полимерные трубы (30% на начало века). За последние годы это лидерство оценивается в 37-40%. Этому способствует как подтверждаемый реальный срок надежной эксплуатации полимерных трубопроводов в 40-5 Олет, так и совершенствование полимерных материалов и технологий [13].

Особенности трубопроводного строительства за рубежом (использование качественных, естественно, более дорогих труб, обеспечивающих эффективную и надежную работу систем) должны быть использованы в отечественной практике при создании коммунальной инфраструктуры нового поколения. Безусловно, нельзя слепо копировать и переносить зарубежный опыт на отечественную почву без учета собственных экономических, территориальных и строительных особенностей.

Мировая тенденция свидетельствует о все более широком использовании полимерных материалов в коммунальной сфере не только во внутри домовых сетях, но и в наружных трубопроводах, что является предпосылкой их предпочтительного использования в ближайшей перспективе в отечественной практике.

Проанализируем технические, механические, коррозионные, гидравлические, эксплуатационные и экологические характеристики труб из различных материалов в сопоставлении с полимерными (табл. 3).

Комплексный анализ характеристик труб из приведенных материалов дает основание отдать предпочтение полимерным трубам, которые могут быть использованы во всех трубопроводных системах ЖКХ и обладают такими свойствами:

- высокая коррозионная и химическая стойкость, долговечность (гарантированный срок эксплуатации - от 25 лет). Незначительная вероятность образования отложений на внутренней поверхности трубы;

Сравнительные характеристики труб

и о

ВИД ТРУБЫ СВОЙСТВА ПОЛИПР ОПИЛЕН (ПП) ПОЛИЭТИЛЕН (ПЭ) ПОЛИВИ-НИЛХЛОРИД (ПВХ) ЧУГУН СТАЛЬ (нержавеющая) ЖЕЛЗО-БЕТОН

удельный вес 1 м/п, Бп = =160 мм, кг 7,06 3,77 5,62 28,1 17,5 104,9

степень шероховатости внутренней поверхности поверхность гладкая стены гладкие, способствуют малому сопротивлению потока низкая шероховатость, способность к самоочистке, исключаются потери напора на трение высокая, зависит от внутреннего покрытия (эпок-сид) стальные трубы подвержены зарастанию внутренней поверхности продуктами коррозии, что приводит к повышенной шероховатости повышенная, вследствие чего увеличивается гидравлическая сопротивляемость трубы

устойчивость к коррозии, зарастанию сечений отсутствие коррозии и зарастания сечений не подвержен коррозии и зарастанию сечений полное отсутствие коррозии и зарастания сечений мало подвержен коррозии (но обязательно должен иметь антикоррозийную защиту) подвержена электрохимической коррозии и зарастанию сечений в короткий срок эксплуатации подвержен коррозии арматуры в короткие эксплуатационные сроки, что приводит к образованию микро- и макро- трещин в теле трубы; неустойчив к зарастанию сечений

устойчивость к блуждающим токам диэлектрик диэлектрик диэлектрик является проводником является проводником неустойчив

й %

8

ч.

а

I §

I

е.

'<

¡5

о

ВИД ТРУБЫ ПОЛИПРОПИ ЛЕН (ПП) ПОЛИЭТИЛЕН (ПЭ) ПОЛИВИНИЛХ ЛОРИД (ПВХ) ЧУГУН СТАЛЬ (нержавеющая) ЖЕЛЗО-БЕТОН

СВОЙСТВА

устойчивость к воздействию химических соединений и активных веществ, хлорированию устойчивость к воздействию химических соединений и активных веществ, хлорированию высокая устойчивость к большинству химических соединений, не- устойчив к активным веществам (не рекомендован для канализации) повышенная (по сравнению с другими полимерами) степень химической стойкости, стойкость к хлорированию и активным веществам неустойчива к воздействию органических кислот; стыковые соединения неустойчивы к агрессивным бытовым и производственным жидкостям устойчива неустойчив к воздействию кислот, щелочей и солей

устойчивость к воздействию биологических организмов (бактерии, грн- к—ч В В В Н С Н

устойчивость кУФ- нзлученню теряет прочностные качества стареет при попадании прямых солнечных лучей, становится хрупким устойчив, но светлеет при длительном воздействии проницаема для УФ-излучения

уровень износостойкости В В В Н С Н

ВИД ТРУБЫ ПОЛИПРОПИ ЛЕН (ПП) ПОЛИЭТИЛЕН (ПЭ) поливинилхл ОРИД (ПВХ) ЧУГУН СТАЛЬ (нержавеющая) ЖЕЛЗО-БЕТОН

СВОЙСТВА

транспорти- небольшой вес относитель- простота транс- транспортировка, как транспорти- транспор-

ровка, мон- облегчает ная простота портировки, рас- и монтаж, требует ровка, как и тировка и

таж транспорти- транспорти- трубное соедине- специального дорого- монтаж, тре- монтаж

ровку и мон- ровки (за ние осуществля- стоящего погрузочно- бует специ- произво-

таж, соедине- счет толщи- ется механически, разгрузочного обору- ального доро- дится при

ние раструб- ны стенки без применения дования, имеющего гостоящего помощи

ное, произво- увеличивает- больших физиче- крупные габариты, оборудования, кранов с

дится вруч- ся удельный ских усилий и соединение раструб- имеющего учетом

ную, при вес), постав- специализирован- ное, стыковое и при большие габа- грузоподъ-

больших диа- ляются в ной подготовки, помощи хомутов; риты; соеди- емности;

метрах - с по- двух различ- не требует специ- большой вес трубы нение на соединение

мощью уни- ных упаков- ального оборудо- обязывает к примене- резьбе с по- раструбное

версальных и ках - бухты вания, что увели- нию значительных мощью и стыковое

доступных и пучки, чивает скорость физических усилий фланцев и

приспособле- одиночные монтажа в 5-6 раз, при монтаже, даже с сварки

ний и инстру- трубы пере- легки в монтаже учетом минимального

ментов носятся при любых спосо- контакта с телом тру-

вручную, бах прокладки бы, без квалифициро-

монтаж - при (значительная ванного специалиста

помощи экономия времени невозможно обеспе-

стыковой и средств) чить качество монта-

сварки и жа

электромуфт

и> и

ВИД ТРУБЫ СВОЙСТВА ПОЛИПРОП ПЛЕН (ПП) ПОЛИЭТИЛЕН (ПЭ) ПОЛИВИНИЛХ ЛОРИД (ПВХ) ЧУГУН СТАЛЬ (нержавеющая) ЖЕЛЗО-БЕТОН

предел прочности при разрывах, МПа 28-35 20-38 30-50

коэффициент линейного расширения, МПа 12 х 10" 5(0,00012) 14 х 10" 5(0,00012) 6х 10"5(0,00012)

герметичность соединений высокая, кроме соединительного узла с металлическими трубами высокая высокая; герметичность обеспечивают резиновые уплотни-тельные кольца различных конфигураций без дополнительных герметизирующих материалов герметичность и изоляцию соединений обеспечивают качество используемого для этого герметизирующего материала и специализированный подход к монтажу герметичность и изоляцию соединений определяет качество сварки; при использовании фитингов из полимеров с уп-лотнительной резинкой герметичность обеспечивают последние гидроизоляцию в местах стычных и раструбных соединений обеспечивает битумная мастика и другие герметики отсутствуют

ВИД ТРУБЫ ПОЛИПРОП ИЛЕН (ПИ) ПОЛИЭТИЛЕН (ПЭ) поливинилхло РИД (ПВХ) ЧУГУН СТАЛЬ (нержавею- ЖЕЛЗО-БЕТОН

СВОЙСТВА щая)

наличие фитингов, возможность соединения с другими материалами, размерный диапазон Широкий ассортимен т фасонных частей гарантирует выполнение соединений практически с любыми видами труб, весьма широкий диапазон длин и диаметров, минимизирует количество обрезков после монтажа Широкая номенклатура соединительных деталей для сварки встык и переходы "сталь-полиэтилен", "чугун-полиэтилен"; основная часть типоразмеров выпускается длинномерными отрезками (бухта 100 м, отрезки 12 м) конструктивно-разнообразные фитинги обладают полной герметичностью и делают возможным соединение с любыми видами труб, обеспечивают прокладку трубопроводов в труднодоступных местах, широкий диапазон длин и диаметров, минимизирует количество обрезков после монтажа весьма широкий ассортимент фасонных деталей формата "чугун-чугун"; наличие фитингов для соединений с полимерными трубами; небольшой диапазон длин (от 1 до 5 м); преобладание больших диаметров ассортимент фасонных деталей ограничен форматом "сталь-сталь"; соединительные части с другими видами труб отсутствуют; широкий диапазон длин;преобладание малых диаметров соединение с другими видами труб только при помощи фитингов из других материалов; выпускаются только большие диаметры

уровень моро-зотойкости, °С - до -70 до-10 до -60 - до -50

рабочая температура, °С до +95 (для некоторых видов - до -95) до +40 до +40 до -50 - до +50

уровень шума потока жидкости С С С В В В

вторичная переработка подвержен подвержен подвержен

й %

8

ч.

5

I §

I

е.

'<

¡5

ВИД ТРУБЫ ПОЛИПРОПИ ПОЛИЭТИЛЕН ПОЛИВИНИ ЧУГУН СТАЛЬ (не- ЖЕЛЗО-

ЛЕН (ПП) (ПЭ) ЛХЛОРИД ржавеющая) БЕТОН

(ПВХ)

СВОЙСТВА

область при- наружное и наружное и системы прокладка тру- открытая водопропускные

менения внутреннее го- внутреннее хо- внутренней и бопровода (рас- прокладка системы, про-

рячее и лодное водо- наружной ка- трубные напор- трубопрово- кладка безна-

холодное снабжение, при нализации ные трубы), в да, внутрен- порных и на-

водоснабжение строительстве (напорной и холодильных няя разводка порных трубо-

(включая беска- водопроводов, безнапорной), установках, ки- системы во- проводов ливне-

нальную про- для хозяйствен- холодное хо- слотопроводах, доснабжения вой, промыш-

кладку), отопи- но-питьевого во- зяйственно- теплообменни- и отопления ленной и быто-

тельные систе- доснабжения, питьевое во- ках, канализаци- вой канализации

мы применяются в газификации доснабжение онных сетях, га-зо- и нефтепроводах

срок службы не менее 50 лет не менее 50 лет не менее 50 гарантийный невысокая небольшой из-за

лет срок для материала - 80 лет при правильно осуществленном монтаже долговечность (15-25 лет), в связи с низкой коррозийной устойчивостью к транспортируемой жидкости повышенной предрасположенности арматуры к газовой и электрохимической коррозии

ВИД ПОЛИПРОПИЛЕ ПОЛИЭТИЛЕН ПОЛИВИНИЛХЛОРИД ЧУГУН СТАЛЬ (нержа- ЖЕЛЗО-

ТРУБЫ Н(ПП) (ПЭ) (ПВХ) веющая) БЕТОН

свойст ВА

индиви- некоторые виды ПП маленькая термо- более жесткий, химически - высокая ус- обладает повы- разрушает-

дуальные труб подвержены стойкость (до +40; и светостойкий, чем ПЭ; тойчивость к шенной прочно- ся при воз-

свойства газопроницаемости, под давлением до стоек к воздействию ки- темпера- стью, способность действии

в частности про- +50); рекомендован слотной среды; обладает со- турным воз- выдерживать вы- отрица-

никновению кисло- для использования вершенными гидравличе- действиям. сокие динамиче- тельных

рода из воздуха; в болотных местно- скими свойствами, не изме- высокая ские, статистиче- темпе-

при монтаже чрез- стях; сопротивле- няет вкус и химические прочность, ские и изгибаю- ратур,

мерный нагрев оп- ние к проникнове- свойства транспортируемой невысокая щие внутренние и вступают в

лавляемой поверх- нию водяных па- жидкости, при прокладке сопроти- внешние нагруз- реакцию с

ности при раструб- ров; отсутствие по- канализационных наружных вляемость ки, ограниченная канализ-

ной стыковке чре- требности в уходе и систем отсутствует взаимо- внешним и область примене- ационны-

ват деформацией и обслуживании; об- действие с почвой и грунто- внутренним ния (условия про- ми газами;

образованием не- ладает повышен- выми водами; использова- динамиче- кладки ограни- большой

ровностей на внут- ной эластичностью; ние технологии Multi-Layer ским воздей- ченны уровнем расход ма-

ренней поверхно- сварочные соеди- для наружных систем кана- ствиям. промерзания териала

сти; хорошая ус- нения имеют такую лизации, что уменьшает большой ра- грунта); высокая при про-

тойчивость к дав- же или более высо- массу трубы, не лишая её сход мате- теплопроводи- иводстве

лению; температур- кую прочность, чем прочностных характери- риала при мость; проницае- труб

ная формоустойчи- сама труба; высо- стик; пониженная горючесть производстве ма для кислорода

вость; высокие са- кие санитарно- по сравнению с другими по- труб; повыш-

нитарно- гигиенические по- лимерами; отсутствие енная пожа-

гигиенические по- казатели склонности к растрескива- робезопас-

казатели нию; высокие санитарно-гигиенические показатели ность; низкая пластичность (хрупкий)

Примечание: В - высокий, С - средний, Н - низкий

- низкий коэффициент шероховатости -коэффициент шероховатости (Кш) стали равен 0,2, Кш полимерной трубы в среднем в 20 раз меньше и равен 0,01. Коэффициент шероховатости чугунных труб примерно в 40- 50 раз больше, чем Кш полимерных труб;

- требуют меньших затрат электроэнергии на перекачку жидкости (это утверждение верно для горячего и холодного водоснабжения, поскольку там используется большая скорость потока транспортируемой среды);

- в 5-7 раз легче стальных, что облегчает монтажные работы, особенно в стесненных условиях, поэтому небольшие перемещения их при монтаже не требуют грузоподъемных механизмов, недорогая доставка;

- низкая теплопроводность материала, снижающая тепловые потери и уменьшающая образование конденсата на наружной поверхности труб;

- отсутствие необходимости в обслуживании и катодной защите;

- стыковая сварка полиэтиленовых труб дешевле, проще, занимает меньше времени, не требует дополнительных расходных материалов; есть возможность многократного монтажа и демонтажа при низких затратах. Высокая надежность сварных швов соединений в течение всего срока эксплуатации трубопроводов;

- ремонтопригодность труб позволяет быстро ликвидировать механические повреждения;

- низкая вероятность физического разрушения трубопровода при замерзании жидкости, т. к. при этом труба увеличивается в диаметре, затем, при оттаивании жидкости, приобретает прежний размер; практически отсутствует опасность физического разрушения трубопровода от гидроударов вследствие сравнительно низкого модуля упругости. Стандартный запас прочности полимерных труб на 50-60 % выше расчетного рабочего давления;

-возможность поставки длинномерными отрезками (бухтами), что сокращает сроки и стоимость монтажа и прокладки трубопровода (на 1 км трубопровода диаметром 110 мм приходится всего два стыка), гибкость труб позволяет проходить повороты трассы трубопровода без использования фасонных деталей;

- возможность объединения в одной оболочке до четырех труб, что позволяет максимально оптимизировать схему прокладки нескольких сетей (горячего и холодного водоснабжения и теплоснабжения) в зависимости от назначения и характера трассы;

- есть возможность использовать полимеры для ремонта (фактически - для восстановления) стальных трубопроводов: протяжка профилированных полиэтиленовых труб внутри изношенных стальных незначительно изменяет диаметр водопровода, что позволяет сохранить в нем давление. Профилированная труба восстанавливает свою первоначальную форму и плотно прилегает к стенкам трубы под воздействием пара. Протяжка применима для реконструкции водопроводов диаметром от 100 до 500 мм. Существующая труба используется как футляр. Это уменьшает объем земляных работ, затраты на капитальный ремонт, сокращает сроки работ;

- полимерные трубы позволяют получить существенную экономию воды при промывке вводимых в строй трубопроводов - их достаточно промыть один раз, тогда как стальные - минимум три раза;

- позволяют увеличивать скорость транспортируемой жидкости в напорных трубопроводах до 6-9 м/с;

- экологическая чистота полимерных труб. Многочисленные исследования показали, что трубы из ПВХ являются безвредными и не опасны для здоровья человека. В процессе эксплуатации данных систем не происходит выделение токсичных соединений, а при транспортировке питьевой воды не изменяются ее органолептические свойства. Материал ПВХ не способствует размно-

жению бактерий. Это свойство помогает в решении проблемы вторичного загрязнения в водоснабжении. Прежде чем попасть к конкретному потребителю, предварительно очищенная вода проделывает длинный путь порой до нескольких десятков километров. На этом пути происходит ее вторичное загрязнение вследствие низкого качества самой системы трубопроводов и застаивания в них воды. В традиционной системе стальных трубопроводов в воду попадают ионы железа и размножаются бактерии. Использование труб из ПВХ исключает первую и снижают вторую составляющую такого загрязнения;

- несмотря на очевидные преимущества полимерных труб перед другими, не стоит забывать о том, что «полимеры» имеют жесткие ограничения по рабочему давлению, напрямую зависящему от средней температуры в течение всего срока эксплуатации, а также максимальному диаметру трубы. И с этими ограничениями приходится считаться [3, 14].

Модернизация трубопроводов - путь повышения их надежности

По данным специалистов, несмотря на более чем полувековой опыт со дня создания полимерных труб, происходит их постоянное совершенствование и «обкатка» новых технологий производства, повышения качества материала и доработки конструкций [13]. Судя по тому, что полимерные и пластиковые трубы практически вытеснили во внутридомовых сетях все другие виды трубопроводных материалов, можно утверждать, что то же ожидает и наружные коммунальные сети. Вероятно, что полимерные материалы - это материалы третьего тысячелетия в коммунальной сфере.

Наряду с полимерными материалами в трубопроводном строительстве еще долго будет использоваться и железобетон.

Железобетонные трубы за многие десятилетия своего применения хорошо зарекомендовали себя в системах канализации. Поэтому даже при появлении новых корро-зионно-стойких пластиков они до сих пор

активно используются как за рубежом (22%), так и у нас в стране (28,2%).

Следует полагать, что железобетонные трубы и в дальнейшем останутся одним из основных конструкционных элементов сетей водоотведения. Но это должны быть трубы нового поколения, выполненные из особо плотного бетона, отличающиеся более высокими механическими характеристиками и более стойкие к коррозии.

Зарубежный опыт широкого применения пластиковых труб в системах водоотведения заслуживает внимания и должен быть использован в отечественной практике. С точки зрения эксплуатационной надежности сети водоотведения должны конструироваться из двух материалов: полимерных и железобетонных труб. Экономическую целесообразность использования каждого из этих материалов иллюстрирует рисунок 8.

Таким образом, полимерные трубы экономически конкурентны железобетонным до диаметра 500 мм. Как было показано выше, трубопроводы из всех видов труб диаметром до 500 мм имеют максимальное количество отказов от всех видов воздействий.

Рисунок 8 Стоимость погонного метра трубы в зависимости от диаметра (цены 2015 г.)

Строительство и архитектура

Поэтому именно полимерные трубы как по экономическим, так и по техническим параметрам наиболее эффективны в данном случае. По имеющимся данным определим примерную потребность в полимер-

ных трубах для осуществления восстановления всех коммунальных трубопроводов диаметром 400-500 мм. Результат представлен в таблице 4.

Таблица 4

Потребность в полимерных трубах диаметром менее 500 мм для восстановления и реконструкции

трубопроводных систем ЖКХ

Сети Протяженность, км Процент труб, (1, мм Протяженность, к м Износ % Протяженность, км

<500 <400

Водоснабжение >113000 73 82400 >38 31200

Канализация >46000 60 - 27600 >36 9900

Теплоснабжение (двухтрубное исчисление) >33200 - 95 31200 ок.63 19600

Итого 192200 141200 60700

Примечание. *Данные отсутствуют

Как следует из таблицы, для восстановления и реконструкции трубопроводов ЖКХ диаметрами до 500 мм необходимо более 60 тыс. км полимерных труб. Из них для систем водоснабжения необходимо более 31 тыс. км труб, для систем теплоснабжения и водоотведения - около 20 и 10 тыс. км труб соответственно. Приведенные данные позволяют осмыслить объемы необходимых работ, сформулировать идеологию переоснащения трубопроводной инфраструктуры ЖКХ, разработать соответствующую Программу, изыскивать источники финансирования и осуществлять планирование всего этого непростого проекта.

Трубопроводы больших диаметров (от 600 до 2400 мм) могут быть как комбинированными (железобетонный несущий каркас + полимерная внутренняя облицовка), так и полностью выполнены из железобетона. При этом железобетон должен применяться особо плотный с минимальной водонепроницаемостью XV 10.

Несомненно, что в осуществлении столь грандиозного проекта по созданию высоконадежных трубопроводных систем

должны участвовать высококвалифицированные специалисты, подготовку которых необходимо начинать уже сейчас.

Выводы.

1. Трубопроводные системы ЖКХ, отработав несколько десятилетий, вследствие физического и морального износа нуждаются не просто в замене, а требуют перехода на новый качественный уровень за счет использования эффективных и долговечных материалов.

2. Новое поколение коммунальных трубопроводных систем обязано обладать высокой эксплуатационной надёжностью, которую могут обеспечить трубы из термопластов на участках сети с диметрами до 500 мм и железобетонные трубы на основе особо плотных тяжелых бетонов на участках с диаметрами, превышающими 500 мм.

3. Повышение долговечности бетонных канализационных трубопроводов, работающих в условиях биологически активных эксплуатационных сред можно осуществить комбинированным физико-химическим методом, основанным на использовании особо плотных бетонов (пер-

вичная защита) с химической обработкой готовых изделий раствором кремнефтори-стоводородной кислоты Н/^Рб или её солями (вторичная защита бетона), либо би-

Библиографический список

комбинированным способом - применением железобетонных труб с внутренней полимерной облицовкой

1. Дрозд, Г. Я. О техническом состоянии канализационных сетей Украины [Текст] / Г. Я. Дрозд, М. Ю. Хвортова // Водопостачання та водов1дведення. — Kuïe, 2012. — № 1. — С. 34-40.

2. Романюк, О. М. Стан мереж водопостачання та водов1дведення: загострення проблемы [Текст] / О. М. Романюк // Водопостачання та водов1дведення. — Kuïe, 2013. — № 2. — С. 20—23.

3. Исаев, В. Н. Трубопроводные коммунальные системы [Текст] / В. П. Исаев, Р. Ю. Хургин // Сантехника. —Москва, 2006. —№ 3. — С. 11—21.

4. Ромейко, В. С. Ещё раз о трубопроводах жилищно-коммунального хозяйства России [Текст] / В. С. Ромейко // Трубопроводы и экология. — 2002. —№ 1 — С. 16-24.

5. Дрозд, Г. Я. Состояние и перспективы трубопроводных систем жилищно-коммунального хозяйства [Текст] / Г. Я. Дрозд, М. Ю. Хвортова // Трубопроводы и экология, 2002. —№ 1. — С. 16-24.

5. Дрозд, Г. Я. Водопостачання та водов1дведення [Текст] / Г. Я. Дрозд, М. Ю. Хвортова. — Kuïe, 2014. —№ 1. — С. 15-21.

6. Дрозд, Г. Я. Надежность канализационной системы и аварийные риски в производственной деятельности предприятий водопроводно-канализационного хозяйства [Текст] / Г. Я. Дрозд, М. Ю. Хвортова // Вода и экология, Проблемы и решения. — Санкт-Петербург, 2013. —№ 3(55). — С. 50-64.

7. Дрозд, Г. Я. Коррозионные разрушения, прогнозирование степени агрессивности эксплуатационной среды и обеспечение надёжности канализационных коллекторов на стадии проектирования [Текст] / Г. Я. Дрозд // Вода и экология. Проблемы и решения. — Санкт-Петербург, 2013. — № 1(53). —С. 40-59.

8. Героева, А. Г. Прогнозирование и диагностика технического состояния объектов коммунальной инфраструктуры [Текст] / А. Г. Героева, И. Ю. Зильберова // ЖКХ: журнал руководителя и главного бухгалтера. — 2011. —№ 1.

9. Ромейко, В. С. Подземный Чернобыль [Текст] / В. С. Ромейко // Деловой мир. — 1994.

10. Бобылев, JI. М. Аварии в жилищно-коммунальном хозяйстве [Текст] / JI. М. Бобылев //

Сантехника. — 2003. —№6. — С. 13-16.

11. Berger Christian. Zustand der Kanalisation in Deutschland / Berger Christian, Lohaus Johaness, Wittner Andreas, Schäfes Ruth // KA-Wasserwirtschaft, Abwasser. —2002 (49). —№ 3. -S. 302-311.

12. Dietrich Stein. Instandhaltung von Kanalisation / Dietrich Stein // 3 Aufl. —Berlin: Ernst, 1998. — 941 p.

13. Ульрих Шюлып Мечта становится реальностью- 50 лет трубам из полиэтилена высокой плотности [Текст] /Шюлып Ульрих//Полимерные трубы, 2007. —№4(5). — С. 71-77.

14. Исаев, В. П. Особенности применения пластмассовых трубопроводов [Текст] / В. И. Исаев, М. Г. Мхитарян // Сантехника. — 2006. —№ 1. — С. 21—27.

© Дрозд Г. Я.

© Хвортова М. Ю.

Рекомендована к печати и.о. заведующего каф. CK, к.т.н., доц. ДонГТУПсюком В. В., директором ИСАиЖКХЛНУ им. В. Даля, д.тм., проф. Андрийчуком Н. Д.

Статья поступила в редакцию 03.10.16.

д.т.н. Дрозд Г. Я., к.т.н. Хвортова М. Ю. (1БА1ЖКГЛГУ ш. В. Даля, м. Луганськ, ЛНР)_ ТРУБОПРОВОДИ СИСТЕМ ЖИТТСЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЖКГ ЯК ОБ'СКТИ ПИЛЬНО! УВАГИ

У cmammi показаний кризовий техшчний стан трубопровгдних систем ЖКГ, при експлуатаци яких планово-попереджувальт ремонты поступилися мгсцем аваршно-в1дновним роботам, ви-трати на ят утрое перевищуютъ eapmicmb будгвництва нових mpy6onpoeodie. Розкршт основт причини ситуаци, що склалася, i запропоноват nidxodu до створення трубо про в id них систем нового поколтня.

Ключовi слова: труба, матер [ал, зное, в1дмова, ааар'т, довгов1чн1стъ, надштстъ.

Dr. Tech. Sci. Drozd G. Ya., PhD in Engineering Khvortova M. Y. (V. Dahl ISAandZhKKh LGU, Lugansk, LPR)

HEAT AND WATER PIPELINES AS THE OBJECTS OF PARTICULAR ATTENTION

The article reveals a critical technical state of heat and water pipelines when emergency recovery works have replaced scheduled preventive repairs at their exploitation, which expenditures are three times the price for building the new pipelines. The main reasons of current situation have been disclosed and approaches for constructing next generation pipelines have been proposed. Key words: pipe, material, run-out, emergency, durability, reliability.