Трубы большого диаметра из пластмассы: способы изготовления и сферы применения
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 диаметраоткрывает 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 диаметрав целом, то примерное распределение потребления этих труб по видам используемого материала можно представить из графика, построенного на основании данных глобального исследования рынка труб большого диаметрав 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 диаметраоказывается 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 диаметрав 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 диаметрав 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 трубв 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 трубпозволяет 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 труби 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-80и 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 100оказывается 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 трубопроводовПо 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 ПЭтруб 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 диаметровначали применяться несколько лет назад. Первоначально они использовались преимущественно при строительстве безнапорных коллекторов. Однако в последние годы полиэтиленовые трубы больших диаметроввсе 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 диаметраоказался 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 диаметрапри 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 диаметраи 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 диаметровдоставлялись по морю в прибрежные районы европейских стран а также через Атлантику в страны Центральной и Южной Америки.
Помимо компании PipeLifeподобные 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 трубпо 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 диаметрав России уже имеется.
Летом 2002 года в Санкт-Петербурге был проложен дюкер через Неву диаметром 700 мм. Полиэтиленовые трубыдлинной 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 диаметравыпускают еще несколько фирм в Европе – напримерEgeplast.
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 Таблица 2. Показатель MRS в соответствии с ISO 4427/CEN TC 55SS20
ВОХ3 Таблица 3. Наибольшее допустимое эксплуатационное давление (МАОП) в водопроводных трубах (в МПа) в соответствии с ISO 4427/CEN TC 55SS20
ВОХ4 Таблица 4 Относительная стоимость труб из полиэтилена разных марок для трубопроводов различной пропускной способности
Авторы:Сергей Топалов, Александр Шмелев, Владимир Балашов Источник:(Журнал “Полимерные трубы”)
Система транспортировки воды, питьевой и технического назначения, один из важнейших элементов комплекса водоснабжения любого населенного пункта, промышленного предприятия или другого крупного объекта народного хозяйства. В последнее время для подачи и распределения воды используют трубы большого диаметра, изготовленные из пластмассы – полиэтилена, полипропилена и других полимерных материалов. Соединение пластмассовых трубможет осуществляться диффузионной сваркой, с помощью агрессивного клея, с использованием компрессионных или обжимных гильз.Большие пластмассовые трубы используют в основном в промышленных целях.Способы изготовления пластмассовых труб большого диаметраТрубы, произведенные из пластмассы, стали достойной альтернативой применяемых ранее стеклопластиковых или железобетонных труб.
Желание уменьшить расход сырьевого материала и сохранить малый вес конечной продукции при сбережении высоких прочностных характеристик привело к созданию труб, имеющих не сплошную, а профилированную стенку.Существует несколько типов профиля, отличающиеся технологией изготовления и геометрическими параметрами: гофрированный, с армирующим шлангом, прямоугольный. Сырьем для производства таких труб являются полипропилен и полиэтилен, а также комбинированные материалы на их основе. Трубы большого диаметра из пластмассы могут иметь размеры сечения до 2400 мм.
Соединение пластмассовых труб этого вида осуществляется с помощью муфт с резиновыми уплотнителями без необходимости последующей герметизации.Производство труб большого диаметра рассчитано на получение легкотранспортируемого материала.Наиболее распространены трубы большого диаметра с гофрированным профилем, изготовленные методом соэкструзии. Их конструкция включает две оболочки: внутреннюю . совершенно гладкую, обеспечивающую хорошие гидравлические качества, и наружную .
гофрированную, придающую изделию желаемую прочность. Основная нагрузка грунта приходится на выступы гофрированного слоя, благодаря чему напряжения в гладкой оболочке минимальны.Трубы с профилированными стенками возможно применять при значительных статических нагрузках. Их используют для канализационных систем, колодцев, резервуаров, для организации ливневого водоотведения, устройства трубопроводов выпуска воды в водоемы, осуществления релайнинга.
Благодаря высокой стойкости к воздействию коррозии пластмасса достойно заменила сталь при изготовлении труб, используемых в вентиляционных системах предприятий биологической и химической промышленности.Малый вес труб с профилированной стенкой обеспечивает удобство их транспортировки, хранения и монтажа.Пластмассовые трубы достаточно легко транспортировать, ввиду их легкости.Максимальный диаметр первых полиэтиленовых труб был равен 110 мм. Они предназначались для транспортировки питьевой воды и были рассчитаны на рабочее давление 4-6 бар. Современные предприятия по производству продукции из полимерных материалов освоили выпуск труб ПЭ диаметром 2000 мм.
Разработанные немецкими учеными технологии позволяют получать композитные полиэтиленовые трубы диаметром до 4 метров, способные выдерживать давление до 20 бар.Полиэтиленовые трубы нашли широкое применение:Для релайнинга – бестраншейного ремонта трубопроводов. Значительная осевая прочность соединений, осуществляемых при помощи сварки, дает возможность использовать прогрессивный метод протаскивания пластмассовой трубы в поврежденную старую. При такой технологии старая труба может оставаться на месте, а может быть разрушена.
Релайнинг с разрушением старой трубы применяется в случае необходимости сохранения или увеличения диаметра трубопровода. Соединяют пластмассовые трубы из полиэтилена электрофузионной (электромуфтовой) сваркой в раструб.Для производства вертикальных и горизонтальных резервуаров . баков, танков, контейнеров.Для прокладки воздуховодов.
Легкий вес, возможность одновременно вести сварку в нескольких местах, высокая стойкость к воспламенению позволяют использовать трубы из полиэтилена в системах вентиляции.Профилированные полиэтиленовые трубы отвечают всем требованиям, которые предъявляются к безнапорным трубопроводам. Они имеют:Профилированные трубы имеют высокую степень устойчивости к коррозии. значительные гидравлические и физико-механические характеристики;высокую степень устойчивости к коррозии и агрессивным веществам;стойкость к ультрафиолетовому излучению;благодаря идеально гладкой внутренней стенке, они практически не подвержены истиранию и зарастанию отложениями органического и минерального характера;экологически безопасны.Химической модификацией полиэтилена является, так называемый, “сшитый” полиэтилен .
ПЭ-С. В полимере такого типа линейные звенья макромолекул дополнительно соединяются поперечными связями – “сшиваются”. ПЭ-С, по сравнению с обычным полиэтиленом, обладает более высокой прочностью и термической стойкостью.
Из “сшитого” полиэтилена изготавливают трубы диаметром до 630 мм и толщиной стенки до 25,5 мм.Сферы применения полипропиленовых труб большого диаметраПолипропиленовые трубы большого диаметра применяют при прокладке наружных трубопроводов холодного и горячего водоснабжения для жилищно-коммунальных и промышленных объектов.Поскольку ПП трубы обладают меньшей механической прочностью, чем чугунные, под автомобильными трассами их монтируют в металлических коробах, обеспечивающих дополнительную защиту.Полипропиленовые трубы даже значительных диаметров имеют небольшой вес, поэтому могут использоваться для устройства вентиляции в помещениях с легкими перегородками. Такие трубы маркируются РРН, для транспортировки высокотемпературных сред они не пригодны.PPR – самый распространенный тип труб, ценится благодаря своей универсальности. Может применяться в трубопроводах снабжения горячей и холодной водой, а также для организации отопительных систем.Маркировку РРВ присваивают трубам, обладающим повышенной ударной прочностью.Преимущества ПП трубопровода – не зарастает органическими отложениями, обладает высокой стойкостью к перемерзанию без потери эластичности, не подвергается коррозии, не боится повышенной влажности и агрессивных сред, обладает диэлектрическими свойствами.Согласно исследованиям ученых, в дальнейшем намечается рост объема потребления пластмассовых труб большого диаметра за счет сооружения новых и ремонта старых водоводных и канализационных систем, особенно для специфических условий мегаполисов, улиц и магистралей значительной протяженности.Поделитесь полезной статьей:Похожие статьи:
Источники:
- polyplastic.ua
- experttrub.ru
