В. Н. Исаев, проф. МГСУ
М. Г. Мхитарян, доцент МГУП
Наша страна занимает второе место в мире по протяженности трубопроводов (2 млн км.), а по их изношенности - первое. В предкризисном состоянии находятся все трубопроводы системы жилищно-коммунального комплекса, для которых характерны высокая степень изношенности и непрерывный ее рост.
За пятилетие протяженность уличных сетей водоснабжения, подлежащих замене, увеличилась с 62,2 тыс. км до 91,1 тыс. км, т. е. на 46,6 %, число аварий водопроводов - на 45 тыс. или 27,3 %, утечки и неучтенные расходы воды возросли на 4,6 %.
Из 185 тыс км тепловых сетей, функционирующих в России 6,6 тыс. км или более 14 % подлежат замене. В ряде городов России на 100 км теплотрасс приходится до 400 аварий. Из-за низкого качества сетей теплоснабжения ежегодно теряется около 35 млн т у. т. Прямой ущерб при стоимости 1 т у. т. $70 составляет почти 70 млрд. руб.
Ущерб России из-за изношенных трубопроводов, который непосредственно отражается на благосостоянии людей, оценивается сотнями миллиардов рублей.
Замена стальных трубопроводов пластмассовыми позволит решить ряд проблем ЖКХ при условии учета особенностей, связанных со свойствами полимерных материалов и трубопроводов.
В коммунальных системах могут использоваться следующие полимерные материалы.
Полимерные материалы применяются во внутренних санитарно-технических системах с 1940-х годов наряду с традиционными материалами (металл, керамика и т. д.). В настоящее время в странах Европы они используются в 20 % систем холодного и горячего водоснабжения, 13% систем отопления и 92 % систем напольного отопления. В основном используется сшитый полиэтилен - 53 %, полипропилен - 27 %, полибутилен - 7 %, ХПВХ - 6 %, металлополимерные трубы - 7 %. Следует отметить постоянную тенденцию к увеличению масштабов применения пластмасс.
Проектирование на 70 % определяет качество системы, поэтому при использовании новых технологий и материалов особое внимание должно быть уделено всем стадиям проектирования систем из пластмассовых трубопроводов.
Стадия «проект»
На стадии проекта (обоснования основных технических решений) необходимо дать подробное описание преимуществ пластмассовых трубопроводов, чтобы преодолеть сложившиеся стереотипы у заказчиков и экспертных организаций и показать пользу, которую получает заказчик, монтажник и эксплуатационник при использовании таких труб.
Основными преимуществами пластмассовых труб по сравнению со стальными являются:
Преимущества пластмасс и широкий ассортимент полимерных материалов с разнообразными свойствами позволяют использовать их в коммунальных системах.
В системах отопления зданий в основном используют трубы из термостойких пластмасс для прокладки трубопроводов (теплопроводов).
В системах холодного и горячего водоснабжения зданий полимерные материалы применяют для изготовления водоразборной (туалетные краны, поплавковые клапаны, смесители и т. д.) и трубопроводной (вентили, краны, поворотные затворы и т.д.) арматуры, внутренней и внутриквартальной сети, водонапорных баков, счетчиков воды.
В системах водоотведения (канализации) зданий полимеры применяют для изготовления санитарных приборов (ванн, умывальников, моек смывных бачков и т. д.), санитарно-технических блоков, кабин, гидрозатворов (сифонов), прокладки внутренних и наружных канализационных, водосточных сетей.
Предварительно материал трубопроводов можно подобрать на основании рабочих давлений и температур в системах (табл.1).
Таблица 1 - Нормативные требования к коммунальным системам
СНиП |
Транспорти- руемые среды |
Темпера- тура, °С |
Максималь- ное рабочее давление, МПа |
Норма- тивный срок службы, лет |
Материал труб |
2.04.01-84*. Внутренний водопровод и канализация зданий [1] |
Холодная вода |
20 |
0,6 |
50 |
ПЭ, ПП, ПВХ. |
Горячая вода |
75 |
0,6 |
25 |
СПЭ, ППР, ПБ, МП |
|
Бытовые стоки |
60 (90) |
50 |
ПЭ, ПВХ, ХПВХ, ПП |
||
41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование [2] |
Теплоноситель (горячая вода) |
95 |
0,6 |
25 |
СПЭ, ПБ, МП |
2.04.03-85*. Канализация. Наружные сети и сооружения [3] |
Бытовые стоки |
40 |
50 |
ПЭ, ПВХ, ХПВХ, ПП |
|
2.04.02-84*. Водопровод. Наружные сети и сооружения [4] |
Холодная вода |
20 |
0,6 |
50 |
ПЭ, ПП, ПВХ |
2.04.07-86*. Тепловые сети [5] |
Горячая вода |
95, 150 |
1,6 |
25 |
Для систем хозяйственно-питьевого водопровода можно использовать трубы и арматуру только из материалов, допущенных санитарно-эпидемиологическим управлением к применению в питьевом водоснабжении и имеющим гигиенический сертификат.
При подборе пластмассовых труб для технологических систем коммунальных предприятий (химчисток, прачечных, станций водоподготовки) необходимо проверять трубы на устойчивость к агрессивному воздействию среды.
Запрещается применение пластмасс в противопожарных водопроводах зданий, системах, транспортирующих особо опасные, токсичные, взрывоопасные жидкости, сжиженные углеводороды и вещества, к которым пластмасса не стойка.
При проведении технико-экономических сравнений вариантов систем с трубопроводами и оборудованием из различных материалов следует учитывать не только капитальные затраты на монтаж систем с применением пластмассовых труб, но и рассматривать возможное снижение эксплуатационных затрат за весь срок эксплуатации систем, которая составляет основную часть длительного (более 50 лет) жизненного цикла коммунальных систем.
Стадия «рабочий проект»
На стадии рабочего проекта следует учитывать особенности пластмассовых трубопроводов по сравнению с металлическими:
Расчетная долговечность пластмассовых труб может быть обеспечена только при учете всех особенностей этих труб.
В процессе конструирования системы эти особенности следует учитывать при выборе материала труб. Для наиболее распространенных труб из термопластов, работающих при давлении 0,4-1,0 МПа, рекомендуется учитывать температурные режимы систем не только по максимальным значениям температуры - tмакс, как это принято в СНиП (табл. 1), но и учитывать характерные (рабочие) температуры - tраб и аварийные - tавар [6], имеющие различную продолжительность в процессе 50-летней эксплуатации системы (табл. 2).
Таблица 2 - Классы эксплуатации систем с пластмассовыми трубами.
Класс эксплуа- тации |
Рабочая темпе- ратура1), tраб, °C |
Время работы системы при рабо- чей тем- пературе, T, год |
Макси- мальная темпе- ратура2), tмакс,°C |
Время работы системы при рабо- чей тем- пературе, T, год |
Аварийная темпе- ратура3), tавар, °C |
Время работы системы при рабо- чей тем- пературе, T, год |
Область применения |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
1 |
60 |
49 |
80 |
1 |
95 |
100 |
Водопровод горячей воды с tраб = 60 °C |
2 |
70 |
49 |
80 |
1 |
95 |
100 |
Водопровод горячей воды с tраб = 70 °C |
3 |
30 |
20 |
50 |
4.5 |
65 |
100 |
Отопление напольное низко- температурное с tраб = 30-40 °C |
4 |
20 |
2.5 |
70 |
2.5 |
100 |
100 |
Отопление напольное высоко- температурное с tраб = 20-60 °C Отопление низкотемпера- турное с отопительными приборами с tраб = 60 °C |
5 |
20 |
14 |
90 |
1 |
100 |
100 |
Отопление высокотемпера- турное с отопительными приборами с tраб = 80 °C |
ХВ |
20 |
50 |
- |
- |
- |
- |
Водопровод холодной воды с tраб = 20 °C |
Максимальный срок службы трубопровода каждого класса эксплуатации определяется суммарным временем эксплуатации при Траб, Тмакс, Тавар.
При сроке эксплуатации менее 50 лет все временные параметры должны быть уменьшены, кроме Тавар. Исходя из местных условий возможно установление других классов эксплуатации в зависимости от режимов теплопотребления, соответствующих местным климатическим условиям (продолжительности периода отрицательных температур, величины средних и максимальных отрицательных температур и т. д.), но значения температур при этом должны быть не более указанных для класса 5.
Приведенная в таблице 2 классификация систем несколько отличается от принятой в СНиП (таблице 1), введением понятий 'низко-' и 'высокотемпературные системы'. Это небходимо учитывать при выборе материала труб для систем в зданиях различного назначения: низкотемпературные системы отопления и водопровод горячей воды можно использовать в местных системах коттеджей и одно-двух этажных зданий, высокотемпературные в зданиях, подключенных к централизованным системам с более высокими температурными параметрами.
Рабочая температура в системах отопления 5 класса эксплуатации (80 °С) несколько ниже, чем рекомендуемая СНиП [2].
Таблица 3 - рекомендуемые для каждого класса материалы труб.
Класс эксплуатации |
Область применения |
Рекомендуемые материалы труб |
1 |
2 |
3 |
1 |
Водопровод горячей воды с tраб = 60 °C |
ПП-Г, ПП-Б, ПП-Р, СПЭ, ПБ, ХПВХ (PP-H, PP-B, PP-R, PE-X, PB, PVC-C) |
2 |
Водопровод горячей воды с tраб = 70 °C |
ПП-Г, ПП-Б, ПП-Р, СПЭ, ПБ, ХПВХ (PP-H, PP-B, PP-R, PE-X, PB, PVC-C) |
3 |
Отопление напольное низкотемператур-ное с tраб = 30-40 °C |
ХПВХ, ПП-Г, ПП-Б, ПП-Р, СПЭ, ПБ (PVC-C, PP-H, PP-B, PP-R, PE-X, PB) |
4 |
Отопление напольное высокотемпера-турное с tраб = 20-60 °C |
ПП-Г, ПП-Б, ПП-Р, СПЭ, ПБ (PP-H, PP-B, PP-R, PE-X, PB) |
4 |
Отопление низкотемпературное с ото-пительными приборами с tраб = 70 °C |
ПП-Г, ПП-Б, ПП-Р, СПЭ, ПБ (PP-H, PP-B, PP-R, PE-X, PB) |
5 |
Отопление высокотемпературное с ото-пительными приборами с tраб = 20-80 °C |
ПП-Г, ПП-Б, ПП-Р, СПЭ, ПБ (PP-H, PP-B, PP-R, PE-X, PB) |
ХВ |
Водопровод холодной воды с tраб = 20 °C |
ПП, ПЭ, ПВХ (PP, PE, PVC) |
Выбор конкретного материала из рекомендованных для данной системы производится на основе технико-экономического анализа [7].
Подбор марки полимерных труб из выбранного материала производится с учетом требуемого давления в системе, долговечности и надежности [7, 8].
При выборе фирмы-производителя или поставщика труб необходимо читывать ассортимент труб и соединительных частей, возможность монтажа с применением высокопроизводительного оборудования, особенности прокладки и эксплуатации труб [9].
При трассировке сетей необходимо предусматривать устройства для температурной компенсации, мероприятия, снижающие вероятность случайного повреждения труб в процессе монтажа и эксплуатации. Конструкция крепления труб и оборудования не должны вызывать постоянного или долговременного напряжения в материале труб. При пересечении или прокладке пластмассовых труб в строительных конструкциях следует предусматривать мероприятия по снижению и исключению температурных и механических нагрузок на трубы, а также влажностное и температурное воздействие трубопроводов на эти конструкции.
При трассировке сетей из пластмассовых трубопроводов:
При расчетах систем из пластмассовых труб по сравнению с системами из стальных труб следует учитывать различную маркировку труб: стальные водогазопроводные трубы маркируют по внутреннему диаметру (условному проходу), а пластмассовые - по наружному. Поэтому при равных обозначенных диаметрах пластмассовая труба имеет меньшее сечение и, следовательно, меньшую пропускную способность. Соединения пластмассовых труб с помощью штуцерных механических соединений предусматривает введение внутрь трубы штуцера меньшего диаметра, что уменьшает ее проходное сечение. Поэтому на участках с большим количеством таких соединений (квартирные, поэтажные разводки), особенно на верхних этажах зданий, где низкое давление, следует при гидравлическом расчете учитывать влияние местных сопротивлений [10].
При гидравлическом расчете, особенно безнапорных и низконапорных систем следует учитывать уменьшенное гидравлическое сопротивление пластмассовых труб из-за более гладкой внутренней поверхности по сравнению со стальными трубопроводами.
В дополнение к расчетам систем из стальных труб следует проводить расчеты на температурные удлинения, долговечность при рабочих температурах и давлениях, а иногда и на прочность в зависимости от условий прокладки и эксплуатации [7].
В спецификации следует закладывать ремонтный запас труб и соединительных частей, учитывая трудность получения качественных соединений труб из различных материалов.
Проект обязательно должен включать раздел 'Эксплуатация' с подробным описанием приемов и оборудования для проведения профилактических и текущих ремонтов, т. к. в настоящее время службы эксплуатации еще не подготовлены к работе с новыми материалами труб и мало знакомы с их особенностями.
При монтаже пластмассовых трубопроводов необходимо строго выполнять правила транспортировки и хранения труб и оборудования:
Перед сборкой трубопроводов необходимо проводить входной контроль: тщательно проверить наличие сертификатов на материалы и оборудование, маркировку труб, соответствие основных размеров и параметров нормативным документам, отсутствие повреждений на поверхности труб, соединительных частей, оборудования.
Выбор метода соединения труб [8, 9] следует производить исходя из материала, диаметра, давления, особенностей монтажа. Необходимо придерживаться рекомендаций производителя труб по способам их соединения.
Трубы из ПЭ соединяют сваркой, из СПЭ, МП - обжимными механическими соединениями с накидными гайками, из ПП - сваркой, раструбными соединениями с резиновым уплотнением, ПВХ - склейкой, раструбными соединениями с резиновым уплотнением.
При выполнении соединений следует точно выполнять все технологические операции, чтобы обеспечить герметичность и долговечность соединения.
При монтаже следует тщательно выполнять крепления горизонтальных трубопроводов, используя виды крепления, исключающие возможность повреждения поверхности трубопровода или возникновения в нем постоянных напряжений (провисы труб, обжим и т. д.). Наилучшее крепление горизонтальных труб - на сплошном основании или в поддерживающих желобах.
Выводы
Литература