Выбор материала труб систем водоснабжения для прокладки в условиях вечной мерзлоты
научный журнал «Актуальные исследования» #12 (15), июнь '20

Выбор материала труб систем водоснабжения для прокладки в условиях вечной мерзлоты

В статье рассматриваются наиболее распространенные материалы, используемые для труб систем водоснабжения. Все материалы рассмотрены со стороны перспективности использования в условиях Крайнего Севера.

Аннотация статьи
крайний север
материал труб
прокладка трубопровода
вечная мерзлота
Ключевые слова

Выбор материала труб и стыковых соединений имеет важное значение по двум причинам. Это сложность и экономичность монтажа и надежность эксплуатации. Немаловажно учитывать аспект доставки в отдаленные районы Крайнего Севера. На это напрямую влияет вес труб, их длина, транспортабельность.

На практике наибольшее применение находят чугунные, стальные трубопроводы, реже железобетонные и асбестоцементные. Заполнителями соединений является: цементный раствор, асбестоцемент и асфальтовая мастика.

Все эти материалы не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к трубопроводам в вечномерзлых грунтах. Самые часто употребляемые металлические трубопроводы обладают плохими теплозащитными свойствами (γ стали = 50 ккал/м.час.град, γ чугуна = 40 ккал/м.час.град), большим весом, подвержены коррозии и блуждающим токам (рис.1) [1]. При просадках наряду с разрушением стыков соединений может произойти и разрушение стенок трубы. Трубопроводы, проложенные в многолетнемерзлых грунтах, находятся в неблагоприятных условиях повышенной коррозионной опасности и нуждаются в катодной защите даже в большей степени, чем трубопроводы, проложенные в районах с умеренным климатом [2].

Рис. 1. Стальной трубопровод

Особенности климатических условий крайнего Севера создают дополнительные трудности в эксплуатации систем электрохимзащиты. Станции катодной защиты (СКЗ) в 2,5 раза чаще выходят из строя в холодной зоне, т.е. в этих условиях чрезвычайно важную роль играет фактор высокой эксплуатационной надежности СКЗ. Это связано с тем, что ремонт их в условиях Севера подчас невозможен в течение длительного времени (труднодоступность, отдаленность, сильные морозы). В то время как, согласно ГОСТ Р 51164-98, отказ электрохимической защиты должен быть устранен в течение не более 24 ч. В настоящее время большинство катодных преобразователей (54,3%) морально устарели. Это СКЗ типа ПСК (ПАСК) – М-5,0-96/48У1 (33,6 %) и ОПС-2-100/48У1 (20,4 %). Все эти СКЗ не соответствуют требованиям ГОСТ Р 51164-98. Парк СКЗ на газопроводах нуждается в скорейшем обновлении, поскольку коррозионная защищенность газопроводов определяется в основном обоснованным выбором высоконадежной СКЗ [3].

Железобетонные трубы имеют коэффициент теплопроводности значительно меньше, чем у металлических труб (γ железобетона = 1,4 ккал/м.час.град), но зато примерно в 1,5 раза тяжелее последних. Под железобетонные трубы необходимо устраивать более мощное и дорогостоящее основание, чем под металлическое (рис.2) [4].

Рис. 2. Железобетонные трубы

Асбестоцементные трубы в 2-3 раза легче металлических и обладают лучшими теплоизоляционными свойствами (γ асбестоцемента = 0,3 ккал/м.час.град), мало подвержены химическому воздействию. Стоимость асбестоцементных труб значительно меньше стоимости металлических и железобетонных труб. Однако асбестоцементные трубы, несмотря на многие положительные качества, не нашли широкого применения в строительстве на Севере, ввиду их хрупкости и малой эластичности при отрицательной температуре резиновых колец, применяемых в муфтовых соединениях в качестве уплотнителя [5].

Общим минусом всех перечисленных трубопроводов является их разрушение при замерзании воды в трубопроводах. Известно, что при замерзании воды происходит увеличение ее объема примерно на 9 %, а это соответствует линейному термическому расширению примерно на 3 %. При таком расширении разрушаются даже стальные трубы.

Еще один недостаток для всех труб, кроме стальных состоит в несовершенстве применяемых стыковых соединений. При устройстве раструбных или муфтовых соединений неизбежны мокрые процессы, которые являются крайне нежелательными в условиях Крайнего Севера. Такие стыки необходимо защищать от замерзания. Это требует дополнительных затрат рабочей силы и средств.

Ценные качества труб из полимерных материалов, которыми они отличаются от стальных, чугунных и других труб, обуславливают перспективность их применения в строительстве.

В России, также как и в зарубежных странах, наибольшее распространение получили полиэтиленовые и поливинилхлоридные трубы. Анализ данных характеризующих свойства неметаллических труб, позволяет сделать вывод, что в настоящее время для районов Крайнего Севера наиболее перспективными являются полиэтиленовые трубы (ПЭ) (рис.3). Об этом можно судить по морозостойкости (до -50℃) и малой теплопроводности (0,25-0,32 ккал/м час).

Рис. 3. ПЭ трубы

ПЭ трубы имеют химическую стойкость и не боятся блуждающих токов: из-за гладкости стенок потери напора на трение меньше, чем у других труб, имеют малый вес (в 5-10 раз легче металлических); отсутствует зарастание труб при эксплуатации. Вследствие хорошей морозостойкости и эластичности ПЭ трубы способны противостоять разрушающему воздействию замерзающей в ней воды. Срок их службы 50-80 лет.

Полиэтиленовые трубы обладают и недостатками. Они подвержены старению под воздействием солнечных лучей. На прочность влияет повышение температуры и длительное нагружение.

Текст статьи
  1. ГОСТ 31447-2012 Трубы стальные сварные для магистральных газопроводов, нефтепроводов и нефтепродуктопроводов. Технические условия (с Поправкой)
  2. Зарипов Р. Ф., Коробков Г. Е. Защита арктических трубопроводов. Neftegaz.ru. 2018, N 12, С. 28-33, 3 ил.. Библ. 5. Рус.; рез. англ.
  3. Зайцев С.О., Латыпова Г.И., Гареев А.Г.Проблемы коррозии трубопроводов в условиях Крайнего Севера. 57 Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых Уфимского государственного нефтяного технического университета, Уфа, 2006: Сборник тезисов докладов. Кн. 1. Уфа: УГНТУ. 2006, с. 146. Рус.
  4. ГОСТ 12586.0-83 Трубы железобетонные напорные виброгидропрессованные. Технические условия (с Изменением N 1)
  5. ГОСТ 539-80 Трубы и муфты асбестоцементные напорные. Технические условия (с Изменениями N 1-4)
Список литературы
Ведется прием статей
Прием материалов
c 01 декабря по 15 декабря
Осталось 10 дней до окончания
Препринт статьи — после оплаты
Справка о публикации
сразу после оплаты
Размещение электронной версии
19 декабря
Загрузка в elibrary
19 декабря
Рассылка печатных экземпляров
23 декабря