Сайт научно-технического журнала «Инженерные системы. АВОК Северо-Запад»

Гидравлический потенциал стальных и чугунных металлополимерных труб для систем водоснабжения

О. А. Продоус, генеральный директор ООО «ИНКО-инжиниринг»
В. В. Иващенко, генеральный директор ООО «АКВА-ИКС»

Приводится анализ механических и гидравлических характеристик двух типов металлополимерных труб: раструбных из ВЧШГ с полиуретановым покрытием внутренней и наружной поверхности и стальных электросварных прямошовных с покрытием внутренней и наружной поверхности полимерными материалами.

Проведено сравнение потерь напора в трубах на сопротивление по длине. Показаны преимущества и недостатки труб из сравниваемых материалов. Приведен анализ их гидравлического потенциала. 

Ключевые слова: металлополимерные трубы, характеристики, сопротивление, потери напора по длине.

Под гидравлическим потенциалом трубопровода (труб) понимают оценочный эксплуатационный критерий, характеризуемый совокупностью значений величин расхода q, л/с при заданном давлении PN, МПа, скорости потока V, м/с и потерь напора на трение по длине i, м/м.

Проектирование напорных трубопроводов систем водоснабжения и водоотведения должно начинаться с обоснования выбора материалов труб [1]. То есть, при минимальной стоимости строительства одного погонного метра трубопровода, последний должен иметь минимальные потери напора по длине, влияющие на выбор насосного оборудования для транспортирования на расстояние требуемого расхода [2]. При этом, в зависимости от рельефа местности, сложности трассы, сейсмических условий и др., используются металлополимерные трубы, у которых металлический каркас (стальной или из ВЧШГ) покрыт внутри и снаружи полимерными покрытиями, обеспечивающими антикоррозионные свойства внутренней (рабочей) поверхности трубы и рациональные потери напора по длине [5].

Применение полимерных покрытий для предотвращения коррозионных процессов на внутренней поверхности стальных и чугунных труб в системах водоснабжения и напорной канализации находит все большее использование. Установлено, что трубы из полимерных материалов и металлические трубы с такими покрытиями имеют значительно больший срок службы, меньше по величине потери напора по длине и энергоэффективные характеристики в сравнении с трубами из стали и серого чугуна [1, 3, 4].

Рассмотрим два вида полимерных покрытий металлических труб, наиболее часто применяемых на практике. Это полиуретановое покрытие для стальных и чугунных труб и композитное покрытие «Амеркот 391рс» для стальных электросварных труб. На рис. 1 показан внешний вид сравниваемых металлополимерных труб.

Рис. 1. Внешний вид ВЧШГ-труб (а) и электросварных труб (б)

а) Труба чугунная из ВЧШГ по EN 545-2010	б) Трубы стальные электросварные по ГОСТ 20295-85

В табл. 1 приведены характеристики этих покрытий и значения основного высотного параметра шероховатости Ra, используемого при гидравлических расчетах трубопроводов из полимерных материалов [6, 7].

Таблица 1. Характеристики покрытий

Анализ характеристик полимерных покрытий, представленных в табл. 1, свидетельствует об их практическом сходстве.
В табл. 2 приведены значения характерных параметров сравниваемых труб, по которым проводится анализ при выборе из двух сравниваемых материалов труб.

Таблица 2.

Сравнение параметров, приведенных в табл. 2, показывает, что:
— внутренний диаметр труб ВЧШГ с полиуретановым покрытием на 0,42% больше, чем у электросварных труб с покрытием «Амеркот 391 рс» (618,6 мм > 616,0 мм на 0,42 %), однако,
— вес 1 п. м трубы из ВЧШГ больше (138,50 кг > 118,82 кг) на 14,21%, чем у электросварных труб того же диаметра.
При доставке автотранспортом электросварных труб диаметра 600 мм по 12 м каждая в одной шаланде перевозится — 132 п. м, а труб из ВЧШГ того же диаметра по 6 м каждая в одной шаланде — 22 штуки — 132 п. м, то есть одно и то же количество по длине. Следовательно, доставка на трассу требуемого объема труб из ВЧШГ будет дороже.
Так как для труб из любого вида материала рабочей поверхностью является их внутренняя поверхность, то, чем меньше сопротивление этой поверхности, тем более энергоэффективными являются трубы [4]. Поэтому проведем сравнение характеристик гидравлического потенциала труб диаметром 600 мм. Результаты сравнения представлены в табл. 3.

Таблица 3. Сравнение гидравлического потенциала металлополимерных труб диаметром 600 мм

По данным табл. 3 видно, что значения удельных потерь напора для сравниваемых труб практически одинаковы. Это подтверждает их практически одинаковую пропускную способность [8]. Поэтому приведем основные характеристики сравниваемых труб, которые представлены в табл. 4.

Таблица 4.

Из табл. 4 следует, что при прочих равных условиях главным и основным недостатком электросварных труб с полимерным покрытием является их неполимеризованное сварное стыковое соединение, которое в условиях строительной площадки не представляется возможным подвергнуть качественной полимеризации изнутри, так как для этого потребуется: убрать окалину, образующуюся при сварке, обезжирить всю внутреннюю поверхность по внутреннему периметру труб шириной не менее 100 мм и разработать технологию и инструмент для полимеризации внутренней поверхности сваренного встык соединения.
Вторым серьезным недостатком является длительность проведения сварочного процесса труб. Установлено, что одна рабочая бригада в смену монтирует труб из ВЧШГ — 210 п. м, а стальных электросварных не более 60 п. м [1].
Время монтажа 1 км труб диаметром 600 мм в две нитки составляет:
— из ВЧШГ труб — 9,5 смены;
— из стальных электросварных труб — 33,3 смены.
То есть сроки монтажа 1 км трубопровода первой категории в две нитки диаметром 600 мм из стальных электросварных труб в 3,51 раза больше, чем труб из ВЧШГ того же диаметра. Следовательно, сроки монтажа трубопровода длиной 100 км в две нитки составляют:
— из ВЧШГ труб — 2,61 года;
— из стальных электросварных труб — 9,13 года.
Таким образом, при прочих равных условиях сроки монтажа трубопровода из ВЧШГ труб диаметром 600 мм длиной 100 км в две нитки каждая в 3,5 раза меньше, чем при монтаже стальных электросварных труб с полимерной облицовкой внутренней поверхности.
Приведенные для сравнения характеристики и гидравлический потенциал труб из двух сравниваемых материалов позволяют сделать следующее заключение:
— трубы из ВЧШГ с полиуретановым внутренним покрытием имеют предпочтительное использование для строительства напорных трубопроводов систем водоснабжения любой протяженности.

Литература

1. Продоус О. А., Мурлин А. А., Иващенко В. В. Критерии выбора материалов труб для напорных трубопроводов коммунального и промышленного водоснабжения. // Материалы X Юбилейной Международной научно-практической конференции «ТЕХНОВОД-2017» «Технологии очистки воды», 5–6 октября 2017, Астрахань. — С 101–105.
2. Продоус О. А. Прогнозирование потерь напора в трубопроводах из разных полимерных материалов. // Журнал «ВСТ» «Водоснабжение и санитарная техника». № 11, 2018. — С. 60–64.
3. Воинцева И. И., Новиков М. Г., Продоус О. А. Продление периода эксплуатации трубопроводов систем водоснабжения из стальных и чугунных труб. // Научно-технический журнал «Инженерные системы» «АВОК — Северо-Запад», № 1, 2019. — С. 44–47.
4. Продоус О. А., Терехов Л. Д. Сравнительная оценка величин потерь напора для обоснования выбора материала труб из разных полимерных материалов. // Журнал «Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение», 2018/9 (129) — С. 44–48.
5. Продоус О. А., Джанбеков Б. А., Бегеулов Б. А. Напорные трубы для водоводов с энергоэффективными характеристиками для эксплуатации в экстремальных условиях. // Журнал «Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение», № 3 (135) 2019. — С. 48–51.
6. СП 40-102-2000. Свод правил по проектированию и строительству. Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов. Общие требования. // http://docs.cntd.ru/document/1200007490.
7. Продоус О. А. Таблицы для гидравлического расчета труб напорных из полиэтилена. Справочное пособие. 3-е издание — дополненное. // Санкт-Петербург, «Свое издательство», 2017. — 240 с.
8. Продоус О. А., Терехов Л. Д. Пропускная способность напорных трубопроводов из полимерных материалов. // Журнал «Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение», 2019/5 (137). — С. 52–56.

Скачать PDF версию статьи Гидравлический потенциал стальных и чугунных металлополимерных труб для систем водоснабжения