Среди всех видов труб наиболее широко применяются стальные, что
объясняет высокие объемы их производства, а также импорта и экспорта.
В общем объеме трубной продукции в России 93 % составляют стальные
трубы, 5 % — полимерные, по 1 % — трубы из чугуна и асбестоцементные.
Помимо жилищно-коммунального хозяйства данный вид труб используют в газо- и нефтепроводах, для транспортировки химических продуктов,
в машиностроении и строительстве.
Стальные трубопроводы имеют низкую коррозионную стойкость. Как
показывает опыт эксплуатации, срок их службы при отсутствии защиты
от внешней и внутренней коррозии не превышает 10...15 лет (при низ-
ком расположении грунтовых вод) и 6 лет (при высоком расположении
грунтовых вод), они подвержены локальной (питтинговой) коррозии,
поэтому строительство водопроводов из стальных труб без защиты от
внешней и внутренней коррозии следует признать нецелесообразным.
Трубопроводы из стальных труб с различного рода антикоррозионными покрытиями (оцинкованные, с алюмокерамическими, эмалированными и другими покрытиями)
имеют повышенную по сравнению со стальными трубами коррозионную стойкость (до 30 лет). Однако их высокая стоимость, способы хранения, транспортировки, а также монтажные работы требуют особого обращения с подобными трубами.
Сварные соединения из труб с покрытиями предписывают также специальные меры защиты от коррозии. Кроме того, различные покрытия, увеличивая коррозионную стойкость стали, одновременно увеличивают стоимость труб.
Основной недостаток стальных труб — их незащищенность от внешней и внутренней коррозии, однако этот недостаток проявляется не сразу после ввода в эксплуатацию. Стальные трубы относительно недороги, по прочности они превосходят чугунные и железобетонные, а также асбестоцементные трубы
Поэтому несмотря на решения Госстроя СССР и требования Строительных норм и правил (СНиП) о необходимости использования, как правило, неметаллических труб, фактически в бывшем СССР на большинстве
городских водопроводов в основном использовались стальные трубы.
В настоящее время основной недостаток стальных труб (без устройства
антикоррозионной защиты) — низкая противокоррозионная устойчивость — проявился в полной мере. Поэтому оказалось необходимым проводить дорогостоящую реновацию стальных труб или их перекладку.
Опыт эксплуатации и расчеты показывают, что прочность стальных труб
при их применении в системах водоснабжения может быть обеспечена.
Однако сравнительно высокая деформируемость этих труб, не опасная для
них самих, может вызывать повреждение внутренних защитных покрытий
и приводить в результате незащищенности от коррозии к повреждениям
трубопроводов.
К одному из эффективных методов обеспечения надежности стальных труб относится нанесение на внутреннюю поверхность труб цементно-песчаных покрытий. Первый опыт применения цементно-песчаных покрытий для капитального ремонта трубопроводов в Москве относится к 1968 г., когда были проведены работы по защите участка стального водовода второго подъема внутренним диаметром 1200 мм и длиной 110 м. Технология санации стальных трубопроводов холодного водоснабжения в г. Москве применяется с 1968 г., когда были проведены работы по защите стального водовода диаметром 1200 мм методом внутреннего цементно-песчаного покрытия ЦПП. Эта технология зарекомендовала себя, как надежный и один из самых дешевых методов санации.
На сегодняшний день существуют более высокотехнологичные покрытия, как на основе цементного состава, так и полимерных составляющих, наносимых аналогичным способом центробежного набрызга при использовании однотипного специального оборудования.
После санации трубопровод получает новые улучшенные эксплуатационные характеристики:
- исключаются образование отложений и коррозии на внутренней поверхности трубы;
- восстанавливаются гидравлические характеристики трубопровода;
- сохраняется качество транспортируемого носителя;
- увеличивается срок службы существующего трубопровода.
Проводимые каждые 10 лет со дня пуска в эксплуатацию водовода комплексные эксперименты по определению качества цементно-песчаного
покрытия показывали его стабильность, подтверждая долговечность мате-
риала и правильность принятия решения по капитальному ремонту трубопровода путем нанесения цементно-песчаного покрытия
Минимальная толщина защитного слоя должна определяться
диаметром и материалом труб, а требуемая — возрастом труб, толщиной их стенок и физическим состоянием (износом). Метод нанесения цементно-песчаных покрытий используется при любой глубине залегания труб (в грунте или непроходных каналах) и не зависит от типа грунтов, окружающих трубопровод. Он целесообразен при таких видах повреждений, как коррозионные обрастания, абразивный износ, и неэффективен при раскрытых стыках труб, смещении труб в стыках и деформации секций труб, сильном абразивном износе, так как не обеспечивает повышения несущей способности трубы.
Качественно проведенный капитальный ремонт стальных трубопроводов с использованием цементно-песчаного покрытия позволяет достичь
следующих результатов:
— предотвратить коррозию металлических стенок трубопроводов за счет пассивного (изоляции стенок) и активного (образования на стенках субмикроскопического покровного слоя из оксидов железа) защитных
эффектов;
— обеспечить требуемый уровень надежности трубопроводов и снизить
аварийность на водопроводных сетях;
— улучшить гидравлические характеристики, а также стабилизировать напоры за счет уменьшения коэффициента гидравлического трения до уровня соответствующего табличным значениям для неновых труб;
— сохранить качество воды транспортируемой от станций водоподготовки до потребителей за счет отсутствия пористых коррозионных отложений, влияющих на увеличение в воде концентрации железа, снижение концентраций растворенного кислорода и остаточного хлора.
Как было сказано выше, при использовании стальных труб основное
внимание должно быть уделено их гарантированной защите не только
от внутренней, но и от внешней коррозии.
На Московском водопроводе стальные трубы составляют более 63 % от
общей протяженности сети, при этом 83 % труб исчерпали установленный
нормативами срок службы. Практика эксплуатации стальных трубопроводов Московского водопровода подтвердила существенное влияние на уровень их надежности фактора наличия защиты от электрохимической коррозии
Для стальных трубопроводов сетей водоснабжения Москвы эта проблема весьма актуальна, так как значительная их часть уложена в промышленных зонах, вблизи железных дорог, трамвайных путей, линий метрополитена, т.е. находится в зоне действия блуждающих токов, вызывающих интенсивный процесс электрохимической коррозии.
Характерный признак коррозии блуждающими токами тела трубы — язвенный характер повреждений. Сначала появляются каверны, а впоследствии сквозные отверстия (свищи, язвы). Появление сквозных свищей на стальных трубопроводах — главная причина повреждений и аварий (с изливом воды) участков труб сетей водоснабжения Москвы.
Свищевые повреждения составляют около 93 % от общего числа отказов
стальных трубопроводов городской водопроводной сети Москвы
Основной способ противокоррозионной защиты стальных трубопроводов — изоляция трубопроводов в сочетании с электрохимической защитой. Эффективность электрозащиты подтверждается данными эксплуатации стальных трубопроводов Московского водопровода: интенсивность свищевых повреждений труб в зоне действия установок (станций) катодной защиты меньше, чем до их установки
Анализ динамики изменения количества отказов (повреждений и аварий труб с изливом воды) на трубопроводах Московского водопровода показывает, что в последние годы наметилась тенденция к сокращению количества повреждений и аварий по причине образования свищей на трубопроводах городской водопроводной сети
В целом к достоинствам и недостаткам стальных труб можно отнести
следующие:
Достоинства:
● Низкая стоимость по сравнению с другими видами труб.
● Прочность стальных труб дает возможность их использования для высоконапорных магистралей и в местах, где труба может быть подвержена наружным механическим воздействиям. В жилищно-коммунальной сфере прочностные качества стальных труб во внутренних санитарно-технических системах используются всего на 2...12 %, а в инженерных — до 30 %.
● При правильном монтаже они практически на 100 % герметичны, что очень хорошо для замкнутых систем, например, отопления.
● Стальные трубы имеют низкий температурный коэффициент расширения, примерно 0,012 мм/м при повышении температуры на 1°С.
● Высокая устойчивость к разрывному давлению дает возможность
делать толщину стенки стальных труб в 2–3 раза меньше, чем у полиэтиленовой трубы.
Недостатки:
● Склонность стальных труб к коррозии, а, следовательно, и небольшой срок эксплуатации (10...15 лет).
● Шероховатость внутренних поверхностей стальных труб приводит к нарастанию на них продуктов коррозии, что способствует уменьшению пропускной способности системы.
● Большой вес труб и, следовательно, их более сложный монтаж.
● Высокая теплопроводность требует изоляции, иначе труба «потеет» снаружи, что приводит к коррозии.
● Электропроводность стальных труб способствует их разрушению под влиянием «блуждающих токов».
● Стальные трубы не устойчивы к агрессивным средам, таким как кислоты, щелочи и т.п.
● Отсутствие пластичности. Труба может лопнуть при замерзании в ней жидкости.
● Практически отсутствует гибкость. При монтаже стальных труб используется очень много фасонных изделий, отводов, муфт и т.п.
● При сварке стальных труб образуется стык, который наиболее подвержен коррозии.
● Ограниченная длина поставляемых отрезков (на 1 км трубопровода диаметром 110 мм приходится от 84 стыков).
Большую часть стальных труб выпускает Первоуральский новотрубный завод, чей ассортимент включает как трубы из углеродистой, таки легированной (бесшовные) и коррозионно-стойкой (бесшовные)стали.
Второе по объему выпуска предприятие «Северсталь» (Вологодская обл.) специализируется на производстве электросварных труб из углеродистой стали. Таганрогский металлургический завод (Ростовская обл.) — третий по величине — производит трубы из легированной и углеродистой (электросварные) стали.
Также стоит выделить Синарский трубный завод (Свердловская обл.),
Челябинский трубопрокатный завод и Московский завод «Филит».
Первые два предприятия специализируются на бесшовных трубах, «Филит» — на электросварных, но все три выпускают нержавеющие трубы и входят в десятку крупнейших предприятий России.