Финансирование реконструкции и строительства систем водо-, теплоснабжения и канализации актуально для многих стран мира и обсуждается как специалистами, так и всеми слоями общества. Каждая страна решает эти проблемы своим путем, но в корне решения всех подобных проблем всегда лежит единый принцип — изучение опыта предыдущих поколений и применение современных технологий и конструкционных материалов трубопроводов для обеспечения надежности и долговечности систем жизнеобеспечения населения. Для принятия взвешенных и грамотных решений данной проблемы сделаем краткий экскурс в историю. В 1664 г. король Франции Луи XIV распорядился построить трубопровод из серого чугуна длиной 15 миль от насосной станции на Сене до своего дворца в Версале. Этот трубопровод обслуживал фонтаны дворца более 330 лет. Трубопроводы из серого чугуна начали строиться в США с 1817 г. Сегодня в 550 предприятиях коммунального обслуживания США уже более 100 лет работают распределительные сети водоснабжения из серого чугуна. И, по крайней мере, в 16 подобных предприятиях США трубопроводы из серого чугуна эксплуатируются более 150 лет. Российским опытом применения труб установлено, что около 20% чугунных трубопроводов, имеющих сроки службы от 60 до 100 лет, исправны и находятся в работоспособном состоянии. В качестве примера надежности и долговечности чугунных труб можно привести тот факт, что часть водопроводных вводов по улицам Пятницкая, Ордынка, Петровка, Неглинная, Трубная площадь, проложенных в 1893 г., по-прежнему находятся в исправном состоянии и обеспечивают требуемый уровень надежности. Но данная статья — не «ода» трубам и трубопроводам из серого чугуна. Эти трубопроводы хорошо эксплуатируются в устойчивых непросадочных грунтах без сверхнормативных внешних нагрузок и при качественной укладке труб. В противном случае прекрасно известны недостатки этих трубопроводов: высокая аварийность из-за хрупкости самого материала, склонность к сколам и трещинам, протечки в местах зачеканки раструбных соединений труб. Что же предлагается? Действенной альтернативой для исправления сложившегося положения должно стать массовое применение при строительстве и реконструкции сетей водоснабжения, теплоснабжения и водоотведения напорных труб из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ). Этот конструкционный материал уже более 50 лет доказывает на практике свои преимущества по сравнению со всеми современными материалами для производства труб. Производство и потребление труб ВЧШГ в мире В табл. 1 приведены данные по мировым объемам производства и потребления труб из высокопрочного чугуна. Как видно из таблицы, развитыми рынками производства и потребления труб ВЧШГ являются страны Северной Америки, Европы, Ближнего Востока и Китая, потребляющие около 64% из почти 7-миллионного ежегодного объема потребления таких труб. Согласно материалам отчета технического отдела American Water Works Service Co. (май 2002 г.) в настоящее время в сетях водоснабжения США и Канады применяются следующие виды труб: o стальные и чугунные (из высокопрочного чугуна) трубы с внутренним цементно-песчаным покрытием; o железобетонные трубы; o трубы из поливинилхлорида; o трубы из полиэтилена; o трубы из молекулярно-сшитого полиэтилена. Каждая из вышеназванных систем трубопроводов имеет свои достоинства и недостатки и применяется инженерами-проектировщиками США и Канады в зависимости от конкретных условий эксплуатации и технико-экономических расчетов, но самое широкое применение в сетях водоснабжения и канализации имеют трубы из высокопрочного чугуна и поливинилхлорида. К интенсивному применению труб из высокопрочного чугуна в системах водоснабжения стремится и Китай. Сегодня при ежегодном объеме производства порядка 800–850 тыс. т около 650 тыс. т труб ВЧШГ используются Китаем в собственных сетях. В 2005 г. объем производства и потребления труб ВЧШГ достигнет в Китае 1,0 млн т в год, а в 2010 г. — 1,5 млн т в год. В Испании годовой объем потребления труб из высокопрочного чугуна составил более 170 тыс. т и, по оценкам экспертов, вырастет до 200 тыс. т в год. Индия. В настоящее время во многих Штатах Индии реализуются проекты по замене труб из серого чугуна и углеродистой стали на трубы из высокопрочного чугуна, при этом годовой объем потребления труб ВЧШГ вырастет со 150 до 450 тыс. т. По объемам использования труб ВЧШГ в сетях водоснабжения и водоотведения Россия отстает от Китая — в 10 раз, стран Европы — в 14 раз, США — в 26 раз. Приведенные данные говорят о катастрофическом отставании России и стран СНГ по объемам применения труб из высокопрочного чугуна в своих национальных системах водоснабжения, и об этом надо задуматься. Статистика аварийности систем трубопроводов По официально опубликованным статистическим данным, трубопроводы из труб ВЧШГ имеют одни из самых низких показателей аварийности. На рис. 1 приведены данные аварийности систем трубопроводов водоснабжения США, выполненных из различных марок чугуна с соединениями различных видов. Этим исследованием были охвачены сети водоснабжения протяженностью 6400 км, обслуживающие около 300 тыс. человек (по данным American Water Works Service Co., май 2002 г.). Как видно на диаграмме, за период наблюдений с 1965 по 1998 гг. включительно наименьшей аварийностью располагает система трубопроводов из ВЧШГ. На рис. 2 приведена статистика повреждений сетей трубопроводов питьевой воды в Западной Германии, по данным Союза Германии по водо- и газообеспечению (DVGW). В эту статистику вошла информация от 360 предприятий по водообеспечению, при этом охвачены 126 тыс. км трубопроводов питьевого назначения и около 5 млн км трубопроводов, подведенных к жилым домам. Как видно, трубопроводы из полиэтиленовых труб имеют значительно меньшую аварийность по сравнению с трубопроводами из стальных и чугунных труб (из серого чугуна), но наименьшей аварийностью располагают все же трубы из ВЧШГ. От анализа зарубежных данных по аварийности систем трубопроводов перейдем к российской статистике (рис. З). Система водоснабжения г. Москвы — это одно из самых крупных инженерных сооружений в Европе. Протяженность сетей Московского водопровода — свыше 10 тыс. км с диаметрами трубопроводов от 50 до 2000 мм. Стальные трубопроводы составляют 72% от общей протяженности сетей, 26% — чугунные (в т.ч. 1200 км, т.е. 12% от общей протяженности сетей — из ВЧШГ), 2% — железобетонные трубы и трубы из полимерных материалов. И здесь, как мы видим, трубопроводы из высокопрочного чугуна имеют минимальную аварийность. Заканчивая раздел аварийности систем трубопроводов, приведем график — см. рис. 4 и процитируем генерального директора «Мосводоканала» С.В. Храменкова (из его статьи «Принципы обеспечения надежности водопроводной сети в условиях сокращения водопотребления» в журнале «Водоснабжение и санитарная техника», №5, часть 2, 2003 г.): «Прослеживается зависимость интенсивности отказов трубопроводов от диаметра труб, причем многолетние статистические исследования показали, что аварийность трубопроводов из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, который в последние годы широко использует МГП «Мосводоканал», значительно ниже, чем стальных трубопроводов и труб из серого чугуна» (конец цитаты). Что же это за конструкционный материал для труб — высокопрочный чугун? ВЧШГ — материал с уникальными свойствами Высокопрочный чугун с шаровидным графитом — это особенный и уникальный по своим свойствам материал, сочетающий в себе коррозионную стойкость чугуна и механические свойства, равные свойствам стали Ст. 55 после нормализации (прочность), или близкие к таковым (пластичность, ударная вязкость). Эти уникальные механические свойства высокопрочного чугуна получены в результате модификации жидкого чугуна магнием и дополнительными присадками. В табл. 2 приведены механические свойства высокопрочного чугуна. Трубопроводная система из высокопрочного чугуна обладает следующими свойствами: o экономичностью — требует низких затрат на технико-эксплуатационное обслуживание и обеспечивает оптимальную надежность. Многочисленные испытания позволили сделать вывод, что трубы из высокопрочного чугуна наряду с расчетными допустимыми нагрузками имеют достаточный резерв надежности, что идеально подходит для сложных условий прокладки трубопроводов; o имеет срок службы до 80–100 лет; o обладает ударной прочностью и хладостойкостью (трубы из ВЧШГ обладают уникально высокой хладостойкостью, их ударная вязкость остается неизменной при температуре до –60°С); o способна выдерживать большие нагрузки, как внутренние, так и внешние, при резком изменении гидравлического давления в трубопроводах, а также нагрузки, вызванные перемещением грунта в результате оседания, землетрясений и морозов; o трубы из ВЧШГ могут укладываться непосредственно в грунт на глубину до 30 м; o низкой чувствительностью к надрезам и поверхностным дефектам, практически не снижающим конструктивную прочность труб при статическом нагружении; o коррозионной стойкостью, в 4–5 раз превышающей стойкость стальных труб; o сохраняет качество транспортируемой питьевой воды согласно требованиям СанПиН. У труб ВЧШГ отсутствует также зарастание внутритрубного пространства благодаря внутреннему цементно-песчаному покрытию труб; o энергосбережением. Цементно-песчаное покрытие (ЦПП) улучшает также гидравлические свойства трубопровода благодаря возникновению в процессе эксплуатации на поверхности ЦПП гидрофильного гелиевого слоя, образованного мельчайшими частицами глины и железомарганцевыми соединениями. Коэффициент шероховатости (по формуле COLEBROOK’a) внутренней поверхности трубы из высокопрочного чугуна (ВЧШГ) с цементно-песчаным покрытием составляет для отдельной трубы К = 0,03. При проектировании системы трубопроводов из высокопрочного чугуна рекомендуется брать для расчетов К = 0,1, чтобы учесть все потери на трение в собранной системе трубопроводов. То есть трубы с внутренним цементно-песчаным покрытием позволяют резко снизить гидравлические потери на трение в трубопроводе и отвечают всем современным требованиям в области энергосбережения. Кроме того, больший внутренний проходной диаметр труб ВЧШГ по сравнению с полиэтиленовыми трубами (при одинаковом условном диаметре) позволяет значительно снизить затраты на перекачку транспортируемой жидкости вследствие экономии электроэнергии и возможности прокачки больших объемов жидкости. При равном условном проходе труб (Ду) площадь внутреннего проходного сечения труб ВЧШГ с цементным покрытием превышает площадь проходного сечения полиэтиленовых труб из ПЭ 100 на 4–25% в диапазоне диаметров Ду 100–300 мм соответственно. Также надо отметить высокую скоростью монтажа при незначительных затратах (простая система раструбных соединений с резиновыми манжетами и нечувствительность к сложному грунту, а также отсутствие необходимости применять электроэнергию при монтаже системы труб из ВЧШГ обеспечивают низкий уровень затрат при прокладке трубопроводов). Монтаж системы трубопроводов из ВЧШГ не зависит от погодных условий и, как следствие из всех вышеназванных достоинств, — минимальная аварийность системы трубопроводов из высокопрочного чугуна. ВЧШГ — продукция из Липецка Трубы ВЧШГ выпускаются Липецким металлургическим заводом «Свободный сокол» с наружными и внутренними покрытиями. Внутренняя поверхность труб из ВЧШГ покрыта слоем ЦПП; наружная поверхность — лаково-битумным покрытием. По требованию потребителей возможно нанесение комплексного наружного покрытия: цинкового покрытия с последующим нанесением битумного лака. ЛМЗ «Свободный сокол» выпускает также широкую номенклатуру фасонных частей трубопроводов из высокопрочного чугуна. В настоящее время заводом выпускаются сварные фасонные части трубопроводов Ду 100–300 мм и литые фасонные части наиболее ходовой, с точки зрения спроса, номенклатуры. Фасонные части также выпускаются заводом с наружным лаково-битумным и внутренним цементно-песчаным покрытием. Трубы из высокопрочного чугуна производства ЛМЗ «Свободный сокол» сертифицированы на соответствие требованиям международных стандартов ISO 2531, ISO 4179, ISO 8179 и имеют все необходимые санитарно-эпидемиологические заключения. Для исправления положения в области долговечности, эксплутационной надежности и экологической безопасности сетей водоснабжения и водоотведения трубы из высокопрочного чугуна являются одними из самых перспективных на сегодняшний день по таким параметрам, как надежность, качество и экологическая безопасность.