Мировой опыт применения труб из высокопрочного чугуна в бестраншейных технологиях.

Неблагоприятное положение с водообеспечением населения рассматривается сегодня многими странами как угроза национальной безопасности в связи с ухудшением по этой причине здоровья населения.

Трубопроводные системы, являющиеся неотъемлемой частью инфраструктуры городов и районов, выполняют функции жизнеобеспечения и перемещаемая по ним совокупная масса продукции питьевой и сточных вод, актуальны для многих стран мира и обсуждаются как специалистами, так и всеми слоями общества.

Оценка состояния трубопроводов включает в себя следующие действия: накопление основной исторической информации относительно инфраструктуры систем трубопроводов (протяженность, материал труб и длительность их эксплуатации), статистических данных об аварийности систем трубопроводов и их участков; структуризация и анализ информации; оценка результатов и выработка рекомендаций по применению материалов и технологий для восстановления и реконструкции аварийных трубопроводов.

Обеспечение надежного и бесперебойного водотеплоснабжения регионов России требует многогранного подхода к решению проблемы с использованием, как уже отмечалось выше, новейших технологий, в число которых, несомненно, входят и бестраншейные технологии и микротоннелирование.

В настоящее время подобные технологии прочно заняли свою нишу и широко применяются как за рубежом, так и у нас в стране. Международное общество по бестраншейным технологиям (ISTT), созданное в 1985 г. со штаб-квартирой в Лондоне, в которое входит большинство цивилизованных стран (Россия является членом этого общества только с 1996 г.), ежегодно проводит международные выставки и ярмарки с демонстрацией новейших техники и технологий.

Трубы из высокопрочного чугуна с различными видами специальных соединений находят широкое применение в бестраншейных технологиях и при микротоннелировании, но только не в нашей стране.

Мировой опыт применения в вышеназванных технологиях труб из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ) уже более 50 лет доказывает на практике их преимущества. По объемам использования труб из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом в сетях водоснабжения и водоотведения Россия отстает от Китая - в 14 раз, стран Европы - в 15 раз, США - в 30 раз, это катастрофическое отставание и об этом надо задуматься.

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом — особенный по своим свойствам материал, сочетающий в себе коррозионную стойкость чугуна и механические свойства, равные свойствам стали Ст. 55 (прочность), или близкие к таковым (пластичность, ударная вязкость). Уникальные механические свойства получены в результате модификации жидкого чугуна магнием и дополнительными присадками. После проведения модификации частицы графита в высокопрочном чугуне находятся в виде маленьких сфер (шариков), исключая любой риск образования и распространения сколов и трещин, одновременно придавая чугуну пластичность и прочность. Механические свойства материала позволяют применять трубы из высокопрочного чугуна в бестраншейных технологиях и при микротоннелировании. Оценка возможности применения труб из высокопрочного чугуна в бестраншейных технологиях и при микротоннелировании была предпринята американской компанией «АСГРСО» еще в 1980 г. Проведенное исследование рыночного спроса показало малую востребованность их в подобных технологиях. Однако повторные исследования в 1992 г. этой же компании показали достаточно большие возможности применения труб ВЧШГ в бестраншейных технологиях. С целью подобного использования труб ВЧШГ американскими компаниями были разработаны и серийно освоены специальные виды соединений.

Центробежнолитые трубы из ВЧШГ с фиксированным раструбным соединением Flex-Ring® предназначены для водоснабжения, пропуска сточных вод и других жидкостей.

Трубы из ВЧШГ с фиксированным раструбным соединением Flex-Ring®, в которых применяется проверенное временем соединение FASTITE и безболтовый метод фиксации, обеспечивают гибкое, легкое в сборке соединение с надежной фиксацией против разъединения под действием осевой нагрузки.

В состав фиксированного раструбного соединения Flex-Ring® входят коническое приварное стопорное кольцо из ВЧШГ и разрезное фиксирущее кольцо из ВЧШГ типа Flex-Ring®, устанавливаемое позади стопорного кольца, которые вместе и обеспечивают фиксацию соединения. После того, как конец трубы с приваренным стопорным кольцом устанавливается в раструб Flex-Ring®, в него вставляется разрезное фиксирущее кольцо из ВЧШГ, которое помещается в канавке раструба. Фиксирующее кольцо располагается позади приваренного запорного кольца в канавке внутри раструба и обеспечивает надежное и гибкое фиксированное соединение.

Запатентованное соединение Flex-Ring® рассчитано на рабочее давление до 2,5 МПа, успешно прошло испытания под удвоенным рабочим давлением с максимальной осевой нагрузкой в качестве концевого соединения в тупике.

Трубы с надежным гибким фиксированным раструбным соединением Flex-Ring® могут использоваться также при прокладке трубопроводов методом горизонтального бурения.

Низкопрофильный раструб Flex-Ring® для протяжки труб надевается на гладкий конец трубы, быстро собирается и обеспечивает легкое скольжение трубы при протяжке. Этот раструб входит в состав агрегата для протяжки труб, специально разработанного для этого метода прокладки трубопроводов.

После сборки соединение Flex-Ring® может иметь угловое отклонение, которое облегчает прокладку трубопровода, уменьшает количество требуемых фитингов и позволяет легко адаптировать трубопровод к условиям местности.

Компонентами, необходимыми для сборки соединения Flex-Ring®, являются уплотнительная манжета и фиксирующее кольцо. Все металлические компоненты соединения изготавливаются из высокопрочного чугуна, сварка и наплавляемые валики - из сплава железа с никелем, что обеспечивает катодную связь с трубой из ВЧШГ.

Полевые испытания бестраншейной прокладки труб ВЧШГ диаметром 200 мм с подобными соединениями проводились в г. Phoenix, США. Протяжка собранных секций трубопровода осуществлялась методом горизонтального бурения установкой Vermeer Navigator 24x40. Как показали испытания, необходимое усилие для протяжки собранных секций труб из высокопрочного чугуна было даже меньше, чем для трубопровода из ПЭНД того же диаметра и длины.

При применении труб ВЧШГ в бестраншейных технологиях используются два метода сборки:

последовательное наращивание протаскиваемых секций трубопровода (при стесненных условиях строительной площадки);

полная сборка протаскиваемой секции (при возможности растяжки собранной секции по всей длине).

Трубы из ВЧШГ обладают колоссальной прочностью на сжатие и на разрыв, что позволяет прокладывать трубопроводы без рытья траншей. Американские фирмы предлагают три типа соединений, разработанных специально для прямого протаскивания труб и замены трубопроводов без рытья траншей и установки в микротоннелях.

Безраструбное стыковое соединение труб типа МТ™1 разработано для прокладки трубопроводов с использованием метода микротоннелирования. Трубы ВЧШГ с этим видом соединения могут эксплуатироваться в самотечных или напорных трубопроводах диаметром от 100 до 300 мм с давлением до 2,5 МПа и диаметром от 350 до 600 мм с рабочим давлением до 1,6 МПа. Соединение образуется рассверливанием концов толстостенных труб из ВЧШГ. В данной конфигурации стыка используется независимая внутренняя муфта из нержавеющей стали с двойными кольцеобразными канавками ¼ дюйма.

Трубы МТ™ были разработаны главным образом для микротоннелирования, что требует от труб противодействия значительным нагрузкам на сжатие.

Раструбная труба из ВЧШГ GS® также предназначена для микротоннелирования и других методов проталкивания; способна обеспечить герметичное соединение в самотечных и малонапорных трубопроводах диаметрами от 100 до 400 мм. Соединение изготавливается из толстостенных труб специального класса толщины, обработанных таким образом, что они образуют с одной стороны внутренний раструб, а с другой - гладкий конец в виде втулки с двойными кольцеобразными канавками. Благодаря высокой точности обработки, соединение эффективно передает усилие сжатия, максимально увеличивая длину прокладываемого трубопровода.

Перед использованием в соединениях МТ™ и GS®, трубы испытываются в соответствии со стандартом ANSI/A WW. А С151/А21.51. Расточенные поверхности соединений покрываются эпоксидным составом. Стандартная длина труб 5 м, но при необходимости могут изготавливаться трубы меньшей длины.

Неподвижное соединение труб типа FASTITE позволяет использовать трубы ВЧШГ для прокладки трубопроводов без рытья траншей методом протаскивания. Труба с неподвижным соединением представляет собой экономичный способ адаптации стыка FASTITE к передаче усилия сжатия от трубы непосредственно на внешнюю поверхность раструба. Он изготавливается с применением стального высокопрочного кольца, привариваемого к стандартному гладкому концу трубы FASTITE. Это кольцо изготавливается из материала, успешно использующегося в соединениях LOK-RING (замковое соединение) и других видах прочных соединений на протяжении более 30 лет.

Для равномерного распределения нагрузки между раструбом и толкателем вставляется тонкое деревянное компрессионное кольцо из мягких пород дерева, играющее роль подушки. Труба производится стандартной длины 5 м и имеет обычные для данного типа соединений показатели расчетного давления. При прокладке труба проталкивается гладким концом вперед, что позволяет осколкам породы во время проходки трубы плавно миновать раструб соединения FASTITE. Внутреннее цементно-песчаное покрытие является стандартным для труб МТ™, GS® и неподвижных соединений. Трубы ВЧШГ поставляются американскими компаниями и с другими внешними и внутренними покрытиями, соответствующими специфическим условиям эксплуатации.

Липецкий металлургический завод «Свободный Сокол» выпускает аналогичные виды соединений труб из высокопрочного чугуна, позволяющие (по мнению специалистов завода) применить трубы ВЧШГ для протаскивания с использованием методов горизонтального направленного бурения и микротоннрелирования. Это раструбно-фиксированное соединение ВРС и раструбно-сварочное соединение труб типа НЗ.

Соединение VRS-Тирофлекс (ВРС) - одно из общеизвестных замковых соединений труб. Соединение ВРС является, как бы аналогом сварного соединения стальных труб и выполнено в виде фиксированного раструбно-стопорного соединения, в котором герметичность соединения обеспечивается применением двухслойной резиновой уплотнительной манжеты. Трубы с этим типом соединения предназначены для эксплуатации в трубопроводах газа, горячего, хозяйственного и питьевого водоснабжения, в теплотрассах и внутрипромысловых трубопроводах с рабочим давлением транспортируемой среды от 1,6 до 2,5 МПа включительно и температурой транспортируемой среды до 150°С. Трубопроводы и трубы могут испытывать большие диаметральные прогибы при эксплуатации, сохраняя все функциональные характеристики, что позволяет им выдерживать большую толщину грунтового покрытия и большие дорожные нагрузки.

Соединение ВРС обеспечивает невозможность рассоединения труб при прокладке и эксплуатации трубопровода в сложном рельефе местности, в местах осадки грунта и при ударных нагрузках. Сварной наплыв на гладком конце трубы и два стопора, вдвигаемые после стыковки труб в выемку раструба и фиксируемые стопорной проволокой, не позволяют нарушить соединение. Это особенно важно при монтаже и эксплуатации трубопроводов в неустойчивых грунтах, в гористой местности, при осадке грунта, при землетрясениях, при деформациях грунта под действием сильных морозов, при строительстве дюкеров, в вертикальном положении труб, а также при нагрузках, связанных с резким изменением гидравлического давления.

Соединение ВРС не является жестким и позволяет отклоняться трубам в соединении на угол до 5° для труб с внутренним диаметром 100-150 мм и до 4° для труб с внутренним диаметром 200-300 мм (при сохранении полной герметичности стыка). Трубопровод из ВЧШГ с соединением ВРС укладывается по существующему рельефу местности и компенсирует возможные перемещения грунта. Соединение типа ВРС характеризуется высокой скоростью монтажа, не требующего квалифицированных монтажников и сложного дополнительного оборудования.

Раструбно-сварное соединение труб ВЧШГ типа НЗ - новый вид соединения труб из высокопрочного чугуна, выполненного электродутовой сваркой никельсодержащими электродами. Этот вид соединения предназначен для использования труб ВЧШГ в трубопроводах горячего водоснабжения, теплоснабжения, внутрипромысловых трубопроводах нефтесодержащих жидкостей, для канальной прокладки трубопроводов хозпитьевого водоснабжения с рабочим давлением до 2,5 МПа.

Испытания труб из различных конструкционных материалов производились в условиях, приближенных к полевым, по минимальному сроку службы 50 лет. При испытаниях исследовались следующие параметры: предел прочности на растяжение, предел прочности на сжатие, кольцевые напряжения, устойчивость к внешним воздействиям просадки грунта, колебания уровня грунтовых вод и другие факторы.

Оценка механических свойств, долговечности и инсталляционных факторов труб из различных материалов приведены в таблице.

Мировой опыт применения труб из высокопрочного чугуна в бестраншейных технологиях и при микротоннелировании позволяет надеется, что наша страна догонит развитые страны по применению труб ВЧШГ в бестраншейных технологиях.

Кузенков Е.В., начальник отдела маркетинга, Липецкий металлургический завод «Свободный Сокол»