Полная версия

Главная arrow БЖД arrow Водоснабжение

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Устройство и оборудование водопроводных сетей

Общие требования к материалу труб. Типы труб и их выбор

Выбор материала труб представляет ответственную задачу, так как их стоимость в огромной мере определяет затраты по всей системе водоснабжения в целом.

К трубопроводам предъявляют ряд требований. Строящиеся в настоящее время сети и водоводы характеризуются значительными объемами и трудоемкостью строительных и монтажных работ, а также сложностью инженерных решений. Поэтому необходима дальнейшая индустриализация строительных и монтажных работ, предусматривающая использование сборных конструкций, изготавливаемых на заводах и монтируемых на строительных площадках. В наибольшей мере этим требованиям отвечают трубы заводского изготовления, обеспечивающие легкость, быстроту и надежность монтажа стыковых соединений и узлов.

В системах водоснабжения должны применяться трубы, материалы которых безвредны для здоровья человека. Трубы должны обладать высокими антикоррозионными свойствами по отношению к воздействию транспортируемой воды, подземных вод, грунта, блуждающих токов и т. п. Правильный выбор материала и покрытия труб применительно к конкретным условиям строительства и эксплуатации позволяет значительно увеличить срок их службы и снизить эксплуатационные расходы.

Шероховатость внутренней поверхности труб влияет на затраты энергии по транспортированию воды. Поэтому внутренняя поверхность должна быть гладкой и не изменяться в процессе эксплуатации. Это зависит от применяемого материала, технологии изготовления, качества транспортируемой воды, вида внутреннего покрытия.

Надежность работы трубопровода во многом определяется правильным выбором прочностных характеристик и их соответствием внешним и внутренним нагрузкам, воздействующим на трубопровод. Кроме того, трубы и их соединения должны оставаться герметичными в процессе всего периода эксплуатации. От этого зависят экономичность и надежность системы подачи и распределения воды, а также ее санитарное состояние.

Для строительства напорных водоводов и сетей применяют стальные, чугунные, асбестоцементные, пластмассовые, железобетонные и другие трубы, для безнапорных — бетонные трубы, а также открытые каналы из бетона, железобетона или земляные с одеждой дна и откосов различного типа.

Чугунные трубы для напорных водоводов и сетей применяют двух типов: трубы, изготавливаемые из серого чугуна методами центробежного и полунепрерывного литья диаметром 65—1000 мм с раструбными стыковыми соединениями, и трубы, изготавливаемые диаметрами 100—300 мм со стыковыми соединениями под резиновые манжеты. Трубы диаметром 65—300 мм выпускают длиной 2—6 м, а диаметром 400 мм и более — длиной 5—10 м. ГОСТы предусматривают выпуск труб трех классов — ЛА, А и Б, отличающихся друг от друга толщиной стенок и, следовательно, выдерживающих различное давление.

Для соединения труб в первом случае используют смесь асбеста, цемента и воды. В качестве набивки применяют просмоленную или битуминизированную пеньковую прядь. Конструкция соединений этих труб показана на рис. 3.9. При соединении цилиндрический конец труб 1 вводят в раструб 2 уложенной трубы так, чтобы зазор между гладким концом и упорной поверхностью раструба составлял 5—10 мм в зависимости от диаметра труб. До начала заделки стыков трубы центруют. Затем раструбную щель уплотняют пеньковой прядью 3 для обеспечения водонепроницаемости стыкового соединения.

Для удержания пряди от выдавливания гидравлическим давлением устраивают асбестоцементный замок 4. При необходимости защиты асбестоцемента от агрессивного воздействия грунта и подземных вод раструбную щель на глубину 2—3 мм заполняют изоляцией 5, состоящей из грунтовой краски и мастики. Внутреннее испытательное и рабочее давление смонтированного трубопровода назначают в зависимости от класса труб и внешних нагрузок. Они не должны быть выше соответственно 1,5 и 1 МПа. При глубине заложения до 4 м и диаметре трубопровода до 300 мм, как правило, укладывают трубы класса ЛА. При выполнении соединения труб указанным способом, несмотря на его простоту и длительность применения, не обеспечивается равнопрочность стыкового соединения с основным материалом труб, требуются большие затраты времени, не полностью используются прочностные характеристики самих труб; кроме того, этот способ не механизирован.

Раструбное соединение чугунных труб с уплотнениями пеньковой прядью

Рис. 3.9. Раструбное соединение чугунных труб с уплотнениями пеньковой прядью

Стыковые соединения на резиновых уплотнителях гибкие, обеспечивают равнопрочность с трубой, герметичность трубопровода при осевом смещении до 15 мм и угловой деформации до 3—4 град. Монтаж стыковых соединений механизирован, вследствие чего сокращается трудоемкость и гарантируется высокое качество работ.

Ввиду равнопрочности стыкового соединения с трубой максимальные значения испытательных и рабочих давлений могут быть более высокими по сравнению с их значениями для труб со стыковыми соединениями под зачеканку. Эти давления соответственно равны 1,75—2,8 и 0,95—2 МПа в зависимости от класса труб. Конструкция этого стыкового соединения приведена на рис. 3.10. В раструбе трубы 2 имеется внутренний кольцевой паз, в который закладывается гребень резиновой манжеты 3. Герметизация стыка обеспечивается за счет обжатия средней части манжеты при монтаже и самоуплотнения манжеты при гидравлическом давлении. Манжеты изготавливают из резины, не содержащей вредных веществ, влияющих на вкус, цвет и запах воды. Монтаж труб производят следующим образом. В кольцевой паз раструба вкладывают уплотнительную манжету. Наружный конец цилиндрической части 1 монтируемой трубы смазывают графитно-глицериновой смазкой. Затем конец монтируемой трубы с помощью специального монтажного устройства вводят в раструб уложенной трубы.

ЗЛО. Раструбное соединение чугунных труб на резиновых уплотнителях

Рис. ЗЛО. Раструбное соединение чугунных труб на резиновых уплотнителях

Водопроводные сети из чугунных труб монтируют с использованием чугунных фасонных частей (по ГОСТ 5525-88) различной формы с раструбами и фланцами. Они позволяют изменять направление линий как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости. С их помощью на водопроводных линиях устанавливают необходимую арматуру и устраивают ответвления. При отсутствии чугунных фасонных частей применяют нестандартные стальные сварные фасонные части.

Недостатком труб, выпускаемых из серого чугуна, является относительно плохое сопротивление их динамическим нагрузкам. Значительно большую область применения имеют высокопрочные трубы из чугуна с шаровидным графитом (ТУ 14-3- 154-23-90), выдерживающие большие нагрузки и имеющие лучшие пластические свойства. Разрушение чугунных труб может приводить к осложнениям при ликвидации аварий и большим потерям воды. Кроме того, область применения этих труб ограничивается допустимыми внутренними давлениями. Чугунные трубы весьма металлоемки по сравнению со стальными.

Стальные трубы выпускают в широком диапазоне диаметров, толщин стенок, марок стали и различных классов точности. Они обладают высокой прочностью, относительно небольшой массой, пластичностью и применяются при индустриальном монтаже. Недостатками стальных труб являются подверженность коррозии и зарастанию, меньший срок службы по сравнению со сроком службы неметаллических труб, возрастание гидравлического сопротивления в процессе эксплуатации, если не предусматриваются соответствующие меры.

Из-за необходимости экономии металла применение стальных труб строго ограничивается. Для стальных наружных трубопроводов систем водоснабжения применяют сварные трубы диаметром до 1400 мм следующих видов: прямошовные по ГОСТ 10704-91*, ГОСТ 10706-76* и ГОСТ 10705-80;

спирально-шовные по ГОСТ 8696-74*; спирально-шовные тонкостенные по ТУ 102-39-84; водогазопроводные по ГОСТ 3262-75*.

Применение бесшовных стальных труб целесообразно в случае, если расчетом на прочность установлена невозможность использования сварных труб.

Сварные трубы изготавливают из различных сталей, отличающихся химическим составом и механическими свойствами. Эти качества стали регламентируются следующими стандартами:

ГОСТ 380-88* — на углеродистую сталь обыкновенного качества, применяемую для изготовления прямошовных, спирально-шовных и водогазопроводных труб;

ГОСТ 19281-89 — на низколегированную высококачественную толстолистовую и широкополосную сталь, применяемую для изготовления прямошовных (ГОСТ 10706-76*) и спирально-шовных (ГОСТ 8696-74*) труб.

Наиболее широко применяются трубы из углеродистых сталей обыкновенного качества как наиболее дешевые и менее дефицитные. Трубы из низколегированных высококачественных сталей применяют при строительстве и эксплуатации трубопроводов в условиях низких температур, приблизительно 20 °С и ниже, а также при более высоких температурах, если обеспечивается экономия стали в результате использования труб с меньшими толщинами стенок, чем у труб из углеродистых сталей обыкновенного качества.

В соответствии с прочностными расчетами диаметры труб d в системах водоснабжения зависят от толщины стенки 6:

6, мм................... 2,8-4 4-10 6-16

dTp, мм................ 400 500-1000 >1000

Трубы выпускают различных групп с гарантией как всех, так и отдельных характеристик: механических свойств, химического состава, испытательного давления. Кроме того, трубы, имеющие одинаковые гарантированные механические характеристики, могут быть изготовлены из сталей, полученных различными способами.

Выбор марки стали производят по нормируемым стандартами показателям стали и механическим свойствам, а при их отсутствии — по значению гарантируемого испытательного гидравлического давления трубы.

Трубы из углеродистой обыкновенного качества кипящей стали (КП) характеризуются хладноломкостью, в связи с чем их не следует применять при строительстве и эксплуатации трубопроводов в условиях низких температур (минус 10—20 °С).

Трубы из полуспокойной (ПС) и спокойной (СП) стали обладают меньшей склонностью к хладноломкости, поэтому их применяют при строительстве и эксплуатации в условиях более низких температур.

Трубы из низколегированных сталей целесообразно применять, когда в период строительства и эксплуатации стенки труб могут охладиться до весьма низких температур (минус 20 °С и ниже).

Трубы из нержавеющей стали используют в реагентном хозяйстве для транспортирования агрессивных растворов. Для водозабора подземных вод пригодны бесшовные обсадные и бурильные трубы.

Ввиду того что основным способом соединения стальных труб является сварка, необходимо учитывать их свариваемость, которая ухудшается с повышением содержания углерода. При монтаже узлов трубопроводов употребляют гнутые, штампосварные и сварные стальные фасонные части, привариваемые к трубам.

Срок службы металлических трубопроводов, надежность и эффективность их эксплуатации определяются в основном степенью защиты металла от коррозии. Внутренняя коррозия вследствие роста выступов шероховатости приводит к резкому снижению пропускной способности трубопроводов, что, в свою очередь, приводит к сокращению срока службы, значительным затратам на ремонт, перекладку и прокладку дополнительных линий, перерасходу электроэнергии.

Существуют два метода защиты металлических труб от коррозии: пассивный и активный. К пассивному методу относится изоляция наружной или внутренней поверхности труб или покрытие труб специальными оболочками, к активному — электрическая защита.

Чугунные трубы на заводах покрывают специальными антикоррозионными мастиками, которые в течение некоторого времени обеспечивают защиту от коррозии.

Антикоррозионную защиту стальных труб выполняют перед или в процессе их укладки. Для наружной изоляции используют битумно-минеральные, битумно-полимерные, полимерные, этиленовые и другие покрытия.

В мировой практике строительства металлических водопроводов получили распространение внутренние покрытия на основе цемента. Они могут наноситься как на новые трубы, так и на трубы, находящиеся в длительной эксплуатации. Существует несколько способов нанесения покрытий на новые трубы. Наибольшее распространение имеет метод центрифугирования.

Средством защиты действующих трубопроводов от коррозии является очистка внутренней поверхности и нанесение антикоррозионных покрытий. Пропускная способность трубопроводов после прочистки составляет 95—97 % первоначальной. Для нанесения покрытий также существует несколько способов в зависимости от диаметра трубопроводов.

Для создания на внутренней поверхности труб полимерных покрытий при выполнении ремонтно-восстановительных работ применяется метод протаскивания внутри эксплуатируемых трубопроводов плетей из полимерных труб.

Широко используются лакокрасочные покрытия, обеспечивающие простоту технологического процесса, высокую индустриализацию и сравнительно низкую стоимость.

Защита внутренней поверхности труб может быть обеспечена и методами стабилизационной обработки воды.

К активным методам защиты металлических трубопроводов от коррозии относится катодная защита, которая основана на электрохимической теории коррозии. Из-за незначительных затрат электроэнергии этот вид защиты целесообразен как дополнительная мера. К дополнительным методам относится также способ нанесения цинкового покрытия.

Трубопроводы, уложенные вдоль электрифицированных дорог, подвергаются действию блуждающих токов. Под их влиянием происходит разрушение поверхности труб. Защита труб от их действия состоит в предотвращении образования этих токов путем специального оборудования рельсовых путей электротранспорта.

Железобетонные трубы обладают коррозионной устойчивостью, являются диэлектриками, способны сохранять в условиях эксплуатации гладкую поверхность, имеют малую металлоемкость и большую долговечность. Недостатком их является большая масса.

Напорные железобетонные трубы, изготавливаемые методами виброгидропрессования (ГОСТ 12586.0-83 и ГОСТ 12586.1- 83) и центрифугирования (ГОСТ 16953-78), имеют гибкое раструбное стыковое соединение. Последние в настоящее время сняты с производства. Герметичность стыкового соединения обеспечивается применением резинового уплотнительного кольца круглого сечения. Конструкция раструбного соединения виброгидропрессованных труб представлена на рис. 3.11, а центрифугированных — на рис. 3.12. Конструкции стыковых соединений рассчитаны на возможные угловые деформации труб в соединении около 0,75—1 град.

Стыковое соединение железобетонных предварительно напряженных труб, изготовленных методом виброгидропрессования

Рис. 3.11. Стыковое соединение железобетонных предварительно напряженных труб, изготовленных методом виброгидропрессования:

/ — раструб; 2 — напряженная спиральная арматура; 3 — резиновое кольцо; 4 — втулочный конец трубы

Стыковое соединение раструбных железобетонных предварительно напряженных труб, изготовленных методом центрифугирования

Рис. 3.12. Стыковое соединение раструбных железобетонных предварительно напряженных труб, изготовленных методом центрифугирования:

7 — раструб; 2 — втулочный конец трубы; 3 — резиновое кольцо; 4 — упорный буртик; 5 — защитный слой бетона

Монтаж трубы начинают с того, что на ее втулочный конец надевают резиновое кольцо. Затем эту трубу краном или трубоукладчиком опускают в траншею и центрируют относительно раструба уложенной трубы. Дальнейший монтаж заключается во введении втулочного конца укладываемой трубы в раструб уложенной с одновременным закатыванием резинового кольца в раструбную щель. Монтаж осуществляется с помощью различных механизмов и приспособлений.

Сортаментом предусмотрено изготовление труб диаметром от 500 до 1600 мм. В зависимости от расчетного внутреннего давления в трубопроводе трубы подразделяются на три класса прочности. Трубы I класса предназначены для прокладки трубопроводов с расчетным внутренним давлением 1,5 МПа, II — 1,0 МПа и III класса — 0,5 МПа. На заводе трубы подвергают испытаниям на водонепроницаемость давлением 0,6—1,8 МПа в зависимости от класса.

Трубопроводы всех классов в соответствии с требованиями ГОСТов должны укладываться на глубину 2—4 м до верха трубы в зависимости от грунтовых условий, временной нагрузки на поверхность земли, способа опирания на основание и степени уплотнения засыпки.

Как показывают расчеты, железобетонные трубы всех диаметров можно укладывать на глубину до 5 м до верха трубы на плоское основание из мелких песчаных грунтов при нормальной степени уплотнения пазух и расчетном внутреннем давлении до 1,0 МПа. Для укладки труб с более высоким внутренним давлением требуется спрофилированное грунтовое основание под выкружку с углом охвата 90—120 град либо бетонное или железобетонное основание.

Существует документация на изготовление железобетонных напорных труб со стальным цилиндром на давление до 1,0 МПа. Железобетонные трубы могут подвергаться коррозии, если они уложены в агрессивных грунтах, где возможно влияние производственных сточных вод и сильноминерализованных агрессивных подземных вод. В этом случае наружную поверхность труб покрывают битумом или Кузбасс-лаком.

Для соединения железобетонных труб с трубами из других материалов применяют стальные сварные вставки.

Асбестоцементные трубы имеют малые массу и теплопроводность, достаточную коррозионную стойкость и являются диэлектриками. У них небольшое гидравлическое сопротивление, которое незначительно меняется в процессе эксплуатации. Необходимо учитывать возможность внешней коррозии этих труб под воздействием веществ, разрушающих соединения, входящие в состав асбестоцемента (гидрат окиси кальция, карбонат кальция, силикат кальция, карбонат магния и др.). При прокладке трубопроводов в грунтах, агрессивных по отношению к асбестоцементу (pH грунта ниже 6), следует устраивать противокоррозионную защиту.

Асбестоцементные трубы хрупки. При ударах в материале труб появляются напряжения, которые могут превышать допустимые, и в стенке появляются трещины, обнаруживающиеся лишь при гидравлических испытаниях. Асбестоцементные трубы необходимо укладывать в ненарушенный грунт, чтобы исключить просадку.

Асбестоцементные трубы выпускаются по ГОСТ 539-80. Трубы подразделяются на четыре класса: ВТ 6 (рабочее давление 0,6 МПа); ВТ 9 (0,9 МПа); ВТ 12 (1,2 МПа) и ВТ 15 (1,5 МПа). Рабочим давлением является максимальное гидравлическое давление, при котором может быть использована труба данного класса при отсутствии внешней нагрузки. Класс труб определяют расчетом, в котором учитывают условия эксплуатации. Трубы каждого класса в зависимости от внешнего диаметра и длины подразделяются на три типа. Трубы первого типа выпускают диаметром 100—500 мм, длиной 3—4 м; второго — диаметром 200—500 мм, длиной 5 м; третьего — диаметром 200 и 300 мм, длиной 6 м.

Трубы стыкуют с помощью асбестоцементных муфт САМ по ГОСТ 539-80 (рис. 3.13) или чугунных муфт по ГОСТ 17584-72* (рис. 3.14). Для уплотнения применяют резиновые кольца. Монтаж трубопровода с применением муфт типа САМ производится следующим образом. В пазы муфты вставляют уплотнительные резиновые кольца. Затем муфту надвигают на всю длину на конец присоединяемой трубы, после чего ее опускают в траншею и центрируют с ранее уложенной трубой. Для надвигания муфты используют винтовой домкрат, который устанавливают и закрепляют на ранее уложенной трубе.

Стык с асбестоцементной муфтой

Рис. 3.13. Стык с асбестоцементной муфтой:

1 — асбестоцементная труба; 2 — муфта; 3 — резиновое кольцо; 4

перфорация

Монтаж трубопроводов на чугунных фланцевых муфтах производится в таком порядке. На конец ранее уложенной трубы надевают фланец, резиновое кольцо и втулку муфты, а на конец присоединяемой трубы — второй фланец и резиновое кольцо. После центровки фланцы стягивают с помощью болтов с шайбами. Чугунные муфты удобны при ремонте или замене части трубопровода. Однако стяжные болты могут разрушаться коррозией. В асбестоцементных трубопроводах в большинстве случаев используют чугунные фасонные детали. В последнее время появились данные о том, что эти трубы содержат вещества, небезопасные для здоровья человека.

Стык с чугунной фланцевой муфтой

Рис. 3.14. Стык с чугунной фланцевой муфтой:

7 — асбестоцементная труба; 2 — резиновые кольца; 3 — втулка; 4 — стяжной болт; 5 — фланцы

Пластмассовые трубы обладают рядом свойств, выгодно отличающих их от труб из традиционных материалов. Потери напора на трение в них приблизительно на 30 % меньше, чем в металлических трубах. Они не подвержены электрохимической коррозии. В них не происходит увеличение сопротивления во времени.

Гидравлический удар, возникающий в трубопроводах из пластмассовых труб, значительно слабее из-за более низкого модуля упругости материала. Они имеют меньшую массу по сравнению с другими трубами. Вероятность разрушения этих трубопроводов при замерзании в них воды мала.

Пластмассовые трубы применяют для наружных сетей водоснабжения поселков, пастбищного, локального и группового сельскохозяйственного водоснабжения. Они перспективны при прокладке сетей в агрессивных грунтах, в сейсмических районах, в гористой и болотистой местности, где применение других труб связано с дополнительными затратами. Однако пластмассовые трубы не обладают высокой сопротивляемостью раздавливанию и имеют большой коэффициент линейного расширения. В системах водоснабжения разрешается применять лишь те трубы из полимерных материалов, которые обеспечивают сохранение качества воды. Для наружных и внутренних сетей водоснабжения применяют пластмассовые напорные трубы из полиэтилена низкой плотности (ПНП) и полиэтилена высокой плотности (ПВП) по ГОСТ 18599-83*. Наиболее полный ряд наружных диаметров (10—1200 мм) представлен этим ГОСТом на трубы из полиэтилена высокой плотности (полиэтилен низкого давления). Выпуск труб из полиэтилена низкой плотности (полиэтилен высокого давления) предусматривают в диапазоне диаметров 10—160 мм. Указанные трубы изготавливают четырех видов — Л, ЧЛ, Ч и Т на рабочее давление соответственно 0,25; 0,4; 0,6 и 1,0 МПа. Эти давления принимают из условия предполагаемого срока службы не менее 50 лет при температуре воды 20°С.

Трубы напорные из непластифицированного поливинилхлорида (ПВХ) выпускают по ТУ 6-19-231-83. Их изготавливают четырех классов — СЛ, С, Т и ОТ на давление соответственно 0,4; 0,6; 1,0 и 1,5 МПа в диапазоне диаметров 10—315 мм.

Для систем водоснабжения могут также применяться напорные полипропиленовые трубы, выпускаемые по ТУ 38-102-100-89 диаметрами 32—200 мм на рабочее давление до 1,0 МПа.

С понижением температуры пластические свойства пластмассовых труб ухудшаются, поэтому должны соблюдаться требования по их транспортировке, разгрузке, хранению, монтажу и сварке. При низких температурах наружного воздуха целесообразно применять трубы из полиэтилена высокой и низкой плотности.

Тип соединений труб выбирают в зависимости от конкретных условий работы и прокладки трубопроводов, а также материала труб и фасонных частей. Неразъемные соединения из полиэтилена высокой и низкой плотности выполняют с помощью сварки контактным нагревом, а из ПВХ — склеиванием или газовой прутковой сваркой. Соединения пластмассовых труб с трубами из других материалов выполняют на фланцах.

Для укладываемых в грунт напорных пластмассовых трубопроводов со сварными и клеевыми соединениями линейная компенсация температурных напряжений, как правило, не предусматривается. Для снижения этих напряжений при прокладке в летнее время укладку трубопроводов в траншею осуществляют «змейкой».

С целью замедления старения трубы из пластмассы должны быть защищены от попадания солнечных лучей.

В некоторых случаях для транспортирования воды можно применять стеклянные и фанерные трубы, выпускаемые промышленностью.

Анализ достоинств и недостатков труб различных типов позволяет правильно производить их выбор для применения в конкретных условиях.

Для систем водоснабжения, как правило, должны применяться неметаллические трубы. Строительство напорных трубопроводов из чугунных труб в соответствии с требованиями СНиП разрешается в пределах населенных пунктов, территорий промышленных и сельскохозяйственных объектов. При рабочих давлениях свыше 1,5 МПа допускается применение стальных труб. Они также могут использоваться для переходов под железными и автомобильными дорогами, через овраги и водные преграды, в местах пересечения хозяйственно-питьевого водопровода с сетями канализации, при прокладке трубопроводов по опорам эстакад и в туннелях. В вечномерзлых и просадочных грунтах допускается применение как стальных, так и пластмассовых труб.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>