Высокая аварийность металлических трубопроводов из-за серьезных экономических потерь представляет серьезную проблему. Хотя сейчас уже заметен переход на трубы из полимеров, однако быстрому массовому внедрению, прежде всего в государственном секторе, мешает недостаток квалифицированных монтажников и инерция мышления.
При бестраншейной прокладке методом горизонтального направленного бурения (ГНБ) оптимальным решением будет использование труб из полиэтилена ПНД. Высокая прочность материала позволяет использовать их в напорных трубопроводах.
Достоинства труб ПНД:
- Долговечность. Срок эксплуатации дольше, чем у стальных изделий. При использовании в сетях холодного водоснабжения или канализации труба гарантированно прослужит не менее 50 лет.
- Коррозионная стойкость. Полиэтилен не ржавеет, отличается высокой химической стойкостью к большинству агрессивных сред. При температуре около +20 °C устойчив к соляной или фосфорной кислоте. Не подвержен воздействию большей части щелочей, растворителей, жиров, нефтепродуктов. Устойчив к водным растворам кислот, спиртам, формальдегиду.
- Удобство монтажа. Небольшой вес (в 2–4 раза легче стальных) и хорошая гибкость труб упрощает доставку к месту работ, протяжку в скважину и обход подземных препятствий. Существенно ускоряется процесс прокладки.
- Надежность сварки. Полиэтилен хорошо сваривается, прочность сварного шва выше, чем у самой трубы. Наличие шва на гибкость не влияет.
- Финансовая выгода. Затраты на прокладку трубопровода с учетом стоимости материалов ниже, меньше расходы на ремонт.
- Стабильно высокая пропускная способность. Гладкая внутренняя поверхность самоочищается, на стенках практически не скапливаются отложения, отверстие не зарастает. Потери напора на трение на треть меньше по сравнению с трубопроводами из стали или чугуна. Под действием эффекта ползучести материала сечение со временем увеличивается на 1.5–3%.
- Гигиеничность. Санитарно-гигиенические характеристики гораздо лучше, чем у стальных аналогов, отсутствие илистых отложений положительно сказывается на микробиологической чистоте жидкости. Вода не имеет химического привкуса или запаха.
- Высокая стойкость к гидроабразивному износу. В напорных трубопроводах истиранию подвергаются в основном места сужений или поворотов, причем в гораздо меньшей степени по сравнению со стальными изделиями. В ливневке износ составляет менее 0.5 мм за 50 лет эксплуатации.
- Высокая устойчивость к гидравлическим ударам. Эластичность и упругость полиэтилена позволяет смягчить удар. Скорость распространения ударной волны намного ниже по сравнению с трубопроводами из стали или ковкого чугуна, что уменьшает силу гидроудара.
- Диэлектричность. Трубопровод не нуждается в защите от электрохимической коррозии, вызванной действием блуждающих токов.
- Морозоустойчивость. Полиэтиленовые трубы обладают хорошими теплоизоляционными свойствами. При замерзании жидкости в трубопроводе не происходит разрыва стенок.
Сфера применения
Использование труб из полиэтилена регламентируется ГОСТ 18599-2001 и ГОСТ Р 50838-2009. Изделия предназначены для перекачки жидкостей или газообразных продуктов при температуре рабочей среды от 0 °С до + 40 °С и давлении до 2.5 МПа (25 атм). Транспортировка горючих газов допускается при рабочем давлении до 1.2 МПа (12 атм).
Увеличение температуры или давления рабочей среды сокращает срок службы. Применение при температуре выше +60 °C не рекомендуется, для сетей горячего водоснабжения и отопления продукция из ПНД не подходит.
Виды трубопроводов, в которых используют полиэтиленовые трубы:
- водопроводы хозяйственно-питьевого, противопожарного или технологического назначения;
- напорная или самотечная канализация, ливневка, системы сброса неочищенных стоков промышленных предприятий;
- промышленные и коммунально-бытовые газопроводы;
- защитные футляры для трубопроводов или кабельных линий;
- промысловые трубопроводы на нефтяных и газовых месторождениях;
- технологические трубопроводы на производстве;
- дренажные и оросительные системы;
- подземные воздуховоды.
Из-за легкого веса в грунте с напорными водами трубопровод может всплыть. В этом случае стоит предпочесть стальные изделия.
Виды труб
Для прокладки методом ГНБ используют полиэтиленовые трубы без защиты, с армированием или с защитным покрытием. Условия применения определяются требованиями нормативных документов. С введением ГОСТ 18599-2001 вместо обозначения ПНД принята мировая классификация продукции в соответствии с минимальной длительной прочностью (MRS).
На практике применяют трубы второго поколения ПЭ 80 или третьего поколения ПЭ 100, цифры в марке указывают на величину MRS. Цена ПЭ 100 примерно на 10% выше, однако материала на изготовление из ПЭ 80 потребуется на 15–20% больше из-за увеличенной толщины стенок. Поскольку цена готовой продукции весьма чувствительна к стоимости сырья, большинство производителей сейчас переходит на выпуск из ПЭ 100.
Еще более перспективным представляется использование труб ПЭ 100 четвертого поколения с тонким защитным слоем, нанесенным методом соэкструзии.
Преимущества образцов четвертого поколения:
- в два раза снижается напряжение на внутренней поверхности стенок
- запас прочности увеличивается на 15–20%;
- возрастает термическая стойкость к наружному воздействию;
- повышается надежность при движении неустойчивых грунтов или сейсмической активности.
Трубы изготавливаются в прямых отрезках длиной до 13.5 м, при небольшом диаметре выпускаются также в бухтах длиной от 50 м. Диаметр составляет от 20 до 1600 мм.
Производство продукции, используемой для технических нужд, разрешено вести с добавлением вторсырья. Трубы для питьевого водоснабжения изготавливаются только из первичного сырья.
Способы прокладки
Эластичность и упругость обеспечивает возврат полиэтиленовой трубы в исходное положение при поверхностной нагрузке на грунт. Защитный футляр обычно не нужен. Исключение представляют пересечения с железными дорогами или автомагистралями с интенсивным движением транспорта, а также необходимость обеспечить повышенную надежность при прокладке под коммуникациями любого назначения.
По стандартной технологической схеме ГНБ прокладка нового трубопровода происходит путем протягивания в пробуренную по управляемой траектории скважину. При замене коммуникаций задача упрощается, прокладку осуществляют в том же канале. Обновление происходит с разрушением ветхого трубопровода или без разрушения (релайнинг).
Если выполняется полная замена, остатки труб разрушаются и вдавливаются в грунт динамическим ударом. Одновременно протягивается новая плеть аналогичного или большего диаметра.
При релайнинге прежний трубопровод играет роль футляра, в котором протянут новый меньшего диаметра. Возможны два варианта прокладки.
По первому варианту уже проложенный трубопровод, способный выдержать рабочее давление, прочищают ершом и протягивают внутрь новую плеть без несущих свойств. Цель такой операции – герметизация, выглаживание внутренних стенок, обеспечение чистоты перекачиваемой жидкости.
Если коммуникации настолько изношены, что могут разрушиться, прокладку ведут по второму варианту. В старом трубопроводе протягивают трубы с толстыми стенками, прочность которых рассчитана на давление рабочей среды.
Обновление трубопровода с использованием полиэтиленовых труб по технологии ГНБ – эффективный способ замены коммуникацией с экономией на издержках.