Специфики при избора на тръби

Aмортизиращата се инфраструктура е един от най-големите проблеми във водния сектор. Това се потвърждава от факта, че за водоразпределителните проекти се отделя най-голямата част от финансирането за инфраструктурните обновления. Пред общините съществува огромно предизвикателство – много тръбопроводи наближават края на експлоатационния си живот и настъпва времето за избор на нови тръби.

В дългосрочна перспектива, за проект като подмяна на тръбопроводи, чийто експлоатационен срок може да надвиши 100 години, изборът на подходящ материал е от огромна важност. Затова се изисква отлично познаване както на условията на почвата, така и на силните и слабите страни на всеки материал.

Тръби от сферографитен чугун
Чугунът от доста време е стандартният материал за водопроводи и канализационни тръби за промишлени и битови нужди. Точната продължителност на експлоатационния живот на чугунените тръбопроводи не е известна, но се счита, че е над 100 години.

Сферографитният чугун, който е продукт на съвременната металургия, има уникални качества и е много подходящ за производство както на напорни, така и на други видове тръбопроводи. Материалът комбинира физическата якост на нисковъглеродната стомана и дългия живот на сивия чугун.

Сферографитният чугун предлага доста по-голяма надеждност по отношение на оперативни аварии, предизвикани от движения на земните маси и напрегнати състояния. Практически нечуплив в условия на нормална експлоатация, този материал има повишена устойчивост към повреждане при транспортиране и монтажни работи. Устойчивостта му на корозия е доказана при много изпитвания и е поне толкова висока, колкото и на сивия чугун.

Сферографитният чугун е създаден с добавяне на контролирано количество магнезиева сплав към стопено желязо с ниско съдържание на фосфор и сяра. Магнезиевата сплав води до значителна промяна на микроструктурата, като въглеродът в желязото приема сфероидна или зърнеста структура (за разлика от люспестата структура на графита в сивия чугун), създавайки едновременно с това по-фина желязна матрица в заобикалящата феритна структура. В резултат от тази промяна се получава материал с много по-висока якост и ковкост.

В допълнение към дългия експлоатационен живот, устойчивостта на корозия, високата структурна якост и плътните връзки, сферографитният чугун подлежи на машинна обработка, което е много важно изискване за всяка тръба, при която се налага разпробиване, рязане и резбоване.

Въпреки якостта си, сферографитната тръба корозира в агресивна среда, съдържаща киселини. Тя може да корозира както вътрешно, от киселинни материали в канализацията, така и външно поради висока киселинност на почвата. За справяне с проблема вътрешната страна на тръбопроводите бива облицована с циментова замазка, която ги защитава от корозия.

Стоманени тръбопроводи
Стоманените тръбопроводи, първият от които датира от началото на 19-и век, се използват от много отдавна и са известни с устойчивостта си на вътрешни налягания и резки покачвания на налягането. Стоманените тръби с големи диаметри са най-често използвани за напорни тръбопроводи за разпределение на вода и за отпадъчни води. Те се изпълняват по три начина – безшевни, заварени и излети.

Както останалите метални тръбопроводи, стоманените са предразположени към корозия, така че при използването им като водопроводи, те имат асфалтова вътрешна облицовка, предпазваща ги от киселинни води. Това също така способства и за запазване на добрата им проходимост. Проблемът при вътрешните облицовки и покрития е, че те могат да бъдат повредени при монтажа на тръбите.

Основното преимущество на стоманените тръбопроводи е високата им якост. Обикновено при огромни натоварвания те се огъват, но не се напукват.

Стъклокерамични тръби
Глинените тръби се ползват вече от хилядолетия, като най-ранните примери за приложението им датират от 4000 г. пр. н. е. Материалът се е използвал векове наред за производството на градски канализационни системи. Съвременните керамични тръби обаче нямат нищо общо с предшествениците си.

Първоначално използвани в гравитачни безнапорни канализационни системи, стъклокерамичните тръби са претърпели голямо развитие в днешно време. Компютърно контролираното изпичане в пещта гарантира еднородността на крайния продукт и съответствието му със стандартите за качество. Разслоението на тръбите вече е история, благодарение на високата плътност, постигана при екструзията. Днешните тръби са непропускливи, плътни и непорьозни. Самият материал е коренно различен и се отличава с доста по-висока якост.

Напредък се отбелязва и при технологиите за съединяване на тези тръбопроводи. Преди десетилетия връзките на керамичните тръби не са полагани фабрично, като в резултат на това се наблюдава недобра уплътненост, течове, както и прорастване на корени на дървета в тръбите и нестабилност на тръбопроводите. В днешни дни връзките се полагат фабрично, с О-образен елемент от полиестер или полиуретан, с което фугата е водоплътна. Въпреки че тръбата е твърда, гъвкавите връзки могат да компенсират при движения на земни маси.

Керамика със средна якост на натиск от 124,1 MPa също може да се използва за производството на тръби с фабрично покритие за безизкопно полагане. Стъклокерамичната тръба с фабрична облицовка за безизкопно полагане е на пазара от 1992 г., като оттогава насам се използва за изпълнение на микротунелиране, изпълнение на метода “нова тръба в стара тръба” и запълване на останалото пръстеновидно пространство между външната и вътрешната тръба с устойчив на налягане фугиращ материал.

Стъклокерамичната тръба е много подходяща за силно корозивни среди, дори при наличието на канализационни газове и базирани на разтворители химикали. Единственият химикал, за който е известно, че може да засегне този вид тръби, е флуороводородната киселина, която не е често срещана в битовата канализация.

Стъклокерамичните тръби са ценени поради своята дълготрайност, устойчивост на корозия и якост. Но те също имат недостатъци – обикновено употребата им се ограничава до безнапорни тръбопроводи, а максималната дължина на тръбите е около 3 м поради спецификата на процеса по изпичането им.

Бетонови тръби
Бетонът, един от най-разпространените строителни материали, се използва за направата и на безнапорни, и на напорни тръбопроводи. Предварително излетите гравитачни безнапорни тръбопроводи се произвеждат в различни форми – кръгла, елипсовидна, сводеста и правоъгълна, и се използват за битови канализации, канализации за дъждовна вода и водостоци. Бетоновите напорни тръбопроводи, които попадат в отделна класификация, се използват най-вече за питейна вода.

Системата от твърди тръби зависи 85% от якостта на тръбата и само 15% от почвата, в която е положена, което прави бетоновите тръби много подходящи за полагане в заблатени местности.

Въпреки якостта си, бетонът е податлив на въздействие на сероводород, като във висококиселинна почва материалът може да бъде разяден. За справяне с тези проблеми тръбата може да се облицова с пластмаса. Също както и при другите тръби, бетоновите могат да бъдат компрометирани при неправилен монтаж.

HDPE тръби
Използвайки технология, въведена първо в газовата и нефтената индустрия, тръбите от полиетилен с висока плътност вече са популярен избор за водопроводи и канализационни тръбопроводи, поради това, че не са податливи на корозия и са много гъвкави. Също така, топлинното им съединяване означава нулева загуба на вода, което е много важно с оглед покачването цените на водата в световен мащаб.

Процесът на съединяване създава нерушима връзка, здрава колкото и останалата част от тръбата. HDPE тръбите също така са силно устойчиви на корозия и много стабилни, което допълнително намалява експлоатационните им разходи. За използването на такива тръби от най-голяма важност са правилното планиране, проектиране, монтаж и инспектиране.

HDPE се предлагат в размери от 0,5 до 65 цола, и могат да се използват както за комуникации, така и за водоразпределителни мрежи. Те намират все по-широко приложение в Европа, където близо 90% от новите тръбопроводи са HDPE.

PVC тръби
Поливинилхлоридът масово се използва за битови канализации и водопроводи за питейна вода. PVC е термопластичен, което означава, че може да бъде размекван и формован повторно, като е разработена и стопяема PVC версия, която успешно се конкурира с HDPE при безизкопното полагане.

Тази тръба е много устойчива на корозия и често се използва като облицовка на други материали, които са податливи на киселинно въздействие. Според едно изследване на Американската фондация за проучване на водите, проведено през 2008 г., PVC е неподатлив и на действието на бензина, който е най-разпространеният въглеводороден замърсител в почвата.

Устойчивостта на корозия означава ниска честота на аварии. Според проучване от 2012 г., в сравнение с чугуна, сферографитния чугун, бетона и азбеста, при PVC се наблюдава най-малка честота на аварии.

Цената също е важен фактор за избора на такива тръби за общински нужди. PVC обикновено е по-евтиният вариант от другите материали, дори когато се включат разходите за монтаж. В някои случаи, с използването на PVC могат да се реализират спестявания в размер на до 70%.

PVC също има своите недостатъци. Употребата му не е подходяща за условия с работни налягания, по-високи от 305 bar, както и на места, където температурата надхвърля 140 градуса. Подобни условия обаче се срещат изключително рядко във водоснабдяването и канализацията.

Установено е, че експлоатационният живот на PVC е над 110 години. Размерите на тръбите варират от 4 до 60 инча и са подходящи и за водопроводи, и за канализация. Водопроводните тръби с размери 54 и 60 инча са сравнително ново попълнение към семейството на PVC и към момента не са толкова широко предлагани.

Тръби от омрежен полиетилен (PE-X)
Основният материал на РЕ-Х тръбите е полиетилен с високо молекулно тегло, като омрежването се постига с органичен пероксид. Има няколко метода на омрежване при формоване и екструзия, които се ползват или само за полиетилен, или за комбинация с други полимерни материали. Полимерните вериги се свързват помежду си под налягане, за да оформят триизмерна структура.

Трябва да се отбележи, че работното налягане на РЕ-Х тръбите може да бъде намалено с увеличаване на температурата и продължителността на употребата им. С оглед на високия им коефициент на разширение, тръбите трябва да бъдат монтирани така, че линейното разширение и свиване, причинено от високи температури, да бъде взето предвид. При монтаж на открито тръбите трябва да бъдат поставени в кожух за защита от слънчева светлина.

Вземане на решения
Изборът на материали за тръбопроводи е комплексен процес, при който трябва да бъдат отчетени редица фактори. Ситуацията се усложнява още повече от силната и непрекъснато нарастваща конкуренция между производителите. Това, което е от най-голямо значение, е предназначението на тръбите, почвените условия и причините за предишни повреди, както и изборът на материали, почиващ на добра информираност. В крайна сметка, ако всичко е успешно, решението за замяна на тръбопроводи излиза на дневен ред веднъж на всеки сто години.