Коммунальный комплекс России

Наталья Данилина,
ведущий научный сотрудник Института эколого-технологических проблем (ИЭТП), кандидат технических наук

Многообразие материалов, применяющихся на сегодняшний день для изготовления водопроводных труб, позволяет обустраивать системы водоснабжения с наибольшей эффективностью их функционирования. Для различных условий эксплуатации можно подбирать такие изделия, которые наиболее полно отвечают этим условиям при оптимальных ценах и трудозатратах. Все это позволяет достигать желаемых результатов при широком качественном выборе.

Из истории водопровода
Первые сведения о том, как люди научились строить плотины и дамбы, прокладывать каналы, направлять течение рек и создавать системы водоснабжения, обнаружены в письменных источниках древних народов, населявших Египет, Месопотамию, Индию и Китай.
Например, в Месопотамии два месяца в году шли беспрерывные проливные дожди, а остальные десять месяцев царила засуха. Разливы рек и дожди приносили огромное количество воды, которую необходимо было собрать и удержать. Из-за таких особенностей климата уже в IV тысячелетии до н. э. египтяне и жители Месопотамии стали сооружать примитивные оросительные системы (каналы, водохранилища, плотины), которые позволяли не только получать обильные урожаи, но и значительно расширять посевные площади. Такие оросительные системы повышали производительность земледельческого труда и, соответственно, способствовали развитию уровня жизни.
В государстве Урарту была обнаружена система каналов, сооруженная в VII в. до н. э. Ее использовали для отвода воды самотеком из источников на довольно большие расстояния. В горах высекали туннели, через реки возводили акведуки, представлявшие собой мосты с уложенными поверху водоводами в виде труб.
Основы создания централизованных систем водоснабжения были заложены позже – в период греко-римской цивилизации. В Древнем Риме первый водопровод длиной 16,5 км появился в 312 г. до н. э. На протяжении следующих примерно 80 лет было построено еще 160 км водопровода. Необходимо отметить, что система водоснабжения, созданная в Риме, исправно действует по сей день.
На Руси первый водопровод появился в 1492 г. Он предназначался для поставки воды в Московский Кремль и являлся самотечным. Обычно русские города возводились вблизи источников воды, поэтому самым распространенным способом водоснабжения было получение воды из них, а также из колодцев, прудов и подземных источников. В XVIII в. развернулось строительство городов-крепостей, а вместе с ними и специальных сооружений, предназначенных для обеспечения общественных зданий и жилых домов водой. В гидротехнические системы этих городов входили плотины, водопроводящие галереи, колодцы и резервуары. И лишь в 1804 г. в Москве был введен в действие первый централизованный водопровод, вода в который подавалась из подземных источников верховьев Яузы. В XIX в. водопроводы имелись уже не только в Москве, но и в других городах.

В России в 1911 г. чуть больше 20 % от общего числа городов с населением около 10 тыс. человек имели водопровод. В Москве лишь в 20 % строений были проведены домовые водопроводы. Даже после Великой Отечественной войны водопровод в доме был в диковинку и являлся гордостью его владельцев. Вспомним строчку известного стихотворения Сергея Михалкова: «А что у вас?» – « А у нас водопровод – Вот!».

Главное – надежность
На сегодняшний день оснащение городов, а часто и поселков, и деревень системами водопровода считается вполне обыденным делом. И перед проектировщиками, строителями и эксплуатационщиками таких систем уже стоят вопросы не их наличия или отсутствия, а надежности и долговечности.

Надежность, долговечность и экологическая безопасность являются основными требованиями, предъявляемыми к городским водопроводным сетям.

В настоящее время в большинстве городов России ситуация с обеспечением надежности водопроводов является достаточно напряженной. Это связано с нарастающими темпами износа трубопроводов и оборудования коммунальных сетей водоснабжения, ограниченностью финансовых ресурсов на восстановление и обновление сетей.

Средний возраст стальных трубопроводов составляет 33 года, чугунных – 41 год. Наибольшее количество аварий (до 90 %) происходит на стальных трубах водопроводной сети (в основном диаметром 100–400 мм).

Практика показывает, что нарушения нормального уровня водоснабжения связаны в основном с авариями (отказами) на участках трубопроводов системы подачи и распределения воды – наиболее функционально значимых и уязвимых элементах. Основные причины аварий:

• износ трубопроводов;
• неправильный выбор материала труб и класса их прочности, отвечающего фактическим внешним и внутренним нагрузкам, воздействующим на трубопровод;
• несоблюдение технологии производства работ по укладке и монтажу трубопроводов;
• отсутствие необходимых мер по защите трубопроводов от агрессивного воздействия внешней и внутренней среды;
• разрушающие давления, воздействия гидравлических ударов, падение долговременной прочности;
• несоответствие прочности труб требованиям ГОСТа.

В настоящее время у проектировщиков и строителей имеется большой выбор для обеспечения необходимого качества водопроводных сетей. В первую очередь это касается выбора материала, из которого изготовляются прокладываемые коммуникации.

Стальные трубы
Стальные трубы всем хорошо известны, поскольку установлены в подавляющем большинстве российских городских квартир. В соответствии с ГОСТом, материалом для их производства является высококачественная углеродистая сталь. Стальные трубы хорошо переносят давление. Низкий температурный коэффициент линейного расширения делает их применение возможным в системах отопления и горячего водоснабжения.
Основной минус заключается в том, что они подвержены коррозии, приводящей к появлению протечек. Внутренняя поверхность в короткий срок засоряется различного рода отложениями, уменьшающими их пропускную способность – такие трубы проводят блуждающие токи. Срок службы стальных трубопроводов обычно не превышает 15–25 лет. Привлекает в них только низкая цена, но экономия при покупке труб из стали может быть частично нивелирована более высокой стоимостью монтажа.
Отдельно стоит отметить оцинкованные стальные трубы. Цинкование защищает обычные стальные трубы от коррозии, но надо помнить о том, что в системе отопления из оцинкованных труб нельзя использовать антифриз. Поэтому существует разделение: для отопления используются трубы из черной стали, для водоснабжения – из оцинкованной.
Трубы из нержавеющей стали предназначены и для внешней прокладки трубопроводов, и для прокладки внутри помещений. Они применяются в системах отопления, горячего и холодного водоснабжения, так как нержавеющая сталь не оказывает негативного воздействия на качество воды. Эти трубы имеют только один недостаток – по стоимости они дороже, чем остальные металлические трубы. Но затраты на их приобретение целесообразны, так как помимо высоких антикоррозийных свойств они обладают еще массой положительных качеств: простотой в обработке, удобством в эксплуатации, высокой температурой плавления и т. д.
Монтаж сетей из стальных труб осуществляется на резьбовых соединениях и с помощью сварки. Сварка понижает коррозионную стойкость, в особенности оцинкованных труб, так как в месте сварки цинк окисляется и испаряется (температура кипения цинка 906 °С), поэтому места стыка коррозируют очень быстро. Монтаж системы довольно трудоемок, после длительной эксплуатации разбирать систему трудно, а порой и невозможно. При монтаже стальных трубопроводов используется громоздкое спецоборудование и большое количество расходных материалов, особые требования предъявляются и к квалификации монтажников.
Наиболее часто встречающимся повреждением на стальных трубопроводах (93 %) являются свищи, которые вызываются воздействием внешней и внутренней коррозии труб.

Медные трубы
Медные трубы устойчивы к любым температурам жидкости или теплоносителя, а также возможным значениям давления, которые теоретически могут встретиться в санитарно-технических системах. Они обладают эталонной кислородонепроницаемостью, безразличны к хлору и озону (наиболее распространенным дезинфектантам), а также к вибрации. Благодаря своей пластичности и механической прочности медные трубы при замерзании деформируются без разрыва.
Учитывая высокую пластичность, медные трубы изготавливаются с толщиной стенки в 1,5–3 раза тоньше, чем стальные. Они не боятся воздействия ультрафиолета. Кроме того, медь обладает бактерицидными и бактериостатическими свойствами. Хлорированная вода только усиливает антикоррозионные свойства медных труб. У медных труб более низкий коэффициент шероховатости, чем у стальных и даже полимерных труб. Это увеличивает их пропускную способность и позволяет применять трубы малого диаметра.
Целый ряд стандартов предъявляют к производству медных труб крайне жесткие требования, вытекающие из специфики их применения. Во-первых, это требования к чистоте металла – 99,9 % и не меньше. Во-вторых, обязательным условием является обработка внутренней поверхности, состоящая в удалении остатков углерода, наличие которого как раз и может привести к коррозии. Кроме того, в ходе эксплуатации, особенно на сетях с применением хлора в качестве дезинфектанта, на внутренней поверхности медных труб образуется труднорастворимая пленка окиси (могут образоваться разные виды окиси: тенорит, малахит и др.). Эта пленка снижает перенос меди в воду до ничтожных уровней и играет роль своеобразной «брони», в том числе в части препятствия коррозии. Срок службы медных труб составляет от 40 до 80 лет.
Однако их нельзя использовать для отопления вместе с алюминиевыми радиаторами, и к ним трудно применять стяжку: если на медь попадет цемент – проблем не избежать. К тому же их практически невозможно покрасить. Поэтому нужно быть готовым к тому, что придется довольствоваться их естественным блеском или потратиться на дорогостоящую специальную краску.
По степени твердости различают два квалификационных состояния медных труб. Мягкие (отожженные) трубы, как правило, поставляются с завода в бухтах длиной от нескольких метров до нескольких десятков километров. Трубы в твердом (неотожженном) состоянии доставляются в отрезках по пять метров. Толщина стенок этих труб составляет 1,2 и 3 мм в зависимости от диаметра, который может достигать 267 мм. Отожженные и неотожженные медные трубы могут иметь пластиковую оболочку.
Для соединения медных труб между собой, а также с сантехникой, используют медные фитинги для капиллярной пайки и нарезные фитинги, изготовленные из латуни или бронзы с концами для нарезных и капиллярно спаянных соединений. Разъемные соединения – фланцевые или с зажимными фитингами.
При установке медных трубопроводов следует помнить, что стык меди с нелегированной сталью недопустим. А стальные трубы могут располагаться в системе только перед медными по направлению течения воды.
Всем хороши медные трубы, кроме одного их существенного недостатка – спроса на материал, из которого они сделаны. Медь очень востребована в промышленности, она котируется на мировых биржах. Повышенный спрос, как известно, в рыночной экономике ведет к неминуемому росту цены. И цена на медные трубы значительна.

Полиэтиленовые трубы
В последние десятилетия в практике строительства водопроводных систем находят применение трубы из полимерных материалов: полиэтилена, поливинилхлорида, хлорированного поливинилхлорида, пластмасс на основе акрилонитрилбутадиенстирола, фторполимеров и стеклопластиков.
Трубы водопроводные пластиковые изготавливаются из полиэтилена и полипропилена.
Почему современные строители часто выбирают для установки полиэтиленовые трубы? Ответ прост: они имеют ряд преимуществ по сравнению с другими видами труб.
Во-первых, они служат в два раза дольше традиционных – их гарантированный срок эксплуатации составляет 50 лет. Во-вторых, водопроводные полиэтиленовые трубы имеют коррозийную стойкость и высокую стабильность под воздействием агрессивных веществ, находящихся в почве и транспортируемой среде. В-третьих, они не требуют ремонта, что, естественно, снижает затраты на эксплуатацию. Четвертое преимущество – это увеличение пропускной способности. Водопроводные полиэтиленовые трубы застрахованы от «зарастания» внутреннего прохода трубы продуктами окисления, как это происходит в стальных трубах. Напротив, полиэтиленовые трубы имеют тенденцию к «ползучести», за счет чего увеличивается их диаметр. Они не повреждаются зимой, и замерзающая в них вода не угрожает авариями.
Полиэтиленовые трубы незаменимы при подведении трубопровода к новым домам, так как усадка, которую дает здание в течение пяти лет, безопасна для таких труб, в то время как металлические трубы могут повреждаться. Полиэтиленовые трубы, напротив, способны растягиваться без потери своих качеств до 7 %.
Что же представляет собой полиэтиленовая водопроводная труба? Кроме того, что она токсикологически и бактериологически безопасна, она еще и очень удобна. Такие трубы изготавливаются по ГОСТ 18599-2001 для водоснабжения и выпускаются: бухтами диаметром 32 мм (500 м в бухте), 63 мм (300 м и 500 м в бухте) и отрезками по 12 м диаметром от 110 мм до 1200 мм. Такие трубы просты в обслуживании, легко устанавливаются и заменяются. К тому же, они не относятся к категории опасных грузов, поэтому их легко транспортировать в любую точку страны.
Применение подобных труб позволяет существенно уменьшить аварийность, опасность загрязнения питьевой воды и, кроме того, значительно облегчает монтаж и позволяет использовать бестраншейные технологии.

Пластик
Современный рынок предлагает большой выбор пластиковых труб, представляющих собой изделия из различных полимеров: полиэтилена (высокого давления или низкого давления высокой плотности), полипропилена, ПВХ (поливинилхлорида). Все они обладают большей химической стойкостью, чем стальные трубы, и устойчивы даже к электролитической коррозии.
Внутренние поверхности пластиковых труб не заиливаются, гарантированный срок эксплуатации больше, чем у стальных, в 1,5–3 раза и составляет 30–50 лет.
Все трубы из полимерных материалов необычайно легки и быстро монтируются с помощью простых инструментов. На рынке для них представлена широкая номенклатура медных и латунных фитингов, а для неэластичных пластиковых трубопроводов – пластиковая фасонина.
Обычные пластиковые трубопроводы способны работать в системах под давлением 0,6–1 МПа. Однако при превышении расчетной температуры срок их службы резко сокращается. Кроме того, пластиковые трубы подвержены воздействию ультрафиолетовых лучей, которые значительно сокращают срок их службы. Поэтому в стенах и перекрытиях трубы желательно укладывать в штробах, чтобы наилучшим образом защитить их поверхность от солнечной радиации.
Все пластиковые трубы в той или иной мере пропускают через свои стенки кислород, который, не причиняя вреда самим трубам, ускоряет коррозию стальных элементов системы (радиаторов, котлов, теплообменников, запорно-регулирующей арматуры, насосов и пр.).

Сшитый полиэтилен и поливинилхлорид
Сшитый полиэтилен (РЕ-Х) получают из обычного полиэтилена высокой плотности (PEHD) путем сшивки его линейных молекул с помощью пероксидов (РЕ-Ха), органсилоксанов (РЕ-ХЬ) или ионизирующего излучения (РЕ-Хс). Специальная обработка молекулярной структуры полимера – «сшивка» – позволяет повысить температуру перекачиваемой воды до 95 °С при давлении 1 МПа. Используется в системах горячего водоснабжения и отопления, при создании полов с подогревом. Такие трубы не способствуют размножению различных микроорганизмов.
Поливинилхлорид (PVC) применяют в системах холодного водоснабжения. Обычно он используется в непластифицированном виде (жесткий ПВХ – «винипласт»). Недостаток винипластовых труб заключается в низкой теплостойкости (до 75 °С). Поскольку этот материал разрушается при воздействии тепла с выделением хлора, то такие трубы не применяют в системах горячего водоснабжения.
С целью повышения теплостойкости его модифицируют дополнительным хлорированием, доводя содержание хлора с обычного уровня 57 % до 60–65 %. Главные достоинства ПВХ – это высокие прочностные характеристики и жесткость, что позволяет изготавливать трубы (в том числе и стояки) больших диаметров. Однако из-за способности ПВХ при горении выделять диоксины, опасные для здоровья людей, такие системы используют в основном в качестве подземных коммуникаций. Среди недостатков всех полиэтиленовых труб следует назвать неустойчивость к воздействию поверхностно-активных веществ.
Поливинилхлорид имеет хорошие диэлектрические свойства, поэтому такие трубы широко применяются при электромонтажных работах для прокладки кабелей.
Преимуществами труб из полимерных материалов являются:

• гибкость (данное свойство облегчает монтаж, минимальное растяжение до 600 %);
• неподверженность подземным движениям, отсутствие свойства ломкости;
• высокая устойчивость к ударам и повреждениям при сгибании;
• обеспечение значительного преимущества при подборе диаметра с учетом малой степени неровности внутренних стенок;
• пригодность для установки под водой (не подвержены влиянию морской воды и движений);
• отсутствие недочетов в монтаже ввиду разнообразия способов установки;
• работа без особых проблем при основном рабочем давлении (минимум в течение 50-ти лет);
• устойчивость к радиации и ультрафиолету;
• неподверженность воздействию вредных материалов, которые содержатся в почве и оказывают коррозийных эффект;
• отсутствие необходимости в катодной защите;
• устойчивость к воздействию химических материалов;
• неизменность запаха и вкуса воды;
• гарантия непроникновения в трубы корней растений и деревьев.

В то же время нужно отметить и недостатки. Так, многие отечественные полиэтиленовые трубы не отличаются высоким качеством, подвержены механическим повреждениям при хранении, транспортировке и монтаже, что делает эти процессы дорогостоящими в связи с высоким уровнем браковки труб. Кроме того, в России отсутствует опыт широкого использования пластмассовых труб.

Трубы из высокопрочного чугуна
Новые технические требования регламентируют отказ от использования при строительстве подземных инженерных коммуникаций стальных труб диаметром до 300 мм включительно, а рекомендуют преимущественное применение труб от 100 до 300 мм из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ), в том числе и малых диаметров.
Выбор таких труб основан на их высоких эксплуатационных качествах и многолетнем положительном опыте использования в России и за рубежом. Практика показывает, что эти трубы имеют высокие прочностные и деформационные показатели, близкие к показателям для стальных труб, но по своей коррозионной стойкости значительно их превосходящие. При авариях, в отличие от труб из обычного чугуна, они не разрушаются полностью и не создают угрозу размыва окружающего грунта. Благодаря пластичности они меньше повреждаются при деформации окружающего грунта.
Гарантированный срок службы таких труб составляет 80–100 лет, то есть в несколько раз больше срока службы стальных. Кроме того, монтаж труб из ВЧШГ отличает простота в эксплуатации и ремонтопригодность, что достигается использованием специально разработанных устройств – ремкомплектов, патрубков, муфт, хомутов.
Предел прочности на разрыв у труб ВЧШГ в 10 раз выше, чем у труб из полимерных материалов, при этом он практически не меняется при самых различных температурах, а полимерные трубы при температуре выше 73,4 °С теряют прочность и жесткость. Гидростатическое давление разрыва труб из ВЧШГ и их ударная вязкость соответственно в 5,6 и 55 раз выше, чем соответствующе значения для труб из полимерных материалов.
Трубы из ВЧГШ непроницаемы для углеводородов, то есть при прокладке этих труб в загрязненных почвах (нефть, керосин, бензин) или при их контакте с углеводородами химические вещества через их стенки не проникают.
При проведении различных работ необходимо знать места прохождения трубопроводов. Если они металлические, то эти места легко обнаруживаются при помощи детектора металла. Если водопровод выполнен из полимерного материала, то детектор металла не поможет, и в траншеи необходимо укладывать специальный металлический провод.
При длительном воздействии солнечных лучей на полимерные трубы может наступить старение материала, а трубам из ВЧШГ это не грозит, и они практически не повреждаются при транспортировке.

Трубы из металлопластика
Внутренняя и внешняя поверхности таких труб изготовливаются из сшитого полиэтилена, между которыми прокладывается (вклеивается) слой алюминиевой фольги толщиной 0,5–2,0 мм. Материал рассчитан на интервал температур 40–95 °С. Прослойка металла выполняет теплоотражающую и антикоррозионную функции. Полиэтилен обеспечивает гладкость внутренних стенок, препятствует отложениям, снижает теплопроврдность.
Достоинством металлопластиковых труб является универсальность, их можно использовать и внутри помещения, и снаружи. Главное и единственное условие при их эксплуатации – это свободный доступ к трубам в местах соединений, то есть там, где есть фитинги. Для стыковки металлопластиковых труб между собой, а также со стальными и пластиковыми трубами используются гаечные и зажимные соединения, а высокая гибкость позволяет обойтись минимальным количеством соединительных элементов.
Уязвимым местом в конструкциях является клеевой слой, соединяющий металл с полимером. Его разрушение или изменение качеств ведет к расслоению и протечке трубы. Кроме того, различный коэффициент теплового расширения у пластика и металла при резкой смене температуры пропускаемой воды также может привести к расслоению или ослаблению соединения. Так что если предполагается использование труб при перепадах температурного режима, лучше предпочесть трубы из одного материала.
Металлопластиковые трубы можно использовать практически во всех системах коммуникаций: отопления, горячего и холодного водоснабжения, подогрева пола, при подаче сжатого воздуха и химических жидкостей (в том числе агрессивных).
Трубы должны соответствовать типам коммуникаций. Дело в том, что в водопроводных металлопластиковых трубах в качестве внутреннего слоя используется дорогой пищевой пластик, который не реагирует на вредные для человека химические реакции. В технических трубах (в канализационных и отопительных) устанавливается более дешевый непищевой пластик.
Из-за возможных изменений объема в местах изгибов трубы должны «лежать» свободно, а не впритык. Этот излишек материала специалисты называют компенсационными петлями. Кроме этого, сгибать трубы под острым углом нельзя: они прорвутся, после чего восстановить их уже не удастся и придется заменять.
Что касается металлополимерных труб, то они изготавливаются по принципу «полиэтилен-алюминий-полиэтилен (PEX-AL-PEX)». Внешний и внутренний слои выполняются из полиэтилена, средний – из алюминия, между ними имеется два клеевых слоя. Эти трубы предназначены для использования в системах отопления, горячего и холодного водоснабжения в многоэтажном и индивидуальном строительстве, а также при реконструкции зданий.