Строительство и архитектура /7.Водоснабжение и канализация

Магістр будівництва Сахновська В.М., д.т.наук, професор Насонкіна Н.Г.

Донбаська національна академія будівництва і архітектури

Корозійні пошкодження водоводів як причина незадовільної роботи мереж водопостачання

Розвиток систем водопостачання будь-якого регіону залежить, насамперед, від його забезпеченості водними ресурсами. Треба особливо підкреслити, що Донецька область відноситься до регіонів з низькою забезпеченістю як поверхневими, так і підземними джерелами води, які можуть бути залучені до системи централізованого водопостачання для промислових та господарсько-питних потреб. Більшість малих та середніх городів переведено на погодинну подачу води. Але треба відмітити, що на жодному з об’єктів причиною такої подачі води не була недостача обсягів води. Основною проблемою забезпечення міст водою – є критичний стан мережі по всій області.

На стан системи водопостачання оказує вплив той факт, що середній вік водопровідних мереж по Донецькій області перевищує 50 (при середньонормативному -40) [1,2]. Старіння мереж призводить до досягнення критичної аварійності трубопроводів (рис.1).

Сталеві труби водорозподільної мережі з часом втрачають свою вагу унаслідок недостатньої стійкості до корозії, ерозії й абразивного зносу, що призводить до їх підвищеної аварійності [3].

Через корозійні процеси зменшується товщина труби до мембрани (перетинки), закріпленої по її контуру.

Допустимий тиск усередині такої труби, визначається за формулою:

, (1)

Рис. 1. Залежність кількості поривів N від терміну дії Т трубопроводу

де s – зусилля, що допускається, кг/см²;

d – товщина стінки циліндра, см;

g_f – коефіцієнт надійності;

r_вн – внутрішній діаметр циліндра, см.

Межа пружності R_у, наприклад, для сталі Ст-3 (спокійної) складає Rу=2200 кг/см². Напруга, що тоді допускається, буде

кг/см² (2)

Наприклад, для труби діаметром 80мм, товщина мембрани складає 8мм. Знайдемо внутрішній тиск, що допускається, без урахування корозійних явищ

кг/см2 . (3)

Вони значно вище максимальних, можливих в експлуатації. Отже, усереднені нормальні напруги в трубі не представляють небезпеки для нової труби.

Зробимо ще одну оцінку, засновану на визначенні максимальних напруг на мембрані. Вони визначаються за формулою (4):

, (4)

де Е – модуль пружності, кг/см²;

R – радіус мембрани, см.

Тиск може досягати 9,5 кг/см². Радіус мембрани складає ~ 5 мм. Тоді максимальна напруга

кг/см².

Воно перевищує допустиме значення і результат розрахунків (табл. 1 та рис. 2).

Таблиця 1. Показники тиску, при яких відбувається розрив мембрани труби

	Тиск, при якому відбувається розрив мембрани Рн (кг/см^2)	Товщина мембрани d (см)
2,5		0,0247
3,5		0,0346
4,5		0,0445
6,5		0,0642

Рисунок 2. Залежність допустимого тиску Р_Н у трубі від товщини мембрани d

Вищенаведене приводить до висновку, що унаслідок старіння інфраструктури муніципального водопостачання, відбуваються не тільки відкриті пошкодження труб, але і приховані, які є причиною підтоплення міст і, унаслідок цих обставин, ведуть до зростання втрат води і неврахованих витрат на водопроводах. Ці обставини вимагають виявлення місць найбільших пошкоджень та їх санації. Нажаль сьогодні вдається замінити лише 0,7% трубопроводів від необхідної кількості.

При транспортуванні води в магістральних сталевих трубопроводах відбуваються реакції між водою і матеріалом трубопроводу[4,5]. Це викликає появу нерівностей (шорсткості) на внутрішній поверхні водоводу та їх зростання з часом.

Слід підкреслити, що зміни, пов'язані із зростанням опору трубопроводів протягом часу, ведуть до збільшення тарифів на воду для населення в містах, бо зростають витрати електроенергії на транспортування води по трубах. Графік, представлений на рис. 3 дає уявлення про безперервний процес зростання втрат енергії на транспортування 1 м³ води з часом.

1964-1973 р.р. 74-1983 р.р. 1984-1993 р.р. 1994-2004 р.р.

Рисунок 3. Діаграма зростання питомих втрат електроенергії q_э в кВт·год на 1 м³ води протягом експлуатації трубопроводів (на прикладі водоводу Æ800мм)

Корозійні пошкодження водоводів відбуваються як із зовнішньою, так і внутрішньої сторони труб. Це приводить до утворення численних горбиків, утворених з продуктів корозії. Особливо багато горбиків на зварних швах, на яких вони часто зливаються в суцільну лінію. Відкладення, зокрема горбисті, рудого кольору. За даними хімічних аналізів, осади містять Fe₂O₃, MgCO₃, SiO₂. У деяких свіжовідібраних осадах в шарі, прилеглому до труби, знайдена невелика кількість сульфіду заліза. Він може утворюватися в результаті реакції іонів заліза з сірководнем, що виділяється при життєдіяльності бактерій і гнильному розпаді мікроорганізмів під відкладеннями, де реалізуються анаеробні умови.

На внутрішній поверхні діючих магістральних водоводів є макрошорсткості різної форми і різних розмірів по висоті і ширині, що нагадують сталактити. У сухому вигляді вони є бурою рихлою пористою масою різної форми густиною 1,4–1,6  г/см³, відкритою пористістю 51–55%, з водопоглинанням 33–39%.

Розглядаючи питання щодо стану розподільчих мереж, необхідно акцентувати увагу на їх негативному впливі на якість води в них. Дані бактеріологічних аналізів води, взятої із водопровідної мережі середніх та малих мереж показують, що біля 1 % проб мають відхилення від діючих норм.

Література:

1. Гальперин Е.М. О терминах и определениях в водоснабжении. / Водоснабжение и санитарная техника. – 1999, №12. – С.23-24

2. Меженский А.Н., Скобликов В.В., Насонкина Н.Г., Уваров П.Е. Методическое руководство по обоснованию надежности и технологичности внешних сетей водоснабжения и канализации при комплексном проектировании, управлении проектами и инженерным мониторингом.- Луганськ: вид-во СНУ ім.Даля, 2004.-140 с.

3. Ромейко В.С., Баталов В.Г., Готовцев В.И. и др. Защита трубопроводов от коррозии.-М.:ВНИИМП, 2000.-208 с.

4. Защита от коррозии, старения и биоповреждений машин, оборудвания и сооружений. Справочник. Т. 2./ Под редакциейА.А.Герасименко. – М.: Машиностроение, 1987.-784с.

5. Куліков Н.І., Насонкіна Н.Г. Втрати води з водопровідних мереж та їх вплив на навколишнє середовище і людину.//Інформаційний вісник Академії наук вищої школи України. – Київ, 1999. - №21. – с.9-14.