УДК 621.646
Г.Б. Фомин, канд. техн. наук

Закрытая внутрихозяйственная оросительная сеть эксплуатируется в сложных гидравлических и коррозионных условиях. Эти условия являются следствием периодичности работы всего комп­лекса оборудования и повышенной влажности грунтов в зоне оро­шения, наличия удобрений.
Основной показатель надежности - коэффициент готовности трубопроводной сети в настоящее время составляет 0,615...0,731, в то время как для большинства дождевальных машин его значение равно 0,96...0,98. Число отказов внутрихозяйственной сети, напри­мер, для юга Украины достигает 87 на 1000 га в год. За 1-й и 2-й годы эксплуатации в среднем повреждается до 12,5 % асбестоцементных, 4,3 % чугунных и 2,5 % стальных тонкостенных труб мелиоративного сортамента, а на 3...5-й годы эксплуатации, соот­ветственно, до 0,47%, 0,36 % и 0,1 %.
В последующие годы эксплуатации, когда процессы коррозии превалируют над прочими факторами, повреждаемость стальных тон­костенных труб мелиоративного сортамента возрастает по экспо­ненте от 5,2 до 57,7 % (на примере оросительных систем среднего Поволжья и юга Украины).
Исследования показывают, что в среднем трубопроводы на оро­шаемой площади 800...1000 га за поливной период (100 дней) подвержены 250...300 изменениям гидравлического давления, превышающем рабочее на 20...30 и 30...50 гидравлическим ударам на величину от 0,5 до 1,5 МПа.
Регистрация изменения гидростатического давления на примере Суворовской оросительной системы показывает, что 56,8 % сменно­го времени трубопроводы работают под нагрузкой на 0,1...0,2 МПа ниже расчетной, 36,5 % времени - при повышенном на 0,12... 0,2 МПа давлении и
6,7 % - в пределах расчетных гидростатичес­ких нагрузок. Сопоставляя с этими данными конструктивный за­пас прочности практически всех труб, применяемых в орошении, который находится в диапазоне от 1,65 (асбестоцементных) до 2,5 (тонкостенных стальных) и до 3,5 (чугунных), следует сде­лать вывод о том, что расчетный напор в трубах не яв­ляется главным фактором, определяющим их надежность. Этот вывод является предпосылкой для широкого применения так называемых низконапорных труб.
В целях экономии черных металлов и с учетом сокращения поставок стальных труб Минводхоз СССР провел большую ра­боту по организации производства и выпуску новых видов труб для мелиорации: стальных тонкостенных диаметром 250 мм и толщиной стенки 2 мм с антикоррозионным покрытий на основе лак «этиноль»; стальных облегченных диаметром 300 мм с толщиной стенки 4 мм с внутренним цементно-песчаным и наружным резинобитумным покрытием иди с покрытием лаком «этиноль» железобетонных труб со стальным сердечником диа­метром 250...500 мм. Кроме того, Минводхозу СССР осуществ­ляется поставка стальных тонкостенных с толщиной 2 мм (Ворошиловградский з-д им. Якубовского) и стальных облегченных труб диаметром 273 и 325 мм с толщиной стенки 4,5 мм без внутренней изоляции (Альметьевская база).
Использование таких тонкостенных стальных конструкций в условиях подземной укладки требует проведения тщательной ан­тикоррозионной защиты как наружной, так и внутренней повер­хностей труб. Однако в ряде случаев изоляция труб на заво­дах и полигонах производится упрощенными методами и не обес­печивает требуемой их защиты от коррозии, что значительно снижает надежность и долговечность трубопроводов. Стальные трубы с толщиной стенки 4,5 мм, поставляемые Альметьевской базой, изолируются в основном только снаружи. Остается не­решенной проблема получения материалов для изоляции стальных труб. Перебои в поставках лака «этиноль» и КОРСа ставят в тяжелое положение заводы, производящие трубы, и строительные организации. Кроме того, окончательно не выбран тип покрытия, обеспечивающий требуемую долговечность и эксплуатационную надежность трубопроводов. Ряд заводов-изготовителей не на­ладил качественную изоляцию внутренней поверхности труб из-за сложности технологического процесса.
Антикоррозионные покрытия позволяют увеличить срок служ­бы трубопроводов. Однако без применения электрохимической защиты полностью предотвратить коррозию не удается, т.к. в процессе транспортировки, строительства и эксплуатации пок­рытие местами повреждается. Установлено, что в местах дефекта покрытия скорость коррозии наружной поверхности трубопровода составляет 0,4,..6,5 мм в год и может достигать 1 мм в год. Эта обусловлено сложными условиями эксплуатации оросительных тру­бопроводов, прокладываемых, как правило, в грунтах повышенной коррозионной активности, характеризуемой для стальных сооруже­ний в основном электрическим сопротивлением грунтов. Для желе­зобетонных труб, в том числе и труб со стальным сердечником, как грунт, так и транспортируемая вода могут быть агрессивны по отношению к бетону и арматуре (сердечнику). По отношению к бетону агрессивность определяется содержанием в основной сульфат-ионов в среде, а по отношению к металлу - содержанием хлор-ионов.
В 1983 г. Госстрой СССР внес изменения в ГОСТ 9.015-74 «Единая система защиты от коррозии и старения.Подземные сооружения. Общие технические требования» и СНиП 11-52-74 «Сооружения мелиоративных систем". Этими изменениями значительно ужесточены тре­бования к антикоррозионной защите стальных (независимо от тол­щины стенки труб) и железобетонных оросительных трубопроводов, в основном в части применения электрохимической защиты трубопроводов.
Анализ доказывает, что с учетом требований нормативов в XI и ХИ пятилетках Минводхозу СССР необходимо осуществлять злектрохимзащиту трубопроводов из стальных и железобетонных труб на 60...70 % вновь вводимых площадей, орошаемых дождеванием.
Согласно п. 3.63 изменений СНиП защиту от наружной коррозии стальных трубопроводов следует предусматривать в соответствии с требованиями ГОCTа 9.015-74.
Мероприятием, повышающим эффективность электрохимической за­щиты, является своевременное техническое обслуживание оборудо­вания электрохимзащиты. Применение централизованного метода тех­нического обслуживания противокоррозионной электрохимической за­щиты мелиоративных трубопроводов с использованием мобильных средств типа ПЭЛ ЭХЗ, проверенного на практике управлением «Саратовводавтоматика» Минводхоза РСФСР, позволяет успешно решить эту задачу при затратах до 100 руб/км трубопровода или 2 руб/га орошаемой площади.
С 0I.II.I983 года введено в действие пособие СНиП 2.06.05. «Мелиоративные системы и сооружения. Применение гидротехнической трубопроводной арматуры на внутрихозяйственной ороситель­ной сети", регламентирующее правила проектирования гидротехнической арматуры на различных видах закрытых трубопроводов. В пособии уточнена технология применения запорной, регулирующей и предохранительной арматуры с учетом особенностей эксплуатации централизованных и децентрализованных оросительных сетей.
В настоящее время производственными организациями ведомства изготавливается около 130...I50 тыс. единиц трубопроводной арматуры в год. Около 40 тыс. из общего количества - новая, специального назначения арматура, эффективность действия которой доказана эксплуатацией на производственных участках с 1978 г. Более широкому внедрению трубопроводной арматуры препятствует недостаточный выпуск изделий и неподготовленность технического персонала к особенностям ее эксплуатации. В наше время опыт эк­сплуатации, в частности только предохранительной арматуры (про­тивоударные клапаны КЗГ-120 освоены в производстве и применяются на ряде объектов с 1978 года), показывает, что повышение надеж­ности трубопроводов достигается за счет локализации гидравличес­ких ударов на 25...30 %.
Исходя из общей методики расстановки арматуры, особенностей конструкции труб мелиоративного сортамента и физико-механических свойств антикоррозионных покрытий, технически целесообразно применение защитной арматуры в следующем сочетании:
стальные трубы газонапорного сортамента (t_ст ≥4,0 мм) - об­ратный клапан с демпфером марки KОP-1,6, клапан для впуска и защемления воздуха марки КВЗВ и клапан для впуска и выпуска воздуха марки КНВВ;
стальные трубы мелиоративного сортамента (t_ст ≤0 мм): с цинковым покрытием ТСЦ-250-рычажный вантуз В6 и В9, обратный клапан с демпфером КОР-1,6, предохранительное устройство ПС7-100;
с лакокрасочным и пластифицированным покрытием - рычажный вантуз В6 и В9, обратный клапан с диаметром KОP-1,6, предохранительно-сбросное устройство ПСУ-100;
с цементно-песчаным покрытием противоударный клапан КЗГ- 120, предохранительно-сбросное устройство ПСУ-100, рычажный вантуз В6 и регулятор давления типа РД и обратный клапан с дем­пфером KOP-1,6,клапаном для впуска и выпуска воздуха типа КВВВ. Таким образом, можно выделить три главных направления в по­вышении надежности труб и других элементов сети:
первое - использование неметаллических труб, а также гаранти­рованная защита от коррозии тонкостенных стальных труб путем применения совершенных методов и материалов;
второе - гарантированная защита от гидравлических явлений путем применения локализаторов гидроударов и арматуры, не вызывающей ударов;
третье - разработка комплексных научных, конструктивных и организационных мер по строгому соблюдению регламентированной технологии изготовления, применения и эксплуатации труб и ар­матуры в мелиорации.
Вопросы оптимизации применения каждого вида труб примени­тельно к условиям внутрихозяйственной оросительной сети в свете вышеизложенных предложений заключаются в следующем.
Асбестоцементные трубы применяются в мелиорации с 1937 года. Положительными их качествами являются:
высокая механическая прочность, характеризующаяся высоким сопротивлением гидростатическому давлению, доходящему при ис­пытании труб с рабочим давлением 1,0 МПа до 3,4 МПа;
значительное сопротивление внешней нагрузке от сжатия, измеряемой от 75 до 100 кг на см, что обеспечивает вполне надежную работу труб при заглублении;
высокая морозоустойчивость, что подтверждается отсутствием признаков разрушения при 15-кратном замораживании и оттаивании;
возрастание прочности с течением времени (прочность удваи­вается примерно через 25 лет);
биологическая, антикоррозионная, абразивная и γ-лучевая стойкость.
Отрицательными качествами являются:
слабая сопротивляемость ударным нагрузкам и уменьшение проч­ности после падения, (падение с высоты 0,2 м может привести к снижению прочности на разрыв до 80 %, при падении с высоты 0,4 м - до 100 %); снижающий прочность масштабный фактор; слабая сопротивляемость гидродинамическим внутренним нагрузкам (трубы ВТ 9 и ВТ 12 теряют устойчивость более 4...18 циклов гидроударного давления 1,8 МПа).
Предложениями по оптимизации является: организация эксперт­ного представительства Минводхоза СССР на заводах-изготовителях до контролю за приемкой партий продукции, погрузке, транспорти­ровке; решение Министерства путей сообщения о железнодорожной перевозке асбестоцементных труб как груза особой категории; пов­семестное внедрение нормокомплектов Союзоргтехводстроя Минводхоза СССР на погрузочно-разгрузочные работы; повсеместное внедрение контейнерной перевозки труб; разработка и внедрение ОСТа на стендовые, приобъектные и полевые испытания труб; внедрение гидравлических спрессовщиков труб при строительстве; распространение в особо сложных строительных условиях метода Госстроя СССР до устройству профилированного ложа траншей; ужесточение контроля над строительными организациями по выполнению установленных норм и правил строительно-монтажных работ; разработка регламента пооперационного контроля качества работ и обеспечение действенного авторского надзора; обязательное применение локализаторов гидроудара и водно-воздушной регулирующей трубопроводной арматуры.
ПВХ - трубы по ТУ6-I9-100-78.
Производство труб из ПВХ (поливинилхлоридные) на условные проходы Ду 225 и 160 освоено Броварским заводом.
В ходе исследований труб из ПВХ выявлены следующие особенности. Напряжения в стенках трубы не превышают допустимых при внутреннем давлении статического характера до 5,0 МПа, а также при воздействии на трубы внешних нагрузок при адекватных наг­рузках в реальных условиях. Воздействие на трубы отрицатель­ных (до - 40°С) и повышенных температур (до +40°С) и влаж­ности (до 100%), а также солнечной радиации оказывает влияние на основные прочностные характеристики материала труб из ПВХ - предел прочности σ_бр и относительное удлинение ε при разрыве.
Особо ощутимо изменяется ε при действии отрицательных температур (уменьшается более чем на порядок). При действии остальных факторов ε уменьшается примерно в 2 раза.
Применение полимерных труб дает значительный экономический эффект благодаря повышению производительности труда при строительстве мелиоративных трубопроводов и снижению эксплуатационных затрат вследствие высокой надежности и увеличения сроков их службы.
Предложениями по оптимизации являются уточнение технологии применения труб ПВХ при мелиоративном строительстве, организа­ция школы передового опыта; увеличение объема поставки труб ПВХ с соединительными частями для Минводхоза СССР в 4...5 раз.
Стальные тонкостенные трубы применяются в мелиоративном строительстве с толщиной стенок от 2,0 до 4,0 мм. Для их защи­ты от коррозии используются следующие покрытия: этинолевые, КOPC, цинковые, резинобитумные, полиэтиленовые и цементно-песчаные. Наибольшим технико-экономическим эффектом из них обладают тру­бы ТСЦ -250.
Оцинкованные трубы ТСЦ-250 изготавливаются Ворошиловградским трубным заводом им. Якубовского (до 2,2 тыс. км ежегодно). Применение труб экономит до 50 тыс.т металла по сравнению с газонефтяными трубами. Технология строительства отработана и ши­роко распространена. Опыт эксплуатации с 1977 года доказывает минимальный выход их из строя по сравнению с прочими трубами мелиоративного сортамента, т.к. цинк является коррозионно-стойким к воде материалом с протекторными свойствами, а конструкция тру­бы имеет запас прочности 2,5 до отношению к расчетному гидроста­тическому давлению. Расчеты потребности в трубах показывают, что применение ТСЦ-250 может быть увеличено до 4,0 тыс.км ежегодно. Если освоить производство оцинкованных труб диаметром 325 мм, то общее применение труб с таким видом антикоррозионной защиты воз­растет в 2,5..,3 раза.
Необходимо отметить, что опыт эксплуатации трубопроводов с ука­занными покрытиями на сегодня недостаточен, чтобы дать им исчерпывающую сравнительную технико-эксплуатационную характеристику. Tак, наибольший опыт эксплуатации 8...10 лет имеют этинолевые цин­ковые и цементно-песчаные покрытия, остальные - от 2 до 5 лет.
Таким образом, на основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы.
1. Наиболее оптимальным в настоящее время является применение для строительства внутрихозяйственных оросительных сетей асбоцементных, поливинилхлоридных и стальных тонкостенных труб типа ТСЦ.
2. Рекомендуется увеличить ежегодное производство асбоцемент­ных на 10... 12 тыс.км условного диаметра, труб из ПВХ на 1,5...2,0 тыс.км и труб ТСЦ-259 до 4,0 тыс.км.
3. Для обеспечения расчетной надежности стальных тонкостенных труб с применяемыми видами покрытий требуется оснащение строи­тельных и эксплуатационных организаций Минводхоза СССР оборудо­ванием злектрохимзащиты.
4. Целесообразно решить вопрос с другими ведомствами о разработ­ке и освоении производства специальных перспективных антикоррозионных материалов для нужд мелиорации ежегодным объемом 3...4 тыс.т и увеличении фондов на полиэтилен для изоляции труб до 4,0 тыс.т.
5. Необходимо расширить производство противоударных устройств до 4,5 тыс., регуляторов давления - до 10 тыс., вантузов до 30 тыс. и затворов дисковых поворотных с различными типами приводов диаметром 150…500 мм - до 200 тыс. для установки их на оросительных сетях с целью нормализации водно-воздушные режимов.
6. Для обеспечения надежной работы всех применяемых труб необходимо строгое соблюдение регламентирующих положений, предусмотренных отраслевыми нормативно-техническими доку­ментами на изготовление, транспортировку, строительство и эксплуатацию оросительных систем.

Список использованной литературы

1. Фомин Г. Е. 9 Алдошкин а.а., Евсеева Л. B. Опыт применения асбестоцементных трубопроводов для подачи воды к машинам «Фрегат» и «Волжанка". - Гидротехника и мелиорация,
1973, №11.
2. Алдошкин А. А. , Фомин Г. Е. Исследование колебаний напоров во внутрихозяйственной оросительной сети при групповой работе ДМ «Фрегат». В кн.: Новое в технике и технологии полива. М., 1976, с.39...46.
3. Фомин Г. Е. и др. Новая трубопроводная арматура для закрытых оросительных систем. Обзорная информация ЦБНТИ Минводхоза СССР. М., I98I, № 4.
4. Каталог труб и соединительных частей трубопроводов зак­рытых оросительных систем (издание второе). Минводжоз СССР, В/О «Союзводпроект", М., 1982.