Полезная информация

В современных условиях при возникновении потребности в комплектной канализационной насосной станции (КНС) можно пойти четырьмя путями:

1. Изготовление корпуса КНС методом ручной полуавтоматической сварки из стальных листов (обычно из стали 09Г2С); диаметр корпуса до 3500 мм;
2. Изготовление корпуса КНС из стеклопластика методом непрерывной машинной намотки (существует несколько способов); диаметр до 3700 мм (в зависимости от производителя);
3. Сборный корпус из железобетонных колец, диаметром до 2500 мм – самый дешевый вариант (технически данное решение нельзя назвать комплектной КНС);
4. Изготовление корпуса КНС из полиэтилена методом ручной экструзионной сварки; диаметр до 3000 мм (в России до 2400 мм).

Остановимся подробнее на особенностях применения для изготовления корпусов КНС каждого из материалов.

Сталь.
Сталь традиционно используется при строительстве наружных инженерных сетей (обычно водопровода и напорной канализации, реже самотечной канализации), а также в качестве материала для изготовления различных емкостей. Однако при этом она имеет ряд недостатков:

► подверженность точечной электрохимической коррозии. Первопричиной коррозии металлов, в том числе электрохимической, является их термодинамическая неустойчивость к воздействию внешних факторов среды. При взаимодействии с окружающей электролитической средой металлы самопроизвольно растворяются (саморазрушаются), переходя в более устойчивое окисленное (ионное) состояние. На деле это приводит к потере герметичности корпуса КНС. Для предотвращения подобных явлений необходимо обеспечивать антикоррозионную защиту, а также периодически следить за ее состоянием.
В общем случае защита стального корпуса сводится к покрытию слоем грунтовки ГФ-021 (ГОСТ 25129–82), поверх которого наносится в два слоя эмаль ПФ-115 (ГОСТ 6465–76). В условиях эксплуатации УХЛ1 (ГОСТ 15150–69) защитные свойства грунтовки сохраняются 4 года, одного слоя эмали – 5 лет (в зависимости от агрессивности среды). Таким образом, при отсутствии контроля состояния антикоррозионной защиты контакт металла и агрессивной среды начнется примерно через 14 лет. И это еще при условии надлежащего проведения первичных мероприятий по антикоррозионной защите.

► высокая теплопроводность. Сталь имеет весьма высокий коэффициент теплопроводности – 54 Вт/(м•К). Поэтому даже при установке КНС из стали в районах с мягким климатом возникает необходимость в обязательном устройстве теплоизоляции, как минимум на величину сезонного промерзания грунта в районе строительства. Это необходимо для предотвращения замерзания сточных вод в резервуаре КНС, а также обеспечения минимальной температуры перекачиваемой среды, требуемой для нормальной эксплуатации насосного оборудования (0–3 ºС в зависимости от марки насосов).

► ввиду особенностей производства корпуса стальных КНС имеют более длительный цикл производства.

► необходимость организации заземления. Из-за природной электропроводности стали и возникающей из-за этого опасности поражения электрическим током эксплуатирующего персонала необходимо тщательно прорабатывать систему заземления корпуса КНС.

► больший вес. Корпуса из стали по сравнению с корпусами из полимерных и композитных материалов имеют гораздо больший вес (удельный вес стали составляет 7880 кг/м³), что, впрочем, не избавляет от необходимости защиты их от всплытия в случае установки на площадках с высоким уровнем грунтовых вод.

► корпуса комплектных насосных станций имеют более высокую стоимость по сравнению с аналогами из полимеров и композитов.

Стеклопластик.
Стеклопластик – композиционный материал, который состоит из наполнителя в виде стекломатериала, определяющего прочность и толщину стенок изделия, и связующего в виде полиэфирной или химическистойкой смолы (в зависимости от области применения). Наполнителем служат в основном стеклянные волокна в виде нитей, жгутов (ровингов), тканей, матов, рубленых волокон; связующим – полиэфирные, фенолформальдегидные, эпоксидные, кремнийорганические смолы, полиимиды, алифатические полиамиды, поликарбонаты и др.

► Стеклопластиковые корпуса для канализационных насосных станций получают путем непрерывной машинной намотки стекловолокна, перемешанного с синтетическими смолами. Слабым местом конструкции являются места ввода трубопроводов, электрических кабелей, поскольку необходимо проводить дополнительные мероприятия по их гидроизоляции. Соответственно, качество таких работ напрямую влияет на герметичность КНС в долгосрочной перспективе.

► Стеклопластик обладает большой механической прочностью, однако он довольно хрупок при воздействии ударных нагрузок, что вкупе с часто встречающейся низкой культурой монтажа может привести к повреждению корпуса.

► Корпуса из стеклопластика практически не ремонтопригодны в полевых условиях, поскольку сам материал не поддается никаким видам сварки. Соответственно, повреждения корпуса чаще всего требуют его замены.
Соединения с трубопроводами и арматурой выполняются с помощью фланцев либо муфт.

► При изготовлении стеклопластиковых корпусов, даже при соблюдении всех требований технологического процесса, степень полимеризации различных связующих составляет от 94 до 98 % (обычно до 80 %, в зависимости от метода производства). Неполная полимеризация повышает упругие свойства изделия, но ухудшает химическую стойкость.

► Стеклопластиковые корпуса плохо поддаются вторичной переработке.

Железобетон.
Первый патент на использование железобетона был получен в 1854 году английским штукатуром Вильямом Уилкинсоном, а в 1865 году им был построен небольшой домик полностью из железобетонных конструкций, однако широкое применение в строительстве железобетон получил лишь в начале XX века.

► Главной особенностью КНС из железобетона является их строительство непосредственно на объекте. При этом затраты на строительно-монтажные работы (СМР) с учетом сроков их проведения с лихвой компенсируют малую стоимость материалов.

► Водопроницаемость корпуса КНС обусловлена пористостью бетона. Фильтрация сточных вод сквозь стенки корпуса в окружающий грунт (эксфильтрация) вызывает опасность загрязнения грунтовых вод. Помимо этого, водопроницаемость бетона вызывает необходимость проведения мероприятий по гидроизоляции как стыков колец и вводов трубопроводов, так и всей конструкции в целом, что не только увеличивает стоимость и трудоемкость СМР, но и требует непрерывного контроля за состоянием гидроизоляции.

► Подверженность бетона действию агрессивных сред. Железобетон при использовании в качестве материала корпуса КНС находится в крайне агрессивных условиях эксплуатации. Скорость коррозии может достигать 25–40 мм/год. Сточные воды, содержащие более 1 мг/л сульфидов, являются потенциально агрессивными для бетона из-за образования сероводорода в воде, его дегазации из сточных вод и последующего окисления в серную кислоту. Серная кислота (так же как и все сернокислые соли) образует с известью цемента и глиноземом сильно кристаллизующуюся двойную соль гидросульфоалюминат кальция (3CaO•Al₂O₃•3CaSO₄(31–32)H₂O), которая сильно расширяется в объеме при кристаллизации, разрушая тем самым бетон. Также вредны для бетона содержащиеся в сточных водах жирные масла, практически все органические кислоты (хотя и в меньшей степени чем неорганические), и даже алкоголь, который может вызывать неплотность бетона.

► Абразивный износ. Если в транспортируемых сточных водах содержится большое количество песка, при выпуске в канализацию их необходимо разбавлять водой, поскольку они оказывают на бетон сильное истирающее воздействие.

► Необходимость устройства теплоизоляции в большинстве случаев. Коэффициент теплопроводности железобетона – 1,7 Вт/(м∙К).

Полиэтилен.
Полиэтилен – термопластичный полимер, представляющий собой продукт полимеризации этилена. Если полимеризация проводится путем пропускания этилена через инертный растворитель, содержащий суспензию катализатора – тетрахлорида титана (TiCl₄) – и триэтилалюминий (Al(C₂H₅)₃), то процесс протекает при температуре 60 ºС и под давлением порядка 500 кПа. Полученный полимер – полиэтилен низкого давления (ПЭНД) или по-другому полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) – обладает повышенной плотностью, прозрачностью и растяжимостью. Для изготовления корпусов комплектных насосных станций применяются спиральновитые трубы из ПЭНД по ГОСТ Р 54475–2011 марок ПЭ80 и ПЭ100 с полой стенкой из профиля квадратного сечения.

Характерной особенностью корпусов насосных станций из полиэтилена (в отличие от остальных полимеров) является хорошая свариваемость материала корпуса, которая способствует получению однородных по своему составу и свойствам сварных соединений. Хорошие технологические свойства обуславливают ряд важных достоинств изделий из полиэтилена: 

– герметичность. Благодаря технологии производства корпуса насосной станции из полиэтиленовой спиральновитой трубы методом ручной экструзионной сварки готовое изделие представляет собой единую конструкцию, что позволяет обеспечить полную герметичность корпуса (особенно в местах ввода трубопроводов) и полностью избежать дополнительных мероприятий по гидроизоляции;

– простота и малые сроки производства насосной станции, а также сокращение стоимости и сроков СМР на объекте в сравнении с аналогами из железобетона присущи комплектным КНС любого типа;

– полная ремонтопригодность и возможность многократной замены практически всех конструктивных элементов канализационной насосной станции на этапе СМР и во время эксплуатации (в полевых условиях).

Помимо хорошей свариваемости полиэтилен низкого давления обладает и рядом других преимуществ:
► полиэтилен не корродирует и обладает хорошими диэлектрическими свойствами, которые защищают корпус от блуждающих токов;
► рабочие температуры для полиэтилена низкого давления лежат в диапазоне от –60 до +50 ºС, при этом он практически не меняет своих свойств и остается достаточно эластичным;
► низкая газо- и паропроницаемость полиэтелена и, как следствие, изготовленного из него корпуса;
► полиэтилен обладает высокой химической стойкостью к агрессивным средам, не вступает в реакции с насыщенными соляной и плавиковой кислотами, со щелочами разной концентрации и с растворами любых солей (подробнее о химической стойкости полиэтилена в СН 550-82 Приложение 1);
► полиэтилен обладает упругими свойствами, и поэтому лучше, чем стеклопластик и бетон, воспринимает циклические и динамические нагрузки;
► как следствие предыдущего пункта изделия из полиэтилена могут применяться при строительстве в районах с сейсмичностью до 9 баллов по шкале MSK-64;
► опять-таки благодаря упругости полиэтилена снижается вероятность повреждения трубопровода при замерзании транспортируемой жидкости, так как при этом труба не разрушается, а увеличивается в диаметре за счет упругой деформации, приобретая прежний размер при оттаивании;
► плотность полиэтилена низкого давления составляет 945–955 кг/м³, вследствие чего изделия из него более удобны в транспортировке и монтаже;
► полиэтилен обладает низким коэффициентом теплопроводности – 0,43 Вт/(м•К), что позволяет устанавливать КНС из полиэтилена в районах с мягким климатом без дополнительной теплоизоляции корпуса;
► полиэтилен относительно легко поддается вторичной переработке.

Заключение.
Представленный в статье анализ показывает, что применение того или иного материала оправдывается не только его физическими и механическими, но и технологическими свойствами, а также удобством монтажа, обслуживания и ремонта изготовленной из него насосной станции. С этой точки зрения полиэтилен выглядит наиболее привлекательным материалом для изготовления комплектных канализационных насосных станций.