Почему чугунные трубы без замены служат веками?
Казалось бы, мы знаем о чугуне все, или почти все. Всем известны чугунные батареи, сковороды, котелки, решетки, художественное литье. Этот металл воспринимается обыденно и не ассоциируется у нас с термином передовые или высокие технологии.
Однако, как показывают исследования современных ученых, чугун не так прост, как кажется. Это тот случай, когда за внешней «серостью» скрываются по-настоящему уникальные свойства. Причем потенциал чугуна, а вернее его модификаций поистине безграничен и позволяет решать огромное множество технологических задач.
Так почему же чугунные трубы способны служить веками? Оказывается, причина кроется в высокой коррозионной стойкости.
Это качество материала чрезвычайно важно, когда речь идет о чугунных трубах для водоснабжения. Ведь, по сути, мы имеем дело с продуктом, который не имеет аналогов по долговечности, надежности и экологичности.
Вообще, чугун – это металл с тысячелетней историей. Возникновение чугуна относят к VI веку до нашей эры, когда в Китае начали отливать различные изделия из чугуна. Европейские страны узнали о чугуне только в ХIV-ХVI веках, а с конца ХVII века он стал широко применяться.
Знаменитую систему роскошных Версальских фонтанов обеспечивали водой, поступающей по чугунным трубам. Эти трубы были отлиты по специальному заказу в Нормандии в 1672 году и исправно прослужили более 330 лет.
А к фонтанам Петербурга вода до настоящего времени подается по сохранившимся участкам трубопровода из чугунных труб, отлитых еще в 1755 году.
Исторически сложилось так, что за длительный срок своего существования именно чугунные трубы показали себя самыми надежными в использовании. И секрет этой надежности в высокой коррозионной стойкости чугуна и чугунных труб.
Исследование и описание механизма коррозионного старения чугуна представили австралийские ученые Роберт Мельчерс – профессор кафедры гражданского строительства в Ньюкасле и Роберт Петерсон – научный сотрудник Центра исследования эффективности и надежности инфраструктуры материалов университета Ньюкасле (статья «Коррозия старения литых чугунных труб» в журнале «Corrosion & Prevention», 2012 год). Не вдаваясь в научные подробности, выводы ученых сводились к следующему. В процессе эксплуатации чугунных труб после монтажа трубопровода на поверхности стенки трубы происходит замещение железа на графитовую составляющую, формируется так называемый «слой графитизации», который не корродирует. В результате фактически сохраняется исходная толщина трубы, а нарастающий со временем слой графитизации защищает поверхность трубы от дальнейшей коррозии.
На основании этих данных можно с уверенностью сделать вывод, что срок службы чугунных труб, даже без дополнительной антикоррозионной защиты реально может достигать 100-150 лет.
Теоретические выводы о сроке службы чугунных труб в 100 и более лет, конечно, вызывают уважение к этому материалу. Но действительно поражает то, что можно увидеть своими глазами. В г. Санкт-Петербурге было найдено убедительное подтверждение теории австралийских ученых.
При раскопках на Исаакиевской площади г. Санкт-Петербурга в 2016 году был обнаружен участок чугунного трубопровода диаметром 250 мм 1890 года укладки, который безаварийно эксплуатировался по сей день!
фрагмент чугунного трубопровода 1890 года укладки,
извлеченный при раскопках на Исаакиевской площади г. Санкт-Петербурга
Труба имела механические повреждения очевидно в результате внешнего воздействия. Решено было провести исследование образца трубы, пролежавшей под Исаакиевской площадью порядка 126 лет.
При внешнем осмотре на наружной и внутренней поверхностях образцов следов коррозии обнаружено не было.
Исследование микроструктуры показало, что материал, из которого была отлита труба, — это серый чугун с содержанием углерода 3,25 %. Но, что интересно, на внешней и внутренней поверхностях образца имелись зоны с четко выраженной «зоной графитизации», появившейся в процессе коррозии старения.
Таким образом, на основании проведенного лабораторного исследования петербургской трубы теория о том, что при эксплуатации труб из чугуна со временем на их поверхности образуется зона графитизации, защищающая трубу от коррозии, получила практическое подтверждение.
Этот вывод научно подтверждает долговечность труб из серого чугуна, отношение к которым в современном мире не слишком положительное. Как оказывается, совершенно напрасно.
Все же ввиду недостатков механического свойства, таких как, например, хрупкость, производство труб из серого чугуна для питьевого водоснабжения на сегодняшний день во все мире практически прекращено.
На смену серому чугуну пришли трубы из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ), который лишен практически всех недостатков своего предшественника и отличается высочайшей прочностью и коррозионной стойкостью, пластичностью и гибкостью. История производства труб из высокопрочного чугуна насчитывает более 60 лет. ВЧШГ уверенно завоевывает ведущее место в мировом промышленном производстве.
При этом современные трубы из ВЧШГ производятся с нанесением защитных покрытий. Это обеспечивает дополнительную коррозионную защиту и в течение долгого времени предохраняет стенки трубопроводов от внешнего воздействия.
Согласно исследованиям, проводимым Союзом по газо- и водоснабжению (DVGW) Германии, длительность эксплуатации чугунных труб из высокопрочного чугуна также оценивается в срок от 100 и более лет и значительно превосходит срок эксплуатации трубопроводов из других материалов.
Такой продолжительный срок службы, низкая аварийность труб ВЧШГ экономит затраты на эксплуатацию трубопроводных систем водоснабжения.
Если обратиться к опыту прокладки трубопроводов в густонаселенных мегаполисах, то трубы из высокопрочного чугуна являются явными лидерами, можно сказать, безальтернативными лидерами.
Большая часть трубопроводов в сетях крупных городов мира построена из ВЧШГ (Токио — 97 %, Сингапур — 95 %, Венеция — 90 %, Гонконг — 90 %, Стамбул — 90 %, Нью-Йорк — 85 %, Париж — 85 %, Дамаск — 80 %, Лондон — 80 %, Вильнюс — 80 %, Прага — 80 %, Алжир — 75 %, Торонто — 75 %, Будапешт — 75 %, Шанхай — 75 %, Берлин — 70 %).
При выборе материала трубопровода во всем прогрессивном мире руководствуются принципами «цена-качество» и, учитывая все аспекты и преимущества каждого материала, решающим аргументом остается срок службы, надежность и экологичность трубопровода.