Расчет и проектирование трубопроводов при реконструкции

Министерство образования и науки Российской Федерации

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ 
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

В.А. Орлов

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ 
ТРУБОПРОВОДОВ 
ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ

Учебно-методическое пособие 

2-е издание

Москва 
2018

УДК 628.1
ББК 38.761
         О-66

Рецензенты:
доктор технических наук И.И. Павлинова, 
руководитель технического отдела 
Ассоциации водоснабжения и водоотведения Московской области;
доктор технических наук, профессор Н.А. Залетова,
профессор кафедры водоснабжения и водоотведения НИУ МГСУ

Орлов, Владимир Александрович.
О-66  Расчет и проектирование трубопроводов при реконструкции : 
учебно-методическое пособие / В.А. Орлов ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Нац. исследоват. Моск. гос. строит. ун-т. — 2-е 
изд. — Москва : Издательство МИСИ–МГСУ, 2018. — 88 с.
ISBN 978-5-7264-1847-6

Рассмотрены необходимые для глубокого и качественного изучения вопросы, по большей части связанные с реконструкцией сетей и сооружений 
систем водоснабжения, а также проведения практических работ по реконструкции трубопроводных сетей.
Для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство.

УДК 628.1
ББК 38.761

ISBN 978-5-7264-1847-6
© Национальный исследовательский 
     Московский государственный  
     строительный университет, 2018

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ 

КУРСОВОГО ПРОЕКТА .............................................................................1.1. Объем и состав курсового проекта .............................................................1.2. Раздел I: Реновация водопроводных напорных сетей  ..............................  5 
1.3. Раздел II: Реновация водопроводных безнапорных сетей ........................  6 
1.4. Типовой пример представлений исходных данных и порядок 

выполнения курсового проекта ..................................................................  7 
1.5. Типовой пример выполнения курсового проекта ......................................22 

2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ 

ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ ....................................................................37 
2.1. Общие сведения и тематика проведения практических занятий .............37 
2.2. Перечень задач, решаемых на практических занятиях, 

и последовательность их решения ..............................................................38 
2.3. Условия типовых задач ................................................................................58 
2.4. Решение типовых задач ...............................................................................64 
2.5. Вопросы (тесты) по усвоению материала, представленного

на практических занятиях ............................................................................74 

2.6. Вопросы (тесты) по усвоению материала, изложенного 

на лекционных занятиях и в период самостоятельной работы ................79 

Ответы на вопросы (тесты) по усвоению материала, представленного
на практических занятиях ...................................................................................87 
Ответы на вопросы (тесты) по усвоению материала, изложенного 
на лекционных занятиях и в период самостоятельной работы .......................87 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ................................................................88 

1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ 

ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Целью курсового проекта является привитие навыков гидравличе
ского и прочностного расчета напорных и безнапорных водопроводных 
сетей, подвергнутых реконструкции с помощью бестраншейных технологий и с использованием современных ремонтных материалов защитных покрытий (труб).

Конкретной задачей курсового проекта является определение состо
яния подлежащих реновации водопроводных сетей, выполнение графической части и расчетов по принятию соответствующих инженерных решений, в частности: по остаточному ресурсу трубопровода, по применению и определению оптимальных параметров реновации ветхих участков трубопроводной сети различными ремонтными материалами (защитными покрытиями), по проверке восстановленной трубопроводной 
системы на гидравлическую совместимость ее отдельных участков, восстановленных различными материалами.

1.1. ОБЪЕМ И СОСТАВ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Работа должна содержать пояснительно-расчетную записку и гра
фическую часть. Объем пояснительно-расчетной записки определяется 
достаточностью проработки проектных решений. 

Пояснительно-расчетная записка выполняется студентом на бу
маге формата А4 с полями, мм: верхнее — 20, нижнее — 25, левое — 30, 
правое — 10. Текст и графический материал располагают с одной стороны 
листа, проставляя сквозную нумерацию страниц. Пояснительно-расчетная 
записка должна быть сброшюрована в мягкий переплет. Отчет по работе 
должен сопровождаться электронной копией, представляемой на диске.

Содержание пояснительно-расчетной записки излагается в опреде
ленной последовательности:

1. Содержание.
2. Введение.
3. Общая часть. 
4. Реконструкция трубопроводных систем водоснабжения. 
5. Библиографический список. 
Чертежи выполняются на 1-2 листах плотной бумаги формата А1 

с полями, мм: левое — 20, остальные — по 5. В правом нижнем углу 

4

должна быть стандартная основная надпись. Чертежи и надписи на них 
выполняют тушью, пастой или другими материалами, обеспечивающими четкость изображений, или в режиме машинной графики.

Курсовой проект выполняется по индивидуальному заданию, стан
дартный бланк которого содержит всю необходимую информацию об 
объекте (трубопроводах и ремонтном участке).

Курсовая работа состоит из двух частей:
1) реконструкция напорных трубопроводных сетей систем водо
снабжения;

2) реконструкция безнапорных трубопроводных сетей систем водо
снабжения.

В каждом разделе в автоматизированном и ручном режимах решается 

ряд специальных задач, которые позволяют оценить ситуацию на трубопроводной сети, выполняемой из различных материалов (например, сталь, 
чугун, железобетон, асбестоцемент) и принять решение о целесообразности реновации тем или иным методом и ремонтным материалом (например, нанесением цементно-песчаного покрытия, наложением на внутреннюю поверхность ветхого участка трубопровода полимерного рукава, 
протягиванием новых полимерных труб внутрь старого трубопровода). 

В записке приводятся результаты гидравлических расчетов водо
проводных и водоотводящих сетей города, а также прочностных расчетов и рекомендуемых ниже эскизов и текстового материала, поясняющих и обосновывающих принятые технические решения по реновации. 
Записка должна иметь правильно оформленный титульный лист и содержать список использованной нормативно-технической литературы:

1.2. РАЗДЕЛ I: РЕНОВАЦИЯ ВОДОПРОВОДНЫХ НАПОРНЫХ СЕТЕЙ

Раздел включает два подраздела: 
1) реновация стальных трубопроводов (А);
2) реновация асбестоцементных, чугунных и железобетонных тру
бопроводов (Б). 

А. Реновация стальных трубопроводов.
В данном подразделе решаются 4 задачи:
1. Расчет остаточного ресурса участка ветхого стального трубопро
вода по толщине стенки и скорости коррозии. 

2. Определение толщины внутреннего полимерного рукава по модулю 

упругости, обеспечивающей несущую способность восстановленного 
участка новой трубной конструкции «сталь + полимерный рукав (ПР)».

5

3. Определение параметров санации ветхого участка трубопровода 

путем нанесения цементно-песчаного покрытия (ЦПП) и протаскивания 
полиэтиленовой трубы (ПЭ).

4. Проведение гидравлического расчета новых трубных конструк
ций «сталь + ПР», «сталь + ЦПП» и «сталь + ПЭ» с построением пьезометрического профиля для оценки гидравлической совместимости нового (восстановленного) участка с действующим трубопроводом.

Б. Реновация асбестоцементных, чугунных и железобетонных 

трубопроводов.

В данном подразделе решаются 3 задачи:
1. Определение толщины и модуля упругости защитного покрытия

(внутреннего полимерного рукава), обеспечивающего несущую способность восстановленного участка новой трубной конструкции «материал 
трубопровода + полимерный рукав» для двух альтернативных случаев: 
ненарушения и нарушения несущей способности ветхого трубопровода.

2. Определение параметров санации ветхого участка трубопровода 

путем нанесения цементно-песчаного покрытия (ЦПП) и протаскивания 
полиэтиленовой трубы (ПЭ).

3. Проведение гидравлического расчета новых трубных конструк
ций «материал трубопровода + ПР», «материал трубопровода + ЦПП» и 
«материал трубопровода + ПЭ» с построением пьезометрического профиля для оценки гидравлической совместимости нового (восстановленного) участка с действующим трубопроводом по величинам потерь 
напора.

1.3. РАЗДЕЛ II: РЕНОВАЦИЯ ВОДОПРОВОДНЫХ БЕЗНАПОРНЫХ СЕТЕЙ

В данном разделе объектами реновации являются 5 типов безнапор
ных трубопроводов, а именно: асбестоцементный, железобетонный, чугунный (при необходимости керамический и кирпичный).

В данном разделе решаются 3 задачи:
1. Определение толщины и модуля упругости защитного покрытия 

(внутреннего полимерного рукава), обеспечивающего несущую способность восстановленного участка новой трубной конструкции «материал 
трубопровода + полимерный рукав» для случаев ненарушения и нарушения несущей способности участка трубопровода.

2. Определение параметров санации ветхого участка трубопровода 

путем нанесения цементно-песчаного покрытия (ЦПП) и протаскивания 
полиэтиленовой трубы (ПЭ).

6

3. Проведение гидравлического расчета новых трубных конструк
ций «материал трубопровода + ПР», «материал трубопровода + ЦПП» и 
«материал трубопровода + ПЭ» с оценкой гидравлической совместимости нового (восстановленного) участка с действующим трубопроводом 
по величинам абсолютных скоростей течения сточной жидкости на отдельных участках.

1.4. ТИПОВОЙ ПРИМЕР ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ 

И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Общие условия и исходные данные для проектирования 

по разделу I, подразделу А «Реновация стальных трубопроводов»

Задача 1: определение остаточного ресурса стального трубопровода.
Требуется определить остаточный ресурс (в годах) ветхого участка 

стального трубопровода определенной длины по остаточной толщине 
стенки и по скорости роста отдельного дефекта соответственно для двух 
случаев: при воздействии общей коррозии и при язвенной (питтинговой) 
коррозии при следующих исходных данных (табл. 1).

Таблица 1

Исходные данные для определения остаточного ресурса трубопровода

Внешний диаметр участка трубопровода, м 
1,4

Глубина залегания трубопровода (от поверхности земли до лотка), м
6

Высота грунтовых вод над лотком трубы, м
4

Внутреннее давление воды в трубопроводе, м вод. столба или т/м2
60

Проектная (начальная) толщина стенки трубопровода, мм
10

Остаточная толщина стенки трубопровода (по данным диагностики), мм
5

Продолжительность эксплуатации трубопровода до момента 
диагностирования, т.е. измерения остаточной толщины стенки, год

20

Объемный вес материала трубы, т/м3
7,85

Объемный вес грунта, т/м3
1,7

Объемный вес транспортируемой воды, т/м3
1,0

Глубина дефекта в зоне максимальных повреждений, мм
3,2

Наибольший размер (диаметр) коррозионной язвы по верхней кромке 
дефекта, мм

5,5

Фактическое время с момента появления дефекта (по данным 
диагностики), год

1,5

Задача 2: определение толщины и модуля упругости полимерного 

рукава в трубной конструкции «сталь + полимерный рукав (ПР)».

7

Требуется определить толщину ремонтного покрытия — внутрен
него полимерного рукава, обеспечивающего на ремонтном участке 
стального трубопровода несущую способность трубной конструкции 
при заданном модуле упругости ремонтного покрытия и заданной остаточной толщине стенки при следующих параметрах (табл. 2).

Таблица 2

Исходные данные для определения толщины 

и модуля упругости полимерного рукава

Внешний диаметр участка трубопровода, м   
1,4

Глубина залегания трубопровода (от поверхности земли до лотка), м       
6,0

Высота грунтовых вод над лотком трубы, м   
4,0

Внутреннее давление воды в трубопроводе, м вод. столба или т/м 2
60

Проектная (начальная) толщина стенки трубопровода, мм
10

Остаточная толщина стенки трубопровода (по данным диагностики), мм
5

Проектная толщина полимерного рукава, мм
12

Объемный вес материала трубы, т/м3
7,85

Объемный вес грунта, т/м3
1,7

Объемный вес транспортируемой воды, т/м3
1,0

Усредненный объемный вес полимерного рукава, т/м3
1,75

Значение модуля упругости полимерного рукава 100 000…500 000 т/м2,

а диапазон толщины полимерного рукава 0,001…0,05 м. 

В рассматриваемом примере модуль упругости принят равным

250 000 т/м2 (остальная справочная информация изменению не подлежит). В каждом конкретном задании величина модуля упругости задается в исходных данных (табл. 3). 

Таблица 3

Исходные данные по модулю упругости

Модуль упругости полимерного рукава, т/м2
250 000

Задача 3: определение параметров санации ветхого участка трубо
провода путем нанесения цементно-песчаного покрытия (ЦПП) и протаскивания полиэтиленовой трубы (ПЭ).

Требуется в зависимости от исходного диаметра трубопровода и ре
зультатов ранее выполненного прочностного расчета принять решение об 
альтернативных «полимерному рукаву» методах реновации и потенциальном ремонтном материале, например, подобрав толщину защитного

8

цементно-песчаного покрытия (ЦПП) и диаметр полиэтиленовой трубы, 
протаскиваемой внутрь ветхого ремонтного участка трубопровода
(по рекомендациям ГОСТ и других нормативно-технических документов).

При нулевом ресурсе ремонтного участка трубопровода нанесение 

слоя ЦПП неприемлемо, так как прочностные параметры трубопровода
нарушены. В остальных случаях нанесение ЦПП целесообразно для продления срока службы трубопровода. В этих случаях толщина слоя ЦПП 
принимается в зависимости от диаметра (табл. 4):

Таблица 4

Исходные данные для определения параметров санации трубопровода

Диаметр трубопровода, м
Толщина слоя ЦПП, м

до 0,15
0,004

от 0,15 до 0,3
0,005

от 0,35 до 0,4
0,006

от 0,4 до 0,7
0,007

0,8
0,009

0,9
0,01

1,0
0,011

от 1,2 до 1,4
0,012

1,6 и более
0,014

Стандартные наружные диаметры, толщина стенок и внутренние 

диаметры полиэтиленовых труб низкого давления ПНД (высокой плотности) представлены ниже (табл. 5).

Таблица 5

Исходные и расчетные данные по диаметрам 

и толщинам стенок трубопровода

Наружный диаметр, м
Толщина стенки, м
Внутренний диаметр, м

0,125
0,0049
0,125 – 0,0049 ×2 = 0,1152

0,14
0,0054
0,14 – 0,0054 × 2 = 0,1292

0,16
0,0062
0,16 – 0,0062 × 2 = 0,1476

0,18
0,007
0,18 – 0,007 × 2 = 0,166

0,2
0,0077
0,2 – 0,0077 × 2 = 0,1846

0,225
0,0087
0,225 – 0,0087 × 2 = 0,2076

0,25
0,0097
0,25 – 0,0097 × 2 = 0,2306

0,28
0,0108
0,28 – 0,0108 × 2 = 0,2584

0,315
0,0122
0,315 – 0,0122 × 2 = 0,2906

0,355
0,0137
0,355 – 0,0137 × 2 = 0,3276

9