Курс лекций Трубы и арматура ФГОС3

При более высоких температурах поверхностей такие трубопроводы не окрашивают.

Опознавательная окраска. Помимо основной защитной окраски, все технологические трубопроводы должны иметь опознавательную цветную окраску.

Опознавательную окраску, предупреждающие знаки и маркировочные щитки трубопроводов применяют для того, чтобы определить содержимое трубопровода (табл. 4). В том случае, если от воздействия протекающих веществ может измениться оттенок отличительных цветов, обозначение на трубопроводы наносят с помощью маркировочных щитков.

Таблица 43. Опознавательная окраска

Противопожарные трубопроводы независимо от содержимого (вода, пена, газ, пар) окрашивают по всей поверхности, включая запорно-регулирующую арматуру, в красный цвет.

Окраска трубопроводов в отличительные цвета может быть сплошной по всей поверхности или отдельными участками в виде поясов шириной не менее трех наружных диаметров трубопровода. Опознавательные пояса при окраске участками наносят в наиболее ответственных местах трубопроводов (на ответвлениях у мест соединений, фланцев, мест отбора, арматуры и контрольноизмерительных приборов, в местах перехода трубопроводов через стены, перегородки и перекрытия) не реже чем через 10 м внутри производственных помещений и на наружных установках и 30…60 м на наружных магистральных линиях.

Для обозначения наиболее важных свойств транспортируемых веществ на трубопроводах наносят предупреждающие сигнальные кольца: красного цвета - для обозначения легковоспламеняющихся, огнеопасных и взрывоопасных веществ; желтого – опасных и вредных (ядовитых, токсичных, вызывающих химические или термические ожоги, находящихся под высоким давлением или глубоки вакуумом); зеленого – безопасных и нейтральных. По степени опасности транспортируемого в трубопроводе продукта для жизни и здоровья людей или эксплуатации предприятия на трубопровод наносят разное количество предупреждающих колец - от одного до трех.

Для дополнительного обозначения вида веществ и их параметров, необходимых по условиям эксплуатации, применяют буквенные и цифровые надписи, которые наносят непосредственно на трубопроводы или специальные маркиро-

11

вочные щитки, а также на поверхности конструкций, к которым прикреплены трубопроводы.

Направление потока веществ, транспортируемых по трубопроводам, указывают острым концом маркировочных щитков или стрелками, наносимыми непосредственно на трубопроводы.

Для обозначения трубопроводов с особо опасным для здоровья и жизни ладней или эксплуатации предприятия содержимым, а также при необходимости конкретизировать вид опасности дополнительно к цветным предупреждающим кольцам наносят предупреждающие знаки треугольной формы с изображением черного цвета на желтом фоне. Такие знаки изготовляет из листовой стали, пластмассы, прессованного картона я древесины. Эти знаки навешивают на трубопровод или устанавливают на конструкциях, к которым они прикреплены.

Во всех производственных помещениях, где проложены трубопроводы, на хорошо доступных для обозрения местах вывешивают схемы опознавательной окраски трубопроводов с расшифровкой цветов, предупреждающих знаков и прочих условных обозначений, принятых для маркировки трубопроводов.

Условное обозначение трубопроводов

Условное обозначение трубопровода составляется из условного графического обозначения трубопровода (в виде линий) и буквенно-цифрового обозначения, характеризующего назначение и вид транспортируемой среды по ГОСТ 21.106-78. Буквенно-цифровое обозначение трубопроводов проставляется на полках линий-выносок. Принято обозначение:

•Т1 – подающий (общий для отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологических процессов);

•Т2 – обратный;

•ТЗ – подающий трубопровод воды для горячего водоснабжения,

•Т4 – циркуляционный трубопровод горячего водоснабжения;

•Т5 – подающий трубопровод горячей воды для технологических нужд,

•Т6 – обратный трубопровод воды для технологических нужд;

•Т7 – паропровод,

•Т8 – конденсатопровод;

•В1 – хозяйственно-питьевой водопровод;

•К1 – бытовая канализация,

•К2 – дождевая (ливневая) канализация.

Для технологических трубопроводов другого назначения вводят свое цифровое условное обозначение и на чертежах приводится расшифровка принятого обозначения. Например: Т27 – подпиточный трубопровод.

12

Лекция 3 МАТЕРИАЛ ТРУБОПРОВОДОВ СИСТЕМ

ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЯ

Трубы для тепловых сетей следует принимать в соответствии с правилами устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды ПБ 10-573 Госгортехнадзора России и СНиП 41-02-2003 «Тепловые сети».

Для трубопроводов тепловых сетей следует предусматривать стальные электросварные трубы или бесшовные стальные трубы.

Трубы из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ) допускается применять для тепловых сетей при температуре воды до 150 °С и давлении до 1,6 МПа включительно.

Для трубопроводов тепловых сетей при рабочем давлении пара 0,07 МПа и ниже и температуре воды 115 °С и ниже при давлении до 1,6 МПа включительно допускается применять неметаллические трубы, если качество и характеристики этих труб удовлетворяют санитарным требованиям и соответствуют параметрам теплоносителя в тепловых сетях.

Для сетей горячего водоснабжения в закрытых системах теплоснабжения должны применяться трубы из коррозионностойких материалов или покрытий.

Стальные трубы из углеродистой стали

Выбор марки стали осуществляется в зависимости от величины и характера нагрузок. Для строительства тепловых сетей в соответствие со СНиП 41-02- 2003 «Тепловые сети» и ПБ 10-573-03 «Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды». Для сетей газоснабжения в соответствие со СНиП 42-01-2002 «Газораспределительные системы».

В тепловых сетях труб четвертой категории используются конструкционные стали марок: Ст.3, 10, и 20. При повышенных прочностных требованиях к конструкции трубопроводов применяют стали с повышенным пределом текучести и временным сопротивлением разрыву (например, Ст.4, ст. 25).

Для воздушных (надземных) теплопроводов рационально применение труб из сталей с повышенными прочностными характеристиками. Это позволяет максимально увеличить расстояния (пролеты) между опорными конструкциями, что в свою очередь уменьшает стоимость сооружения.

Наиболее часто для прокладки и ремонта трубопроводов тепловых сетей используются водогазопроводные сварные трубы по ГОСТ 3262-75 и трубы стальных электросварные прямошовные по ГОСТ 10704-91. Для теплопроводов диаметром от 400 до 700 мм при давлении до 1,6 МПа. и температуре не выше 150 С применяются электросварные трубы со спиральным швом (ГОСТ 1928273).

Их применение обусловлено: низкой ценой, технологичностью монтажа, освоенностью технологии соединения труб, большим количеством типоразмеров.

Трубы изготовляют из сталей по ГОСТ 380-88 и ГОСТ 1050-88 без нормирования механических свойств и химического состава. Трубы для деталей во-

13

допроводных и газопроводных конструкций изготовляют из сталей по ГОСТ

1050-88.

Чтобы избежать коррозии труб, необходимо использовать обработанную воду. Обработка воды зависит от местных условий, но рекомендуется соблюдать следующие требования:

•рН=9,5…10;

•отсутствие свободного кислорода;

•общее содержание солей не более 3000 мг/л.

Оцинкованные стальные трубы из углеродистой стали

Из существующих металлических покрытий цинковое покрытие наиболее широко распространено как покрытие стальных углеродистых труб. Цинкованием называется химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали цинком при температуре 300-500С. Толщина слоя цинкового покрытия отечественных водогазопроводных труб составляет 43 мкм.

Применение оцинкованных стальных водогазопроводных труб ГОСТ 326275 дает хорошие результаты при работе в холодной и теплой воде при температуре не выше 60 С. Однако при температурах 60…70 С происходит возникновение электрохимической коррозии покрытия, в интервале температур воды 60…85 С, а также в водяном паре скорость коррозии цинка может достигать 1…3 мм в год.

На стойкость покрытия в воде влияет химический состав воды и скорость ее течения: желательно течение воды со скоростью 0,3…0,5м/с.

Цинковое покрытие нестойко в кислых и щелочных средах. Если вода мягкая, содержит активную двуокись углерода, а также хлор и (или) сульфаты, оцинкованные трубы не рекомендуется использовать без катодной защиты. Вода с низким рН (6…7) приводит к относительно быстрому разрушению покрытия, в водах с рН, равным 7,4…7,9 покрытие оказывается более стойким за счет сохранения внутреннего промежуточного слоя железоцинковых сплавов, на котором образуется осадок с высокими защитными свойствами.

Существенное влияние на структуру и качество цинкового покрытия оказывают другие металлы, имеющиеся в цинковом покрытии. Например, покрытие, легированное никелем (0,1…0,4% по массе) и алюминием (0,04…0,01% по массе) намного повышает коррозионную стойкость труб. Антикоррозийная стойкость цинковых покрытий повышается также пассивированием, фосфатированием или покрытием поверхностей труб различными лаками.

Цена оцинкованных труб в среднем выше в 1,8 раза цены обычных водогазопроводных труб.

Эмалевые покрытия стальных углеродистых труб

Эмалевые и стеклоэмалевые (силикатно-эмалевые) покрытия относятся к категории силикатных покрытий. По сравнению с другими покрытиями они обладают рядом преимуществ: высокая твердость; химическая стойкость; гладкая

14

поверхность, которая обеспечивает минимальное гидравлическое сопротивление трубы; покрытия не подвержены старению.

Трубопроводы с силикатно-эмалевыми покрытиями используются для водопроводной сети, систем теплоснабжения, ГВС, перекачки нефтепродуктов, химически активных и коррозионноактивных веществ.

Срок службы стальных труб с силикатно-эмалевым покрытием толщиной 200…400 микрон в трубопроводах теплоснабжения и ГВС увеличивается, в два раза по сравнению со стальными углеродистыми трубами без покрытия, а гидравлическое сопротивление таких труб в 4,8 раза ниже.

Косновным эксплуатационным недостаткам данных труб следует отнести:

•хрупкость;

•скалываемость при ударах и других механических воздействиях;

•износ и разрушение материала покрытий вследствие его выщелащивания, при транспортировании по трубопроводу жидкостей с температурой свыше

100 С. При повышении температуры со 100 С до 160 С, скорость выщелащивания возрастает в 8…10 раз.

Цена труб с силикатно-эмалевым покрытием превышает цену водогазопроводных труб 3,5…4 раза.

Трубы напорные из чугуна с шаровидным графитом

Трубы из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ) допускается применять для тепловых сетей при температуре воды до 150 °С и давлении до 1,6 МПа включительно (СНиП 41-02-2003).

Скорость коррозии чугуна в воде в 10 раз меньше, чем скорость коррозии углеродистой конструкционной стали, и составляет примерно 0,05 мм/год.

Коррозионная стойкость труб ВЧШГ определяется химическим составом чугуна и структурой.

Серый и ковкий чугун малой прочности имеют в основе микроструктуру феррита или феррита и перлита с пластинчатым графитом (рис. 1) в структуре серого чугуна и хлопьевидный графит в структуре ковкого чугуна.

Высокопрочный чугун имеет ферритную или перлитную структуру, является разновидностью серого чугуна, модифицированного магнием. Одновременно с ним или несколько позже в жидкий чугун вводят ферросилиций. В результате получают мелкие включения графита шаровидной формы, что исключает образование трещин и повышает его прочность и пластичность.

Рис. 1. Микроструктура чугуна с различной формой графита

15

Долговечность трубопроводов из горячепрессованных чугунных труб превышает долговечность существующих трубопроводов из углеродистой стали, что значительно сокращает затраты на ремонтно-восстановительные работы. Коррозионная стойкость, как к внутренней, так и к наружной коррозии (особенно к питтинговой, очаговой) превышает коррозионную стойкость стальных трубопроводов в 3…4 раза.

Технология сварки труб ВЧШГ – аргоно-дуговая, специальной никелевой проволокой с предварительным подогревом стыка и термообработкой после сварки.

Однако рассматриваемые трубы имеют следующие недостатки:

•более высокая стоимость рассматриваемых труб по сравнению с трубами, изготовленными из углеродистой конструкционной стали без коррозионного покрытия;

•более сложная технология сварки труб по сравнению со стальными трубами, а также сложности в проведении сварочных работ в полевых условиях;

•трудность точного предварительного подбора мерных участков трубопроводов;

•сложность выполнения ремонтных работ при повреждении трубопровода. Стоимость прокладки трубы из ВЧШГ по сравнению со стальной трубой,

выше в среднем в 1,5 раза.

Биметаллические трубы

Биметаллические шовные трубы изготовляются из листовой стали с односторонней или двухсторонней плакировкой. Толщина защитного слоя трубы составляет 5…15% толщины стенки трубы. Материал плакировки 08Х18Н10.

Горячая совместная пакетная прокатка основого слоя из низколегированной стали и плакирующего слоя из коррозионностойкого сплава формирует мелкодисперсную структуру биметалла. Данная структура металла обеспечивает высокие механические свойства уже в горячекатанном состоянии, что устраняет необходимость длительной термической обработки, обязательной для других способов получения биметалла. Отказ от длительных выдержек при термической обработке позволяет подавить направленную диффузию углерода и хрома в зоне контакта слоев. Это сохраняет высокие антикоррозийные свойства плакирующего слоя высокую прочность изделий из биметалла.

Биметаллические коррозионностойкие трубы применяются взамен труб из нержавеющей стали или труб из углеродистых низколегированных сталей. В первом случае экономическая эффективность применения биметаллических труб вытекает из значительного снижения стоимости по сравнению с трубами из нержавеющих моносталей, во втором случае на порядок увеличивается срок службы труб, их надежность и долговечность.

В настоящее время производятся двух- и трехслойные сварные трубы диаметром до 530 мм с толщиной стенки 2…12мм. Стойкость биметаллической трубы по сравнению с обычной углеродистой выше на 2…3 порядка, увеличение стоимости составляет 3…4 раза.

16

Напорные асбоцементные трубы

Асбоцемент – один из видов армированного бетона, асбест в нем играет роль арматуры равномерно распределенной по всему объему материала, а затвердевший цементный камень образует плотную матрицу, в которую заключен асбест. Соотношение асбеста и портландцемента составляет 15/85. Асбест в таком материале находится в связанном состоянии и практически не выделяется в окружающую среду.

По сравнению со стальными трубами асбоцементные трубы обладают рядом преимуществ:

•высокой коррозионной стойкостью;

•стойкостью к длительному воздействию горячей воды до 130 С;

•линейные деформации асбоцементных труб от воздействия температуры не превышают в интервале рабочих температур 2,15 мм на 1 пог. метр;

•коэффициент теплопроводности асбоцементных труб при температуре до

150 С равен 0,93 Вт/(м С), против 58 Вт/(м С) для стальных труб;

•в несколько раз уменьшаются затраты на капитальный ремонт и капитальное строительство, поскольку асбоцементные трубы дешевле стальных, не требуются затрат на прокладку каналов тепловых сетей;

•простота монтажа сокращает сроки строительства и капитального ремонта трубопроводов;

•использование самоуплотняющихся асбоцементных муфт с уплотнительными теплостойкими резиновыми кольцами для сборки данных трубопроводов позволяет исключить наиболее слабые участки трубопровода – сварные стыки.

Кроме того, муфтовые соединения эластичны, способны выдерживать вибрацию и угловые смещения труб до 3…5 градусов без нарушения герметичности.

Данные трубы выпускают диаметром от 100 до 500 мм, для давлений 0,6; 0,9

и 1,2 МПа. Рабочий интервал температур до 115 С.

Полиэтилен (РЕ)

Материал, получаемый посредством полимеризации этилена. По степени плотности и способу производств он делится на

Полиэтилен низкой плотности (высокого давления) – ПЭНП/PELD (ПЭВД); Полиэтилен средней плотности (среднего давления - ПЭСП/PEMD (ПЭСД); Полиэтилен высокой плотности (высокого давления) - ПЭВП/PEHD

(ПЭНД); Полиэтилен хорошо сваривается, благодаря чему трубы из этого материала

идеально подходят для создания трубопроводных систем любой разветвлённой конфигурации. Достоинством труб из полиэтилена является и высокая морозоустойчивость, позволяющая эксплуатировать их при температуре до – 20 С. Однако воздействие высокой температуры сказывается на снижении их прочности, поэтому основная область применения полиэтиленовых труб – системы холодного водоснабжения. Под действием солнечной радиации полиэтилен теряет ряд своих положительных свойств (например, эластичность), поэтому в

17

материал труб, предназначенных для использования в наружных сетях, добавляют стабилизаторы.

Сшитый полиэтилен (PEX)

Химическая модификация полиэтилена, производящаяся путём проведения специальных операций, в результате которых линейные звенья макромолекул образуют между собой поперечные связи – «сшиваются».Такие связи обеспечивают материалу PEX, по сравнению по сравнению с обычным полиэтиленом (РЕ), повышенные термическую стойкость и прочность. Отметим, что при изготовлении РЕХ используется полиэтилен высокой плотности (PEHD).

Существует три основных способа получения сшитого полиэтилена:

•пероксидный;

•силановый;

•радиационный.

Впервом случае процесс сшивки происходит за счёт введения в полиэтилен пероксидов. Степень сшивки зависит от количества пероксидов и может доходить до 85%. Материал, полученный таким способом, именуется PEX-а.

При силановом методе сшивки в полиэтилен добавляются органосиланиды (например, винилсилан). Степень сшивки – не менее 65%. Получаемый материал обозначается как PEX-b.

Радиационный способ заключается в радиационном облучении полиэтиленовой трубы. Степень сшивки при таком методе составляет 60%.

Трубы из сшитого полиэтилена не выделяет вредных веществ, запахов, не изменяет вкусовых качеств воды, устойчивы к химическим веществам, не подвержены коррозии. Низкий коэффициент шероховатости и гладкость стенок предотвращают образование отложений на внутренних поверхностях. Труба

PEX

Сшитый полиэтилен имеет повышенную стойкость к воздействию ультрафиолетового излучения, не подвержен образованию трещин, и, в отличие от полипропилена и поливинилхлорида, при нагреве не течет, а ведет себя как термоэластичный материал.

Материал труб не подвержен вредному воздействию высоких скоростей или низкого уровня рН проходящей по трубам воды (агрессивная вода); не теряет свои свойства при контакте со строительными материалами (бетон, известковый раствор, гипс и т.п). Трубы обладают очень высокой стойкостью к воздействию присутствующих в воде химических добавок. Материал, труб амортизирует гидравлический удар (по сравнению с обычными металлическими трубами гидравлический удар уменьшается в три раза).

По сравнению с полиэтиленовыми трубами, трубы из PEX, обладают большой термической стойкостью, что позволяет использовать их не только в системах холодного водоснабжения, но и в системах ГВС и отопления.

Немаловажным достоинством труб из сшитого полиэтилена является так называемый эффект памяти, заключающийся в стремлении материала вернуть свою первоначальную форму. Так, например, если трубу изогнуть, а затем участок изгиба нагреть до определённой температуры, то она восстановит свой

18

первоначальный вид. Это свойство важно при работе по соединению труб: развальцованная труба через несколько секунд начинает восстанавливать свою форму и, ещё до того как надвинута гильза, плотно соединяется с фитингом, повышая прочность соединения.

Ещё одно важное достоинство сшитого полиэтилена – способность к самокомпенсации температурного расширения. При повышении температуры стенка трубы утолщается и компенсирует тем самым линейное расширение.

Для предотвращения проникновению кислорода в воду PEX-трубы изготавливают с наружным и внутренним барьерным слоем из этиленвинилалкоголя.

Полипропилен

Полипропилен получают полимеризацией пропилена в присутствии металлокомплексных катализаторов. В отличие от полиэтилена, полипропилен менее плотный (плотность 0,91 г/см3, что является наименьшим значением вообще для всех пластмасс), более твёрдый (стоек к истиранию), более термостойкий (начинает размягчаться при 140 °C, температура плавления 175 °C), почти не подвергается коррозионному растрескиванию.

Полипропилен более чувствителен к действию кислорода, особенно при воздействии ультрафиолета и повышенных температурах. Этим и объясняется большая склонность полипропилена к старению по сравнению с полиэтиленом. Старение полипропилена протекает с более высокими скоростями и сопровождается резким ухудшением его механических свойств. Поэтому полипропилен применяется только в стабилизированном виде. Стабилизаторы предохраняют полипропилен от разрушения, как в процессе переработки, так и во время эксплуатации.

Полипропилен обладает высокой термостойкостью. Максимальная температура эксплуатации полипропилена 120…140 С. Превосходя полиэтилен по теплостойкости, полипропилен уступает ему по морозостойкости. Его температура хрупкости (морозостойкости) колеблется от −5 до −15 С. Морозостойкость можно повысить введением в макромолекулу изотактического полипропилена звеньев этилена при сополимеризации пропилена с этиленом.

Существует несколько модификаций полипропилена:

•гомополимер полипропилена, тип 1 (РР-Н);

•сополимеры пропилена и этилена, тип 2 (РР-В);

•рандом-сополимер, тип 3 (ППР/PPR).

Большинство труб изготавливается из рандом-сополимера. PPRC 3/ППРС 3 получен благодаря модификации структуры полипропилена добавлением в его молекулярную цепь молекулы этилена улучшились механические свойства рандом-сополимера, такие как вязкость, эластичность, высокотемпературная прочность.

К преимуществам полипропиленовых труб следует отнести: долговечность, низкую теплопроводность, высокую термостойкость, малый вес, отсутствие электрической проводимости, хорошую технологичность производства и монтажа.

19

Полипропиленовые трубы и фитинги выпускаются диаметром от 20 мм до 125 мм. Применяются для холодного и горячего водоснабжения и отопления.

Полипропилен химически невосприимчив ко многим агрессивным средам, экологичен, легко промывается в процессе эксплуатации, сохраняя гигиенические свойства в течение всего срока службы

Монтаж осуществляется посредством полифузионной муфтовой или стыковой сварки (при помощи нагрева). Соединение равнопрочно самой трубе. Все фитинги (угольники, тройники, муфты) без металлических вставок.

Срок службы полипропиленовых труб для холодного водоснабжения – более 50 лет, для горячего водоснабжения – более 25 лет.

Металлопластиковые трубы

Металлопластиковые трубы (рис. 2) сочетают в себе преимущества пластмассы и металла. Они представляют собой многослойную конструкцию, которая состоит из внешнего 1 и внутреннего 4 слоя сшитого полиэтилена и промежуточного слоя из алюминия 3 толщиной 0,2…0,7 мм (в зависимости от диаметра трубы) со стыковым сварным швом по всей длине. Полиэтилен с алюминием соединяются при помощи клеевой прослойки 2.

Наружный 1 и внутренний 4 слои из сшитого полиэтилена обеспечивают защиту алюминиевого слоя 3 металлопластиковой трубы от кислот, щелочей, влаги и других агрессивных сред. Это увеличивает срок службы труб из металлопластика по сравнению с трубами из других материалов.

Алюминиевый слой армирует металлопластиковую трубу и препятствует диффузии кислорода из воздуха через стенку трубы, защищая металлические части систем водоснабжения и отопления от преждевременного износа вследствие коррозии. Алюминиевый слой обеспечивает малый температурный коэффициент линейного расширения (0,024…0,026 мм/мК) и гарантирует длительную прочность при повышенных температурах.

Внутренний слой из сшитого полиэтилена 4 трубы из металлопластика имеет гладкую поверхность, что снижает трение воды в системах водоснабжения и отопления, а также затрудняет отложение накипи и продуктов коррозии.

Рис. 2. Конструкция металлопластиковой трубы

1 – наружная труба; 2 – клеевая прослойка; 3 – слой алюминия; 4 – внутренняя труба; 5 – фитинги

20