При проектировании любой трубопроводной системы производят расчет ее номинального давления, предусматривают дополнительный запас прочности для ситуаций, в которых нагрузки могут повышаться, например: гидравлические удары или аварии. В зависимости от полученных величин подбирают трубный прокат и арматуру, которые могут эксплуатироваться в данных условиях на протяжении всего нормативного срока.
Для организации трубопроводов с небольшими гидравлическими нагрузками и самотечных систем подходят пластиковые трубы. Их применяют для ливневок, канализации, части внутридомовой разводки ХВС и ГВС в температурном режиме до 70 С⁰. Во всех остальных случаях самым надежным материалом является сталь.
Среди эксплуатационных характеристик стальных труб можно выделить основные:
- Высокая прочность;
- Стойкость к внутренним и внешним нагрузкам;
- Термостойкость;
- Невысокое тепловое расширение;
- Средний срок службы 10 лет, с использованием антикоррозийных покрытий — до 30;
- Широкий сортамент.
В различных трубопроводных системах устанавливают нормативы давления. В коммунальных сетях оно невысокое, но неправильный подбор трубы может привести к разрывам или протечкам. В промышленных и магистральных трубопроводах нагрузки гораздо выше, а транспортируемые вещества опаснее, каждая протечка наносит значительный финансовый и экологический ущерб.
Виды стальных труб
Способность выдерживать нагрузки зависит от вида трубного проката. Стальные трубы изготавливают по типовым параметрам с заданными свойствами, соответствующими их типу и классу. За исключением профильных изделий, которые применяют в строительстве, весь сортамент проходит гидравлические испытания. Максимальное давление, которое выдерживает стальная труба, зависит от ряда характеристик:
Способ изготовления:
- Сварные: прямошовные, спиралешовные, холоднокатаные, горячекатаные;
- Бесшовные: холоднокатаные, горячекатаные, цельнотянутые.
Диаметр:
- Малые — до 114 мм;
- Средние — 114-530 мм;
- Большие — более 530 мм.
Толщина стенки:
- Особотонкостенные;
- Токостенные;
- Толстостенные;
- Ососботолстостенные.
Качества сталей:
- Углеродистые — прочные трубы общего назначения и для промышленных систем;
- Легированные — трубопроводы специального назначения: коррозионностойкие, термостойкие, криогенные, радиоактивные.
Антикоррозийная обработка:
- Степень гладкости поверхности;
- Металлические покрытия: цинк, хром;
- Полимерные покрытия.
Механический запас прочности зависит от сочетания таких факторов как давление, температура и агрессивность транспортируемого вещества. Например, в тепловых сетях износ оборудования происходит быстрее. Подбор изделий осуществляют с учетом действующих нагрузок, как правило, это толстостенные горячекатаные изделия. В газопроводах давление рассчитывают исходя из постоянного сжатия и расширения среды.
Какое давление выдерживают стальные трубы
Предельное давление стальной бесшовной трубы определяется по формуле: P = (2 х S хT)/(DхSF)
- P – давление жидкости;
- T – толщина стенки в дюймах;
- D – наружный диаметр трубы (дюйм);
- SF – коэффициент безопасности;
- S – запас прочности металла.
В зависимости от назначения изделий устанавливают нормативы допустимого давления, например для ВГП (ГОСТ 3262-75) предусмотрено три норматива Рр: 25 кгс/см², 32 кгс/см² и 50 кгс/см² по требованию потребителя. Этого достаточно для организации распределительных коммунальных сетей.
Допустимое давление складывается из нескольких величин:
- Рабочее давление среды на стенки трубопровода;
- Резкое увеличение при срабатывании предохранительных клапанов или других регулирующих устройств.
Параметры Рр, допустимого напряжения в слоях металла указывают в технической документации каждого вида изделий. Гидравлические испытания проводят согласно регламенту ГОСТ 3845-2017. Каждый экземпляр герметизируют, наполняют испытательной средой (водой или другой жидкостью) и выдерживают в течение установленного времени. При появлении протечек, продукция выбраковывается.
Сварной шов является наиболее уязвимым местом трубы, его прочность меньше показателей основного металла, кроме этого он быстрее подвергается коррозийный изменениям. Для сетей с высокими внутренними нагрузками выбирают бесшовные изделия.
Кроме этого, действует следующее правило:
- Чем больше диаметр, а значит объем среды, тем ниже запас прочности;
- Чем больше толщина стенки, тем выше стойкость к давлению.
В нормативных документах обычно указывают условные значения, например, действительные при температуре 20 С⁰. Но трубопроводы редко прокладывают в подобных условиях, поэтому дополнительно производят ряд вычислений.
Термические воздействия для трубопроводов с Рр 100-320 МПа вычисляют согласно ГОСТ 55600-2013 с учетом на износа, технологических погрешностей, минимальной толщины стенок согласно допускам по разностенности.
Со временем напор внутри сети падает. Это связано с увеличением сопротивления потоку. Новая и гладкая труба обладает высокой пропускной способностью, но по мере накопления осадочных отложений, формирования корродирующих слоев возрастает трение, а гидравлические потери растут. При увеличении давления среды, сопротивление растет в прогрессии.
Таблица максимального давления нержавеющих труб
Более подробная информация — на сайте.
Как правильно подобрать трубы
При выборе изделий следует учитывать давление, поддерживаемое в системе. Например для внутридомовых сетей ХВС действует норматив до 6 бар, ГВС — до 4,5 бар. В частных домах нормативы рассчитывают индивидуально, оно может достигать 10 бар, но большая часть оборудования предназначена для максимальных нагрузок не более 6,5.
В проекте инженерной сети учитывают ряд других показателей:
- Зависимость Рр от диаметра труб;
- Гидравлические потери при изгибах, установке запорных и регулирующих устройств;
- Количество точек разбора;
- Мощность насосного оборудования;
- Другие параметры условий эксплуатации.
Для повышения технических характеристик трубного проката применяют специальные сплавы, например легированные молибденом, антикоррозийные покрытия, предотвращающие формирование отложений. проектирование и подбор материалов согласно действующим стандартам обеспечивает максимальный срок службы и ремонтопригодность трубопроводных систем.
