Технические характеристики и сфера применения материалов труб

Материал трубопроводов зависит от назначения судовой системы и параметров прокачиваемой рабочей среды (табл. 1.1).

Трубы стальные, электросварные из углеродистой и нержавеющей стали имеют ограниченное применение в судовых трубопроводах, так как при гибке иногда появляются трещины. Биметаллические трубы, состоящие из внутреннего медного слоя толщиной 0,6 ... 0,8 мм и наружного стального марок 10 и 20 и меди марки МЗр, изготавливают совместной прокаткой стальной заготовки с вставной в нее медной гильзой. Изготавливают трубы с наружным диаметром 6 ... 57 мм. Широкое распространение таких труб объясняется экономией медных труб для рабочих сред с параметрами температуры до 250 °С и скорости рабочей среды до 1,2 м/с. Применяются также трубы водогазопроводные (газовые) оцинкованные или неоцинкованные (черные). Оцинкованные трубы имеют сплошное цинковое покрытие по всей наружной и внутренней поверхности.

Таблица 1.1

Материалы для трубопроводов различных судовых систем

Чугунные безраструбные трубы на хомутах (типа SML фирмы «Дюкер», Германия). Хорошо зарекомендовали себя в сточных системах и системах водоснабжения. Имеют следующие свойства:

• литейный чугун с пластинчатым графитом, изготовленный методом центробежного литья;
• фитинги - литьё в форму;
• покрытие труб - снаружи эпоксидный грунт (40 мк, красно-коричневого цвета), внутри эпоксидное покрытие (120 мк, цвет жёлтый);
• прочность на разрыв: 200 МПа - для труб и 150 МПа - для фасонных частей;
• прочность на сжатие (в 3 ... 4 раза больше прочности на разрыв);
• стойкость к воздействию химикатов и температур (максимальная рабочая температура 400 °С);
• высокая ударопрочность.

Как правило, их применяют в бытовых системах при давлении рабочей среды до 3 бар с хомутами «CV» и до 10 бар со специальными хомутами.

Чугунные трубы имеют следующие преимущества: полная безопасность при пожаре для людей и материального имущества, акустический комфорт, долговечность, простота сборки, минимальные затраты на обслуживание и эксплуатацию (пилятся обычной болгаркой, хомуты закручиваются обычным гаечным ключом, полная герметичность стыков). Такие трубы выпускаются с D_y 50, 70, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600 мм и толщиной стенок 3 ... 6 мм в зависимости от диаметра, а также к ним фитинги: крестовины, тройники, отводы с Dy 150, 300, 450, 900, заглушки (пробки), гидрозатворы, хомутные соединения. Патрубки изготавливаются переходные с одного диаметра на другой (например, с чугунных труб на пластиковые).

Трубы бесшовные из нержавеющей легированной стали. Широко применяются стали марки 08X18Н9Т с содержанием углерода до 0,08 %, хрома 18 %, никеля 9 %, титана 1 %, остальное - железо. Стандартная длина труб 1,5 ... 7 м, наружный диаметр 76 мм с толщиной стенки 5 мм.

Медные трубы тянутые и прессованные. Для судовых трубопроводов применяют трубы тянутые из меди «МЗр» с наружным диаметром 3 ... 360 мм и толщиной стенки 0,5 ... 10 мм, длиной 1 ... 6 м для рабочих сред с температурой 230 °С и скоростью 1,2 м/с. Медь не должна содержать кислорода более 0,01 % и примесей более 0,3 %. Например, бесшовные медные трубы «Frigotec» применяются для подводки технических газов в холодильных установках, кондиционерах и теплообменниках.

Медно-никелевые трубы (МНЖ5-1) содержат 5 ... 6,5 % никеля, 1 ...1,4 % железа, 93 ... 94 % меди. Они применяются тянутые или холоднокатаные с наружным диаметром 6 ... 258 мм и толщиной стенки 1 ... 4 мм, длиной 1 ... 6 м (для труб забортной воды, температурой рабочих сред до 350 °С и скорости 1,2 ... 3 м/с).

Трубы из сплавов цветных металлов следующих марок: «1М», «7М» и «ЗВ» с дополнительным напряжением на разрыв 190 МПа (для труб «7М», 300 МПа для труб «ЗВ»). Максимально испытываемое давление устанавливают 60 МПа. Для сплава «ЗВ» на трубе должны быть проставлены маркировка предприятия-изготовителя труб, номер партии и номер трубы, а также должен прилагаться сертификат. Эти трубы обладают высокой стойкостью против коррозии. Они применяются для трубопроводов специального назначения, имеющих повышенные требования. Диаметр труб из материалов «1М» и «7М» менее 114 мм. Трубы «ЗВ» должны выдерживать испытание на сплющивание до получения зазора, равного 90 % наружного диаметра.

Латунные трубы изготавливают тянутым или холоднокатаным способом. Чаще применяют латунные трубы марки Л62, содержащей 62 % меди и 30 % цинка; мягкие отожженные (М) и полутвердые (ПТ) после низкотемпературного отжига; кривизна на участке трубы длиной 1 м не должна превышать 5 мм.

Трубы из алюминиевого сплава применяют отожженные мягкие (м), тянутые марок «АД» и «АД1» с содержанием 98,8 % алюминия, 0,5 % железа, 0,3 % кремния, сплавов, содержащих 0,6 % марганца.

Полиэтиленовые трубы (ПЭ) обладают малым гидравлическим сопротивлением, хорошими монтажными свойствами, не отпотевают, не нуждаются в изоляции и в покрытии грунтом. Примером служит полиэтиленовая труба среднего тина с наружным диаметром 75 мм и толщиной стенки 7,1 ... 8,1 мм. В трубах из полиэтилена П404-0, П2003К, П2006Т-ШО максимальный диаметр не превышает 150 мм. В зависимости от номинального условного давления напорной трубы выпускают легкие (Л) трубы, рассчитанные на давление 0,25 МПа, средние (С) на номинальное давление 0,6 МПа и тяжелые (Т) на номинальное давление 1 МПа с температурой 20 °С и не выше 49 °С.

ПЭ трубы применяют в балластных системах внутри цистерн с вязкой жидкостью; в осушительных системах для осушения небольших отсеков, для измерительных труб льял и осушительных колодцев; в качестве шпигатных труб выше палубных переборок, труб вентиляции и кондиционирования воздуха; в качестве наливных, измерительных, воздушных труб, за исключением труб в грузовых трюмах и на открытых палубах.

Трубы из материала «Полибутен-1» из ряда полиолефинов, стоящих после полиэтилена и полипропилена, выпускают следующей модификации: «Флексален-600», «Флексален-1000», «Флексален-60» диаметром от 16 до 315 мм. Имея способность выдерживать большое внутреннее давление, они отличаются высокой гибкостью и ползучестойкостью.

ПЭ трубопроводы имеют следующие преимущества:

• срок службы больше стальных труб (50 лет), а прогнозируемый срок 100 лет;
• высокая коррозионная стойкость к транспортируемым жидкостям, не требуют катодной защиты;
• незначительные затраты на обслуживание, устойчивость к большинству агрессивных сред (кислотам, щелочам, поверхностно-активным веществам, спиртам, кетонам, алифатическим углеводородам и горячим полярным растворителям, включая воду), практически не чувствительны к растрескиванию под воздействием окружающей среды;
• легче стальных труб в 2 ... 4 раза, следовательно, упрощается монтаж, транспортировка и хранение;
• высокая механическая прочность;
• повышенная пропускная способность (при одинаковом диаметре на 20 ... 30 % выше, чем у стальных труб);
• возможна многократная заморозка трубопровода без его разрушения (например, на газовозах и химовозах);
• высокая гибкость и надёжность соединения, что делает их незаменимыми там, где возможны вибрации и деформации корпуса и различных механизмов;
• внутренняя поверхность труб практически не зарастает и не зашлаковывается, поэтому внутреннее сопротивление труб не увеличивается со временем, в отличие от диаметра труб, который со временем увеличивается за счёт характерного для полиэтилена явления ползучести (за весь период эксплуатации примерно на 3 %);
• сборка и монтаж труб значительно надёжнее, дешевле и проще, занимают меньше времени и полностью автоматизированы (сведена к минимуму необходимость контроля качества стыков ультразвуковым методом). Благодаря простой беспламенной сварке, обеспечивается быстрая установка, лёгкость прокладки через подготовленные отверстия и выемки, использование больших пролётов труб, возможность изготовления соединительных деталей из того же материала, что и трубы (последнее значительно облегчает их установку, сокращает количество необходимых фитингов и трудозатраты по монтажу);
• экологическая безопасность для окружающей среды;
• возможность простого и надёжного присоединения к уже имеющимся системам, изготовленным из других материалов;
• устойчивость к тепловому старению;
• высокая сопротивляемость к образованию накипи и отложений;
• низкий уровень шума потока в трубах (шумы потоков воды в трубах хорошо поглощаются материалом, что создаёт более высокий уровень комфорта для потребителя по сравнения с трубами, изготовленными из металла).

Кроме того, можно пренебречь изоляцией из-за низкой теплопроводности полипропилена и избежать образования водного конденсата на внешней стороне труб (например, коэффициент теплопроводности для полипропилена λ = 0,24 Вт/(м•К); для полиэтилена λ = 0,35 Вт/(м•К); для железа λ = 50 Вт/(м•К); для меди λ = 400 Вт/(м•К)).

Система из ПЭ труб состоит из сплошных труб, которые соединяются при помощи фасонных деталей, таких как фланцевые соединения для втулок с буртиком, запорная арматура, переходные резьбовые соединения с металла на полипропилен и с полипропилена на металл, детали для присоединения арматуры и комплектующие.

Для бытовых систем применяются трубы, изготовленные из сополимерного полипропилена «PP-R100» с коэффициентом запаса прочности 1,25 для рабочих температур от 10 до 95 °С. Трубопроводы «WEFATHERM», «WEFATHERM-STAB1» снабжены алюминиевой оболочкой в основном для горячей воды. Трубы нового поколения для различных областей применения, обычно армированные волокном с более низким (на 75 %) коэффициентом линейного расширения, обозначаются «WEFATHERM-FASER».

Трубы стальные, футерованные полиэтиленом (изнутри покрыты полиэтиленом) применяют для систем забортной, пресной воды и воздуха, а также других сред, к которым полиэтилен нейтрален. Снаружи трубы покрывают антикоррозионными грунтами или смазками. Длина стандартных труб -5 м. Они условно обозначаются 16-50-ПВП с условными диаметрами от 10 до 200 мм.

Среди неметаллических труб особое место занимают металлополимерные, представляющие собой сложную многослойную конструкцию с использованием сшитого (модифицированного) полиэтилена и антидиффузионной прослойки из алюминия. Тонкая алюминиевая труба с толщиной стенки 0,5 ... 2,0 мм покрыта снаружи и изнутри слоем полиэтилена (РЕХ), причём полиэтилен закреплён на поверхности алюминия клеем. Такие трубы являются надёжными, их ресурс более 50 лет. Это объясняется тем, что алюминиевая основа (сердечник) обеспечивает кислородонепроницаемость и частично компенсирует температурное расширение полиэтилена при повышенных температурах.

Слой полиэтилена предохраняет трубопроводную систему и её арматуру от образования гальванических пар с латунными и стальными элементами, придаёт гладкость внутренней поверхности и защищает её от обрастания, а кроме того, снижает коэффициент теплопроводности трубы (не более 0,45 Вт/(м •К)), что предохраняет её от запотевания, обеспечивая декоративность и чистоту наружной поверхности трубы. Металлополимерные трубы выпускаются наружным диаметром от 16 до 63 мм, свёрнутыми в бухты длиной от 200 до 50 м. Интервал рабочих температур от -40 до +95 °С. Эти трубы легко гнутся руками, режутся и стыкуются, для их соединения используются специальные фитинги (под опрессовку и зажим), что позволяет сократить трудоёмкость и продолжительность сборки. Для соединения резьбовых фитингов нужны только гаечные ключи. Недостатком данного вида труб по сравнению, например, с полимерными является чувствительность к замораживанию в заполненном водой состоянии.

Металлополимерные трубы могут применяться для различных типов систем как отдельно, так и в сочетании с другими видами труб. По сравнению с традиционными системами металлических трубопроводов данная система обеспечивает высокий уровень устойчивости к химикатам, она не подвержена воздействию коррозии и сертифицирована для транспортировки химических продуктов. Внутренняя труба «РЕХ» имеет шероховатость, в 70 раз меньшую по сравнению со стальной трубой, что обеспечивает снижение потерь давления. Следовательно, при повышенной скорости потока можно использовать меньшие размеры. Это обеспечивает экономию материалов и снижение стоимости строительно-монтажных работ.

Трубы для газовых трубопроводов из ПЭ-80 (диаметр 20 ... 400 мм на рабочее давление 3 ... 6 бар) и трубы из ПЭ-100 (диаметр 20 ... 400 мм на рабочее давление 6 ... 12 бар). Имеются ПЭ трубы повышенной надёжности с наружным защитным покрытием из специального термопласта (компания «Евротрубиласт» (Россия - Италия)), изготавливаемые из специальной марки полиэтилена повышенной плотности с двойной стенкой, гофрированные снаружи, с «двухарочной» формой гофра, и гладкие изнутри. Отличаются высокой химической стойкостью, ударопрочностью и сопротивлением стиранию.

Трубы компании «Вефатерм» (Германия) из модифицированного полипропилена PP-R100 обладают большей долговечностью и термостойкостью. Они имеют в 1000 раз меньшую шероховатость внутренней поверхности, чем металлические трубопроводы, и поэтому не являются источником дополнительного шума, возникающего в системе с высоким давлением. Выдерживают несколько циклов «замораживания-размораживания» воды. Не требуют покраски после монтажа и в процессе эксплуатации. Они в девять раз легче металлических трубопроводов, что обеспечивает соответствующую экономию при монтажных работах. Экологически практически безопасны. Такие трубы применяются в системах теплоснабжения, холодоснабжения, вентиляции, кондиционирования и др. с температурой теплоносителя до 95 °С.

В системах внутренней и наружной канализации применяют трубы из поливинилхлорида (ПВХ) - очень долговечного материала, используемого при максимальной рабочей температуре 600 °С (постоянной) и кратковременной до 950 °С. Трубы из ПВХ соединяются с помощью раструбов с запрессованными резиновыми уплотнениями и силиконовой смазкой, их максимальное давление составляет 0,5 бар. Обладают повышенной гладкостью внутри и снаружи, огнестойкостью, высокой ударопрочностью, стойкостью к воздействию химикатов, не являются канцерогеном, не поддаются коррозии, собираются быстро, легко и просто.

Отличительной особенностью изделий из ПВХ, по сравнению с другими полимерными материалами, являются трудное возгорание этого материала, его самозатухающие свойства, низкая скорость выделения тепла, что делает перспективным его применение в качестве каналов для прокладки электрических кабелей. В процессе длительной эксплуатации не происходит выделения токсичных веществ, поэтому трубы из ПВХ являются безвредными и не опасны для здоровья человека. На их внутренней поверхности не образуются бактериальные и минеральные отложения. В случае применения для водоснабжения трубопроводы из ПВХ не изменяют вкусовые качества транспортируемой воды. Диаметры труб и фитингов от 32 до 160 мм, толщина стенки 1,8, 3,2, 2,2, 4,0 мм. Например, металлопластиковые трубы из сшитого полиэтилена «РЕХ с» «РЕХ b» фирмы «Comar Multiskin» (Франция) имеют следующие преимущества:

• они в три раза легче меди, применяются для давления до 10 бар при температуре от -25 до +95 °С;
• полностью отсутствует коррозия и накипь, тепловое расширение в 10 раз меньше, чем у полиэтиленовых труб типа «РЕХ», они нечувствительны к ультрафиолетовому излучению, легко гнутся, поглощают шум, непроницаемы для кислорода, более гибки, чем любые другие типы труб, сохраняют свою форму.

Для фитингов применяется лужёная оловом латунь (в системах отопления и водоснабжения). За рубежом запрещено применение никелированных фитингов в системах водоснабжения, вызывающих аллергические реакции у потребителя. Трубы «Изопекс», применяемые в системах отопления и водоснабжения, имеют следующие параметры: рабочая температура от -100 до +95 °С, рабочее давление до 10 бар. Эти трубы эластичны, легко изгибаются, режутся и соединяются при монтаже. Они изготавливаются методом непрерывного формирования на основе применения модифицированных полиэтиленовых труб, изолированных пенополиуретаном и наружной бесшовной гидрозащитной гофрированной полиэтиленовой оболочкой. Стоимость такого трубопровода ориентировочно в 1,5 раза меньше, чем трубопровода со стальной трубой, устойчивой к химикатам и не подверженной коррозии.

Например, разработаны трубы для санитарных систем двойной экструзии (труба в трубе) от 50 мм до 150 мм из разных пластиков. Наружный слой - ПВХ с добавлением минералов, внутренний - сополимер стирола. В таком трубопроводе происходит шумопонижение, т.е. звук отражается от внутреннего слоя, а наружный слой препятствует распространению шума и вибрации материала. Отличные температурные характеристики этих труб выдерживают температуру 90 °С, коэффициент температурного расширения - 0,08 мм/(м •К).

Литература

Судовые системы - Костылев, И.И., Петухов, В.А. [2010]

• Назначение и классификация судовых трубопроводов и систем
• Трюмно-балластные судовые системы
• Судовые системы охлаждения
• Судовая топливная система
• Противопожарные судовые системы