Материалы трубопроводов

Материалы трубопроводов

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

Рабочая среда Наименование трубопроводов Материал труб и их параметры
Забортная вода Охлаждающие трубопроводы (циркуляционные, главных и вспомогательных конденсаторов, охлаждения вспомогательных механизмов, подшипников валопроводов и т.д.). Трубопроводы трюмных систем (водоотливной, осушительной, креновой, дифферентной, балластной). Трубы противопожарной водяной системы Медные - при средней скорости воды до 1,2 м/с; медноникелевые при средней скорости воды 1,2 - 3,0 м/с; стальные бесшовные, сварные и водогазопроводные оцинкованные
Сточные воды Трубопроводы: санитарной системы забортной воды, фановой Стальные бесшовные, Водогазопроводные оцинкованные, медные
Пресная вода Охлаждающие трубопроводы.
Трубопроводы питьевой и мытьевой воды.
Трубопроводы питания котлов: конденсатные (до теплого ящика), приемные и напорные от питательных насосов и после испарителей
Стальные бесшовные оцинкованные. Стальные водогазопроводные (для горячей воды без оцинковки), допускаются из алюминиевого сплава (при температуре воды 50 °С), медные
Нефтепродукты Трубопроводы приемные, переливные, спускные. Трубопроводы: напорные перекачивающие и напорные к форсункам дизелей и котлов Стальные бесшовные, допускаются сварные. Медные, биметаллические, из нержавеющей стали
Масло Трубопроводы: приемные, переливные, сточные напорные, циркуляционные, гидравлического управления Стальные бесшовные, допускаются медные и биметаллические
Воздух Трубопроводы сжатого воздуха, пускового воздуха, сжатого воздуха на хозяйственные нужды. Трубопроводы воздуха: высокого давления, низкого давления Стальные бесшовные (желательно оцинкованные), биметаллические (для рабочих давлений свыше 15 МПа), медные трубы (могут применяться для условных проходов не более 10 мм)
Пар Трубопроводы пара при температуре пара 425 °С и выше; при температуре 250 ... 425 °С пара, идущего к механизмам, змеевикам обогревания, на паротушение, паровое отопление Стальные бесшовные
Углекислота Трубопроводы углекислотного пожаротушения. Трубопроводы холодильных установок. Стальные бесшовные оцинкованные
Фреон, аммиак Трубопроводы холодильных установок Медные, стальные бесшовные
Вода, воздух Водопроводы и воздухопроводы систем с температурой рабочей среды менее 42 °С Полиэтиленовые, винипластовые
Пр и м е ч а н и е . Допускается вместо оцинкованных труб применять трубы, покрытые бакелитовым лаком при температуре рабочей среды до 40 °С.

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 Dy 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]

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Rating 0.00 (0 Votes)

Метки: Судовые системы, Трубопровод

Для того, чтобы оставить комментарий, войдите или зарегистрируйтесь.