Трубы и их соединения

На начальном этапе развития газового хозяйства для сооружения газопроводов применялись чугунные трубы. По мере развития научно-технического прогресса на смену чугунным трубам пришли стальные, а на смену стальным приходят полиэтиленовые трубы. В настоящее время в эксплуатации находятся как металлические, так и полиэтиленовые трубы.

Металлические трубы изготавливают из хорошо сваривающихся низколегированных и малоуглеродистых сталей. Максимальное содержание углерода в стали не должно превышать 0,25, серы — не более 0,05, фосфора — не более 0,46%. Этим требованиям в большой степени удовлетворяют спокойные мартеновские стали. При выборе стальных труб для газопроводов руководствуются действующей «Инструкцией по применению стальных труб для строительства систем газоснабжения».

По способу изготовления стальные трубы подразделяют:

• на сварные трубы — со спиральным или продольным прямым швом;
• бесшовные трубы — холоднотянутые, холоднокатаные, горячекатаные.

Размеры труб характеризуются:

• внутренним и наружным диаметрами;
• толщиной стенки;
• длиной и условным проходом.

Под условным проходом D_y понимают номинальный внутренний диаметр трубы. Этой величиной пользуются при подборе арматуры, фасонных частей и при выполнении соответствующих расчетов. Величина условного прохода обычно имеет округленные значения: 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50 мм и т. д.

Наружный диаметр труб D н , зависит от толщины стенки трубы и бывает разным для одного условного диаметра.

Внутренний диаметр D_в, — величина, производная от наружного диаметра и толщины стенки.

где l — длина трубы, м.

Эта формула применяется при условии, что плотность металла трубы равна 7850 кг/м 2 , внутренний диаметр D_в и толщина стенки δ выражены в сантиметрах.

Пример. Определить массу 1 м стальной трубы с толщиной стенки 4 мм и внутренним диаметром 100 мм.

Подставляя в формулу соответствующие значения, получаем

G = 2,47*0,4(10 + 0,4) = 10,27 кг.

Для подземных газопроводов применяют трубы с минимальным условным диаметром 50 мм и толщиной стенки 3 мм.

Заводские трубы имеют сертификаты (паспорта), в которых указывают: номинальный размер труб, ГОСТ, по которому изготовлены трубы, марку стали, результаты гидравлических и механических испытаний, номер партии труб, отметку ОТК завода о соответствии труб ГОСТ.

Стальные трубы для подземных газопроводов защищают противокоррозионной изоляцией.

Соединение стальных труб. Основной способ соединения стальных труб — сварка, обеспечивающая прочность, плотность, надежность и безопасность эксплуатации газопроводов. При этом применяют только методы сварки, которые обеспечивают: надежную плотность сварного соединения; предел прочности сварного соединения не менее нижнего предела прочности металла труб;

угол загиба не менее 120° при всех видах электродуговой сварки и не менее 100° при газовой и контактной сварке.

Для сооружения распределительных и внутриобъектовых газопроводов наибольшее распространение получила ручная электро- дуговая и газовая сварки.

Газовую сварку применяют при сварке труб диаметром до 150 мм с толщиной стенок не более 5 мм и осуществляют за счет теплоты, выделяющейся при сгорании ацетиленокислородной смеси. Газовую резку применяют для вырезки дефектных стыков, при врезках в газопроводы отводов, при монтаже фасонных частей газопроводов. При ручной электродуговой сварке под действием теплоты электрической дуги, образующейся между электродом, подсоединяемым к одному полюсу, и свариваемым материалом, подсоединяемым к другому полюсу источника тока, оплавляются кромки свариваемых материалов и конец электрода. Сварку можно вести на постоянном и переменном токах. Источником постоянного тока служат передвижные агрегаты САК, ПАС, имеющие генераторы постоянного тока и приводимые в действие двигателями внутреннего сгорания. Источником переменного тока служат сварочные трансформаторы.

Ручная электродуговая сварка обеспечивает хорошее качество сварных соединений и широко распространена в газовом хозяйстве.

На рисунке ниже показаны типы сварных соединений. Наибольшее распространение получило V-образное соединение встык, которое используют в трубах различных диаметров и при разных методах сварки при толщине стенки более 4 мм. Такое соединение требует тщательной обработки концов свариваемых труб.

Для ускорения процесса сварки и повышения надежности провара шва применяют подкладные кольца. Подкладное кольцо, создавая местные сужения, увеличивает сопротивление потоку газа.

Типы сварных соединений

а — сварной V-образный стык; б — сварной стык с цилиндрическим подкладным кольцом; в — сварной стык с фасонным подкладным кольцом; 1 — газопровод; 2 — скошенная кромка трубы; 3 — притупление кромки; 4 — сварочная прихватка; 5 — цилиндрическое подкладное кольцо; 6 — буртик кольца; 7 — фасонное подкладное кольцо

При неправильной технологии сварочных работ шов может иметь дефекты (рисунок ниже). Некоторые дефекты обнаруживают с помощью внешнего осмотра. К таким дефектам относят подрез, чрезмерное или малое усиление шва, наружную трещину, пористость и за- шлакованность шва.

Дефекты сварных стыков

1 — подрез; 2 — отсутствие усиления; 3 — чрезмерное усиление; 4 — пористость; 5 — шлаковые включения; 6 — наружная трещина; 7 — внутренняя трещина; 8 — непровар корня шва; 9 — боковой непровар; 10 — прожог

Скрытые дефекты сварных швов выявляют физическими методами контроля (просвечиванием). К скрытым дефектам относят непровар корня, боковой непровар, прожог, внутренние трещины. Наиболее опасны такие дефекты, как трещины, непровар корня шва, боковой непровар шва.

К производству сварочных работ на газопроводах допускаются сварщики, сдавшие соответствующий экзамен и имеющие специальные удостоверения. Каждому сварщику присваивают шифр, который он проставляет на расстоянии 50 мм от сваренных стыков. Качество сварочных работ периодически контролируют.

На каждый участок строящегося газопровода составляют сварочную схему, на которой указывают наименование объекта, номер стыка, расстояние между стыками, шифр сварщика, привязку стыков в характерных точках, стыки, проверенные физическими методами, а также места, в которых вырезаны стыки для механических испытаний.

Помимо сварных соединений на газопроводах применяют разъемные соединения, которые используют в местах установки отключающих устройств, компенсаторов, регуляторов давления, КИП и другой арматуры.

К соединительным частям и деталям газопроводов и газового оборудования относятся отводы, тройники, переходы, фланцы, заглушки, муфты, контргайки, сгоны и др.

Отводы бывают гнутыми и сварными. Гнутые делают из бесшовных труб диаметром до 400 мм. Сварные отводы изготовляют для газопроводов диаметром более 150 мм. Предпочтительнее использовать гнутые отводы, так как у них меньше сварочных соединений, и они создают незначительные сопротивления потоку газа.

Тройники или крестовины применяют для устройства ответвлений от газопровода в одну или в две стороны. Они могут быть проходными и переходными. Переходы применяют в тех случаях, когда необходимо изменить диаметр газопровода.

Фланцевые соединения являются наиболее распространенным типом присоединения к трубопроводам запорной, регулирующей арматуры, фильтров и другого оборудования. Различают следующие типы стальных фланцев (рисунок ниже): плоские приварные, приварные встык, свободные на приварном кольце, свободные на отбортованной трубе. Фланцы, приваренные встык, для соединения с трубой имеют разделанную кромку под сварку. Свободные фланцы не приваривают к трубам, а опирают на приварное кольцо или бурт отбортованной трубы. Фланцы крепят болтами, количество которых зависит от диаметра присоединяемых труб.

Стальные фланцы

а — плоский приварной; б — приварной встык; в — свободный на приварном кольце; г — свободный на отбортованной трубе; д — на приварном кольце и отбартованной трубе; 1 — труба; 2 — отверстие для болта; 3 — фланец; 4 — сварной шов; 5 — приварное кольцо; 6 — бурт

На качество фланцевых соединений влияет подготовка уплотнительных поверхностей, поэтому на каждом фланце делают не менее двух уплотнительных канавок. Герметичность фланцевых соединений обеспечивают различными прокладками толщиной 3-5 мм. Кроме паронита применяют маслобензостойкую резину, алюминий и медь.

Изолирующие фланцы (рисунок ниже) устанавливают на газопроводах для предотвращения движения блуждающих токов из одной части трубопровода в другую. Во фланцевом соединении, состоящем из свободных фланцев на приварных кольцах, устанавливают диэлектрические прокладки из паронита, текстолита, клингерита и др. Между приварными кольцами помещают текстолит, а для изоляции болтов используют изолирующие гильзы и шайбы.

Изолирующий фланец

1 — стенка трубы; 2 — свободный фланец; 3 — болт с гайкой и шайбой; 4 — текстолитовая втулка; 5 — текстолитовая шайба; 6 — приварное кольцо; 7 — сварной шов; 8 — текстолитовое кольцо; 9 — клингеритовые прокладки

На надземных вертикальных участках вводов и выводов ГРП и шкафных ГРП (ШРП), а также перед ГРУ для защиты от блуждающих токов монтируют изолирующие соединения. Наиболее распространенными изолирующими соединениями являются фланцевые соединения ИФСТ, ИФС, СИ, ИС.

На рисунке ниже показана конструкция изолирующего соединения типа ИФС, которая монтируется после запорной арматуры по ходу газа. Во фланцевом соединении кроме двух основных фланцев, приваренных к концам соединяемого газопровода, имеется третий фланец, толщина которого зависит от диаметра газопровода. Между фланцами в целях их электрической изоляции установлены паронитовые (вини пластовые или фторопластовые) прокладки, покрытые электроизолирующим бакелитовым лаком. В разрезе втулки из фторопласта заключены стягивающие шпильки, а между шайбами гаек и фланцами также предусмотрены изолирующие прокладки из паронита, покрытого бакелитовым лаком. По периметру специального фланца имеются резьбовые гнезда, в которые вворачиваются винты для проверки электрического сопротивления между основными фланцами и специальным фланцем.

Изолирующее фланцевое соединение

1 — прокладка; 2 — втулка; 3 — винт; 4 — прокладка; 5 — шайба; 6 — гайка; 7 — шпилька; 8, 9 — фланцы; 10 — специальный фланец

Уплотнительные материалы.

Согласно ОСТ, для уплотнения фланцевых соединений арматуры с газопроводом и крышки с корпусом следует применять плоские прокладки из паронита, резины, металла, картона, фторопласта марки «Фторопласт-4» и композиционных материалов на их основе.

Для уплотнения резьбовых соединений рекомендуется применять льняную чесаную прядь, пропитанную специальной газовой смазкой, ленты из фторопласта марки «Фторопласт-4» и другие уплотнительные материалы, обеспечивающие герметичность соединения.

При эксплуатации арматуры с сальниковой набивкой особое внимание следует уделять набивочному материалу — размерам, правильности укладки в сальниковую коробку.

Высота сальниковой набивки должна быть такой, чтобы грунд- букса в начальном положении входила в сальниковую коробку не более чем на 1/6 ее высоты, но не менее чем на 5 мм. В качестве набивочного материала для сальников запорной арматуры наиболее эффективно применение фторопластового уплотнительного материала марки ФУМ-В.

Перенабивку сальников газовой арматуры разрешается производить при давлении в газопроводе не более 0,01 МПа. Замену прокладок фланцевых соединений арматуры и газопровода можно производить при давлении не ниже 40 и не выше 200 даПа.

Полиэтиленовые трубы. Внедрение полиэтиленовых труб — одно из актуальных направлений повышения эффективности капитального строительства и снижения его материало- и трудоемкости.

Опыт строительства и эксплуатации полиэтиленовых газопроводов выявил следующие преимущества полиэтиленовых труб:

• удешевление строительно-монтажных работ и увеличение темпов строительства;
• отсутствие необходимости в изоляционных работах и в сооружении систем защиты газопроводов от коррозии;
• физические и химические свойства полиэтилена обеспечивают долговечность, герметичность и высокую стабильность в течение всего срока эксплуатации газопроводов;
• повышенная пропускная способность благодаря гладкой внутренней поверхности;
• перемещения полиэтиленовых труб при монтаже не требуют большого количества работников и грузоподъемных механизмов.

Таким образом, благодаря свойствам полиэтиленовых материалов повышается надежность газопроводов, увеличивается срок их эксплуатации.

Трубы выпускаются в соответствии с ГОСТ Р 50838-95 «Трубы из полиэтилена для газопроводов. Технические условия», в котором приведены технические требования и основные эксплуатационные характеристики, сортамент труб, методы испытания, требования к полимерным материалам и другие характеристики продукции. С учетом отечественного опыта производства труб с 2005 г. введено в действие изменение № 3 указанного стандарта, что позволяет расширять номенклатуру выпускаемых труб как по сортаменту, так и по типам используемого для изготовления труб полиэтилена, повысить давление в газопроводах. Производство полиэтиленовых труб и соединительных деталей для газопроводов находится под контролем Ростехнадзора России и осуществляется только при наличии его разрешения или лицензии. В таблице ниже приводятся основные параметры полиэтиленовых труб для газопроводов.

Основные параметры полиэтиленовых труб

Номинальный наружный диаметр, d, мм

Расчетная масса 1 м Труб, кг

Стандартное размерное отношение (SDR) — отношение номинального наружного диаметра трубы d к номинальной толщине стенки е.

Минимальный средний наружный диаметр соответствует номинальному наружному диаметру.

Полиэтиленовые трубы изготавливают в прямых отрезках, бухтах и на катушках, а трубы диаметром 200 мм и более — только в прямых отрезках. Трубы диаметром до 225 мм, выпускаемые в отрезках, связывают в пакеты массой до 3 т и скрепляют их в нескольких местах.

Условное обозначение полиэтиленовых труб состоит из слова «труба», сокращенного наименования материала ПЭ80, ПЭ100, слова «ГАЗ», стандартного размерного отношения SDR, тире, номинального диаметра, толщины стенки трубы и обозначения действующ его стандарта на полиэтиленовые трубы. Например, труба из полиэтилена ПЭ80, SDR 17,6, номинальным – диаметром 180 мм и номинальной толщиной стенки 10 мм будет иметь следующее условное обозначение: Труба ПЭ80 ГАЗ SDR 17,6-180×10 ГОСТ Р 50838-95.

Полиэтиленовые трубы должны иметь маркировку, которая наносится на их поверхность методом термотиснения с окрашиванием наносимого тиснения, методом цветной печати или другим способом, не ухудшающим качество трубы. Маркировка включает товарный знак предприятия, условное обозначение трубы, месяц и год изготовления. Бухты, катушки, пакеты и блок-пакеты снабжаются ярлыком с нанесением транспортной маркировки.

Трубы должны иметь коэффициент запаса прочности не менее 2,5. Если газопроводы прокладываются в местности с уровнем сейсмической активности более 7 баллов или в районах многолетнемерзлых грунтов, то должны применяться трубы с коэффициентом запаса прочности не менее 2,8, а сварные стыковые соединения должны проходить 100 %-ный контроль физическими методами.

При применении труб с коэффициентом запаса прочности не менее 2,8 разрешается прокладка полиэтиленовых газопроводов давлением свыше 0,3 до 0,6 МПа на территориях поселений с преимущественно одно- и двухэтажной жилой застройкой. На территории малых сельских поселений разрешается прокладка полиэтиленовых газопроводов давлением до 0,6 МПа с коэффициентом запаса прочности не менее 2,5, а глубина прокладки должна быть не менее 0,8 м до верха трубы.

До начала монтажа полиэтиленовых газопроводов должны быть выполнены следующие подготовительные работы:

• разбивка и планирование трассы газопровода;
• земляные работы; отбор полиэтиленовых труб;
• транспортировка труб к месту укладки в траншею; раскладка труб по трассе;
• установка сварочного оборудования.

Полиэтиленовые газопроводы прокладывают на глубине не менее 0,8 с уклоном в сторону конденсатосборника, при этом на 1 м длины газопровода подъем должен составлять не более 5 см.

При укладке труб в траншею под трубы делают постель из песка толщиной не менее 10 см и засыпают также песком слоем 20 см, а потом местным грунтом, если он не песчаный. Допускается прокладка в одной траншее двух полиэтиленовых газопроводов и более, а также полиэтиленового и стального газопроводов. В этом случае расстояние между газопроводами принимается с учетом возможности производства ремонтных работ. Требования по разрыву между полиэтиленовыми газопроводами и другими коммуникациями, а также зданиями регламентированы СНиП.

Полиэтиленовые трубы должны иметь стандартное размерное отношение наружного диаметра трубы к толщине стенки (SDR) не более 11 с коэффициентом запаса прочности не менее 2,5 для перехода шириной до 25 м и не менее 2,8 в остальных случаях. Для полиэтиленовых газопроводов при пересечении ими железных дорог общего пользования и на пересечениях автомобильных дорог первой — третьей категорий необходимо применять полиэтиленовые трубы с SDR не более 11 и с коэффициентом запаса прочности не менее 2,8.

Соединения полиэтиленовых труб со стальными трубами или арматурой выполняются разъемными (с помощью фланцев) или неразъемными. Для труб диаметром до 50 мм допускается применение соединений «полиэтилен — сталь» с резьбовым металлическим концом.

Для разъемных соединений труб, а также для их соединения с металлическими газопроводами используют фланцы. Основные элементы для соединения полиэтиленовых труб — уплотнительное кольцо и конические фланцы (рисунок ниже). При стягивании болтами фланцы движутся по конусной поверхности уплотнительного кольца и обеспечивают плотность соединения.

Универсальное клиновое соединение

1 — соединяемые трубы; 2 — уплотнительное кольцо; 3 — конические фланцы; 4 — соединительные болты

Соединения полиэтиленовых труб между собой выполняются различными методами; враструб; встык; встык с подкладным металлическим кольцом; с помощью приводного патрубка (рисунок ниже).

Соединения полиэтиленовых труб

а — типы соединений: 1 — враструб; 2 — встык; 3 — встык с подкладным металлическим кольцом; б — соединение с помощью приводного патрубка: 1-6 — последовательность изготовления приводного патрубка

При этом в зависимости от диаметра и материала труб применяются различные способы сварки (таблица ниже).

Способы сварки

Номинальный наружный диаметр, мм

Тип материала трубы

ПЭ63, ПЭ80, ПЭ100

С помощью соединительных деталей с закладными нагревателями

Нагретым инструментом враструб

ПЭ63, ПЭ80, ПЭ100

Нагретым инструментом встык

Сварка встык нагретым инструментом применяется для соединения труб и деталей толщиной стенки более 5 мм. Параметры сварки выбираются по специальным таблицам в соответствии с маркой полиэтилена, из которого изготовлены трубы и детали. Технологический процесс соединения полиэтиленовых труб и деталей сваркой встык включает:

• подготовку труб к сварке путем очистки, центровки, механической обработки торцов, проверки совпадения торцов и зазора в стыке;
• сварку стыка путем оплавления, нагрева торцов, удаления нагретого инструмента, осадки стыка, охлаждения соединения.

Перед сборкой и сваркой труб и соединительных деталей необходимо тщательно очистить их полости от грунта и посторонних предметов, а соединяемые концы — от всех загрязнений на расстоянии не менее 50 мм от торцов. Сборка свариваемых труб и деталей, включающая установку, центровку и закрепление концов, производится в зажимах центратора сварочной машины. Закрепленные и сцентрированные концы труб и деталей перед сваркой подвергаются механической обработке с целью выравнивания свариваемых поверхностей непосредственно в сварочной машине.

Основными параметрами сварки встык являются:

• температура нагретого инструмента;
• продолжительность оплавления и нагрева;
• продолжительность паузы между окончанием нагрева и началом осадки;
• давление на торцы при осадке;
• время охлаждения сваренного стыка под давлением осадки.

Изменение величины параметров в процессе сварки производят по специальной циклограмме. Температуру нагретого инструмента выбирают по специальной таблице в зависимости от материала свариваемых труб. Оплавление и нагрев торцов труб и деталей осуществляют одновременно путем их контакта с рабочими поверхностями нагретого инструмента. Продолжительность технологической паузы, необходимой для удаления нагретого инструмента, составляет, как правило, от 3 до 6 с. После удаления нагретого ин- стру мента торцы труб сводят и производят осадку стыка при давлении примерно 0,02 МПа. Осадка стыка осуществляется плавным увеличением давления до заданного уровня. Охлаждение стыка производится под давлением осадки в течение времени, величина которого принимается по специальной таблице. Маркировка (номер стыка и код оператора) сварных стыков производится маркером яркого цвета и наносится рядом со стыком со стороны заводской маркировки труб.

Сварку полиэтиленовых труб соединительными деталями с закладным нагревателем производят:

• при соединении труб с разной толщиной стенки, или при толщине стенки менее 5 мм, или труб, изготовленных из разных марок полиэтилена;
• при реконструкции изношенных газопроводов методом протяжки в них полиэтиленовых труб;
• для врезки ответвлений в ранее сооруженные газопроводы;
• при прокладке новых газопроводов из длинномерных труб (плетей) или в стесненных условиях;
• для варки трубной вставки в полиэтиленовые газопроводы;
• при строительстве особо ответственных газопроводов.

Для вышеперечисленных методов сварки применяют сварочные аппараты, работающие от сети переменного тока, от аккумуляторных батарей или от передвижных источников питания.

Стыковые соединения полиэтиленовых газопроводов, выполненные сварочной техникой со средней и высокой степенями автоматизации, проверяются методом ультразвукового контроля в объеме от общего числа стыков, сваренных каждым сварщиком (не менее одного стыка), в зависимости от давления газа в газопроводе. А сварные стыки полиэтиленовых газопроводов, протянутых внутри стальных, должны подвергаться 100 %-ному контролю.

Применение резьбовых соединений допускается только в случаях, если конструкции изделия обеспечивают безопасность при рабочем давлении и имеется соответствующее разрешение Ростехнадзора России.

Соединение стального газопровода с полиэтиленовым должно, как правило, быть неразъемным по типу «полиэтилен — сталь», а разъемные соединения «полиэтилен — сталь» допускается устанавливать в местах присоединения арматуры, имеющей фланцы или резьбовые соединения.

Наряду с использованием полимерных труб для строительства новых газопроводов широкое распространение получает применение полимерных изделий при ремонте и восстановлении ветхих стальных газопроводов.

Наиболее распространенным методом является протяжка полиэтиленовых труб в ветхих стальных газопроводах, выполняющих роль футляра. Протяжка выполняется с помощью лебедки с барабана от рабочего котлована к приемному котловану, которые сооружаются в начале и в конце восстанавливаемого участка газопровода, а также в местах ответвления.

Присоединение вновь проложенных полиэтиленовых газопроводов и стальных газопроводов, реконструированных методом протяжки полиэтиленовых труб, к газораспределительной сети может осуществляться:

• к стальным газопроводам — с использованием неразъемных соединений «полиэтилен — сталь» и другим методом, утвержденным в установленном порядке;
• полиэтиленовым газопроводам — с помощью соединительных деталей из полиэтилена, муфт с закладным электронагревателем и другим методом, утвержденным в установленном порядке.

Присоединение полиэтиленовых ответвлений без отключения давления в действующем газопроводе выполняется:

• к стальным газопроводам — с применением неразъемных соединений «полиэтилен — сталь»;
• полиэтиленовым газопроводам — с применением седелок крановых и другим методом, утвержденным в установленном порядке.

Врезка стальных ответвлений в полиэтиленовый газопровод производится через стальные вставки длиной не менее 0,8 м.

В соответствии с правилами безопасности Ростехнадзора России периодичность обхода полиэтиленовых газопроводов давлением до 1,2 МПа устанавливается руководством газораспределительной организации, но не реже:

Источник https://ros-pipe.ru/tekh_info/tekhnicheskie-stati/gazovoe-oborudovanie-promyshlennykh-predpriyatiy898/truby-i-ikh-soedineniya/

Источник

Источник