Актуальность применения пластиковых труб в газоснабжении
статья

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

Актуальность применения пластиковых труб в газоснабжении

г. Балашов

2020 год

Содержание

1.Введение…………………………………………………………………...3

2. Основная часть…..………………………………………………………..4

3. Заключение…..…………………………………………………………...14

4. Список используемой литературы…..………………………………….16

Доля природного газа в топливном балансе России составляет 60%.

Так как природный газ является высокоэффективным энергоносителем, в условиях экономического кризиса газификация может составить основу социально – экономического развития регионов России, обеспечить улучшение условий труда и быта населения, а также снижение загрязнения окружающей среды.

Газоснабжение представляет собой сложнейшую инженерную систему, обеспечивающую безопасную подачу газа по трубам ко всем потребителям. Трубы для газоснабжения являются составной частью этой сложной инженерной системы. В связи с этим выбор материала труб для газоснабжения имеет первоочередное и определяющее значение. Так как газ - это взрыво-, пожароопасное вещество, трубы для газоснабжения, как и все остальные составляющие части системы газоснабжения должны отвечать определенным требованиям техники безопасности. Поэтому очень важную роль в характеристике используемых труб для газоснабжения играет их прочность, стойкость к коррозии, долговечность и герметичность.  Изучая такие дисциплины как «Материалы и изделия», «Основы строительного производства», «Газовые сети и установки», я решил проанализировать и разобраться в том какой же все - таки материал предпочтительнее для труб, используемых в системах газоснабжения. Следовательно, объектом моего исследования являются трубы.

Основная часть

Для организации газопровода долгое время использовались трубы из свинца и стали – надежные, прочные, долговечные. В конце прошлого века в области строительства произошла настоящая революция: появились полимерные материалы, из которых методом экструзии стали изготовлять пластиковые трубы, в том числе, и газовые. Удобные в монтаже, легкие, безопасные для здоровья изделия стали вытеснять тяжелые металлические.

Для начала я рассмотрю, что представляют собой стальные трубы для систем газоснабжения.

К первой категории относят газопроводы, которые способны выдерживать давление от 6 до 12 атмосфер. Для переноса сжиженных углеводородных газов (СУГ) нормальное давление составляет 16 атмосфер. Прокладка таких коммуникаций может осуществляться как подземным, так и надземным путём, так как их выполняют только из стального материала.

Стальные трубы для газопровода низкого и высокого давления могут применяться в различных климатических условиях, с применением разных технологий прокладки. Нормативными документами разрешено применение таких типов труб:  Бесшовные, полученные методом холодной или горячей деформации.  Сварные с прямым или спиральным швом.  Все материалы для прокладки газопроводных линий должны в обязательном порядке пройти контроль качества. В зависимости от предполагаемого расхода газа и его давления расчетным путем определяется диаметр труб и толщина их стенок. Но, несмотря на полученные результаты расчетов, эти параметры не должны быть меньше, чем нормируемые величины:  При подземной прокладке толщина стенки трубы не должна быть меньше чем 3 мм, при поверхностном монтаже не менее 2 мм.  Для прокладки распределительных сетей высокого давления используются трубы диаметром не менее 50 мм, для ответвлений к отдельным потребителям и внутридомовой разводки линия допускается использование труб не 25 мм. Для изготовления газопроводных труб должна применяться малоуглеродистая сталь с минимальным содержанием серы и фосфора. Соединение отдельных элементов линии должно осуществляться при помощи различных технологий сварки. Устанавливать фланцевые стыки можно только в пределах газораспределительных колодцев, а выполнять резьбовые соединения в подземных условиях не допускается.

Достоинства:

- высокие прочностные показатели;

-  незначительные показатели линейного расширения;

- возможность работы с рабочей средой, имеющей высокое давление;

- надежное герметичное соединение при соблюдении правил стыковки и отсутствии дефектов.

Недостатки:

- появление конденсата вследствие высокой теплопроводности;

- вероятность появления процесса коррозии;

- несгибаемость;

- трудоемкий монтаж методом сварки.

Так подумал я, какие еще можно использовать трубы,  не поддающиеся коррозии, легкие в монтаже?

Оказалось, что такие есть - это полимерные трубы.

Чтобы разобраться в достоинствах и недостатках полимерных труб, необходимо начать с изучения свойств самих полимеров, из которых они изготовлены, так как химическое строение вещества и определяет его будущие свойства.

Полимеры - это высокомолекулярные вещества, молекулы которых состоят из повторяющихся структурных элементов-звеньев, соединенных в цепочки химическими связями. Следует иметь в виду, что характерные свойства полимеров могут быть реализованы только тогда, когда связи вдоль цепи намного прочнее поперечных связей, образующихся вследствие межмолекулярного взаимодействия любого происхождения. Именно в этом и состоит особенность строения полимерных молекул, что определяет весь комплекс специфических свойств полимеров, таких как способность к большим, длительно развивающимся обратимым деформациям; высокая конформационная гибкость цепи - упругость, эластичность; резкое изменение свойств при добавлении небольших количеств низкомолекулярных веществ; способность в высокоэластичном состоянии набухать под действием растворителя - высокая устойчивость к химически агрессивным средам; хорошие диэлектрические и теплоизоляционные свойства.

Полиэтилен (ПЭ)

Полиэтилен - это термопластичный полимерный материал, который получают полимеризацией продукта переработки нефти - этилена, молекулы которого полимеризуются в высокомолекулярное соединение [ - СН2 - СН2 -]n.

В зависимости от условий полимеризации различают три вида полиэтилена: полиэтилен высокого давления (ПЭВД, или низкой плотности ПЭНП), полиэтилен среднего давления ПЭСД и полиэтилен низкого давления (ПЭНД, или высокой плотности ПЭВП). Несмотря на то, что различные виды полиэтилена получают из одного и того же мономера, они представляют собой совершенно различные материалы. Это объясняется разным строением макромолекул и разной способностью к кристаллизации, что влияет на конечные свойства полиэтилена. Полимерные трубы производят из полиэтилена высокой плотности (ПЭНД), имеющий линейное строение и высокую степень кристалличности - жесткий полимер, на его основе производят трубный полиэтилен марок ПЭ63, ПЭ80 и ПЭ100.

В ряду ПЭ63, ПЭ80, ПЭ100 происходит увеличение молекулярной массы и плотности, что приводит к улучшению физико-механических свойств полиэтилена - возрастает прочность на разрыв, разрывное удлинение, длительная прочность, теплостойкость, стойкость к растрескиванию под нагрузкой.

Жесткость, стабильность размеров изделий в широком диапазоне температур, сохранение достаточно высокой прочности и эластичности при низких температурах - повышенная морозостойкость - основные характерные свойства трубного полиэтилена.

Также полиэтилен обладает стойкостью к большинству химически агрессивных сред, лишь при повышении температуры (70ºС и выше) набухает, а затем растворяется в ароматических и хлорированных углеводородах. Масла, жиры, керосин и другие нефтеуглеводороды практически не действуют на полиэтилен. Также материал имеет хорошую стойкость к большинству органических и неорганических кислот, щелочей и солей.

Перспективность применения полиэтиленовых труб обусловлена сочетанием гибкости и прочностных характеристик, устойчивостью к долговременным гидравлическим нагрузкам, надежностью, долговечностью, коррозионной и химической стойкостью.

Поливинилхлорид (ПВХ)

Поливинилхлорид (ПВХ) [ - СН2 - СНCl - ]n - один из наиболее давно известных полимеров, превосходящие все другие по разнообразию возможностей переработки и применения. К преимуществам применения ПВХ относятся широкие возможности модификации полимера разнообразными добавками. В чистом виде ПВХ не используется, так как это крайне нетермостабильный материал, который под действием высоких температур начинает интенсивно деполимеризоваться с выделением хлористого водорода, хлористого винила, окиси углерода и других соединений.

Когда говорят о ПВХ, имеют в виду композицию, состоящую из полимера и разнообразных добавок, делающих полимер способным к удовлетворительной переработке. Поэтому смеси на его основе обычно классифицируют как жесткий и пластифицированный (эластичный) материал. Жесткий ПВХ обычно называют непластифицированный ПВХ - НПВХ. В композицию жесткого ПВХ, из которого изготавливают трубы, вводят стабилизаторы для повышения способности материала к переработке при повышенных температурах и эксплуатации при воздействии внешних атмосферных факторов, модификаторы ударопрочности для увеличения стойкости к различным нагрузкам при эксплуатации, наполнители, повышающие стойкость к воздействии внешних факторов (атмосферостойкость, морозостойкость и т.д).

В зависимости от способа полимеризации различают суспензионный, эмульсионный ПВХ. Для производства пластмассовых труб используют суспензионный ПВХ. Степень полимеризации, молекулярная масса характеризуется константой Фикентчера К, величина которой связана с вязкостью полимера. С ростом К увеличиваются вязкость расплава, теплостойкость и улучшаются физико-механические свойства.

Главные качества ПВХ в строительстве: износоустойчивость, механическая прочность, жесткость, небольшая масса, устойчивость к коррозии, менее чувствителен к УФ-излучению. Однако при низких температурах хрупок, прочность на удар невысока. Но введение в композиции ударопрочных добавок позволяет производить трубу с более высокими физико-механическими показателями. Трубопроводы из ПВХ - сам материал, процесс переработки и свойства готовых изделий подробно исследованы, проанализированы, конструкции проверены и спроектированы таким образом, чтобы отвечать стандартам на протяжении 50 лет (предел прочности) при удвоении давления в ходе эксплуатации.

Имеет высокую длительную прочность, повышенный модуль упругости (до 3000-3500 МПа). ПВХ обладает низкой проницаемостью по отношению к жидкостям, парам и газам.

На сегодняшний день пластиковые трубы приобретают всё большую популярность. Это связано, прежде всего, с тем, что полимерные материалы имеют ряд очевидных преимуществ:

1. Универсальная химическая стойкость труб из ПЭ и ПВХ позволяет использовать их в различных системах - как в канализации, так и в хозяйственно-питьевом водоснабжении.

2. Сам материал (ПЭ и ПВХ), процесс переработки и свойства готовых изделий подробно исследованы, а конструкции проверены и спроектированы таким образом, чтобы они отвечали существующим стандартам на протяжении 50 лет (предел прочности) при увеличении давления в ходе эксплуатации.

3. Полимеры - хорошие диэлектрики, поэтому отпадает необходимость применения изоляции и защиты от блуждающих токов. Кроме того, существует возможность использования трубопровода как электрического защитного.

4. Пластиковые трубопроводы не подвержены коррозии, не зарастают, обеспечивая постоянными качество воды и пропускную способность трубопровода.

5. Несмотря на свою легкость (их плотность в 5-8 раз ниже плотности металлов), они достаточно прочные и эластичные, и способны выдерживать давление до 16 атм.

6. Теплопроводность полимерных труб ниже, чем у металлов, что, в частности, снижает теплопотери и уменьшает образование конденсата на поверхности трубы.

7. Ввиду своей легкости, простоты погрузки и перевозки, полимерные трубы удобны в плане транспортировки - одно транспортное средство способно перевезти большее количество пластикового трубопровода, чем, к примеру, металлического. Легкость установки и монтажа трубопроводов (для НПВХ труб - раструбное соединение, для ПЭ труб - сварное соединение) также является весомым преимуществом.

8. Сварные соединения пластиковых труб сохраняют надёжность в течение всего срока эксплуатации, что подтверждено гидравлическими испытаниями.

9. Довольно значимым для сурового климата нашей страны оказалось снижение вероятности разрушения трубопровода при замерзании жидкости. Полиэтиленовые трубы при этом не разрушаются, а увеличиваются в диаметре, приобретая прежний размер при оттаивании льда.

10. Вероятность утечек и прорывов, т. е. проникновение внешних вод в систему питьевого водоснабжения, значительно мала по сравнению с существующими системами, которые подвержены коррозии и не устойчивы к скачкам давления.

11. Еще одним преимуществом полимерных трубопроводов является простота их использования для устройства подводных трубопроводов. Весь комплекс монтажных работ проводится на берегу, а затем производится постепенное затопление уже готового трубопровода, что облегчает и удешевляет строительство.

12. Трубы из полиэтилена значительно длиннее металлических, поэтому существует возможность укладывать одним отрезком длинные участки.

13. Пластиковые трубы обладают высокими санитарно-гигиеническими показателями.

14. Унифицированный стандарт для полимерных труб (ГОСТ 18599-2001, ГОСТ Р 52134-2003 для труб из ПЭ для водоснабжения, ГССТ Р 50838-95 для газоснабжения, ГОСТ Р 51613-2000 - для напорных систем труб из ПВХ), что обеспечивает возможность приобретать трубы и фитинги разных производителей, все они являются взаимозаменяемыми.

Наряду с достоинствами системы трубопроводов из современных материалов имеют и некоторые недостатки. К ним, в частности, можно отнести старение материалов под воздействием УФ-излучения, однако этот процесс можно замедлить введением антиоксидантов, светостабилизаторов или химическим модифицированием. ПВХ при этом менее чувствительны к излучению, поэтому их используют в водосточной системе и канализации.

Прочность полимеров также зависит от температуры внутренней среды, что ограничивает пределы их использования. Для полиэтилена это значение составляет 0...+40ºС, для поливинилхлорида.  Как правило, для трубопроводов, работающих под давлением, используют неразъемные соединения - сварку встык или муфтовую сварку, хотя нельзя сказать, что фланцевые соединения менее надежны. Разъемные виды соединений более подходят для безнапорных систем, в каждом же частном случае более подходящий способ соединения выбирается исходя из конкретных условий. Сварные и электросварные соединения, используемые для монтажа трубопроводов из полиэтиленовых труб, имеют высокую прочность, герметичны и стойки к внешним разрушающим воздействиям в процессе монтажа и эксплуатации.

Гибкость полиэтиленовых труб и надежность соединений делают полиэтиленовые трубопроводы незаменимыми в сейсмически активных областях и в местах, где возможны подвижки почвы. Сшитый полиэтилен обладает молекулярной памятью: в процессе монтажа труба "самоусаживается" на фитинге, образуя соединение, прочность которого выше прочности самой трубы. Отходов при монтаже или сварке полиэтиленовых труб практически не бывает. Скорость этих операций в сравнении с металлическими трубами выше в 2-4 раза.

В настоящее время сварка является наиболее популярным способом соединения полиэтиленовых труб. Этот способ позволяет соединять трубы непосредственно друг с другом или с фасонными частями.

При строительстве подземных газопроводов широко используется полиэтиленовые трубы, которые обладают рядом преимуществ по сравнению со стальными.

Полиэтиленовые трубы для газоснабжения укладывают прямо в грунт без специальной защиты и изоляции, в которых нуждаются стальные трубы. Полиэтиленовые трубы поставляются в бухтах или намотанными на барабаны.

Высокая пластичность полиэтиленовых труб для газоснабжения и прочность на разрыв позволяют прокладывать их в пучинистых грунтах и в регионах с повышенной сейсмической активностью.

По мнению многих ведущих специалистов газовой отрасли, широкое применение полиэтиленовых труб для газоснабжения способно радикальным образом изменить способы и темпы газификации. Полиэтиленовые трубы обладают целым рядом преимуществ, определяющих целесообразность и высокую эффективность их использования. Срок службы полиэтиленовых труб для газопроводов значительно больше, чем металлических.

Они не боятся почвенной коррозии, не требуют защиты от блуждающих токов, легче стальных в два-четыре раза, выпускаются длинномерными отрезками, требуют меньших затрат на транспортировку. При правильной организации работ, скорость строительства газопроводов с использованием полиэтиленовых труб для газоснабжения в два-три раза выше скорости строительства из стальных труб. Стоимость строительства газопроводов с использованием полиэтиленовых труб в среднем ниже по сравнению со строительством стальных газопроводов. Затраты труда при использовании полиэтиленовых труб в строительстве газопроводов меньше в три раза, чем при монтаже аналогичных стальных конструкций.

Полиэтиленовые трубы характеризуются полным отсутствием коррозии. В отличие от стали, физические и химические свойства полиэтиленовых труб гарантируют герметичность и устойчивость к потере массы под воздействием агрессивных веществ (кислоты, щелочи и др.), находящихся в почве и в транспортируемой среде, в течение всего срока эксплуатации. Полиэтиленовые трубы пластичны, радиус изгиба труб - не менее 10 наружных диаметров.

Поэтому при монтаже трубопровода требуется меньше соединительных деталей, упрощается проектирование и строительство трубопровода. Для сварки полиэтиленовых труб не требуется тяжелая техника, ниже потребление электроэнергии (либо топлива) по сравнению со сваркой стальных труб. Применение длинномерных труб в бухтах снижает количество сварных соединений в 15-20 раз. Все это значительно ускоряет строительство полиэтиленового трубопровода и снижает стоимость монтажа.

Теперь рассмотрим основные недостатки полиэтиленовых изделий:

установка коммуникаций из полиэтилена должна производиться только подземным (закрытым) методом;

такие трубы имеют неплохую устойчивость к температурам, однако, при резких перепадах температур их использование не рекомендуется. Особенно это касается низких температур;

кроме этого, существуют ограничения по глубине прокладки таких трубопроводов — не менее 1 м;

под автополотном или другим инженерным сооружением прокладка газопровода из полиэтиленовых труб проводится с использованием специальных защитных футляров. Такие футляры, как правило, производятся из стали;

установка ПНД труб должна производиться специалистами, которые имеют разрешение на это и обладают строительными навыками в этой области.

Тот факт, что такие трубы имеют плохую сопротивляемость к ультрафиолетовым лучам, препятствует их прокладке внутри помещений. А если всё-таки выполнить открытый монтаж, то тогда они довольно быстро потеряют свои качества и придут в негодность. Этого допускать нельзя, так как рабочая среда в таких конструкциях — горючий взрывоопасный газ. Поэтому такие коммуникации монтируют, как правило, под землёй, закрытым способом.

Стоит также отметить, что трубы для газопроводов низкого давления, которые относятся к 1 и 2 категории, категорически запрещается прокладывать в местах, где могут быть заложены переходы через какие-либо препятствия в городах и других населённых пунктах.

Полиэтиленовые трубы, применяемые для газоснабжения, производятся только с использованием первичного полиэтилена. Это связано с повышенными требованиями к безопасности для газопроводных коммуникаций.

Заключение

 Проанализировав и изучив разновидности материала труб, используемых в газоснабжении: надеюсь, что с развитием полимерной индустрии будущее будет за пластиковыми трубами.

Так ниже приведенные достоинства все же сделают их незаменимыми в будущем.

монтаж таких труб отличается простотой. Кроме этого, скорость проведения установочных работ полиэтиленовых деталей выше, если сравнивать с металлическими трубами;

полиэтилен имеет резистентность к агрессивным химическим веществам и не нуждается в дополнительной электрохимической защите;

не нуждаются в монтаже гидроизоляционных материалов, так как сами обладают отличными характеристиками;

полиэтиленовые детали соответствуют всем государственным стандартам качества;

гладкие стенки таких изделий обеспечивают высокие пропускные показатели. В отличие от металлических деталей, на их стенках не оседают солевые отложения и прочие, сужающие просвет трубы, частицы;

полиэтиленовые трубопроводы являются экологически чистыми и не выделяют вредных веществ, которые могут причинить вред человеческому здоровью.

эксплуатационный срок полиэтиленовых трубопроводов значительно выше, чем у металлических аналогов. При нормальной эксплуатации он может достигать 50 лет, а в некоторых случаях — больше;

стоимость на такие изделия ниже, чем на металлические, что для многих строительных компаний является основополагающим фактором.

также стоит упомянуть, что они отличаются низкими воздухопропускными и газопропускными показателями. Это очень важный момент, учитывая тот факт, какая именно среда транспортируется по полиэтиленовым газопроводам.

Список используемой литературы

1. СНиП 42-01-2002 «Газораспределительные системы»

2. СП 42-101-2003 «Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб»

3. http://www.polimerbud.com/

4. http://htplast.kharkov.ua/ru

5. http://etp.com.ua/