Выбор труб по диаметру для организации водопровода

В трубопроводных сетях могут применяться трубы разных диаметров, соединяемых между собой переходами и, при создании веток, тройниками. В этой статье мы поговорим о правильном подборе диаметра трубы для различных участков такого трубопровода: от станции (применяются ТБД) до разводки по зданию назначения.

Какие классификации влияют на характеристики труб

В первую очередьвозможность применения ТБД в устройстве водопровода определяется материалом изготовления. Углеродистые низколегированные стали прекрасно подходят для функционирования в условиях высокой влажности, при перепадах температур и высокой разнице температур окружающей среды и транспортируемого вещества. Кроме того, они обладают и другими важными характеристиками: ударопрочные, устойчивы к слому при гибе, но при этом не изменяют свои габаритные характеристики под воздействием внешних и внутренних факторов.

Однако перечисленные выше свойства являются обобщенными. Нужно учитывать, что при повышении содержания углерода в сплаве будет в процентном соотношении меняться и его характеристика. Так стали с высоким содержанием углерода становятся более прочными, но менее пластичными. Иногда это также влияет на снижение вязкости сплава. Низкоуглеродистые стали, содержание углерода в которых не превышает 0,3%, наоборот, обладают высокой вязкостью. Чтобы было понятно, как это влияет на работу трубопровода, стоит пояснить, что вязкость – это свойство металла растягиваться, упреждая возможность разрыва и восстанавливая незначительные вмятины при физическом воздействии. Чем выше вязкость, тем большие усилия придется приложить, чтобы на трубе появилась трещина. В этом случае производители не делают акцент на том, является ли сталь высокоотпущенной или низкоотпущенной (это два варианта термообработки) – на характеристику вязкости это не влияет или влияет незначительно.

Но и здесь стоит оговориться: вязкость – параметр, который начинает «работать», если изделие толстостенное. Для ТБД с тонкими стенками (изготовленными из стального листа до 10 мм)  лучше использовать прочные сплавы с высоким содержанием углерода. При этом температура отпуска стали увеличивается, чтобы достичь максимального показателя трещиностойкости.

Например,

сталь 45 достигнет максимального уровня трещиностойкости при отпуске под температурами от 400 до 500 градусов Цельсия: в этом случае достигается оптимальный баланс пластичности и прочности.

Соответственно для других сталей с иным процентным соотношением углерода и других вспомогательных элементов, температура будет изменяться. Для более углеродонасыщенных сталей диапазон температур отпуска существенно выше. Но переступив через оптимальный диапазон, мы получим не более пластичный сплав, а разупрочненный состав, где слабость металла не будет перекрываться пластичностью.

Легированные стали относят к низкоуглеродистым, где содержание С не превышает 0,2%, а легирующих компонентов – от 2 до 3%. Железо чаще всего легируется кремнием или марганцем, либо и тем и другим:

• марганцевые легированные стали: 14Г, 19Г, 09Г2
• кремне-марганцевые: 12ГС, 09ГС, 10Г2С1

Последние будут более прочными, но менее пластичными.

При выборе материалов для изготовления водопроводных систем стандартной нагрузки (например, для обеспечения коммуникациями квартала) лучше выбирать низколегированные стали: у них высокая хладостойкость, малый износ, коррозийная стойкость и медленное физическое старение (усталость металла).

Вторым и не менее важным аспектом применимости стальных труб в водопроводных системах является способ сварки элементов металлолпроката.

1. Самый распространенный тип труб для таких трубопроводов – электросварные прямошовные. Они изготавливаются по разным стандартам ГОСТ и ТУ, но наиболее часто в проектных сметах встречаются трубы ГОСТ 10704-91 (общего назначения) и ГОСТ 3262-75 (узкоспециализированные трубы, предназначенные для эксплуатации в водогазопроводных системах). Сортамент таких труб позволяет полностью обеспечить потребности строительного рынка, занимающегося прокладкой трубопроводных сетей жидкостей: диаметры от 10 до 1420 мм при толщине стенки 1-32 мм. Более того трубы производятся мерной, немерной и кратной мерной дин, что упрощает расчеты расходов материала при проектировании. Прямошовные трубы могут использоваться в условиях умеренного давления и температуре транспортируемой среды до 420 градусов Цельсия. Однако здесь есть свои нюансы: для труб с диаметром более 820 мм допустимо изготовление из двух заготовок, то есть готовое изделие будет иметь два продольных шва. Не всегда проект допускает использование таких труб. Причем, ограничение связано не с малой прочностью шва, так как разрыв чаще происходит как раз на поверхности трубы, а наоборот с его жесткостью, а значит, меньшей адаптивностью к изменениям давления (слабая вязкость).
2. Для таких трубопроводов, где предусматривается повышенное давление или давление со скачущим показателем могут применяться спиралешовные трубы. Их основное отличие – фактически, вне зависимости от диаметра продольный шов всегда будет один, но располагается он по спирали. Проваренные по всему диаметру и по всей длине ТБД могут выдерживать большие нагрузки. Их используют даже в районах с высокой сейсмической активностью. Более того, их сортамент предлагает трубы с диаметром большим, чем прямошовные: до 2520 мм (номинальный размер по наружней стенке трубы). Стандарт изготовления такого металлопроката ГОСТ 8696-74, длина единицы продукции – 10-12 метров, толщина стенки 3,5-25 мм.
3. Бесшовные трубы при устройстве трубопроводов используются редко. Исключение составляют сети на ответственных участках производств, где строго не допустима любая аварийная протечка, так как давление в таких трубах достигает экстремальных показателей. Кроме того сортамент больших диаметров труб очень ограничен – только горячедеформированные и диаметром до 550 мм. Чаше трубы такого типа можно встретить в гидравлических комплексах или в нефтегазовой отрасли.
4. Еще один тип труб по способу сварки – обечаечные трубы. Это стальные изделия, которые сварены из цилиндрических заготовок, то есть одна труба может состоять из нескольких таких элементов, а значит, иметь несколько поперечных сварных швов. Кроме того, в случае с ТБД, каждый цилиндр может изготавливаться из двух заготовок, то есть готовая труба будет иметь и продольные швы, которые свариваются, как правило, не стык в стык, а «шов к поверхности».

Назначение труб в водопроводных системах

Водопроводная система – это большой комплекс, включающий в себя не только рабочий трубопровод, но и водоотводные, перераспределительные узлы, водохранилища и напорные установки. В зависимости от участка использования, будет меняться и тип применяемой трубы:

• ее диаметр,
• толщина стенки,
• способ изготовления.

Технологические участки. Здесь трубопроводная система состоит не только из труб, но и из тройников, переходов и заглушек (то есть фасонных изделий металлопроката). Такие участки служат для регулирования давления, объема подаваемой жидкости и перераспределения транспортируемой среды в другие участки. В этом случае основным показателем будет не диаметр трубы, а толщина стенки – как правило, на узловых участках монтируют трубы с большей толщиной стенки, так как присоединяемые элементы (например. тройники) всегда выпускаются с утолщением, а появление ступеньки при сварке крайне недопустимо (Наиболее популярные диаметры: 530 мм; 820 мм с толщиной стенки 10 или 12 мм; 1020х14 мм; 1220 мм при толщине стенки 12-14 мм).

Основной трубопровод. При организации центральной ветки водовода используют прямошовные углеродистые ТБД. При необходимости их изолируют одним из возможных способов: ВУС, ППУ, ЦПП. Так как поток жидкости на этих участках стабилен, дополнительных требований к прочности проектами не предъявляется. (Наиболее популярные диаметры 820 мм, 1020 мм, 1220 мм и 1620 мм)

Ответственные участки. Это могут быть участки трубопровода, которые прокладывают в сложных грунтах (влагонасыщенных, сыпучих, подвижных). Так как любые манипуляции по укреплению рабочей части трубопровода нежелательны (любое физическое вмешательство, будь то прямое крепление к укрепляющим грунт конструкциям или иное воздействие), на таких участках используют футляры-кожухи, которые также представляют собой ТБД, но большего диаметра, чем основной трубопровод. В качестве этих панцирей как раз применяют обечаечные трубы, либо, как альтернатива – любые иные стальные сварные трубы, которые уже были в употреблении и по эксплуатационному сроку не подлежат использованию в качестве транспортирующих элементов. Также могут использоваться новые сварные прямошовные трубы, если этого требует проектная документация. (Наиболее популярные диаметры труб 630 мм, 720 мм, 1420 мм, 1620 мм).

Участки непосредственно от котельной. Здесь используются исключительно бесшовные котельные трубы, способные выдерживать давление свыше 98 МПа и температуру транспортируемой среды более 500 градусов Цельсия. Максимальный большой диаметр таких труб – 530 мм.

Зависимость выбора диаметра трубы от схемы трубопровода

Первое, что следует принимать во внимание проектируя трубопроводную систему (на примере жилого частного дома), это то, что номинальный диаметр трубы, указываемый в ГОСТах или документации, сопровождающей поставку – это диаметр, замеряемый по наружней стенке. То есть пропускная способность такой тубы будет меньше на толщину стенки. Например, стальная труба 630 мм с толщиной стенки 4 мм фактически имеет рабочий диаметр 626 мм. Если не принимать во внимание этот факт, напор воды может создать избыточное давление, что приведет к разрыву.

Второйнемаловажный фактор – количество переходов и разветвлений трубопровода. Если предполагается значительное число поворотов, следует увеличить диаметр труб основного водовода, чтобы разгрузить систему, опять же, обезопасив от избыточного давления. Однако делать это в произвольном порядке недопустимо, иначе может возникнуть обратная реакция: при открывании крана и выпуска воды давление в трубопроводе может снизиться настолько, что обеспечить другие узлы выхода вещества не удастся. Для разгрузки системы применяют стояки и отстойники воды.

Помимо этого необходимый диаметр трубных элементов прямо пропорционален их общей длине.

Например,

для обеспечения водой здания с трубопроводом протяженностью 30 м достаточно трубы с поперечиной 25 мм, а для магистралей в 500 м уже потребуется труба большого диаметра.

При проектировании серьезных водопроводных систем, которые будут обеспечивать целые производственные комплексы или районы города, используют сложную формулу:
 

Наша компания реализует стальные трубы для разных участков водопроводных систем: от труб для котельных и магистральных ТБД до труб, предназначенных для эксплуатации в узлах-ответвлениях. Подробнее с сортаментом продукции вы можете ознакомиться в разделе Трубная продукция, Фасонные изделия. Наличие на складе стальных кожухов вы можете уточнить через форму обратной связи.