Водопроводная труба

Стальные трубопроводы из углеродистой стали,используемые в промышленности,являются основным материалом для транспортировки воды,циркулирующей воды,охлаждающей воды,сточных вод,а также для повторного использования воды.Благодаря таким преимуществам,как экономичность,подходящие механические свойства и удобство обработки и монтажа,они широко применяются в таких отраслях,как энергетика,химическая промышленность,металлургия,городское водоснабжение,текстильная промышленность и др.Основные требования к системе заключаются в соответствии с коррозионными свойствами водной среды,удовлетворении различных потребностей в давлении и температуре воды,а также обеспечении герметичности и стабильности процесса транспортировки.

I.Основные характеристики и требования к соответствию водной среде

Промышленные стальные трубы из углеродистой стали,контактирующие с водой,должны быть устойчивы к коррозии,образованию накипи,а также к колебаниям температуры и давления.Основные характеристики таких труб включают:устойчивость к водной коррозии,соответствие требованиям,предъявляемым к давлению воды,устойчивость к образованию накипи и простоту обработки.

1.Основы механики и свойства материалов под давлением

Давление при транспортировке промышленной воды варьируется в значительных пределах ( 0.2-1.0MPa городской водоснабжения, 1.0-4.0MPa промышленной циркуляционной воды,высоконапорная охлаждающая вода – 4,0–10МПа).Стальные трубы из углеродистой стали должны обладать соответствующей прочностью на сдвиг и прочностью на растяжение.Причёстные значения прочности для распространённых материалов обычно составляют 235–345МПа,а прочность на растяжение — 410–550МПа.Различные требования к несущей способности можно удовлетворить путём регулировки толщины стенки (обычно3–20мм).Структуры без швов или сварные (в зависимости от диаметра)должны быть свободны от заметных дефектов,чтобы предотвратить утечки под высоким давлением.Стальные трубы без швов лучше подходят для высокодавленных подводных условий,а сварные — для среднего и низкого давления.

2.Сопротивление водной коррозии

В водной среде присутствуют кислород,углекислый газ,ионы хлора,ионы,вызывающие повышенную твердость воды,а также микроорганизмы,которые могут привести к окислительному коррозионному разрушению,электрохимическому коррозионному разрушению,коррозии,вызванной накоплением отложений,и микробиологическому коррозионному разрушению стальных труб из углеродистой стали.Поэтому трубопроводы должны обладать базовыми антикоррозионными свойствами:во-первых,они должны быть изготовлены из углеродистой стали с низким содержанием серы и фосфора,что снижает количество примесей,чувствительных к коррозии;во-вторых,необходимо применять специальные антикоррозионные меры — например,покрытие внутренних стен эпоксидным угольным асфальтом,использование цементного раствора для облицовки,гальваническое покрытие и т.д.;внешние стенки могут быть покрыты антикоррозионной краской или простым покрытием типа 3PE.В-третьих,необходимо корректировать условия,влияющие на качество воды:например,добавлять в циркулирующую воду антикоррозионные вещества для снижения скорости коррозии (обычно требуется,чтобы годовая скорость коррозии не превышала 0,1мм/год).

3.Температуростойкость и устойчивость к отложениям

Диапазон температур промышленной воды очень широк (от комнатной до 150 °C;например,вода для подачи в котлы,высокотемпературная охлаждающая вода).Высокие температуры ускоряют процесс коррозии и образования накипи.Стальные трубы из углеродистой стали должны обладать определенной термостойкостью:в обычных условиях они подходят для использования при температурах до 120 °C;в условиях высокотемпературной среды (120–150 °C)необходимо использовать стальные трубы из углеродистой стали с повышенной термостойкостью (например,марка20G).Внутренняя поверхность трубопроводов должна обладать определенной степенью гладкости (коэффициент шероховатости ≤ 12,5мкм),чтобы снизить образование накипи.Это предотвратит уменьшение диаметра труб,снижение эффективности теплообмена и усугубление местного коррозионного процесса.

4.Способность к обработке и монтажу

Поскольку промышленные водопроводные трубы прокладываются по сложным маршрутам,требуется частое резание,сварка и изгибание.Стальные трубы из углеродистой стали отличаются высокой свариваемостью и пластичностью,после сварки сохраняют стабильные механические характеристики и могут подключаться различными способами — с фланцами,в канавки и другими типами соединений,что обеспечивает гибкость при монтаже на месте.Размеры должны соответствовать требованиям:допуск по внешнему диаметру — ±1,0 %, по толщине стенки — ±1,5 %, что гарантирует герметичность соединения и предотвращает утечку воды.

II.Распространенные материалы,типы и стандарты их применения

Стальные трубопроводы из углеродистой стали,используемые в промышленности,могут быть разделены на бесшовные и сварные в зависимости от способа производства.Выбор материала трубопроводов должен учитывать качество воды,температуру воды и давление воды.Основные требования к качеству трубопроводов соответствуют национальным стандартам.Конкретные классификации следующие:

III.Основные технологии производства

Процесс производства стальных труб из углеродистой стали для промышленных целей,использующих воду в качестве среды,делится на два типа:производство бесшовных труб и производство сварных труб.Основные этапы этого процесса направлены на обеспечение однородности состава материала,снижение количества дефектов и повышение водонепроницаемости труб.

Процесс производства бесшовных стальных труб из углеродистой стали (подходит для использования в условиях высокого давления воды)

Основные этапы процесса:   1. Обработка заготовки из круглой трубы (из углеродистой стали марок 20#, Q345A и т.д.);   2. Повышение температуры заготовки до 1100–1250°C;   3. Прокатка с последующим отверстием (с использованием специальных устройств для создания полых труб);   4. Продолжительный прокат или фиксация диаметра заготовки (регулировка внешнего диаметра и толщины стенки для обеспечения точности размеров);   5. Охлаждение заготовки (воздушным или водяным способом).Избежать образования крупных зерен → Правка формы изделия → Ненавязчивый контроль качества → Обработка от коррозии (покрытие внутренних поверхностей краской,гальваническое покрытие и т.д.)→ Гидравлические испытания → Проверка готового изделия → Загрузка на склад.

Особенности:отсутствие сварных швов,высокая прочность на давление,высокая гладкость внутренней поверхности,низкая склонность к накоплению накипи и коррозии;подходящее для транспортировки промышленной воды под высоким давлением,при высоких температурах и в условиях сложной воды.

2.Процесс производства сварных труб из углеродистой стали (подходит для использования в средах с низким и средним давлением)

(1)Прямолинейно свариваемые трубы:углеродистая сталь в виде рулонов → раскатывание и выравнивание рулонов → формование (сваривание роликами в виде круглых труб)→ сварка высокой частоты (создание непрерывных сварных швов)→ удаление шероховатости поверхности → установка нужного диаметра труб → охлаждение труб → антикоррозионная обработка труб → гидравлические испытания → хранение труб в складе.

(2)Сварные трубы с спиральными швами:углеродистая сталь → формование (спиральное прессование)→ сварка под углом (швы прочные)→ выравнивание → резка трубы → антикоррозионная обработка → гидравлический испытание → хранение.

Особенности:высокая производительность,низкие затраты,широкий диапазон диаметров (DN100–DN2000);подходят для использования в системах городского водоснабжения и очистки сточных вод с большим расходом воды и низким давлением.Сварные швы должны тщательно проверяться для предотвращения утечек.

3.Процесс производства стальных труб из углеродистой стали с гальваническим покрытием (подходит для использования в чистой среде с низким давлением)

Основной процесс производства:   Стальные трубы из углеродистой стали (без швов или с швами)→ Окисление поверхности → Промывка → Гальваническое покрытие цинком (погружение в расплавленный цинк при температуре около 450°Cдля образования цинкового слоя)→ Охлаждение → Ануализация (повышение коррозионной стойкости цинкового слоя)→ Проверка качества → Запаскаль.

Характеристики:толщина гальванического покрытия ≥85мкм;эффективно предотвращает контакт воды с углеродистой сталью,снижает скорость коррозии;подходит для использования в системах водоснабжения бытовых и промышленных объектов.

IV.Ключевые аспекты контроля качества

Учитывая особенности водной среды,при производстве промышленных стальных труб из углеродистой стали,используемых в водных системах,необходимо уделять особое внимание проверке их герметичности,коррозионной стойкости и точности размеров.Основные пункты проверки включают следующее:

1.Проверка герметичности (основной пункт проверки)

Гидравлические испытания:Все готовые трубопроводы должны пройти гидравлические испытания.Вода в трубах подается под давлением,равным1,5разу от номинального давления (для труб с низким давлением — не менее 0,6МПа).Давление поддерживается в течение более 30минут;при отсутствии утечек и постоянных деформаций трубопровод считается соответствующим стандартам.Для трубопроводов,работающих под высоким давлением,дополнительно проводится испытание на герметичность,чтобы обеспечить их стабильную работу в условиях высокого давления.

2.Ненавязчивый контроль (выявление дефектов)

Безшовные стальные трубы:Ультразвуковое исследование (UT)позволяет выявить 100%внутренних дефектов (сокращения,трещины);Электромагнитное исследование (ET)позволяет обнаружить поверхностные дефекты.

– Сварные стальные трубы:Сварные швы должны быть проверены с помощью рентгеновского излучения (RT)или ультразвукового датчика;выборка для проверки должна составлять не менее 30%от общего числа швов.Необходимо убедиться,что в сварных швах отсутствуют дефекты,такие как неплавление металла,поры,трещины и т.д.,чтобы предотвратить коррозию под действием водных сред.

3.Проверка коррозионной стойкости

– Заржавелые трубы:проверка толщины заржавелого слоя (с использованием прибора для измерения толщины покрытий),сопротивления отслоению (тест на сквозьность покрытия;заржавелый слой не должен отслаиваться),а также устойчивости к воздействию солевого тумана (тест на устойчивость к воздействию нейтрального солевого тумана в течение ≥48часов без появления ржавчины).

Труба с антикоррозионным покрытием:проверка адгезии покрытия,его толщины,а также устойчивости к водяному замачиванию (покрытие не должно складываться и не отслаиваться после 72часов замачивания).

– Сырье:необходимо проверить содержание серы и фосфора в углеродистой стали,обеспечить их низкий уровень и повысить коррозионную стойкость материала.

4.Проверка размеров и внешнего вида

– Измерение размеров:лазерный датчик диаметра и толщины стенки;проверка внешнего диаметра,толщины стенки и эллиптичности для обеспечения соответствия требованиям допусков.

-Проверка внешнего вида:визуальный осмотр или осмотр под увеличением поверхности;отсутствие трещин,углублений,повторного покрытия,остатков окислённой плёнки;на поверхности оцинкованной трубы не должно быть видимых участков,покрытых осколками.

V.Примечания к применению и обслуживанию

1.Точное выбора сценариев

Вода под высоким давлением и при высоких температурах (например,вода для подачи в котлы,охлаждающая вода при высоких температурах):используются стальные трубы из неразрезного углеродистого стали марок 20GиQ345A;при необходимости внутренняя поверхность трубы покрывается эпоксидным покрытием.

Вода среднего и низкого давления с большим расходом (например,городская водоснабжающая система,циркулирующая вода)следует подавать с использованием стальных труб из стали Q235Bс прямым или спиральным швом;это позволяет снизить затраты на производство.

Чистая вода под низким давлением (например,водоснабжение бытовых нужд,электронная промышленность):используются гальванизированные стальные трубы или бесшовные стальные трубы с полированной внутренней поверхностью.

– Вода с высокой коррозионной активностью (например,сточные воды,хладагенты,содержащие хлор):используются бесшовные стальные трубы 20#,с внутренним покрытием цементно-мортарным слоем или эпоксидно-угольным асфальтом.

2.Требования к монтажу и строительству

Контроль процесса сварки:бесшовные стальные трубы свариваются методом аргоновой сварки с последующим заполнением сварного шва электрической сваркой.После сварки шлак необходимо своевременно удалять;при необходимости проводится термообработка сварного шва для предотвращения коррозии,вызванной напряжениями.Сварные швы должны быть гладкими,чтобы избежать образования накипи.

– Уплотнение:для фланцевых соединений используются резиновые или металлические уплотнительные прокладки;для водных условий необходимо обеспечить надежное уплотнение.Для соединений с пазами необходимо тщательно зафиксировать крепежные элементы,чтобы предотвратить утечки воды.

– Защита от коррозии:во время монтажа необходимо избегать повреждения гальванически обработанного покрытия или антикоррозийных материалов;повреждения следует незамедлительно восстанавливать путем повторного нанесения покрытия.В местах изгибов и изменений диаметра труб следует использовать специальные изгибы,чтобы снизить риск локальной коррозии,вызванной ударными воздействиями воды.

3.Основные аспекты эксплуатации и обслуживания

– Управление качеством воды:регулярный контроль качества воды (рН,содержание ионов хлора,твердость);поддержание уровня рН в диапазоне 7,5–9,0;предотвращение ускорения коррозии из-за чрезмерной кислотности или щелочности;добавление антикоррозионных и антикаустящих веществ в циркулирующую воду для предотвращения образования накипи и коррозии.

– Регулярный контроль:ежегодно измеряется толщина стенки труб с помощью ультразвукового датчика толщины;особое внимание уделяется участкам,расположенным рядом с изгибами и клапанами,а также в зонах с колебаниями качества воды.Если толщина стенки уменьшается более чем на 10%,такие элементы необходимо своевременно заменить.

-Меры по предотвращению коррозии:внешний антикоррозийный слой проверяется каждые 2–3года,внутренний антикоррозийный слой или оцинкованная пленка — каждые 5лет;повреждённые участки необходимо незамедлительно устранять.В случае длительного отключения трубопровода необходимо сливать внутреннюю влагу для предотвращения коррозии внутренних стенок.