Стеклопластиковые трубы

Введение

Традиционный способ борьбы с коррозией трубопроводов заключается, как известно, в специальной обработке труб и проведении периодической диагностики, что требует достаточно весомых затрат средств и рабочего времени. Применение современных материалов в производстве труб позволяет производителю выбрать между старым способом и новым, радикальным. Он заключается в переходе на трубы, изготовленные из стекловолокна и полимера. При использовании таких труб о существовании коррозии можно просто забыть.

Актуальность вопроса борьбы с коррозией возрастает по мере старения трубопровода. А в России трубопроводы на столько старые, что недалек тот день, когда латать дыры станет бессмысленно. Разумнее и дешевле будет заменить все трубопроводы полностью.

Примерно 30% трубопроводов России имеют «возраст» от 20 до 30 лет, еще 25% – старше 30 лет. Естественно, напрашивается вывод, что искать решение проблемы замены выходящего из строя оборудования необходимо в «новой системе координат». А именно – применять трубы, которые, в принципе, не подвержены коррозии, что позволит впредь не заботиться хотя бы об антикоррозийном покрытии, диагностике и других дорогостоящих процедурах.

С точки зрения экономической эффективности одним из наиболее приемлемых вариантов решения данной проблемы является переход к стеклопластиковым трубам.

Сам по себе стеклопластик (как и другие композитные материалы) разработан и применяется достаточно давно. Но на практике новые материалы с высокими эксплуатационными качествами использовались только в военно-промышленном комплексе. В бывшем СССР распространение новейших технологий на гражданские отрасли тормозилось жесткими правилами соблюдения секретности. Применение импортных композитных материалов было невозможно из-за ограничений, действовавших по системе «КОКОМ», ограничивающей распространение материалов, изделий и технологии «двойного назначения» в социалистические страны и развивающиеся государства. Получался замкнутый круг.

Первые позитивные сдвиги в данном вопросе произошли только в конце 80-х годов.

Свойства стеклопластиковых труб

Стеклопластики представляют собой композитные конструкционные материалы, сочетающие высокую прочность с относительно небольшой плотностью. В разных отраслях промышленности они успешно конкурируют с такими традиционными материалами, как металлы и их сплавы, бетон, стекло, керамика, дерево. В ряде случаев конструкции, отвечающие специальным техническим требованиям, могут быть созданы только из стеклопластика. Изделия из этого материала получили особенно широкое распространение в аппаратах, предназначенных для работы в экстремальных условиях – в судостроении, авиации и космической технике, оборудовании нефтехимической и газодобывающей отраслей.

Мировым лидером в производстве и потреблении изделий из композитных материалов являются США, где их промышленное производство было налажено еще в 1944 г.

Стеклопластиковые трубы были впервые использованы в конце 50-х. В 70-х годах на Западе они стали обычным решением проблемы коррозии трубопроводов.

Основные преимущества стеклопластиковых труб перед традиционными металлическими аналогами:

• в 4 раза легче,
• Низкая стоимость монтажа,
• высокая коррозийная стойкость,
• хорошие гидравлические параметры,
• отсутствие коррозионных отложений на внутренней поверхности,
• исключительно высокая способность выдерживать давление и осевую нагрузку,
• в 4-5 раз больший срок службы.

Большинство стеклопластиковых труб изготавливаются методом намотки стекловолокна со связующим компонентом (таким, как полиэфирная или эпоксидная смола) на оправку. После намотки труба отверждает-ся, снимается с оправки, испытывается и отгружается заказчику.

Особое значение имеют процесс намотки и научно обоснованный подход к разработке технологии этого процесса. Автоматизация намотки, увеличение числа контролируемых технологических параметров, а также повышение точности их контроля и измерения способствуют не только повышению производительности труда и улучшению качества изделий, но и позволяют уменьшить число операций, снизить численность персонала и сделать технологию безотходной.

Другим способом изготовления стеклопластиковых труб является центробежное формование – технология, предложенная фирмой Hobas. Процесс производства этих труб протекает в направлении от наружной поверхности к внутренней, с применением вращающейся формы. Труба изготавливается из рубленых стеклянных волокнистых жгутов (ровингов), полиэфирной смолы и песка.

Трубы из стеклопластика классифицируются по жесткости и номинальному давлению.

Жесткость трубы определяется ее способностью сопротивляться нагрузкам от окружающего грунта и движения транспорта, а также отрицательным внутренним давлениям.

Чем толще стенка, тем выше жесткость и способность к сопротивлению нагрузкам. По жесткости в разных системах стандартизации трубы делятся на следующие классы.

Таблица 1.

По давлению трубы классифицируются по номинальному давлению (PN), под которым подразумевается величина безопасного давления воды в МПа при +20 °С в течение нормируемого срока службы (обычно 50 лет).

Например, стандартные стеклопластиковые трубы фирмы Hobas имеют комбинированные характеристики по рабочему давлению и жесткости, показанные в табл. 2.

Технологические процессы производства стеклопластиковых труб позволяют изготавливать трубы с внутренним покровным слоем, стойким к воздействию разных сред (табл. 3).

В России стеклопластиковые трубы и детали в зависимости от температуры, содержания твердых компонентов, химического состава транспортируемого вещества изготовляют с различными защитными внутренними покрытиями. Их подразделяют на следующие виды:

а – для жидкостей с абразивными компонентами,

х – для химически агрессивных сред,

п – для питьевой холодной воды,

г – для горячей (до 75 °С) воды хозяйственно-питьевого водоснабжения,

с – для других сред.

Толщина слоя внутреннего защитного покрытия составляет от 0,5 до 3 мм, в зависимости от вида покрытия и транспортируемой среды.

В табл. 4, 5 и 6 приведены физико-механические свойства стеклопластиковых труб.

Трубы и соединительные детали из стеклопластика имеют обозначения и изготавливаются под стыковые соединения следующих типов:

Ф – фланцевый,

Б – бугельный,

М – муфтовый,

МК – муфтовый клеевой,

Р – раструбный,

С – специальный (например, резьбовой).

Сортаменты стеклопластиковых труб довольно обширны. Так, например, трубы по ТУ 2296 250-24046478 95 на эпоксидном связующем изготовляются диаметром от 60 до 400 мм на номинальное давление от 0,6 до 4,0 МПа. По ТУ 2296011-26598466 96 изготовляются стеклопластиковые трубы на полиэфирном связующем с раструбно-шиповым типом соединения диаметром от 50 до 1000 мм на номинальное давление 0,6, 1,0 и 1,6 МПа.

Таблица 2.

Таблица 3.

Таблица 4. Физико-механические свойства стеклопластиковых труб на эпоксидном связующем, по данным АО «Прогресс», ТУ 2296-250-24046478-95

Напорные трубы Hobas выпускаются диаметром от 200 до 2000 мм на номинальное давление и класс жесткости, приведенные в табл. 2, а безнапорные – классы жесткости SN 2500, 5000 и 10000.

Все трубы выпускаются длиной 6 или 12 м, другая длина – по специальному заказу.

Область применения

Из-за своих уникальных свойств стеклопластиковые трубы имеют следующее применение:

• системы горячего и холодного питьевого и технического водоснабжения,
• промышленное и коммунальное водоотведение,
• транспортировка агрессивных сред,
• технологические трубопроводы для промышленных установок,
• транспортировка нефтепродуктов,
• системы сероочистки,
• системы пожаротушения,
• прокладка трубопроводов по морскому и речному дну,
• дымоходы для агрессивных сред,
• вентиляционные трубы,
• дренажные и обсадные трубы,
• колодцы,
• фильтры для водоподготовки и др.

Низкая коррозионная стойкость стальных труб и высокая нагрузка, действующая на артезианские водоподъемные колонны, подвигли строителей к поиску труб, изготовленных из новых, высокопрочных материалов. В частности, водоподъемные колонны стали изготавливать из стеклопластика на основе эпоксидных смол. Применение эпоксидной смолы в качестве связующего объясняется более высокой адгезией к стеклонитям по сравнению с другими смолами.

Для обеспечения соответствия трубы санитарно-гигиеническим нормам внутренняя поверхность трубы изготавливается из полимерного, термостойкого, пленочного материала, называемого «лайнером». Трубы изготавливаются с резьбовыми соединениями и кольцевыми уплотнениями. Не большой вес трубы (диаметр 160 мм, длина – 10м, вес 1 м – 3,2 кг) и простой способ соединения позволяют двум рабочим монтировать колонну глубиной 200 м в течение одного часа.

Водоподъемные колонны из стеклопластиков смонтированы в следующих городах: Химки, Красногорск, Мытищи, Клин, Орехово-Зуево, Истра и др.

Еще одним примером применения стеклопластиковых труб может служить создание на их основе установок обратноосмотического обессоливания (опреснения), ионного обессоливания, механических фильтров различной степени фильтрации.

Тем, кто знаком с системами водоподготовки, действующими на промышленных объектах, известно, что большинство таких систем работает с применением химически активных веществ. В таких условиях трубопроводы, изготовленные из высококачественной стали, нуждаются в коррозионной защите внутренней поверхности. При этом стальная труба, футерованная резиной по внутренней поверхности, сопоставима по стоимости со стеклопластиковой. По показателям коррозионной стойкости, рабочей температуре и давлению, низкому коэффициенту гидравлического сопротивления и низкому весу применение труб из стеклопластика гораздо эффективнее. В настоящее время успешно эксплуатируются системы обратного осмотического опреснения производительностью 50 м³/час на ТЭЦ-23 в г. Москве и аналогичная установка производительностью 2 м³/час в Большом театре.

Таблица 5.Физико-механические свойства стеклопластиковых труб на полиэфирном связующем, по данным предприятия «ТсТ», ТУ 2296-011-26598466-96.