Из каких труб строят наружные газопроводы. Сталь

Когда в середине ХХ века в СССР началось массовое строительство газопроводов, выбор делался между чугунными и стальными трубами. Немногочисленные газопроводы в крупных городах, построенные до Великой Отечественной Войны, в основном были чугунными. Трубы соединялись между собой разъемными муфтовыми соединениями, которые часто давали утечку. Сам чугун хрупок, что создавало проблемы при подвижках грунта.

В отличие от чугуна стальные узлы и детали соединяются надежным неразъемным сварным соединением. К тому же к началу 1950-х годов имелся положительный опыт строительства и эксплуатации водопроводных сетей из стальных труб. Их массовое производство было налажено на многих металлургических предприятиях. Поэтому логичным было решение строить газопроводы из стали.

Основные требования к стальным трубам для наружных газопроводов

Для подземных стальных газопроводов используют трубы с толщиной стенки не менее 3 мм, для надземных — не менее 2 мм (рис.1).

Рис. 1 Толщина стенки трубы

В металле должно быть не более 0,25% углерода, 0,056% серы и 0,046% фосфора. Более высокое содержание углерода ухудшает свариваемость стали. Для наружных газопроводов, монтируемых в полевых условиях, качество сварных соединений — важнейший показатель. Хорошо свариваемая сталь устойчива к образованию трещин, а сама сварка может проводится без предварительного подогрева. При содержании углерода более 0,25 % в металле появляются закалочные структуры, которые при термическом воздействии способствуют образованию трещин.

Высокое содержание серы приводит к красноломкости стали. Сера находится в стали в виде легкоплавкого сульфида железа, располагающегося по границам кристаллов, резко снижая прочность структуры. Кроме того, при 988 °C он плавится, что при нагреве ослабляет связь между кристаллами и вызывает появление трещин по их границам. А повышенное содержание фосфора приводит к хладноломкости — появлению трещин при низких температурах.

В России многие регионы находятся в районах Крайнего Севера. Здесь нужна сталь, которая не только не подвержена хладноломкости, но и имеет хорошие показатели ударной вязкости. Этот параметр характеризует способность материала поглощать энергию в процессе деформации и разрушения при ударной нагрузке. Металлоконструкции из стали с низкой ударной вязкостью разрушаются при резких похолоданиях. Например, в январе 2023 года в районе Тынды при температуре минус 45 ℃ лопнул рельс (рис.2). Хорошо, вовремя обнаружили.

Рис.2 Рельс лопнул от мороза

Ударная вязкость металла стальных труб для газопроводов c толщиной стенки 5 мм и более, прокладываемых в местностях с расчетной температурой ниже минус 40 °C и более, должна быть не ниже 30 Дж/см².

Такую же ударную вязкость должны иметь трубы для газопроводов независимо от района строительства:

• c давлением свыше 0,6 МПа и при номинальном диаметре более 620 мм;

• прокладываемых в районах сейсмичностью свыше 6 баллов;

• испытывающих вибрационные нагрузки;

• подземных, прокладываемых в иных особых условиях;

• на переходах через естественные преграды и в местах пересечений с железными дорогами и автодорогами категорий I - III и магистральных улиц и дорог.

При этом ударная вязкость основного металла труб и соединительных деталей должна определяться при минимальной температуре эксплуатации.

Бесшовные трубы

Для стальных газопроводов можно использовать бесшовные и сварные трубы. Бесшовные горячедеформированные трубы (рис.3) по ГОСТ 8731, ГОСТ 32528 и холоднодеформированные трубы по ГОСТ 32678 на сегодняшний день применяются нечасто.

Рис.3 Бесшовные трубы

Из-за сложной технологии производства они дороже сварных. Зато цельная конструкция обеспечивает высокие прочностные свойства и герметичность.

Изготовление бесшовных труб производится в три этапа. Сначала заготовка разогревается до температуры 1180 - 1200 ℃. Затем в осевой части грибовидным сверлом выполняется отверстие (рис.4).

Рис.4 Технология производства горячекатанных труб

В результате получается полая, толстостенная гильза. Далее на обкатном стане производится раскатка. Поверхность заготовки фиксируются между вращающимися валками. Специальный гребень при прокатке разводит валки. Это приводит к уменьшению толщины стенок и подгонке к требуемому диаметру. Для получения необходимых размеров прокатка повторяется несколько раз.

В советское время, когда опыт строительства и эксплуатации газовых сетей еще только нарабатывался, для повышения надежности часто использовали бесшовные трубы. Из них строили газопроводы среднего и высокого давления и обвязку газорегуляторных пунктов (ГРП).

Рис.5 Непровар сварного шва

Но в дальнейшем длительная эксплуатация газопроводов из электросварных труб показала, что они служат не хуже бесшовных. Случаи утечек из продольных сварных швов труб встречаются крайне редко. Причиной является трещина или непровар (рис.5).

Электросварные трубы

На сегодняшний день большинство стальных газопроводов строится из труб электросварных прямошовных и спиральношовных или труб водогазопроводных.

Требования к электросварным прямошовным трубам устанавливаются:

• ГОСТ 10705-80 «Трубы стальные электросварные. Технические условия», который распространяется на стальные электросварные прямошовные трубы диаметром от 10 до 530 мм из углеродистой и низколегированной стали;

• ГОСТ 10706-76 «Трубы стальные электросварные прямошовные. Технические требования» - распространяется на прямошовные электросварные трубы общего назначения диаметром 478-1420 мм;

• ГОСТ 10704 «Трубы стальные электросварные прямошовные. Сортамент» устанавливает размеры труб и предельные отклонения по ним для обоих стандартов.

• ГОСТ 20295-85 «Трубы стальные сварные для магистральных газонефтепроводов. Технические условия» распространяется как на прямошовные, так и на спиральношовные трубы (рис.6). Их диаметр от 159 до 820 мм.

Рис. 6 Труба спиральношовная

Сырьем для производства электросварных труб является штрипс (свернутый в рулоны листовой металл). Его разрезают на ленты, которые подаются в барабанный накопитель. Далее лента поступает в формовочный стан, который сворачивает холодную ленту в бесконечную заготовку (рис.7).

Рис.7 Формование прямошовной электросварной трубы

Сформованная (но с открытой щелью между кромками) труба поступает в сварочный узел стана, где токами высокой частоты происходит сварка кромок. После сварки и снятия наружного грата труба направляется в калибровочно-профилирующий узел, где ей придаются необходимые геометрические размеры.

Трубы водогазопроводные изготавливаются по ГОСТ 3262-75 «Трубы стальные водогазопроводные. Технические условия». Наружный диаметр труб подходит под нарезание трубной цилиндрической резьбы, которая основана на резьбе, изобретенной Джозефом Уитвортом, британским изобретателем и предпринимателем. Из водогазопроводных труб также строят водопроводы и системы отопления зданий.

Размеры стальных электросварных труб по ГОСТ 10705, ГОСТ 10706 на чертежах обозначаются следующим образом: 57 х 3,5 ГОСТ 10704. Здесь 57 – наружный диаметр (57 мм), 3,5 – толщина стенки (3,5 мм). Пример условного обозначения водогазопроводных труб по ГОСТ 3262: труба 15 х 2,8 ГОСТ 3262. Здесь 15 – условный проход (15 мм), 2,8 – толщина стенки (2,8 мм).

 Автор статьи: Вершилович Владислав Адамович

- Место работы - ООО «Газпром газораспределение Нижний Новгород»

- Автор популярных книг и учебных пособий по устройству и эксплуатации газового оборудования

Пройдите курсы по промышленной безопасности
И получите удостоверение

Подробности здесь