93

Дата актуализации: 

19.08.2023

Газопроводы строят из металлических и пластиковых труб. Для наружных газопроводов применяют сталь, полиэтилен, для внутренних – сталь. В отдельных случаях, нечасто, используют медь, металлопластик.

Немного истории

Впервые горючий газ в промышленных масштабах был применен для освещения. В начале XIX века в Англии на улицах установили светильники, в которых горел искусственный газ, получаемый на заводах при перегонке угля. К 1819 году в Лондоне имелось более 51 000 фонарей, к которым было проложено 288 миль подземных чугунных газопроводов.

XIX век был веком чугуна, его применяли везде. Интересный факт: промышленник Джон Уилкинсон (1728 – 1808 гг.) чеканил собственную чугунную монету, носил чугунный цилиндр и после смерти был похоронен в чугунном гробу. Это тот самый «железный человек», который изобрел способ изготовления цилиндров, благодаря чему Джеймс Уатт изготовил первый коммерческий паровой двигатель.

Рис.1 Чугунная пушка 

Производство чугунных труб появилось в процессе, как бы сейчас сказали, конверсии военного производства. Сначала изготовление длинных полых чугунных тел было налажено пушкарями (рис.1). Именно они отработали технологию производства стволов, которые напоминают трубу. Кстати, в тяжелое военное время в 1943 году при строительстве первого в СССР магистрального газопровода «Похвистнево – Куйбышев» из-за нехватки труб были использованы минометные стволы.

История чугунных трубопроводов начинается в XXVII веке во Франции, когда были отлиты и уложены трубы от насосной станции на Сене до дворца Версаль. Сооружение обеспечивало водой королевские фонтаны более 300 лет. И сегодня есть действующие трубопроводы из чугуна, прежде всего канализация и, реже, водопровод. Газопроводов практически не осталось, хотя в Москве они работали до конца XX века.

В России изначально для газопроводов также использовался чугун: недорого, да и технология отработана. Но для сборки труб использовались фланцевые или раструбные соединения, которые требовали высокого профессионализма работников. Со временем они часто давали утечку. Кроме того, чугун в сравнении со сталью более хрупок. Но время стальных труб пришло в XX веке, с изобретением сварки.

Стальные трубы

Первые газопроводы строились в России с 1835 года из чугунных труб. По ним поступал искусственный («светильный») газ, получаемый при перегонке угля. Первые стальные газопроводы были проложены в Москве в 1931 году. В дальнейшем только их применяли при новом строительстве. Если в 1932 году было более 90% чугунных труб, то уже в 1957 году 97% стальных. На долгие десятилетия газовая отрасль стала важнейшим потребителем продукции черной металлургии.

Сталь, также как и чугун, является сплавом железа и углерода. В стали его не более 2%, с увеличением содержания увеличивается твердость и прочность, но ухудшается пластичность. Чаще всего стальные трубы для газовых сетей производят из низкоуглеродистой стали, в которой не более 0,25% углерода. В ответственных случаях используют низколегированную сталь. Она более устойчива к воздействию низкой температуры и менее склонна к холодному растрескиванию, то есть хорошо работает в холодных климатических зонах.

Сталь, из которой изготавливают трубы для газопроводов, должна быть хорошо свариваемой. Сталь с небольшой концентрацией углерода не чувствительна к сварочному циклу и образует прочное сварное соединение.

Рис.2 Трещина сварного шва 

Химический состав и механические свойства этих труб должны отвечать установленным требованиям. Для определения химического состава после изготовления стали проводят ее анализ. Основные химические элементы, на содержание которых обращают внимание - сера (не более 0,056%) и фосфор (не более 0,046%). Фосфор вызывает хладноломкость - появление (или значительное возрастание) хрупкости при понижении температуры. Сера становится причиной появления горячих трещин – красноломкости (рис.2).

Способы изготовления труб

Рис 3. Способы изготовления стальных труб 

По способу изготовления трубы подразделяют на электросварные, трубы печной сварки и бесшовные (рис.3). Электросварные трубы больших диаметров могут иметь продольный (прямошовные) или спиральный шов. Трубы небольших диаметров изготавливают с продольным швом. Прямошовные трубы изготавливают из стальной полосы, которая формуется на трубопрокатном стане в трубу. Получившийся шов проваривается сварочным автоматом.

Бесшовные трубы не имеют сварного шва, поэтому отличаются высокой прочностью. Их изготавливают прошивкой круглого слитка с формированием толстостенной трубы - гильзы. На следующих этапах проводится прокатка гильзы в стандартную трубу. Бесшовные трубы дороже электросварных, поэтому их применение ограничено. В тоже время в эксплуатации находится значительное число газопроводов из бесшовных труб, построенных в 1960-е – 1970-е годы.

Трубы печной сварки имеют самую низкую себестоимость, но качество сварного соединения хуже, чем у электросварной трубы. Нагретая в газовой печи стальная полоса формируется в трубную заготовку, сварка происходит под действием усилия осадки, возникающего при прижатии боковых сторон полосы друг к другу.

В настоящее время для строительства газопроводов в большинстве случаев используют трубы, изготовленные в соответствии с:

- ГОСТ 3262 "Трубы стальные водогазопроводные. Технические условия";

- ГОСТ 10705 "Трубы стальные электросварные. Технические условия";

- ГОСТ 10706 "Трубы стальные электросварные прямошовные. Технические требования".

Водогазопроводные трубы по ГОСТ 3262 имеют некоторые ограничения в применении, их не рекомендуется использовать в ответственных местах: при вибрационных нагрузках на газопровод, на подводных переходах, переходах через автомобильные дороги I-III категории и железные дороги и т.п. Электросварные трубы по ГОСТ 10705 и ГОСТ 10706 применяются без ограничений.

Сортамент стальных труб

Сортамент стальных труб характеризуется условным проходом D_у, наружным диаметром D_нар, а также толщиной стенки S (рис.4).

Рис.4 Размеры труб

Условный проход D_у – это номинальный внутренний диаметр. Ряд условных проходов устанавливается ГОСТ 28338 «Соединения трубопроводов и арматура. Проходы условные (размеры номинальные). Ряды». Величиной условного прохода труб пользуются для подбора арматуры, соединительных деталей и для расчета пропускной способности газопроводов. Для газораспределительных сетей применяются трубы следующих условных проходов: 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500, 600, 700, 800. Возможно использование труб с большими условными проходами, но такие газопроводы встречаются редко.

Наружный диаметр D_нар - величина постоянная, устанавливается нормативным документом (стандартом) на определенный тип труб. Соблюдение точности наружного диаметра необходимо для выполнения стыковых сварных соединений, установки приварных фланцев, нарезки трубной цилиндрической резьбы. Толщина стенки прежде всего определяет механическую прочность трубы, а также способность противостоять внутреннему давлению. Толщина стенки трубы также устанавливается нормативным документом на трубу (стандарт, технические условия).

Внутренний диаметр D_вн приблизительно равен условному проходу D_y, но не совпадает с ним. Он зависит от наружного диаметра и толщины стенки. Чем толще стенка, тем меньше внутреннее сечение трубы. Например, водогазопроводная труба с условным проходом D_у = 15 мм (которую часто называют полудюймовой) имеет наружный диаметр D_нар = 21,3 мм. Толщина стенки такой трубы бывает 2,5 мм (легкие трубы), 2,8 мм (обыкновенные трубы) и 3,2 мм (усиленные трубы). Соответственно, у легких труб внутренний диаметр D_вн = 16,3 мм, у обыкновенных D_вн = 15,7, у усиленных D_вн = 14,9 мм.

Толщина стенки трубы для надземных газопроводов должна быть не менее 2 мм, для подземных - не менее 3 мм. На подводных переходах применяют стальные трубы с толщиной стенки не менее 5 мм.

Сертификат качества

Стальные трубы для газопроводов должны иметь сертификат, в котором указывается:

- размеры труб;

- нормативный документ, по которому они изготовлены;

- марки сталей;

- химический состав стали;

- результаты механических испытаний;

- результаты технологических и гидравлических испытаний;

- отметка о 100% контроле сварных швов неразрушающими методами.

Большая часть газовых сетей в России построена из стальных труб. Альтернатива – пластиковые трубы - появились в 1960-е годы, но сколь-нибудь серьезное строительство полиэтиленовых газопроводов началось в 1990-х годах. О них расскажем в следующей статье.

- 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