Какое давление выдерживают стальные трубы

Перед прокладкой трубопроводной системы разрабатывают проект, при этом учитывают допустимое давление в трубопроводе. Кроме номинальных величин предусматривают дополнительный запас прочности на случай возникновения аварийных ситуаций, непредвиденных гидроударов. Полученные значения влияют на выбор трубопроката, арматурных элементов.

Для небольших гидронагрузок при температуре до +70°C применяют полипропиленовые трубные изделия. Для более сложных условий эксплуатации подходят стальные трубы, их основные характеристики:

• высокие прочностные показатели;
• устойчивость к действию рабочих сред и внешних агрессивных воздействий;
• стойкость к нагреву, охлаждению;
• низкий коэффициент теплового расширения;
• обширный сортамент;
• продолжительная эксплуатация, в антикоррозионном исполнении (нержавеющие стали, металлоизделия с защитным покрытием) до тридцати лет и выше.

Почему так важно, какое давление выдерживает труба. Неправильный подбор металлоизделия, несоответствие установленным нормативам может привести к разрывам и протечкам. Особенно это опасно для пара, горячей воды, агрессивных химических соединений. Скорость износа определяется сочетанием давления, температуры, их скачков, а также степенью агрессивности перемещаемых веществ.

Факторы, влияющие на предельное давление в трубах

• Толщина стенки. Чем она толще, тем прочнее изделие. Изготавливают особотонкостенными, тонкостенными, толстостенными, особотолстостенными.
• Диаметр. Условное деление: малые до 114 мм, большие свыше 530 мм, средние находятся между этими цифрами. Чем больше D, а следовательно и объём транспортируемой среды, тем ниже запас прочности.
• Материал. Марка стали, её химический состав напрямую влияет на способность держать заданный нагрузочный режим. Такие элементы как углерод, марганец, хром, никель, молибден, титан, ванадий, кремний положительно влияют на прочность, а сера, фосфор, кислород, водород повышают хрупкость сплава.
• Тип трубы: бесшовная или электросварная. От способа производства зависит прочность стенок. Наличие шва служит проблемной зоной, в которой возрастает вероятность разрывов.
• Рабочая температура. Для стальных сплавов определены температурные границы, выход за пределы которых приводит к быстрому разрушению.
• Качество сварного шва. Некачественная сварка приводит к разрыву и образованию трещин.

Сравнение давления для труб разных типов

Таблица 1

Из таблицы видно, что сварные металлопродукты предназначены для работы при более низких температурах менее 350°C и давлении до 16 МПа в отличие от проката без шва (не более 450°C и 25 МПа соответственно).

Максимальное давление в стальных трубах

Таблица 2

Какие выводы можно сделать? Допустимое максимальное давление выше:

• в бесшовных трубах по сравнению с электросварными;
• чем больше толщина стенки;
• в сталях с большим содержанием соответствующих легирующих добавок.

Формула расчета давления в стальных трубах

P = (2 * S * σ) / DхSF
где:
P — допустимое давление (МПа);
S — толщина стенки, D — наружный диаметр в миллиметрах;
σ — предел прочности материала (МПа);
SF — коэффициент безопасности.

Р складывается из рабочего давления и его возможного резкого увеличения (например, сработка предохранительного клапана). Допустимое напряжение в металле приводится в технической документации. Проверяют показатель при помощи гидравлических испытаний.

Пример: графики зависимости расчетного давления от толщины стенки для диаметра 89 мм (стали: Ст. 20, 09Г2С, 17Г1С).

Давление в водопроводных и бесшовных трубах

Таблица 3

На величину показателя (Р) влияет тип проката и его назначение:

• водогазопроводные трубы (ГОСТ 3262-75) производят методом сварки, выдерживают давление до 25 бар, предназначены для оборудования водопроводных и отопительных систем;
• горячедеформированные бесшовные (ГОСТ 8732-78) изготавливают горячим прокатом металлических заготовок; как более прочный вариант (Р до 160 кгс/см2) металлопрокат находит применение в нефтегазовой отрасли, в различных отраслях промышленности.

Потери давления в трубопроводах

Возрастание гидравлического сопротивления в трубопроводной сети зависит от следующих факторов:

• увеличение шероховатости вследствие осаждения загрязнителей на стенках; параметры и режим перемещения рабочей среды: турбулентный или ламинарный;
• размеры и форма трубопроводной линии (изгибы, сужения);
скорость потока;
• степень вязкости транспортируемой жидкости.

Как подобрать трубу по давлению

Для этого необходимо:

• определить рабочие параметры (давление, температура, среда);
• выбрать подходящий к условиям эксплуатации материал и стандарт;
• проверить толщину стенки по таблицам;
• учесть число точек разбора, возможные гидравлические потери;
• заложить запас прочности 20–30%.