Полиэтиленовые трубы 2.

За последние годы в отечественном газовом хозяйстве широкое применение находят полиэтиленовые технологии как в строительстве, так и в производстве ремонтных работ. Важным этапом в развитии отечественных полимерных технологий явилось создание в 1997 г. Координационного совета по вопросам использования пластмассовых труб, полимерных и других материалов. В состав Координационного совета входят представители федеральных ведомств - Госстроя, Минэнерго, Госстандарта, Госгортехнадзора, а также РАО "Газпром", ОАО "Росгазификация", других организаций и предприятий, выпускающих пластмассовые трубы, соединительные детали, механизмы, оборудование, средства технической оснастки, представители организаций, занимающихся проектированием, строительством, эксплуатацией систем газоснабжения.
Деятельность Координационного совета направлена:
на решение проблем создания новой техники, технологий и проектов;
внедрение пластмассовых труб и полимерных материалов в системах газоснабжения;
содействие реализации прогрессивных технических решений;
организацию эффективного взаимодействия российских и зарубежных хозяйствующих субъектов.
В настоящее время с активным участием Координационного совета решены многие научно-технические, организационные, производственные и кадровые вопросы, связанные с широким развертыванием строительства газопроводов из полиэтиленовых труб.
В 1997 г. в стране было создано ЗАО "Полимергаз", выполняющее функции рабочего органа Координационного совета и научно-методического центра при Госгортехнадзоре России по сертификации полимерных труб и материалов, соединительных элементов и монтажно-сварочного оборудования для распределительных систем газоснабжения. Регулярно издается ежеквартальный журнал "Полимергаз", освещающий передовой отечественный и зарубежный опыт в области строительства и эксплуатации полиэтиленовых газопроводов.
В стране создана современная нормативно-техническая база для внедрения полимерных технологий, освоен выпуск отечественных полимерных труб и материалов, проведена работа по подготовке руководящих кадров по использованию в газовом хозяйстве полимерных труб и материалов соединительных элементов и монтажно-сварочного оборудования.
Продолжение следует ...

Полиэтиленовые трубы.

Для соединения полиэтиленовых труб применяют контактную сварку встык или враструб. Соединяемые поверхности нагревают до 200 градусов, после чего концы труб сближают и осаживают под давлением. Винипластовые трубы сваривают и склеивают.
Для разъемных соединений полиэтиленовых труб, а также для их соединения с металлическими газопроводами используют фланцы.
Основные элементы для соединения полиэтиленовых труб - уплотнительное кольцо и конические фланцы.
При стягивании болтами фланцы движутся по конусной поверхности уплотнительного кольца и обеспечивают плотность соединения.
На начальном этапе развития газового хозяйства для сооружения подземных газопроводов применялись, как правило, чугунные трубы. По мере развития научно-технического прогресса на смену чугунным трубам пришли стальные, а на смену стальным приходят полиэтиленовые трубы.
Применение полимеров для строительства и ремонта газопроводов в РФ началось с 60-х гг. прошлого века. В 1960-х гг. были сооружены несколько экспериментальных полиэтиленовых газопроводов в Тамбове, Санкт-Петербург, Саратовской области и Краснодарском крае.
Однако строительство полиэтиленовых газопроводов в то время не получило широкого распространения, прежде всего, из-за отсутствия нормативно-технической документации по проектированию, строительству и эксплуатации полиэтиленовых газопроводов, неотработанной технологии строительства полиэтиленовых газопроводов, отсутствия соответствующих соединительных деталей и фитингов, низкого качества труб.
После внедрения полиэтилена в газовой промышленности США в начале 1960-х гг. во многих странах произошла революция в строительстве газопроводов. Огромная популярность полиэтилена объясняется его преимуществом по сравнению с чугуном, сталью и другими полимерами.
В 1997 г. в журнале "Полимергаз" № 4 Удовенко В. Е. отмечал, что "... можно говорить о появлении новой концепции развития газораспределительных систем России". В том же журнале автор писал, что новые технологии строительства, реконструкции и эксплуатации полиэтиленовых газопроводов способствуют:
лучшей организации работ и экономии средств для их проведения;
повышению надежности и безопасности систем газораспределения;
решению многих экологических проблем.
  Новая концепции развития газораспределительных систем РФ на основе широкого внедрения полиэтиленовых труб находит отражение в соответствующих нормативных документах по проектированию, строительству и эксплуатации полиэтиленовых газопроводов, восстановлению стальных газопроводов с помощью полимерных материалов, производству отечественных труб и сварочного оборудования.
 продолжение следует....

Разъемные соединения.

Помимо сварных соединений на газопроводах применяют разъемные соединения, которые используют в местах установки отключающих устройств, компенсаторов, регуляторов давления, контрольно-измерительных приборов и другой арматуры.
К соединительным частям и деталям газопроводов и газового оборудования относят отводы, тройники, переходы, фланцы, заглушки, муфты, контргайки, сгоны и др.
Отводы бывают гнутыми и сварными. Гнутые делают из бесшовных труб диаметром до 400 мм. Сварные отводы изготовляют для газопроводов диаметром более 150 мм. Предпочтительнее использовать гнутые отводы, так как у них меньше сварочных соединений и они создают незначительные сопротивления потоку газа.
Тройники или крестовины применяют для устройства ответвлений от газопровода в одну или две стороны. Они могут быть проходными и переходными. Переходы применяют в тех случаях, когда необходимо изменить диаметр газопровода. Фланцевые соединения устанавливают возле задвижек, кранов и другой арматуры там, где необходимо иметь разъемное соединение. Различают следующие типы стальных фланцев: плоские приварные, приварные встык, свободные на приварном кольце, свободные на отбортованной трубе. Фланцы, приваренные встык, для соединения с трубой имеют разделанную кромку под сварку. Свободные фланцы не приваривают к трубам, а опирают на приварное кольцо или бурт отбортованной трубы. Фланцы крепят болтами, количество их зависит от диаметра присоединяемых труб.
На качество фланцевых соединений влияет подготовка уплотнительных поверхностей, поэтому на каждом фланце делают не менее двух уплотнительных канавок. Герметичность фланцевых соединений обеспечивают различными прокладками толщиной 3...5 мм. Кроме паронита применяют маслобензостойкую резину, алюминий и медь.
Изолирующие фланцы устанавливают на газопроводах для предотвращения движения блуждающих токов из одной части трубопровода в другую. Во фланцевом соединении, состоящем из свободных фланцев на приварных кольцах, устанавливают диэлектрические прокладки из паронита, текстолита, клингерита и др. Между приварными кольцами помещают текстолит, а для изоляции болтов используют изолирующие гильзы и шайбы.

Механическое испытание сварных соединений труб.

Механическое испытание сварных соединений труб диаметром менее 50 мм производят на целых стыках на растяжение и сплющивание. При этом половину вырезанных контрольных стыков испытывают на сплющивание и половину - на растяжение.
Результаты испытаний на сплющивание положительны, если величина просвета между сжимающими поверхностями пресса при появлении первой трещины на шве не превышает пять толщин стенки трубы.
При неудовлетворительных результатах механических испытаний образцов сварного шва при дуговой, газовой и прессовой сварках повторно испытывают удвоенное количество образцов. Если результаты этих испытаний будут неудовлетворительными хотя бы на одном образце, то все стыки, сваренные сварщиком, проверяют физическими методами контроля, а сварщика допускают к работе только после прохождения практики и получения положительных результатов при сварке пробного стыка.
На каждый участок строящегося газопровода составляют сварочную схему, на которой указывают наименование объекта, номер стыка, расстояние между стыками, шифр сварщика, привязку стыков в характерных точках, стыки, проверенные физическими методами, а также места, в которых вырезаны стыки для механических испытаний.

Производство сварочных работ.

К производству сварочных работ на газопроводах допускаются сварщики, сдавшие соответствующий экзамен и имеющие специальные удостоверения. Каждому сварщику присваивают шифр, который он простовляет на расстоянии 30 мм от сваренных стыков. Качество сварочных работ периодически контролируют. При этом проводят следующие операции.
1. Проверку качества применяемых материалов.
2. Пооперационный контроль в процессе сварки стыков. По внешнему виду сварные швы должны иметь слегка выпуклую поверхность и плавный переход к телу трубы. Высота швов должна составлять 1...3 мм, а ширина - не превышать 2,5 толщины стенок труб.
3. Контроль физическими методами (рентгено- или гаммаграфированием и магнитографированием в сочетании с просвечиванием рентгеновскими или гамма-лучами). Существуют специальные нормы испытания в зависимости от давления газа, назначения газопроводов, условий их эксплуатации и т.д.
Сварные стыки бракуют при наличии дефектов, обнаруженных физическими методами контроля: трещин любых размеров и направлений; непровара по сечению шва; непровара в корне шва; газовых пор и шлаковых включений шва; скоплений газовых пор в отдельных участках шва.
4. Механические испытания стыков сварных швов подземных, надземных и внутренних газопроводов, сваренных электродуговой или газовой сваркой (независимо от рабочего давления).
Для механических испытаний стыков, сваренных электродуговой, газовой и прессовой сваркой, из стыка вырезают три образца с неснятым усилением для испытаний на разрыв (растяжение) и не менее трех образцов со снятым усилением для испытаний на изгиб.
Сварные соединения должны иметь предел прочности не менее нижнего предела прочности основного металла труб; угол загиба - не менее 120о при электросварке, не менее 100о - при газовой.
Результаты испытаний на растяжение и изгиб определяют как среднее арифметическое результатов, полученных при испытании образцов для указанных видов испытаний.
Результаты механических испытаний считают неудовлетворительными, если среднее арифметическое результатов испытаний на растяжение и изгиб ниже установленных норм: результат испытаний хотя бы одного образца на 10% ниже установленной нормы.

Ручная электродуговая сварка.

При ручной электродуговой сварке под действием теплоты электрической дуги, образующейся между электродом, подсоединяемым к одному полюсу, и свариваемым материалом, подсоединяемым к другому полюсу источника тока, оплавляются кромки свариваемых материалов и конец электрода.
  Сварку можно вести на постоянном и переменном токах. Источником постоянного тока служат передвижные агрегаты САК, ПАС, имеющие генераторы постоянного тока и приводимые в действие двигателями внутреннего сгорания. Источником переменного тока служат сварочные трансформаторы.
  Ручная электродуговая сварка обеспечивает хорошее качество сварных соединений и широко распространена в городском газовом хозяйстве.
  Наибольшее распространение получило V-образное соединение встык, которое используют в трубах различных диаметров и при разных методах сварки при толщине стенки более 4 мм. Такое соединение требует тщательной обработки концов свариваемых труб.
  Для ускорения процесса сварки и повышения надежности провара шва применяют подкладные кольца. Подкладное кольцо, создавая местные сужения, увеличивает сопротивление потоку газа. Поэтому для газопроводов низкого давления, а также других газопроводов диаметром менее 200 мм соединения встык с остающимся подкладным кольцом не рекомендуются.
  При неправильной технологии сварочных работ сварочный шов может иметь дефекты. Некоторые из этих дефектов обнаруживают с помощью внешнего осмотра. К таким дефектам относят подрез, чрезмерное или малое усиление шва, наружную трещину, пористость и зашлакованность шва.
  Скрытые дефекты сварных швов выявляют физическими методами контроля (просвечиванием). К скрытым дефектам относят непровар корня, боковой непровар, прожог, внутренние трещины. Наиболее опасны такие дефекты, как трещины, непровар корня шва, боковой непровар шва.

Соединение стальных труб.

Основной способ соединения стальных труб при сооружении газопроводов - сварка, обеспечивающая прочность, плотность, надежность и безопасность эксплуатации газопроводов.
При этом применяют только такие методы сварки, которые обеспечивают надежную плотность сварного соединения; предел прочности сварного соединения не менее нижнего предела прочности металла труб; угол загиба не менее 1200 при всех видах электродуговой сварки и не менее 1000 при газовой и контактной сварках.
Для сооружения распределительных и внутриобъектовых газопроводов наибольшее распространение получила ручная электродуговая и газовая сварки.
Газовую сварку применяют при сварке труб диаметром до 150 мм с толщиной стенок не более 5 мм и осуществляют за счет теплоты, выделяющейся при сгорании ацетиленокислородной смеси.
Ацетилен для сварки поставляют в специальных баллонах или получают на месте в переносных газогенераторных установоках. При использовании газогенераторных установок ацетилен получают разложением карбида кальция в воде.
На каждый килограмм карбида кальция затрачивается до 10 л воды, при этом образуется примерно 250 л ацетилена. Кислород доставляют к месту производства сварочных работ в баллонах вместимостью до 40 л и давлением 15 МПа. Для снижения давления ацетилена и кислорода применяют специальные редукторы.
Газовая сварка - получают ацетиленокислородную смесь и сжигают ее в ручных сварочных горелках со сменными наконечниками. Кислород и газ подают в горелку по резинотканевым рукавам.
При сжигании ацетиленокислородной смеси температура пламени достигает 3150 0 C, за счет этого оплавляются кромки соединяемых труб и сварочной проволоки.
Резку металла можно производить резаком. В этом случае вместо ацетилена используют сжиженный и природный газы, бензин. Газовую резку применяют для вырезки дефектных стыков, при врезках в газопроводы отводов, при монтаже фасонных частей газопроводов.

Трубы и их соединения

Металлические трубы. В подземных и внутридомных газопроводах, как правило, применяют стальные трубы.
Стальные трубы изготовляют из хорошо сваривающихся низколегированных и малоуглеродистых сталей. Максимальное содержание углерода в стали не должно превышать 0,25, серы - не более 0,05, фосфора - не более 0,46%. Этим требованиям в большой степени удовлетворяют спокойные мартеновские стали.
При выборе стальных труб для газопроводов руководствуются Инструкцией по применению стальных труб для строительства систем газоснабжения.
По способу изготовления стальные трубы подразделяют на сварные - со спиральным или продольным прямым швом и бесшовные - холоднотянутые, холоднокатаные, горячекатаные. Бесшовные трубы диаметром до 150 мм изготовляют холодной протяжкой, а трубы диаметром до 426 мм - последовательной горячей прокаткой из стальных заготовок, нагретых до пластического состояния.
Сварные трубы со спиральным швом изготовляют из стальной рулонной ленты шириной 1500 мм путем свертывания ее по спирали на трубных станах с последующей сваркой на специальных машинах.
После изготовления трубы подвергаются гидравлическим испытаниям.
Размеры труб характеризуются внутренним и наружным диаметрами, толщиной стенки, длиной и условным проходом. Под условным проходом Dу понимают номинальный внутренний диаметр трубы. Этой величиной пользуется при подборе арматуры, фасонных частей и соответствующих расчетах. Величина условного прохода обычно имеет округленные значения: 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50 мм и т.д.
Наружный диаметр труб Dн зависит от толщины стенки трубы и бывает разным для одного условного диаметра.
Внутренний диаметр Dв - величина, производная от наружного диаметра и толщины стенки.
Для подземных газопроводов применяют трубы с минимальным условным диаметром 50 мм и толщиной стенки 3 мм.
Изготовленные на заводах трубы имеют сертификаты (паспорта), в которых указывают: номинальный размер труб, ГОСТ, по которому изготовлены трубы, марку стали, результаты гидравлических и механических испытаний, номер партии труб, отметку ОТК завода о соответствии труб ГОСТу.
Стальные трубы для подземных газопроводов защищают противокоррозионной изоляцией.

Пересечения газопроводов с различными препятствиями.

Переходы газопроводов всех давлений через реки, каналы, овраги, железные и автодороги могут быть подводными (дюкерными), подземными или надземными.
При подземном пересечении железнодорожных путей и автострад газопроводы прокладывают в специальные футляры, а концы футляров для герметичности уплотняют просмоленной льняной прядью с заливкой битумом. В этих местах газопроводы общей сети прокладывают на глубине 2,0 м - при производстве работ открытым способом, 2,5 м - при производстве работ методом прокалывания. Расстояние берется от подошвы рельса до верха футляра.
При пересечении автомобильных дорог I, II и III категорий, трамвайных путей расстояния принимают 1 м от верха футляра до верха покрытия дорог при производстве работ открытым способом, 1,5 м - при производстве работ методом продавливания, горизонтального бурения или щитовой проходки, 2,5 м - при производстве работ методом прокалывания.
При пересечении железных дорог толщину стенки трубы газопровода берут на 2...3 мм больше расчетной, при этом трубы с утолщенной стенкой прокладывают не менее чем на 50 м в стороны от конца футляра, глубина засыпки газопровода не менее 2,1 м.
В местах пересечения подземным газопроводом каналов тепловой сети, коммуникационных коллекторов, каналов различного назначения с проходом над или под пересекаемым сооружением следует предусматривать прокладку газопровода в футляре, выходящем на 2 м в обе стороны от наружных стенок пересекаемых сооружений, а также проверку неразрушающими методами контроля всех сварных стыков в пределах пересечения и по 5 м в обе стороны от наружных стенок пересекаемых сооружений. На одном конце футляра следует предусмотреть контрольную трубку, выходящую под ковер.
Газопроводы должны иметь отключающие устройства, устанавливаемые на расстоянии не более 1000 м от места пересечения. Причем если газопровод кольцевой, то отключающие устройства ставят с обеих сторон, если тупиковый - то со стороны входа газа. На газопроводах внутри футляра должно быть минимальное количество сварных соединений, которые проверяют физическим методом контроля. Участок газопровода покрывают весьма усиленной изоляцией и укладывают на центрирующих диэлектрических прокладках.
В конце футляра устанавливают контрольную трубку, с ее помощью можно обнаружить наличие газа в футляре. Нижнюю часть трубки приваривают к футляру, а пространство между футляром и газопроводом засыпают мелким гравием или слоем щебня. Конец трубки выводят под ковер и закрывают пробкой.
Надземные переходы выполняют через водные преграды с неустойчивым руслом и берегами, с высокими скоростями течения воды, а также через глубокие овраги.
  В городских условиях переходы через водные преграды, как правило, делают подводными двухниточными. При этом каждая нитка должна обеспечить 75% расчетного расхода газа. Место устройства перехода через реку выбирают на прямолинейном участке со спокойным течением, с устойчивым руслом и неразмываемыми пологими берегами.

Глубина прокладки газопровода.

  Глубина прокладки газопровода зависит от состава транспортируемого газа, почвенно-климатических условий, величины динамических нагрузок. Газопроводы, транспортирующие осушенный газ, могут пролегать в зоне промерзания грунта. Минимальная глубина заложения газопровода должна составлять 0,8 м до верха газопровода или футляра. В местах, где не предусматривается движение транспорта, глубину заложения газопроводов допускается уменьшать до 0,6 м.
  Прокладка газопроводов, транспортирующих неосушенный газ, должна предусматриваться ниже зоны сезонного промерзания грунта с уклоном к конденсатосборникам не менее 2%.
  Грунт и дорожный покров защищают газопроводы от механических повреждений и служат теплоизоляцией от резких колебаний температуры. Динамические нагрузки, возникающие на газопроводах от интенсивного движения автотранспорта, не должны создать в трубах опасных напряжений. Напряжения, возникающие в грунте от движущегося транспорта, рассеиваются на глубине 0,7 м при усовершенствованных покрытиях и 0,75 ... 0,8 м при булыжном покрытии.
  При прокладке газопроводов в зоне промерзания грунтов необходимо учитывать свойства грунтов. Отрицательное их свойство - пучение, им обладают грунты, которые при замерзаниях за счет рыхления ледяными кристаллами увеличиваются в объеме. В результате вспучивания грунт поднимает газопровод, который, испытывая большие напряжения, может деформироваться и разорваться в стыковых соединениях.
  Достоинство подземной прокладки газопроводов - создание относительно постоянного температурного режима. Напряжения, возникающие в газопроводах за счет изменения температуры, находятся в прямой зависимости от разности температур тела трубы. Величина напряжения может увеличиться на открытых участках газопроводов. Понятно, насколько важно уменьшение температурных изменений газопроводов за счет правильного выбора глубины их заложения.
  При заложении газопровода в грунт следует:
для восприятия и уменьшения напряжений, возникающих под действием температурных изменений, устанавливать на газопроводе компенсирующие устройства (компенсаторы);
при прокладке газопроводов в зонах с повышенными динамическими нагрузками (железнодорожные и трамвайные пути, автомобильные дороги и т.д.) глубину укладки увеличивать и газопроводы закладывать в специальные защитные устройства (футляры);
сварочные работы на газопроводах проводить в самое холодное время дня летом и самое теплое зимой;
городские газопроводы, транспортирующие влажный газ, прокладывать ниже зоны промерзания грунта с уклоном, обеспечивающим сток образовавшейся влаги в специальные емкости - конденсатосборники.
Вводы газопроводов неосушенного газа в здания и сооружения должны предусматриваться с уклоном в сторону распределительного газопровода. Если по условиям рельефа местности не может быть создан необходимый уклон к распределительному газопроводу, допускается предусматривать прокладку газопровода с изломом в профиле и установкой конденсатосборника в низшей точке.
Прокладку газопроводов в грунтах с включением строительного мусора и перегноя следует предусматривать с устройством под газопровод основания из мягкого или песчаного грунта толщиной не менее 10 см (над выступающими неровностями основания). Засыпку газопровода следует предусматривать таким же грунтом на полную глубину траншеи. При наличии подземных вод следует предусматривать мероприятия по предотвращению всплытия газопроводов, если это подтверждается расчетом.
Большое значение имеет качественное состояние дна траншеи. Надежная постель - песок, поэтому при прокладке газопроводов в скалистых или мерзлых грунтах делают песчаную подушку высотой 20 см. Постель выполняют так, чтобы в процессе эксплуатации не было просадок, которые могут привести к провесам газопровода. Провесы опасны, так как при изгибах в трубах возникают большие напряжения, которые являются причиной разрыва стыков сварных соединений.