Металлополимерные трубы
Металлополимерные трубы — это композитные трубы, состоящие из двух или более компонентов: полимерная труба, армированная сварным сетчатым металлическим каркасом или, например, алюминиевой фольгой[1][уточнить ссылку]. Существует большое количество видов металлополимерных труб, различающихся по материалам, технологии производства, назначению и другим параметрам.
Полимерное тело трубы изготавливается преимущественно из термопластов. Каркас состоит из продольных и поперечных элементов: продольные расположены концентрично относительно центра трубы, поперечные с определенным шагом навиваются на продольные и образуют спирали.
Применение
[править | править код]Область применения металлополимерных труб очень широка. Металлополимерные трубы небольшого диаметра (16—40 мм), армированные алюминиевой фольгой, успешно применяют в жилищно-коммунальном хозяйстве (водоснабжение, отопление, канализация). Металлополимерные трубы большего диаметра используют при прокладке нефтепроводов, газопроводов, технологических трубопроводов для транспортировки агрессивных сред (кислот, щелочей и продуктов с высоким содержанием солей)[2]. Металлополимерные трубы применяются при подземном и кучном выщелачивании цветных и редкоземельных металлов; также они могут быть использованы для гидротранспорта и пневмотранспорта. В морской инфраструктуре находят применение в качестве опор для различных строений.
Типы металлополимерных труб
[править | править код]Металлополимерные трубы, армированные алюминиевой фольгой
[править | править код]Материалом для трубы обычно служит полиэтилен (PERT, PEX[3] и другие), перерабатываемый посредством экструзии. Листы алюминиевой фольги (толщиной от десятых долей миллиметра) свариваются между собой ультразвуковой сваркой. Для обеспечения прочной связи между полимером и металлом используется адгезив.
Качественными показателями металлополимерных труб, армированных алюминиевой фольгой, являются:
- прочность сварного шва алюминиевой фольги;
- высокая адгезия полимера с металлом;
- низкая шероховатость наружной и внутренней поверхностей трубы;
- округлость каркаса, а также равномерность распределения полимера по окружности наружного и внутреннего слоев.
Достоинства металлополимерных труб, армированных алюминиевой фольгой
[править | править код]- коррозионная и химическая стойкость;
- удобство монтажа и надежность соединений;
- широкий диапазон рабочих температур: от многократного замораживания до +95 °C (кратковременно — до +110 °C);
- высокая гибкость, способность труб сохранять изогнутую форму.
Недостатки металлополимерных труб, армированных алюминиевой фольгой
[править | править код]- возможность механических повреждений;
- низкая температурная стойкость;
- невысокий предел усталостной прочности (для труб из PEX).
Металлополимерные трубы, армированные жёстким сетчатым каркасом
[править | править код]Технология производства такого типа труб может различаться; общее — это наличие жёсткого армирующего каркаса, изготовленного из отдельных элементов (проволок, полос). Производственная линия может состоять, например, из следующих компонентов[источник не указан 4263 дня]:
- экструдер (для переработки полимера);
- сварочная машина (для сварки металлического каркаса);
- система охлаждения внутренней и наружной стенки трубы;
- система контроля геометрических параметров трубы;
- тянущее устройство (для протягивания трубы);
- отрезное устройство (для отрезания отрезков труб необходимой длины);
- рольганг (для размещения готовых труб).
На непрерывно перемещающиеся (посредством тянущего устройства) вдоль производственной линии продольные элементы арматуры с определенной частотой наматывается поперечная арматура. В местах пересечения поперечной (кольцевой) и продольной арматуры производится сварка контактным методом посредством вращающегося по окружности вокруг трубы цилиндрического роликового электрода.
Сваренный каркас поступает в экструзионную полость, которая при этом наполняется расплавом полимера. Внутренний диаметр трубы с очень высоким качеством поверхности (низкой шероховатостью) формируется полированным дорном, имеющим автономное охлаждение. Охлаждение наружной поверхности производится после того как труба миновала формующую втулку[источник не указан 4263 дня].
Отсутствие адгезии между полимером и металлом (адгезив не используется) в случае жёсткого каркаса способствует тому, что при воздействии на трубу изгибающих напряжений, каркас, воспринимая нагрузку на себя, упруго деформируется, а полимерное тело при этом сохраняет целостность и стойкость к растрескиванию[4]. Этим свойством металлополимерных труб, армированных жёстким сетчатым каркасом, обусловлена прочность и одновременная гибкость эти труб.
Качественными показателями металлополимерных труб, армированных жёстким сетчатым каркасом, являются:
- прочность элементов металлического каркаса;
- прочность сварного соединения элементов металлического каркаса (если они свариваются между собой);
- низкая шероховатость внутренней полимерной поверхности трубы;
- равномерность распределения полимера по окружности относительно поперечного сечения каркаса.
Достоинства металлополимерных труб, армированных жёстким сетчатым каркасом
[править | править код]- высокая прочность трубы;
- высокая коррозионная и химическая стойкость;
- легкий вес;
- продолжительный период эксплуатации.
Недостатки металлополимерных труб, армированный жёстким сетчатым каркасом
[править | править код]- сложная технология изготовления;
- невысокая гибкость;
- существенное снижение прочностных качеств при понижении и повышении рабочей температуры.
История применения в СССР
[править | править код]Острая необходимость в освоении добычи редкоземельных металлов методом подземного выщелачивания обусловила востребованность обсадного материала, способного выдерживать давление земной коры (горное давление) на глубинах до 700 м, а также обеспечивать безаварийную работу (без ремонтов и без сооружения новых скважин взамен вышедших из строя) в течение всего срока работы технологической скважины. Коллективом инженеров по заказу Министерства среднего машиностроения СССР была спроектирована и испытаны первые образцы металлополимерной трубы. С 1977 г. МПТ используется для строительства трубопроводов, колонн обсадных труб, при выщелачивании редкоземельных металлов, в жилищно-коммунальном секторе и других отраслях народного хозяйства. В настоящее время основная технология производства МПТ осталась неизменной. Благодаря развитию технологии материалов появилась возможность использовать в качестве тела трубы высококачественные полимеры с повышенной стойкостью к внешним условиям (температура, механическое разрушение, химическое воздействие)[5].
Сравнение с другими типами труб
[править | править код]Металлополимерные трубы объединяют в себе высокую прочность металлических труб и химическую стойкость и долговечность полимерных (полиэтиленовых, пластиковых).
Трубопроводы, изготовленные из металлополимерных труб, могут эксплуатироваться без ремонта несколько десятков лет, в отличие от металлических трубопроводов, подверженных коррозии. В целях повышения химической и коррозионной стойкости металлические трубопроводы в таких случаях покрывают гальваническими растворами или изготавливают из специальных сплавов; в этом случае цена погонного метра трубы и стоимость прокладки трубопровода увеличивается многократно.
Прочность металлополимерных труб выше прочности обычных полимерных труб за счет армирующего металлического каркаса[5]. В некоторых металлополимерных трубах этот каркас выполняет и другие функции, помимо непосредственно восприятия нагрузки. Например, в пятислойной металлополимерной трубе из полиэтилена, алюминиевая фольга, кроме того, что позволяет придать трубе определенную форму, изогнув её, также является барьером, ограничивающим перемещение кислорода между внутренним слоем полимера и наружным.
Перспективы развития индустрии металлополимерных труб
[править | править код]Совершенствование технологии производства металлополимерной трубы, в частности, разработки новых видов металлического каркаса, более прочного и эффективного, предоставляет возможность сократить долю полимера в массе трубы, что в свою очередь позволяет производить трубы на основе дорогих высококачественных полимеров.
Использование в качестве сырья для изготовления металлополимерных труб высококачественных полимеров, более стойких к химическому воздействию и более прочных, чем используемые в настоящее время[6] полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид и другие, позволит значительно расширить сферу применения металлополимерных труб.
Нормативные документы
[править | править код]- СП 41-102-98 (МСП 4.02-101-98). Проектирование и монтаж трубопроводов систем отопления с использованием металлополимерных труб.
- ТУ 2290-001-12333095-01 взамен ТУ 2290-001-12333095-96. Металлопластовые трубы.
См. также
[править | править код]Примечания
[править | править код]- ↑ Металлопластовая труба. Большая Энциклопедия Нефти и Газа. Дата обращения: 9 апреля 2013. Архивировано 4 марта 2016 года.
- ↑ Новые отечественные технологии при изготовлении и монтаже трубопроводных систем нефтегазовой инфраструктуры из комбинированных труб на основе термопластичных полимеров. Журнал «Нефтегазовое дело», 2005. УДК 622.692.4. Дата обращения: 27 марта 2013. Архивировано 21 августа 2011 года.
- ↑ Трубы РЕХ: характеристика материалов. Дата обращения: 26 ноября 2021. Архивировано 26 ноября 2021 года.
- ↑ Моделирование механического поведения металлопластовых труб под действием внутреннего давления. С. Г. Иванов, Л. Л. Стриковский и другие. Журнал «Механика композитных материалов», Т. 41, № 1, 2005 г.
- ↑ 1 2 Моделирование процесса разрушения металлопластовых труб. Журнал «Нефтегазовое дело», 2006. УДК 622.692.4. Дата обращения: 1 апреля 2013. Архивировано 4 марта 2016 года.
- ↑ Сравнительный анализ композиционных материалов для изготовления труб нефтяной и химической промышленности. Журнал «Нефтегазовое дело», 2005. УДК 621.633. Дата обращения: 27 марта 2013. Архивировано 14 декабря 2010 года.