CC BY
4УДК 669.1
АНАЛИЗ СТРОЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ТРУБ ДЛЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ
ТЕПЛОТРАСС
Ц. Эрдэнэбат 1, Б. Сэрэглэн 1, Б. Жавхалан 2, О. Галаа 2 1 Монгольский государственный университет, Центр химической технологии по новым материалам (Улан-Батор, Монголия) ^Монгольский государственный университет науки и технологий (Улан-
Батор, Монголия)
erdenebatt@num.edu.mn; sergelenbalbar@yahoo.com; galaaom@yahoo.com
Главное преимущество стальных труб - их прочность. Это имеет значение при перемещении по трубопроводам высоконапорных сред. В то же время, в жилищно-коммунальной сфере прочностные качества стальных труб используются не более чем на 30%. Таким образом, основное достоинство стальных трубопроводов оказывается практически ненужным, а недостатки (коррозия, а как следствие сквозные повреждения, потери перекачиваемой жидкости, подсос грунтовых вод, ухудшается качество транспортируемой воды, зарастание внутренней поверхности и снижение внутреннего сечения, а как следствие увеличение затрачиваемой энергии на перекачку воды и т.д.) отнимают массу средств.
Для анализа представлены образцы стальной трубы диаметром 700 и 1200 мм используемые для магистральных теплотрасс Монголии (рисунок 1). Предметом исследования являлось соответствие химического состава стали к техническим требованиям эксплуатации.
Рисунок 1. Образцы стальной трубы (Picture 1. Samples of steel tube)
Твердость определяли по методу Бринелля при нагрузке 750 кгс (рисунок 2). Твердость составляет 170 ИБ.
Сетевое издание Совета ректоров вузов Большого Алтая
Рисунок 2. Образцы после измерения твердости (Picture 2. Samples after
hardness measurement)
На основе металлографического анализа при помощи микроскопа Neophot-21 было выявлено, что структура представленной стали состоит из светлых зерен феррита и темных зерен перлита (рисунок 3а, б). По структуре стали содержание углерода составило 0,3 %.
а
б
Рисунок 3. Микроструктура образцов (Picture 3. Samples microstructure)
Количественный анализ химических элементов на поверхности образцов проведен в Центре Коллективного Пользования Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления (ЦКП ВСГУТУ), на растровом электронном микроскопе JSM-6510LV JEOL с системой микроанализа Oxford Instruments (рисунок 4). Анализ выявил повышенное
« Nauka i obrazovanie Bol'sogo Altaa вование Большого Алтая» выпуск 2, 2016, страница 86 из 154
содержание марганца (около 1,50 % вес.). Указанное содержание марганца позволяет идентифицировать как сталь 30Г.
Параметры обработки: Выполнен анализ всех элементов (нормализован) Processing parameter: Analysis of the all elements has been carried out
(normalization)
Спектр В стат. Si P S Mn Fe Итог
Спектр 1 Да 0.40 0.10 0.05 1.65 97.79 100.00
Среднее 0.40 0.10 0.05 1.65 97.79 100.00
Стандартное отклонение 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Макс. 0.40 0.10 0.05 1.65 97.79
Мин. 0.40 0.10 0.05 1.65 97.79
Рисунок 4. Микроструктура и количественное распределение элементов в исследуемом спектре (Picture 4. Microstructure and numeric distribution of
elements in the studied sector)
Выводы: Низколегированная сталь с содержанием марганца ^п) около 1,5 %. Качество представленной стали оценивается как низкое, ввиду высокого содержания вредных примесей как сера и фосфор. Также недостатком является высокое содержание углерода (0,3%). Тем выше содержание углерода, чем меньше сопротивление коррозии.
Последние годы во всем цивилизованном мире стальные трубы вытесняются трубами из полимерных материалов. Это совсем не странно, ведь
«Grand Altai Research & Education», Issue 2, 2016, page
Сетевое издание Совета ректоров вузов Большого Алтая
они не подвержены коррозии, а срок их службы во много раз превосходит "продолжительность жизни" стальных. Это наглядно видно в таблице 1.
Таблица 1. Нормативные сроки службы трубопроводных сетей (Table 1. Standard service life of pipeline network)
Область применения Материал труб Срок службы, лет
Водопровод Сталь 20
Чугун 60
Железобетон 30
Асбоцемент 20
Пластмасса 50
Канализация Сталь 20
Чугун 50
Железобетон 20
Асбоцемент 30
Пластмасса 50
Газопровод Сталь 40
Чугун 60
Пластмасса 50
Теплосеть Сталь 35
Характерны темпы роста доли пластмассовых труб в развитых странах. В Европе в год используется примерно 40 тыс. км пластмассовых труб. Их доля в системах внутренних трубопроводных сетей при новом строительстве в индустриально развитых странах составляет 20-40%, а в самых экономически преуспевающих - даже больше (в Швейцарии - 69,3%, в Финляндии - 50,8%, в Германии - 46,2%). В Нидерландах удельный вес пластмассовых трубопроводов в системах водоснабжения превышает 40%. В настоящее время в Англии 99% вновь строящихся водопроводных трубопроводов составляют полиэтиленовые. Уже в 1997 г. в Западной, Восточной и Центральной Европе было использовано 1,9 млрд. м таких труб. Предполагается, что ежегодный прирост использования пластмассовых труб составит 6-8%.
В области создания современных теплотрасс наиболее актуально применение труб в теплоизоляции из пенополиуретана и в гидрозащитной оболочке из полиэтилена или из оцинкованной стали. Такие трубопроводы позволяют существенно снизить потери тепла при его транспортировке, а также решается проблема с защитой наружной поверхности стальных труб от коррозии.
*
« Nauka i obrazovanie Bol'sogo Altaa зование Большого Алтая» выпуск 2, 2016, страница 88 из 154
Для исключения возможности образования внутренней коррозии трубопроводов наиболее оптимальной является индустриально изготовленная конструкция теплопровода с применением труб из полимерных материалов, которые не подвержены коррозии и зарастанию внутренней поверхности различными отложениями.
В частности, для систем горячего водоснабжения и отопления допустимо применение труб из статистического сополимера пропилена с этиленом (рандом сополимера - PPR-80), имеющих термоизоляционный слой из пенополиуретана (ППУ) и гидрозащитное покрытие (оболочку). При бесканальной прокладке таких труб в земле гидрозащитная оболочка выполняется из полиэтиленовой трубы, при канальной или открытой - из оцинкованной стали. Другим перспективным коррозионностойким материалом для трубопроводов теплоснабжения является сшитый полиэтилен, широко применяемый в мировой практике для внутренних санитарно-технических трубопроводов горячего водоснабжения и отопления.
Резюмируя можно сказать, что проблема по замене старых изношенных трубопроводов действительно очень большая и серьезная, но она может быть решена при использовании новых материалов и технологий.
Литература
1. Фардиев, И.Ш. Общий анализ проблем больших городов в деле их энергосбережения / И.Ш. Фардиев, Ю.В. Щелоков, А.А. Салихов // Новости теплоснабжения. - 2004. - № 4. - С. 13-16.
2. Федосеев, Б.С. Современное состояние водоподготовительных установок и водно-химических режимов ТЭС / Б.С. Федосеев // Теплоэнергетика. - 2005. - № 7. - С. 2-9.
3. Информационная система по теплоснабжению, РосТепло.ру, [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.ntsn.ru
4. Эрдэнэбат, Ц. Технологические аспекты модернизации магистральных теплотрасс Монголии / Ц. Эрдэнэбат, Б. Сэрэглэн, В.А. Бутуханов, Б.Д. Лыгденов // Ползуновский альманах. - 2014. - № 2. - С. 115-119.
