Толщина стенки трубопровода

Трубопроводные системы испытывают внешние и внутренние нагрузки в процессе эксплуатации. На прочность трубопровода и срок его службы, кроме материала, решающее влияние оказывает толщина стенки труб.  В промышленности, коммунальном хозяйстве, энергетике востребованы различные размеры от совсем тонких для изготовления высокоточных приборов до толстостенных, способных выдерживать напоры нефти и газа при добыче и транспортировке. Надёжность эксплуатации трубного проката зависит от состава, температуры рабочей среды, давления, создаваемого потоком, разрушающего действия коррозии, погодных условий в зоне размещения. При подземном расположении также сказывается воздействие и особенности грунта, его вертикальное и горизонтальное давление. При подборе эксплуатационных характеристик учитываются также свойства нанесённых защитных и изоляционных покрытий. 

Классификация труб по толщине стенок

Для холоднодеформированных металлоизделий ГОСТ 8734 предусматривает понятие толстостенности, которое выражается в виде отношения наружного диаметра к толщине стенки трубы. Согласно этого критерия происходит следующее разделение на группы:

• свыше сорока ‒ особотонкостенные;

• от 12.5 до 40 ‒ тонкостенные;

• 6 ‒ 12.5 ‒ толстостенные;

• до шести ‒ особотолстостенные.

Водогазопроводные трубные изделия согласно ГОСТ 8732 в зависимости от металлоемкости изготавливают со следующими толщинами (мм):

• лёгкие ‒ от 1.8 до 4.0;

• обыкновенные ‒ от 2.0 до 4.5;

• усиленные ‒ от 2.5 до 5.5.

Требования нормативных документов для толщины стенок стальных труб

Государственные стандарты содержат основные размеры для металлического трубопроката и допустимые отклонения для них. Толщина стенки стальной трубы в зависимости от диаметра в мм для разных типов приведена в документах в виде таблиц.

1. Холоднокатаные по ГОСТ 8734 получают из горячекатаных металлозаготовок при низких температурах путем прокатки. Бесшовные изделия повышенной точности изготовления с хорошо обработанной ровной поверхностью при Дн от 5 до 250 имеют S=0.3 ‒ 24. Преимуществом является возможность получения тонкостенной продукции при повышенной прочности. Такое сочетание характеристик востребовано в авиации, при создании автомобилей, космических кораблей, сложных деталей.

2. Горячедеформированные по ГОСТ 8732 изготавливают на прокатных станах из раскалённой штанги, при калибровке достигают заданной толщины стенок от 2.5 до 75 при диаметре 20 ‒ 550. Металлопрокат характеризуется плотной пластичной структурой, способен распределять напряжение по всей длине, снижает потери тепла. Достаточно толстые стенки без шва на поверхности нужны для транспортировки агрессивных химикатов, нефти, теплоносителей в условиях повышенного давления.

3. Водогазопроводные по ГОСТ 3262 рассчитаны на оснащение коммунальных сетей, при их производстве сварным способом заложены отклонения от размеров для повышенной и обычной точности изготовления, а также способность выдерживать заданные показатели давления. Металлопродукция проходит специальные испытания, чтобы выдерживать конкретные нагрузки. Документ содержит толщину стальных труб лёгкой, обыкновенной и усиленной серии для условного прохода от 6 до 150 и Дн 10. 2 ‒ 165. Для защиты от коррозии проводят цинкование.

4. Электросварные по ГОСТ 10704 сваривают из листов или штрипсов толщиной от 1 до 32 миллиметров. При этом получают сварные прямошовные цилиндры диаметром от 10 до 1420, для которых существуют ограничения по нагрузкам ввиду проблемной зоны в виде сварного шва. Металлопродукт такого типа устанавливают в сетях со средними значениями давления и там, где необходимы габаритные изделия незначительного веса. Трубную эсв металлопродукцию с усиленным прямым швом регламентирует ГОСТ 10706.

Сводная таблица размеров для различных типов труб

Как узнать толщину стенки трубы

Корректное установление размеров комплектующих является одним из базовых критериев при проектировании трубопроводов. Фактическая толщина стенки ‒ это замеренное расстояние между её внутренними внешними поверхностями. 

Для решения каждой технической задачи необходимо установить расчётную величину по конкретной методике. Разберём на частном примере: расчёт толщины трубы для отопления. При определении значения руководствуются следующими положениями:

• РД 10-249-98: вводятся значения давления и температуры, рекомендованная марку стали, поправки на разностенность и износ от коррозии;

• СНиП 2.04.02-84: трубопровод разделяется на зоны по уровню ответственности, толщина трубы определяется с двумя допущениями: первое ‒ устойчивость к внешней нагрузке при наличии внутри вакуума, второе ‒ пренебрегают влиянием снаружи при стойкости к внутренним воздействиям.

Для промысловых нефтепроводов при расчёте толщины согласно ГОСТ Р 55990 учитывают пределы текучести и прочности материала, испытательное давление в верхней и нижней точке. Кроме того, принимается во внимание собственная масса конструкции, вес грунта, напряжение упругого изгиба, внутреннее давление транспортируемых жидкости или газа, температурное воздействие, климатические параметры, прочее. Величина принимается более 1/100 DN, но не менее 3 мм для Ду менее 200 и более 4 мм для DN свыше двухсот. 

Для проектирования технологических трубопроводов химической, нефтеперерабатывающей промышленности разработан ГОСТ 32388.

При расчётах для промышленных систем закладываются максимально возможные перегрузки. Для снижения затрат инженерные службы уменьшают материалоёмкость только в пределах установленных норм безопасности.

Кроме того, для регламентированного срока эксплуатации системы учитывается установленный коррозионный износ с применением скорости разрушения конструкции за год.

Расчёт толщины стенки трубопровода ‒ это сложный процесс, зависит от многих факторов, требует специальных инженерных знаний и опыта.