Пособие
по проектированию
технологических
трубопроводов
из пластмассовых труб
(к СН 550-82)

Утверждено приказом НПО «Пластик»
от 12 июля 1983 г. № 321

МОСКВА СТРОЙИЗДАТ 1984

Пособие по проектированию технологических трубопроводов из пластмассовых труб / НПО «Пластик» - М.: Стройиздат, 1984.

Разработано в дополнение к «Инструкции по проектированию технологических трубопроводов из пластмассовых труб» (СН 550-82) на основе обобщения отечественного и зарубежного опыта.

Содержит данные по свойствам пластмассовых труб, графики для определения расчетных характеристик материала труб, рекомендации по выбору типов труб, способов соединений, конструированию и расчету трубопроводов. Приведены размеры труб, соединительных деталей и примеры расчета.

Для инженерно-технических работников проектных организаций.

Табл. 42, ил. 41.

Разработано НПО «Пластик» Минхимпрома (кандидаты техн. - наук С.В. Ехлаков, Ю.С. Давыдов, инженеры Г.И. Шапиро, Е.С. Гольянова); ВНИИТеплопроект Минмонтажспецстроя СССР (разд. 7), ВНИИТБХП Минхимпрома (разд. 8).

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящее Пособие разработано в дополнение к «Инструкции по проектированию технологических трубопроводов из пластмассовых труб» и распространяется на проектирование технологических трубопроводов из пластмассовых труб наружным диаметром до 1200 мм из полиэтилена низкого давления (ПНД), полиэтилена высокого давления (ПВД), полипропилена (ПП) и непластифицированного поливинилхлорида (ПВХ).

1.2. Способ прокладки технологических трубопроводов приведен в табл. 1.

Таблица 1

Допускается прокладывать трубопроводы из поливинилхлоридных труб диаметром до 110 мм и полиэтиленовых труб, имеющих изоляцию из несгораемых материалов, для транспортирования ТГ и НГ, в помещениях с производствами, относящимися по пожарной опасности к категориям В, за исключением складских помещений и транзитной прокладки трубопроводов.

Вредные вещества класса опасности 4 следует относить: пожароопасные - к группе Б и негорючие - к группе В.

1.3. Трубопроводы из пластмассовых труб не допускается применять для транспортирования вредных веществ 1 класса опасности, взрывоопасных веществ (ВВ) и сжиженных углеводородных газов (СУГ), а также веществ, к которым материал труб химически нестоек.

1.4. Применение пластмассовых трубопроводов в зависимости от материала труб и температур наружного воздуха (наиболее холодной пятидневки) и транспортируемого вещества приведено в табл. 2.

Таблица 2

2. ВЫБОР МАТЕРИАЛА И ТИПА ТРУБ

2.1. Материал труб и соединительных деталей для пластмассовых трубопроводов и уплотнительных элементов к ним рекомендуется принимать на основании данных по химической стойкости, приведенных в прил. 1.

При этом следует учитывать, что: полиэтилен стоек к водным растворам кислот, щелочей и солей и к значительному числу органических моющих средств, не стоек к концентрированным кислотам - окислителям; полипропилен имеет такую же химическую стойкость, как полиэтилен, но применим при более высоких температурах; ПВХ стоек к большинству кислот, щелочей, растворов солей, а также к органическим растворителям в смеси с водой, не стоек к ароматическим и хлорированным углеводородам; фторопласт стоек практически ко всем веществам; натуральный каучук не стоек к маслам; синтетический бутадиен-нитрильный каучук имеет хорошую стойкость к маслам и бензину, не стоек к окисляющим веществам; бутилкаучук и этилен-пропиленовый каучук имеют хорошую атмосферостойкость, особенно пригодны для агрессивных веществ, не стойки к маслам и жирам; наириты по химической стойкости приближаются к ПВХ и их стойкость находится в интервале стойкости бутадиен-нитрильного каучука и бутилкаучука; синтетический фторсодержащий каучук по химической стойкости превосходит остальные резины.

2.2. Физико-механические свойства термопластов, используемых для изготовления напорных труб и соединительных деталей, приведены в табл. 3.

2.3 Основным видом нагрузки для пластмассовых труб является внутреннее гидростатическое давление. При этом толщину стенки труб следует определять по формуле

                                                                 (1)

где d - наружный диаметр трубы;

p - рабочее давление в трубопроводе, МПа;

R  - расчетное сопротивление материала труб, МПа.

Таблица 3

2.4. Расчетное сопротивление материала труб надлежит определять по формуле

R = R^нK_yK_cK_x,                                                               (2)

где R^н    - нормативное длительное сопротивление разрушению материала труб, МПа;

K_y - коэффициент условий работы трубопровода;

K_c - коэффициент прочности соединения труб;

K_x - коэффициент химической стойкости материала труб.

2.5. Нормативное длительное сопротивление разрушению материала труб из ПНД, ПВД, ПП и ПВХ в зависимости от температуры и срока службы трубопровода следует принимать по графикам, приведенным на рис. 1.

Рис. 1. Зависимость нормативного длительного сопротивления разрушению R_н материала труб от температуры и срока службы трубопровода для труб:

а - из ПНД; б - из ПВД; в - из ПП; г - из ПВХ

Для труб из ПНД и ПП необходимо учитывать, что с повышением температуры срок службы трубопровода сокращается.

2.6. Напорные трубы из термопластов и соединительные детали к ним подразделяются на типы в зависимости от величины номинального давления (табл. 4). За номинальное давление труб из термопластов принимается максимальное рабочее давление при транспортировании по ним воды с температурой 20 °С и расчетном сроке службы 50 лет для труб из ПВХ, ПНД, ПВД и 10 лет - для труб из ПП.

Таблица 4

2.7. Для труб из ПНД, ПВД, ПП и ПВХ при транспортировании по ним воды с различной температурой и при разном сроке службы трубопровода рабочее давление P_раб в последнем следует принимать по рис. 2 - 5.

При транспортировании воды (или других веществ) с температурой ниже 20 °С рабочее давление следует принимать такое же, как при температуре 20 °С.

2.8. Для трубопроводов II, III и IV категорий величины R^н, P_раб, определенные по графикам на рис. 1 - 5, необходимо снижать путем умножения на коэффициент условий работы K_у (табл. 5), учитывающий опасность транспортируемого по трубопроводу вещества.

Рис. 2. Зависимость рабочего давления P_раб от температуры и срока службы трубопровода для труб из ПНД: а - типов Т (-) и СЛ (- - -) и б - типов С (-) и Л (- - -)

Рис. 3. Зависимость рабочего давления P_раб от температуры и срока службы трубопровода для труб из ПВД: а - типов Т (-) и СЛ (- - -) и б - типов С (-) и Л (- - -)

Рис. 4. Зависимость рабочего давления P_раб от температуры и срока службы трубопровода для труб из ПП типов Т (-), С (- - -) и Л (-×-×-)

Рис. 5. Зависимость рабочего давления P_раб от температуры и срока службы трубопровода для труб из ПВХ типов ОТ (-), Т (- - -), С (-×-×-) и СЛ (-)

2.9. Для трубопроводов следует применять соединения и соединительные детали, равнопрочные основному материалу труб.

При использовании соединений и соединительных деталей, не равнопрочных основному материалу труб, величины R^н и P_раб, определенные по графикам на рис. 1 - 5, следует снижать путем умножения на коэффициент прочности соединений K_с, принимаемый по табл. 6.

2.10. Химическая стойкость материала труб и соединительных деталей характеризуется коэффициентом химической стойкости K_х, который определяется как отношение химической стойкости материала к данному веществу к химической стойкости материала к воде.

При этом принимается, что материал химически стоек, если K_х = 0,5 - 1, химически относительно стоек, если K_х = 0,1 - 0,5 и химически нестоек, если K_х < 0,1.

Таблица 5

Таблица 6

Таблица 7

Таблица 8

Таблица 9

Таблица 10

Рис. 6. Зависимость модуля ползучести материала трубы при растяжении E₀ от срока службы трубопровода и величины напряжения в стенке трубы:

а - из ПНД; б - из ПВД; в - из ПП; г - из ПВХ

2.11. При определении химической стойкости к веществу, транспортируемому по трубопроводу, в первую очередь следует использовать данные по исследованию нагруженных образцов труб из ПНД, ПВД, ПП и ПВХ, приведенные в табл. 7 - 10.

При этом для ряда веществ определены раздельно коэффициенты химической стойкости по напряжению K_х.н и по времени K_х.в. В этом случае величины R^н и P_раб, определенные по графикам на рис. 1 - 5, следует умножать на коэффициент химической стойкости по напряжению, а при определении срока службы трубопровода, последний следует умножать на коэффициент химической стойкости по времени.

Если K_х.в больше 1, то величины R^н и P_раб принимают такими, как для воды, а срок службы трубопровода увеличивается.

При отсутствии веществ в табл. 7 - 10 можно использовать данные, приведенные в прил. 1. При этом величины R^н и P_раб, определенные по графикам на рис. 1 - 5, умножают на коэффициент химической стойкости, принятый в соответствии с п. 2.10 настоящего Пособия.

2.12. При воздействии на трубы внешнего гидростатического давления возможна потеря трубами формоустойчивости с переходом поперечного сечения от круга к эллипсу.

Наименьшее значение наружного критического давления P_л определяют по формуле

                                                                              (3)

где E - модуль ползучести материала трубы;

μ   - коэффициент Пуассона материала трубы, принимаемый по данным табл. 3.

Рис. 7. Зависимость коэффициента K₀ от температуры

Рис. 8. Начальная эллипсность труб (а) и значения коэффициента, учитывающего изменение радиуса труб (б)

Рис. 9. Сравнение теоретических (сплошные линии) и экспериментальных (штриховые линии) кривых зависимости наружного критического давления для труб из ПНД от срока службы трубопровода и типа труб

2.13. Модуль ползучести материала трубы E, МПа, принимается с учетом его изменения при длительном действии нагрузки и температуры на трубопровод по формуле

E = K₀E₀,                                                                      (4)

где E₀  - модуль ползучести материала трубы при растяжении, МПа, принимаемый для ПНД, ПВД, ПП и ПВХ по графикам, приведенным на рис. 6;

K₀ - коэффициент, учитывающий влияние температуры на деформационные свойства материала труб, принимаемый по графику на рис. 7.

2.14. При использовании пластмассовых труб, имеющих в результате длительного хранения или свертывания в бухты начальную эллипсность, которая была определена замерами, величину допускаемого наружного давления следует снижать путем умножения на коэффициент K_э, принимаемый по графику на рис. 8.

2.15. Величины допускаемого критического давления, определенные для труб из ПНД теоретически и экспериментально, показаны на рис. 9.

Устойчивость труб из ПНД к вакууму для срока службы трубопровода 50 лет и температуры 20 °С приведена на рис. 10.

Определенные по графикам на этих рисунках величины рекомендуется снижать путем давления на коэффициент запаса прочности для материала труб K_з.п = 1,3.

Для температуры 20 °С коэффициенты запаса прочности принимаются для труб из ПВД K_з.п = 1,6, ПП - K_з.п = 2,4 и ПВХ - K_з.п = 2.

Пример. Для трубы из ПНД наружным диаметром d = 110 мм и толщиной стенки δ = 6,3 мм по рис. 10 находим величину равномерно распределенного наружного избыточного давления 0,14 МПа. Эту величину снижаем, разделив на коэффициент запаса прочности K_з.п = 1,3. Отсюда 0,14/1,3 = 0,107 МПа.

Рис. 10. График прочности труб из ПНД при вакууме

3. ВЫБОР СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ, ВИДОВ СОЕДИНЕНИЙ И АРМАТУРЫ ДЛЯ ПЛАСТМАССОВЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

3.1. Основным способом соединения труб из ПНД между собой и с соединительными деталями из ПНД является контактная стыковая сварка. Эту сварку надлежит выполнять в соответствии с ОСТ 6-19-505-79.

Для труб из ПНД по ГОСТ 18599-73 (табл. 11) наружным диаметром 63 мм и выше с толщиной стенки более 3 мм, а также для труб из ПНД по ТУ 6-19-214-83 (табл. 12) следует применять соединительные детали из ПНД, предназначенные для соединения с трубами контактной стыковой сваркой.

Основные размеры соединительных деталей из ПНД по ТУ 6-19-213-83 (рис. 11) приведены в табл. 13, а соединительных деталей из ПНД по ТУ 6-19-218-83 (рис. 12) - в табл. 14.

Рис. 11. Соединительные детали из ПНД, изготовляемые методами литья под давлением, прессованием и намоткой:

а - тройник; б - угольник; в - угольник 45°; г - втулка под фланец; д - переход

Рис. 12. Соединительные детали из ПНД, получаемые из отрезков труб:

а - отвод сварной 90°; б - отвод сварной 60°; в - отвод сварной 45°; г - отвод сварной 30°; д - тройник сварной; е - тройник сварной 60°; ж - тройник сварной неравнопроходный; з - отвод гнутый

Таблица 11

Таблица 12