Какое давление выдерживает стальная труба

Ресурс стальной трубы по давлению определяет сферу применения металлопроката. Для водопровода этот показатель один, для газопроводной магистрали – другой. Значение максимального давления определяется несколькими критериями, которые в основном зависят от конструктивных параметров изделия. Влияет на показатель качество используемого сырья и способ его обработки. Какое максимальное давление выдерживают стальные бесшовные и водопроводные трубы и как определить этот параметр?

Максимальное давление для трубы стальной водопроводной

Сразу отметим, что стальные трубы изготавливаются типовыми по стандартам, предусмотренным нормативами ГОСТ. И для каждого изделия значение максимального давления определено очень точно, впрочем, как и другие расчётные параметры. Все эти данные сведены в таблицы, по которым можно легко определить не только запас прочности трубы, но и вес, теплопроводность и другие характеристики.

Применительно к водопроводным трубам из стали предельное давление определяется такими критериями, как:

способ изготовления – сварная прямошовная, спиралешовная, гофрированная, бесшовная (холодное или горячее деформирование);
наличие антикоррозионной обработки – оцинкованная, экструдированная, из чёрного металла (без нанесения антикоррозионного покрытия);
толщина стенки – наиболее важный критерий, от которого напрямую зависит показатель предельного давления стальной трубы;
качество стали;
температура воды – тоже важный параметр, который напрямую влияет на ресурс по давлению водопроводной трубы.

В ГОСТ представлены таблицы максимального давления, которое выдерживают стальные водопроводные трубы, при температуре 20 градусов по шкале Цельсия. Чтобы определить расчётное значение на заданные параметры теплоносителя, необходимо применять стандартную формулу.

В типовой таблице для труб из нержавеющей стали приведены уже готовые значения максимального давления в зависимости от диаметра трубы и толщины её стенки. Так, изделие из металла марки Aisi 304-321 316 с содержанием никеля и молибдена с внутренним диаметром 20 мм и толщиной стенки 1,5 мм выдерживает до 131 кг/см2, что составляет 12,8 МПа или 126,8 атмосферы. При тех же физических параметрах для стали Aisi 304L-316L (содержит 2,5 % молибдена) максимальное давление ниже – 108 кг/см2 (10,6 МПа или 104,5 атмосферы).

Параметры водопроводной трубы влияют на показатели максимального давления следующим образом:

чем больше диаметр сечения, тем ниже запас прочности по давлению;
с увеличением толщины стенки показатель максимального давления возрастает.

То есть стальные трубы разного диаметра, но с одинаковым значением толщины стенки будут иметь разный запас прочности по давлению.

Какое давление выдерживает труба стальная бесшовная

Для устройства водопроводов и других магистралей широко используются бесшовные стальные трубы. Такая популярность обусловлена прежде всего высокими значениями давления, которое могут выдерживать эти изделия. Различают трубы горячекатаные и изготовленные способом холодной деформации.

Предельное давление стальной бесшовной трубы определяется по формуле: P = (2 х S хT)/(DхSF), где P – давление жидкости; T – толщина стенки в дюймах; D – наружный диаметр трубы (дюйм); SF – коэффициент безопасности; S – запас прочности металла.

Значение зависит от следующих критериев:

толщины стенки, которая может быть от 2,5 до 75 мм;
наружного диаметра (20–550 мм);
способа производства;
марки металла, а точнее – от допускаемого напряжения в стали при проведении гидравлического испытания.

По условиям ГОСТ 8731-74, каждую трубу подвергают гидравлическим испытаниям при давлении до 20 МПа (более 200 атмосфер).

Потери давления в стальных трубах

При выборе изделия для определённых нужд необходимо учитывать такое явление, как потери давления в стальных трубах. Это значение определяется по формуле, учитывающей шероховатость внутренней поверхности металла, плотность и температуру транспортируемой жидкости, скорость её перемещения, длину участка трубопровода и размер его внутреннего сечения.

Потеря напора (или давления) в трубе возникает под действием силы трения, когда мельчайшие частицы жидкости задерживаются шероховатостями, выступами на внутренней поверхности. Кроме того, на процесс влияет количество изгибов, поворотов магистрали, изменение диаметра либо геометрии сечения.

Например, новая труба из стали с относительно гладкой внутренней поверхностью создаёт меньшее сопротивление потоку, нежели старая с налётом ржавчины на стенках. Результаты расчётов показывают, что в первом случае потери давления в два раза меньше при малом диаметре прохода. С увеличением размера трубы разница становится менее заметной. Так, в магистралях с внутренним сечением свыше 800 мм показатели потерь в новой и старой трубе отличаются всего на 45 %.

При выборе трубы следует учитывать такую зависимость:

если увеличить напор в три раза, то потери возрастут в 9 раз;
если снизить напор в два раза, то потеря давления снизится ровно в 4 раза.

Расчёт допустимого давления в трубах круглого сечения

Допустимым называют такое давление, при котором не учитываются следующие параметры:

гидростатическое давление жидкости;
разовое увеличение значений давления при срабатывании предохранительного клапана или иных технических устройств в водопроводной системе.

В ГОСТах и других нормативных документах указывается условное рабочее давление, то есть значение при определённых условиях (например, при температуре 20 градусов). Для того чтобы определить допустимые значения, потребуется сложный гидравлический расчёт.

Для вычислений используют формулу из ГОСТ Р 55600-2013:

где At – коэффициент, учитывающий температуру жидкости (при 200 град. равен 1,0); δ20 – допустимое напряжение металла; С – суммарная прибавка, складывающаяся из допуска на износ и коррозию, из прибавки на технологические погрешности; t- толщина стенки рабочая; De – внутренний диаметр.

При выборе изделий для монтажа на конкретном объекте необходимо учитывать нормы рабочего давления стальной трубы при эксплуатации в разных системах:

для частных домов этот параметр рассчитывается индивидуально;
в городских квартирах предельное значение для холодной воды – до 6 бар, для горячей – до 4,5 бар;

В частных строениях при оборудовании дома паровым котлом отопления максимальное давление в стальных трубах может достигать 10 бар. Однако столь высокие значения приводят к удорожанию устанавливаемой системы подачи воды, к быстрому выходу из строя отдельных элементов системы. Поэтому рекомендуют не превышать значения давления в частных домах более 6,5 бар.

Таким образом, при проектировании водопроводной системы необходимо учитывать следующие факторы:

какое давление держит стальная труба определённого сечения;
каковы потери давления в трубах с учётом изгибов магистрали, изменений геометрии и других характеристик;
не превышает ли расчётное давление допустимых параметров, учитывая условия эксплуатации.

Правильный подход к выбору материала для устройства водопровода заключается в проведении инженерного обследования объекта с выполнением последующего гидравлического расчёта и определения оптимальных значений трубы. Только так можно создать надёжную систему водоснабжения с хорошим запасом прочности и долговечности.