Московская область. Трубные заводы и производители стальных и чугунных труб

Развитие технологий обработки железа в полной мере можно проследить, рассматривая историю применения чугуна и стали для изготовления труб. Историю чугунных трубопроводов принято отсчитывать с создания подземных трубопроводов Версаля (1662 г. мастер Р. Салем по проекту архитектора А. де Виля), после чего чугун стал основным материалом для труб водоводов и канализации. В России чугунные трубы были использованы для реконструкции Ростокинского водопровода Москвы (1858 г. А. Дельвиг). Первый российский нефтепровод построен на нефтяных промыслах Баку-Батуми (1897-1907 г. В.Г.Шухов) длиной 835 км.

Объем производства труб является индикатором технологического и технического состояния тяжелой промышленности любого государства, а уровень собственного потребления трубной продукции — индикатором динамики всей экономики.

Виды продукции

Номенклатура наименований позиций трубной продукции очень обширна. ГОСТ 28548-90 «Трубы стальные. Термины и определения» дает следующую классификацию:

Бесшовные стальные трубы.
Сварные стальные трубы.
Паяльные стальные трубы.
Стальные трубы с наружным или внутренним защитным покрытием (покрышками).
Стальные трубы с обработанной (внутренней или наружной) поверхностью.

Классификация построена на базовых технологиях изготовления. Внутри каждой категории стандартами определены свои требования, т.к. различные отрасли предъявляют свои технические требования. Существуют ГОСТы на трубы для химической, нефтегазовой или атомной промышленности. Кроме этого, современные технологии защиты трубы от воздействия внешних и внутренних факторов существенно расширяют количество номенклатурных позиций.

особо тонкостенные,
тонкостенные,
толстостенные,
особо толстостенные.

Технология производства

Различают две базовые технологии изготовления труб: бесшовная и сварная. Внутри каждой технологии существуют технологические приемы, которые обеспечивают изготовление определенных типоразмеров с наиболее оптимальными техническими и ценовыми параметрами.

Бесшовная технология

Технология основана на пластической деформации заготовки. Различают технологии по температурному режиму обработки по отношению к температуре рекристаллизации сплава железо-углерод (Fe-C):

Холоднодеформированные.
Горячедеформированные.
Теплодеформированные.

По технологическим схемам различают следующие способы изготовления бесшовной трубы:

Ковка . Применяется для изготовления заготовки (гильзы) под последующую обработку. Кроме этого, ковка применяется для изготовления труб из труднодеформируемых сталей и сплавов. Близким методом получения трубы, по способу формирования и условиям обработки, можно считать горячее прессование.

Прокатка . Способ изготовления, при котором заготовка проходит через клеть с калиброванными валками. При прокатке гильзы через валки происходит пропорциональное изменение геометрии трубы — уменьшение толщины стенки и увеличение длинны. Различают:

холоднокатаные трубы (диаметр 5...250 мм, стенка толщиной 0,3...24 мм, ГОСТ 8734-75) изготавливают непосредственно после ковки (прошивки) заготовки, без дополнительного нагрева. В процессе вальцовки деталь охлаждают до температуры ниже температуры кристаллизации сплава Fe-C.
горячекатаные трубы (диаметр 20...550 мм, толщина стенок не менее 2,5 мм, при максимальном значении толщины 75 мм, ГОСТ 8732-78) изготавливают после дополнительного нагрева выше температуры нагрева выше температуры рекристаллизации на 50...70 °С. Требуется термическая обработка.
теплокатанные трубы изготавливаются с применением промежуточного температурного режима, что позволяет упростить режим последующей термической обработки.

Волочение . Способ изготовления, при котором гильза проходит через калиброванные отверстия. Волочение, в части наименований, связано с температурным режимом процесса, аналогично прокатке: горяче, холодно и теплотянутые.

Специальные технологии .. Технологии прессования, центробежного литья и обработки резанием, которые не используют непосредственно деформацию металла, применяются для получения труб со специфическими свойствами или труб с применением специальных материалов.

Технологии с применением сварки

Сварка краев, деформированного в трубку листа или полосы происходит двумя способами:

Сварка давлением, под действием сил деформации, когда подогретые и подготовленные края полосы смыкаются в формообразующей фильере (печная сварка).
Сварка краев производится электродуговым способом в защитной среде или под флюсом. Электросварка различается по положению шва относительно оси трубы на прямолинейную и винтовую.

Сварка электродуговым способом получила широкое распространение благодаря развитию технологий сварки и методов неразрушающего автоматического контроля качества шва.

Положение в отрасли

В девяностые годы спад промышленного производства коснулся металлургии и трубного производства. Сокращение объемов производства в 4, 4 раза в погонных метрах и в 2,6 раза в весовом выражении, по сравнению с 1990 годом, поставило трубное производство на грань уничтожения. Приватизированная металлургическая отрасль, вплоть до 2000 года, подвергалась реструктуризации и пределу между собственниками. В итоге сформировались несколько финансово-промышленных групп, которые представляют собой вертикально ориентированные структуры с достаточно самостоятельным набором предприятий. Шесть холдингов: Evraz Group, Магнитогорский металлургический комбинат (ММК), Северсталь Российская Сталь, Новолипецкий металлургический комбинат (НЛМК), Металлоинвест и Мечел — контролируют около 80% трубного производства. С 2000 по 2007 годы производство труб в России выросло в 2,7 раза в весовом выражении и достигло уровня 1990 года прошлого столетия. Основной прирост производства получен в сегменте производства труб большого диаметра (ТБД) для нефтегазовой промышленности.

Перспективы отрасли

Перспективы отрасли следует рассматривать в двух сегментах трубного производства: производство труб общего назначения и производство ТБД. В первом сегменте ощущается сильное давление производителей высокотехнологичных труб с антикоррозионным покрытием и производителей полимерных труб, особенно Китая, Японии и Индии, которые предлагают большие объемы по демпинговым ценам. На переоснащение производства требуется порядка 90 млрд. $ в течение 10 лет. В сегменте ТБД ситуация намного лучше благодаря относительно высокой доле нового оборудования, на котором выпускается 40% ТБД и участию в государственных программах строительства новых нефте- и газопроводов, как на территории России, так и вне ее.

Описание технологии

Под трубами понимают изделия кольцевого сечения закрытого профиля цилиндрические или гофрированные диаметром от 5 до 1500 мм. Тонкостенные изделия этого типа с толщиной стенки 1-1,5 мм при диаметре до 25 мм принято называть шлангами. Трубки диаметром менее 5 мм со стенками толщиной менее 0,5 мм называют капиллярами. Название «труба» является обобщающим.

Как правило, трубы изготовляют из высоковязких сортов полимеров. Для их производства применяют полиэтилен низкой плотности, полиэтилен высокой плотности (ПЭ-80, ПЭ-100), жесткий и пластифицированный поливинилхлорид, АБС-пластик, полипропилен, ударопрочный полистирол.

В зависимости от свойств используемых полимеров пластмассовые трубы могут обладать не только низкой плотностью, щелоче-, кислотостойкостью, но и термостойкостью до 120-150 0 С, высокими электроизоляционными свойствами, бензо- и маслостойкостью, не ржавеют в процессе использования. Кроме того пропускная способность пластиковых труб больше, чем металлических, вследствие незначительных потерь на преодоление трения жидкости о полимерную поверхность.

Также использование полимерных труб обычно дает ощутимый экономический эффект: затраты на транспортировку и монтаж сокращаются по сравнению со стальными трубами в несколько раз, значительный срок службы (около 50 лет), отсутствие расходов в период эксплуатации. В результате монтаж, выполненный из труб и фитингов из полипропилена, даст удешевление на 15–20% по сравнению с трубопроводом, выполненным из стальных оцинкованных труб.

Ещё одно важное достоинство пластмассовых труб - технологичность их соединения в трубопроводные системы.

Технология и оборудование для производства труб

Процесс производства труб из пластика технологически достаточно прост, относительно нетрудоемок, энергетически малозатратен и экологически безвреден, а минимальная площадь, необходимая для установки и эксплуатации одной комплектной линии для производства труб, составляет порядка 100 м 2 .

Все стадии технологического процесса производства труб неразрывны и выполняются на одной линии непрерывного действия.

Рис. 1. Линия для производства полимерных труб.

Гранулированный полимерный материал пневмозагрузчиком подается в бункер экструдера, где нагревается, пластицируется и в виде расплава под давлением подается в прямоточную формующую головку, из которой отформованная труба поступает в калибратор и далее в охлаждающую ванну. Для отвода трубы служит тянущее устройство, захватывающие элементы которого соответствуют профилю изделия. Толщина стенки трубы и правильность ее геометрической формы контролируются бесконтактным измерительным устройством. Для нанесения надписей тиснением или печатью служит счетно-маркирующее устройство. Трубы диаметром более 50 мм нарезаются на отрезки заданной длины дисковой или гильотинной пилой, перемещающейся вдоль трубы со скоростью ее отвода, и укладываются манипулятором в штабеля. Трубы диаметром менее 50 мм наматываются в бухты тянуще-намоточным устройством.

Экструдеры. Используются главным образом одночервячные прессы с длиной червяка (25-30)D. Применение длинных червяков способствует уменьшению пульсации расплава и повышению качества изделий. При производстве тонкостенных изделий используют экструдеры с осевым перемещением червяков, позволяющим регулировать зазор между концом червяка и головкой. В современных агрегатах, служащих для производства труб диаметром более 1000 мм с толщиной стенки более 25 мм, используют высокопроизводительные двухчервячные экструдеры.

Рис. 2. Одношнековый экструдер.

Формование профиля трубы. Формование осуществляется за счет течения расплава полимера через кольцевую щель головки. Для этого обычно используют прямоточные, угловые и Z-образные формующие головки.

Рис. 3. Прямоточная кольцевая головка для изготовления труб и шлангов:
1 - штуцер для подвода сжатого воздуха; 2 - корпус; 3 - регулировочные винты; 4 - крепежное устройство; 5 - трос для удержания скользящих пробок в калибрующем устройстве; 6 - трубная заготовка; 7 - канал для поступления в трубу сжатого воздуха; 8 - матрица; 9 - дорнодержатель; 10 - дорн.

Наибольшее применение находят прямоточные головки (рис. 2). Корпус головки состоит из двух частей, между которыми закреплена радиальная решетка дорнодержателя. В переднюю часть корпуса вставляется формующее кольцо (мундштук), которое крепится к корпусу фланцем. На входе в головку вставляются решетка и пакет фильтрующих сеток. На решетке дорнодержателя закреплены рассекатель и дорн. Решетка дорнодержателя имеет штуцер для подвода сжатого воздуха внутрь трубы. Расплав полимера из цилиндра экетрудера проходит через пакет фильтрующих сеток, решетку, а затем течет в кольцевом зазоре между патрубком и рассекателем дорна и входит в отверстия решетки дорнодержателя, где ребрами разделяется на несколько параллельных потоков. Чтобы не было застойных зон, ребра решетки дорнодержателя делают обтекаемой формы.

После решетки дорнодержателя расплав вновь поступает в кольцевой канал, образованный второй частью корпуса и дорном. Окончательные размеры расплав принимает в формующем канале, при этом для обеспечения равной толщины трубы по периметру формующее кольцо (мундштук) может перемещаться винтами в радиальных направлениях относительно дорна.

Длина формующего канала обычно принимается кратной глубине канала h и должна быть равна l/h =15 - 30.

Рис. 4. Формующая головка для изготовления труб большого диаметра.

Конструкции формующих головок должны удовлетворять следующим общим требованиям:
1) равномерное течение расплава по периметру головки;
2) отсутствие линий спаев;
3) плавный переход от одного участка канала к другому;
4) равномерное нагревание расплава по периметру;
5) отсутствие застойных зон;
6) форма канала выбирается из условия эксплуатации и области применения труб.

Кроме конструктивных факторов на качество изготовляемых труб влияют технологические параметры - температура, скорость течения и скорости вытяжки расплава. При течении происходит ориентация молекул полимера, которая зависит от вязкости расплава и скорости течения. При увеличении температуры расплава ориентация и время релаксации уменьшаются, поэтому усадка труб в осевом направлении снижается.

Скорость течения расплава в головке влияет в основном на анизотропию свойств трубы. При увеличении скорости может появится шероховатость поверхности, т.к. происходит периодический срыв расплава с поверхности формующего канала.

При формовании профиля трубы расплав из головки отводится с помощью тянущего устройства. Если расплав отводится со скоростью большей, чем скорость выхода расплава, происходит уменьшение толщины стенки трубы и повышается осевая ориентация трубы.

Калибрование труб. Для придания профилю экструдата заданных размеров и исключения его деформации в охлаждающем устройстве трубы калибруют, т.е. предварительно охлаждают с обеспечением расплаву определенной конфигурации и размеров. Как правило, трубы калибруют по их наружному диаметру, поскольку это важно для стыкования и соединения при дальнейшем использовании. Тонкостенные шланги и капилляры калибруют также и по внутреннему размеру.

Для придания калибруемому изделию требуемой формы с последующим ее сохранением процесс должен начинаться при температуре, близкой к температуре плавления термопласта Т 1 ≤ Т пл а заканчиваться, когда расплав затвердевает, то есть при температуре ниже температуры размягчения Т 2 Калибрование можно проводить с использованием сжатого воздуха или вакуума.

При калибровании по наружному диаметру с использованием сжатого воздуха трубчатая заготовка расплава выдавливается из головки и поступает внутрь металлической гильзы калибратора. При подаче сжатого воздуха внутрь трубы происходит частичное раздувание ее по диаметру, вследствие чего труба на выходе из головки плотно прилегает к охлаждаемым стенкам калибрующей гильзы. Чтобы не произошло разрушения (раздувания) экструдата, насадка в данном случае крепится вплотную к головке, а в рубашку калибрующей насадки подается охлаждающая жидкость. Для исключения прилипания расплава, гильза насадки охлаждается до температуры, которая всегда должна быть ниже температуры стеклования или плавления. При этом на поверхности трубы образуется слой твердого полимера, который после выхода из насадки должен выдерживать внутреннее давление воздуха, а также силы трения, возникающие в насадке.

Давление калибрования выбирается в зависимости от диаметра трубы, толщины ее стенки, а также от свойств полимеров и температуры расплава. Обычно его подбирают экспериментально при запуске установки. При этом следует учитывать, что при низком давлении ухудшается внешний вид труб (образуется поверхностная рябь), а при чрезмерно большом снижается прочность из-за возрастания коэффициента трения и появления микротрещин.

Для создания внутри трубы давления конец её закрывают пробкой или несколько раз перегибают под углом 180 0 . Применение пробки ухудшает качество внутренней поверхности трубы и увеличивает силу ее трения при калибровке.

Раздувание сжатым воздухом позволяет создавать внутри трубы высокое давление. Этот способ калибровки используют при производстве труб диаметром более 100 мм и толщиной стенки более 5 мм.

При калибровании вакуумом необходимо обеспечить герметичность между зкструдатом и гильзой на входе, поэтому диаметр формующего мундштука делают несколько больше, чем диаметр гильзы. Необходимые размеры труба приобретает в результате прижатия экструдата к стенкам гильзы под действием разности давления атмосферного воздуха и вакуума. Поскольку невозможно создать большую разность давлений (∆P не превышает 0,05 МПа), этот метод неприменим при калибровании толстостенных труб.

Рис. 5. Вакуумный калибратор.

При калибровании пластинами трубчатая заготовка раздувается сжатым воздухом, подаваемым внутрь трубы, или за счет создания вакуума в калибрующей камере. В этом случае набор калибрующих пластин помещают в герметичную камеру, в которой создают вакуум. В этой же камере устанавливают форсунки для разбрызгивания воды или полностью заливают ее водой. Уровень воды поддерживается с помощью сливных трубок. Расстояние между пластинами на входе делают небольшим, чтобы под действием вакуума не произошло раздувание расплава. По мере отвода трубы температура расплава понижается и расстояние между пластинами возрастает. Калибрование охлаждаемыми пластинами ускоряет процесс охлаждения и уменьшает трение.

При калибровке по внутреннему диаметру калибратор крепится непосредственно к дорну головки. По трубке, проходящей через дорн, в него подается охлаждающая вода. Труба, протягиваемая по калибратору, охлаждается и разглаживается. Используя этот метод, можно получать изделия с толщиной стенки до 0,2 мм и с сечением любой формы, соответствующей конфигурации формующей щели головки.

При калибровании изделий следует избегать быстрого охлаждения, чтобы свести к минимуму остаточные напряжения и неравномерность усадки, нередко являющиеся причиной образования микротрещин. Необходимо согласовывать толщину стенки изделия, скорость ее отвода от головки, длину калибрующей втулки и теплофизические свойства перерабатываемого полимерного материала (теплопроводность,температуропроводность).

Для более равномерного охлаждения трубы внутрь нее также через дорн впрыскивается водяной туман. В этом случае тепло отводится не только через калибрующую втулку, но и внутрь изделия.

Эксплуатационный нагрев калиброванных труб выше Т р может сопровождаться самопроизвольным изменением их диаметра из-за высокоэластической деформации.

Охлаждение труб проводится орошением их водой или пропусканием через водяную ванну. Основное требование к этой операции - равномерное и быстрое охлаждение расплава.

В ваннах обеспечивается интенсивное перемешивание жидкости, для чего устанавливают барботажные трубки, разбрызгивающие форсунки или создают спиральный поток воды вокруг трубы. Интенсивное перемешивание необходимо также для удаления пузырьков воздуха, оседающих на поверхности трубы и нарушающих теплообмен. Иначе поверхность становится дефектной (с оспинами). Температура охлаждающей воды обычно выбирается в зависимости от полимера, а также с учетом требований, предъявляемых к трубам. Трубы хорошего качества получаются, если температура расплава на внутренней поверхности после выхода из ванны понижается до температуры плавления или текучести. Поэтому необходимо обеспечивать определенную скорость отвода трубы тянущим устройством. Длина ванны и кратность обмена воды определяются с учетом толщины стенки изделия.

Тянущее устройство предназначено для отвода изделия от формующей головки и перемещения его через охлаждающую ванну. Наиболее широко применяются устройства гусеничного типа. В зависимости от диаметра трубы, толщины ее стенки, конфигурации поперечного сечения тянущие элементы могут представлять собой бесконечный ремень с эластичными накладками или роликовые цепи с траками, повторяющими контур изделия. Количество таких «гусениц» может составлять 2, 3, 4 или 6, также в зависимости от размеров трубы. Тянущее устройство должно комплектоваться приводом с плавной регулировкой и прибором для оценки линейной скорости отводимого изделия. Последнее особенно важно, поскольку, во-первых, позволяет компенсировать разбухание экструдата, а во-вторых, от отношения скорости отвода изделия к скорости выдавливания экструдата зависит так называемая степень вытяжки трубы иее свойства в продольном и поперечном направлениях.

Если расплав отводится со скоростью большей, чем скорость выхода расплава, происходит уменьшение толщины стенки трубы и повышается осевая ориентация трубы. Прочность в продольном направлении увеличивается, а в поперечном снижается. Соответственно, с усадкой всё происходит наоборот: поперечная растет, в то время как в осевом направлении усадка существенно понижается.

Резка труб осуществляется пилами различной конструкции (циркульной, ленточной). В процессе резки пила перемещается вместе с трубой и после завершения цикла возвращается в исходное положение.

Рис. 6. Отрезное устройство.

Штабелер сбрасывает готовые трубы заданной длины по мере их поступления с отрезного устройства на специальный стеллаж для их дальнейшей сортировки или упаковки оператором.

При производстве безнапорных труб из полиэтилена или ПП-труб малого диаметра вместо штабелера может использоваться автоматический намотчик, который, имея регулируемый по диаметру намоточный барабан, электропривод и систему счетчика метража, позволяет получать на выходе готовые бухты.

Производство гофрированных труб.

Гофрированные трубы применяют для прокладки канализационных и дренажных магистралей. За счет гофрированной (профилированной) поверхности труба имеет небольшую толщину стенки, обладая достаточно высокой прочностью к смятию, т.е. имеет поперечную жесткость и вместе с тем продольную гибкость. При прокладке под землей она выдерживает давление грунта, имея при этом незначительную массу (малый вес) одного погонного метра трубы и достаточно легко укладывается в траншеи.

Гофрированные трубы могут быть однослойными или многослойными, когда для уменьшения гидравлического сопротивления гофрированная часть изнутри имеет гладкий слой полимера, рис. 7.При этом у трубы сохраняется гибкость. В некоторых случаях для обеспечения более высокой жесткости и теплопроводности, на наружную поверхность гофров наносят третий слой полимера.

Рис. 7. Гофрированная труба.

Установка для производства гофрированных изделий состоит из экструдера с прямоточной трубной головкой с удлиненным дорном и необогреваемым мундштуком (рис. 8).

Рис. 8. Схема процесса гофрирования труб.
1 - дорн; 2 - мундштук; 3 - полуформа; 4 - трос; 5 - пробка; 6 - изделие.

Экструдер должен выполняться на рельсах, для компенсации теплового расширения при изменении температуры цилиндра. В непосредственной близости от головки располагается гофратор, устроенный подобно двухцепному отводящему устройству, на каждом траке которого закреплена полуформа с каналом для охлаждающей воды. На рабочем участке полуформы сомкнуты. Тонкостенная трубная заготовка поступает в зону сомкнутых полуформ гофратора, под давлением сжатого воздуха прижимается к охлажденным поверхностям и затвердевает, сохраняя приданную ей форму. Для поддержания давления внутри раздуваемого рукава в нем размещается плавающая пробка, прикрепленная к дорну тросом. Гофратор, таким образом, выполняет две функции. Первая - подобно калибратору он придает изделию требуемую геометрическую форму, вторая - является отводящим устройством с плавной регулировкой скорости движения полуформ.

Особенность технологии производства гофрированных изделий заключается в том, что для обеспечения полноты формования гофров процесс ведется на предельно допустимой для перерабатываемого материала температуре. Кроме того, поскольку формование рукава-заготовки происходит на необогреваемом участке головки, в ней возникает значительное давление, достигающее 30-40 МПа.

Введение

В данной статье мы подробно рассмотрим технологию производства пластиковых труб (ПП, ПЭ, ПВХ - труб) и фитингов, применяемых для холодного и горячего водоснабжения, а также для канализации и водостоков. Трубы обычно имеют наружный диаметр исходя из следующего стандартного ряда: 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 75, 90, 110, 125 мм и т.д.

Трубы из полиэтилена (ПНД-трубы, трубы из ПЭ-63, ПЭ-80 и ПЭ-100, а также PEX) применяются, как правило, для водоснабжения при различных номинальных значениях давления в системе. Трубы из полипропилена (ПП рандом-сополимер) используются также для хололного и горячего водоснабжения, а из ПП-гомополимера - для внутренней канализации зданий. Канализационные трубы для наружных сетей, производят их поливинилхлорида (ПВХ). Из ПВХ изготавливают также водостоки. Особняком стоят пластмассовые или металлические трубы и фитинги в полиэтиленовой оболочке и пенополиуретановой теплоизоляции (так называемые ППУ-трубы). Кроме того, существуют металлопластиковые трубы, имеющие композитную металлопластик-стенку, которая включает полимерные и металлический слои. Металлопластиковые трубы используют в различных целях: отопление помещений (в том числе «теплые полы»), водоснабжение и газоснабжение помещений и предприятий. Гофрированные трубы из различных материалов также нашли широкое применение в различных сферах хозяйства. Популярность гофротруб обусловлена их легкостью и отличной гибкостью, что позволяет использовать из в качестве шлангов в том числе в канализационных системах. В некоторых более узких областях применяют также стеклопластиковые трубы.

Трубы из полимеров имеют целый ряд достоинств перед стальными: вес пластиковых труб небольшой, они являются нержавеющими, бесшовными, не зарастают в процессе эксплуатации, не вибрируют и не издают урчащих звуков, не разрываются при замерзании воды (cистема выдерживает несколько циклов замерзания при наличии давления без разрушения), не проводят блуждающие токи, не требуют окраски и легки в монтаже. Например, трубы и фитинги из полипропилена в зависимости от рабочего давления могут работать в течение десятилетий с температурой жидкости до 95°C. Полипропиленовые и полиэтиленовые трубы экологически чисты и с успехом применяются в трубопроводах холодного и горячего водоснабжения, отопления и воздуховодах с рабочим давлением до 25 атм.

Благодаря фитингам с хромированными латунными вставками ПП-трубы легко комбинируются со стальными трубами и стальной арматурой, а при укладке в грунт не требуют дополнительной изоляции. Кроме того, в последние годы активно внедряются закладные элементы из полисульфона, как замена латунных вставок для соединений пластмассовых труб.

При монтаже труб из полиэтилена, полипропилена, как правило, применяется диффузионная сварка, выполняемая при помощи несложной и недорогой оснастки. Такой способ соединения не требует специальных навыков и доступен каждому. Конструкция в результате получается полностью герметичной, а сам процесс сварки занимает очень мало времени. При этом соединение готово к эксплуатации сразу после остывания (2-3 мин.). Трубы из ПВХ, как правило применяются для стоков без давления, поэтому они не свариваются, а скрепляются при помощи раструбов, РТИ уплотнений, реже - клеевыми соединениями.

Использование полимерных труб обычно дает ощутимый экономический эффект: затраты на транспортировку и монтаж сокращаются по сравнению со стальными трубами в несколько раз. Экономический эффект от использования труб и фитингов из полипропилена по сравнению со стальными и чугунными складывается из экономии затрат на транспортировку, сокращении трудоемкости и отходов при монтаже, экономии расходных материалов, отсутствия расходов в период эксплуатации, а также значительного срока службы - около 50 лет. Если все эти данные учесть при определении стоимости трубопровода и составлении сметы, то монтаж выполненный из труб и фитингов из полипропилена даст удешевление на 15-20% по сравнению с трубопроводом, выполненным из стальных оцинкованных труб.

Основные материалы для изготовления современных труб

1. Полипропилен рандом-сополимер.

Материал, используемый для производства водопроводных ПП труб и фитингов, представляет собой продукт сополимеризации пропилена и этилена в определенных пропорциях и носит название полипропилен рандом-сополимер PPRC (тип 3). К сожалению, достойной альтернативы PPRC тип 3, выпускаемым зарубежными производителями, на российском рынке полимеров пока нет, и видимо, не скоро будет. В России для производства ПП-труб для горячего и холодного водоснабжения хорошо зарекомендовали себя марки сополимера пропилена RA 130E BOREALIS (Финляндия) и TIPPLEN CS4-8000 TVK (Венгрия).

2. Полипропилен гомополимер.

Гомополимер пропилена применяется главным образом для канализационных ПП труб и фитингов. Причем из-за хрупкости гомополимера при низких температурах применять полипропиленовые трубы в климатических условиях России и СНГ можно только для внутренней канализации. Поэтому такие трубы - самые тонкостенные (толщина стенки обычно 1,6 - 2,0 мм).

Как правило, для экструзии труб из гомополимера ПП используют полипропилен производства московского (Каплен 01003), уфимского (Бален 01003) и других отечественных предприятий с текучестью 0,3 г/10 мин.

Для обеспечения грамотного и правильного применения труб и фитингов из полипропилена в трубных системах в Российской Федерации выпущен Свод правил по проектированию и монтажу трубопроводов из полипропилена «Рандом сополимер» (СП40-101), внесены соответствующие изменения в СНиП 2.04.05-91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» и в СНиП 2.04.01-85 «Внутренний водопровод и канализация зданий».

3. Полиэтилен

В большинстве случаев для производства труб и фитингов применяют различные марки полиэтилена низкого давления (высокой плотности, ПЭНД, ПЭВП), а также силанольно-сшитый полиэтилен (PEX). Водопроводные трубы из обычного ПНД на сегодняшний день уже морально устарели. То же касается и марки ПЭ-63, которая не выдерживает такого высокого давления, как более современные трубные марки ПЭ-80 и ПЭ-100. Во многих странах Европы выпуск материала ПЭ-63 прекращен и полиэтиленовые трубопроводные системы переводятся на современные ПЭ-80 и ПЭ-100, имеющего очень высокие характеристики при работе под давлением и повышенных температурах. К сожалению, и тут доля российского сырья для производства труб близка к нулю.

4. Поливинилхлорид

Трубы и фитинги из ПВХ применяют в основном для организации наружней канализации. Это обусловлено высокими характеристиками ПВХ при низких температурах, в отличие от полипропилена. Канализационные трубы ПВХ более толстостенные, чем полипропиленовые, из-за особенностей их эксплуатации. Кроме того, некоторая часть труб ПВХ применяется для пластмассовых водостоков и дренажа. Для производства труб из поливинилхлорида обычно берут стандартную композицию, включающую смолу ПВХ, стабилизаторы, смазки, наполнители и модификаторы. Смола как правило бывает российского производства, добавки - зарубежного.

Технология и оборудование для производства труб

Экструзионная линия для получения труб представляет собой технологически законченный непрерывный цикл экструзии, калибровки, охлаждения, вытяжки, обрезки и штабелирования готовой продукции и состоит из собственно экструдера с экструзионной головкой и системой подачи полимерного сырья, ванны калибрации и охлаждения, тянущего устройства, отрезного устройства и штабелера или автоматического намотчика для труб малого диаметра.

Кратко опишем технологию экструзии: гранулированый пластик засыпается в бункер экструдера, представляющего собой винтообразный шнек из высокопрочной азотированной стали, вращающийся с заданной скоростью внутри материального цилиндра. По всей длине цилиндра установлено несколько нагревателей кольцевого типа и несколько датчиков температуры. Таким образом в каждой условной зоне нагрева имеется возможность установки и контроля температуры расплава в цилиндре. Посредством вращающегося шнека гранулят расплавляется, смешивается и, пластифицируясь под давлением, поступает в экструзионную головку, назначение которой состоит в том, чтобы посредством формообразующих цилиндрических поверхностей дорна (внутренний диаметр) и матрицы (внешний диаметр) на выходе головки получить пластфицированную заготовку в виде трубы. Внутри экструзионной головки также установлены нагреватели с термодатчиками, обеспечивающие необходимый режим нагрева материала.

Экструзионная головка может быть выполнена в виде единого блока, имеющего фланец для крепления к материальному цилиндру, и состоит из корпуса, рассекателя, дорнодержателя и собственно матрицы, которая центрируется относительно дорна регулировочными болтами для обеспечения равной толщины стенки трубы по диаметру.

В состав экструдера, помимо бункера, пары шнек-цилиндр, экструзионной головки и системы нагревов, входят также асинхронный электродвигатель переменного тока с частотно-регулируемым преобразователем для обеспечения прецизионности вращения шнека, блок электроавтоматики и программируемый логический контроллер, о котором следует сказать дополнительно.

Программируемый логический контроллер по сути является компьютером, содержащим все технологические параметры экструзионной линиии и контролирущим работу всех систем, входящих в ее состав. С помощью пульта управления, состоящего из дисплея и клавиатуры, оператор осуществляет оперативное управление всеми исполнительными устройствами, регулирует и контролирует температуру нагрева экструдера и головки, скорость вращения шнека и тянущего устройства, давление расплава, режимы резки и штабелирования.

В состав экструдера дополнительно может быть включено вспомогательное оборудование для производства пластиковых труб. Например, вакуумный загрузчик для обеспечения непрерывной загрузки гранулята в бункер, системы автоматической смены фильтров экструзионной головки и т. д.

Полимер в виде пластифицированной трубной заготовки должен принять форму трубы с задаными внешним и внутренним диаметрами и толщиной стенки. Для этого ее нужно откалибровать, что и происходит в вакуумном калибраторе, через который протягивается трубная заготовка. Ванна вакуумного калибрования и охлаждения обычно представляет собой 3-метровую замкнутую емкость из нержавеющей стали, в торцах которой установлены резиновые манжеты для герметизации ванны. Принцип калибровки трубы - вакуумный, по наружному диаметру. Устройство для вакуумного калибрования по наружному диаметру располагается в передней части ванны и представляет собой латунный цилиндр с центральным отверстием заданного диаметра трубы и с поперечными прорезями по всей длине. Калибратор интенсивно охлаждается при помощи форсунок, из которых подается под давлением вода. Ванна калибрации и охлаждения соединяется с вакуум-насосом и ввиду того, что на ее входе и выходе установлены резиновые манжеты, в ее полости создается разрежение. Благодаря наличию поперечных прорезей в калибраторе отрицательное давление в полости ванны распирает трубу и прижимает ее к внутренней поверхности калибрующей насадки. Разрежение в камере контролируется вакуумметром. Далее труба проходит через диафрагму калибратора в охлаждающую ванну, в которой также поддерживается разрежение, т. к. полость ванны через патрубок соединена с вакуум-насосом и интенсивно охлаждается с помощью форсунок.

Для того чтобы пластиковая труба равномерно вытягивалась через систему калибрации, сохраняя неизменной и заданной толщину трубы, после дополнительной ванны охлаждения установлено тянущее устройство гусеничного или ленточного типа с пневматическим прижимом траков. Траки приводятся в движение посредством электродвигателя с частотно-регулируемым приводом, синхронизированным с главным приводом экструдера. Усилие прижима траков для различных диаметров труб регулируется механически, путем измененения расстояния между траками.

Для резки пластиковых труб предназначено отрезное устройство - пила гильотинного или дискового типа в зависимости от диаметра трубы. Устройство работает как в ручном режиме, получая сигнал на начало резки от концевого выключателя, установленного на штабелере, так и в автоматическом, когда режимы резки задаются с пульта управления.

Технология производства фитингов для труб

Фитинги часто производятся из того же материала, что и трубы, например из полипропилена рандом сополимер тип 3. Однако, часто оказывается невозможным получить качественное изделие на ТПА (термопластавтомате) из материала, используемого для экструзии. Так, для литья фитингов для внутренней ПП канализации применяют более текучие марки гомополимера полипропилена, например ПП01030, ПП01060 или ПП01130. В случае с ПВХ на литье фитингов также идет специальная гранулированная композиция с большей текучестью, нежели экструзионные аналоги для труб.

Метод литья под давлением широко известен и изучен. Способ загрузки, нагрева и пластификации при подготовке к литью совершенно идентичен экструзионной линии. То есть мы имеем тот же самый бункер для материала и пару шнек-цилиндр, установленную на станину. Полипропилен засыпается в бункер, посредством вращающегося шнека и кольцевых нагревателей превращается в расплав и, пластифицируясь, поступает к соплу для вспрыска в пресс-форму. Последняя представляет из себя две полуформы, гидравлически смыкающиеся перед циклом вспрыска и размыкающиеся после охлаждения готового изделия. Пресс-форма имеет литниковое отверстие для подачи под давлением расплавленного материала. Шнек термопласт-автомата связан с гидроцилиндром и имеет возможность с заданной скоростью двигаться вперед и по команде с пульта оператора возвращаться в исходное положение. Таким образом, процесс производства фитингов представляет собой цикл, состоящий из шести фаз: смыкание полуформ, подвод к литниковому отверстию сопла, вспрыск расплава, отвод сопла, размыкание пресс-формы и набор следующей дозы материала посредством вращения шнека. Любой термопластавтомат имеет программируемый логический процессор, пульт оператора, блок элетроавтоматики, позволяющие программировать технологический процесс с заданием режимов нагрева, набора материала, вспрыска и других параметров.

Понятно, что эти технологические установки в реальном производстве могут содержать в своем составе различные вспомогательные агрегаты. В некоторых условиях производста желательны установка подготовки воздуха (воздушный компрессор, фильтр, слагоотделитель), холодильная установка и т. д.

Заключение

Иногда готовые трубы и фитинги после производства нуждаются в дополнитеньных операциях, таких как раструбовка, гибка, сварка, склеивание или сборка. Например, трубы для канализации должны быть раструбованы, а затем в раструб нужно вставить уплотнение - резиновое кольцо. Иногда особенно сложные фитинги производят путем сварки или склеивания нескольких полуфабрикатов. В этом случае применяют контактную сварку, сварку трением, прутком, нагретым газом.

Несмотря на отсутствие нормальной сырьевой базы, в России и СНГ насчитываются уже десятки компаний производителей пластиковых труб из различных материалов. При желании нетрудно приобрести и импортные аналоги, благо на рынке работает множество компаний, занимающихся продажей полимерных труб различных производителей. Таким образом, покупка полимерных труб в современных реалиях - приятный выбор между качественным импортом и недорогой, но вполне приемлимой отечественной продукцией.

Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на

Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на

Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий

Первые полимерные трубы были произведены в 30-40-е годы прошлого века в Европе. Сегодня их производство повсеместно развито по миру. В России интерес к этим изделиям появился несколько позже, поэтому сегодня мы выпускаем в основном полиэтилен. США и Европа, открывшие для себя пластики несколько ранее, до сих пор «сидят» на ПВХ, поскольку именно на это сырье ориентированы выпускающие предприятия, а сами трубы имеют широкое распространение и не сильно уступают полиэтилену.

Рост и перспективы производства

Логично предположить, что масштабы производства будут только нарастать. С одной стороны, сами производители полимерных труб подстегивают спрос. Для сбыта продукции ведется ее популяризация, что в конечном итоге ведет к наращиванию объемов сбыта.

С другой стороны, трубы действительно хороши и являются сильными конкурентами трубам из традиционных материалов. Ввиду низкой стоимости они все чаще применяются в капитальном строительстве, используются при ремонтных работах на старых магистралях. Это формирует стабильный спрос, который в перспективе имеет тенденцию к росту, так как не за горами эпоха «абсолютного пластика», когда необходимость обустройства коммунальных сетей только полимерными трубами может быть закреплена нормами строительства.

Сегодня в России существуют несколько крупных производителей, к числу которых относятся заводы полимерных труб, входящие в Группу ПОЛИПЛАСТИК, а также множество мелких и средних производителей. Что выбрать потребителю? При наличии - продукцию известной компании, пусть это будет даже не самый большой завод России, но хотя бы предприятие с репутацией. Дело в том, что недобросовестные производители могут экономить на сырье, используя дешевые, несертифицированные марки и/или добавляя значительное количество вторичного пластика, что делает изделия недолговечными и даже опасными в применении.

Особенности процесса производства полимерных труб

Сырье для производства полимерных труб поставляется в гранулах. Полимеры имеют практически неограниченный срок хранения, что значительно повышает привлекательность этого вида бизнеса за счет отсутствия потерь из-за порчи сырья. Плюс выбраковка и некондиционная продукция может быть пущена во вторичное производство (для некоторых видов полимерных труб стандарты допускают использование до 25% вторичного сырья).

Основой технологической линии для производства полимерных труб является экструдер – машина, выдавливающая расплавленную массу через формущий инструмент – экструзионную головку. Помимо экструдера, в состав линии входят: система подачи сырья, ванны, в которых труба калибруется и охлаждается, тянущее и отрезное устройства.

Процесс включает этапы:

Нагрев сырья (гранул) до требуемой температуры с постоянным перемешиванием для обеспечения однородности разогрева исходного материала. От этого зависит качество будущей продукции, однородность стенки, равномерность ее толщины, эластичность.
Экструдирование полученной массы выдавливание расплава через головку, определяющую сечение трубы.
Калибровка – вакуумная или под давлением.
Охлаждение – поэтапное в следующих друг за другом ваннах.
Нарезка либо намотка в бухты, упаковка.

Контроль качества

Слабое место большинства малых производств. Зачастую, при небольших объемах производства, ОТК может отсутствовать в принципе. Хотя этот этап крайне важен. На нем проверяется соответствие ГОСТам – измеряются ее геометрические характеристики, проводятся предписанные нормативами приемочные испытания – относительное удлинение при разрыве, изменение длины после прогрева, стойкость при внутреннем давлении, термостабильность и др. Чем выше уровень автоматизации производства, тем точнее контроль. Чем меньше контроль, тем чаще всплывают негативные отзывы о производителе. Несмотря на достаточно простой процесс производства ошибок может быть много, и нарушения технологии могут свести все преимущества полимерных труб к нулю.

Сферы применения труб ПНД

Растущее производство полимерных труб имеет стабильный сбыт и имеет потенциал к развитию. Продукция востребована в самых разных отраслях хозяйствования, включая:

ЖКХ – для обустройства новых коммуникаций, замены изношенных коммунальных сетей, подключения новых участков газо-, водо- и теплоснабжения;
благоустройство территорий – строительство систем водоотведения и дренажа;
строительство коттеджей – в системах водоснабжения, подачи газа, отопления и отвода стоков;
промышленность – все процессы, связанные с подачей и перемещением технологической воды в производственном цикле;
сельское хозяйство – обустройство ирригационных систем, дренирование и осушение почв, жизнеобеспечение полевых станций;
газоснабжение – санация и строительство новых газопроводов.

Широкое распространение обусловлено рядом преимуществ полимерных труб перед аналогами из бетона и металла:

Механическая прочность. Легкие эластичные изделия из полимеров не лопаются при замерзании в них воды, не ломаются при ударе об землю, пригодны для монтажа в пучинистых грунтах (в зависимости от типа сырья).
Химическая стойкость. Выдерживают влияние щелочей и умеренных кислот, подходят для транспортировки вязких отходов.
Гигиеническая чистота. Не поддерживают рост и размножение бактерий, не вступают в контакт с транспортируемой средой и не оказывают на нее влияния.
Стабильная пропускная способность. Внутреннее сечение не зарастает, так как полимеры не гниют, не зарастают биологическими пленками, не забиваются ржавчиной.
Стойкость к гидроударам. Практически все полимерные трубы способны выдержать гидроудар без потери качества. На опасных участках будьте внимательны при выборе материала, рекомендуемый и самый безопасный – полиэтилен низкого давления.
Долговечность. Срок эксплуатации, гарантированный производителем, составляет 50 лет. При нарушении условий эксплуатации (постоянное воздействие тепла и света для непригодных для этого труб, неправильная сварка), срок жизни сокращается.

Большу ю долю рынка оборудования рынка занимают производители из Южной Кореи, Тайваня, КНР. Оборудование от ведущих европейских производителей является очень надежным и экономичным, но его стоимость высока, поэтому позволить себе его могут только крупные производители.

Категории

Популярное