Материал труб газопровода: полное руководство по выбору правильного варианта

Почему выбор материала является решением безопасности

По газопроводу проходит одно из самых энергоемких веществ, проходящего через любое здание или инфраструктурный проект. Последствия отказа материала – будь то коррозия, расслоение соединений или механическое повреждение – настолько серьезны, что большинство юрисдикций не оставляют места для импровизации. Выбор материала для газопровода определяется нормами, а не предпочтениями.

В Соединенных Штатах, NFPA 54, Национальный кодекс топливного газа. , определяет, какие материалы труб разрешены для установки на природном газе, включая характеристики материалов, номинальное давление, методы соединения и условия установки. Местные поправки часто дополнительно ограничивают определенные материалы. Прежде чем указывать какой-либо материал, необходимо ознакомиться с применимым кодом для местоположения проекта.

Тем не менее, каждый из пяти основных материалов газопроводных труб — сталь, черный чугун, CSST, ПНД и медь — занимает определенную роль на рынке в зависимости от своих физических свойств. Понимание того, что движет этими ролями, отличает спецификацию материала от предположения о материале.

Стальные и черные чугунные трубы: стандарт высокого давления

Сталь остается основным материалом для газотранспортных систем высокого давления и распределительных сетей большого диаметра. Его прочность на сжатие и растяжение позволяет ему выдерживать рабочее давление, которое может деформировать или разрушить любую пластиковую альтернативу. В частности, сварные стальные трубы образуют соединения без механических соединителей — сварной шов непрерывен со стенкой трубы, что полностью исключает общую точку утечки.

Черная железная труба Это вариант, который чаще всего встречается в жилых и коммерческих помещениях с газовым оборудованием. Технически мягкая сталь с поверхностью из натурального оксида железа, а не с оцинкованным покрытием, обеспечивает чистую резьбу, образует герметичные соединения с трубной смазкой или лентой из ПТФЭ и выдерживает давление, значительно превышающее типичный уровень бытовой воды. Его основной причиной является коррозия: черное железо ржавеет под воздействием влаги, поэтому его использование ограничивается внутренними наземными установками, где влажность контролируется.

Оцинкованная сталь увеличивает коррозионную стойкость простой стали за счет цинкового покрытия, что делает ее пригодной для некоторых наружных работ. Однако слой цинка со временем разрушается, и в случае нарушения труба подвергается коррозии изнутри. Многие современные нормы и правила ограничивают использование оцинкованной стали в газовой сфере, а в некоторых юрисдикциях она полностью запрещена. Там, где это разрешено, требуется периодическая проверка, которой операторы часто пренебрегают.

Практическим ограничением для обоих вариантов стали является рабочая сила. Нарезание резьбы, резка и установка жестких стальных труб требуют много времени и навыков. В коммерческих или промышленных проектах большого диаметра эти затраты на рабочую силу компенсируются требованиями к масштабу и давлению системы. В жилищной работе это часто склоняет решение в сторону альтернатив.

Гофрированные трубы из нержавеющей стали (CSST): гибкость для современных установок

CSST получил широкое распространение в 1990-х годах и преобразовал жилые газопроводы, заменив жесткие трубопроводы на гибкие трубы из нержавеющей стали с оболочкой, которые можно протягивать через полости стен и прокладывать вокруг каркаса без фитингов на каждом шагу. Меньшее количество фитингов напрямую означает меньшее количество потенциальных точек утечки, более быструю установку и более низкие затраты на рабочую силу по сравнению с черной чугунной резьбой.

Материал хорошо подходит для сейсмически активных регионов. Там, где жесткие трубопроводные системы могут сломаться в местах соединений во время движения грунта, CSST компенсирует смещение за счет своей гибкости - свойства, которое способствовало его внедрению в Калифорнии и Японии. Он одобрен как для внутреннего, так и для некоторых наружных (оболочек) применения.

Важным инженерным недостатком CSST является его уязвимость к электрической дуге. Гофрированная стенка тоньше, чем жесткая труба, и удар молнии поблизости может вызвать электрическую дугу, которая проколет трубку. Каждый крупный производитель CSST и NFPA теперь требуют присоединение ЦСТ к системе электрического заземления здания . Неправильно приклеенный CSST был идентифицирован как причина возгораний конструкций после гроз. Соблюдение требований к соединению не подлежит обсуждению, и старые установки CSST должны быть оценены на предмет этого риска.

HDPE: Стандарт для подземных газопроводов

Полиэтилен высокой плотности стал доминирующим материалом для подземного газораспределения во всем мире, и причины этого коренятся как в материаловедении, так и в экономике монтажа. ПНД не подвергается коррозии. Не происходит электрохимической реакции с почвой, грунтовыми водами или газом, который они несут, и не требуется система катодной защиты, что является значительной статьей затрат и затрат на техническое обслуживание заглубленной стали.

Определяющим техническим преимуществом HDPE в газовой сфере является метод его соединения. Стыковая и электромуфтовая сварка нагревают концы труб и фитинги до температуры плавления полиэтилена и сжимают их вместе, образуя прочное соединение. молекулярно непрерывен со стенкой трубы . Соединение не зависит от резьбы, прокладок или клея — оно конструктивно неотличимо от самой трубы. Уровень утечек в правильно сплавленных системах из полиэтилена высокой плотности приближается к нулю в течение расчетного срока службы установки.

Газопроводные трубы ПНД классифицируются по своим характеристикам. SDR (стандартное соотношение размеров) — отношение наружного диаметра к толщине стенки. Более низкие значения SDR означают более толстые стенки и более высокие номинальные значения давления. Например, труба SDR 11 выдерживает номинальное давление около 100 фунтов на квадратный дюйм при температуре 73 ° F для материала PE4710, что охватывает рабочий диапазон практически всех систем распределения природного газа. Газопроводная труба из ПЭВП большего диаметра, до DN1200 мм, используется в городских газораспределительных сетях и в промышленности, где требования к пропускной способности соответствуют структурным характеристикам материала.

Единственным ограничением использования HDPE для газоснабжения является воздействие ультрафиолета. Полиэтилен разлагается под длительным ультрафиолетовым излучением, поэтому газовые трубы из полиэтилена высокой плотности одобрены для подземной прокладки и должны быть защищены или экранированы в местах перехода над землей. Изучите наш Трубы HDPE, разработанные специально для распределения природного газа. , доступный в классах и диаметрах SDR как для жилых помещений, так и для крупномасштабной муниципальной инфраструктуры.

В сочетании с подходящими фитингами газовая система из полиэтилена высокой плотности является полностью интегрированной. Наш Фитинги ПНД для подключения газовой системы включают электросварные муфты, тройники, колена и переходные фитинги, размеры которых соответствуют любому стандартному диаметру трубы.

Медь и специальные материалы

Медь широко использовалась для газопроводов в жилых домах в середине 20-го века и по-прежнему разрешена в некоторых юрисдикциях, в первую очередь для систем природного газа и пропана низкого давления. Он легкий, устойчив к коррозии в большинстве сред и с ним легко работать в ограниченном пространстве. Медные фитинги паяются или припаиваются, обеспечивая чистые и прочные соединения без инструментов для нарезания резьбы.

Критическим ограничением использования меди в газовой сфере является ее реакция с сероводородом. Природный газ, поставляемый некоторыми коммунальными предприятиями, содержит следовые количества сероводорода, который вступает в реакцию с медью с образованием сульфида меди — процесс, который постепенно разрушает стенки труб и фитинги. Прежде чем выбирать медь для какого-либо применения газа, поставщик газа должен подтвердить, что поставляемый газ не содержит сероводорода. В нескольких штатах США, включая Калифорнию, медь полностью запрещена для трубопроводов природного газа, независимо от состава газа.

Труба алюминиево-пластиковая композитная (PEX-AL-PEX) представляет собой специальный вариант, сочетающий в себе полиэтиленовую подкладку и внешний слой с алюминиевой промежуточной трубкой. Он обеспечивает низкое тепловое расширение, устойчивость к ультрафиолетовому излучению и полужесткую форму, которую легче устанавливать, чем жесткий металл. Его применение в газовой сфере ограничено и зависит от юрисдикции; его чаще используют для водяного отопления и бытовой воды.

Сравнение материалов газопроводных труб

Как правильно выбрать материал газовой трубы

Три переменных определяют правильный материал для любого проекта газопровода. Просмотрите их по порядку, и выбор быстро сузится.

1. Среда установки. Подземные трассы в большинстве случаев исключают из рассмотрения сталь и CSST — их профили коррозии и типы соединений не подходят для подземной эксплуатации. ПЭВП является стандартом для подземного газораспределения во всем мире, а его сварные соединения являются единственным надежным вариантом для длинных подземных трасс. При наземных внутренних работах конкурируют черное железо, CSST и медь.

2. Рабочее давление. Газоснабжение жилых помещений обычно осуществляется при давлении внутри здания от 0,25 фунтов на квадратный дюйм (низкое давление) до 2 фунтов на квадратный дюйм (среднее давление). Black Iron и CSST комфортно справляются с этими диапазонами. Для линий электропередачи высокого давления, работающих под давлением в десятки или сотни фунтов на квадратный дюйм, требуется сталь или полиэтилен высокой плотности большого диаметра с соответствующим рейтингом SDR.

3. Местные нормы и требования к коммунальным предприятиям. Самый тщательно продуманный выбор материала бесполезен, если он не прошел проверку. Перед покупкой материалов всегда уточняйте список разрешенных материалов в местных органах власти (AHJ) и газовой компании. Некоторые юрисдикции ограничивают медь; другие запрещают оцинкованную сталь; некоторые добавили требования к склеиванию CSST, которые влияют на проекты модернизации. ПЭВП для газа одобрен в соответствии с ISO 4437 и эквивалентными национальными стандартами на большинстве мировых рынков, но для сохранения этого одобрения необходимо соблюдать определенные марки SDR и процедуры сварки.

Для проектов, связанных с подземной газораспределительной инфраструктурой, сочетание герметичных соединений, сваренных плавлением, устойчивости к коррозии и длительного срока службы полиэтилена высокой плотности делает его технически и экономически лучшим выбором в подавляющем большинстве случаев. Первоначальная стоимость материала ниже, чем у стали, катодная защита отсутствует, а правильно сваренная система HDPE не требует такой частоты проверок, которую требуют металлические трубы в течение всего срока службы.