Срок службы трубопровода зависит от внутреннего рабочего давления и температуры протекающей по трубе жидкости.

Для определения срока эксплуатации необходимо установить расчетную прочность стенки трубы из условия длительной прочности:

σ = p*(d-s)/2*s*k 

σ — расчетная прочность (МПа)

р — максимальное давление (МПа)

d — наружный диаметр трубы (мм)

s — толщина стенки трубы (мм)

k — коэффициент безопасности (для отопления 2,5)

Для справки: 1 МПа = 10 бар = 10 атм = 101,3 м вод. ст. = 101325 Па

Полученное после вычисления расчетное напряжение откладываем на вертикальной оси графика 1. Определим точку пересечения показателя расчетного напряжения (горизонтальная линия) с изотермой максимальной температуры воды (наклонная линия). Из точки пересечения вертикально вниз проведем перпендикуляр на горизонтальную ось, на которой обозначено время в часах (на меньшей шкале в годах). На горизонтальной оси отсчитаем предполагаемый минимальный срок эксплуатации трубопровода в условиях непрерывного отопления. Из отношения продолжительности календарного года (в месяцах) к продолжительности отопительного сезона (в месяцах) выведем коэффициент, на который умножим определенный показатель минимального срока эксплуатации в условиях непрерывного отопления. Полученный в результате показатель является реальным предполагаемым минимальным сроком эксплуатации трубопровода, при условии соблюдения всех остальных условий монтажа и эксплуатации.

Пример:

Исходные данные:

используется труба FD — PN 20 / 20*3,4”;

максимальное эксплуатационное давление — 0,22 МПа;

максимальная эксплуатационная температура воды;

длина отопительного сезона — 7 месяцев;

коэффициент безопасности — 2,5.

σ = 0,22*(20-3,4)/(2*3,4)*2,5 = 1,34 МПа 

Минимальный срок эксплуатации в условиях непрерывного отопления (рассчитано по графику 1 для изотермы 80°С) 216 000 часов, т. е. 25 лет.

Предполагаемый срок эксплуатации по отношению к продолжительности отопительного сезона:

25 лет*12 месяцев / 7 месяцев = 43 года 

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТРУБОПРОВОДОВ

Проектирование трубопроводов связано с выбором типа труб, соединительных деталей и арматуры, расчетом гидравлических потерь, выбором способа прокладки и условий, обеспечивающих компенсацию тепловых изменений длины трубы без перенапряжения материала и соединений трубопровода.

Выполнять проектирование следует в соответствии с регламентами строительных норм и правил (СНиП) 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий».

Выбор типа трубы производится с учетом условий работы трубопровода: давления, температуры, необходимого срока службы и агрессивности транспортируемой жидкости.

Рабочее давление в трубопроводной системе следует определять на основании гидравлических расчетов по методике Свода правил (СП) 40-102-2000 «Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов. Общие требования».

2.1. Расчет гидравлических потерь

Расчет гидравлических потерь трубопроводов из PPRC заключается в определении потерь напора (или давления), направленного на преодоление гидравлических сопротивлений, возникающих в трубе, в соединительных деталях, в местах резких поворотов и изменений диаметра трубопровода.

Полная потеря напора выражается суммой потерь напора по длине и на местные сопротивления:

h _w = h _wдл + ∑ h _wм

h_wдл    —    удельная потеря напора по длине, пропорциональная длине потока

h_wм    —    местные сопротивления, возникновение которых связано с изменением направления или величины скорости в том или ином сечении потока (к ним относятся внезапное расширение потока, внезапное сужение потока, вентиль, кран...)

Величина удельной потери напора по длине на трение определяется по формуле Дарси — Вейсбаха:

h _wдл = λ*l/d*v ² /2g

λ    —    коэффициент сопротивления трения по длине трубопровода

v    —    скорость течения жидкости, м/с

d    —    расчетный (внутренний) диаметр трубопровода, м

g    —    ускорение свободного падения, м/с²

l    —    длина трубы, м

Эту же потерю напора можно выразить в единицах давления:

Δ p = r*g*h _wдл = λ*l/d*r*v ² /2

Δp    —    потери давления, Па

h_wдл    —    потери напора, м

λ    —    коэффициент сопротивления трения по длине трубопровода

l    —    длина трубы, м

d    —    диаметр трубы, м

v    —    скорость течения жидкости, м/с

g    —    ускорение свободного падения, м/с²

r    —    плотность жидкости (газа), кг/м³.

В гидравлических расчетах потерь напора по формуле Дарси — Вейсбаха наиболее сложным является определение величины коэффициента сопротивления трения по длине λ.

Многочисленными опытами установлено, что в общем случае коэффициент сопротивления трения зависит от числа Рейнольдса R_e и относительной шероховатости стенок канала D /d, т. е. λ = f(R_e, D/d).

Для вычисления коэффициента сопротивления трения λ существует несколько эмпирических формул. Приведем для примера одну из них:

λ=[1/(1,13874-2*log _k ^d ) ⁸ +0,01/R _e ]

h _w = λ*l/d*v ² /2*g  +  ∑(ξ*v ² /2*g) =( λ*l/d +   ∑ ξ )*v ² /2*g 

Таблица 3

Значение коэффициента сопротивления о для некоторых фитингов

2.2. Линейные температурные деформации

2.2.1. Определение линейного расширения или сокращения

При прокладке трубопроводов из полипропилена необходимо учитывать изменение длины трубы вследствие теплового расширения или усадки материала при изменении температуры. В связи с тем, что расширение трубопроводов зависит от перепада температуры, то линейным расширением трубопроводов в системах холодного водоснабжения можно пренебречь. Трубы PN 25 армированные имеют коэффициент линейного расширения a равный 0,05, и для них линейное расширение можно не учитывать.

Величина линейного расширения трубопроводов Δl при открытой прокладке определяется по формуле:

Δl = α*L* Δ t

Δ l — линейное расширение, мм;

α — коэффициент линейного расширения материала трубы, мм/м°С, для труб FD a = 0,15;

L — расчетная длина трубопровода, м;

Δ t — расчетная разница температур (между рабочей температурой и температурой при монтаже), °C.

Пример 1:

Исходные данные:

• используется трубопровод FD с коэффициентом линейного расширения a = 0,15;
• расчетная длина трубопровода (расстояние между двумя соседними неподвижными креплениями по прямой линии) L = 8 м;
• разница температур D t = 46 °C (температура холодной воды 14 °C, температура теплой воды для хозяйственных целей 60 °C).

Δl = α*L* Δ t = 0,15*8*(60-14) = 55,2 мм (удлинение)

Пример 2:

Исходные данные:

• используется трубопровод FD с коэффициентом линейного расширения a = 0,15;
• расчетная длина трубопровода (расстояние между двумя соседними неподвижными креплениями по прямой линии) L = 20 м;
• разница температур D t = 16 °C (температура при монтаже 24 °C, температура холодной воды 8 °C).

Δl = α*L* Δ t = 0,15*20*(8-24) = -48 мм (сокращение)

Таблица 4

Линейное расширение для трубы PPRC (тип 3) PN20 (мм)

Таблица 5

Линейное расширение для армированной трубы PPRC (тип 3) PN 25 (мм)

Длина трубы, м	Разница температур D t, °C
	10	20	30	40	50	60	70	80
0,1	0,03	0,06	0,09	0,12	0,15	0,18	0,21	0,24
0,2	0,06	0,12	0,18	0,24	0,30	0,36	0,42	0,48
0,3	0,09	0,18	0,27	0,36	0,45	0,54	0,63	0,72
0,4	0,12	0,24	0,36	0,48	0,60	0,72	0,84	0,96
0,5	0,15	0,30	0,45	0,60	0,75	0,90	1,05	1,20
0,6	0,18	0,36	0,54	0,72	0,90	1,08	1,28	1,44
0,7	0,21	0,42	0,63	0,84	1,05	1,26	1,47	1,68
0,8	0,24	0,48	0,72	0,96	1,20	1,44	1,68	1,92
0,9	0,27	0,54	0,81	1,08	1,35	1,62	1,89	2,16
1,0	0,30	0,60	0,90	1,20	0,50	1,80	2,10	2,40
2,0	0,60	1,20	1,80	2,40	3,00	3,60	4,20	4,80
3,0	0,90	1,80	2,70	3,60	4,50	5,40	6,30	7,20
4,0	1,20	2,40	3,60	4,80	6,00	7,20	8,40	9,60
5,0	1,50	3,00	4,50	6,00	7,50	9,00	10,50	12,00
6,0	1,80	3,60	5,40	7,20	9,00	10,80	12,80	14,40
7,0	2,10	4,20	6,30	8,40	10,50	12,60	14,70	16,80
8,0	2,40	4,80	7,20	9,60	12,00	14,40	16,80	19,20
9,0	2,70	5,40	8,10	10,80	13,50	16,20	18,90	21,60
10,0	3,00	6,00	9,00	12,00	15,00	18,00	21,00	24,00