«В.И. Кимельблат, И.В. Волков ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИМЕРНЫХ ТРУБ И СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ Казань КГТУ 2007 УДК 678.74.21 В.И. Кимельблат, И.В. Волков Техника и технология производства ...»

Базовая комплектация 1. Центратор, привод гидравлический 2. Комплект сменных хомутов и вкладышей на 63, 110, 160 мм 3. Механический торцеватель 4. Нагреватель, напряжение питания 220 В 5. Набор приспособлений для крепления литых и прессованных фитингов с короткими присоединительными частями Дополнительная комплектация Температура нагревателя автоматически регулируется в диапа- Мощность нагревателя, не более, Рис. 5.44. Стационарная сварочная машина УСПТЭП 160С Базовая комплектация 1. Центратор специальный, с дополнительным столом, привод гидравлический, ручной насос 2. Комплект сменных вкладышей по 8 шт. на 63, 110, 160 мм 3. Механический торцеватель 4. Нагреватель, напряжение питания 220 В 5. Набор приспособлений для крепления литых и прессованных фитингов с короткими присоединительными частями Дополнительная комплектация Нагреватель с понижаю- Электрощим трансформатором на торцеватель Номинальные диаметры свари- 63, 110, Температура нагревателя автоматически регулируется в диапа- Мощность нагревателя, не более, Габаритные размеры Рис. 5.45. Универсальная сварочная машина УСПТЭП 1. Центратор специальный, привод гидравлический, ручной насос 2. Комплект сменных хомутов(широкий, узкий и поворотных) и вкладышей на 225, 315, 400 мм 3. Электрический торцеватель, 380В 4. Нагреватель, напряжение питания 380 В 5. Набор приспособлений для крепления литых и прессованных фитингов с короткими присоединительными частями Дополнительная комплектация Электрический гидроагрегат Температура нагревателя автоматически регулируется в диапа- Мощность нагревателя, не более, Мощность торцевателя, не более, Габаритные размеры центратора, 2000х Рис. 5.46. Стационарная сварочная машина УСПТЭП 400С Рис. 5.47. Сварка встык на стационарных машинах Рис. 5.48. Машина для изготовления сварных фитингов диаметром до 400мм УСПТ Р2 400С Рис. 5.49. Машина для изготовления неравнопроходных тройников до диаметра 500мм. УСПТ Р2 500НТ Рис. 5.50. Машина для изготовления сварных фитингов Заготовки фасонных деталей соединяются между собой посредством стыковой сварки нагревательным элементом.

Кольцевые поверхности сегментов доводятся нагревательным элементом до пластичного состояния. Подготовленные таким образом сегменты под точно установленным давлением состыковываются друг с другом.

Самые крупные детали изготавливаются экструзионной сваркой (рис. 5.48).

Рис. 5.51. Аппарат для экструзионной сварки и сваренные им фитинги: косые неравнопроходные тройники и отвод [8] Для контроля за системами коллекторов, в последние интегрируются шахты, люки и колодцы, которые установлены, главным образом, в местах изгибов, редуцирования или ответвлений трубопроводов [1]. Шахты могут быть изготовлены из такого же материала, что и трубы, а также соединены в систему на сварке (рис. 5.49, 5.50).

Шахты этого типа располагаются по касательной к оси трубы, что означает их смещение от оси трубопровода. Главными преимуществами тангенциальных шахт являются долгий срок службы, низкий вес, широкие возможности применения, лёгкость межэксплуатационных осмотров, способность к самоочищению и дешевизна монтажа.

5.5. Прессование при производстве фитингов Прессование — это технологический процесс изготовления изделий из полимерных материалов, заключающийся в пластической деформации материала при действии на него давления и последующей фиксации формы изделия. Если формуемый материал способен к пластической деформации без нагревания, то процесс ведется в холодной форме и носит название холодного прессования. Формование в нагретой форме, т. е. горячее прессование, применяется в том случае, если нагрев необходим для снижения вязкости материала перед подачей давления или когда фиксация формы изделия осуществляется за счет реакций отверждения, протекающих при повышенных температурах. Горячее прессование в зависимости от аппаратурного оформления проводится методами компрессионного (прямого) или литьевого (трансфертного) прессования [5].

В производстве фитингов, в частности втулок под фланец и переходов средних размеров (160 500мм), обычно используется прессование в теплых формах предварительно разогретых заготовок, вырезанных из труб.

Фторопластовые фитинги получают спеканием порошкообразного полимера под давлением.

1. Рекламные материалы Uponor. - 2006. – 20с.

2. Рекламные материалы Unicor. - 2005. – 24с.

3. Рекламные материалы Battenfeld. - 2003. – 30с.

4. НТД ЗАО «Сибпромкомплект».

5. Власов, С.В. Основы технологии переработки пластмасс: учебник для вузов/ С.В. Власов [и др.] - М.:Химия, 2004. - 600 с.

Никитенко, Е.А. Литье пластмасс под давлением/ Е.А. Никитенко// Международные новости мира пластмасс. - 2005. С. 35-40.

7. Рекламные материалы WIDOS. - 2005. – 36с.

8. Рекламные материалы Krah. - 2006. – 42с.

6. КАЗАНСКИЙ ТРУБНЫЙ ЗАВОД

6.1 Производство полиэтиленовых труб Несмотря на бурное развитие трубных производств в России, преимущественно вблизи Москвы, трубный завод ОАО "Казаньоргсинтез" остается крупнейшим предприятием отрасли.

Три десятка высокопроизводительных экструзионных линий, несколько термопластавтоматов, прессы и сварочное оборудование способны переработать свыше 50 тыс. т/год полиэтилена в газопроводные и водопроводные трубы диаметром 101200 мм, соответствующие соединительные детали и другие изделия.

Трудно переоценить роль Казанского трубного завода в процессе превращения строительства полимерных трубопроводов из опытно-показательных объектов в магистральное направление технического прогресса в области сооружения трубопроводных систем различного назначения. С 1981г., немедленно после пуска, Казанский трубный завод мощность которого превосходила мощность всех остальных заводов СССР вместе взятых, стал материальной основой процесса, который специалисты назвали переходом от агитации к пропаганде полимерных труб.

Большой опыт казанских трубников служит хорошей основой для стабильного производства. В дальнейшем развитии трубного завода можно проследить следующие тенденции:

- применение новых более эффективных марок сырья;

- экономичная стратегия модернизации трубных линий;

последовательная замена морально и физически изношенного оборудования на современное и эффективное;

- повышение производительности трубных линий;

- освоение новых типоразмеров труб и фитингов.

Реализация этих тенденций, очевидно, обеспечит Казанскому трубному заводу лидирующее положение в отрасли.

Некоторое представление о техническом уровне трубного завода представлены на рис. 6.1-6.9.

Рис. 6.1. Модернизированный экструдер трубной линии Рис. 6.2. Терминал системы управления экструзией Рис. 6.3. Головка, калибратор и вакуумная камера с форсунками для разбрызгивания. Ротаметры контролируют подачу охлаждающей воды Рис. 6.4. Вход в охлаждающую ванну с прижимными роликами, устраняющими овальность Рис. 6.5 Маркиратор и тянущее устройство Рис. 6.6. Длинномер и отрезное устройство Рис. 6.7. Боковой экструдер для нанесения цветных полос, обозначающих назначение труб.

(Синие полосы - питьевая вода, желтые - газ) Рис. 6.8. Намоточное устройство, бухта труб Рис. 6.9. Отрезное устройство линии по выпуску труб диаметром 630-1200 мм. Контроль толщины стенки Производство соединительных деталей. Отделение фитингов имеет мощность около 2 тыс. т/год и с запасом обеспечивает комплектование выпускаемых труб основными соединительными деталями. При этом реализуются все типовые технологические процессы: литье под давлением, прессование (рис. 6.10), намотка экструдата и сварка: стыковая и экструзионная. Первым этапом производства формовых и сварных деталей является раскрой труб на заготовки. Резка труб выполняется ленточными пилами (рис. 6.11).

Рис. 6.10. Смена прессформы в 100-тонном прессе Сварные детали и прессованные втулки под фланец изображены на рис. 6.12 и 6.13.

Рис. 6.12. Сварные отводы, 90 четырехсекционные Рис. 6.13. Сварной тройник и прессованные втулки под фланец Рис. 6.14. Изготовление литых фитингов на термопластавтомате Методом литья под давлением изготавливают самые крупносерийные фитинги малых диаметров (до 160225 мм), в зависимости от вида и исполнения детали. К литым деталям относятся тройники, отводы, переходы и втулки под фланец, включая детали с удлиненными присоединительными частями (рис. 6.14) под электротермическую сварку.

Особенность системы контроля качества продукции трубных заводов - так называемые горячие и холодные гидроиспытания, которые производят на специальных стендах, обеспечивающих термостатирование образцов при заданном напряжении в стенки трубы (рис. 6.15). Определяя статическую выносливость труб и фитингов под внутренним давлением при 20 и 80С можно не только оценивать качество материала и изделия в целом, но и, в соответствии с принципами температурновременной аналогии, прогнозировать долговечность труб в процессе эксплуатации.

Рис. 6.15. Установка образцов в горячую и холодную ванну.

Другой специальный метод оценки качества труб – так называемые испытания на быстрое растрескивание, в процессе которых определяют распространение трещины в охлажденной до определенной температуры трубе, от ударной нагрузки. Этот метод особенно важен для характеризации труб из ПЭ 80, слабым местом которых является снижение стойкости к быстрому растрескиванию с увеличением диаметра труб. На рис. 6.16 изображена достаточно типичная трещина, полученная при испытаниях.

Рис. 6.16. Характер разрушения трубы из ПЭ при испытаниях на быстрое растрескивание Результаты, полученные при описанных выше испытаниях, не только используются для текущего контроля труб, но и лежат в основе совершенствования технологии производства трубных марок ПНД.

ГОСТ 18599-83. В соответствии с ГОСТ 18599-83, из ПНД градации ПЭ63, производятся трубы четырех типов: легкие, средне-легкие, средние и тяжелые. Они способны при 20°С в течение 50 лет выдерживать давление воды, соответственно: 0,25, 0,4, 0.6 и 1 МПа. Каждому типу труб соответствует определенная толщина стенки. Трубы изготавливаются отрезками длиной 5,5, 6, 6.5, 11,5 и 12 метров. Могут быть выпущены трубы диаметром свыше 400 мм отрезками до 50 метров. Трубы диаметром 25- могут сматываться в бухты или наматываться на катушки.

Трубы должны соответствовать нормам по показателям внешнего вида, влияющим на их эксплуатационную надежность, физико-механическим показателям (пределу текучести и относительному удлинению при разрыве) и выдерживать гидроиспытания. Например, трубы из ПЭ63 должны выдерживать напряжения без разрушений при 20 °С (напряжение 15 МПа) в течение 1 часа и при 80°С (напряжение 3 МПа ) в течение 170 часов.

Напряжение, МПа Рис. 6.17. Кривые длительной прочности полиэтиленов низкого давления Это означает, что результаты гидроиспытаний укладываются выше нижнего доверительного интервала кривых длительной прочности (рис. 6.17) и гарантируется нормативный срок эксплуатации.

В настоящее время выпуск труб по ГОСТ 18599-83 прекращен, но остаточный нормативный срок эксплуатации трубопроводов из них составляет несколько десятков лет, поэтому информация о их технических характеристиках остается актуальной.

ГОСТ 18599-2001 регламентирует нормы на расширенный ассортимент труб.

Он распространяется на напорные трубы из полиэтилена, предназначенные для трубопроводов, транспортирующих воду, при температуре от 0 до 40°С, а также другие жидкие и газообразные вещества.

В стандарте применяют следующие термины:

- средний наружный диаметр dср (мм);

- номинальный наружный диаметр d (мм);

- номинальная толщина стенки е (мм):

где d – номинальный наружный диаметр трубы; мм; S – серия трубы (нормированное значение, определяемое по формуле) где – допускаемое напряжение в стенке трубы, равное MRS/С, МПа; MRS – минимальная длительная прочность, МПа; С – коэффициент запаса прочности, равный 1,25 для воды; МОР – максимальное рабочее давление, МПа.

- минимальная длительная прочность MRS (МПа): напряжение, определяющее свойства материала, применяемого для изготовления труб;

- коэффициент запаса прочности С. Для водопроводных труб принимается 1,25;

- стандартное размерное отношение SDR: Отношение номинального наружного диаметра трубы d к номинальной толщине стенки е.

Соотношение между SDR и S определяют по следующей формуле:

где S – серия трубы;

- коэффициент снижения давления Сt: коэффициент снижения максимального рабочего давления МОР в зависимости от температуры транспортируемой воды, - максимальное рабочее давление МОР, (МПа): максимальное давление воды в трубопроводе, рассчитываемое по формуле:

где MRS – минимальная длительная прочность, МПа; С – коэффициент запаса прочности; SDR – стандартное размерное отношение; Ct – коэффициент снижения давления в зависимости от температуры.

Условное обозначение труб состоит из слова «труба», сокращенного наименования материала (ПЭ 32, ПЭ 63, ПЭ 80, ПЭ 100), стандартного размерного отношения (SDR), тире, номинального наружного диаметра, номинальной толщины стенки трубы, назначения трубы: хозяйственно–питьевого назначения обозначают словом «питьевая», в остальных случаях – «техническая» и обозначения настоящего стандарта.

Примеры условных обозначений. Труба из полиэтилена ПЭ 32, SDR 21 номинальным наружным диаметром 32 мм и номинальной толщиной стенки 2,0 мм для систем хозяйственно– питьевого назначения:

Труба ПЭ 32 SDR 21 – 322 питьевая ГОСТ 18599-2001.

Труба из полиэтилена ПЭ 80, SDR 17, номинальным наружным диаметром 160 мм и номинальной толщиной стенки 9, мм, не используемой для хозяйственно-питьевого назначения:

Труба ПЭ 80 SDR 17 – 1609,1 техническая ГОСТ 18599Некоторые характеристики труб, указанны в таблице 6. Таблица 6. 1. Характеристики полиэтиленовых труб Наименование Значение показателя для труб из 1. Внешний вид Трубы должны иметь гладкую наружную и внутренповерхности нюю поверхность. Цвет труб – черный, черный с синими продольными полосами в количестве не менее четырех, равномерно расположенных по окружности трубы, или синий, оттенки которого не регламентируются.

ное удлинение при разрыве, %, не менее 3. Изменение %, не более Продолжение таблицы 6. 4. Стойкость При началь- При началь- При началь- При напри постоянном ном напря- ном напря- ном напря- чальном 5. Стойкость При началь- При началь- При началь- При напри постоянном ном напряже- ном напря- ном напря- чальном внутреннем нии в стенке жении в жении в напряжедавлении при трубы 2,0 стенке тру- стенке тру- нии в 6. Стойкость При началь- При началь- При началь- При напри постоянном ном напряже- ном напря- ном напря- чальном Выбор труб для транспортирования различных сред.

С увеличением температуры транспортируемой среды длительная прочность полиэтилена снижается по экспоненциальному закону. При необходимости сохранить срок службы труб снижают рабочее давление. Коэффициент снижения максимального рабочего давления при температуре транспортируемой по трубопроводу воды до 40 °С на срок службы 50 лет приведен в таблице 6.2.

Таблица 6.2 Коэффициенты редукции давления Рабочая темпера- Коэффициент снижения давления Сt Выбор и расчет максимального рабочего давления труб для транспортирования различных жидких и газообразных сред, кроме воды, к которым полиэтилен химически стоек, проводят на основе нормативных документов на монтаж и эксплуатацию соответствующих трубопроводов.

Полиэтилен отличается высокой химической стойкостью к большинству промышленных сред: растворам солей, щелочей и к разбавленным кислотам. Расчет рабочего давления для труб, транспортирующих среды, к которым полиэтилен ограничено стоек или нестоек, производится с учетом табличных коэффициентов химической стойкости, приведенных, в частности в СН 550-82, или на основании экстраполяции результатов экспериментов по изучению кинетики развития поврежденности.

Газопроводные трубы выпускают из ПНД с MRS 8 или МПа, в соответствии с ГОСТ Р 50838. С учетом чувствительности полиэтилена к газовому конденсату и особой опасности объектов газовой отрасли, газопроводные трубы отличаются от водопроводных многократным коэффициентом запаса прочности.

Все соединительные детали (фитинги) классифицируются по конструкции: втулки под фланец, отводы, тройники (равнопроходные и неравнопроходные), переходы, заглушки, муфты, седелки и другие детали (рис. 6.18-6.21). Буквами на рисунках обозначены нормируемые размеры.

Аналогично трубам по выпускаемым по ГОСТ 18599- различают тяжелые, средние, средне-легкие, легкие и облегченные детали. Трубам, выпускаемым по ГОСТ 18599-2001, соответствуют детали определенных SDR – стандартных размерных отношений.

Используют также классификацию по способу присоединения к трубам: сваркой встык, в раструб, седельной сваркой.

По технологии изготовления, соединительные детали можно разделить на литые, прессованные, выточенные из заготовок, полученные намоткой экструдата, сварные (контактной или экструзионной сваркой) и гнутые.

Например, втулки под фланец (рис. 6.18) с величиной присоединительного диаметра Dе до160 мм льются под давлением, до 500 мм прессуются, а выше изготавливаются намоткой экструдата.

Рис. 6.18. Втулка под фланец Эти детали используются для изготовления разъемных соединений и соединений с металлической арматурой.

Рис. 6.19. Отвод 90° литой Рис. 6.20. Переход Рис. 6.21. Тройники литые, равнопроходный и неравнопроходный Сварные детали, такие как равнопроходные и неравнопроходные тройники, имеют несущую способность, пониженную на ступень, по сравнению с трубами, из которых они изготавливаются. Такие детали могут армироваться стеклопластиками для повышения их несущей способности. В последние годы, в особенности при строительстве газопроводов, применяются муфты (рис. 6.22). Электросварные фитинги на ОАО Казаньогсинтез пока не выпускаются.

Рис. 6.22. Муфта для электротермической сварки Рис. 6.23. Тройники с удлиненными присоединительными частями, равнопроходный (а) и неравнопроходный (б) Рис. 6.24. Переход с удлиненными присоединительными частями Рис. 6.25. Отвод с удлиненными присоединительными частями Рис. 6.26. Заглушка с удлиненными присоединительными частями

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ

2. ПОЛУЧЕНИЕ ЭКСТРУЗИОННЫХ КОМПОЗИЦИЙ.

2.1. Некоторые представления о структуре и свойствах трубных композиций………………………………………...

2.2. Получение композиций полимеров………………..…...

2.3. Смешение………………………………...……………….

3.ЭКСТРУЗИЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ТРУБ………...... 3.1. Общее представление об экструдерах 3.2. Основные процессы, протекающие при экструзии…..

3.3. Общие принципы технологии производства полимерных труб……………………………………………..

4. АКТУАЛЬНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ТЕХНИКИ

И ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИМЕРНЫХ

ТРУБ……………………………………………………..……. 4.1. Техника и технология производства гофрированных, армированных труб и шлангов……………………………... 4.2. Экструзионные головки………………………………… 4.3. Производство труб из сшитого ПНД………………… 4.4. Актуальные достижения в области экструзионной техники……………………………………………………….. 4.5. Периферийные устройства…………………………….

5. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ ДЛЯ ПОЛИМЕРНЫХ

5.1. Классификация фитингов…………………………..….. 5.2. Литье под давлением………………………...………….

5.3. Современное состояние и тенденции развития техники и технологии литья фитингов………………………. 5.4. Изготовление фитингов методом сварки……………. 5.5. Прессование при производстве фитингов…………… 6.1 Производство полиэтиленовых труб на ОАО “Казаньоргсинтез”……………………………..….................

6.2. Технические характеристики труб и из полиэтилена низкого давления……………………………………….…...

6.3. Соединительные детали…………………