Трубы выбираются в зависимости от рабочего давления, требуемых прочностных характеристик и вида прокладки.

Перед выбором труб и при проектировании трубопровода необходимо определить следующие данные.

Гидравлические параметры:

• расход транспортируемой среды;
• максимальное рабочее и пиковое давление в трубе
• отрицательное давление, если оно возможно;
• параметры трассы трубопровода, влияющие на динамику движения жидкости;
• тип и количество фитингов;
• температура и характеристики транспортируемой жидкости.

Внешние параметры:

• класс и характеристики грунта;
• глубина засыпки;
• уровень грунтовых вод;
• материал обратной засыпки (в т.ч. - возможно природный грунт, вынутый из траншеи) и уплотнение;
• нагрузки на поверхности земли;
• изгибающие нагрузки при наземных опорах;
• ограничения на длину и вес трубы, зависящие от конфигурации трассы трубопровода.

Существуют три основных способа прокладки трубопроводов на основе стеклопластиковых труб:

1) Наземная прокладка трубопроводов;
2) Подземная прокладка трубопроводов;
3) Подводная прокладка трубопроводов.

Кроме того, стеклопластиковые трубы используются для санации (восстановления) действующего трубопровода.

Наземная прокладка трубопроводов

При наземной прокладке могут проектные расчеты могут выполняться в трех вариантах:

• подвижная труба, допускающая перемещения на сгибах ("труба со свободным концом");
• неподвижная труба, не допускающая перемещений при любых изменениях направления прокладки ("труба с закрепленным концом");
• комбинированный или смешанный вариант.

В соответствии с установленными процедурами:

• выбирается класс внутреннего давления,
• рассчитывается критическое давление,
• определяются температурные расширения в свободном трубопроводе,
• рассчитываются температурные концевые нагрузки,
• выбирается длина пролета,
• проектируются петлевые компенсаторы,
• в соответствии с установленными ограничениями выбираются опоры и анкеры.

Проектирование труб со свободным концом должно обеспечить такое расположение направляющих и опор, для того чтобы перемещения под воздействием давления или термального расширения компенсировалось сгибом трубы.

Для трубопровода монтажные элементы (крюки, упоры, направляющие, крепеж) должны быть подобраны таким образом, чтобы были выполнены следующие условия:

• прогиб середины пролета не превышал 20 мм;
• воздействие совокупной продольной нагрузки и веса не вызывало в середине пролета или в местах опор напряжений выше допустимых;
• форма и поверхность зоны контакта всех опор должны обеспечить минимальные дополнительные напряжения в трубе, вызываемые взаимодействием опор с системой трубопровода.

При проектировании труб с закрепленным концом крепежи и упорные подушки должны полностью поглощать продольные нагрузки в тех местах, где труба меняет направление. Этот метод более всего подходит для трубопроводов небольших диаметров, монтируемых на стойках или для трубопроводов больших диаметров, монтируемых близко к земле. Поэтому, этот метод установки ограничивается местами, где продольное напряжение может быть экономично или практично поглощено.

Процедура проектирования предписывает для этого варианта проведение поверочного расчета, для того чтобы исключить превышения допустимого напряжения при следующих условиях:

• прогиб середины пролета не превышал 20 мм;
• максимальное воздействие на трубу между опорами складывается из веса трубы, веса транспортируемой жидкости, веса льда, силы ветра и т.д.;
• совокупное напряжение в прямой трубе, вызванное температурным градиентом и эффектом Пуассона, суммируется с напряжением изгиба в середине пролета;
• учитывается вес клапанов и другого оборудования.

Подземная прокладка трубопроводов

При выборе труб для подземного трубопровода необходимо руководствоваться нормативными документами, содержащими основные принципы и критерии правильного выбора труб. Схема действующих сил и деформаций трубы заглубленного трубопровода показана на рисунке.

Вертикальные нагрузки (давление грунта, нагрузки на поверхность почвы, подземные воды) вызывают деформацию трубы, величина которой зависит от свойств от жесткости трубы в поперечном сечении и свойств грунта вокруг трубы. Важным свойством стеклопластиковой трубы, уменьшающим влияние нагрузки от грунта, по сравнению с другими жесткими трубами является ее эластичность, допускающая значительную деформацию трубы без нарушения структуры материала.

Внешняя нагрузка от грунта над трубой уменьшает ее вертикальный размер и увеличивает горизонтальный, что приводит к горизонтальному вдавливанию боковых стенок трубы в грунт и к созданию пассивного сопротивления грунта, которое, в свою очередь способствует повышению сопротивления нагрузке. Таким образом, в отличие от жестких труб, поведение стеклопластиковой трубы в засыпанной траншее зависит от несущей способности системы труба-грунт в целом, а не только от несущей способности самой трубы. Поэтому жесткость трубы подбирается в комплексе с материалом обратной засыпки и метода уплотнения.

Перед проектированием трубопроводной системы необходимо провести предварительное исследование грунта на протяжении маршрута укладки трубы и в соответствии с принятыми стандартами по характеру грунта (связный, несвязный) и по степени его плотности установить характеристики природных грунтов.

Рекомендуемые значения модуля сопротивления (реакции) почвы для различных почв и условий уплотнения приводятся в следующей таблице.

Модуль реакции почвы для зоны заделки трубы

Категория жесткости почвы	Содержание крупнозернистой фракции	Степень уплотнения
		рыхлая (D)	Легкая (S) <85% Проктор <40% Отн.плот.	Средняя (M) 85-95% Проктор 40 70% О.П.	Высокая(H) >95% Проктор >70% Отн.плот.
SC1	>95%	6.9	20.7	20.7	20.7
SC2	95-88%	1.4	6.9	13.8	20.7
SC3 a	88-50%	0.69	2.8	6.9	13.8
SC3 b	50-30%	0.69	2.8	6.9	13.8
SC4	<30%	0.34	1.4	2.8	6.9

Источник: данные компании «Пластпромкомбинат»

Гидравлические и внешние параметры, необходимые для выполнения проектных расчетов должны быть дополнены следующими установочными параметрами:

• коэффициент прогиба;
• модуль сопротивления почвы (модуль местного грунта);
• коэффициент инерционности деформации.

Нормативные документы допускают выполнение проектных расчетов, как по напряжению, так и по деформации. Методика проектирования по деформации предписывает выполнение следующих этапов:

• выбор класса давления трубы в зависимости от рабочего давления и пикового давления - рабочее давление PW не должно превышать класс давления PC (Pw Pc), с учетом пикового давления PS максимальное давление не должно превышать увеличенного в 1,4 раза класса давления (Pw +Ps 1.4Pc);
• определение параметров установки трубы в зависимости от комбинации типа почвы и степени уплотнения;
• проверка деформации трубы от наружных нагрузок (нагрузки от почвы и транспорта), которые не приводили бы к долгосрочному уменьшению вертикального диаметра трубы более чем на 5 %;
• проверка совокупной нагрузки;
• проверка на вдавливание;
• проверка на всплываемость (на выталкивающую силу).

При проверке деформации (сжатия) трубы учитываются условия укладки трубы (глубина заделки, степень уплотнения обратной засыпки и свойства грунтов), а также коэффициент инерционности деформации.

Максимальное напряжение, вызванное совокупной нагрузкой должно быть меньше допустимого. При расчете вместе с совокупной нагрузкой учитываются геометрические параметры трубы и коэффициент формы Df, соотнесенный с жесткостью трубы, с материалами засыпки зоны трубы и уплотнения, с характеристиками природной почвы и со степенью уплотнения.

Максимальное напряжение, вызванное совокупной нагрузкой

Жесткость трубы MПa	Материал засыпки зоны трубы и уплотнение
	Гравий		Песок
	Рыхлое, легкое (D-S)	От среднего до высокого (M-H)	Рыхлое, легкое (D-S)	От среднего до высокого (M-H)
	Коэффициент формы Df
2 500	4.5	5.5	5.0	6.5
5 000	3.8	4.5	4.0	5.5
10 000	3.3	3.8	3.5	4.5

Источник: данные компании «Пластпромкомбинат»

При проверке на вдавливание необходимо удостовериться, что сумма нагрузок должна быть равна или менее допустимого давления вдавливания, которое рассчитывается для вариантов с внутренним вакуумом и без него. Окружающая почва оказывает компенсирующее воздействие, снижая критическую нагрузку вдавливания трубы.

В тех случаях, когда уровень грунтовых вод совпадает с уровнем грунта, проводится расчет всплываемости. Вес грунта на единицу длины трубы плюс вес трубы и вес транспортируемой жидкости должны быть больше выталкивающей силы.

Подводная прокладка трубопроводов

При прокладке подводного стеклопластикового трубопровода хорошо проявляются преимущества, связанные с характеристиками материала.

Стеклопластиковые трубы абсолютно устойчивы к коррозии, сравнительно малый вес труб обеспечивает легкость в обращении, которая, в случае подводных траншей, значительно облегчает операции по установке трубопроводной системы. Обычно рекомендуются следующие техники и способы установки подводного трубопровода:

• сборка трубопровода на суше и установка под воду при помощи протягивания по дну, с использованием лебедок, обычно устанавливаемых на плавсредствах;
• предварительная сборка на суше трубопровода (цепи) состоящего из одного или нескольких секций, буксировка в воду наплавной цепи, утопление и соединение следующего сегмента с уже установленным;
• транспортировка сегментов плавсредством (понтон) и установка с понтона.

Санация (восстановление) действующего трубопровода

В условиях плотной городской застройки, постоянно действующих транспортных магистралей обычная траншейная прокладка трубопровода при реконструкции и ремонте действующих инженерных сетей оказывается непригодной или сопряжена с чрезмерными издержками.

Стеклопластиковые трубы позволяют производить санацию трубопроводов методом протаскивания (проталкивания), когда новая труба устанавливается внутри вышедшей из строя трубы.

Возможность выпуска труб различных диаметров и длин позволяет эффективно производить этот вид монтажных работ за счет снижения времени работ, использования несложной техники, сокращения времени простоя реконструируемого трубопровода.

Во многих случаях санация трубопроводов эффективна и как альтернатива работам с использованием траншейной технологии.

Статья предоставлена Академией Конъюнктуры Промышленных Рынков