Как выбирать диаметр и толщину стенок труб

Чтобы избежать проблем при монтаже и эксплуатации инженерных систем, нужно знать, как выбрать диаметр трубы, какой должна быть толщина стенок; как размеры трубопровода зависят от давления, температуры, скорости потока.

Важность правильного выбора диаметра и толщины стенок труб

Основные измерения для трубопроката:

• внешний диаметр (D) — расстояние между наружными стенками;
• внутренний диаметр (DN) — расстояние между внутренними стенками (условный проход, просвет, номинальный диаметр);
• толщина стенки (S) — это 1/2 от разницы между наружным и внутренним диаметром, рассчитывается по формуле [S = (D - DN) : 2];
• длина — строительная длина проката зависит от величины наружного сечения.

От размера условного прохода зависит объем веществ, которые транспортируют по трубопроводу, их проходимость. Толщина стенок должна выдержать нормальное и избыточное давление, его перепады.

Полимерные трубы выбирают по внешнему диаметру, но у фабриката одинакового наружного сечения стенки могут различаться на несколько миллиметров. При увеличении их толщины возрастает прочность, но уменьшается гибкость проката.

При состыковке труб они должны составлять сплошную линию. Внутри трубопровода должен быть ровный гладкий проход без выступов и перепадов, чтобы транспортируемая среда беспрепятственно проходила по всей длине магистрали.

При неправильном выборе размеров, при стыковке стенок разной толщины снижается эффективность путепровода: он не сможет выдержать высокие нагрузки, будут накапливаться внутренние засоры, увеличится число аварийных ситуаций.

Основные критерии выбора диаметра труб

Выбор параметров трубопровода зависит от его назначения, технологических целей и задач, условий эксплуатации.

Тип жидкости или газа

Жидкости и газы состоят из подвижных частиц. Их физические свойства — вязкость и плотность — влияют на перемещение транспортируемой среды по трубопроводной сети. Этот фактор учитывают при выборе диаметра.

От вязкости и плотности зависит сопротивление потока носителя. Чем плотнее вещество, чем больше его вязкость, тем сильнее должны быть перепады давления для продвижения содержимого по трубомагистрали.

Для более плотных и вязких веществ выбирают трубы большого сечения, чтобы снизить потери напора в системе.

Скорость потока

От диаметра трубы зависит скорость перемещения жидкости или газа. При увеличении прохода вдвое скорость воды увеличится в 4 раза, но возрастут затраты на строительство магистрали. Чтобы снизить расход энергии на транспортировку и строительную стоимость инженерных систем, нужно найти оптимальное соотношение DN и скорости потока с учетом рекомендаций специалистов.

Рекомендованные скорости:

• перекачка жидких капельных сред: для невязких и маловязких — 1,5–3 м/с, для вязких — 0,5–1 м/с;
• для насыщенного пара — 20–30 м/с, для перегретого — 30–60 м/с;
• перемещение газа под давлением — 15–25 м/с, без значительных потерь давления — 8–15 м/с.

Маловязкие жидкости — слабые растворы кислот и щелочей, спирт, бензин, ацетон. Вязкие — суспензии, гели, масла.

Удобно использовать трубные калькуляторы: указав расход воды и скорость, легко получить искомую величину условного прохода.

Давление в системе

Ещё один параметр, влияющий на перемещение транспортных сред.

При низком давлении (слабом напоре) скорость потока небольшая. Чтобы перекачать нужный объем, приходится применять трубопрокат большого диаметра. Увеличиваются расходы на транспортировку.

При высоком давлении скорость возрастает, можно использовать трубопродукцию небольшого сечения, но быстрее наступит износ стенок. Усиление напора повышает риски аварий с выбросом содержимого во внешнюю среду.

Важен баланс между диаметром, скоростью потока и рабочим давлением в системе с учетом свойств транспортирующих веществ (плотности, вязкости).

Рекомендованные величины давления (в барах), которые нужно учитывать при выборе диаметра трубы для водопровода:

• холодное водоснабжение — 0,3–5;
• подача горячей воды — 0,3–4,5;
• локальное водообеспечение частных домов — 7,5–10;
• противопожарные системы — 2 бара.

При перекачивании веществ по длинным трубопроводам неизбежно падение давления в системе: разность на входе и выходе равна квадрату скорости потока. Чем выше скорость, тем сильнее падает давление, что снижает производительность сети. Перепад не должен превышать 10%. На этот показатель влияет количество фильтров, разъединителей (сгибов, ответвлений), задвижек, обратных клапанов.

Основные критерии выбора толщины стенок

Как выбрать толщину стенки трубы? Эта геометрическая величина тоже связана с давлением и скоростью потока.

Рабочее давление

При относительно стабильном расчетном давлении поток движется равномерно, не создавая чрезмерных нагрузок на стенки. Снижается опасность повреждения трубопроводной сети.

При избыточном напоре возможны деформации труб, прорывы и утечки содержимого. Еще опаснее скачки давления, от которых возникают пульсации и гидроудары, которые могут пробить тонкие стенки.

Толстые трубы прочнее, они более стойко выдерживают сильные колебания. Толщину выбирают с запасом прочности, но учитывают вес трубопродукции.

Температура среды

При резких перепадах температур происходят продольные осевые сжатия и расширения трубоэлементов. Чтобы снизить воздействия, увеличивают толщину трубопровода.

Толстые стенки более стойко выдерживают скачки температур окружающей среды и высокую температуру теплоносителей, что обеспечивает долговечность сетей.

В зависимости от нагрева носителя путепровод может быть:

• высокотемпературный — выдерживает 150–450°С;
• среднетемпературный — 70–90°С;
• низкотемпературный — до 50°С.

При выборе диаметра трубы для отопления учитывают тип носителя (горячая вода, пар) и рабочую температуру.

Материал трубы

Тонкостенные металлотрубы сильнее подвержены коррозии, быстрее разрушаются от действия ржавчины. Они нуждаются в дополнительной противокоррозионной защите и в гидроизоляции для повышения влагостойкости.

Полимерные материалы устойчивы к коррозии, у них низкая теплопроводность, но они более чувствительны к нагреву, чем стальные. При равных DN трубопрокат из полимеров с более тонкими стенками выдержит такие же нагрузки, как сталь, но для него предусмотрены некоторые ограничения по температуре.

Советы и рекомендации по выбору труб

При подборе трубопроката учитывают различные факторы:

• размеры труб, свойства, параметры;
• материал — выбирают с учетом стойкости к коррозии, возгоранию, ремонтопригодности;
• тип системы — требования к водопроводным, газовым, отопительным и канализационным сетям различаются;
• критерии, которым должен отвечать трубопровод — надежность, безопасность, долговечность;
• документация — сертификаты подтверждают высокое качество продукции;
• цена — зависит от марки, сечения, толщины стенок, строительной длины.

При распределении бюджета, выделенного на строительство трубопроводной сети, учитывают стоимость проекта и всех комплектующих, включая арматуру, фасонные элементы, приборы учета и контроля.

Консультации с экспертами

Разработку проекта заказывают проектным организациям. В технической документации будут указаны рекомендуемые размеры и материалы. Не придется самостоятельно производить расчеты.

При покупке труб для водозабора из скважины или колодца, для отопления или канализации, для приусадебного хозяйства нужно проконсультироваться со специалистами даже в том случае, если домовладелец все делает своими руками.

Наружное сечение, DN и S указаны в ГОСТ, на сайтах производителей опубликованы таблицы типоразмеров.

Практические советы и лайфхаки

Для промышленных объектов покупают трубопродукцию согласно спецификации проекта. Для бытового использования подойдет прокат обычной точности, его цена ниже.

При покупке труб для частного дома учитывают:

• количество точек потребления воды — с учетом всех кранов и бытовой техники;
• давление системы, высоту напора — для 2-3-этажного особняка эти показатели выше, чем для одноэтажных домостроений;
• температуру носителя — стенки труб для горячей воды делают толще;
• длину водопровода — чем длиннее магистраль, тем ощутимее потери давления, тем больше внутренний диаметр.

DN выбирают с запасом прочности, с учетом того, что на соединениях и поворотах сила давления ослабевает. При большом количестве ответвлений диаметр должен быть больше. При установке трубопровода над землей на опорах с длинными пролетами, лучше использовать толстый прокат, чтобы исключить возможность прогибов и растяжений. Это нужно учитывать, выбирая диаметр трубы для кабеля или для прокладки газовых сетей.

Риски и ошибки при выборе диаметра и толщины стенок труб

При самостоятельном выборе трубопроката без консультаций со специалистами обычно не берут во внимание:

• протяженность (длину) трубопроводной линии;
• многочисленные ответвления, вызывающие потери давления и снижение напора;
• точки разводки — чем больше их число, тем больше DN;
• соответствие циркуляционного насоса системе водоподачи.

Нельзя для воды, отопления и канализации устанавливать трубы со стенками одинаковой толщины. Желая сэкономить, можно купить продукцию из некачественных материалов.

Потенциальные проблемы и их последствия

Проблемы могут возникнуть из-за неверного выбора элементов трубопровода, неправильного монтажа, нарушения условий эксплуатации:

• трубы с тонкими стенками легче деформируются;
• некачественная арматура вызовет утечки;
• нарушение крепежа приведет к смещению элементов;
• при слишком маленьком DN чаще образуются засоры (это нужно учитывать при выборе диаметра канализационной трубы).

При стыковке трубопровода не рекомендуется использовались прокат с разным DN и разной толщиной стенок. При монтаже длинных и разветвленных линий желательно применять продукцию с одинаковым внутренним диаметром и равной толщиной стенок.

Стратегии минимизации рисков

Чтобы снизить риски, нужно учитывать:

• условия эксплуатации (температуру, давление, состав и свойства носителей);
• характер материала (прочность, стойкость к нагрузкам, влаге, коррозии);
• длину трубопроводной магистрали, DN, толщину стенок.

Проблем можно избежать при покупке материалов в нашей компании. Трубный завод «Энергопласт» продает продукцию собственного производства и все необходимые комплектующие. Наши консультанты помогут выбрать трубы нужных типоразмеров.