Перспективы применения полиэтиленовых трубопроводов на разработке вечномерзлых россыпей Северо-Востока

Гриневич В. В., ВНИИ-1

Журнал «Колыма», № 3, 1974 г.

 

Для водоснабжения и напорного транспортирования металлоносных песков на обогатительное устройство при разработке россыпных месторождений применяют стальные бесшовные и горячекатаные трубы. Монтаж тяжелых стальных труб — одна из самых трудоемких и дорогостоящих операций при строительстве промывочных установок. Как показал анализ монтажных работ, устройство водо- и пульповодов занимает до 42% общего времени строительства всей установки.

Ухудшение горно-геологических условий, снижение качественного состава сырьевой базы, вовлечение в эксплуатацию мелких разрозненных месторождений привело к значительному увеличению количества промывочных установок и соответственно объема металлических трубопроводов. Так, с 1969 по 1972 гг. количество промывочных установок возросло на 16,9%.

С 1972 г. на разработке россыпей стали интенсивно внедряться более производительные землесосные установки, позволяющие транспортировать металлоносные пески на большие расстояния. Однако применение металлических трубопроводов, протяженность которых в 5–10 раз больше, чем на гидроэлеваторных приборах, снижает эффективность применения указанных установок.

В последнее десятилетие в различных отраслях народного хозяйства для напорного транспортирования газообразных, жидких и твердых материалов широкое применение находят трубы из пластических масс. В качестве полимерных материалов для труб используют стеклопластик, фаолит, полиолефиновые пластмассы (полиэтилен высокой и низкой плотности, полипропилен), поливинилхлорид и другие материалы.

Анализ физико-механических свойств различных полимеров [1] и эксплуатационных данных по пластмассовым трубопроводам показал, что для условий Северо-Востока при напорном транспортировании воды и пульпы наиболее эффективны трубы из полиэтилена высокой плотности.

В табл. 1 приведены физико-механические свойства наиболее распространенных типов пластмасс, из которых изготавливают трубы.

Таблица 1.

Физико-химические свойства

Полиэтилен

 

Полипропилен

 

Поливинилхлорид

Высокой плотности

Низкой

плотности

Плотность, г/см3

0,95–0,96

0,92–0,93

0,90–0,92

1,38–1,40

Предел прочности, кг/см2

- при растяжении

- при сжатии

- при изгибе

 

 

250–300

-

200–380

 

 

120–180

12–130

120–170

 

 

250–350

650–750

 –

 

 

400–600

800–1000

900–1200

Твердость по Бринелю, кг/мм2

16

13

16 –17

13 –16

Теплостойкость по Мартенсу, град

105–115

50–60

140–145

60–65

Коэффициент линейного расширения, 104 1/град

 

1,0–2,0

 

1,0–2,0

 

1,0–1,1

 

0,6–0,7

Удельная теплоемкость, град

0,55–0,70

0,55–0,70

0,45

0,24

Теплопроводность, 104 кал/см*сек*град

6–9

6–9

 –

3–8

Морозостойкость, град

-70

-40

-15

-30

 

Полиэтиленовые трубы производят способом непрерывного выдавливания на шнековых прессах экструдерах для рабочего давления от 2,5 до 10 атм. В Советском Союзе напорные трубы из полиэтилена высокой плотности изготавливают согласно МРТУ-6-05-917—67. В соответствии с техническими условиями трубы, в зависимости от условного давления выпускают четырех серий: серия Л (легкая) для давления до 2,5 кг/см2, CJI (среднелегкая) — до 4 кг/см2, С (средняя) — до 6 кг/см2, Т (тяжелая) — до 10 кг/см2. До настоящего времени трубы производили диаметром от 16 до 315 мм. С 1973 г. осваивается выпуск труб в диапазоне диам. 315– 630 мм.

В табл. 2 приведен неполный сортамент труб, выпускаемых отечественной промышленностью, из полиэтилена высокой плотности.

Таблица 2.

Наружный

диаметр, мм

Л

Сл

С

Т

Вес 1 м трубы, кг

Толщина стенки, мм

Вес 1 м трубы, кг

Толщина стенки, мм

Вес

1 м трубы, кг

Толщина стенки, мм

Вес

1 м трубы, кг

Толщина стенки, мм

    50

-

-

0,32

2,0

0,45

2,9

0,68

4,6

    63

-

-

0,51

2,5

0,71

3,6

1,08

5,8

    75

0,49

2,0

0,70

2,9

1,06

4,3

1,53

6,9

    90

0,63

2,2

1,02

3,5

1,54

5,1

2,18

8,2

    110

0,97

2,7

1,51

4,3

2,14

6,3

3,24

10,0

    140

1,58

3,5

2,41

5,4

3,44

8,0

5,26

12,8

    160

2,06

4,0

3,17

6,2

4,47

9,1

6,86

14,6

    225

3,94

5,5

6,20

8,7

8,80

12,8

-

-

    280

6,15

6,9

9,55

10,8

-

-

-

-

    315

7,75

12,1

12,2

-

-

-

-

-

 

Полиэтиленовые трубы благодаря их эластичности, гибкости в сочетании с высокой прочностью применяют при прокладке трубопроводов в сейсмических и оползневых районах, в местах горных выработок, где стальные и чугунные трубы при оседании пород выходят из строя. Полиэтиленовые трубы в 8–10 раз легче стальных, что позволяет значительно упростить и сократить сроки монтажа трубопроводов, а также сократить транспортные расходы. Благодаря гладкой водоотталкивающей поверхности потери напора в полиэтиленовых тру­бопроводах значительно меньше, чем в металлических. Как показывают исследования [4], их пропускная способность на 10–15% выше малошероховатых металлических труб того же диаметра.

Как видно из гидродинамических характеристик [2], при одинаковых скорости потока воды и диаметре потери напора на трение в полиэтиленовых трубопроводах в 1,6–1,7 раза меньше, чем в стальных (рис. 1).

В результате этого значительно снижается расход электроэнергии для напорного транспортирования воды на промывке песков и увеличивается напор при выходе воды из насадки гидромонитора. Полиэтилен высокой плотности сохраняет физико-механические свойства при низких температурах (до минус 70°), а при изменении формы под действием нагрузки благодаря эластичности восстанавливает первоначальные размеры. Поэтому при замерзании воды трубы не разрушаются, а растягиваются, восстанавливая первоначальную форму после оттаивания льда.

Одним из важных преимуществ полиэтилена как материала для изготовления труб является его высокая химическая и коррозийная стойкость в различных агрессивных средах. При комнатной температуре полиэтилен обладает достаточно высокой стойкостью в неорганических (серной, азотной, соляной) и органических (уксусной) кислотах и щелочах. Эксплуатация полиэтиленовых трубопроводов на различных строительных карьерах и участках свидетельствует об их высокой износостойкости. Так, эксплуатация труб из полиэтилена высокой плотности на балластном карьере «Гирей» показала, что после транспортирования 150 тыс. м3 гравия и гальки нижняя часть трубы износилась на 1 мм [5], в то время как стенка цельнотянутых стальных труб диам. 200 мм изнашивается на 1 мм при транспортировании 58 тыс. м3 гравия.

Промышленные испытания на обогатительной фабрике Иультинского горно-обогатительного комбината полиэтиленовых труб диам. 85 и 160 мм показали, что при транспортировании сильно абразивных продуктов обогащения оловоносных руд износостойкость труб на 5–10% выше стальных.

Трубы и арматура к ним из полиэтилена высокой плотности хорошо поддаются механической обработке. Их можно достаточно легко резать, строгать, точить, сверлить, фрезеровать, сваривать. При температуре от 160 до 180° С с помощью простых устройств из полиэтилена можно формовать любые детали.

Недостатком полиэтиленовых труб является нарушение их прочностных свойств при длительном воздействии на них солнечных лучей. Поэтому трубы, которые в период эксплуатации подвергаются солнечной радиации, изготавливают из полиэтилена с добавлением 2–3% газовой сажи. Прочность полиэтиленовых труб снижается при надрезах и глубоких царапинах. Это особенно необходимо учитывать при транспортировании по трубам газообразных материалов.

Одним из основных вопросов, связанных с монтажом полиэтиленовых трубопроводов, является выбор производительного и экономичного способа соединения труб. В практике монтажа применяют два вида соединений: разъемные и неразъемные. Неразъемные соединения полиэтиленовых труб выполняют путем плавления концов труб с последующей их стыковкой под давлением и прутковой сварки. Соединение труб с помощью клея не применяется, так как к поверхности полиэтилена клей не пристает. Наиболее распространенными видами сварного соединения являются сварка в стык (рис. 2) и в раструб.

Разъемные соединения полиэтиленовых труб выполняют с помощью муфт, фланцев и других соединительных частей. Непосредственное нарезание резьбы на полиэтиленовых трубах не рекомендуется, так как наличие резьбы ослабляет сечение трубы и способствует концентрации напряжений. По­этому при монтаже полиэтиленовых трубопроводов основным типом разъемного соединения является фланцевое. Фланцевые соединения осуществляют с помощью свободных металлических или полиэтиленовых фланцев, или фланцами, наглухо соединенными с концами труб. В последнем случае полиэтиленовый фланец приваривают к трубе V-образным швом с подваркой с другой стороны. Концы труб и фланцы для получения V-образного сварного шва до сварки обрабатывают [3].

Анализ различных видов соединений полиэтиленовых труб показал, что наиболее простым и экономически выгодным является монтаж труб с помощью фланцев, изготовленных непосредственно па теле трубы и из материала трубы. Такой вид соединения испытан в производственных условиях и сейчас широко применяется на обогатительной фабрике Иультинского горно-обогатительного комбината. Полиэтиленовые трубопроводы общим объемом более 3000 м и диам. 50, 85 и 160 мм применяют на фабрике на сливных магистралях и для напорного транспортирования концентрата и хвостов обогащения. Продукты обогащения транспортируют по трубам с помощью насосов 5ПС-6, 8ПС-10 и 6ПС-8 под давлением до 4 атм.

Перед началом монтажа в мастерской готовят необходимое количество труб. С помощью специального приспособления (рис. 3), сконструированного и изготовленного отделом главного механика обогатительной фабрики, на концах труб формуют фланцы. Трубу длиной 6–8 м укладывают на специальный стол для поддержки трубы и зажимают сменным хомутом (4). Конец трубы длиной 80–120 мм (в зависимости от диаметра трубы) равномерно нагревают паяльной лампой до температуры 170–180° С. Затем трубу закрепляют хомутом (3) и под давлением с помощью ручного пресса формуют фланец. По окончании формовки фланец охлаждают водой в течение 3–4 мин. В готовом фланце сверлят отверстия и при необходимости подвергают ручной механической обработке. Время на изготовление одного фланца 15–20 мин. Приспо­собление можно изготовить в условиях любого прииска.

Опыт применения полиэтиленовых трубопроводов на предприятиях  «Северовостокзолото» незначителен. Кроме Иультинского горно-обогатительного комбината, трубы из полиэтилена высокой плотности применяют в небольшом количестве на прииске «Красноармейский». В 1972 г. для подачи воды к летнему профилакторию бульдозеров на карьере «Южный» этого прииска был смонтирован трубопровод из полиэтиленовых труб длиной 400 м, диам. 160 мм. Соединение труб между собой осуществляли с помощью подкладного металлического кольца (см. рис. 2), плавление концов труб производили паяльной лампой. Два рабочих смонтировали трубопровод за три смены. Сейчас полиэтиленовые трубопроводы применяют на прииске для откачки воды из котлованов, бункеров промывочных установок.

Экономический эффект от внедрения поли­этиленовых труб только по Иультинскому горно-обогатительному комбинату составил около 30 тыс. руб.

 

Выводы

  1. 1. Благодаря малому удельному весу, низкой теплопроводности, морозостойкости, повышенной пропускной способности, гибкости, эластичности, высокой удельной прочности, простоте монтажа применение полиэтиленовых труб на промывочных установках Магаданской области вместо тяжелых стальных труб позволит значительно снизить трудоемкость и стоимость монтажа трубопроводов, сократить сроки строительства промывочных установок и упростить их обслуживание в период эксплуатации.
  2. 2. Целесообразно провести промышленные испытания полиэтиленовых труб диаметром более 300 мм на землесосных промывочных установках, что позволит сделать более обоснованные выводы об их использовании на разработке вечномерзлых россыпей Северо-Востока.

 

 Литература

1.Вороник В. И., Яковлев А. Т. Пластмассы в газовом хозяйстве. М., «Недра», 1969.

2.Натоцинский В. И. Применение оборудования из пластических масс на гидравлических разработках россыпных месторождений. «Цветная металлургия», 1972, № 9.

3.Семячкин С. Е. Сварка пластмасс в строительстве. М., 1968.

4.Шевелев Ф. А., Лобачев П. В., Рузин М. Я. Исследование гидравлических сопротивлений при движении воды по трубам из пластмасс. Сб. трудов ГСИ, № 5, 1960.

5.Юдин А. В., Архипова А. А. Защита трубопроводов от износа при транспортировании твердого материала. «Гидромеханизация горных работ», М., 1967


-0+0
Просмотров статьи: 824, комментариев: 2       

Комментарии, отзывы, предложения

Виктор, 23.10.18 07:19:27

Давно известно, что полиэтиленовые лучше, так все равно металлические трубы таскают с места на место и варят, зато их покупать не надо, а на свалке собрать.

Валерий, 23.10.18 22:31:05

"...85 и 160 мм показали, что при транспортировании сильно абразивных продуктов..."

Пульповод 160мм? Не опечатка? И какова производительность фабрики?

При всех положительных свойствах полипропиленовых труб, есть некоторые существенные недостатки, это линейное расширение, если память не изменяет, то на 100 м., примерно 50-60 см., согласитесь, не мало, на пульповоде компенсаторы не есть хорошо. При -30 труба становится как стеклянная и очень даже хорошо лопается, как раз по выше указанным царапинам, и если, всякое бывает, "прихватило", то уже паяльной лампой или "пожегом" не оттаешь, менять надо весь замерзший участок, а на морозе это крайне затруднительно. Ну и не совсем понятно о разработке вечномерзлых россыпей(?)...

Уважаемые посетители сайта! Пожалуйста, будьте как дома, но не забывайте, что в гостях. Будьте вежливы, уважайте родной язык и следите за темой: «Перспективы применения полиэтиленовых трубопроводов на разработке вечномерзлых россыпей Северо-Востока»


Имя:   Кому:


Введите ответ на вопрос (ответ цифрами) "три прибавить 13":