RURY STALOWE W BUDOWIE RUROCIĄGÓW.

1. Rys historyczny.

Do początków XIX w. potrafiono produkować rury z metali miękkich i plastycznych (głównie z ołowiu). Pierwszym poważnym bodźcem dla rozwoju technologii wytwarzania rur stalowych była pierwsza w świecie instalacja dla gazu świetlnego, wybudowana w Londynie około 1815 roku (po okresie wojen napoleońskich). Wykonana została z luf karabinowych połączonych na gwint. Stożkowaty kształt lufy pozwalał na wykonanie na cieńszym jej końcu gwintu zewnętrznego, a na grubszym (od strony zamka) - wewnętrznego. Prześwit tego rurociągu wynosił około ½” (1/2 cala). Potrzeba rozbudowy tego rurociągu jak też budowy nowych (w innych dzielnicach Londynu i w innych miastach) spowodował duży wzrost zapotrzebowania na rury stalowe.

W 1825 r. opatentowano w Wielkiej Brytanii produkcję rur zgrzewanych doczołowo ( średnice zewnętrzne do 76 mm), a w 1842 również w Wielkiej Brytanii opatentowano produkcje rur zgrzewanych z nakładką (wyższe ciśnienia), co pozwoliło produkować rury o średnicach zewnętrznych do 305 mm.

W 1841 roku w Wielkiej Brytanii znormalizowano gwint rurowy (dla rur zgrzewanych z nakładką). Gwint ten nosi nazwę gwintu Whitwortha , i z niewielkimi zmianami obowiązuje do dzisiaj (jako normy w wielu krajach czy zalecenia ISO). Gwint ten i związane z nim średnice rur funkcjonują w Europie do dzisiaj (rury instalacyjne gwintowane).

W 1862 roku podobna normalizacje wprowadzono wśród asortymentu gwintów i rur w USA. Gwint tam stosowany nosi nazwę gwintu Brigsa .

2. Klasyfikacja rur stalowych.

W zależności od przyjętych (jako istotne) parametrów rury można klasyfikować m.in. w zależności od :

• przeznaczenia

• gatunków stali, z których są wykonane

• kształtu przekroju poprzecznego

• wykonania końców rur

• zakresu badań odbiorczych

• dokładności wykonania

• sposobu wytwarzania

• jakości powierzchni i rodzajów powłok ochronnych

1. Podział rur według ich przeznaczenia.

RURY STALOWE
PRZEWODOWE			NA WYMIENNIKI CIEPŁA	Konstrukcyj-ne	Wiertnicze
Przewody podsadzkowe w górnictwie węgla	Rurociągi pary, wody , gazu, powietrza, ropy itp.		Rury kotłowe	Dla przemysłu lotniczego	Okładzinowe
Przewody w budowie maszyn		Rurociągi bliskiego zasięgu: -budownictwo -energetyka -przemysł chemiczny -górnictwo	Rury na aparaturę chemiczną i procesową, dla przemysłu spożywczego itp.	Dla przemysłu motoryzacyjnego	Pluczkowe
		Rurociągi dalekiego zasięgu(woda, gaz, ropa)	Rury dla chłodnictwa	Dla przemysłu meblowego	Pompowe
			Rury piekarskie	Na konstrukcje budowlane
			Rury mrożeniowe (zamrażanie gruntu np. podczas wierceń)	Do obróbki wiórowej (łożyska, cylindry etc.)

2.1.1 Rury przewodowe.

Ta grupa rur służy do budowy rurociągów do transportu cieczy, gazów, ich mieszanin, jak również do transportu ciał stałych (np. popioły, osady z oczyszczalni ścieków, owoce itp.). Ze względu na różnorodność transportowanych cieczy, ich ciśnienie, temperaturę, stan skupienia , skład chemiczny i własności (korozyjne, erozyjne etc.), mogą powstawać wtórne podziały (np. rury na wysokoprężne rurociągi gazu ziemnego etc.).

Rury przewodowe posiadają następujące cechy podstawowe:

• Istniejący szereg średnic zewnętrznych rur przewodowych gwintowanych posiada powiązania z istniejącym asortymentem złączek gwintowanych i armatury gwintowanej, tworząc wzajemnie dopasowaną całość.

• Istniejący szereg średnic zewnętrznych rur przewodowych do spawania posiada powiązania z istniejącym asortymentem złączek kołnierzowych i armatury kołnierzowej, tworząc wzajemnie dopasowaną całość.

• Wymiary grubości ścianek rur, kołnierzy i armatury dla określonych gatunków stali (żeliwa, staliwa itp. w przypadku zaworów), stopniowane są wg. zasad stopniowania ciśnień nominalnych.

• Rury przewodowe podlegają zawsze kontroli szczelności (próba wodna) przy ciśnieniach i w sposób określonych odrębnymi normami.

• Spawalność rur zapewniona jest poprzez właściwy dobór gatunków stali

• Określone wymiary średnic zewnętrznych i określona dokładność wykonania zapewniają możliwość nacięcia odpowiedniego gwintu, lub wykonania właściwych połączeń spawanych.

Rury przewodowe to najszerszy z asortymentów rur i pozostałych elementów rurociągów. Rury na rurociągi dla budownictwa to rury pracujące przy niskich i średnich ciśnieniach ( do 1.6 MPa) i temperaturach niskich i średnich (od wody lodowej do 150⁰C). W zakresie średnic do 508 mm są to rury bez szwu i ze szwem, powyżej 508 mm - rury ze szwem (może być to szew wzdłużny lub spiralny). Rury dla energetyki to rury w przeważającej części bez szwu (do 508 mm), mogące pracować do temperatur rzędu 540⁰C przy bardzo wysokich ciśnieniach (rurociągi pary „świeżej” w elektrowniach).

Rury na rurociągi dla przemysłu chemicznego to najbardziej zróżnicowana grupa pod względem wymagań , z powodu tak parametrów pracy jak i transportowanych mediów

Rury dla górnictwa to rury o większych średnicach pracujące przy niskich ciśnieniach i normalnych temperaturach, a służące do transportu dużych ilości powietrza (wentylacja kopalń).

Rury na rurociągi dalekosiężne to głównie rury do transportu ropy i gazu. Szczególnie rury do transportu gazu na duże odległości muszą spełniać ostre wymagania (duże średnice 800 -1200mm, wysokie ciśnienia rzędu 10 MPa, szczelność, spawalność).

Rury na przewody podsadzkowe w górnictwie to wąski wycinek zastosowań rurociągów do transportu pod ziemią materiałów podsadzkowych (głównie piasek) do zamulania wyrobisk. Występują tu tylko dwie średnice , o wymiarach nie pokrywających się z wymiarami rur z innych pozycji. Inne też są elementy złączne i armatura.

Rury na przewody w budowie maszyn to marginalna grupa przewodów, w przeważającej większości o małych średnicach, współpracujących z odmienną armaturą i o innym (poza spawaniem) sposobie łączenia.

2.1.2. Rury na wymienniki ciepła.

Rury z tej grupy przeznaczone są do budowy aparatów i urządzeń związanych z pośrednią wymianą ciepła (wymiana ciepła poprzez ściankę) jak kotły, wymienniki ciepła, aparatura przemysłu chemicznego, spożywczego itp.

Charakterystyka tej grupy rur to:

• Bardzo bogaty asortyment stali z jakich rury są wykonywane (od stali węglowych, poprzez niskostopowe do wysoko stopowych wraz ze stalami odpornymi na korozję, żaroodpornymi i żarowytrzymałymi.

• Dostępny zakres średnic rur, stopniowany według średnic zewnętrznych, jest znaczne większy od asortymentu rur przewodowych.

Największe zróżnicowanie średnic i materiałów występuje tu w grupie rur kotłowych i rur na aparaturę chemiczną. Są to też ilościowo biorąc dwie największe podgrupy w tej grupie rur.

2.1.3.Rury konstrukcyjne.

Pod tą nazwą kryje się grupa rur stosowanych na wszelkiego rodzaju stalowe elementy konstrukcyjne. W zakresie wymagań traktowane są tak jak inne elementy konstrukcyjne tzn. pręty, kształtowniki czy blachy.

Rury te stopniowane są według średnic zewnętrznych i grubości ścianek.

W zakresie małych średnic wymagana jest zazwyczaj duża dokładność wymiarów i odpowiedni rodzaj powierzchni zewnętrznej- stąd stosowanie rur obrabianych plastyczne na zimno. Wymiary rur w tym zakresie są stopniowane wg. metrycznego systemu miar.

Przy dużych średnicach zewnętrznych asortyment rur konstrukcyjnych pokrywa się z asortymentem rur przewodowych. Wynika to ze stosunkowo małego zapotrzebowania tych asortymentów, co obniża koszty produkcji.

Należy zwrócić uwagę na dużą różnorodność materiałów, z których rury są wykonywane. Nie zawsze są to stale spawalne ( lotnictwo, łożyska). Mogą posiadać bardzo szczególne wymagania, w zależności od zastosowań (lotnictwo, łożyska, motoryzacja).

2.1.4. Rury wiertnicze.

Są to rury stosowane do wykonywania i wyposażanie otworów wiertniczych dla :

• Poszukiwań geologicznych

• Wierceń eksploatacyjnych przy wydobyciu ropy naftowej, gazu ziemnego, solanek, siarki, wody pitnej czy wód geotermalnych.

Wymagania dla rur wiertniczych są jednymi z najlepiej uporządkowanych w skali międzynarodowej.

3. Klasyfikacja rur według technologii wykonania.

Generalnie rury możemy podzielić na rury bez szwu i ze szwem.

3.1.Rury bez szwu to rury walcowane lub ciągnione na gorąco lub na zimno.

Do średnicy zewnętrznej 508 mm rury mogą być produkowane jako rury bez szwu. W zakresie średnic 500-800 mm niewielu wytwórców produkuje rury bez szwu, a powyżej 800 mm dostępne są tylko rury ze szwem (wynika to m.in. z małego zapotrzebowania na rury bez szwu o tak dużych średnicach, oraz z coraz doskonalszych technologii produkcji rur ze szwem).

Rury walcowane lub ciągnione na gorąco mają minimalne średnice zewnętrzne w wysokości 20 mm. Rury produkowane tymi metodami mają mniejszą dokładność wymiarową i gorszą powierzchnię.

Rury walcowane lub ciągnione na zimno mają mniejszy zakres średnic zewnętrznych ( 3 do około 200 mm),ale za to mają mniejsze grubości ścianek, niemożliwe do uzyskania w procesach produkcji na gorąco. Posiadają również dużo większe dokładności wymiarowe i dużo wyższą jakość powierzchni. Ich własności mechaniczne mogą też być znacznie wyższe, gdyż osiągane w wyniku zgniotu na zimno.

3.2.Rury ze szwem.

W zależności od stosowanych technologii produkcji można wyróżnić w tej grupie rury zgrzewane ( elektrycznie: oporowo lub indukcyjnie) oraz rury spawane (np. łukiem elektrycznym w osłonie argonu, w osłonie wodoru etc.).

Rury o małych średnicach wytwarzane są jako rury ze szwem wzdłużnym. Rury o dużych średnicach wytwarzane są jako rury ze szwem spiralnym. Rury ze szwem mogą być poddawane dalszej obróbce plastycznej, czy też usunięciu wypływki (rury zgrzewane).

4. Podział rur w zależności od ich przekroju poprzecznego.

W zależności od kształtu poprzecznego można wyróżnić rury:

• Okrągłe

• Kwadratowe

• Prostokątne

• Wieloboczne

• Eliptyczne

• Kroplowe

• Inne

W zależności od grubości ścianek rur można wyróżnić rury:

• O stałej grubości ścianki

• O zmiennej grubości ścianki:

• Rury z wyciskanymi żebrami wewnętrznymi

• Rury z żebrami zewnętrznymi:

• Żebra walcowane lub wyciskane (proste, spiralne, igłowe)

• Żebra nawijane i przyspawane z taśm.

5. Podział rur w zależności od rodzaju ochronnego pokrycia powierzchni.

Rury mogą być wykonywane bez pokrycia ochronnego (znaczna większość rur) jako:

• Rury czarne (powierzchnia tych rur pokryta jest cienką warstewką tlenków, zgorzeliny a może wystąpić również warstewka rdzy).

• Rury białe ( głównie rury konstrukcyjne o wysokich wymaganiach co do jakości powierzchni, obrabiane na zimno bez obróbki cieplnej lub z obróbką cieplną ale w atmosferze ochronnej, lub też czyszczone po obróbce. Mogą być pokrywane smarami ochronnymi).

Rury z powłokami ochronnymi można podzielić na dwie grupy:

• Rury z powłokami ochronnymi:

• Metalicznymi (cynkowane lub kryte innymi metalami)

• Niemetalicznymi (lakierowane, emaliowane, powlekane asfaltem)

• Rury z wykładzinami ochronnymi:

• Ceramicznymi

• Z mas plastycznych (guma, PVC)

• Rury platerowane ( nawalcowana warstewka metalu o odpowiedniej odporności np. ze stali kwasoodpornej)

Rury czarne to największa grupa produkowanych rur. Są zabezpieczane przed korozja poprzez nakładanie powłok malarskich po wykonaniu instalacji, lub pracują bez takich powłok np. ze względu na temperatury ( rury w kotłach).

Rury z powłokami metalicznymi to głównie rury ocynkowane dla potrzeb instalacji ciepłej i zimnej wody. Ze względu na korozyjne własności wód często są stosowane rury podwójnie cynkowane. Inne powłoki mogą być stosowane dla potrzeb przemysłu.

Rury emaliowane produkowane są głownie dla potrzeb przemysłu chemicznego, natomiast rury z powłokami asfaltowymi to najcześciej rury o dużych średnicach dla budowy rurociągów dalekosiężnych wody, ropy i gazu.

Wykładziny ochronne stosowane są głownie tam , gdzie występuje silne ścieranie rur ( ceramika, guma) - np. transport mieszaniny wody i kwarcu.

Wykładziny z tworzyw sztucznych i rury platerowane stosowane są głównie w przemyśle chemicznym, dla zmniejszenia zużycia stali odpornych na korozję, obniżki kosztów instalacji i wydłużenia jej żywotności.

6. Klasyfikacja według rodzaju wykonania końców rur.

W zależności od zastosowania rury mogą mieć różnie wykonane końce.

Można tu wyróżnić:

• Rury z końcami gwintowanymi :

• Gwint rurowy (Whitwotha lub Brigsa)

• Gwint dla rur wiertniczych (Brigsa)

• Rury z końcami gładkimi (największa grupa rur ze względu na połączenia spawane)

• Rury z końcami kielichowymi (coraz rzadziej stosowane, głównie w rurach przewodowych)

• Rury z obrzeżami do kołnierzy luźnych ( wychodzące z użycia ze względu na powszechność spawania)

7. Wymiary rur stalowych.

Podstawowymi wymiarami rur stalowych o dowolnym przeznaczeniu i dowolnej technologii wykonania jest średnica zewnętrzna i grubość ścianki rury. Średnica wewnętrzna jest funkcją wspomnianych powyżej wymiarów.

Mówiąc o asortymencie wymiarowym rur mamy zawsze na myśli określony ciąg średnic zewnętrznych, powiązany z szeregiem grubości ścianek i dostosowany do określonego przeznaczenia, z uwzględnieniem opłacalności wytwarzania i stosowania.

Początkowo asortyment produkowanych rur zależał od wytwórców. Potem Użytkownicy o znacznym zapotrzebowaniu zaczęli wpływać na produkowany asortyment rur. Pierwsze zostały uporządkowane wymiary rur przewodowych. Pozostałe asortymenty rur (rury wiertnicze, na wymienniki ciepła, etc.) zależały od rur przewodowych , gdyż były produkowane na tych samych maszynach.

W Wielkiej Brytanii asortyment rur przewodowych został uporządkowany po wprowadzeni calowego gwintu rurowego - gwintu Whitwortha z kątem zarysu 55⁰. Rury stosowane według zasad brytyjskich znalazły zastosowanie na kontynencie europejskim.

W USA rury przewodowe i wiertnicze zostały uporządkowane wg. zasad ustalonych przez API (American Petroleum Institute) w oparciu o calowy rurowy gwint Brigssa, o kącie zarysu 60⁰. Rury wiertnicze wg. API zostały przyjęte na całym świecie.

W Polsce dla rur przystosowanych do gwintowania przyjęto ciąg średnic wynikający z calowego rurowego gwintu Whitwortha. Grubość ścianek rur w tym ciągu jest odpowiednio duża dla nacięcia gwintu.

Tab.XXX 1. Rury przewodowe gwintowane - odmiana lekka

( wg. PN -74/H-74200).

DN		Dzewn	g	Masa jedn.
[mm]	[cale]	[mm]	[mm]	[kg/m]
10	3/8	17,2	2,00	0,75
15	½	21,3	2,35	1,11
20	¾	26,9	2,35	1,42
25	1	33,7	2,90	2,23
32	1 ¼	42,4	2,90	2,87
40	1 ½	48,3	2,90	3,30
50	2	60,3	3,25	4,63
65	2 ½	76,1	3,25	5,93
80	3	88,9	3,65	7,82
100	4	114,3	4,05	11,30

Tab.XXX2. Rury przewodowe do spawania.

DN		Dzewn	g	Masa jedn.
[mm]	[cale]	[mm]	[mm]	[kg/m]
10	3/8	13,5	0,5 - 2,6	0,16 -0,76
15	½	20,0	0,5 - 4,0	0,24 - 1,58
20	¾	25	1,0 - 4,0	0,59 - 2,07
25	1	30	1,6 - 2,83	1,13 - 2,83
32	1 ¼	38	2,0 - 4,5	1,57 - 3,23
40	1 ½	44,5	2,0 - 5,6	2,01 - 5,07
50	2	57	2,6 - 7,1	3,52 - 8,77
65	2 ½	76,1	3,2 - 7,1	5,8 - 12,1
80	3	88,9	3,6 - 7,1	7,63 - 14,4
100	4	108	4,0 - 7,1	10,3 - 17,1
125	5	133	4,0 - 7,1	12,8 - 22,1
150	6	159	4,0 - 7,1	15,4 - 26,5
200	8	219,1	4,0 - 7,1	21,4 - 37,2
250	10	273	4,0 - 7,1	26,9 - 46,7

Uwaga : oznaczenia calowe dla rur dla spawania są rzadko używane.

Ze względu na konieczne siły do nacięcia i połączenia rur, nie stosuje się w kraju rur łączonych przez gwintowanie przy średnicach powyżej 4” (co odpowiada DN100). Stosowane w połączeniach gwintowanych średnice rur i ich grubości przedstawiono w tabeli.

Tab.XX3. Porównanie średnic zewnętrznych dla połączeń gwintowanych i spawanych.

Średnica Nominalna		Dz rury do połączeń gwintowych	Dz rury do połączeń spawanych
[cale]	[mm]	[mm]	[mm]
3/8	10	17,2	13,5
½	15	21,3	20
¾	20	26,9	25
1	25	33,7	30
1 ¼	32	42,4	38
1 ½	40	48,3	44,5
2	50	60,3	57
2 ½	65	76,1	76,1
3	80	88,9	88,9
4	100	114,3	108
5	125	-	133
6	150	-	159
8	200	-	219,1

Tab. Rury stalowe bez szwu do zastosowań ciśnieniowych

Zalecane wymiary wg. PN-EN-10216-1.

DN			Grubość [mm]	DN			Grubość [mm]
Szereg średnic					Szereg średnic
1	2	3			1	2	3
10,2			1,6-2,6		51		2,6-15,5
	12		1,8-3,2			54	2,6-14,2
	12,7		1,8-3,2		57		2,9-14,2
13,5			1,8-3,6	60,3	63,5
		14	1,8-3,6		70
	16		1,8-4,0			73
17,2			1,8-4,5	76,1
		18	2-4,5			82,5	3,2-14,2
	19		2,0-5,0	88,9
	20				101,6		3,6-14,2
21,3						108
		22		114,3
	25		2-6,3		127		4-14,2
		25,4	2-6,3		133
26,9			2,0-8,0	139,7
		30	2,3-8			141,3	4,5-14,2
	31,8		2,3-8,0			152,4
	32					159
33,7			2,3-8,8	168,3
		35	2,6-8,8			177,8	5,0-14,2
	38		2,6-10			193,7	5,0-16,0
	40			219,1
42,4						244,5	6,3-16,0
		44,5	2,6-12,5	273
48,3			2,6-12,5

Szereg grubości: 1,6; 1,8; 2,0; 2,3; 2,6; 2,9; 3,2; 3,6; 4,0; 4,5; 5,0; 6,3; 7,1; 8,0; 8,8; 10,0; 11,0; 12,5; 14,2; 16,0……….

1

10

---