Материалы и покрытия систем теплогазоснабжения и вентиляции

Министерство образования Украины Донбасская государственная академия строительства и архитектуры Конспект лекций Материалы и покрытия систем теплогазоснабжения и вентиляции Составитель В. П. Демешкин Макеевка 2011

• Введение
• 1. Металлы и неметаллические материалы, используемые в системах ТГВ
• 1.1 Общие сведения о металлах и сплавах
• 1.2 Способы испытания металлов и сплавов
• 1.3 Черные и цветные металлы и сплавы
• 1.3.1 Чугун, его получение, виды и марки
• 1.3.2 Сталь, её получение, виды и марки
• 1.3.3 Цветные металлы и сплавы
• 1.3.4 Конструкционная листовая сталь, алюминий и титан
• 1.4 Пластические массы и др неметаллические конструкционные материалы
• 1.4.1 Общие сведения о пластических массах
• 1.4.2 Виды пластических масс и область их применения
• 1.4.3 Асбестоцемент, его свойства и применение
• 1.5 Защитные покрытия и изоляционные материалы
• 1.5.1 Виды коррозии в санитарно-технических устройствах
• 1.5.2 Защитные покрытия систем ГВС, отопления и вентиляции
• 1.5.3 Материалы и покрытия для изоляции теплопроводов
• 1.5.4 Материалы и покрытия для изоляции газопроводов
• 2. Основные изделия и материалы, применяемые в системах ТГВ
• 2.1 Трубы
• 2.1.1 Общие сведения о трубах
• 2.1.2 Стальные водогазопроводные трубы
• 2.1.3 Стальные бесшовные трубы
• 2.1.4 Стальные сварные трубы
• 2.1.5 Трубы из цветных металлов и сплавов
• 2.1.6 Трубы из неметаллических материалов
• 2.1.6.1 Пластмассовые трубы
• 2.1.6.2 Асбестоцементные трубы и воздуховоды
• 2.1.7 Особенности использования труб в системах газоснабжения
• 2.1.8 Определение толщины стенки магистральных трубопроводов
• 2.1.9 Особенности использования труб в системах теплоснабжения
• 2.2 Арматура
• 2.2.1 Общие сведения об арматуре
• 2.2.2 Классификация арматуры
• 2.2.3 Способы присоединения арматуры
• 2.2.4 Условные обозначения арматуры
• 2.2.5 Характеристика основных видов арматуры
• 2.2.51 Запорная арматура
• 2.2.5.2 Особенности применения запорной арматуры в газоснабжении
• 2.2.5.3 Регулирующая арматура
• 2.2.5.4 Предохранительная арматура
• 2.2.5.5 Вспомогательная арматура
• 2.2.6 Приемка, транспортирование и хранение арматуры
• 3. Вспомогательные материалы
• 3.1 Прокладочные и уплотнительные материалы
• 3.2 Набивочные материалы
• 3.3 Смазочные материалы, олифы и краски
• 3.4 Приводные ремни
• 3.5 Приемка, транспортирование и хранение вспомогательных материалов

К основным системам ТГВ относятся системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, горячего водоснабжения, газоснабжения, теплоснабжения. Для устройства данных систем применяются главным образом металлы и металлические изделия. В основном в санитарно-технических устройствах используются черные металлы — сталь и чугун, т.к. они достаточно прочны и дешевле других металлов.

Задача данного курса — изучение материаловедения и технологии изготовления изделий систем ТГВ для обеспечения правильного (рационального) подбора материалов для санитарно-технических изделий, экономного расходования металлов при проектировании и монтаже систем ТГВ.

Наряду с металлами в санитарно-технических устройствах используются пластические массы, керамика и др. материалы. Пластические массы значительно легче металлов и находят все более широкое применение в системах ТГВ.

Цель курса — ознакомление с основными свойствами материалов и изделий, применяемых в системах ТГВ, выработка правильной ориентации в многообразии материалов, рационального использования их в практической работе.

арматура металл теплогазоснабжение вентиляция

1. Металлы и неметаллические материалы, используемые в системах ТГВ

1.1 Общие сведения о металлах и сплавах

Металл находит самое широкое применение в строительстве. Из металла изготавливаются основные элементы санитарно-технических устройств: трубы, соединительные и фасонные части трубопроводов, вентиляционные воздуховоды, арматура, котлы, вентиляторы, отопительные приборы и т. д.

Металлы имеют характерный металлический блеск в изломе, обладают пластичностью, высокой электрои теплопроводностью. Чистые металлы вследствие низкой прочности и твердости в производстве используются редко. В системах ТГВ применяются в основном сплавы металлов с металлами или неметаллами (металлоидами), например кремнием, углеродом.

Сплавом называется вещество, состоящее из двух или более элементов (металлов или металлов и металлоидов) и обладающие металлическими свойствами. Приготовляют сплавы способом сплавления, а иногда спеканием, электролизом или возгонкой. Наиболее распространены в системах ТГВ изделия из стали и чугуна, являющихся сплавами на основе железа.

Все металлы и сплавы делятся на две большие группы: черные (железо и его сплавы, главным образом сталь и чугун) и цветные.

Цветные металлы в зависимости от их физико-механических свойств подразделяются на следующие группы: тяжелые — никель, медь, цинк, олово, свинец; легкие — литий, бериллий, натрий, магний, алюминий, калий, кальций, титан, рубидий, стронций, цезий, барий; благородные — рутений, родий, палладий, серебро, осмий, платина, золото); редкие — ванадий, цирконий, ниобий, молибден, тантал, вольфрам.

1.2 Способы испытания металлов и сплавов

Сталь и сплавы при подборе их для определенных изделий и конструкций выбирают с учетом их механических свойств, из которых согласно требованиям стандартов на металлопродукцию (лист, фасонный прокат, сортовая сталь и т. д.) проверяют по следующим основным показателям: временному сопротивлению разрыву _в, МПа (кГс/мм²), условному пределу текучести _0,2, МПа (кГс/мм²), относительному удлинению, %, или относительному сужению, % ударной вязкости КС, Дж/м^{2 (}кГс м/см²). Испытание данных свойств металлов выполняется на образцах, размеры которых, порядок операций и методы подсчета результатов регламентируются соответствующими стандартами: _в, _0,2,, % или, % - по ГОСТ 1497–73 с помощью разрывных машин, КС — по ГОСТ 9454–78 на маятниковых копрах.

Временное сопротивление _в в МПа ₍кГс/мм²), — это напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке Р max, Н, кГс, предшествующей разрушению образца и определяется по формуле:

_в= Р max/ F_o (1.1.)

где F_o — начальная площадь

Условным пределом текучести _0,2, МПа (кГс/мм²) называют напряжение, при котором остаточное удлинение расчетной части образца L_o от приложенной нагрузки, достигает 0,2% и определяется по формуле:

_0,2= Р_0,2/ F_o (1.2.)

где Р_{0,2 -} нагрузка, при которой у образца получено остаточное удлинение 0,2%, Н, кГс.

Относительным удлинением после разрыва, % называют отношение приращение расчетной длины после разрыва к её первоначальной величине и определют по формуле:

= L_к — L_o / L_o х 100% (1.3.)

где L_{к -} конечная длина расчетной части образца после разрушения.

Ударной вязкостью КС, Дж/м² (кГс м/см²) называется полная работа удара, затраченная на разрушение образца, отнесенная к площади его начального сечения под надрезом и определяется по формуле:

КС = К/S_o, Дж/м² (кГс м/см²) (1.4.)

где К — работа удара, Дж (кгс м);

S_o — начальная площадь поперечного сечения образца, м² (см²).

1.3 Черные и цветные металлы и сплавы

1.3.1 Чугун, его получение, виды и марки

Чугуном называют сплав железа с углеродом и некоторым количеством кремния, марганца, серы, фосфора. Содержание углерода в чугуне составляет более 2%. Исходные материалы для получения чугуна — железные руды, флюсы и топливо. Флюсы — это такие материалы, как известняк, кварц, песчаник, применяемые для отделения от руды пустой породы и золы топлива, с которыми они образуют легкоплавкие химические соединения, называемые шлаками.

Основным способом получения чугуна является доменный, осуществляемый в доменных печах.

В зависимости от состояния и формы углерода в чугуне различается — белый, серый, ковкий и высокопрочный чугун.

В белом чугуне весь углерод находится в химически связанном состоянии. Излом данного чугуна имеет матово-белый цвет. Такой чугун тверд, хрупок и применяется для отливки деталей с последующим отжигом на ковкий чугун.

В сером чугуне весь углерод содержится в свободном состоянии в виде отдельных включений графита. Излом данного чугуна имеет серый цвет и крупнозернистое строение. Серый чугун хорошо поддается обработке режущим инструментом, имеет высокую износоустойчивость. Недостатки: большая хрупкость и малая пластичность. Из серого чугуна изготовляются котлы, радиаторы, водопроводные и канализационные трубы, фасонные части, арматура, санитарные приборы — ванны, раковины, мойки.

Ковкие чугуны получаются из отливок белого чугуна путем длительного отжига при высоких температурах. В зависимости от структуры делится на ферритный и перлитный. Такой чугун обладает повышенной прочностью на растяжение, низкой пластичностью и высоким сопротивлением удару. Из ковкого чугуна изготовляют детали сложной формы: соединительные части для трубопроводов, детали арматуры.

Высокопрочный чугун получают из серого чугуна модифицированием: в жидкий металл перед разливкой добавляют модификаторы в количестве 0,01 — 0,03% массы жидкого металла. Это — важный конструкционный материал.

Маркировка серого чугуна по ГОСТ 1412–79* состоит из сочетания букв «СЧ» и двузначного числа, соответствующего величине предела прочности при растяжении в кгс/мм² (СЧ-25, ГОСТ 1412–79*). Обозначение марки высокопрочного чугуна по ГОСТ 7203–79* состоит из сочетания букв «ВЧ» и двух чисел, записанных через тире, из них первое — величина временного сопротивления разрыву (кГс/мм²⁾, а второе — относительное удлинение, %. (ВЧ 60−2 (ГОСТ 7293−79*)) — высокопрочный чугун, предел прочности при разрыве 600 МПа (60 кГс/см²), относительное удлинение — 2%.

Ферритный и перлитный ковкий чугун маркируется — отливка КЧ 30−6-Ф, ГОСТ 1215–79, отливка КЧ 60−3П, ГОСТ 1215–79, где 30 и 60 — временное сопротивление разрыву, соответственно 30 и 60 кГс/ мм² (300 и 600 МПа), 6 и 3 — относительное удлинение при разрыве 6 и 3%. В технике используются следующие марки чугуна: СЧ 12−28, СЧ 15−32 и т. д. до СЧ 44−64; КЧ 30−6, КЧ 33−8 и т. д. до КЧ 63−2; ВЧ 38−17, ВЧ 42−12 и т. д. до ВЧ 120−4.

1.3.2 Сталь, её получение, виды и марки

Сталь — деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (0,01 — 2%). Кроме того, в небольших количествах сталь содержит полезные (кремний, марганец, хром, никель, титан, медь, алюминий) и вредные (серу, фосфор) примеси.

Сталь выплавляется конвертерным способом (бессемеровский и томасовский) и в мартеновских и электрических печах.

По характеру застывания в изложнице (специальных формах, в которые разливается сталь из ковшов) различается спокойная, полуспокойная и кипящая сталь. Поведение металла при кристаллизации обусловлено степенью его раскисления: чем полнее удален из стали кислород, тем спокойнее протекает процесс затвердевания. Кипящей называется сталь, которая при разливке в изложницу кипит с выбросом окиси углерода, вследствие наличия в ней свободного кислорода воздуха, окисляющего углерод.

Полуспокойной называют сталь, характеризующуюся умеренным процессом кипения, так как для уменьшения остатка кислорода в ковш с жидким металлом вводится концентрированный ферросилиций и алюминий, которые связывают часть кислорода и ослабляют кипение. Спокойной называют сталь, которая при разливке в изложницу выделяет мало газов и не кипит, т.к. из неё быстро удаляется кислород за счет введения большого количества ферромарганца, алюминия и концентрированного ферросилиция.

Кипящая сталь хорошо штампуется и сваривается, но по прочностным свойствам уступает спокойной стали. Из кипящей стали изготавливают сварные трубы. Параметры полуспокойной стали занимают промежуточное положение. Степень раскисления стали определяют по процентному содержанию в ней кремния: 0,14−0,30% - спокойная, 0,05 — 0,1% - полуспокойная; менее 0,05% - кипящая.

По химическому составу сталь подразделяется на углеродистую, основные свойства которой определяются присутствием в ней углерода, и легированную, свойства которой обусловливаются специально введенными в нёё наряду с углеродом легирующими элементами, такими как вольфрам, ванадий, хром.

Углеродистую сталь по назначению делят на конструкционную (с содержанием углерода до 0,7%) и инструментальную (с содержанием углерода 0,8−1,3%). Углеродистая конструкционная сталь в свою очередь подразделяется на сталь углеродистую обыкновенного качества, выплавляемую в мартеновских печах или конвертерах, и сталь углеродистую качественную, изготовляемую в мартеновских и электрических печах.

Сталь углеродистая обыкновенного качества (ГОСТ 380−71*) делится на три группы в зависимости от гарантируемых характеристик качестве металла.

Сталь группы, А имеет гарантированные механические свойства (предел прочности, предел текучести, относительное удлинение) и маркируется буквами Ст, за которыми следует цифра (марка или условный номер стали): 0; 1; 2 и т. д. до 6. Чем больше цифра, тем больше содержание углерода, тем выше предел прочности и тем ниже относительное удлинение. Если сталь кипящая, то после цифры добавляются буквы кп, полуспокойная пс, спокойная — сп. Например, Ст0, Ст1кп, Ст6сп и т. д.

Сталь группы Б поставляется с гарантией химического состава и маркируется буквами Ст, за которыми следует цифра, характеризующая химический состав стали, затем следуют буквы кп, пс, сп. Буква Б перед обозначением марки указывает группу стали, например Б Ст0, БСт2кп, БСт6сп (группа, А в обозначении марки стали не указывается). Из стали группы Б изготовляются резервуары, пружины.

Благодаря известному химическому составу сталь группы Б можно подвергать горячей механической обработке, а изготовленные из неё детали — термической обработке.

Сталь группы В имеет гарантированные механические свойства и химический состав; эта сталь маркируется буквой В, затем следуют те же обозначения, что и у сталей групп, А и Б. Например, ВСт2, ВСт3пс, ВСт5сп. Из стали группы В изготовляют сварные конструкции, неответственные детали машин. Сталь всех групп с номерами марок 1,2,3,4, изготовляют — кп, пс, сп, 5,6 — только пс, сп.

В зависимости от нормируемых показателей сталь каждой группы по ГОСТ 380–71* подразделяется на категории: группы, А — 1,2,3; группы Б — 1,2; группы В — 1,2,3.4,5,6. Чем больше номер категории стали, тем большему числу нормируемых показателей она должна соответствовать. К обозначению марки стали добавляют в конце номер соответствующей категории: 1-ю категорию в обозначении не указывают.

Примеры обозначения марки стали:

Сталь 3, группы А, полуспокойная, 2-й категории — Ст3пс2

Сталь 2, группы В, спокойная, 6-й категории — ВСт2сп6.

Для маркировки стали с повышенным содержанием марганца после номера стали ставится буква Г, например Ст3Гпс, ВСт3Гпс3.

Сталь углеродистая качественная (ГОСТ 1050−74*) поставляется с гарантированными механическими свойствами (твердость после прокатки и отжига, предел прочности, удлинение образцов, изготовленных из нормализованных заготовок, и уменьшение площади их поперечного сечения) и химическим составом. По сравнению с углеродистой сталью обыкновенного качества она содержит меньше вредных примесей (серы и фосфора). Данная сталь по химическому составу выплавляется следующих марок: а) сортовой прокат — 08,10,15. через 5.55,58,60; б) прочий прокат в том числе и листовой — 05кп, 08, 08пс, 08кп, 10,10пс, 10кп, 11кп, 15,15пс, 15кп, 18кп, 20, 20пс, 20кп, 25,30 через 5 до 60. Марка стали (2-значные цифры) определяет среднее содержание углерода в сотых долях процента. Марка без индекса кп, пс означает, что данная сталь спокойной плавки. В зависимости от требований, предъявляемых к механическим свойствам, сортовая сталь делится на 5 категорий. Для большинства категорий предусмотрено механическое испытание на нормализованных заготовках размером 25−100 мм или на термически обработанных заготовках до 100 мм, для сортовой стали 1-й категории механические испытания не предусмотрены. Углеродистая качественная конструкционная сталь применяется для изготовления ответственных деталей машин и механизмов.

Для изготовления сварных труб широко применяется тонколистовой горячекатанный и холоднокатанный прокат из качественной стали (ГОСТ 16 523−70*) Сталь тонколистовая углеродистая качественная в зависимости от нормируемых характеристик качества выпускается по 3-м из 5-ти предусмотренным стандартом категориям (1,4,5-я). Для стали категории 1 нормируется только испытание на изгиб на 180^о в холодном состоянии и на вытяжку, стали категории 4 — химический состав, предел прочности, относительное удлинение, испытание на изгиб, а стали категории 5 — по всем перечисленным показателям.

Углеродистые инструментальные стали маркируются таким образом: впереди ставится буква У, за ней число, показывающее среднее содержание углерода в десятых долях. Например У8. Если сталь высококачественная, то справа от числа ставится буква А. Например У8А. Высококачественная сталь отличается от качественной пониженным содержанием кремния, марганца, серы и фосфора. При повышенном содержании марганца в стали после числа в марке ставится буква Г. Например У8ГА. Из углеродистых инструментальных сталей, изготовляются инструменты, подвергаемые термической обработке.

Легированная сталь по назначению делится на конструкционную, инструментальную и специальную, обладающую особыми физическими свойствами. К специальной относится сталь магнитная, нержавеющая, жаропрочная и др.

Конструкционные легированные стали используются для изготовления ответственных деталей машин и металлических конструкций: валов двигателей, зубчатых колес и т. д. К таким сталям относятся хромистая марок 15Х, 20Х, 38ХА, 45ХА.

2-значное число показывает среднее содержание углерода в сотых долях%, а буквы — легирующие примеси (хром, алюминий, никель).

Инструментальные легированные стали применяются для изготовления 3-х основных групп инструмента: режущего, измерительного и штампов. Наиболее распространены из рассматриваемых сталей хромистая сталь марки Х и хромокремнистая сталь марки 9ХС.

К специальным легированным сталям относятся стали высоколегированные нержавеющие, обладающие стойкостью против коррозии в атмосферном воздухе, кислотостойкие, обладающие коррозионной стойкостью в условиях действия агрессивных сред, жаростойкие (окалиностойкие), жаропрочные, сохраняющие достаточную прочность при высокой температуре. Нержавеющие легированные стали используются для изготовления арматуры и в системах вентиляции, работающих в агрессивных средах.

1.3.3 Цветные металлы и сплавы

Медь — вязкий металл красноватого цвета, плотность 8,92 г/см³, температура плавления 1083 ^оС. Весьма пластичен. Медь в чистом виде в технике как правило не применяют. Используются сплавы меди с др. металлами, в основном с цинком. Содержание цинка в технических сплавах составляет от 10 до 45%. Сплав меди с цинком называют латунью. По сравнению с чистой медью латунь прочнее, пластичнее, тверже, устойчивее против коррозии, более жидкотекуча.

Кроме простой латуни существуют специальные с добавками железа, марганца, никеля, олова, кремния. Доля легирующим элементов в специальных латунях не превышает 7−8%. Данные латуни по прочности не уступают некоторым конструкционным сплавам. Различаются латуни литейные (применяемые для фасонного литья) и обрабатываемые давлением. Из литейной латуни изготовляется арматура для санитарно-технических систем — краны, смесители и др.

Медно-цинковые сплавы (латуни) согласно ГОСТ 15 527–70 выпускаются 7 марок: Л96, Л90, Л85, Л80, Л70, Л68, Л62. Число показывает средний процент меди в сплаве.

Сплав меди с различными элементами (кроме цинка) называют бронзой. Основные бронзы: оловянные (6−20% S_n), алюминиевые (5−11% AL), кремнистые (4−5% S_I), бериллиевые (1,8−2,3% Be) и кадмиевые (до 1% C_d). Бронзы маркируют буквами Б_р, справа от которых пишут буквы, обозначающие элементы, входящие в состав бронзы (О — олово, А — алюминий, ц — цинк, Ф — фосфор, С — свинец) а затем числа, показывающие среднее содержание добавок в бронзе (% содержание меди в бронзе не указывается). Например, Бр. ОЦС4−4-2,5 — марка бронзы, содержащей 4% олова, 4% цинка, 2,5% свинца.

Свинец — металл синевато-серого цвета = 11,34 г/см^3, t = 327,4^оС, ковок, легко прокатывается в лист и проволоку. Быстро окисляется на воздухе, но образовавшаяся на его поверхности пленка окиси препятствует дальнейшему окислению металла. В санитарной технике свинец используется для заделки особо ответственных соединений водопроводных и канализационных труб.

Олово — не окисляющийся металл серебристо-белого цвета, плавится при t =232,1 ^оС, кипит при t = 2200 ^оС, = 7,3 г/см^3. Характеризуется малой электропроводностью, теплопроводностью, низкой температурой плавления, малой твердостью, высокой пластичностью, высокой коррозионной и химической стойкостью. Данный металл устойчив в органических кислотах и кипящей воде, что дает возможность применять его в качестве антикоррозионного покрытия.

Цинк — металл синевато-белого цвета, = 7,14 г/см³, t_плавл = 419,6 ^оС, t_кип = 907 ^оС. На воздухе цинк покрывается тонким слоем окиси, хорошо предохраняющим металл от дальнейшего окисления. Цинк применяется для создания защитного покрытия стальных труб, нагревательных элементов калориферов и кровельной стали, используемых при устройстве санитарно-технических систем.

Никель — металл серебристо-белого цвета, твердый, прочный, пластичный, тугоплавкий, стойкий против коррозии, хорошо поддающийся обработке. = 8,9 г/см³, t_плавл = 1455 ^оС. Используется в качестве декоративного и защитного покрытия смесительной и водоразборной арматуры, металлических деталей санитарных приборов и предметов оборудования санитарных узлов.

Хром — металл серебристого цвета с синеватым отливом, обладающий большой твердостью и высокими антикоррозионными свойствами. = 7,1 г/см³, t_плавл = 1800 ^оС. Применяется для гальванопрокрытия санитарно-технической арматуры и гарнитуры. Используется в верхнем слое покрытия (по никелю), благодаря чему увеличивается долговечность покрытия.

Алюминий — легкий металл = 2,7 г/см³, t_плавл = 659,7 ^оС,. t_кип = 2327 ^оС. Отличается химической стойкостью, прочностью, высокопластичен, имеет высокую электрои теплопроводность. На воздухе быстро покрывается тонкой и прочно связанной с основным металлом пленкой окиси, которая защищает его от дальнейшей коррозии. В технике широко применяются сплавы алюминия с медью и магнием (дюралюминий) и с кремнием (силумин). Дюралюминий вследствие специальной термической обработки — закалки и старения (дополнительного нагрева закаленного сплава с соответствующей выдержкой) имеет высокую прочность и твердость. Дюралюминий используется для изготовления воздуховодов и кожухов вентиляторов, функционирующих в агрессивной или взрывоопасной среде.

Титан — лёгкий металл с = 4,5 г/см³, t_плавл = 1660 ^оС. Образует очень твердые сплавы с углеродом, обладает высокой стойкостью против коррозии в пресной и морской воде, а также в кислотах. Титановые сплавы используются для изготовления санитарно-технического оборудования и воздуховодов, работающих в агрессивных средах.

1.3.4 Конструкционная листовая сталь, алюминий и титан

Листовую сталь получают при пропуске стальной заготовки (слитков) в валках прокатных станов. Существует 2 вида прокатки листовой стали: горячая, когда заготовку предварительно нагревают в печах и холодная, без предварительного подогрева заготовки. Листовую сталь поэтому подразделяют на горячекатанную и холоднокатанную. Толщина стальных листов колеблется от 0,25 до 160 мм. В зависимости от толщины листов сталь делится на толстолистовую — толщиной 4 мм и более и тонколистовую — толщиной до 3,9 мм. Тонколистовая сталь толщиной от 0,35 до 0,8 мм называется кровельной.

Сталь листовая горячекатанная по ГОСТ 19 903–74 изготовляется в листах толщиной от 0,5 до 160 мм и рулонах толщиной от 1,2 до 12 мм. Данная сталь имеет ширину листов 600−3800 мм при длине 1200−12 000 мм. Ширина стали, поставляемая в рулонах, 500−2200 мм. По характеру кромки подразделяется на необрезную, НО и обрезную О. ;

Сталь рулонная горячекатанная по ГОСТ 8597–57 изготовляется шириной от 200 до 480 мм и толщиной от 1,2 до 10 мм. — Подразделяется по состоянию поверхности (травленная и нетравленная — черная), по характеру кромки (обрезная и необрезная) и по точности прокатки (повышенная и нормальная).

Сталь листовая холоднокатанная изготовляется в листах толщиной от 0,5 до 5 мм и рулонах толщиной от 0,5 до 3 мм. Подразделяется по точности прокатки, по характеру кромки.

Сталь кровельная по ГОСТ 17 715–72 изготовляется методом горячей и холодной прокатки в листах шириной от 510 до 1000 мм, длиной 710−2000 мм и толщиной 0,35−0,8 мм. Кровельную сталь по состоянию поверхности делят на 2 группы СТК-1 и СТК-2. Для стали группы СТК-2 допускается большее число дефектов поверхности, чем для стали группы СТК-1.

Толстолистовая сталь используется при изготовлении фланцев для трубопроводов, станин под вентиляторы, площадок под тяжелое оборудование, сварных труб.

Тонколистовая сталь применяется при изготовлении вентиляционных устройств (вентиляторов, воздуховодов и фасонных частей к ним, дефлекторов, зонтов, жалюзийных решеток), а также различных емкостей (расширительных и конденсационных баков и др.). Кровельная сталь широко используется для изготовления вентиляционных возддуховодов.

Сталь кровельная оцинкованная отличается от обычной кровельной стали двусторонним цинковым покрытием, предохраняющим сталь от коррозии. Цинкование листов стали производится горячим способом. Оцинкованная кровельная сталь идет на изготовление воздуховодов, работающих в условиях повышенной влажности.

Сталь тонколистовая оцинкованная с непрерывных линий, изготовляемая по ГОСТ 14 918–69 — холоднокатанная тонколистовая сталь, оцинкованная с обеих сторон горячим способом в агрегатах непрерывного цинкования. Выпускается толщиной 0,5−1,5 мм в листах и рулонах. Ширина листов и рулонов от 710 до 1500 мм. В зависимости от назначения бывает трех групп: А — для штамповки; Б — для профилирования холодного; В — общего назначения.

Сталь декапированная — отожженная сталь с протравленной от окалины поверхностью. Очень пластична, хорошо поддаётся обработке на штампах. Из неё штампуют детали вентиляционного оборудования, санитарных приборов, приборов газоснабжения.

Сталь листовая рифленая предназначается для изготовления настила и ступенек площадок обслуживания санитарно-технического оборудования (котлов, вентиляционных камер, кондиционеров и т. п.) Рифы на листах металла могут иметь вид ромбов или чечевицы. Выпускаются листы стальные рифленные по ГОСТ 8568–77 шириной 600−1400 мм, длиной 2000;6300 мм и толщиной 2,5−8 мм.

При работе вентиляционной установки в цехах, воздух которых насыщен парами кислот или других агрессивных веществ, а также при перемещении по воздуховодам горячих газов, её изготовляют из нержавеющей, кислотостойкой или стойкой к окаливанию стали. Для данных целей используется листовой металл соответствующей марки толщиной 0,8−3,9 мм, например нержавеющую сталь марок 1Х13, 2Х13,3Х13,4Х13. Кислотостойкая сталть марок 1Х18Н9, 1Х18Н9Т, применяемая для изготовления воздуховодов, характеризуется повышенным содержанием хрома и др. добавок, стойких к кислотам. Окалиностойкая сталь марок Х23Н13, Х12Н18 отличается повышенным содержанием хрома и никеля.

В системах вентиляции, работающих во взрывоопасных условиях, некоторые детали или всю конструкцию изготовляют из листового алюминия. Для этого применяются выпускамые по ГОСТ 21 631–76 листы алюминиемые толщиной 0,3−10,5 мм, длиной 200−7000мм, шириной 600−2000мм.

Всё более широкое применение в системах вентиляции находит титан и его сплавы. Высокая коррозионная стойкость в большинстве газовоздушных сред делает титан универсальным металлом. Из него изготовляют воздуховоды и оборудование вентиляционных систем, работающих в агрессивных средах. Наибольшее распространение имеют марки титана ВТ1−00, ВТ1−0 и его сплавы ОТ4−0, ОТ4−1.

Листы из сплавов титана толщиной 0,8 — 1,8 мм изготовляют шириной до 800 и длиной 1500−2000 мм, а толщиной до 10 мм — шириной до 1000 и длиной 1500−2000 мм.

1.4 Пластические массы и др неметаллические конструкционные материалы

1.4.1 Общие сведения о пластических массах

Пластическими массами называются материалы, получаемые на основе природных и синтетических полимеров и перерабатываемые в изделия методами пластической деформации. К полимерам относятся природные и искусственные смолы. Искусственные смолы производятся из продуктов переработки каменного угля, нефти и др. сырья.

Пластические массы состоят из следующих компонентов: связующих (природные или искусственные смолы), наполнителей, пластификаторов, красителей и специальных добавок.

Смолы являются основой пластических масс, определяющей их основные свойства.

Наполнители используются для придания пластическим массам прочности, твердости и других свойств. Подразделяются на органические (древесная мука, целлюлоза, бумага, хлопчатобумажная ткань, древесный шпон) и неорганические (асбест, графит, стекловолокно, стеклоткань, слюда, кварц).

Пластификаторы служат для увеличения пластичности и текучести пластических масс, повышения их морозостойкости. Это — спирты, камфора.

Красители окрашивают пластические массы и изделия из них в определенный цвет. Используются как минеральные красители (охра, умбра), так и органические.

Кроме того, в состав пластических масс вводятся специальные добавки, такие как стабилизаторы — вещества, предотвращающие разложение полимерных материалов во время их переработки и эксплуатации под действием атмосферных воздействий и повышенных температур.

Пластмассы обладают значительно меньшей плотностью, чем металлы (1,1−1,8 т/м³), при этом их прочность приближается к прочности металла. Пластмассы характеризуются очень высокой пластичностью, что позволяет значительно снизить трудоемкость изготовления сложных деталей из пластмасс в сравнении с другими материалами. Пластические массы не подвержены коррозии, многие из них стойки к агрессивным средам, вследствие чего срок службы изделий из них длительнее, чем из металла. Многие пластмассы обладают электрои теплоизоляционными свойствами. Однако пластмассы имеют низкую теплостойкость от — 60⁰ до + 200⁰С, что ограничивает область применения.

1.4.2 Виды пластических масс и область их применения

К пластическим массам, используемым в санитарно-технических устройствах или изделиях из них относятся полиэтилен, поливинилхлорид (винипласт), полипропилен, полиизобутилен, полибутилен, полистирол, капрон, фторопласты.

Полиэтилен — твердый, белого цвета, жирный на ощупь, термопластичный материал, обладающий высокой химической стойкостью.

Исходным сырьем для производства полиэтилена является газ этилен (мономер) СН₂=СН₂, источником сырья для которого является нефтяной газ, получаемый при крекинге и пиролизе нефтяного сырья. Из этилена путем его полимеризации в различных условиях получают полиэтилен. По способу производства различается полиэтилен низкого, среднего и высокого давления.

Раскрытие в этилене 2-ной связи между атомами углеводородов впервые было достигнуто при высоком давлении 100−350 МПа и температуре 200−300 ⁰С в расплаве в присутствии инициаторов полимеризации (кислорода, органических перекисей). Такой полиэтилен называют полиэтиленом высокого давления (ПВД) или полиэтиленом низкой плотности (ПНП).

Полиэтилен, получаемый при давлении 0,5−4 МПа и температуре 80 ⁰С при полимеризации в суспензии в присутствии катализаторов называют полиэтиленом низкого давления (ПНД) или высокой плотности (ПВП). Здесь образуются менее разветвленные и более длинные макромолекулы.

Полиэтилен, получаемый при давлении 3−4 МПа и температуре 150⁰С с использованием окислов металлов переменной валентности называют полиэтиленом среднего давления (ПСД) или средней плотности (ПСП). Наиболее часто используется полиэтилен ПНП и ПВП.

Под действием нагрузки полиэтилен претерпевает деформацию, возрастающую с повышением температуры. Изделия из ПНП следует применять при температуре не выше 60−70⁰С, из ПВП — не выше 80−90 ⁰С. При старении полиэтилена повышаются его жесткость и хрупкость. Наибольшее старение в атмосферных условиях вызывает солнечная радиация. Для замедления процесса старения к полиэтилену добавляются различные стабилизаторы (газовая канальная сажа, ароматические амины). Недостатком полиэтилена является его склонность к растрескиванию под действием ПАВ.

Однако он обладает рядом очень ценных свойств: эластичность, высокая ударная прочность, температуростойкость. Полиэтилен — основной материал для строительства неметаллических газопроводов. Из него изготовляют трубы, соединительные части для них, систем ТГВ, детали санитарных приборов.

Поливинилхлорид ПВХ (винипласт) — жесткий термопластичный материал. — Это продукт полимеризации мономера — винилхлорида. Основным компонентом ПВХ является поливинилхлоридная смола — продукт полимеризации винилхлорида. Винилхлорид (хлористый этилен) — бесцветный газ с эфирным запахом. В промышленности винилхлорид получают из ацетилена, этилена и дихлорэтана. Поливинилхлорид (-СН₂ — СНСL) n — твердый продукт белого цвета — полимер линейного строения.

В промышленности ПВХ получают суспензионным, блочным и эмульсионным способом. ПВХ суспензионный (ГОСТ 14 332−76) выпускается 10 марок. Например ПВХ марок С63Ж и ПВХ С61 предназначен для листов и труб.

Винипласт обладает высокой химической стойкостью к воздействию агрессивных сред, вызывающих коррозию не только черных, но и цветных металлов, высокой твердостью, что позволяет применять этот материал для изготовления труб и других изделий, работающих под нагрузкой. Он легко поддается механической обработке и склеиванию, сварке.

Кроме труб из винипласта изготовляются баки, гальванические ванны, вентили, фланцы и другие изделия, эксплуатируемые в агрессивных средах. Пленкой из винипласта оклеивают поверхности металлических деталей химической аппаратуры, вентиляторов и воздуховодов для защиты от действия агрессивных веществ.

Прочность изделий из винипласта снижается с течением времени при длительно действующих нагрузках и повышении температуры (появляется ползучесть). Изделия из винипласта рекомендуется применять при температуре не выше 60−70 ⁰С. Удельная ударная вязкость винипласта резко снижается при наличии на поверхности изделий надрезов и царапин. При температуре ниже 0⁰С (особенно при — 20⁰С) изделия из винипласта становятся хрупкими.

Полипропилен — бесцветный, блестящий термопластичный материал, который получают способом, аналогичным полиэтилену. Полипропилен обладает более высокой механической прочностью и теплостойкостью по сравнению с полиэтиленом. На него почти не действуют многие химические реагенты, кроме сильных окислителей. Изделия из полипропилена можно эксплуатировать при температуре до 120⁰С. Большим преимуществом является его низкая водо — и газопроницаемость. Старение полипропилена замедляют введением в него специальных стабилизаторов, например сажи.

Из полипропилена изготовляют трубы, трубопроводную и водозаборную арматуру.

Полиизобутилен — эластичная пластическая масса, хорошо противостоящая действию кислот. Используется в виде листов и пленки для футеровки вентиляторов, воздуховодов, предназначенных для транспортирования агрессивных паров и газов.

Полибутелен — пластическая масса, выпускаемая в ФРГ. Обладает рядом весьма ценных свойств: плотностью полипропилена (0,91 г/см³), жесткостью полиэтилена средней плотности, исключительно низкими характеристиками ползучести в сочетании с очень высокой стойкостью к разрушению под воздействием внутреннего давления при температурах до 90⁰С. Величина разрушающего напряжения при 60⁰С для полибутилена превышает аналогичную характеристику полипропилена и полиэтилена высокой плотности. Трубы из полибутилена выпускаются в Англии, ФРГ и др. европейских странах.

Полистирол — бесцветный прозрачный материал, имеющий высокую водостойкость. Изделия из полистирола стойки к различным агрессивным жидкостям, — в т. ч. к растворителям нефтяного происхождения. Полистирол обладает высокой прочностью, легко перерабатывается в различные изделия методом прессования, литья под давлением и экструзии при t = 200−220⁰С.

Ударопрочный полистирол является перспективным материалом для изготовления санитарно-технических приборов.

Капрон — рогоподобный термопластичный материал от белого до желто-коричневого цвета. Сырьем для его получения служат полиамидные смолы, часто используется вторичная капроновая смола, являющаяся продуктом переработки капроновых отходов.

Полиамидные смолы обладают стойкостью к действию кислот, щелочей, не подвержены гниению, достаточно теплостойки и термостабильны. Полиамиды отличаются высокой ударной прочностью, упругостью, прочностью к истиранию и твердостью. Температура плавления полиамидов высока, для капрона она составляет 220−250 ⁰С. В расплавленном состоянии полиамиды текучи. Изделия из них изготовляются литьем под давлением. Из капрона изготовляют детали санитарно-технических устройств.

Фторопласт — высокомолекулярные соединения на основе фторо — и хлоропроизводных этилена. Наибольшее распространение получил фторопласт-4, обладающий высокой химической стойкостью. На него оказывают действие только расплавы солей щелочных металлов и фтор при высоких температурах. Плотность фторопласта — 2,2 г/см^{3 -} самая высокая из всех полимеров. Он является прочным и теплостойким материалом. Температурные пределы эксплуатации — 250 — 260⁰С. Из фторопластов изготовляют химически стойкие прокладки, уплотнения для резьбовых соединений и сальников.

1.4.3 Асбестоцемент, его свойства и применение

Асбестоцемент — это цементный камень, армированный тонкими волокнами асбеста. Высокая прочность волокон асбеста повышает предел прочности цементного камня при растяжении, изгибе и ударных нагрузках.

Основным сырьем для производства асбестоцемента являются портландцемент — 80−90% и асбест — 10−20% общей массы.

Асбест — минерал, обладающий свойством при ударе распадаться на тончайшие прочные волокна.

Введение

м волокон асбеста в цемент изменяют физические и химические свойства цементного камня. Изделия, сформированные из такой смеси, не только хорошо воспринимают сжимающие нагрузки, но и хорошо сопротивляются растягивающим нагрузкам и изгибу.

Асбест обладает высокой теплостойкостью, в связи с чем его используют в качестве термоизоляции для снижения потерь теплоты горячими поверхностями тепловых установок и аппаратов. Асбест — не сгораем.

Асбестоцементная промышленность выпускает изделия из асбестоцемента, которые используются при прокладке трубопроводов различного назначения. В санитарно-технических системах асбестоцементные трубы используются для устройства водопровода, вентиляционных каналов и газопроводов.

1.5 Защитные покрытия и изоляционные материалы

1.5.1 Виды коррозии в санитарно-технических устройствах

Коррозия ежегодно приводит в негодность 10−13% черных металлов, из которых в основном изготавливаются системы ТГВ. Коррозия — это процесс разрушения материалов, в частности металлов и сплавов, в результате воздействия на них окружающей среды. Все металлы (за исключением благородных) и сплавы под влиянием окружающего воздуха, влаги, газов, растворов кислот и щелочей, высоких температур подвергаются химическим изменениям.

В зависимости от характера взаимодействия со средой, вызывающей коррозию различаются 2 её вида: химическая и электрохимическая коррозия.

Химическая коррозия происходит в среде неэлектролитов (нефть, газ, бензин, масло и др.) Например, действию химической коррозии подвергаются металлические дымовые трубы при высокой температуре отходящих газов при отсутствии конденсации влаги на поверхности.

Электрохимическая коррозия происходит в среде электролитов (вода, пар, водные растворы солей, щелочей, кислот). К электрохимической относится также атмосферная коррозия, т.к. воздух всегда содержит некоторое количество влаги, обволакивающей тонкой пленкой металлические изделия. Атмосферной коррозии подвержены наружные трубопроводы, арматура, воздуховоды, вентиляционное оборудование. На трубопроводы подземной прокладки действует почвенная коррозия, а также электрокоррозия, вызываемая блуждающими токами. Одним из способов борьбы с коррозией является нанесение защитных покрытий.

1.5.2 Защитные покрытия систем ГВС, отопления и вентиляции

Наиболее подвержены коррозии трубы систем горячего водоснабжения. Срок службы коммуникаций из стальных труб без защитных покрытий в таких системах составляет 1−10 лет.

Защитные покрытия подразделяются на металлические и неметаллические.

Металлическое покрытие создается путем нанесения на поверхность защищаемого металлического изделия коррозионноустойчивого металла. Для этой цели применяют олово, никель, хром, цинк и другие металлы.

Металлическое покрытие наносится следующими способами: погружением изделия в расплавленный металл (горячий способ); гальванческим (электролитическим процессом); диффузионной металлизацией; металлизацией распылением, плакированием.

Горячий способ покрытия состоит в нанесении на поверхность изделия тонкого слоя защитного металла, находящегося в расплавленном состоянии, путем погружения детали в этот металл. В зависимости от вида наносимого металла горячий способ называют цинкованием, свинцеванием и др. Цинкование широко используется для покрытия кровельной и тонколистовой стали, из которых изготавливаются воздуховоды систем вентиляции, водогазопроводные трубы, нагревательные элементы калориферов.

Сущность электролитического способа состоит в том, что на поверхности детали, погруженной в раствор электролита, через который протекает электрический ток, происходит отложение частиц защитного металла, присутствующего в этом же растворе. Толщина слоя покрытия регулируется изменением величины тока и продолжительности его действия. Таким путем получают никелированные, хромированние и омедненные изделия, например смесители холодной и горячей врды.

Металлизация распылением заключается в покрытии поверхности изделия тонким слоем распыленного в расплавленном состоянии металла. Мелкие частицы металла приобретают при распылении значительную скорость и вследствие удара о защищаемую поверхность закрепляются на ней. Данные способ дает возможность наносить металлические покрытия на детали из любых материалов, любых форм и размеров.

Плакирование — покрытие одного металла другим, более стойким к коррозии, путем их совместной прокатки. Таким образом можно получить сталь, защищенную слоем нержавеющей стали или меди, дюралюминий, плакированный алюминий и др. биметаллы.

Наиболее часто в системах горячего водоснабжения и отопления используется горячее цинкование труб при температуре 430−460⁰С. Покрытие состоит из нескольких слоев железоцинковых сплавов и чистого цинка. Выпускаемые у нас в стране стальные трубы по ГОСТ 3262–75* должны иметь толщину цинкового покрытия не менее 30 мкм, в британском стандарте толщина цинкового покрытия принимается 65−85 мкм. Эксплуатация труб показала, что толщина 3 — мкм явно не достаточна. С целью повышения коррозионной стойкости оцинкованных труб применяются легирующие добавки. Для легирования расплава цинка применялись магний, алюминий, титан. Исследования показали, что наибольшей коррозионной стойкостью обладают цинковые покрытия, легируемые алюминием (0,1−0,12% масс) и никелем (0,1−0,4%). Несколько ниже коррозионная стойкость цинка легированного алюминием (0,1−0,12%) и магнием (0,014−0,085%). Так как магний менее дефицитен налажен промышленный выпуск труб с добавкой алюминия и магния. Долговечность легированных оцинкованных труб в 1,5 раза выше обычных.

В последнее время у нас и за рубежом получили распространение алюминиевые покрытия. Они обладают следующими преимуществами по сравнению с цинковыми: более высокой коррозионной стойкостью при повышенных температурах, меньшей стоимостью при одинаковой толщине покрытия, меньшей дефицитностью. Промышленное применение получили 2 способа нанесения алюминиевых покрытий: газотермическое напыление и горячее алюминирование.

Газотермическое напыление используется только для нанесения алюминиевых покрытий только на наружную поверхность труб, а также на внутреннюю поверхность баков-аккумуляторов. Для нанесения алюминиевых покрытий на внутреннюю и наружную поверхность труб применяется горячее алюминирование. При этом сталь подвергается травлению, предварительному флюсованию, затем погружается в ванну с расплавленым алюминием, во время реакции с которым образуются слои сплавов алюминия с железом, а при удалении из ванны — слой чистого алюминия. Температура в ванне поддерживается на уровне 700⁰С.

Высокая коррозионная стойкость алюминия в воде объясняется образованием на его поверхности окисной пленки. Алюминий в отличие от цинка с повышением температуры сохраняет коррозионную стойкость. Наиболе перспективно применение алюминированных труб при температуре более 60⁰С.

Неметаллические покрытия - покрытия, создаваемые за счет нанесения на поверхность защищаемых металлических изделий масляных красок, лаков, эмалей, пластической массы, смазки и др.

Масляные краски наносятся на поверхность изделия краскораспылителями различной конструкции, кистью, окунанием. Окрашенные поверхности просушивают в специальных сушильных шкафах или в естественных условиях. Масляной краской окрашивают стальные трубы (для систем отопления и горячего водоснабжения, газоснабжения (при отсутствии других покрытий), неэмалированные поверхности чугунных санитарных приборов (стальные неоцинкованные воздуховоды, вентиляторы, кожухи калориферов, отопительно-вентиляционные агрегаты, резервуары) и др. изделия из чугуна и стали, применяемые во внутренних санитарно-технических устройствах.

Эмали - прочное стеклообразное покрытие, наносимое на поверхность изделия тонким слоем и закрепляемое там путем обжига в специальных печах.

Эмали очень стойки против атмосферной коррозии, воздействия воды, минеральных и органических кислот, растворов солей. Однако они хрупки. Эмалированию подвергаются рабочие поверхности ванн, раковин и др. санитарно-технических приборов.

Стеклоэмалевые покрытия. У нас в стране освоен промышленный выпуск труб со стеклоэмалевым покрытием, применяемых в системах горячего водоснабжения. Покрытие на основе эмали 20Н, наносимой без грунта обладало невысокой водостойкостью (высокой выщелачиваемостью). Для повышения водостойкости в состав эмали были введены оксиды. Выщелачиваемость эмали новой марки 20 Ц (при добавлении 10% окислов циркония) в 20 раз ниже, чем у эмали 20Н. При толщине однослойного покрытия 250−300 мкм оно обеспечит защиту основного металла в течение 35−40 лет.

Кроме того, для улучшения технологических свойств эмали 20Н (увеличение её растекаемости, придания большей гладкости и блеска) в её состав введены СаО, щелочные окислы, полифосфат.

Разработана новая технология скоростного обжига однослойных стеклоэмалевых покрытий на основе эмали 20Ц в печах непрерывного обжига, которая позволяет получать высококачественное однослойное покрытие толщиной до 400 мкм без технологической выдержки в печах. По данной технологии действует цех в Донецке, производительностью 200 км эмалированных труб 57−159 мм в год.

Для эмалирования труб используется также эмаль ЭМ-25. Она наносится в 2 слоя общей толщиной не менее 300 мкм, причем 1-ый слой эмали является грунтовым, а 2-й покровным.

Органические покрытия. Для покрытия стальных труб в системах горячего водоснабжения используются покрытия на основе эпоксидной и фенольной смол.

Эпоксидно-фенольные смолы обладают хорошей теплостойкостью и водонепроницаемостью. Используются для изоляции внутренней поверхности труб в системах горячего водоснабжения. Высокая противокоррозионная защита синтетических смол обеспечивается только при тщательной подготовке поверхности, необходимой для хорошей адгезии покрытия к металлу. С этой целью выполняют дробе — или пескоструйную очистку. Наносят несколько слоев смолы. После нанесения каждого слоя его сначала высушивают, а затем обжигают.

Трубы с органическими покрытиями 117 SP, 117 SД используются в ряде европейских стран и в Японии.

Покрытие из пластических масс. Пластическую массу наносят на поверхность изделия распылением в расплавленном состоянии в специальных установках. Расплавленные частицы пластической массы сцепляются с поверхностью изделия и создают прочный и плотный защитный слой.

В последнее время в качестве антикоррозионного покрытия применяются тонкие рулонные пластические полиэтиленовые пленки, которыми покрывают листы или отдельные детали вентиляционных систем. Для защиты воздуховодов, работающих в агрессивных средах, используются пластмассовые листы, например листы полиизобутилена толщиной до 3 мм.

Смазочные покрытия применяются при хранении изделий на складе и при транспортировании.