1 Cjevovodi i Armatura

PROF.DR DARKO BAJIĆ

Život ljudske zajednice temelji se na okruženju u kojem energija ima dominantnu ulogu. Nafta, gas i voda su najveći izvori energije, a cjevovodi su primarni u načinu nihovog transporta. Nije slučajno da rasprostranjenost mreža cjevovoda prati visok životni standard ljudi i visok tehnološki razvoj. Da bi se zadovoljila potreba za naftom, gasom ili vodom, koriste se cjevovodi za njihov transport od izvora do krajnjeg potrošača. Cjevovodima se transportuju velike količine fluida kontinuiranim strujanjem. Cjevovod čini niz međusobno spojenih cijevi sa pratećim elementima (kompenzatori, odgovarajuća armatura, mjerna i kontrolna tehnika) koji obezbjeđuje nepropusnost. Izgradnji cjevovoda pristupa se veoma oprezno, po strogo definisanim propisima i standardima. Njihova eksploatacija mora biti prilagođena tako da je, sa ekološkog aspekta, njihov negativni uticaj na okolinu minimalan. Pri projektovanju i dizajniranju magistralnih cjevovoda, treba razmotriti i uzeti u obzir mnoge faktore: priroda i zapremina tečnosti koja se transportuje, dužina cjevovoda, vrsta terena, ograničenja okoline, blizina naselja i saobraćajnica itd. Da bi se došlo do optimalne konstrukcije cijevnog sistema neophodne su kompleksne inženjerske studije, kako bi se definisali osnovni parametri: prečnik cjevovoda, upotrebljeni materijal, maršruta cjevovoda, potrebni kapaciteti pumpi koje vrše kompresiju transportovanog fluida.

Trasa gasovoda „JUŽNI TOK“ 21,6 milijardi $ EU 30% svojih potreba obezbjeđuje iz Rusije

prerada

Sabirni cjevovodi

Kompresorska stanica Termoelektrana

Cjevovodi za transport

Kompresiona stanica

Podzemno skladište

Domaćinstva

Komercijalni potrošači

Domaćinstva

Rezervoari za skladištenje sirove nafte

Sirova nafta

Pupna stanica (za potiskivanje medijuma) cjevovodi

Cjevovodi za transport Rafinerija nafte

Benzinska stanica

Skladište dizela

Skladište gasa Terminal prodaje

Cijevni sistemi, pored transporta gasova, para i tečnosti, u izuzetnim slučajevima koriste se za transport čvrstih materija (zrnastih i praškastih). Cjevovod za transport vode naziva se vodovod, za transport nafte naziva se naftovod, za transport gasova naziva se gasovod, za transport vodene pare naziva se parovod itd. U zavisnosti od transportovanog medija, cijevi se označuju različitim bojama: voda – zeleno, para – crveno, vazduh – plavo, zapaljivi gas – žuto s crnim prstenom, nezapaljivi gas – žuto, kisjeline – narandžasto, lužine – ljubičasto i katran – crno.

Cjevovodi mogu biti jednostavne (obično gumeno crijevo) ili složene konstrukcije.

Kod cjevovoda složene konstrukcije postoje: cijevi, elementi za spajanje i nastavljanje cijevi, elementi za zaptivanje, elementi za promjenu pravca cjevovoda i kompenzaciju dilatacije, elementi za regulaciju i zatvaranje protoka, sigurnosni elementi, instrumenti, prateći elementi (npr. za redukciju pritiska) i elementi za oslanjanje cijevi. Cjevovodi se dijele prema različitim kriterijumima, a najčešće korišćena podjela je prema namjeni: tehnološki cjevovodi – koriste se za transport sirovine, poluproizvoda ili otpadnih materija u tehnološkom procesu rada nekog postrojenja, sanitarno-tehnički cjevovodi – koriste se za vodovode, gasovode, grijanja itd., cjevovodi za hidrauličke i pneumatske instalacije kod mašina i uređaja, cjevovodi specijalne ili posebne namjene.

tehnološki cjevovodi

sanitarno-tehnički cjevovodi

cjevovodi za hidrauličke i pneumatske instalacije kod mašina i uređaja

U zavisnosti od vrijednosti unutrašnjeg pritiska, cjevovode dijelimo na: vakumske p Ep

Ei< Ep

Ei

Ep

Ei

Ep

Ugib, mm

Glavni ograničavajući faktor primjene legiranih čelika je njihova cijena. Za rad u uslovima kada je temperatura viša od 600 °C, koriste se cijevi izrađene od legirajućih čelika. Kao osnovni legirajući elementi javljaju se hrom i molibden, čime se povećava čvrstoća, žilavost i postojanost u agresivnim sredinama. To su tzv. nerđajući čelici. Ugljenični čelici – za umjerene temperature i neagresivne sredine ili medije. Koriste se za sve pritiske u praksi. Gornja temperaturna granica je 450o C. Za vodove koji se moraju zavarivati koriste se niskolegirani: o Č 1212 (St.35 – DIN 1629), o Č 1213 (St.45 – DIN 1629), o Č 1402 (St.55 – DIN 1629), o Č 1502 (St.65 – DIN 1629). Za povišene temperature i pritiske korste se tzv. vatrostalni kotlovski čelici: o Č 1214 (St.35.8 – DIN 1629), o Č 1215 (St.45.8 – DIN 1629), o Č 7100 (15Mo3 – DIN 1629), o Č 7401 (10CrMo9.10). Od uglječnih čelika se izrađuju vijci, navrtke, podloške i oslonci.

Legirani čelici – za ispunjenje povećanih zahtjeva: • otpornost na ekstremne temperature, • otpornost na agresivne medije i • otpornost na mehanička naprezanja. Legirajući elementi: Cr, Ni, Mo, V, Ti, Al, B .... Za cjevovode izložene ekstremno niskim temperaturama koriste se hrom-nikl čelici. Ni je jedan od važnijih legirajućih elemenata, a njegov sadržaj (maseno učešće) zavisi od sadržaja C. Nikal obezbjeđuje potrebnu žilavost čeliku na niskim temperaturama. o TT St.35 – DIN 1629 (min -80°C), o TT St.45 – DIN 1629 (min -80°C), o X10CrNiTi 18.10 (17-19%Cr, 10-12%Ni, ≥5x%C) - DIN 1629 (min -250°C). Za cjevovode izložene ekstremno visokim temperaturama koriste se čelici legirani s: Cr, Mo, Ni, a u novije vrijeme V, Ti, Al i B. - hrom-nikl (Cr-Ni) - hrom-nikl-molibden (Cr-Ni-Mo)

Za cjevovode izložene agresivnim sredinama čelici moraju biti otporni na koroziju: o Č4170 (X10 Cr13 - DIN 1629), o Č4172 (X20 Cr13 - DIN 1629), o Č4570 (X22CrNi17 - DIN 1629), o Č4571 (X12CrNi18.8 - DIN 1629) Osnovna podjela na: hrom legirane feritne čelike (12%≤Cr≤18%) i Cr-Ni legirane austenitne čelike.

LIVENO GVOŽĐE Ljevano gvožđe – se najčešće koristi se izradu cijevne armature (kućište ventila, poklopaca). Rijetko se koristi za izradu cijevi. Primjenjuje se za kanalizacijske cijevi ili u hemijskoj industriji kada liveno gvožđe pokazuje posebnu otpornost na agresivnost nekog medija. Rijetko i za transport vode i gasova do pmax=16 bar. Zavisno od postupka livenja, proizvode se cijevi različitog prečnika sa ili bez prirubnice: livenjem u pijesku Ø4 ÷ 1.200 mm, centrifugalnim livenjem Ø8 ÷ 600 mm.

Liveno gvožđe je legura Fe-C - sadržaj C >2% (2-4%) Drugi legirajući elementi mogući u cilju promjene pojedinih svojstava. Pogodne su legure za livenje jer posjeduju: nisku tačku topljenja i tečljive su. Otpornost na habanje, abraziju i koroziju. Mala plastičnost i udarna žilavost. Koristi se za elemente koji nisu izloženi visokom nivou opterećenja i koja nisu dinamički opterećena. Prema obliku u kom se javlja ugljenik, livena gvožđa se dijela na: Bijelo liveno gvožđe (bijeli-tvrdi liv) – sav ugljenik vezan u obliku cementita (Fe3C) Sivo liveno gvožđe (sivi liv) – sav ugljenik u obliku lamelarnog grafita ili djelimično (veći dio) u grafit , a djelimično u obliku cementita (Fe3C). Nodularno liveno gvožđe (nodularni liv) – to je sivi liv, oblik ugljenika je blika kuglastog grafita (nodule) Temperovano liveno gvožđe (temper liv) - ugljenik u obliku temper-grafita (kovno gvožđe).

Sivo liveno gvožđe (sivi liv) - Običan sivi liv SL-14 – kanalizacioni i sanitarni liv. - Liv srednje jačine SL-18 i SL-22 – vodovodne cijevi i armatura. - Liv velike čvrstoće SL-26 i SL-30 – cijevi i armatura pod pritiskomTemperovano liveno gvožđe (temper liv) Na osnovu hemijskog sastava, temperature, vremena i atmosfere u peći pri žarenju, razlikuju se dvije vrste: bijeli temper liv crni temper liv. Crni temper liv se najčešće koristi za izradu fazonskih dijelova, cijevi i armature. Za cijevi nazivnog prečnika (DN): - do DN 80 karakteristike dozvoljenog transporotvanog fluida su max. 40 bar i 400 °C - DN 80-100 armatura za uslove max. 25 bar i 300 °C.

O B O J E N I M ETALI

Bakar i mesing su dobri provodnici toplote, pa se koriste za izradu hladnjaka i kondenzatora. Posjeduju svojstvo lake obradljivosti – savijanje. Najčešće se proizvode prečnika 6÷100 mm i dužine 3÷7 m, a debljina zida se kreće u granicama 0,6÷10 mm, kao bešavne (valjane) ili šavne (lemljene) cijevi. Čist bakar nema zadovoljavajuće mehaničke osobine, pa kao konstrukcioni materijal nema veliku primjenu. Legiranjem bakra sa Zn (cink), Sn (kalaj), Al (aluminijum), Be (berilijum), Ni (nikal), Mn (mangan), Si (silicijum), Ag (srebro) i Au (zlato), dobijamo legure. Dvije grupe: Mesing – Cu-Zn Bronza – Cu-Sn (Al, Pb, Be)

Za cijevi manjeg prečnika se koristi. Postojane prema: - atmosferskom uticaju - slanoj vodi - drugim fluidima (organske kisjeline, alkoholi, ulja freon ...) Dobra obradljivost pa se lako montiraju. Spajanje postupkom lemljenja. Prema namjeni: - Cu legure za livenje (kućišta armature i zaptivne površine) - Cu legure za gnječenje (presovane ili vučene cijevi). Bronze – najčešće za izradu armature livenjem (P.CuSn 14, PCuSn10) što omogućava izdradu i najsloženijih oblika. Upotreba bronzanih cijevi je rijetka – u hemijskoj i termotehničkoj instalaciji. Mesing – najjeftinija legura Cu. Za izradu cijevi opšte namjene.

Kalajna bronza (do13% Sn)

Al bronza

Mesing

180

HB

180

180

150

150

120

120

90

90

Bronze

A

80 70

60

60

30

30

0

0

2

4

6

8

10 Sn, %

60

Rm, kN/cm2

Rm, kN/cm2

A5

50 40

0 30 20 10 0 0

2,5

5

7,5

10

12,5 15

Al, %

OLOVO – duga tradicija upotrebe za cijevi i armaturu najagresivnijih fluida. Tendencija zamjene nerđajućim čelicima. Izuzetno plastičan metal i lako se obrađuje gnječenjem (valjanje i presovanje). KALAJ – lako topljiv metal. Prvenstveno služi za prekrivanje drugih metala u cilju zaštite od korozije. Rijetka upotreba i to do samo Ø25 mm (spoljni prečnik).

O STALI MATE R I JALI STAKLO Kada je neophodno imati stalnu vizuelnu kontrolu nad fluidom i postići visok stepen čistoće (prehrambena i farmaceutska industrija). Temperaturni interval u kom se preporučuje korišćenje staklenih cijevi je -50°C ÷ +150°C - razlika temperature fluida i okoline ne bude veća od 80°C. Korišćena armatura kod ovih sistema mora biti od: - kvarcnog (~20% Al2O3.) ili - borosilikatnog stakla.

KERAMIKA Primjena pri izradi podzemne kanalizacije i u transportu sumporne i hlorovodonične kisjeline. Odlikuju se visokim stepenom krtosti i nepouzdane su pri mehaničkim opterećenjima. PLASTIČNE MASE Postojane u agresivnim sredinama rada, male gustine i dobrih mehaničkih karakteristika: - polietilen – koriste se u opsegu temperatura -60°C ÷ 80°C, postojan prema kisjelinama i alkalijama; - tvrdi polivinilhlorid (juvidur ili PVC) – radne temperature -20°C ÷ 60°C, ne gori, postojan prema kisjelinama (azotna do 50% i sumporna d 90%) i alkalijama; krt je; cijevi, armatura, filteri i pumpe; - teflon (politetrafluoretilen) - za temperaturni interval od -100°C ÷ 250°C; vrlo su skupe. GUMA Upotreba za elastične (fleksibilne cijevi) najčešće armirane s čeličnom žicom i za brtvene elemente. Tvrdoća gume zavisi od sadržaja sumpora: - 0,5 - 5% – meka guma, -