Первая экспериментальная труба из ВЧШГ была отлита в США в 1948 г. Опыты по отливке труб из ВЧШГ центробежным способом в водоохлаждаемые формы проводили на Макеевском труболитейном заводе в 1956 г., на Синарском трубном заводе в 1967 г.

В настоящее время выпуск труб из ВЧШГ налажен ОАО Липецким металлургическим заводом «Свободный сокол» с условным диаметром от 100 до 300 мм и ОАО Синарским трубным заводом с диаметром от 100 до 1000 мм.

ВЧШГ отличается от серого чугуна с пластинчатой формой графита тем, что включения графита имеют форму шариков диаметром от 10 до 50 мкм. Это достигается при модифицировании жидкого чугуна магнием, кальцием, редкоземельными металлами или комбинацией этих веществ. Шаровидные включения графита в наименьшей степени ослабляют рабочее сечение отливки; не оказывают сильного надрезывающего действия на металлическую основу в отличие от пластинчатого графита; способствуют уменьшению концентрации напряжений вокруг них. Это исключает риск образования и распространения трещин. Основной металлической матрицей ВЧШГ является феррит (60-90%), остальное – перлит (свободный цементит отсутствует). От структуры металлической основы существенно зависят различные физические, прочностные, эксплуатационные и технологические свойства.

Липецкий металлургический завод «Свободный сокол» выпускает трубы согласно ТУ 14-154-23-90, которые соответствуют требованиям международного стандарта ИСО 2531. Трубы из ВЧШГ по своим механическим свойствам незначительно уступают стальным трубам и превосходят трубы из серого чугуна. Они стойки к пиковым нагрузкам под давлением, грунтовым нагрузкам и подвижке грунта при подземной прокладке. Трубы хорошо обрабатываются, могут подвергаться автогенной резке, свариваются между собой и со стальными трубами.

Разработано несколько типов соединения труб из ВЧШГ:

• раструбное с использованием универсальной резиновой уплотнительной манжеты на рабочее давление в трубопроводах до 1,6 МПа (типа «Универсал» или Тайтон»);
• фиксированное раструбно-стопорное типа ВРС-Тирофлекс, под двухслойную резиновую уплотнительную манжету для водопроводов с давлением до 1,6 МПа;
• фланцевое с болтовым соединением на рабочее давление 1,0-4,0 МПа;
• сварное на рабочее давление до 2,5 МПа.

Производство труб из ВЧШГ методом центробежного литья уменьшает толщину стенки трубы и, соответственно, их массу при сохранении высоких механических характеристик. В табл. 5.2 приведены сортамент, размеры и масса труб по ТУ 14-154-23-90 в сравнении с ИСО 2531.

Таблица 5.2

Номенклатура труб из ВЧШГ

Толщина стенок труб из ВЧШГ меньше, чем труб из серого чугуна, на 20-50 % в зависимости от диаметра трубы; с увеличением диаметра различие возрастает.

Механические свойства труб из ВЧШГ, серого чугуна и углеродистой стали приведены в табл. 5.3.

Поверх цинкового покрытия наносится защитный слой битумной краски или совместимой с цинком синтетической смолы толщиной 70 мкм.

Таблица 5.3

Механические свойства труб

Экструдированное полиэтиленовое покрытие наносят на окисленную поверхность трубы после удаления ржавчины и загрязнений, масла, жира, влаги (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Нанесение полиэтиленового покрытия на трубы ВЧШГ

Минимальная толщина слоя покрытия должна соответствовать значениям, приведенным в табл. 5.4.

Таблица 5.4

Толщина наружного покрытия труб из ВЧШГ

Изоляция полиэтиленовой пленкой осуществляется в трассовых условиях. Полиэтиленовое пленочное покрытие наносится из полиэтиленовой пленки в виде рукава, который свободно надевается на трубы и фасонные части, или в виде плоской ленты, навиваемой на трубы и фасонные части. Толщина пленки 200 мкм.

Защитное покрытие выбирается в зависимости от коррозионной агрессивности грунта (табл. 5.5). В качестве дополнительного средства рекомендована защитная (или противокоррозионная) постель – равномерно прилегающий со всех сторон к наружной части трубопровода слой песка.

При рассмотрении вопроса о защите от коррозии при опасном действии блуждающих токов следует различать два случая:

• трубы изолированы одна от другой;
• имеется металлическая связь между трубами.

В трубопроводах из ВЧШГ, смонтированных из труб длиной 6 м с резиновыми уплотнениями или манжетами между ними, вероятность опасного действия коррозионных макропар от контакта с посторонним катодом или коррозии под действием блуждающего тока мала.

Для защиты от коррозии подземных трубопроводов из ВЧШГ в зависимости от условий эксплуатации (коррозионной агрессивности грунтов и наличия блуждающих токов) используются следующие виды покрытий:

• защитные покрытия (изоляционные и протекторного типа);
• электрохимическая защита;
• специальная постель под трубопровод и засыпка грунтом, как правило, песком, для снижения коррозионной агрессивности грунта.

Таблица 5.5

Зависимость толщины слоя от типа покрытия и категории грунта

В международном стандарте ИСО 2531, европейском стандарте EN 545 указано, что в зависимости от внешних условий эксплуатации трубопроводов из ВЧШГ могут использоваться защитные наружные покрытия из следующих материалов:

• цинковое покрытие с защитным слоем;
• покрытие толстым слоем цинка с защитным слоем;
• цинконаполненная краска;
• вставка трубы в полиэтиленовый рукав в дополнение к цинковому покрытию с защитным слоем;
• экструдированное полиэтиленовое или полипропиленовое покрытие;
• полиуретановое покрытие;
• эпоксидная краска;покрытие из цементного раствора, армированного волокном;
• битумная краска;
• покрытие липкой лентой.

Цинковое покрытие – это покрытие, обладающее протекторными свойствами по отношению к чугуну (и стали). Покрытие из металлического цинка должно наноситься из расчета не менее 130 г/м². Наносится напылением на сухую поверхность трубы, на которой не должно быть следов ржавчины, посторонних веществ и загрязнений, препятствующих адгезии покрытия. Покрытие может наноситься на окисленную внешнюю поверхность трубы, очищенную пескоструйной обработкой или загрунтованную.

Цинконаполненные краски (например, «Zinga») наносятся кистью или распылителем из расчета не менее 150 г/м² (ТУ 1461-002- 56804147-04).

В случае когда имеется металлическая связь между трубами, следует применять электрохимическую защиту, если трубопровод из ВЧШГ находится в зоне опасного действия блуждающих токов, так, как это делается для стальных подземных трубопроводов.

При пересечении трубопроводов из ВЧШГ с катоднозащищенными трубопроводами важно для исключения вредного влияния блуждающих токов, чтобы анодные заземления находились как можно дальше от этих мест пересечения.

Наиболее эффективным способом защиты труб является использование резиновых манжет при соединении труб и нанесение наружного полиэтиленового покрытия.

Следовательно, в коррозионно-опасных условиях эксплуатации подземных трубопроводов из ВЧШГ обязательно должна быть предусмотрена противокоррозионная защита.