Profactor Armaturen GmbH. Гасимов А. Трубопроводная арматура – долгий путь через испытания

Компания Profactor Armaturen представила новую статью во втором выпуске журнала «Вестник арматуростроителя». В этот раз речь пойдет об испытаниях трубопроводной арматуры.

После большевистской революции 1917 года вся частная собственность, предприятия и инфраструктура в Российской империи были национализированы и перешли под контроль властей нового государства – РСФСР.

Еще много лет большевики пользовались дореволюционным наследием: станками, машинами, котельными, паро- и водопроводными системами, отопительным и сантехническим оборудованием. Это наследие оказалось прочным и надежным, поэтому добросовестно служило новым хозяевам, которым не хватало времени, знаний и опыта обслуживать присвоенную технику (рис. 1).

Трубопроводная арматура выпускалась в царской России большей частью по немецким стандартам, поэтому она не уступала по качеству и характеристикам европейским аналогам. Образцы дореволюционной сантехнической арматуры выставлены в экспозиции «Музей воды», открытой в Москве в 1993 году при участии ОАО «Мосводоканал» (рис. 2, 3).

В трехтомном немецком справочнике HÜTTE для инженеров, архитекторов, механиков и студентов, изданном в Москве в 1916-1917 годах, подробно описываются строгие требования и рекомендации для отечественных производителей железных паропроводных, ресиверных (для паровых турбин) и водопроводных труб (рис. 4).

Большое внимание в книге уделяется разным видам испытаний, через которые проходила готовая продукция, прежде чем попасть к заказчику. Посредством HÜTTE немецкие ученые и инженеры прививали российским производителям трубопроводной арматуры важные правила, следуя которым можно было добиться высокого качества продукции, гарантировать ее надежность и длительный срок эксплуатации. На рубеже XIX-ХХ веков немецкие стандарты укоренились в царской России и многие предприятия им следовали. (рис. 5, 6, 7).

Каким испытаниям подвергалась трубопроводная арматура на предприятиях в дореволюционные времена? Как отбирались изделия на проверку из готовых партий товара? Какие требования и рекомендации инженеров приводятся в немецком справочнике?

В начале ХХ века, прежде чем покинуть завод, железные паропроводные, ресиверные и водопроводные трубы проходили несколько видов серьезных испытаний, в их числе гидравлическое воздействие и сплющивание. Причем для гидравлических испытаний бралось не менее 25 % из партии прямых труб, если же партия состояла полностью из выгнутых труб, то проверялось 100 % готовой продукции. Эти сведения приводятся в справочной книге HÜTTE от 1916 года, том I, 5 отдел. «Материалы». «II Металлы». «Железо». «IV Железные трубы», стр. 758 (рис. 8).

На той же странице отмечено, что для прохождения гидравлической пробы трубы разделялись на партии по 200 штук, откуда на испытания выбиралось наугад несколько изделий. В случае обнаружения хотя бы одной неудовлетворительной трубы из 200 штук испытание данной партии останавливалось, все трубы браковались и возвращались на завод для новой опрессовки.

«Паропроводные трубы испытываются под давлением, равным двойному давлению пара в котле, ресиверные – под давлением 12 АТМ, пароотводные – под давлением 3 АТМ. Все трубы водотрубных котлов и воздухопроводов (и их соединительные части) испытываются под давлением 20 АТМ» (HÜTTE от 1916 г., том I, стр. 758). Там же:

Водопроводные трубы

• диаметром до 80 мм (включительно) подвергаются давлению в 40 АТМ;
• диаметром от 80 до 155 мм (включительно) подвергаются давлению в 35 АТМ;
• диаметром от 155 до 310 мм (включительно) подвергаются давлению в 30 АТМ;
• диаметром свыше 310 мм пробное давление устанавливается в зависимости от диаметра и толщины стенок труб, но во всяком случае оно не может быть менее 20 АТМ. 

«Испытание продолжается в течение пяти минут, причем испытуемая труба и фасонные части подвергаются легким ударам молотка весом около двух фунтов. Трубы и фасонные части должны выдерживать пробное давление без признаков течи и выступления капель».

СПРАВКА: молоток в ходе некоторых испытаний металлических труб и фитингов применяется и в наше время. Вслед за гидравлическими воздействиями железные паропроводные, ресиверные и водопроводные трубы должны были пройти испытания на сплющивание, которые проводились в специальной лаборатории при заводе. Вот как этот процесс описывается в первом томе справочника HÜTTE (за 1916 год) на 760-й странице.

«Берется одна из каждых двадцати или менее труб, и из нее отрезаются две части высотой от 50 до 100 мм. Одна из отрезанных частей подвергается сплющиванию вплотную в холодном состоянии таким образом, чтобы место сварки (в случае сварной трубы) не приходилось на сгиб. Другая часть (образца) подвергается такому же сплющиванию в горячем состоянии. При сих испытаниях на выпуклой стороне сгиба не должно получаться ни трещин, ни надрывов».

В случае возникновения на испытуемых образцах трещин или надрывов вся партия браковалась и отправлялась на переработку. Особое внимание в первом томе дореволюционного справочника уделено испытаниям водопроводных труб. Так, в §11 на 760-й странице приводятся конкретные рекомендации (рис. 9).

«Водопроводные трубы подвергаются вслед за гидравлическим испытанием испытанию на сплющивание: берется одна из 50 или менее труб, из нее отрезается часть длиной, равной диаметру трубы, и подвергается в холодном состоянии сплющиванию до 1/3 наружного диаметра для труб с диаметром до 300 мм (включительно) и до ½ наружного диаметра для труб с диаметром свыше 300 мм».

В первом томе в §12 на 760-й странице отмечено, что если во время хотя бы одного какого-либо испытания более половины из отобранных образцов готовых изделий покажут неудовлетворительный результат, то вся партия труб должна быть забракована. Если же неудовлетворительными окажутся менее половины образцов, то необходимо отобрать новые образцы для повторных переиспытаний.

«При переиспытании берутся еще две новые трубы и подвергаются тем родам испытаний, которые они (их предшественницы) первоначально не выдержали. Если и при переиспытании какой-либо партии получится хотя бы один неудовлетворительный результат, то вся соответствующая партия бракуется».

Спустя 100 лет серьезных изменений в технике испытания труб и фитингов в России не произошло, они по-прежнему подвергаются разным видам технического воздействия, чтобы производитель смог сразу выявить брак и убедиться в качестве и надежности готовой продукции.

Предписания и нормативы, изложенные в дореволюционном справочнике HÜTTE, при советской власти преобразовались в ГОСТы, меняющиеся в зависимости от назначения и предстоящих условий работы труб и трубопроводной арматуры. Некоторые из этих ГОСТов пережили СССР и сохранились до наших дней, другие были обновлены или вновь разработаны. В числе основных испытаний металлических труб остаются на раздачу, бортование, загиб (изгиб), сплющивание, воздействием гидростатического давления и гидравлические испытания арматуры трубопроводов.

СПРАВКА: методы контроля и испытаний трубопроводной арматуры в России регламентируются ГОСТ Р 53402-2009. Настоящий стандарт распространяется на трубопроводную арматуру и устанавливает виды и категории испытаний, методы основных (обязательных) испытаний и контроля и критерии оценки результатов основных испытаний.

Что касается испытаний металлических труб, то в XIX и ХХ веках они были более востребованы и распространены, часть из них перешла в XXI век, но многие рискуют остаться в прошлом, так как все чаще трубы из металла уступают место более современной продукции из пластиковых компонентов. Приведем лишь несколько видов испытаний металлических труб, чье время уже истекло или истечет в скором будущем (рис. 10).

Испытания на раздачу распространяются на металлические бесшовные и сварные трубы круглого сечения с толщиной стенки не более 9,0 мм и диаметром трубы не более 150 мм. Процедура испытания регламентируется специальным стандартом (ГОСТ 8694) и его разновидностью (ГОСТ 11706).

Для данного испытания применяют образцы в виде патрубка, отрезанного от конца трубы, длиной не менее 50 мм. Допускается применять и более короткие образцы при условии, что цилиндрический участок, оставшийся после раздачи, будет больше, чем 0,5 мм наружного диаметра трубы.

Испытание заключается в раздаче (расширении) образца путем вдавливания в него конической оправки с углом конусности 30, 45, 60, 90 и 120 градусов. В ходе операции не допускается вращения оправки или образца. Скорость внедрения оправки в образец должна составлять от 20 до 50 мм/мин.

С доведением испытания до разрыва патрубка можно определить предельное удлинение поверхностных волокон металла в момент разрыва образца и узнать показатель предельной пластичности металла – его способность выдерживать пластическую деформацию без разрушения.

Процедура испытания на бортование регламентируется действующим советским стандартом ГОСТ 8693-80 (ИСО 8494-86), дата введения норматива 1980-07-01. Данному испытанию подвергаются металлические бесшовные сварные трубы с наружным диаметром до 160 мм включительно с толщиной стенки не более 9,0 мм. Испытание на бортование состоит в отбортовке конца (отрезка трубы) до образования фланца заданного диаметра или до получения величины отбортовки заданной длины.

Испытание проводят плавной отбортовкой на 90 градусов. Перед отбортовкой образец может подвергаться раздаче конусной оправкой до образования наружного диаметра, обеспечивающего получение заданного или определяемого диаметра борта с последующим отгибом края образца плоской поверхностью.

Метод испытания на изгиб (ГОСТ 14019-2003, утвержденный взамен ГОСТ 14019-80). Метод заключается в пластической деформации образца круглого, квадратного, прямоугольного или многоугольного сечения путем изгиба без изменения направления действия силы до достижения заданного угла изгиба.

Оси двух опор при изгибе образца должны оставаться в плоскости, перпендикулярной к направлению действия силы. При изгибе на 180 градусов две боковые поверхности могут в зависимости от требований стандарта на металлопродукцию соприкасаться друг с другом или быть параллельными, находясь одна от другой на заданном расстоянии; для контроля этого расстояния применяют прокладку.

Результаты испытания на изгиб оценивают в соответствии с нормативными документами на металлопродукцию. Если их нет, то отсутствие трещин, видимых невооруженным глазом, служит доказательством того, что образец выдержал испытание на изгиб.

Процедура испытания на сплющивание регламентируется ГОСТ 8695-75, введенным в действие 1977-07- 01. Настоящий стандарт распространяется на металлические бесшовные и сварные трубы с наружным диаметром не более 400 мм и с толщиной стенки не более 15 % от наружного диаметра трубы. Для процедуры применяют образцы в виде отрезка трубы длиной 20-50 мм. Образец помещают между двумя гладкими жесткими и параллельными плоскостями и плавно сплющивают его, сближая сжимающие плоскости до заданного расстояния. Сварной шов при испытаниях располагается примерно под углом 90 градусов к оси приложения нагрузки. Скорость сплющивания образца должна быть не более 25 мм/мин.

Признаком того, что образец выдержал испытание на сплющивание, служит отсутствие на внешней и внутренней поверхностях изделия трещин или надрывов с металлическим блеском, определяемых визуально.

Метод испытания внутренним гидростатическим давлением металлических труб регламентируется стандартом ГОСТ 3845-2017, введенным в действие с 1 сентября 2017 года взамен советского ГОСТ 3845- 75. Настоящий стандарт устанавливает метод испытаний металлических бесшовных, сварных, свертнопаяных труб, включая биметаллические трубы, из стали, чугуна, сплавов и цветных металлов, внутренним гидростатическим давлением для подтверждения их способности выдерживать испытательное давление. Метод испытаний внутренним гидростатическим давлением заключается в воздействии на трубу неподвижной испытательной среды, находящейся под давлением.

При проведении испытаний применяют:

• испытательное оборудование, предназначенное для испытаний труб внутренним гидростатическим давлением;
• манометр или другие средства измерений испытательного давления;
• секундомер или другие средства измерений времени выдержки труб при испытательном давлении;
• испытательную среду: воду, эмульсию или другую жидкую среду.

Результаты испытаний трубы считают удовлетворительными если во время процедуры на образце не наблюдалось утечки испытательной среды через стенку трубы, муфты, сварной шов или резьбовое соединение трубы с муфтой, а также не произошло отклонение формы трубы или муфты. В противном случае образец признается непрошедшим испытание или для подтверждения результатов трубу могут подвергнуть повторному испытанию.

Одним из важнейших испытаний трубопроводной и запорной арматуры была и остается гидравлическая проверка на ее прочность и герметичность, подробно описанная в первом томе справочника HÜTTE за 1916 год.

На рубеже XIX-XX веков немецкие производители обратили внимание, что в процессе изготовления металлических труб и фасонных частей порой возникают скрытые дефекты. Погрешности могут появиться в составе сплава или в ходе обработки и сборки изделия, что негативно отражается на качестве товара, снижает его прочность и ухудшает эксплуатационные характеристики. Выявить скрытые дефекты на глаз при тщательном визуальном осмотре порой невозможно, поэтому европейские производители начали использовать более действенный и эффективный метод для обнаружения брака – гидравлическое испытание. С его помощью все погрешности изделия выходят наружу и позволяют производителям от них избавиться. Этот метод проверки остается актуальным и востребованным и в наше время (рис. 11, 12).

На портале «Мир трубопроводной арматуры – новости, интересные факты, технические характеристики» подробно описано, как проходит и на какие этапы делится гидравлическое испытание в современных условиях. Первый этап: «Гидравлическое испытание изделия на прочность, непроницаемость металла, неподвижных разъемных соединений и сальника».

Детали арматуры, изготовляемые отливкой, могут иметь такие дефекты, как песчаные и газовые раковины, пористость металла, трещины, разностенность в результате смещения стержня в литейной форме, остаточные внутренние напряжения. В сварных соединениях возможны непровар, трещины, пористость, смещение стенок, растрескивание околошовной зоны. Для того чтобы гарантировать прочность детали и непроницаемость металла, производят испытание на прочность.

Испытание проводят при пробном давлении, которое в 1,25-2 раза превышает условное давление. Испытание проводится водой при нормальной температуре, а наличие или отсутствие протечек выявляется внешним осмотром испытуемого изделия, по падению давления в замкнутом объеме или соответствующими приборами.

Давление обычно создается при помощи насосов. Продолжительность испытания устанавливается соответствующей технической документации. Время выдержки изделия под пробным давлением должно быть достаточным для осмотра и установления годности изделия. Пропуск воды и потение через металл и сварные швы не допускается.

Испытанию должны подвергаться все полости арматуры, заполняемые рабочей средой. Поэтому арматура испытывается при открытом положении запорного органа, но с заглушенными проходными отверстиями. Литые детали при испытании на прочность простукиваются свинцовым или медным молотком массой 1 кг с целью лучше выявить протечки.

СПРАВКА: аналогичная техника проверки – простукивание молотком металлической трубы и фасонных деталей – описывается и справочнике HÜTTE от 1916 года (том I, стр. 758). Второй этап: «Испытание запорного органа изделия на герметичность».

Испытание проводится для проверки качества притирки уплотнительных поверхностей деталей запорного органа арматуры. Одновременно контролируется качество сборки разъемных соединений сальникового, сильфонного или мембранного узла.

Гидравлическое испытание на герметичность выполняется после гидравлического испытания на прочность. В связи с этим разработана классификация арматуры по классам герметичности с соответствующими нормами допустимой протечки, предусмотренными советским ГОСТ 9544-75, который заменен на ГОСТ 9544- 93 (дата введения: 1995-01-01).

Класс герметичности устанавливается в зависимости от назначения арматуры:

• 1-й класс – арматура для взрывоопасных и токсичных сред;
• 2-й класс – арматура для пожароопасных сред;
• 3-й класс – арматуры для остальных сред.

Для арматуры 1-го и 2-го классов герметичности предусмотрены нормы при испытаниях воздухом или водой, для арматуры 3-го класса герметичности – только водой. Испытания запорной арматуры на герметичность проводят исключительно на специализированном стенде. Арматуру устанавливают, наполняют рабочей средой и выдерживают установленный промежуток времени (не менее 1 минуты).

Применяют следующие методы испытаний:

Гидростатический – с помощью жидких сред. Результат оценивают по наличию или отсутствию протечек и «потения». В жидкость можно добавить люминисцентные составы, которые визуально заметны в свете ультрафиолетовой лампы.

Манометрический – с применением жидких и газообразных сред. Оценку производят по измерениям давления в системе. Если показатели снизились, арматура не соответствует стандарту.

Пузырьковый – метод используют для обнаружения дефекта. Внутрь подают газ под давлением (воздух, азот, аргон, возможно применение других сред), изделие погружают в ванну и регистрируют появление пузырьков. Другой способ: покрыть корпус пенообразующим составом. При утечке воздуха дефект станет визуально заметен.

Масс-спектрометрический– применяют гелиевый течеискатель. В зависимости от условий эксплуатации изделий проводят дополнительные испытания на прочность запорной арматуры (на хладостойкость, огнестойкость, воздействие морского тумана и другие). К механическим испытаниям относят устойчивость к вибрациям и ударным нагрузкам.

Гидравлические испытания трубопроводной арматуры, включая профессиональную инженерную сантехнику ТМ PROFACTOR, являются обязательными для прохождения как на самом производстве, так и в специальных лабораториях, испытательных центрах в странах, куда поставляется импортный товар. Так, например, сантехника компании Profactor Armaturen GmbH неоднократно проходила проверку в аналитическом сертификационном испытательном центре (АСИЦ) при Федеральном государственном унитарном предприятии «Всероссийский научно-исследовательский институт минерального сырья имени Н. М. Федоровского», где получала официальные протоколы испытаний продукции начиная с 2011 года (рис. 13).

В том же году в другую испытательную лабораторию при ОАО «Сантехпром» впервые был предоставлен шаровый кран TM PROFACTOR (DN15, PN 4,0 МПа) для прохождения гидравлического испытания на герметичность и прочность. В протоколе испытаний № 01-12-11 от 15.12.2011 указано: «При закрытом затворе, давлении воды 6,0 МПа, при подаче напора сначала с одной стороны крана, затем с другой в течение 120 с протечек через затвор и выступающих капель воды не выявлено. При открытом затворе и заглушенном выходе крана при пробном давлении 6,0 МПа протечки на кране отсутствуют» (рис. 14). В заключении протокола отмечено, что представленный шаровой кран TM PROFACTOR «соответствует норме прочности и герметичности».

В 2013 году в испытательном центре «Сантехоборудование» при ОАО «НИИсантехники» также были проверены шесть образцов подводки гибкой для холодной и горячей воды TM PROFACTOR (для смесителя ½ 30 см и 40 см, гайка – гайка ½ 30 см и 40 см, гайка – штуцер ½ 40 см – 2 шт.). На маркировке всех изделий значилось, что они могут использоваться при температуре жидкости до 95 °C и при давлении 25 АТМ. Для подтверждения соответствия представленных образцов данным, указанным в маркировке, они были подвергнуты испытаниям по требованиям ГОСТ Р 52134-2003 с изм. № 1 п. 5.1.27 «Трубы напорные из термопластов и соединительные детали к ним для систем водоснабжения и отопления», ГОСТ Р 53630-2009 п. 5.1.2 «Трубы напорные многослойные для систем водоснабжения и отопления» (рис. 15).

Серия испытаний образцов в ИЦ «Сантехоборудование» была проведена с 24 октября по 4 декабря 2013 года с использованием аттестационного стенда для проверки стойкости труб из полимерных материалов и соединительных деталей к ним к действию постоянного внутреннего давления, определения стойкости соединения труб с фитингами при воздействии на них переменного внутреннего давления с частотой 30 ± 5 циклов в минуту и температуре (23 ± 2) °C. В ходе проверки также использовался прибор УГИ-450 (установка для гидравлических испытаний) и соответствующие поверенные средства измерений.

Результаты испытаний были изложены в протоколе № 1347 -МХ07-13 от 04.12.2013 г. Все образцы подводки гибкой для холодной и горячей воды TM PROFACTOR выдержали испытание сроком 1000 часов (около 42 суток) при постоянном внутреннем давлении 1,4 МПа и температуре 95 °C, а также выдержали давление 1,8 МПа при температуре 95 °C в течение часа. Таким образом, стойкость образцов была официально подтверждена.

Аналитики и инженеры PROFACTOR часто обращаются к дореволюционному трехтомному справочнику и находят в нем уникальные сведения об истории и процессе развития системы отопления, газо-, паро- и водопроводной арматуры. Избранные находки адаптируются и на их основе готовятся обзорные материалы с уникальными иллюстрациями из самого справочника HÜTTE 1916-1917 годов. Четвертый обзор из этой серии, как видите, завершен, но путешествия в прошлое на машине времени HÜTTE вскоре продолжатся.