Перейти к содержанию 
В таких отраслях промышленности, как фильтрация жидкостей, шумоподавление, трубопроводы для транспортировки порошков и аэрокосмическая промышленность, металлические трубы выступают в качестве критически важных компонентов, сочетающих в себе конструктивную прочность и фильтрующие свойства; в связи с этим их применение в различных областях становится всё более широким. В отличие от традиционных труб с сплошными стенками, эти металлические трубы выполняют определенные функции — такие как пропускание жидкости, удержание твердых частиц или выравнивание давления — благодаря точно распределенным перфорациям, спроектированным в их стенках.
В данном обзоре рассматриваются области применения и характеристики металлических труб с учетом таких аспектов, как тип основного материала, технические характеристики, эксплуатационные показатели и условия эксплуатации.
I. Перфорированные трубы, обеспечивающие прочность конструкции
Характеристики пористых металлических труб во многом зависят от типа используемой базовой трубы (исходной трубы). С учетом технологии формования можно выделить два наиболее распространенных типа:
▶ Перфорированная труба из бесшовной стали
Бесшовные трубы изготавливаются методами перфорации, горячей прокатки или холодной волочения и не имеют сварных швов на стенках. Их преимущества заключаются в исключительно высокой способности выдерживать давление, однородной микроструктуре и отсутствии какого-либо риска, связанного с коррозией сварных швов. Бесшовные перфорированные трубы широко используются в гидравлических системах высокого давления, машиностроении и атомной промышленности. Однако именно из-за отсутствия сварных швов процесс создания плотных перфораций большой площади на их поверхности предъявляет самые строгие требования как к жесткости оборудования, так и к точности обработки.
▶ Сварная стальная перфорированная труба
Сварные трубы (в том числе трубы с прямым и спиральным швом) изготавливаются путем намотки предварительно перфорированных стальных листов или полос с последующей сваркой в нужную форму. Их преимущества заключаются в высокой точности размеров, равномерной толщине стенок и относительно низких производственных затратах. Для фильтрующих элементов большего диаметра и большей длины сварные перфорированные трубы обеспечивают превосходную экономическую эффективность. При проектировании схемы перфорации следует избегать области сварного шва; в качестве альтернативы сварной шов должен подвергаться специальной обработке для предотвращения растрескивания под действием напряжений в зоне термического влияния во время процесса вторичной перфорации.
II. Специализированные перфорированные трубы
▶ Трубка из спеченного металлического порошка
Трубки из спеченного металлического порошка представляют собой жесткие пористые элементы, получаемые путем прессования металлических порошков с последующим высокотемпературным спеканием; они отличаются внутренней сетью перекрещивающихся трехмерных каналов, предназначенных в первую очередь для глубинной фильтрации. Точность фильтрации обычно составляет от 0,3 до 100 микрон, а пористость — от примерно 28% до 50%, что обеспечивает стабильную работу в широком диапазоне температур — от -20 °C до 400 °C — и при высоких перепадах давления. Выбор материала гибкий; помимо стандартной нержавеющей стали доступны такие варианты, как титан, монель и хастеллой, для работы в различных коррозионных средах. Благодаря сочетанию превосходной точности фильтрации и высокой механической прочности эти трубки широко используются в таких областях, как регенерация катализаторов, удаление пыли из газов при высоких температурах, обесцвечивание жидких фармацевтических препаратов, осветление напитков и очистка воды для повторного закачивания на нефтяных месторождениях.
▶ Трубка из спечённого металлического волокна
Трубки из спеченного металлического волокна изготавливаются путем нетканого укладки, наслоения и последующего спекания металлических волокон микронного размера, в результате чего образуется трехмерная сетчатая структура, напоминающая войлок. Их пористость может достигать от 70% до 90% — что значительно выше, чем у трубок, спеченных из порошка. Это обеспечивает им чрезвычайно низкое сопротивление потоку и исключительно высокую пропускную способность, а также высокую грязеемкость, медленное повышение давления и длительные циклы замены. Точность фильтрации составляет от 1 до 100 микрон, а диапазон рабочих температур — от -20 °C до 400 °C. Эти трубки демонстрируют превосходные характеристики при фильтрации жидкостей с высокой вязкостью, очистке высокотемпературных промышленных отходящих газов и дымовых газов, а также при фильтрации таких жидкостей, как алкогольные напитки и безалкогольные напитки.
▶ Спеченная металлическая сетка
Спеченная металлическая сетка представляет собой монолитный композитный материал, получаемый путем ламинирования и вакуумного спекания нескольких слоев (как правило, пяти) тканой металлической сетки с различной плотностью ячеек. Её типичная структура состоит из защитного слоя, фильтрующего слоя, разделительного слоя и двух несущих слоев. Осуществляя фильтрацию преимущественно за счет поверхности, она обеспечивает стабильную степень фильтрации в диапазоне от 1 до 300 микрон; при этом она обладает исключительной механической прочностью и устойчивостью к сжатию, что позволяет ей выдерживать значительные перепады давления и частые операции обратной промывки. Поскольку примеси задерживаются на поверхности, сетка легко регенерируется посредством обратного продувки или обратной промывки, что позволяет использовать её многократно в течение длительного времени. Диапазон рабочих температур составляет от -20 °C до 400 °C. Спеченная металлическая сетка широко применяется в областях, где требуется сочетание высокой прочности и простоты очистки, например, в фильтрах гидравлических систем высокого давления, в интегрированном оборудовании “три в одном” (фильтрация-промывка-сушка) в химической и фармацевтической промышленности, в газораспределительных пластинах в псевдоожиженных слоях, а также для прецизионной фильтрации расплавов полимеров.
▶ Трубы из металлической сетки
Трубки из металлической сетки, как правило, представляют собой трубчатые фильтрующие элементы, изготовленные путем непосредственной прокатки и сварки одно- или многослойной металлической сетки. Их конструкция ориентирована в первую очередь на физическую защиту и механическую опору, что отличает их от цельноспеченной структуры, характерной для спеченной сетки. К их основным характеристикам относятся исключительно высокая механическая прочность и высокая устойчивость к деформации; например, некоторые трубки из металлической проволочной сетки, используемые для борьбы с песком в нефтяных и газовых скважинах, могут сохранять полную эффективность блокирования песка даже после деформации диаметра 40%. Точность фильтрации обычно колеблется от 1 до 800 микрон, что относит их к категории грубой фильтрации; при этом они обладают большой эффективной площадью прохождения потока и высокой проницаемостью. Примеси задерживаются на поверхности, что облегчает их очистку и регенерацию. Трубки из металлической сетки широко используются в различных отраслях, включая аэрокосмическую промышленность, фотоэлектрическую энергетику и электронику, акустику и телекоммуникации, а также в системах фильтрации и просеивания.
▶ Трубки с травленой перфорацией
Трубки с перфорацией, полученной методом травления, представляют собой прецизионные металлические фильтрующие элементы, изготавливаемые с использованием процессов химического или фотохимического травления для точного формирования массивов микропор на тонких металлических листах, которые затем прокатываются и свариваются с образованием цилиндрической трубчатой конструкции. По сравнению с механической штамповкой процесс травления не оставляет заусенцев, не вызывает механических напряжений и не создает зон термического влияния. Эта технология позволяет изготавливать микропоры диаметром от 0,01 мм до 3 мм с допуском точности в пределах ±2 мкм. Стенки пор гладкие — с шероховатостью поверхности менее Ra 0,8 мкм — а распределение пор равномерное и стабильное, что обеспечивает стабильную эффективность фильтрации. В качестве основных материалов используются нержавеющие стали марок 304 и 316L, хотя также могут выбираться коррозионно-стойкие материалы, такие как хастеллой и титан; толщина материала обычно составляет от 0,05 мм до 2 мм.
III. Материалы и технические характеристики: выбор между 304 и 316L
Что касается выбора материалов, то доминирующее положение занимает аустенитная нержавеющая сталь, наиболее типичными представителями которой являются марки 304 и 316L.
▶ Нержавеющая сталь марки 304: являясь наиболее универсальным видом нержавеющей стали, она обладает превосходной коррозионной стойкостью и технологичностью. Для общей промышленной очистки воды, транспортировки продуктов питания и напитков, а также для применения в системах фильтрации в атмосферных условиях нержавеющая сталь марки 304 вполне подходит.
▶ Нержавеющая сталь 316L: на основе состава марки 304 в эту марку добавлен молибден (Mo). Это добавление придает нержавеющей стали 316L исключительную стойкость к воздействию ионов хлора (Cl⁻). Для пористых конструкций, используемых в системах опреснения морской воды, на морских платформах, в химических солевых ваннах и медицинских имплантатах, сталь 316L (низкоуглеродистый вариант) является более подходящим выбором.
Что касается размеров, пористые металлические трубки позволяют добиться высокой гибкости в выборе технических характеристик. Толщина стенок обычно варьируется от 0,8 мм, 1,0 мм, 1,5 мм и 2,0 мм до ещё более толстых профилей; диаметры могут быть подобраны индивидуально — от капиллярных трубок размером всего в несколько миллиметров до труб большого диаметра, достигающих нескольких сотен миллиметров; размер пор определяется конкретными требованиями к точности фильтрации — типичные диаметры пор составляют 1 мм, 2 мм и 3 мм, в то время как для получения более мелких микропор (например, 0,1–0,5 мм) требуется применение лазерной обработки или методов химического травления.
При окончательном выборе необходимо провести комплексную оценку с учетом различных факторов, в том числе точности фильтрации, рабочего давления, коррозионной активности среды и метода регенерации.
