• en
• ru
• ua

Полимерные трубы для внешних коммуникаций

Стандартом в тепло- и водоснабжении стала конструкция из двух или четырех труб PEX в одной оболочке с общей теплоизоляцией, обеспечивающая одновременную подачу теплоносителя, горячей и холодной воды. Уже развернуто производство полиэтилена четвертого поколения для экструзии труб – PE 125, позволяющего выпускать трубы повышенного давления с меньшей толщиной стенки.

Рынок

Несмотря на снижение темпов роста трубной отрасли, сегмент продукции для сантехники и отопления растет.

PEX, сохраняя устойчивый рост, становится наиболее известным и широко используемым пластиком для производства труб в мире. Более 5 млрд метров труб из PEX установлено в Европе. Суммарно весь PEX (три варианта сшивки) занимает более 50% рынка пластиков в этой отрасли.

Хотя, использование PEX – лучшая альтернатива металлу для новых высокотехнологичных трубопроводов, трубы из углеродистой стали сохраняют часть рынка в Юго-Восточной Европе и части Азии, где такая сталь находит применение в других областях. Доля нержавеющей стали растет медленно из-за ценового давления. Трубы из полибутилена (ПБ) снижают свою долю на большинстве рынков.

Изделия из ПП-Р, после начала производства системы ПП-Р/AL/ПП-Р в соединениях радиаторов, сдают позиции многослойным трубам с PEX. Первые требуют зачистки для установки фитинга, у вторых используются обжимные фитинги.

Развивая прогресс, некоторые производители полимеров начали изготавливать полиэтилен четвертого поколения PE 125, позволяющий выпускать трубы с меньшей толщиной стенки.

Использование пластиков для сантехники и отопления (мировое потребление 2003 г.)

Оценка мирового потребления PEXa, PEXb и PEXc

Оценка использования PEXa, PEXb и PEXc в Европе (Запад, Восток)

Ассортимент и сравнительная характеристика полимеров

Полиэтилен, обладая известными достоинствами в ряду термопластов, имеет ряд недостатков, ограничивающих его применение. При использовании полиолефинов при низких температурах и в областях, где требуется низкая ползучесть, высокая стойкость к распространению трещины, в том числе при повышенных температурах, возникают трудности. В качестве решения этих проблем была предложена поперечная сшивка макромолекул.

Известны три основных способа сшивки: силанольный, пероксидный и радиационный. При силанольном способе сшивки связь между макромолекулами осуществляется за счет реакции конденсации между триметоксисилановыми группами, предварительно привитыми (метод Sioplas), прививаемыми в процессе переработки полиолефина (метод SioOne) или включенными при синтезе (метод Visico) после переработки полимера. При пероксидном способе сшивки (РЕХа) реакция образования поперечных связей происходит при переработке полимера за счет присутствующего в композиции органического пероксида. При радиационной сшивке (РЕХс) осуществляется связывание за счет свободных радикалов, образующихся при облучении готовых изделий гамма-излучением или пучком электронов.

Применение PEXb (силанольная сшивка) растет опережающими темпами, несмотря на то, что это самая молодая технология. Основные аргументы в ее пользу – высокая стабильность размеров изделий под нагрузкой при повышенных температурах даже при низкой степени сшивки, высокая стойкость к растворителям по сравнению с другими видами PEX.

Помимо эксплуатационных преимуществ, полиэтилен силанольной сшивки обладает технологическими преимуществами. Дополнительный козырь PEXb – легкость монтажа труб из этого материала. Для труб малого диаметра важно свойство "термической памяти" материала, то есть возможность восстанавливать исходную форму при нагревании до 130 ^oС, что позволяет исправить ошибки при создании контура трубопровода.

Система PEXb состоит из двух компонентов: композиции с привитым силаном и суперконцентрата системы катализатор/стабилизатор. Компоненты смешиваются и экструдируются как обычный полиэтилен. Используя различное исходное сырье, получают как экструзионные, так и литьевые марки различной плотности и механических характеристик: от гибких (для труб малых диаметров и проводов), до сверхпрочных марок с MRS (минимальной длительной прочностью) 12,5 МПа (TUX 100 и 125).

Благодаря химической стойкости и превосходным механическим свойствам силанольносшиваемого полиэтилена он успешно применяется в следующих областях:

- Системы водоснабжения и отопления.
- Подогрев полов.
- Теплофикационные сети.
- Транспортировка химических веществ.
- Провода и кабели.

Важным преимуществом силанольно-сшиваемого полиэтилена в системах водо- и теплоснабжения является его возможность соэкструзии для создания многослойной трубы с внутренним барьерным слоем, защищающим металлические детали системы от кислорода, проникающего сквозь стенку трубы. В качестве барьерного слоя выступают алюминий или EVOH. Барьерный слой существенно не влияет на минимальную длительную прочность. Еще одно важное свойство алюминия в композитной трубе – противостояние температурным линейным удлинениям.

Таблица 1. Сравнение основных методов сшивки

Некоторые качества труб из ПЭ100:

- Повышенная стойкость к давлению при высоких температурах.
- Лучшая коррозионная и химическая стойкость.
- Высокая стойкость к медленному распространению трещины (ESCR).
- Повышенная устойчивость к быстрому распространению трещины.
- Повышенная стойкость к царапинам и абразивному истиранию.
- Хорошие свойства при низких температурах.

Сшивка после установки – это укладка и соединение несшитых труб. Сшивка происходит при циркулировании горячей воды или пара в системе при атмосферном давлении. Для конкретного случая в сшитом состоянии труба может быть рассчитана таким образом, чтобы она соответствовала требованиям применения даже в несшитом состоянии, просто исходя из расчетных характеристик.

Они же не требует дорогих металлических соединений, материал обеспечивает быстрый и легкий монтаж.

Компания "Сольвей С.А." рекомендует следующий порядок ввода в эксплуатацию труб из сшитого полиэтилена марок РЕХb (TUX 100 и TUX 125):

- После изготовления и запенивания трубы рассчитывается теоретическая степень сшивки, приобретенная к моменту укладки и зависящая от температуры хранения и геометрии трубы. Для обеспечения сварки встык без каких-либо оговорок степень сшивки не должна превышать 30%.
- Монтируется трубопровод.
- Подается вода температурой до 95 ^oС и под давлением до 4 бар. Если это давление является рабочим, можно сразу выходить на рабочий режим. Начальное давление до указанных пределов не влияет на срок службы трубы.
- Если необходимо повышать давление, это возможно делать только при достижении степени сшивки 65%. Степень сшивки рассчитывается при помощи специальной программы и зависит от температуры воды и геометрических параметров трубы.
- Весь процесс ввода в эксплуатацию следует предварительно смоделировать на испытаниях во избежание ошибок и просчетов.

Общая мировая тенденция – увеличение доли на рынке полимерных труб изделий из пластиков с более высокой надежностью при высокой температуре и повышенном давлении, с большим сроком службы.

При проектировании напорных трубопроводов основное внимание уделяется прочности материалов. Лабораторными исследованиями установлено, какой будет прочность материала через 50 лет при условии, что его температура не будет превышать 20 ^oC, а протекающей жидкостью будет вода.

Установленная таким образом величина обозначается MRS (англ. Minimal Required Strength – наименьшая требуемая прочность). Именно эта величина, разделенная на коэффициент запаса прочности С, показывает, какое допускается максимальное проектное напряжение в стенке трубы под действием давления, создаваемого протекающей по трубе жидкостью.

Согласно стандарту ISO 4427, для ПЭ труб коэффициент запаса прочности должен быть не менее 1,25.

Тепло-водоснабжение

Предварительно изолированные пластиковые трубы

Для теплоснабжения и горячего водоснабжения часто предлагаются изолированные пенополиуретаном или пенополиэтиленом трубы из PEX с гофрированной защитной оболочкой из полиэтилена. Максимальный диаметр напорной трубы, как правило, не превышает 110 мм. Стандартом стала конструкция из двух или четырех труб в одной оболочке с общей теплоизоляцией, обеспечивающая одновременную подачу отопления, горячей и холодной воды. Все выпускаемые теплоизолированные пластиковые трубы являются самокомпенсирующимися, то есть для компенсации температурных изменений размеров не требуется приспособлений – все происходит за счет перераспределения внутренних напряжений в самом трубопроводе.

Продукция отечественных производителей АО "ТВЭЛ-Теплоросс"

Старейший в стране производитель как изолированных стальных трубопроводов диаметром до 1420 мм, так и изолированных труб различного назначения, изготовленных на основе напорных труб из сшитого полиэтилена, меди и других материалов. При этом, в зависимости от требований заказчика, трубопровод может быть изготовлен с несколькими напорными трубами в единой конструкции – от двух и более.

Холдинг "Евротрубпласт"

Холдинг выпускает по технологиям швейцарской компании Brugg Rohrsysteme теплоизолированные трубы следующих торговых марок:
"Изопрофлекс", технология CALPEX – в одно- и двухтрубном исполнении.
Трубы "Касафлекс", не имеющие аналогов в стране.
Технические характеристики труб "Изопрофлекс" и "Касафлекс" соответствуют характеристикам труб швейцарского производства. Но максимальные диаметры труб "Изопрофлекс", предлагаемые холдингом "Евротрубпласт", 160 мм – больше, чем у швейцарского производителя.

Продукция иностранных производителей Концерн Uponor

Трубопроводная система Ecoflex Thermo включает в себя трубы и комплектующие для наружных систем теплоснабжения. Трубопровод Ecoflex Thermo состоит из одной или двух напорных труб из сшитого полиэтилена PEXa с барьерным слоем EVAL, расположенного между двумя слоями полиэтилена низкой плотности, теплоизоляции из вспененного PEXa и защитного гофрированного кожуха из полиэтилена. Рабочие параметры: максимальная рабочая температура +95 ^oС, рабочее давление 6 бар. Диаметр напорной трубы до 110 мм.

Трубопровод Ecoflex Quattro состоит из четырех напорных труб из сшитого полиэтилена PEXa (из них две – с барьерным слоем EVAL), теплоизоляции из вспененного PEXa и защитного гофрированного кожуха. Рабочие параметры: для напорных труб со слоем EVAL, использующихся для отопительного контура, максимальная рабочая температура до +95 ^oC, рабочее давление 6 бар и для труб без слоя EVAL, использующихся для ГВС, максимальная рабочая температура +70 ^oС, рабочее давление 10 бар.

Фирма ISOPLUS

Выпускает предизолированные трубы в защитной оболочке с напорной трубой трех типов: стальной, медной и PEX.
Isopex-Heating – трубы из PEXa с барьерным слоем EVOН. Давление 6 и 10 бар, рабочая температура +90 и +80 ^oС соответственно. В оболочке одна либо две трубы. Максимальный диаметр напорной трубы 110 мм.

Фирма Logstor

Четыре типа напорной трубы: сталь, нержавеющая сталь, медь и PEX. Теплоизоляция – из твердого пенополиуретана (PUR), защитная оболочка – полиэтиленовая или стальная.

Труба LR-Pex предназначена для горячего водоснабжения. Имеет напорную трубу PEX без барьерного слоя; выдерживает температуру до +95 ^oС и давление до 10 бар. Максимальный диаметр 110 мм.

Таблица 2. Основной ассортимент труб для теплоснабжения

Фирма Microflex

Производит изолированные трубы с напорной трубой из PEXa (от одной до четырех труб в оболочке). Рабочее давление 6 и 10 бар. Максимальный диаметр до 110 мм.

Компания Brugg Rohrsysteme

CALPEX. Напорная труба – PEXа. Максимальная рабочая температура до +95 ^oС, давление 6 и 10 бар. Максимальный диаметр 110 мм для однотрубного исполнения и 50 мм – для двухтрубного.

Весь ряд труб снабжен сигнальными кабелями для систем дистанционного контроля.

Для наглядности и удобства сравнения приведенные выше торговые марки собраны в сводную таблицу (табл. 2). Она не претендует на полноту охвата всех производителей изолированных труб.

Гидравлический удар

Все известные материалы в той или иной степени проявляют тенденцию к усталости под действием динамических нагрузок. Поэтому в результате гидравлических ударов снижается срок службы труб, причем степень этого снижения определяется рядом характеристик динамических нагрузок, в том числе:

- продолжительностью увеличения напора;
- разницей максимального и номинального напора;
- промежутком времени между ударами.

Для водопроводных труб допускается такое максимальное увеличение давления:

- когда давление увеличивается нечасто (например, испытывается система, отключается электричество), максимальное давление может превышать номинальное на 50%;
- при частом увеличении давления (макс. 106 раз в 50 лет), максимальное давление в ПВХ трубах может превышать номинальное на 25%, но амплитуда скачков давления не должна быть более 30%.

Резкое увеличение давления может быть вызвано и быстрым наполнением системы водой и разными массами "закрытого" воздуха, поэтому в проектах должна быть предусмотрена возможность спуска воздуха, а скорость заполнения системы водой должна быть как можно меньше.

Удлинение и сокращение полимерных труб

Пластмассы обладают сравнительно большим коэффициентом линейного теплового расширения, что должно приниматься во внимание при укладке труб.

Для труб с раструбными соединениями обычно не требуется специальных мер в части расширения, вызываемого изменениями температуры, поскольку каждое раструбное соединение выполняет функции компенсатора.

Однако в случае длинных секций из ПВХ труб с клеевыми соединениями или сваренных ПЭ труб вся секция ведет себя как одна длинная труба. Удлинения или сокращения суммируются, и вся секция удлиняется или сокращается.

Виды соединений труб

В настоящее время сварка является наиболее популярным способом соединения ПЭ труб. Этот способ позволяет соединять трубы непосредственно друг с другом или с фасонными частями. Кроме того, ПЭ трубы можно соединять с помощью надвижных фланцев.

Соединение сваркой

Трубы, соединенные сваркой, имеют не меньшую прочность, чем до выполнения соединения; таким образом сваренный трубопровод можно сравнить с одной очень длинной трубой.

Техника сварки гарантирует, что по всей длине трубопровода сохранится присущая полиэтиленовым трубам гибкость. Можно соединить длинный трубопровод на поверхности земли, а затем уложить его в траншею. При такой процедуре не возникает никаких проблем, независимо от того, предусматривается ли проектом традиционная укладка труб открытым способом или бестраншейная реновация.

Чаще всего для ПЭ напорных труб используют два метода сварки: стыковую и электромуфтовую.

Стыковая сварка

Эта технология многие годы применяется для соединения полиэтиленовых труб диаметром более 50 мм. Концы труб устанавливаются и соединяются в специальной машине для стыковой сварки. После выравнивания и фиксации края труб гладко зачищаются при помощи специального электрического приспособления, обеспечивая их взаимную параллельность. Затем концы труб разогреваются нагревательной плитой с фторопластовым покрытием. Нагревательная плита помещается между подлежащими соединению концами труб. Когда края труб достаточно расплавятся, плита убирается, а концы труб прижимают друг к другу для остывания. Качество соединения быстро и надежно устанавливается визуальным контролем шва снаружи.

Электромуфтовая сварка

При электромуфтовой сварке разогрев труб обеспечивается за счет применения полиэтиленовых фасонных частей с заделанными в них нагревательными элементами. Выпускаются оборудованные с вмонтированными электроспиралями, ответвительные седла, отводы, тройники, заглушки.

Важно обеспечить полную неподвижность трубы и фасонной части как в процессе нагрева при прохождении электрического тока, так и при остывании. В случае приваривания ответвительного седла должны применяться правильно подобранные зажимы.

Другие способы соединения ПЭ труб

При сооружении ПЭ сетей, когда отсутствует возможность соединения элементов контактной сваркой или электромуфтами либо это экономически нецелесообразно, применяют соответствующие механические соединения. Примером зажимных соединительных элементов могут быть детали ПОЛИПАК или аналогичные изделия, изготавливаемые швейцарской фирмой "ГЕОРГ ФИШЕР + СФ". Они удовлетворяют всем требованиям, предъявляемым к соединительным деталям для ПЭ трубопроводов. Достоинством этой системы является простой и быстрый монтаж, возможность многократного использования, устойчивость к коррозии и ультрафиолетовым лучам. Популярность способа возрастает в связи с тем, что для монтажа не требуется специального оборудования. Не допускается применение подобных соединительных деталей в газопроводах.

Прокладка ПЭ труб в старых трубопроводах

Важно иметь полное представление об усилиях и напряжениях, которым подвергаются трубы при прокладке.

При введении ПЭ трубы в существующий трубопровод наружная поверхность ПЭ трубы может получить повреждения, если не принять специальных мер. К этим мерам относятся удаление заусенцев и острых кромок со старых труб, осмотр (при помощи телевизионной системы) и защита новой трубы в зоне введения, в частности, при прохождении обрезанного края старой трубы. Глубина царапин не должна превосходить 10% от толщины стенки. Поэтому рекомендуется применять ПЭ трубы с толщиной стенки не менее 5 мм.

В зависимости от конструкции носового конуса, протягивающая сила может передаваться ПЭ трубе через соединение, выполненное стыковой сваркой, что является предпочтительным, или через болтовое соединение.

Монтаж пожарных гидрантов на ПЭ трубопроводы

Для монтажа пожарных гидрантов используется специальный тройник с фланцевым подключением, выполненным под российский стандарт крепления гидрантов. При монтаже в колодцах под тройником желательно выполнить опору.

ПЭ – достаточно технологичный материал и позволяет выполнить практически любое фасонное изделие. В частности, может быть выполнена крестовина с подключением пожарного гидранта в центре, тройник, отвод на любой угол поворота.

При выполнении проектов по перекладке старых сетей, это свойство ПЭ является достаточно важным, так как приходится выполнять фасонные изделия под реальную развязку сетей. При этом единственным требованием к проектной организации является представление чертежей требуемого изделия.

Канализационные сети

ПЕ 100 – это усовершенствованный ПЕ 80. Исследования новых материалов позволили создать ПЭ трубы с меньшей толщиной стенок, благодаря чему увеличивается пропускная способность, уменьшается время сварки и снижается вес. По своим свойствам материал ПЕ 100 более пригоден для изделий больших размеров, а ПЕ 80 – для меньших. ПЕ трубы особенно удобны для восстановления трубопроводов бестраншейным способом, а система очень гибких труб из ПЕ 80 обладает особыми преимуществами при укладке в сложных условиях, например, по морскому или озерному дну.

ПВХ трубы, изготавливаемые из непластифицированного поливинилхлорида (нПВХ) обладают прекрасными гидравлическими характеристиками, герметичностью соединений.

Кроме того, ПВХ трубам свойственны гибкость, прочность, малый вес, коррозионная устойчивость, сопротивляемость износу и минимальная потребность в уходе.

В напорных канализационных системах применяют те же самые ПВХ или ПЭ трубы, что и в водопроводных системах.

Особое внимание при монтаже канализационных сетей следует уделять соединительным устройствам и деталям, поскольку только от них, главным образом, зависит, будут ли встречаться протечки и просачивания сточных вод в грунт.

Гидравлические свойства и самоочистка

Внутренняя поверхность изделий для канализационных систем выполняется как можно более гладкой, чтобы обеспечить оптимальные условия для течения стоков. Стыки также проектируются абсолютно гладкими, чтобы в них не откладывались твердые вещества. Эти же свойства сводят профилактическое обслуживание сетей к минимуму.

Расчетные критерии

Чтобы трубопроводы могли эффективно работать в течение многих лет, необходимы правильные гидравлические и статистические расчеты.

Важная особенность, которую можно легко упустить из вида при расчетах, – учитывается ли внутренний диаметр труб, а не наружный, в соответствии с которым они обозначаются.

Роман МУРАШОВ
эксперт журнала "Строительная Инженерия"