Минимальная длительная прочность полипропиленовых труб

Ползучесть, время релаксации напряжений, минимальная длительная прочность, долговременная прочность, MRS

Ползучестью называют медленную пластическую (необратимую) деформацию изделия под действием созданного в материале напряжения. Строго говоря, способность к деформации под напряжением также называют ползучестью. Когда говорят о большей или меньшей скорости деформации под напряжением, также говорят о большей или меньшей ползучести.

К ползучести приводит напряжение любого рода – растяжение, сжатие, кручение или пр.

Не существует нижнего порога величины напряжения в материале, ниже которого изделие вообще не будет медленно деформироваться. Снижение напряжения приведет к снижению скорости деформации, но не к ее прекращению.

Ползучести в большей или меньшей мере подвержены все материалы – как аморфные, так и кристаллические и частично кристаллизованные. Микропроцессы, приводящие к ползучести у аморфных и у кристаллических веществ, различны. У аморфных веществ деформация под нагрузкой сродни вязкому течению термопластов.

У кристаллов ползучесть обусловлена, в основном, взаимным перемещением зон с идеальной кристаллической решеткой вдоль т.н. «линий дислокаций» – зон, в которых идеальность кристаллической решетки нарушена. Линии дислокации есть в любом кристалле.

Другой микропроцесс, характерный только для кристаллов – смещение слоев кристаллической решетки под действием напряжения – незначителен по сравнению с движением вдоль линий дислокаций.

В общем случае ползучесть у кристаллических веществ меньше, чем у аморфных. На примере полимеров – увеличение степени кристаллизации полимера заметно снижает скорость его деформации под действием напряжения.

Микропроцессы, описанные для аморфных и кристаллических веществ, при повышении температуры материала протекают быстрее. Таким образом, текучесть материала зависит от его химической природы, от степени кристаллизации и от температуры.

Для демонстрации ползучести и численного описания ее величины используют образец материала, деформированный на фиксированную величину ∆L. Образец сжимают или растягивают, создавая соответственно напряжение сжатия или растяжения, с возможностью измерения напряжения, и оставляют в зафиксированном виде на длительное время. Постепенная деформация образца приводит к снижению созданного напряжения во времени по экспоненциальному закону. Время, за которое напряжение снизится в e раз, называют «временем релаксации напряжений», присущим данному материалу.

Время релаксации напряжений довольно однозначно описывает ползучесть конкретного материала, но трудно применимо для практических расчетов.

В инженерных расчетах используют понятие «предела ползучести» материала – напряжение, которое за заданный период времени при заданной температуре приведет к заданной деформации образца. Условия определения предела ползучести в каждой отрасли свои. Например, при конструировании авиационных моторов период времени принимают равным 100-200 ч, а при проектировании паровых турбин атомных и тепловых электростанций – 100 000 ч.

Все напорные трубы из полимеров номинально рассчитаны на 50-летнюю эксплуатацию при заданном внутреннем давлении и при температуре 20°С. Условие успешной эксплуатации – отсутствие разрыва в течение заданного срока. Поэтому предел ползучести полимеров определяют не для какой-то заданной величины деформации, а для полного разрыва образца в течение 50 лет при постоянной температуре 20°С.

Для полимеров предел ползучести имеет особое название. В международном (английском) оригинале – Minimum required strength (MRS). В русской версии – «Минимальная длительная прочность» или «Долговременная прочность» полимера. Физический смысл – максимально допустимое статическое напряжение растяжения, которое можно создать в образце материала при постоянной температуре 20ºС, с тем чтобы образец, постепенно растягиваясь, гарантированно не успел порваться за 50 лет. Рассчитывается методом экстраполяции на 50 лет постепенного растяжения образца под действием растягивающей нагрузки в течение какого-то разумного периода времени – например, 3 месяца. Затем полученное значение допустимого напряжения растяжения округляется вниз до ближайшего ряда R10 предпочтительных чисел по ГОСТ 8032-84 (или ИСО 3).

Зная требуемое эксплуатационное давление трубопровода, диаметр трубы и минимальную длительную прочность материала, легко рассчитать минимально допустимую толщину стенки трубы. Затем к расчетной толщине стенки применяют «перестраховочный» коэффициент запаса прочности.

Значение долговременной прочности иногда используется в наименовании типа материала.

Например: ПЭ 63 имеет характеристику MRS, равную 6,3 МПа. Это обозначает, что при растягивающем статическом напряжении 63 кг/см 2 и при постоянной температуре 20ºС образец из ПЭ 63 будет постепенно растягиваться и порвется не раньше, чем через 50 лет. Аналогичный смысл имеют наименования материалов ПЭ 80 и ПЭ 100.

Минимальная длительная прочность полимеров, используемых для производства труб, приводится в табл.1:

Трубы из полипропилена для инженерных систем водоснабжения и отопления

В. Е. Бухин, канд. техн. наук, учебный центр НПО «Стройполимер»

При проведении презентаций книги на специализированных выставках и конференциях, в статье [2] и по Интернету были заданы вопросы, не освещенные в книге, но на которые хотелось бы дать ответ.

Почему на трубном рынке присутствуют PP-R трубы, имеющие цену, близкую или ниже стоимости сертифицированного трубного сырья?

Цена полимерных труб складывается из стоимости сырья (около 85 %), стоимости переработки и прибыли. Чтобы получить ощутимую прибыль при низкой цене продукции можно снизить стоимость переработки и/или затраты на сырье.

Технические требования к трубной марке для изготовления напорных труб из статистического сополимера пропилена с этиленом – PP-R (именно такие трубы используются в качестве напорных в инженерных системах зданий) регламентированы в ГОСТ Р 52134 [3]. Сертификацию сырья обычно проводит его изготовитель, а сертификацию трубной продукции – переработчик сырья в соответствии с нормами ГОСТ Р 52134 (3, табл. 36) по следующим показателям:

• санитарно-гигиенические характеристики;
• длительная прочность материала труб, MRS * ;
• внешний вид, маркировка;
• размеры, овальность;
• стойкость при постоянном внутреннем давлении;
• изменение длины после прогрева;
• относительное удлинение при разрыве, предел текучести при растяжении;
• изменение показателя текучести расплава;
• ударная прочность по Шарпи;
• температура размягчения по Вика.

Зачастую сертификация труб и фитингов производится не по всем перечисленным показателям, что является недопустимым и такие изделия применять не следует.

При приемке партий изделий службой качества предприятия – изготовителя труб и деталей проводятся следующие виды испытаний [3, табл.35]:

• внешний вид, маркировка;
• размеры;
• изменение длины труб после прогрева;
• стойкость фитингов к прогреву;
• относительное удлинение при разрыве, предел текучести при растяжении труб;
• ударная прочность труб по Шарпи;
• температура размягчения по Вика;
• изменение показателя текучести расплава;
• стойкость при постоянном внутреннем давлении труб:
  • 20 °C – 1 ч
  • 20 °C – 100 ч
  • 95 или 80 °C – 165 ч
  • 95, 80 или 60 °C – 1000 ч;
• стойкость при постоянном внутреннем давлении фитингов из PP-R и их соединений:
  • 20 °C – 1 ч
  • 95 °C (80 °C) – 1000 ч.

Сертификат и протокол приемосдаточных испытаний или его заверенная копия (если продается часть изготовленной партии труб и деталей) должны предоставляться покупателю по его требованию.

Соблюдение этих условий гарантирует качество труб и соединительных деталей.

Недобросовестные производители экономят на приемосдаточных испытаниях и/или используют PP-R, не имеющий сертификата трубной марки.

Для удешевления расходов на сырье некоторые производители в целях экономии используют натуральный PP-R, а необходимые эксплуатационные и технологические добавки или их готовые смеси самостоятельно вводят в загрузочные бункера литьевой машины или экструдера, иногда в уменьшенном количестве (для экономии). Из-за недостаточной гомогенизации добавок в массе полимера такие трубы и детали имеют более низкие показатели качества, чем изготовленные из полипропилена, полученного с помощью профессиональных смесителей.

Перечисленные приемы позволяют снизить расходы на сырье и его переработку, но существенно снижают качество готовой продукции и ее себестоимость.

Какие преимущества дает армирование PP-R труб стекловолокном?

Расширить диапазон параметров и области применения трубопроводов из полипропилена позволяет многослойная экструзионная труба с интегрированным в средний слой стенки волокнистым наполнителем.

Согласно информации фирмы Cincinnati Extrusion, трехслойные трубы из PP-R (полипропилен рандом сополимер) с армированным стеклянными волокнами промежуточным слоем представляют собой интересную альтернативу традиционным трубам для транспортировки горячей и холодной воды в отопительных и санитарно-технических системах зданий.

Труба состоит из двух внешних слоев, изготовленных из материала PP-R, между которыми находится армированный короткими стеклянными волокнами промежуточный слой из гомополипропилена, причем содержание стеклянных волокон составляет 10–20 % (некоторые фирмы используют для промежуточного слоя PP-R).

Соотношение слоев трехслойной трубы по толщине обычно изменяется в пределах от 25/50/25 % до 33/33/33 %.

Для изготовления вышеуказанных труб компания Cincinnati Extrusion рекомендует использовать поточную линию, состоящую из двух одношнековых экструдеров Tabs. Для изготовления наружных слоев применяется экструдер с длиной шнека, равной 30 D, и с пазами в области зоны загрузки технологического узла.

Промежуточный слой формуется с помощью экструдера с длиной шнека, равной 25 D, и с обладающим повышенной износостойкостью гладким технологическим узлом, специально предназначенным для переработки наполненного стеклянными волокнами полипропилена.

К основным преимуществам новой трубы относятся высокие показатели жесткости и модуля упругости, обеспечиваемые применением армирующих стеклянных волокон. Однако эти трубы не являются барьерными и не препятствуют проникновению кислорода из воздуха в транспортируемую среду и для закрытых систем отопления непригодны.

Согласно информации фирмы Borealis, последнее исследование обнаружило на европейском рынке девять различных систем труб от различных производителей. Все трубы являются трехслойными, с наполненным средним слоем. Наполнитель составляет 5–15 % от общей массы трубы. Наполнителем является в основном стекловолокно длиной 100–400 мкм. Длина стекловолокна зависит от технологии приготовления смеси и набора шнека экструдера. Размер среднего слоя составляет 20–50 %. Средний коэффициент линейного теплового расширения (КТР): 32·10 –6 – 70·10 –6 (у ненаполненного полипропилена 138·10 –6 ).

В России для PP-R КТР принимаются равным 0,15 мм/м·°C согласно СП 40-101–96 [4].

Трубы из PP-R со стекловолокном не нуждаются в зачистке перед сваркой.

Анализ существующего рынка труб из PP-R со стекловолокном указывает на исключительно широкий диапазон технических характеристик и качества труб.

Даже лучшие из доступных систем PP-R со стекловолокном не превосходят по своим качествам системы PP-R с алюминиевым слоем.

Длительный опыт использования систем PP-R с алюминиевым слоем подтверждает их высочайшее качество и прекрасные долговременные характеристики. Опыт использования стекловолоконных систем не столь велик.

Фактически PP-R трубы со стекловолокном позволяют сократить количество компенсаторов при применении их в системах горячего водоснабжения и открытых системах отопления.

Литература

2. Попов Д. Особенности монтажа армированных труб из полипропилена // Водоочистка, водоподготовка, водоснабжение. 2009. № 11.

3. ГОСТ Р 52134–2003 с изм. №1 от 01.06.2010. Трубы напорные из термопластов и соединительные детали к ним для систем водоснабжения и отопления. Общие технические условия.

4. СП 40-101–96. Проектирование и монтаж трубопроводов из полипропилена «рандом сополимер».

* При необходимости предприятие – изготовитель труб может проверить свойства сырья испытаниями на стойкость к действию постоянного внутреннего давления при температуре 95 °С не менее чем на трех образцах при двух различных уровнях давления и времени испытаний хотя бы на одной ступени давления не менее 2500 ч. Результат испытаний считают положительным, если обе точки разрушения труб будут расположены не ниже эталонных кривых длительной прочности, представленных в прил. В стандарта [2]. Согласно [3, п.5.3.2.3] величина минимальной длительной прочности MRS должна быть не менее 8 МПа.

Полипропиленовые напорные трубопроводы в инженерных системах зданий

Срок службы и возможности полипропиленовых труб

Полипропиленовые трубы — это относительно недорогой, многофункциональный продукт нефтехимии, с хорошими эксплуатационными характеристиками. Срок службы полипропиленовых труб напрямую зависит от технологии их изготовления, условий использования, качества установки и обслуживания. Поскольку пластиковые трубы относительно новый продукт на рынке, то в народе много заблуждений по поводу их долговечности и возможностей.

Сфера применения полипропиленовых труб

Полипропилен – это органический полимер, который потеснил на мировом рынке пластмассовых изделий поливинилхлорид и уверенно догоняет по использованию полиэтилен. Полипропиленовые трубы используются для прокладки любых трубопроводов.

Трубы из полипропилена (определенные их виды) можно использовать в пределе температурных колебаний от + 95 до – 15 градусов по Цельсию.

Полипропиленовые трубы используют для транспортировки:

1. Холодной воды. Водоснабжение и водоотведение в многоквартирных домах и частных домовладениях. Системы полива, орошения, пожаротушения.
2. Горячей воды (до 95 градусов). Горячее водоснабжение, водяное (не паровое!) отопление.
3. Пищевых и технических жидкостей на производстве.
4. Газа под давлением. Бытовой газ — подземная транспортировка, разводка к частным домовладениям.
5. Воздуха. Системы вентиляции, кондиционирования.
6. Агрессивных неорганических веществ.

Популярность полипропиленовых труб для использования в частных домовладениях, коммерческом строительстве и промышленности объясняется не только низкой ценой в сравнении с металлом, но и рядом других положительных отличий:

• полипропилен устойчив к загрязнениям, что позволяет длительную эксплуатацию без сокращения внутреннего диаметра и загрязнения;
• материал обладает малой теплопроводностью, это позволяет значительно экономить тепло при транспортировке горячей воды, а при подаче холодной воды на стенках нет конденсата;
• среди преимуществ — простота монтажа и разнообразие возможной разводки. Наличие большого числа конфигураций фитингов (включая переходники на металлическую резьбу) позволяет быстро, недорого собрать необходимую конструкцию. При необходимости части конструкции легко заменить;
• преимуществом перед металлом является малый вес полипропилена. Изделия просто транспортировать, переносить при монтаже, удерживать;
• не ржавеет, не требует покраски, поглощает шумы;
• максимальный срок службы полипропиленовых труб, как заявляет производитель, составляет 50 лет.

Долговечность полипропиленовых труб и их соединений

Однако следует понимать, что полвека трубопровод прослужит при минимальной нагрузке + идеальные внешние условия. Срок эксплуатации зависит от трех основных факторов:

1. Качество сырья и производства. Для производства труб используют несколько видов полимеров, которые отличаются пространственным строением. На долговечность материала влияет чистота используемого сырья, соблюдение технологического процесса производства. Отклонение в условиях проведения реакции полимеризации может значительно снизить срок службы производимого продукта.Трубы не выливают непосредственно из гранул полимера, а изготавливают из листового материала. Здесь также важно соблюдение технологии соединения шва. Каждый производственный этап вносит свою лепту в качество конечного продукта и в срок службы.
2. Количество соединений, которое используется в системе и качество монтажа составных частей. Гарантийный срок службы полипропиленовых труб составляет 10 лет, при соблюдении разрешенных параметров эксплуатации.
3. Условия использования. Важно учитывать уровень допустимого давления в системе и температурные показатели.

Обратите внимание! Нарушение одного из рекомендуемых параметров в течение длительного времени эксплуатации значительно сокращает срок службы полипропиленовых трубопроводов. Вместо ожидаемых 50 лет работы, система приходит в негодность через 2-3 года.

Параметры долговечности

Промышленное производство предлагает потребителям полипропиленовые трубы различного диаметра и толщины стенки. Эти характеристики определяют сферу применения пластиковых изделий.

Каждая категория изделий имеет свою маркировку и соответствующие технические характеристики. Для полипропиленовых изделий используется буквенная маркировка PN и цифровая, обозначающая предельно допустимое давление.

Категории полипропиленовых труб:

• PN 10. Под этой маркировкой выпускаются полипропиленовые трубы диаметром от 20 до 250 мм. Они предназначены для транспортировки и подачи под давлением холодной и теплой жидкости, газов. Максимально разрешенная температура 45°C, оптимальная для заявленного срока службы 25°C. Давление обозначено цифрой 10 и означает 1 МПа (1 МегаПаскаль, что составляет около 10 атмосфер).
• PN 16. Назначение изделий аналогично первому. Разрешенная температура — 60°C, давление 16 атмосфер.
• PN 20. Данная категория изделий разрешает их эксплуатацию для горячего, холодного водоснабжения, водяного отопления, водоотведения. Максимальная температура 75°C, допустимое давление 2 МПа.
• PN 25. Изделия этой категории изготовлены с усилением стенок алюминиевой фольгой или стекловолокном. Они более жесткой конструкции, меньше подвержены тепловому расширению и деформации. Применяются для монтажа систем отопления (водяного), горячего водоснабжения. Выдерживают давление в 24 атмосферы.

При выборе изделий внимание следует обращать только на маркировку. Цвет труб не несет информации, за исключением черных. Черные полипропиленовые трубы более устойчивы к воздействию ультрафиолетового излучения.

Негативные эксплуатационные воздействия

Негативные воздействия, которые снижают срок службы трубопроводов при эксплуатации, это превышение допустимых параметров температуры и давления. Скачки давления характерны для коммуникаций централизованного водо- и теплоснабжения.

Гидроудары в сочетании с высокой температурой снижают срок службы труб, приводят к выходу из строя соединений, способствуют деформации магистралей.

Не менее негативным действием обладает песок, которого всегда достаточно в трубопроводах с технической водой. Двигаясь по системе, песчинки, подобно наждачной бумаге, стирают внутреннюю поверхность труб. Особенно разрушительно такое воздействие на стыках и сварочных наплывах.

В частных домохозяйствах эксплуатационное воздействие более щадящее, поскольку там нет гидроударов, чище вода и ниже давление в системе. Здесь срок службы может сильно снижаться под влиянием человеческого фактора.

Обратите внимание! Атмосферный кислород и солнечные лучи губительны для изделий из полипропилена. Уличную часть трубопровода следует прятать в землю. Там, где это невозможно, лучше перейти на металлические трубы.

Как человеческий фактор влияет на срок службы

При всех своих достоинствах, полипропиленовые трубы это мягкий материал, который нуждается в профессиональном обращении. Человеческий фактор является значимым параметром в определении срока службы коммуникаций.

За несколько лет пластиковые трубопроводы активно потеснили металлические аналоги. Особенно заметно это в индивидуальном строительстве. Причина в дешевизне материала, доступности самостоятельного монтажа и кажущейся легкости этого монтажа для непрофессионала.

Обратите внимание! Монтаж полипропиленовых труб требует профессионального исполнения. Самостоятельно справиться можно, но нет гарантии, что будут учтены все нюансы и система прослужит долго.

Ошибки при проектировании системы отопления дома:

• Самой распространенной ошибкой, которая выводит из строя полипропиленовые трубы сразу, это монтаж парового отопления. Недобросовестные продавцы декларируют температурные возможности в пределах 140°C. Купившись на рекламные заверения, владельцы частных домов приобретают их для системы, в которой разогретый пар значительно превышает возможности пластика. Система приходит в негодность, после первой попытки выйти на рабочий режим.
• Монтаж пластиковой трубы близко к отопительному котлу в водяной системе. Согласно ТУ пластиковые трубы следует подсоединять к котлу на расстоянии 3 метров. Эти расстояние должна идти металлическая труба. Перегрев приводит к деформации и протечкам.
• Ошибки при монтаже, когда не учитывается линейное расширение труб. Полипропиленовые трубы, не лопаясь, выдерживают замерзание, но увеличиваются в длину при нагреве.

Качественный монтаж, выполненный с помощью хорошего аппарата для сварки, является залогом длительного срока безаварийной службы.

При монтаже коммуникационных систем приходиться выполнять большое количество соединений трубы и фитинга.

Распространенной ошибкой дилетанта является желание посильнее нагреть, чтоб лучше держалось. Перегрев соединяемых деталей ведет к заваливанию материала внутрь трубы. Такой брак снаружи не видно. Определить его может только опытный специалист по характеру оплавлений соединения.

Специалиста приходится вызывать после того, как новая система отопления отказывается работать. Причина в том, что дефект непрофессионального монтажа сокращает диаметр изделия в 4 раза, делая проходное отверстие недостаточным.

Полипропиленовые трубы – это недорогой и качественный материал для монтажа инженерных коммуникаций. Однако срок их службы напрямую зависит от правильного подхода к делу.

Подобрать диаметры полипропиленовых труб поможет таблица

Проектируя систему отопления или подвода горячего или холодного водоснабжения для загородного дома, многие, не задумываясь, отдают предпочтение трубам из полипропилена.

И это не удивительно, ведь полипропиленовые трубы – это качественный и современный строительный материал, отличающийся надежностью, долговечностью, простотой монтажа, приятным внешним видом и приемлемой ценой.

Классификация полимерных труб

Полипропиленовые трубы выпускаются различных диаметров, строго регламентированных ГОСТом, от 10 мм до 1200 мм, и с различной толщиной стенки. Классификация труб из полипропилена подразумевает разделение изделий по химическому составу исходного сырья, по рабочему давлению на стенки труб, а также по области применения.

По химическому составу сырья, из которого изготавливаются трубы, все изделия можно разделить на 4 группы:

1. PPR (PPRС, ППР) – это так называемый статический сополимер непропилен, имеющий кристаллическую структуру молекул. Трубы из такого материала устойчивы к перепадам температур от -17 С до +140 С, ударопрочные и предпочтительны к применению для прокладки канализационных систем, отопления и водоснабжения. Диапазон размеров варьируется от 16 до 110 мм.
2. PPH изделия. В сырье для изготовления таких труб используются современные наполнители, увеличивающие ударопрочность материала: антистатик, антипрен, нуклеатор. Трубы из этого материала не применяются для отопления и подачи горячей воды, поскольку при нагреве сильно расширяются и деформируются. Зачастую их используют для прокладки вентиляционных систем, наружного подвода холодной воды, водоотведения. Как правило, такие трубы применяются в промышленном строительстве и производятся больших диаметров.
3. PPB. Структура материала представляет собой чередование микромолекул гомополимера, которые имеют отличное друг от друга строение. Трубы из этого полимера применяются для строительства холодного водоснабжения и монтажа напольных видов отопления.
4. PPs. Так называемый поливинилсульфид, полимер, отличающийся уникальным строением молекулы. Материал устойчив к механическим нагрузкам и нагреву, поэтому успешно используется при строительстве отопления и подвода воды.

В зависимости от назначения полипропиленовые трубы могут выдерживать разнообразное давление:

• N10 (РN10) – толщина полимерного материала варьируется от 1,9 до 10 мм, рабочее давление на стенку – 1,0 Мпа. Такие изделия используются при монтировании систем «теплого пола», магистралей подачи холодной воды. Трубы изготавливаются с наружным диаметром в диапазоне 20-110 мм и внутренним диаметром 16-90 мм.
• PN16 – давление рабочего тела на стенку 1,6 МПа. Довольно редко используемый вид труб. Выдерживает нагрев до +600С. Используется для подвода холодной и горячей воды.
• N20 (РN20) – выдерживает давление рабочей жидкости 2,0 Мпа, при толщине стенки 16-18,4 мм. Пользуется большим спросом при строительстве водоснабжающих магистралей (горячих и холодных). Выдерживает нагрев воды до +800С. Наружный диаметр труб из полипропилена варьируется от 16 до 110 мм, внутренний диаметр – от 10,6 до 73,2 мм.
• N25 (РN25) – материал рассчитан на работу под давлением 2,5 Мпа, отличается армированием стенок алюминием или стекловолокном. Такие трубы прекрасно подходят для монтажа отопительных систем, горячей воды. Выдерживают температуру проводимой воды до +950С. Диаметр условного прохода варьируется от 13,2 до 50 мм, наружный диаметр составляет 21,2-77,9 мм.

Размеры

В зависимости от назначения, условий эксплуатации, требуемого давления и пропускной способности можно подобрать диаметры полипропиленовых труб, таблица для которых найдется у нас на сайте или на просторах всемирной сети.

Полипропиленовые трубы пришли на смену стальным, довольно быстро вытеснив их с рынка стройматериалов. Ведь этот материал по прочности не уступает стали, при этом он не подвержен коррозии, выглядит более эстетично, а также труба из пропилена имеет размеры, меньшие по сравнению со стальной.

В маркировке, которая обязательно наносится на полипропиленовые трубы, указывается только их наружный диаметр, поэтому будьте внимательны, выбирая трубу подходящего размера.

Как подобрать трубу для системы отопления?

Для проектирования отопительной системы дома лучше всего выбирать армированные полипропиленовые трубы, изготовленные по ГОСТ Р 52134–2003, поскольку они менее всего подвержены деформации и изменениям линейных размеров при нагревании.

В качестве материала для армирования может использоваться алюминиевая фольга или стекловолокно. Последнее даже предпочтительнее, поскольку соединение таких изделий осуществляется легче (не нужно зачищать трубу и убирать слой алюминия).

Если вы собираетесь заменить трубы в квартире с центральным отоплением, то вам понадобится труба для отопления из пропилена диаметром, совпадающим с диаметром выходного патрубка (совпадать должен именно внутренний диаметр).

Если же вы хотите спроектировать систему отопления для частного дома, то вам не обойтись без специальных знаний либо помощи квалифицированного специалиста. Для расчетов вам понадобится:

• площадь помещений (как правило, для приблизительных расчетов берут 0,1 кВт на 1 м2 площади при высоте потолка 2,5 м);
• скорость движения теплоносителя (для подбора диаметра труб принято брать значение 0,6м/с);
• разница температуры на подаче и на обратке (стандарт для подачи – 80 С, для обратки – 60 С, т.е. теплоноситель остывает на 20 С).

Чтобы упростить расчеты диаметра трубы, можно воспользоваться таблицей. Например, требуется рассчитать диаметр труб системы отопления для одноэтажного частного дома площадью в 100 м2. Для его обогрева потребуется тепловая мощность 10 кВт, т.е. 10000 Вт. Розовым цветом в ячейках выделена оптимальная скорость теплоносителя. Поэтому находим значение 10000 Вт и ведем от него линию до первой розовой ячейки со значением 0,6 м/с, а затем вверх до значения требуемого диаметра. Получается, что для обогрева нашего дома нам потребуются трубы диаметром 25 мм.

События

Сталь или полипропилен: Какие трубы выбрать?

Достаточно часто задают вопрос, какие трубы выбрать, стальные или полипропиленовые? Это бывает при ремонте квартир или когда износ труб достигает такой степени, что эксплуатировать их дальше
становится опасно. Часто на заменяемых трубах уже установлены хомуты, иногда несколько штук. То есть протечки уже были, но хозяева ждут до последнего. Такая ситуация встречается в дешёвом жилье, где нет опасности затопить квартиры, в которых сделан дорогой ремонт. Естественно, желательно выполнять замену как можно раньше, чтобы избежать аварийных ситуаций.

На что менять трубы, на сталь или выбрать другие, более современные варианты? Стальные трубы используются очень давно. Они неплохо зарекомендовали себя. Поэтому нередко выбирают их. В особенности на традиционных госпредприятиях. Также пожилые люди часто боятся новых технологий и хотят установить стальные трубы. За такую работу берутся не все сантехники. Если выбирать между стальными трубами или полипропиленовыми, то почти все преимущества на стороне последних.

У стальных труб есть целый ряд досадных недостатков. Во-первых, железо и сталь ржавеют. Это означает, что рано или поздно они должны проржаветь насквозь. Современные пластиковые трубы не поддаются коррозии. Хотя из этого правила есть исключения. Коррозии иногда подвержены полипропиленовые трубы, армированные алюминием, установленные без торцевых зачисток. Торцевые зачистки почти никто не использует. Если вода входит в контакт с алюминием, то может начаться процесс корродирования и расслоения. Но, в принципе, в данный момент всё большую популярность приобретает полипропилен, армированный стекловолокном.
С ним такой проблемы нет.

Стальные трубы соединяются механическими резьбовыми соединениями с использованием льна или фум-ленты. Такие соединения также подвержены с годами коррозии, лён начинает распадаться. Полипропилен соединяется пайкой, термодиффузионной сваркой. То есть трубы сплавляются между собой без какого-либо зазора. Использование резьбовых соединений минимально. Это значительно более надёжный способ соединения. Что лучше, стальные или полипропиленовые трубы? Безусловно, по способу соединения пластик выигрывает.

Некоторые заказчики пытаются решить эту последнюю проблему использованием сварки вместо резьбы. Но для этого нужен очень опытный сварщик, который умеет варить трубы. Сам процесс сборки стальных труб очень трудоёмок. Требуется нарезание резьбы. Эту работу часто заказывают на рынке или используют своё оборудование. Чаще ручное, хотя есть и электрические устройства для нарезания резьбы. Требуются трубогибы, для которых, в свою очередь, также требуется горелка.

В некоторых случаях резьба оказывается плохо нарезана. Кстати, именно в местах нарезания резьбы трубы чаще всего и лопаются так, что мощный поток воды мгновенно заливает все помещение. В общем, при выборе между стальными или полипропиленовыми трубами лучше выбрать полипропилен. Его проще монтировать, он не поддается коррозии, соединяется пайкой, процент бракованных соединений значительно меньше, качество воды лучше.

Стальные трубы забиваются ржавчиной, которая образуется внутри таких труб. Хотя в отоплении это происходит в значительно меньшей степени. Если система отопления или водоснабжения собирается из пластиковых труб, то отложений практически не образуется. Срок службы стальных труб 30-40 лет. Могут служить и дольше, но при этом вода сквозь них еле просачивается из-за накопившихся внутри отложений. Естественно, что вода, проходящая через такие трубы, содержит большое число химических соединений с железом. Воздействие их на организм наукой мало изучено. Заявленный срок службы полипропиленовых труб 50 лет.

Пластиковые трубы лучше переносят замораживание и гидроудары.

Есть ли преимущества у стальных трубы перед полипропиленовыми? Полипропилен хуже переносит температуру. Нежелательно повышение температуры выше 90-95 градусов. Хотя некоторые современные модели труб должны, как утверждается, выдерживать до 110 градусов. Но при более высокой температуре их срок службы вроде бы меньше. Стальные трубы выдерживают до 125 градусов.

Ну и самый главный аргумент при выборе стальных или полипропиленовых труб заключается в том, что стальные трубы – это старая, можно сказать, древняя технология.
А полипропилен – это современный материал, который в последние несколько лет активно вытесняет из строительства и ремонта не только сталь, но и другие пластики.

Полипропиленовые трубы составляют реальную конкуренцию стальным трубопроводам
и превосходят их по многим параметрам:

• полипропиленовые трубы легче стальных;

• не ржавеют, и не забиваются в процессе эксплуатации;

• не передают вибрацию и звуки;

• не разрываются при замерзании в них воды;

• устойчивы к воздействию кислот и щелочей большинства известных агрессивных и токсических жидкостей и газов;

• устойчивы к воздействию повышенной влажности, перепада температур;

• экономия тепла в полипропиленовых трубах горячей воды составляет от 10 до 20% по сравнению с металлическими (высокий уровень грунтовых вод при применении стальных труб вынуждал строить наружние теплосети на опорах (ежегодный ремонт теплоизоляции, потери тепла до 40%). Полипропиленовые трубы укладываются в воду методом затопления. Отсутствие движения грунтовых вод исключает отвод тепла. В начале эксплуатации расход тепла на прогрев воды в околотрубном пространстве составляет до 1%, в сравнении с потерями наружних теплосетей. При дальнейшей эксплуатации прогретые грунтовые воды выполняют эффект экономайзера).

Полипропиленовые трубы: свойства материала и совместимость

Главная страница » Полипропиленовые трубы: свойства материала и совместимость

Полипропиленовые трубы, получившие широкое распространение в разных сферах народного хозяйства, обладают всеми основными преимуществами полиэтилена. Этот материал позволяет значительно снизить затраты на установку и весь срок обслуживания по сравнению с традиционными металлическими трубопроводами. Сегодня освоено производство полипропиленовых труб, наделяемых различными технологическими свойствами, обладающих разными техническими характеристиками. Рассмотрим наиболее часто используемые из таких продуктов – полипропиленовые трубы PE80 и PE100.

Характеристика популярных продуктов PE

Маркой PE80 характеризуется полиэтиленовый материал, продукты из которого в течение многих лет широко используется для газового, водного и промышленного применения.

Существуют модификации PE80, отмеченные аббревиатурами MDPE и HDPE, что определяют характеристики долговечности и стойкости материала. Полипропиленовые трубы MDPE PE80 считаются более стойкими и долговечными по сравнению с HDPE.

Марка PE100 используется для обозначения полиэтилена ещё более высоких эксплуатационных качеств. Как правило, марку полиэтиленовых труб PE100 дополняет термин «Excel», указывающий на расширенные технические характеристики.

Марка PE100 отличается от PE80 более выраженной устойчивостью к нагрузкам и эксплуатационным условиям. При этом стенки PE100 имеют меньшую толщину при одинаковом рабочем давлении с PE80.

На рисунке показаны характерные отличия изделий под маркой PE80 от продуктов, выпускаемых под маркой PE100 Excel

Обе марки изделий допускается эксплуатировать при непрерывном давлении в условиях температур не выше 60°C для жидкостей, включая канализацию и промышленные стоки. Для газообразной среды ограничение по температуре составляет 40°C.

полипропиленовые трубы «Excel» PE100 имеет преимущества перед PE80 в диапазоне низких температур, показывая устойчивость эксплуатации до -20°C.

Стандартный размерный коэффициент (SDR)

Одним из элементов информации, заявленных на полипропиленовой трубе и на фитингах, является стандартное отношение размеров.

На всех малоразмерных полипропиленовых трубах ( Взаимосвязь между толщиной стенки и наружным
диаметром полипропиленовой трубы: H — размерность по наружному диаметру; L — размер толщины стенки

Производители стремятся сокращать дефект овальности и некоторым фирмам (например, GPS) удалось достичь параметра SDR17 менее 5%.

Важно понимать — свёрнутое в рулон изделие при определённых условиях проявляет более высокую степень овальности. Эта ситуация может ухудшиться за счет длительного хранения в вертикальной плоскости, особенно если выполняется предварительное хлорирование.

Радиус изгиба полипропиленовых труб

Минимальный радиус изгиба для полипропиленовых труб в 15 раз превосходит OD (внешний диаметр) в оптимальных условиях (температура окружающей среды и низкий SDR).

Более типичный и безопасный радиус изгиба для полипропиленовых труб SDR11 и SDR17 составляет 25-кратное увеличение по отношению к наружному диаметру.

Для тонкостенных труб SDR26 и SDR33 эти значения должны быть увеличены на 50%. Электромонтажные или механические соединения и фитинги обычно не включаются в секции трубопроводов, которые должны быть согнуты.

Вместо этого трубопровод оснащается уже сформированным изгибом (коленом), чем предотвращается чрезмерное напряжение.

В случае если полипропиленовая труба поставлялась в катушке, приведенные выше значения радиуса изгиба применяются, только если полипропиленовая труба сгибается в том же направлении, в котором находилась свернутой в катушку.

Линейное тепловое расширение и сокращение

Средние коэффициенты линейного теплового расширения от 20ºC до 60ºC (1,5×10 -4 ºC -1 ) для PE80 (MDPE) и (1,3×10 -4 ºC -1 ) для «Excel» (PE100) примерно в десять раз превышают аналогичные значения металла.

Это необходимо учитывать при проектировании полиэтиленовых трубопроводов в условиях значительного изменения температуры (например, над землей).

Если вышеуказанное изменение длины составляет 8 мм для PE80 и 9 мм для «Excel» (PE100) на общую длину 6 м при изменении температуры на 10ºC, следует лучше оценить величину потенциального теплового расширения.

Дефект овальности полипропиленовых труб, вызванный механическими нагрузками, допустимо компенсировать специальными накладными обручами, одновременно исполняющими роль крепёжных анкеров

В наземных условиях естественная гибкость трубы в сочетании с разумной установкой анкеров и опорных кронштейнов должна компенсировать расширение и сжатие при изменении направления и т. д.

Инсталляции, где используются полностью торцевые точки опоры, сжимающие или растягивающие усилия, установленные в трубопроводе из-за ограничения теплового движения, долговременную производительность не снижается.

Однако влияние этих сил на опоры полипропиленовой трубы, вспомогательное оборудование и т. п., необходимо учитывать.

Потенциал для теплового движения представляет собой особую проблему, когда полипропиленовая труба с полной нагрузкой подключается механическим соединением к любой системе без учёта нагрузки.

Очень важно, чтобы такие переходы были надежно закреплены, дабы избежать риска возникновения каких-либо дефектов в механически соединенной зоне.

Использование фланца из полиэтилена видится логичным для передачи конечной нагрузки в бетонный упорный блок. Альтернативное решение – установка между фланцем на конце полипропиленовой трубы и встречным металлическим трубопроводом двойного фланца из чугуна.

Созданное соединение заливается бетонным упорным блоком, чем обеспечивается надёжное закрепление. Полипропиленовые трубы допустимо заключать в бетон, однако должна быть обеспечена защита путем установки полиэтиленовой мембраны, которая должна выходить за пределы бетонной зоны.

Крепление трубопровода анкерами

Одной из основных особенностей полностью интегрированной сварной трубы из полипропилена является хорошая устойчивость к нагрузкам.

Установка анкеров обычно не требуется на стыках, изгибах и концевых соединениях, при условии, когда все связанные фитинги сами по себе являются полностью нагруженными.

Необходимы ограничители, когда требуется подключать соединения к системам, не несущим концевых нагрузок, для того, чтобы противостоять осевым нагрузкам, возникающим в результате эффектов термических изменений или давления.

Сварные соединения, обеспечивающие необходимую степень сопротивления торцевой нагрузке, а также места, где используются механические фитинги, должны соответствовать типам конструкции (WIS 4-24-01).

Пример крепления магистрального трубопровода с использованием опорных бетонных блоков. Подобная инсталляция характерна для промышленного применения

Когда сдерживаемый полипропиленовый трубопровод подвергается внутреннему давлению и/или изменению температуры, фиксируется продольное напряжение.

В случае незакреплённой полипропиленовой трубы это напряжение приведёт к сужению или расширению трубопровода.

Фактор повышения давления

Соотношение между силой напряжения и внутренним давлением выглядит следующим образом:

Hs = Pi x (SDR – 1) / 20

где: Hs – сила напряжения, MPa; Pi – внутреннее давление, атм; SDR – стандартный размерный коэффициент.

Связанное продольное напряжение, возникающее в сдерживаемом полиэтиленовом трубопроводе, является продуктом сил напряжения и коэффициента Пуассона (0,48 для полипропиленовых труб).

Это напряжение воздействует на площадь поперечного сечения, провоцируя конечную нагрузку на растяжение, которая не зависит от длины трубопровода.

Тепловая деформация изменением температуры

Тепловая деформация, возникающая в результате изменения температуры, является результатом линейного коэффициента расширения и температурных скачков.

Получаемое продольное термически индуцированное напряжение внутри полностью закрытого трубопровода является продуктом тепловой деформации и модуля упругости (что зависит от времени и температуры).

Это продольное тепловое напряжение действует по площади поперечного сечения полипропиленовой трубы, что приводит к нагрузкам растяжения или сжатия в зависимости от характера изменения температуры.

В безударном трубопроводе изменение длины относительно исходной, возникающее в результате колебаний температуры, является продуктом тепловой деформации.

Свойства изоляции полипропилена

Полиэтилен является хорошим изолятором и способен достаточно эффективно предотвращать замораживание жидкости, содержащейся в полипропиленовой трубе.

Даже если происходит замерзание, полипропиленовая труба не разрывается, так как способна безопасно расширяться под увеличение объема.

Тем не менее, трубопроводная система нуждается в защите против замерзания, в основном по причине предотвращения ограничения протока.

Стойкость полиэтилена к истиранию

Полипропиленовые трубы обладают значительным преимуществом перед такими же изделиями из других материалов по внутренней стойкости к истиранию.

Например, если полипропиленовая труба предназначена для транспортировки с низкой скоростью абразивных сред, таких как суспензия твердых частиц.

Эта стойкость к истиранию в сочетании с гибкостью, прочностью и отсутствием коррозии, делает полипропиленовые трубы идеальным, когда традиционные материалы видятся совершенно непригодными.

Сопротивление истиранию зависит от характеристик суспензии и параметров потока, но во многих случаях предсказуемо.

Полипропиленовая труба успешно используется для следующих видов прокачиваемых абразивных сред:

• зольная пыль,
• глиняные шлаки,
• различные промышленные стоки.

Кроме того, практически доказано, что во время установки абразивные элементы типичных грунтов и обратных засыпок оказывают незначительное воздействие на внешнюю поверхность полипропиленовой трубы.

Химическая сопротивляемость в целом

Полиэтилен хорошо известен хорошей стойкостью к химическим воздействиям. Степень сопротивления конкретному химическому веществу зависит от концентрации, температуры и рабочего давления. Каждый из этих параметров оказывает влияние на долговечность трубопроводной системы.

Полиэтилен не гниет, не ржавеет, не растрескивается, не корродирует и не утрачивает толщину стенки, вступая в химическую или электрическую реакцию с окружающей почвой. Полиэтилен исключает рост водорослей, бактерий или грибков и не влияет на их популяции.

Особый уход за трубопроводами необходим только в промышленном применении, когда сточные воды содержат определенные химикаты.

При соответствующих условиях давления и температуры химикаты, перечисленные ниже, могут оказывать вредное воздействие, проникать сквозь стенку полипропиленовой трубы, загрязнять носитель.

Масла:

• животные,
• растительные или минеральные,
• бензин, креозот, скипидар
• силиконовые жидкости.

Органические растворители:

• бензин и дизельное топливо;
• растворители;
• ацетальдегид;
• бензол и соединения;
• целлюлозные разбавители;
• растворимая нафта;
• дисульфид углерода, тетрахлорметан, хлороформ;
• дихлорэтилен, трихлорэтилен, эфиры и терпены, угольная смола.

Галогены:

• фтор,
• хлор,
• бром в высоких концентрациях,
• диоксид хлора.

Кислоты:

• ледяная уксусная;
• хлорсульфоновая;
• крезиловая;
• хромовая;
• азотная (более 25%);
• фосфорная (более 50%)
• серная (более 70%).