Трубопроводы из полимерных материалов для горячей и холодной воды
Опубликовано: 20 августа 2013 г.
666
Комфорт современного дома в значительной степени зависит от правильно организованного водо- и теплоснабжения. Актуальной задачей является обеспечение функционирования трубопроводов без коррозионных разрушений в течение 50 лет нормативного срока эксплуатации здания. Одним из решений этой задачи может стать широкое применение труб и соединительных деталей из полимерных материалов. Преимущества трубопроводных систем, выполненных из них, уже успели оценить не только строительные организации, но и собственники квартир и индивидуальных домов. /В. Бухин
Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.
Если по общей протяженности трубопроводов Россия занимает второе (после США) место в мире, то по степени их изношенности – первое. В нашей стране для внутренних систем холодного и горячего водоснабжения вплоть до последнего времени использовались в основном стальные трубы, срок службы которых обычно не превышает 10–15 лет, но может быть и меньше. Как показывает практика, подверженные коррозии и зарастанию стальные трубы не дотягивают до капитального ремонта. Регламентированная СНиП 41-02-2003 и РД 153-34.0-20.522-99 (Типовая инструкция по периодическому освидетельствованию трубопроводов тепловых сетей в процессе эксплуатации) скорость наружной коррозии для них не должна превышать 0,03 мм/год, а для внутренней – аварийный уровень составляет 0,2 мм/год. Ошибки монтажников и проектировщиков, низкое качество сетевой воды и технологические дефекты приводят в ряде случаев к выходу за пределы этих нормативов.
Причем продукты коррозии не только ухудшают качество воды и уменьшают пропускную способность труб, но и негативно сказываются на функционировании арматуры и устройств автоматического регулирования. Технология монтажа систем из стальных труб трудозатратна. Все это предопределило переход к использованию новых полимерных материалов и технологий, ими обусловленных.
В то же время у труб из полимерных материалов есть и недостатки: значительно больший, чем у стальных коэффициент температурного расширения, разрушение под воздействием УФ-излучения (инсоляции), кислородопроницаемость, специфика монтажа и, наконец, жесткие границы допустимых температурных режимов. Последние два пункта являются критическими, обуславливающими принципиальную возможность эксплуатации отопительных систем с трубами из полимерных материалов. Особую важность приобретают они при обустройстве автономных систем теплоснабжения, когда у потребителя появляется соблазн сэкономить за счет использования более дешевых труб и соединительных элементов. Большую опасность может представлять также «минимизация» затрат на монтажные работы с привлечением к ним специалистов сомнительной квалификации.
Системы, выполненные из стальных труб, значительно менее подвержены влиянию перечисленных выше факторов: как правило, даже низкие качество стали и квалификация монтажников не становятся непосредственными причинами серьезных аварий, а подтекающие резьбовые соединения – не грозят быстрым разрушением системы. Некритичны для стальных трубопроводов и нештатные температурные режимы. И хотя, строго говоря, понятие температурно-временные режимы работы может распространяться и на них, все же усталостное разрушение стальной трубы маловероятно: значительно раньше она выходит из строя из-за коррозии, а возможные максимальные давления и температуры в автономной отопительной системе значительно меньше допустимых для стали. Пожалуй, единственный с точки зрения аварийности опасный элемент при монтаже таких трубопроводов – сварные соединения. Однако брак в этом случае обычно легко обнаруживается при визуальном контроле и опрессовке.
Особенности труб из полимерных материалов
Эксплуатационные характеристики полимерных труб определены в ГОСТ Р 52134 «Трубы напорные из термопластов и соединительные детали к ним для систем водоснабжения и отопления. Общие технические условия», гармонизированный с ISO/FDIS 10508. В нем определены пять классов эксплуатации полимерных труб: ГВС до 60 оС и до 70 оС (Тавар. = 95 оС); низкотемпературное напольное отопление (Тавар.=65оС); высокотемпературное напольное отопление, низкотемпературное отопление отопительными приборами; высокотемпературное отопление отопительными приборами (Тавар. = 100 оС). Каждый из них определяется комплексом температур (рабочая, максимальная, аварийная) и временем их воздействия в течение общего срока службы. Третий класс эксплуатации (низкотемпературное напольное отопление) в настоящее время в РФ не применяется и при необходимости используются трубы, пригодные для классов эксплуатации 1 и 4.
При выборе типа труб важны особенности материала, из которого они изготовлены. Это может быть PPR (полипропилен), PEX (сшитый полиэтилен), PB (полибутен), PVC-C (хлорированный поливинилхлорид) и PERT (теплостойкий полиэтилен). В маркировке труб обычно указывается условная область применения, например,70 оС и 10 бар (ГВС), 90 оС и 10 бар (отопление).
Полимерные материалы в общем случае не являются барьером для диффузии кислорода воздуха. Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов регламентированы предельно допустимые концентрации кислорода в подпиточной воде для закрытых систем водоснабжения. Для водогрейных котлов его концентрация составляет не более 50 мг/кг.
Повышение содержания кислорода в сетевой воде, вызванное диффундированием его из воздуха через стенки труб, ускоряет коррозию поверхностей теплообменников. Это особенно опасно для закрытых систем теплоснабжения, в которых теплоноситель циркулирует по замкнутому контуру и аккумулирует кислород, что приводит росту его концентрации. Нормативным документом установлена максимально допустимая норма кислородопроницаемости для классов эксплуатации 3–5 – не более 0,1 г/м3/сут. Для защиты от диффузии кислорода применяются прослойки из алюминия и/или этиленвинилового спирта (EVOH). Алюминиевый слой толщиной 200–400 мкм служит также армирующим элементом, значительно снижающим линейное температурное удлинение.
Методика и правила проектирования и монтажа трубопроводов из полимерных материалов регламентированы СНиП 41-02-2003 «Тепловые сети», СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование».
Многоликий полиэтилен
Один из наиболее распространенных материалов для транспортировки горячей воды – сшитый полиэтилен (PEX). В зависимости от способа сшивки различают PEX a,b и с, имеющие некоторые особенности, анализ которых, однако, выходит за рамки статьи. Объемы применения труб из сшитого полиэтилена и металлополимерных труб на его основе растут в основном за счет уменьшения объема использования стальных и медных труб. Большинство трубопроводов из PEX выдерживают температурный режим эксплуатации по классу 5. Выпускаются также трубы, предназначенные только для ГВС. Обычно это отражено в их маркировке.
Трубы из PEX с противодиффузионным слоем из EVOH (PEX-EVOH) на отечественном рынке представлены в основном импортной продукцией – компаний Comap, Dizayn Group, Giacomini, Golan Plastic Products, Hewing pro aqua, KAN-Therm, Pipe Lif, Prandelli, Rehau (рис. 1), Rettig Heating, Rehau, Uponor, Wavin, Wirsbo и др.
Рис. 1. Монтаж труб из PEX
Металлополимерные трубы на основе PEX (PEX-Al- PEX) представляет ряд отечественных и зарубежных, европейских и азиатских, производителей – «Альтерпласт», «Инсталл 777», «Казаньоргсинтез», «Каучук-Пласт», «Металлополимер», НПО «Пластик», НПП «Маяк-93», «Омскводпром», «Хогарт» (Oventrop), «Эгопласт» (Hewing), Co.E.S., Comap, Dalpex, Dizayn, Gabotherm, Geberit, Golan, Henco, Hyundai, JNSA, LG Gemical, Metzerplas, Prandelli, SKS, TECE, TMR, Valsir, Vesta-Valtec и др. Причем отечественные производители используют в основном импортные компоненты.
Проектирование и монтаж трубопроводов из металлополимерных труб (рис. 2) производится в соответствии со СП 40-103-98 «Проектирование и монтаж трубопроводов систем холодного и горячего водоснабжения с использованием металлополимерных труб», СП 41-102-98 «Проектирование и монтаж трубопроводов систем отопления с использованием металлополимерных труб», СП 41-109-2005 «Проектирование и монтаж внутренних систем водоснабжения и отопления зданий с использованием труб из сшитого полиэтилена» (табл. 1).
Рис. 2. Конструкция металлополимерной трубы
Таблица 1. Размерные характеристики труб PEX-AL-PEX, мм
|
Номинальный диаметр и допускаемое отклонение |
Минимальная толщина слоя |
Общая толщина слоя |
|||
|
Внутреннего |
Наружного |
Алюминиевого |
min |
max |
|
|
16+0,3 |
0,6 |
0,4 |
0,20 |
1,8 |
2,2 |
|
20+0,3 |
0,7 |
0,4 |
0,24 |
2,0 |
2,5 |
|
25+0,3 |
0,9 |
0,4 |
0,30 |
2,3 |
2,8 |
|
32+0,3 |
0,9 |
0,4 |
0,30 |
2,8 |
3,3 |
Как правило, трубы из PEX не свариваются и не склеиваются, их соединения, в том числе и с арматурой, осуществляются штуцерными соединениями с обжимом трубы на штуцере цангой с накидной гайкой, надвижной или опрессовочной муфтой (пресс-фитинг). Последние два соединения дешевле и часто используются при большом объеме монтажных работ (рис. 3). Необходимые детали и арматура для трубопроводных систем из PEX, PEX-EVOH, PEX-Al-PEX, а также монтажный инструмент пока используются в основном зарубежного производства.
Рис. 3. Пресс-фитинг
Сравнительно новый продукт на отечественном рынке – трубы из полиэтилена с повышенной термостойкостью (PERT). В настоящее время они уже широко применяются как в России, так и за рубежом. Эти трубы изготавливаются из сополимера этилена с октеном, материала, разработанного компанией Dow Chemical (торговая марка Dowlex).
Преимущество PERT перед PEX – возможность экструзии труб без дополнительной сшивки и выполнения сварных соединений. Такие трубы дешевле и технологичнее в производстве, пригодны для использования при отрицательных температурах. Область их применения – горячее и холодное водоснабжение, системы напольного и радиаторного отопления. По прогнозам, мировое их производство приближается к 12 млн т в год.
Они выпускаются в двух сериях. Первая (с антидиффузионной защитой) применяется для радиаторного и напольного отопления и соответствует нормам DIN 16776, 16833, 4726. Номинальное давление PN 12,5 и 20. Трубы выполняются трехслойными, с нанесением связующего слоя из модифицированного полиэтилена и антидиффузионного – из EVOH. Их общая толщина – 0,25 мм. Вторая серия (без антидиффузионной защиты) для внутреннего горячего и холодного водоснабжения – соответствуют требованиям DIN 16776, 16833. Номинальное давление PN 20 (табл. 2).
Таблица 2. Сортамент труб из PERT*
|
Тип труб |
Номинальный наружный диаметр и допускаемое отклонение, мм |
Толщина стенки и ее допуск, мм |
Номинальное давление Pn, бар |
|
PERT, соответствующие нормам DIN 16776, 16833, 4726 (с антидиффузионной защитой) |
12+0,3 |
2,0+0,4 |
12,5 |
|
14+0,3 |
2,0+0,4 |
12,5 |
|
|
18+0,3 |
2,0+0,4 |
12,5 |
|
|
25+0,3 |
3,5+0,6 |
20 |
|
|
DIN 16776 и 16833 (без антидиффузионной защиты) |
18+0,3 |
2,5+0,5 |
20 |
|
25+0,3 |
3,5+0,6 |
20 |
*Примечание. Трубы Pn 12,5 предназначены для давления 0,6 МПа и температуры 90 °С, используются в оборудовании центрального отопления. Трубы диметрами 12 и 14 мм с толщиной стенки 2 мм соответствуют давлению Pn 20
На практике используются следующие диаметры и типы труб: для центрального отопления – PN 12,5 с антиффузионной защитой и диаметрами 12,0×2,0; 14,0×2,0; 18,0×2,0 мм и трубы PN 20 с антидиффузионной защитой и диметром 25,0×3,5 мм; для внутреннего оборудования горячего и холодного водоснабжения – Pn 20 (без антидиффузионной защиты) с диаметрами 18,0×2,5 и 25,0×3,5 мм. Основные технические параметры труб из PERT: плотность – 0,94 г/см3, коэффициент теплопроводности – 0,41 Вт/(мК), коэффициент линейного теплового расширения – при температуре 20 оС – 1,4×10-4×К-1; при 100 оС – 2,0× 10-4× К-1 ; шероховатость внутри трубы (абсолютная) – 0,005 мм; диапазон рабочих температур – от –40 до 90 оС; модуль Е, Н/мм2 – 600 МПа.
На основе PERT освоен выпуск металлополимерных труб. Так, компания Uponor производит трубы Unipipe. Ежегодное производство составляет 55 млн м труб в комплекте с соединительными деталями. Трубы имеют многослойную конструкцию с алюминиевым антиффузионным слоем и применяются в стандартных системах водоснабжения и отопления. Их размерный ряд представлен в таблице 3.
Таблица 3. Размеры металлополимерных труб из PERT
|
Диаметр, мм |
Толщина стенки, мм |
|
|
внешний |
внутренний |
|
|
110,0 |
90,0 |
10,0 |
|
90,0 |
73,0 |
8,5 |
|
75,0 |
60,0 |
7,5 |
|
63,0 |
51,0 |
6,0 |
|
50,0 |
41,0 |
4,5 |
|
40,0 |
32,0 |
4,0 |
|
32,0 |
26,0 |
3,0 |
|
25,0 |
20,0 |
2,5 |
|
20,0 |
15,5 |
2,25 |
|
18,0 |
14,0 |
2,0 |
|
16,0 |
12,0 |
2,0 |
|
14,0 |
10,0 |
2,0 |
Полипропилен
Трубы из полипропилена (PPR) применяются в России с середины 70-х годов прошлого столетия. Примерно за десять лет было освоено промышленное производство статиcтического сополимера пропилена с этиленом (PPR-random copolymer, tipe 3). Особенность этого материала – высокая устойчивость к воздействию горячей воды. Одним из первых в России производство труб и деталей из полипропилена освоило НПО «Стройполимер». Отечественные предприятия изготавливают трубы с наружным диаметром до 125 мм с PN 10 и 20. Промышленный полипропилен на отечественный рынок поставляют компании Borealis (Финляндия, марка RA 130E), Basell (Нидерланды, марка H5416), Hyosung (Корея, марка R200), «Сибур-Томскнефтехим» ( Томск). В ближайшее время в России прогнозируется значительное увеличение производства этого материала.
Проектирование и монтаж трубопроводов из полипропиленовых труб осуществляется в соответствии с ГОСТ Р 52134, рекомендации по проектированию и и монтажу даны в СН 478-80 «Инструкция по проектированию и монтажу сетей водоснабжения и канализации из пластмассовых труб», СП 40-101-96 «Проектирование и монтаж трубопроводов из полипропилена «Рандом сополимер».
Для соединения труб и деталей из полипропилена применяется сварка, причем детали для раструбной сварки значительно дешевле штуцерных механических. А при замене стальных трубопроводов, например, в квартирах небольшой площади возможно повторение трассировки заменяемых труб.
Полибутен и хлорированный поливинилхлорид
Для транспортировки горячей воды в системах ГВС и отопления ГОСТ Р 52134 разрешает применение трубопроводов, выполненных из полибутена (PB) для классов эксплуатации 1–5. Этот материал имеет высокую устойчивость к растрескиванию под напряжением, низкую ползучесть при длительных механических нагрузках, высокую износостойкость, термостойкость и устойчивость к воздействию УФ-излучения.
В полибутеновых трубах, используемых для отопления, предусматривается продиффузионный слой из EVOH. Наиболее широко этот материал применяется в Великобритании, Германии, Скандинавских странах, Северной Америке. Основные производители сырья для таких труб – компании Shell, Basell и Mitsui. Европейский лидер по производству – группа компаний Georg Fisher. Трубы и соединительные детали из PB для ГВС и отопления представлены на российском рынке продукцией немецких компаний Goboterm Systemtechnik и Aquatherm. Этот материал сваривается враструб, при лучевом монтаже длинномерных труб обычно применяются механические штуцерные соединения с накидной гайкой или прессовые надвижные муфты.
Трубопроводы из хлорированного поливинилхлорида (PVC-C) также рекомендуются ГОСТом для систем ГВС и отопления, этот материал также нашел применение в спринклерных противопожарных системах. Компания «АДЕЛАНТ» стала первым российским производителем трубопроводов нового поколения, выполненных из PVC-C. В Тюмени было запущено производство трубопроводных систем, освоен выпуск труб FlowGuard TYPE II для внутридомовой прокладки сетей ХВС и ГВС, отопления и спринклерного пожаротушения. Марка Corzan рекомендована для промышленного применения (рис. 4). Такие трубопроводы долговечны (срок службы более 50 лет), имеют высокую прочность, стойки к различным нагрузкам (температурным, химическим, высокому давлению), гигиеничны и пожаробезопасны (не горят и не поддерживают горение). Технология монтажа позволяет снизить аварийность и уровень износа основных фондов систем водоснабжения и водоотведения, значительно сократить трудозатраты и снизить эксплуатационные расходы. Продукция производится в России на немецких экструзионных линиях Krauss Maffei.
Рис. 4. Трубы из PVC-C/
По стойкости восприятия напряжений в стенке трубы все рассмотренные материалы можно расположить в следующей последовательности: PB, PEX, PERT, PPR, PVC-C. К настоящему времени в нашей стране массово применяются трубы из PEX и металлополимерные трубы на его основе, а также трубы из РРR.
Поделиться: