Полиэтиленовые трубы

Из всех применяемых на текущий момент полимерных труб наибольшее распространение в развитых странах мира получили полиэтиленовые трубы, что обусловлено не столько сравнительно невысокой себестоимостью производства, в основном методом экструзии, сколько комплексом эксплуатационных свойств полиэтиленовых труб:

- полная инертность к атмосферной и подземной коррозии с хорошей химической стойкостью к воздействию агрессивных сред определенных составов; сроки эксплуатации при выполнении требований по укладке и эксплуатации не менее 50 лет;

- установленная санитарно-гигиеническими и экологическими службами департаментов разных стран безопасность и безвредность для здоровья людей и окружающей среды;

- очень низкая шероховатость поверхности и практическое отсутствие наслоений при эксплуатации вязких сред;

- минимальный абразивный износ при транспортировке сред с твердыми включениями в сравнении с трубами из других материалов;

- хорошее сопротивление гидравлическим ударам;

- инертность к воздействию блуждающих токов;

- небольшой удельный вес и легкая транспортировка при намотке в бухты;

- высокая ремонтопригодность и образование сварных соединений с прочностью, превосходящей прочность на разрыв самого материала.

Недостатки полиэтиленовых труб характерны для всех вязкоупругих термопластов:

- жесткая зависимость практически всех эксплуатационных свойств, в том числе долговечности от температуры транспортируемой и окружающей среды, а также от рабочего давления;

Долговечность, лет	Температура среды, град. Цельсия	Рабочее давление, МПа
		0.4 (эталон)	0.6(эталон)	1 (эталон)
50	20	0.4	0.6	1
	30	0.25	0.63	0.63
	40	0.16	0.25	0.4
	50	--	--	--
	60	--	--	--
25	20	0.45	0.67	1.12
	30	0.3	0.45	0.75
	40	0.18	0.28	0.45
	50	--	--	--
	60	--	--	--
10	20	0.5	0.75	1.25
	30	0.35	0.53	1.25
	40	0.22	0.35	0.6
	50	0.12	0.2	0.22
	60	--	--	--
5	20	0.53	0.8	1.32
	30	0.4	0.6	1
	40	0.25	0.4	0.67
	50	0.16	0.25	0.4
	60	0.1	0.16	0.25
1	20	0.6	0.85	1.4
	30	0.5	0.7	1.2
	30	0.38	0.56	0.95
	50	0.27	0.4	0.65
	60	0.16	0.25	0.4

 

- сравнительно небольшая прочность на разрыв при изгибе и сжатии;

- склонность к овализации, часто неравномерной под нагрузками при нарушении требований укладки;

- чувствительность к ультрафиолетовому излучению солнца, которую стараются нивелировать введением сажи в сырьевую смесь и защитной окраской;

- значительное тепловое расширение, которое компенсируют Г- и П-образными компенсирующими конструкциями или укладкой «змейкой».

 

Полиэтиленовые трубы для увеличения кольцевой жесткости выпускают двухслойными с гофрой, спиральновитыми и армированными стекловолоконной сеткой.

Полиэтиленовые трубы применяют для прокладки:

- наружных, иногда внутренних сетей холодного водоснабжения, канализации, газоснабжения (трубы из сшитого полиэтилена могут также использоваться и в сетях горячего водоснабжения и водяных отопительных системах при контроле максимальной температуры транспортируемой среды);

- технологических трубопроводов (пульпопроводов, бальнеологических систем, некоторых видов агрессивных веществ, к которым полиэтилен химически стойкий);

- обсадных труб при бурении скважин;

- закрытых оросительных и дренажных систем;

- кабельных линий в качестве защитной оболочки.

Производство полиэтиленовых труб.

Полиэтилен получают полимеризацией этилена, что формирует специфическую структуру с зонами выпрямленных молекул и зонами хаотически расположенных связей. Для упрочнения материала и улучшения его прочностных и теплофизических свойств часть молекул водорода из решетки отщепляют принудительно физическим или химическим воздействием, после чего «вакантные» связи молекул соединяются в широкоячеистую трехмерную сетку – «сшивка» полиэтилена ( PEX).

Упрощенно при полимеризации этилена в зависимости от температуры и давления процесса получают:

- полиэтилен высокого давления и низкой плотности910 - 935 кг/м3 (аббревиатура ПВД, LDPE, ПНД) – температура полимеризации 200 - 300 °С, давление 100-350 МПа;

- полиэтилен среднего давления и средней плотности 945 - 955 кг/м3 (аббревиатура ПСД, ПСД) - температура полимеризации 150-180 °С, давление 3-6 МПа;

- полиэтилен низкого давления и высокой плотности 960 - 970 кг/м3 (аббревиатура ПНД, HDPE, ПВП) - температура полимеризации 20-180 °С, давление 0.2-4 МПа.

Классификация полиэтиленовых труб

Классификация полиэтиленовых труб в ГОСТ 18599-83 по давлению процесса полимеризации (ПВД, ПСД, ПНД) в настоящий момент не используется. Согласно ГОСТ 18599-2001 (с изм. от 01.09.2002 и от 01.07.2006), гармонизированному с международными нормативно-правовыми актами, трубы из полиэтилена классифицируют по их минимальной длительной прочности MRS (MinimumRequiredStrength) – экстраполяции на 50-летний период результатов испытаний на сопротивление полиэтиленовых труб внутреннему гидростатическому давлению рабочей среды с температурой 20 градусов Цельсия. В стандарте введено обозначение SDR, как отношение наружного диаметра трубы к толщине ее стенки.

А также максимальное допустимое рабочее давление в трубопроводе МОР (MaximumAllowableOperatingPressure), которое определяется по формуле МОР=2 MRS/(С(SDR-1)), где С – коэффициент запаса прочности (1.25 для систем водоснабжения из полиэтиленовых труб, 3.95 – для газопроводов). Кроме того, стандартом введен термин трубная серия S, определяемая, как (SDR-1)/2 (или SDR= 2S + 1), а также зависимость между максимальным рабочим давлением в трубопроводе р? допустимым напряжением в стенке трубы Ϭ (Ϭ= MRS/С)и трубной серией – Ϭ/р=S.

Типовые соединения полиэтиленовых труб

Полиэтиленовые трубы, как правило, соединяются встык сваркой, или с помощью фитингов (муфт, тройников, отводов, седловых соединений) с закладными нагревательными элементами (электродиффузионными фитингами) с последующей их сваркой с трубой, а к регулирующей и измерительной арматуре и трубопроводам из стали посредством специальных патрубков с фланцем, привариваемых к полиэтиленовой трубе.

Рис. Сварка полиэтиленовых труб встык (слева), с помощью муфт с закладными нагревательными элементами (справа).

Рис. Фитинги с закладными нагревательными элементами

Рис. Фланцевое соединение полиэтиленовой трубы со стальным фланцем.

Полиэтиленовые трубы малых диаметров (до 110 мм включительно) могут соединяться, как сваркой встык или в раструб (электродиффузионными фитингами), так и с использованием компрессионных соединений с обжимом цангового типа.

Перед сваркой полиэтиленовые трубы обрабатывают, снимая окисный слой толщиной 0.1- 0.2 мм и производят их осевое торцевание. Торцы труб при сварке должны плотно соприкасаться друг с другом. Аналогично снимают окисный слой в случае приварки седловых отводов на трубы больших диаметров. При сварке муфтами с закладными нагревательными элементами снимают фаску на торцах труб. При деформациях трубы используют гидравлические приспособления для устранения овализации.

Рис. Обработка труб при сварке муфтами с закладными нагревательными элементами (слева) и присоединении отводов (справа).

Рис. Устранение овализации во время подготовке к сварке полиэтиленовых труб.

Рис. Принципиальная схема сварки встык (слева) и соединения муфтами с закладными нагревательными элементами, где Х – холодные зоны, препятствующие выдавливанию расплава.

Сварка встык используется для полиэтиленовых труб с толщиной стенки от 5 мм, соединение муфтами с закладными нагревательными элементами – для труб с любой толщиной стенки и гладкой наружной поверхностью.

 

Укладка трубопроводов из полиэтиленовых труб

Наземная укладка полиэтиленовых трубопроводов выполняется на подвесках, кронштейнах или опорах, как в защитных оболочках, каналах, так и открыто с использованием превентивной защиты от УФ лучей солнца.. При подземной прокладке чаще всего используется траншейный бесканальный метод, хотя хлыст полиэтиленовых труб может прокладываться практически всеми используемыми в настоящий момент способами с ограничениями, обусловленными минимально допустимыми радиусами изгиба полиэтиленовой трубы при разных температурах (табл. ниже).

Стандартная величина	Минимально допустимый радиус изгиба при температуре укладки, град. Цельсия
	0	10	20
SDR 41	125d	85d	50d
SDR 33
SDR 26	75d	50d	30d
SDR 21
SDR 17.6	50d	35d	20d
SDR 17
SDR 13.6
SDR 11

 

Рис. Укладка трубопровода из полиэтиленовых труб.

При траншейной (бесканальной) укладке полиэтиленовых труб к формированию траншеи, засыпке и уплотнению предъявляются определенные требования. Глубина прокладки в целом определяется кольцевой жесткостью конкретной полиэтиленовой трубы, но за счет того, что сопротивление нагрузке грунтов оказывает не только труба, но и транспортируемая рабочая среда под давлением, то обычно трубопроводы прокладываются бесканально до глубины в 7 м. Трубопровод укладывается на специальную «постель» из плотного материала определенной толщины и засыпается грунтовой смесью с небольшим размером фракций.

Правильный выбор глубины залегания трубопровода, обсыпки и уплотнения грунта гарантирует саморелаксацию напряжений в трубе при динамических нагрузках с восстановлением своей формы за счет упругости и эластичности материала.

Ввод трубопровода в смотровые колодцы осуществляется при помощи специальных защитных муфт, а трубопроводы сточных систем размещают под трубопроводами водоснабжения на глубине не менее 1.5 м (в случае пересечения магистралей).