Світове виробництво і споживання пластикових труб щорічно зростає приблизно на 20%. Це обумовлено очевидними перевагами в монтажі та експлуатації пластикових труб порівняно із сталевими.
Поліпропілен (PPR) більш довговічний, більш стійкий до впливу підвищеної температури і хімічних речовин, ніж інші традиційні матеріали, що застосовуються для виробництва труб. Зважаючи на відсутність іржі, корозії, розпаду, гниття, бруду, бактерій, вапняних відкладень внутрішній діаметр поліпропіленових труб в процесі експлуатації не зменшується, а шорсткість поверхні не зростає - таким чином, пропускна здатність залишається стабільною.
Завдяки своїм незаперечним перевагам,
трубопроводи з поліпропілену широко застосовуються для систем опалення та водопостачання в сфері будівництва та ЖКГ.
У порівнянні з металами, полімери взагалі і поліпропілен зокрема володіють великим тепловим лінійним розширенням і кислородопроницаемость.
Для зниження теплового лінійного розширення і запобігання дифузії кисню в теплоносій поліпропіленові труби армують алюмінієвою фольгою.
Наведемо деякі характеристики, актуальні у зв'язку з темою даної статті:
- лінійне температурне розширення поліпропіленової труби Кр = 0,15 мм / мК;
- лінійне розширення алюмінію Кр = 0,022 мм / мК;
- лінійне розширення поліпропіленової труби, армованої алюмінієм Кр = 0,03-0,05 мм / мК;
- кислородопроницаемость поліпропіленових труб - близько 2 г / м 3 * cут. (Див. статтю «До питання про кислородопроницаемости пластмасових трубопроводів опалювальних систем»; журнал «Сантехніка», № 3/2003);
- полімерні труби, що застосовуються в системах опалення спільно з металевими трубами (у тому числі в зовнішніх системах теплопостачання) або з приладами та обладнанням, що має обмеження за змістом розчиненого кисню в теплоносії, повинні мати кислородопроницаемость не більше 0,1 г / м 3 ∙ добу. (СНиП 41-01-2003 п. 6.4.1).
Маркування армованої алюмінієм труби
Раніше армування здійснювалося наступним способом: на стандартну базову трубу PN20 наносився клей, а на нього накладався шар алюмінієвої фольги, краї якої заходили один на одного «внахлест». У свою чергу, поверх алюмінієвої фольги знову наносився шар клею, і до нього кріпився тонкий шар поліпропілену, що виконував декоративну функцію. Виходять таким способом труби позиціонувалися виробниками для монтажу систем низькотемпературного і високотемпературного опалення (клас експлуатації 3-5) і маркувалися індексом PN20, оскільки такий же номінал мала базова труба, на яку накладався шар алюмінію.
Необхідною операцією при дифузійному зварюванні армованих алюмінієм труб з фітингами є процедура зачистки, в процесі якої з труби в місці зварювання видаляється частина фольги
Оскільки при монтажі використовувалися, як правило, фітинги номіналом PN20, а місце зварювання зачищати до розмірів базової труби, цілком логічно, що армована труба маркувалися як PN20 (SDR = 6).
Проте в результаті тривалих теоретичних суперечок, підкріплених практичними випробуваннями, трубу, армовану алюмінієм, стали маркувати номіналом PN25 (SDR = 5). Така зміна виглядає логічно (і узгоджується з ГОСТ Р 52134-2003 п.5.2.7) через збільшення сумарної товщини стінки армованої алюмінієм труби і зміни таких параметрів, як:
SDR = DN / S, де DN - зовнішній діаметр труби, S - товщина стінки труби,
та серії труби:
S = (SDR-1) / 2.
Використання для дан ної труби маркування PN25 справедливо в тому випадку, якщо міцність фольги разом з верхнім декоративним шаром поліпропілену аналогічна матеріалу базової труби PN20, що не цілком очевидно, оскільки, згідно з ГОСТ Р 52134-2003, стійкість труби (випробувальний тиск) розраховується за формулою:
Р = 2Smin х sigma / (Dср-Smin),
де sigma - початкова напруга в стінці,
Smin - мінімальна товщина стінки,
Dср - середній зовнішній діаметр труби.
Розрахунок випробувального тиску, згідно ГОСТ, проводиться за розмірами базової труби, тобто без урахування товщини алюмінієвої фольги і захисного поліпропіленового шару. Тому при міцності випробуваннях труби, армованої алюмінієм, не має значення, яка маркування на неї нанесена - PN20 або PN25.
В даний час виготовлена на базі PN20 труба, армована алюмінієм, найчастіше маркірується як PN25, і це не викликає питань у споживача. Однак ряд виробників до цих продовжують маркувати таку трубу індексом PN20.
Вважаю, що маркування PN25 більш зручна і зрозуміла. Справа в тому, що маркування PN20 у різних виробників може мати армована алюмінієм труба, вироблена як на на основі базової труби PN16, так і на на основі базової труби PN20. Труби ці принципово різні, у них неоднакове робочий і випробувальний тиск. Щоб уникнути плутанини, необхідно армовану трубу, вироблену на базі PN20, маркувати як PN25, а трубу, вироблену на базі PN16, - як PN20.
Само собою зрозуміло, що будь-який виробник несе пряму відповідальність перед споживачем за якість своєї продукції і за відповідність її маркування реальним характеристикам. Тому, заявляючи трубу як PN25, виробник фіксує ряд важливих для 5 класу експлуатації параметрів («Високотемпературне опалення опалювальними приладами», ГОСТ Р 52134-2003 п 5.2, таблиця Е.3):
SDR = 5, і, відповідно, серія труби S = 2; максимальний робочий тиск - 8 атм.
Для труби з маркуванням PN20: SDR = 6; S = 2,5; максимальний робочий тиск - 6 атм. (Див. табл. 1).
Таблиця 1. Максимальний тиск теплоносія в залежності від серії труб PPR (80) для 5 класу експлуатації
Максимальний робочий тиск Рм, МПа | Клас 5 |
0,4 | менше 4,8 |
0,6 | менше 3,2 |
0,8 | менше 2,4 |
1,0 | менше 1,9 |
Особливості технології армування PPR-труб
При армуванні поліпропіленових труб алюмінієвою фольгою краю фольги, як правило, закріплюються на трубі «внахлест». Дана технологія застосовується для труб PPR більшістю виробників, хоча останнім часом розвивається технологія лазерного зварювання країв алюмінієвої фольги «встик». Можливість укладання фольги «внахлест» обумовлена необхідністю її зачистки перед зварюванням з фітингом: таким чином, фольга не контактує з теплоносієм і не впливає на якість зварювання труби і фітинга. Зварювання фольги «встик» широко застосовується для труб Pex / Al / Pex - це визначено конструкцією даного типу труби (армуючий шар знаходиться в центрі) і технологією монтажу.
На ранніх етапах розвитку технології армування PPR-труб використовувалася суцільна алюмінієва фольга. Вона не пропускає кисень в теплоносій, забезпечує гладку зовнішню поверхню труби. Однак при цьому сама фольга має абсолютно гладкою поверхнею, і її надійне з'єднання з шарами поліпропілену важко. Ця особливість фольги пред'являє певні вимоги до властивостей клею, а також до температури і вологості на виробництві. Порушення технології та відступу від стандартів якості сировини при виробництві армованих труб призводять до того, що молекули води проникають крізь стінку труби (поліпропілен гидроскопичен), проте алюмінієва фольга їх не пропускає, і вода накопичується під шаром алюмінію, сприяючи утворенню бульбашок на поверхні труби, внаслідок чого порушується її естетичний зовнішній вигляд.
Щоб уникнути утворення міхурів на поверхні труби і руйнування її верхнього шару, PPR-труби в даний час армують перфорованою алюмінієвою фольгою, яка має рівномірно розташовані круглі отвори. При виробництві труби з перфорованої фольгою поліпропілен верхнього декоративного шару і базовий поліпропілен міцно скріплюються між собою по всій поверхні перфорації, як заклепками.
Оскільки перфорована фольга має отвори, у споживачів нерідко виникає законне питання: «Яка кислородопроницаемость труби, армованої перфорованої фольгою?»
Для поліпропіленових труб ТЕВО technics.площадь перфорації мала і становить 2,8%.
Як ми зазначали раніше, кислородопроницаемость неармованих поліпропіленових труб орієнтовно дорівнює 2 (г / м 3 * cут), а дозволена проникність становить 0,1 (г / м 3 * cут).
Відповідно, армована перфорованої фольгою PPR-труба має орієнтовну кислородопроницаемость 0,056 (г / м 3 * cут), що допустимо по СНиП 41-01-2003 п. 6.4.1.
Труби центрально армовані
Труби типу Stabi, про які йшла мова вище, володіли, з точки зору зручності монтажу, одним недоліком: перед зварюванням потрібна зачистка труб, в процесі якої знімалися верхній шар алюмінію і декоративний шар PPR. Для спрощення процесу монтажу багато виробників виготовляють трубу з центральною армуванням алюмінієвою фольгою PPR-AL-PPR (рис. 1). При такому способі армування повністю зберігаються гідності армованих труб: низький коефіцієнт температурного лінійного розширення і низька кислородопроницаемость.
 Рис. 1 |
В залежності від співвідношення зовнішнього діаметра труби і товщини її стінки (SDR), труба PPR-AL-PPR може мати маркування PN20 або PN25. Якщо це співвідношення дорівнює 5, труба буде мати маркування PN25; якщо SDR = 6 - маркування PN20.
Недоліком конструкції даних труб є необхідність торцювання країв труби з метою недопущення контакту алюмінієвої фольги з теплоносієм. Результат несумлінного монтажу показаний на прикладі труби з центральною армуванням алюмінієвою фольгою «внахлест» і проілюстровано на рис. 2, 3, 4. Монтаж труби проведений звичайної насадкою, торцювання не проводилося. В такому випадку теплоносій в процесі експлуатації під тиском проникає в простір, що утворився між шаром армуючого алюмінію і поліпропіленом (рис. 2), що призводить до утворення бульбашки на на поверхні труби. Оскільки верхній шар поліпропілену в трубах PPR-AL-PPR тонкий, не має достатньої міцності і не розрахований на подібні навантаження - неминуче його поступове руйнування. Через отвір, що утворився відбувається протечка теплоносія, що призводить до аварії всього трубопроводу (рис. 3 і 4).
 |
 Рис. 2 Рис. 3 |
Рис. 4 |
Таким чином, при монтажі труб з центральною армуванням торцювання труби є обов'язковою операцією. На жаль, перевірити, чи була здійснена дана операція, у вже змонтованої системі трубопроводу на основі труб c центральної армуванням неможливо - доводиться сподіватися лише на сумлінність монтажника. Найчастіше надії не виправдовуються, оскільки більшість монтажників, які повірили некоректним рекламним гаслам постачальників і продавців цієї продукції, щиро переконані, що ця труба не вимагає зачистки. Зауважимо, що при використанні труби типу Stabi здійснити її зварювання з фітингом без зачистки практично неможливо - принаймні, якість монтажу легко контролюється візуально. При монтажі труб з центральною армуванням проблема може бути вирішена шляхом застосування в процесі зварювання спеціальних зварювальних насадок - тоді торцювання країв труби не є обов'язковим. До того ж спеціальні насадки можуть застосовуватися і при зварюванні звичайних, неармованих PPR-труб - відповідно, відпадає необхідність в стандартних зварювальних насадках. А маючи при собі тільки спеціальні зварювальні насадки, монтажник не зможе, здійснити неправильний монтаж труби з центральним армованим шаром.
На рис. 5 показані зовнішній вигляд спеціальної зварювальної насадки та її п рінціпіальное зображення в розрізі. Конструкція насадки розроблена таким чином, що прогріваються зовнішня і внутрішня поверхня труби. Без прогріву внутрішньої поверхні труби поліпропілен може закрити алюмінієвий шар, але з торцевою поверхнею труби дифузійно він не звариться. Для успішної роботи спеціальної насадки в її конструкції передбачено отвір для відведення повітря знаходиться між трубою і насадкою при нагріванні труби. Цей отвір також служить для візуального контролю процесу розігріву труби.
  Рис. 5 |
В результаті проведених в ТОВ «Альтерпласт» розрахунків і досліджень, а також тестових випробувань з різними варіантами геометрії внутрішньої поверхні і форми зварювальних насадок вдалося створити оптимальну конструкцію спеціальної насадки. На рис. 6 показаний розріз зварного з'єднання труби з центральною армуванням Master pipe і фітинга ТЕВО technics. Зварювання проведена спеціальної зварювальної насадкою, запатентованої компанією «Альтерпласт» (патент № 96523 від 10.08.2010 р. «Змінний нагрівач»). Як видно з рис. 6, алюмінієва фольга повністю закрита поліпропіленом. Фітинг надійно прилягає до труби по всій зварюваної поверхні. Важливо відзначити, що торцювання або зачистка кінця труби при цьому не проводилися.
 Рис. 6 |
Переваги даної насадки очевидні. Недоліками можна вважати незначне збільшення часу розігріву поліпропіленової труби, а також необхідність точного (з відхиленням не більше 3-5 градусів) горизонтального позиціонування труби всередині насадки в процесі зварювання.
Особливості труби з центральною армуванням
Для монтажу труби з центральною армуванням використовуються типові фітинги, які застосовуються для монтажу PPR-труб і випускаються всіма виробниками. Але, у зв'язку з тим, що труба з центральною армуванням перед зварюванням не зачищається, при однаковому параметрі SDR прохідний перетин труби з центральною армуванням буде менше на подвоєну товщину зачищаємо шару. Таке зменшення може бути принциповим для труб малих діаметрів (DN 20, 25, 32). Наприклад, для труби DN20 PN25 завужені становить 20%. У зв'язку з цим можна порекомендувати проектувальникам і споживачам використовувати трубу з центральним армуванням номіналом PN20, тобто SDR = 6, і застосовувати її за відповідною серії s = 2,5, зберігши для цієї труби звичні гідравлічні характеристики традиційно армованої труби PN25.
Теплове лінійне розширення
За показниками лінійного розширення традиційно і центрально армовані труби не мають принципових відмінностей. Труби, армовані перфорованою алюмінієвою фольгою, в залежності від товщини фольги, типу перфорації а також параметрів SDR і DN (незалежно від глибини залягання алюмінієвого шару), мають різні значення коефіцієнта лінійного розширення (Кр), які коливаються в діапазоні 0,03-0, 05мм/мК.
Киснепроникність труб з центральною армуванням
Як ми бачили, при неправильному монтажі руйнування труби з центральною армуванням відбувається по алюмінієвому шару, причому з найбільшою ймовірністю в тому місці, де краю алюмінієвої фольги з'єднані «внахлест». Щоб уникнути подібних дефектів, краще використовувати трубу, при виробництві якої краю алюмінієвої фольги не накладаються один на одного і між краями залишається смужка труби, не закрите алюмінієвою фольгою (рис. 7).
Відповідно, при розрахунку кислородопроницаемости до полічений нами площі перфорації додається площа даної смужки. Її ширина (при дозволеної кислородопроницаемости 0,1 г / м 3 * cут) може становити для DN20 - 1,5 мм, для DN25 - 1,8 мм.
Киснепроникність і діаметр труби
Як уже говорилося, показник до іслородопроніцаемості поліпропіленових труб прийнятий нами за 2 г / м 3 * cут .. Цікаво розглянути залежність цього показника від діаметра труби, використовуючи поняття SDR.
Візьмемо типове рівняння переносу. Будемо вважати, що часовий відрізок малий, довжина труби досить мала, дифузія кисню у воді від труби до центру значно вище дифузії через стінку, розчиненого у воді кисню немає. Тоді
Q = D 0 S 0 dc / dR = D 0 3.14 0 L 0 Δ c 0 ln (SDR / (SDR-2)),
де, Q - потік дифузійного кисню,
D - кислородопроницаемость,
DС - величина приросту концентрації кисню,
L-довжина ділянки труби,
S - площа поверхні труби.
Віднісши дифузійний потік кисню через стінку до обсягу води в трубі (тобто тому обсягу, в якому даний кисень розчиниться), отримаємо:
V = 3.14 / 4 0 (DN-2 0 DN / SDR) 2 0 L = 3.14 / 4 0 DN 2 0 (1-2/SDR) 2 0 L
Q / V = 4 0 D 0 Δ с / DN 2 0 ln (SDR / (SDR-2)) / (1-2/SDR) 2
Перетворюючи отримане рівняння і підставляючи SDR = 6, отримаємо залежність дифузії кисню віднесеної до обсягу неармованих труб PN20 в залежності від зовнішнього діаметра труби DN:
Q / V = 3.6 0 D 0 Δ с / DN 2
Очевидно, що чим більше діаметр труби, тим нижче концентрація доданого кисню у воді і ця концентрація обернено пропорційна диметру труби в другій ступеня.
Даний результат ще раз підтверджує помилковість поширеного твердження: «Труби малих діаметрів не обов'язково армувати або захищати теплоносій від попадання в нього кисню, так як потоком кисню крізь стінку таких труб можна знехтувати». Прихильники цієї точки зору закликають не армувати алюмінієм і не покривати шаром AVOH (Антидифузійний шар для труб PEX) і PPR труби малого діаметру. Однак саме такі труби, стоять, наприклад, перед сталевими панельними радіаторами (товщина сталевої стінки - 1,2 мм). Тому армувати алюмінієм труби малого і великого діаметра для систем опалення необхідно. Причому для труб малого діаметра це правило більш важливо, ніж для труб великого діаметру, де необхідний розрахунок і прив'язка до конкретної схемі застосування.
Наприклад, при D = 2х10 -11 м 2 / с (кислородопроницаемость поліпропілену) і Δ з О2 MAX = 270 г / м 3 (орієнтовний зміст кослорода в атмосфері)
Q / V = 1,9 0 10 -8 / DN 2 (г / с 0 м 3) або 1,6 0 10 -3 / DN 2 (г / добу 0 м 3)
для DN20мм, отримаємо на добу 4 г / м 3 кисню - інакше кажучи, можливе утворення 30 г іржі. В одному метрі труби DN20 PN20 (SDR = 6) міститься 2,2 х10 -4 м 3; відповідно, через цей погонний метр труби в теплоносій пройде по максимуму 8,8 х10 -4 г / сут. кисню.
Наприклад, якщо система опалення виконана з поліпропіленової труби PN20 (неармованої або армованої скловолокном), об'єм системи опалення 100 л, є настінний котел з алюмінієво-мідним теплообмінником і температурою нагріву 80 С ° і сталеві панельні радіатори, а ємність труб дорівнює 50 л, то в добу для типового набору труб різного діаметра з SDR = 6 пройде в теплоносій близько 0,1 г кисню; в перерахунку на в рік це становить 37 г кисню, або 250 г іржі, отриманої в сталевих панельних радіаторах (які, дуже ймовірно, потечуть через рік або два експлуатації).
У завдання даної статті не входить точний кількісний аналіз кислородопроницаемости, проте наведений приклад дозволяє вирішити часто задається питання: «Скільки кисню пропускає пластикова труба? Багато це чи мало? »Здається, нами було дано цілком конкретну відповідь. На закінчення зазначимо, що на цю тему написано чимало змістовних робіт, але висновки читачів або компаній, що постачають подібну продукцію на ринок, не завжди відповідають проведеним в цих статтях аналізу.
Немає коментарів:
Дописати коментар