30.11.2021

                                                           группа 412

Предмет: Технология производства сварных конструкций.

Тема урока: Пластмассовые трубы: полиэтиленовые, полипропиленовые, поливинилхлоридные, стеклопластиковые.

В последние десятилетия в системах водоснабжения нашли свою нишу трубы из полимерных материалов (пластмасс). Целесообразность использования труб из пластмасс обусловлена не только экономией металла, индустриализацией производства и укладки, но и теми свойствами термопластов, которые выгодно отличают их от металлов. Такие трубы имеют достаточную прочность и эластичность при одновременной простоте механической обработки, высокую коррозионную стойкость, малую массу, низкую теплопроводность, гладкую внутреннюю поверхность, на которой минеральные вещества не осаждаются, устойчивость к долговременным гидравлическим нагрузкам и т.д. Гидравлическое сопротивление при течении жидкостей в пластмассовых трубах меньше, чем в металлических, благодаря чему их пропускная способность повышается на 20—25% и более. Кроме того, за счет производства длинномерных пластмассовых труб сокращается количество соединений в трубопроводах. Фасонные соединительные части из пластмасс, применяемые при монтаже трубопроводов, гарантируют их быструю и качественную сборку.

Однако пластмассовые трубы имеют и существенные недостатки: низкую теплостойкость; чувствительность к механическим повреждениям; склонность к старению и проницаемость по отношению к различным растворителям, жирным кислотам, минеральным и растительным маслам и т.д. Воздействие подобных веществ на стенки полимерных труб может привести к их разбуханию, повышению пористости и проницаемости с последующим увеличением диффузии в транспортируемую по трубам среду вредных компонентов, которые могут находиться вблизи подземного трубопровода.

К трубам из полимерных материалов (или пластмассовым) относят полиэтиленовые, поливинилхлоридные (винипластовые), пластмассовые на основе акрилонитрилбутадиенстирола и фторполиме- ров, стеклопластиковые, полипропиленовые и т.д. В системах водоснабжения наружной прокладки находят применение трубы из полиэтилена, поливинилхлорида и стеклопластика.

Полиэтиленовые трубы (ПЭ). На сегодняшний день среди полимерных материалов для изготовления труб, используемых для строительства и восстановления инженерных сетей, наибольшее распространение в качестве исходного сырья получил полиэтилен (латинская транскрипция РЕ).

Полиэтилен был изобретен в начале 1930-х гг., а производство труб из него началось в середине 40-х гг. XX в. Первый стандарт на полиэтиленовые трубы был опубликован в 1953 г. в Великобритании, а активное внедрение его началось с 1958 г. В связи с большим разнообразием толщин труб из полиэтилена для них введен безразмерный показатель SDR, который равен отношению номинального наружного диаметра к номинальной толщине стенки и определяется в зависимости от давления в трубопроводе, марки полиэтилена и коэффициента запаса прочности.

Для подземных трубопроводов систем водоснабжения применяются трубы из полиэтилена ПЭ-80 (SDR 9, 11 и 13,6) и ПЭ-100 (SDR 11, 13,6 и 17) в соответствии с рекомендациями СП 40-102—2000 «Свод правил по проектированию и строительству. Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов» и ГОСТ 18599—2001 «Трубы напорные из полиэтилена».

Полиэтилен представляет собой искусственное вещество, получаемое полимеризацией этилена (С₂Н₄). В зависимости от расположения и длины цепей молекул и плотности материала достигаются три разновидности продукта:

• 1) полиэтилен низкой плотности (латинская транскрипция PE-ld, плотность 0,923 г/см³), который обладает эластичностью и гибкостью;
• 2) полиэтилен средней плотности (латинская транскрипция РЕ- md, плотность 0,938 г/см³);
• 3) полиэтилен высокой плотности (латинская транскрипция РЕ- hd, плотность 0,95 г/см³), который обладает высокой прочностью при воздействии механических нагрузок, температуры и химических веществ при сохранении эластичности.

Одной из разновидностей полиэтилена высокой плотности является сшитый полиэтилен (латинская транскрипция РЕ-Х), который получают в результате дополнительной обработки («сшивки») линейной полимерной цепочки путем облучения на специальных ускорителях, например быстрыми электронами. Получаемый материал нетоксичен и может применяться на сетях питьевого водопровода.

Положительные свойства полиэтиленовых труб: они легче других труб (например, на 40% легче винипластовых и примерно в 10 раз легче стальных); трубы имеют незначительное водопоглощение и стойки к воздействию различных химических веществ; обладают большой эластичностью при положительных и отрицательных температурах (в последнем случае трубы при замерзании в них воды не разрушаются). Эластичность труб способствует также затуханию гидравлических ударов при внезапном повышении давления. Полиэтиленовые трубы легко поддаются механической обработке (резанию, сверлению, фрезерованию и т.д.).

Наряду с отмеченными выше положительными свойствами полиэтилена как полимерного материала, полиэтиленовые трубы имеют и существенные недостатки: подвергаются старению при длительном воздействии солнечного света (ультрафиолетовых лучей) и кислорода воздуха, а также имеют низкую теплостойкость (при повышении температуры более 60 °С снижается прочность труб). Для предохранения труб от старения их прокладывают в траншеях с последующей засыпкой землей или в специальных коробах.

К недостаткам полиэтиленовых труб следует отнести их высокую чувствительность к условиям прокладки (т.е. необходимость устройства постели из специального песка с диаметром фракций до 20 мм без острых камней или другого ломаного материала), а также негативную реакцию к сконцентрированной точечной нагрузке, например при опирании на жесткий предмет (камень и т.д.), что может провоцировать со временем рост и распространение трещин.

Полиэтиленовые трубы в системах водоснабжения соединяются с помощью сварки (встык или с помощью закладных электронагревательных муфт) или раструбов с резиновыми уплотнительными кольцами. Склеивание труб исключается, так как материал обладает низкой адгезионной способностью в отношении химических веществ, не обеспечивая прочного соединения. Необходимо отметить, что полиэтилен обладает одним существенным отличительным свойством: по сравнению со сталью он в 10 раз более растяжим, поэтому при расчете длины трубопровода и оборудования мест сопряжения (в колодцах, камерах) необходимо учитывать линейные удлинения материала и по мере возможности противодействовать им.

Полиэтиленовые трубы малого диаметра (до 315 мм) начали выпускаться в нашей стране недавно, а первая в России линия производства полиэтиленовых труб большого диаметра (от 315 до 1200 мм) методом вакуумкалибрования создана и освоена в 2003 г. на Климов- ском трубном заводе (холдинг «Евротрубпласт»), В настоящее время на линии освоен выпуск всех видов труб из ПЭ—80 и ПЭ-100 диаметром от 630 до 1200 мм (в том числе труб ПЭ—100 диаметром 1200 мм SDR 17,6) на рабочее давление до 1,6 МПа. Производительность линии по трубам составляет 900—1100 кг/ч.

Длина труб из полиэтилена высокой плотности диаметром до 160 мм не ограничена, так как они эластичны и по мере изготовления их можно свертывать в бухты. Трубы больших диаметров поставляются длиной 3, 6, 8, 10 и 12 м. Длина труб из полиэтилена низкой плотности, имеющих жесткую структуру, ограничивается 3 м.

Производство труб из полиэтилена представляет собой непрерывный процесс, состоящий из следующих операций: получения расплава полиэтилена в экструдере; формования трубной заготовки в экструзионной трубной головке.

Рис. 17.10. Трубы холдинга «Евротрубпласт» [15, с. 65] дающую поверхность калибра; охлаждения калиброванной трубы в охлаждающих (вакуумных) ваннах и резки трубы на мерные отрезки. На рис. 17.10 представлен фрагмент выхода готовых труб из заводского цеха.

Зарубежные производители труб из полимерных материалов выпускают весьма разнообразную продукцию, удовлетворяющую строгим запросам эксплуатационных служб коммунальных сетей различного назначения (напорных и безнапорных). Наиболее востребованной продукцией для отечественной практики являются трубы фирм «Spiro», «Wawin», «Korsis» и др.

Отличительной особенностью труб «Spiro» (диаметром от 40 до 3000 мм) является специальная кольцевая слоевая структурированная форма, которая издавна используется в строительных конструкциях, обеспечивая прочность и жесткость при малой массе. При использовании полиэтиленовых труб наиболее распространенным способом соединения стыков является сварное (на больших диаметрах) и резьбовое.

Преимуществом сварного и резьбового соединений является отсутствие фасонных частей, что не увеличивает диаметр трубы в месте стыка, а также быстрота монтажа отдельных отрезков труб, образующих протяженную трубную плеть, укладываемую в подготовленную заранее траншею.

В отечественной практике строительства и восстановления напорных трубопроводных коммуникаций систем водоснабжения находят применение не только круглые, но и профилированные (деформированные) полиэтиленовые трубы, например Compact SlimLiner фирмы « Wawin» (Голландия), показатели которых представлены в табл. 17.1.

Таблица 17.1

Номинальный диаметр и толщина стенки труб Compact SlimLiner

Номинальный диаметр, мм	Минимальная толщина стенки, мм
75	2,8
100	2,8
150	2,9
200	3,9
250	4,9
300	5,9

Трубы Compact SlimLiner поставляются в бухтах на стальном барабане (бобине), перевозимом трейлером. Размеры стандартных стальных барабанов составляют: максимальный диаметр 3700 мм; диаметр сердечника (цилиндрической поверхности намотки первого слоя) 2400 мм; ширина 1650 мм.

В ходе производственного процесса по изготовлению профилированных труб Compact SlimLiner трубы сначала получают круглую форму, укладываются (сжимаются) и затем заворачиваются в пластиковую пленку, чтобы их можно было свернуть на барабане с сохранением стабильной формы. Диаметр и длина плети труб выбираются специально для определенных работ согласно соответствующему проекту. После протягивания профилированной трубы в старый трубопровод округлая форма восстанавливается за счет собственного эффекта памяти материала. Ускорение процесса восстановления формы осуществляется за счет контролируемого внутреннего давления.

Трубы Compact SlimLiner должны оставаться обернутыми в многослойную пленку для сохранения их формы и недопущения повреждения при транспортировке или при установке. Барабаны с трубами, находящиеся на стройплощадке, должны храниться в вертикальном положении на ровной и прочной поверхности. Концы труб должны направляться вниз для предотвращения попадания загрязнений. При хранении труб на барабанах на стройплощадке они не должны контактировать с материалами, содержащими бензин, растворители и прочие агрессивные химические вещества. При температуре окружающего воздуха ниже 5 °С барабаны следует держать в обогреваемом помещении в течение 12 ч для обеспечения требуемой гибкости труб.

Поливинилхлоридные трубы (ПВХ). Поливинилхлоридные (ви- нипластовые) трубы изготовляют методом непрерывной экструзии из непластифицированного поливинилхлорида (НПВХ) и стабилизаторов. Они характеризуются стойкостью против химической коррозии и диэлектрическими свойствами. Такие трубы легко распиливаются, режутся, сверлятся, изгибаются, свариваются и склеиваются. Коэффициент линейного расширения поливинилхлоридных труб в 7 раз больше, чем стальных, поэтому при их монтаже необходимо устанавливать компенсаторы, обеспечивающие надежность эксплуатации трубопроводов.

Поливинилхлоридные трубы применяют для устройства систем водоснабжения, а также водоотведения, газо- и нефтепроводов, для транспортирования агрессивных жидкостей и чистых химических реактивов. Нельзя прокладывать поливинилхлоридные трубы вблизи источников тепла, температура поверхности которых более 60 °С.

В России трубы НПВХ выпускаются по ГОСТ Р 51613—2000 «Трубы из непластифицированного поливинилхлорида» на диаметры от 10 до 315 мм. Трубы соединяются с помощью раструбов и уплотнительных колец, а при малых диаметрах (до 160 мм) — преимущественно с помощью клеевых составов (ТУ 2252-49-00203536—98).

Качество клеевого соединения определяется в первую очередь видом используемого клея (типом растворителя, содержанием смолы, наполнителей и т.д.). Выбор клея имеет большое значение, особенно для отечественных объектов строительства, использующих импортные материалы (в нашей стране клей для НПВХ серийно не производится).

Положительные рекомендации имеет однокомпонентный клей LOCTITPVC-U 5004, соответствующий требованиям стандартов Германии, Великобритании, Голландии, США и Франции, основные технические характеристики которого: плотность 0,96 г/см³; температура нанесения 20 °С; схватываемость 4 мин; термостойкость, идентичная П ВХ, высокая степень стойкости к химическим веществам и т.д.

На прочность склеиваемых соединений существенное влияние оказывает обработка поверхностей с целью придания им определенной шероховатости, которая напрямую отражается на условии смачивания поверхностей клеем. Кроме того, прочность (противодействие разрушающим напряжениям сдвига) и надежность работы клеевого соединения зависят от степени обезжиривания поверхностей, толщины клеевой прослойки, температуры поверхностей и продолжительности технологической паузы (промежутка между временем завершения нанесения клея и начала сопряжения поверхностей). В частности, более толстые клеевые прослойки приводят к большим внутренним напряжениям, что негативно отражается на показателях разрушающих напряжений сдвига. В отношении значений перечисленных показателей у специалистов пока нет единого мнения, так как опыт эксплуатации сетей с клеевыми соединениями пока недостаточен.

Стеклопластиковые трубы. 

Стеклопластиковые трубы изготовляют на основе полиэфирных или эпоксидных смол, армированных стекловолокном. Такие трубы производят значительно больших диаметров, чем другие пластмассовые трубы (до 3700 мм). Поскольку стеклопластиковые трубы имеют высокую прочность, рабочее давление в них может достигать 5 МПа. Трубы обладают малой теплопроводностью, хорошими диэлектрическими свойствами, высокой химической и коррозионной стойкостью, небольшой гигроскопичностью, достаточной огнестойкостью. Стеклопластиковые трубы в 4 раза легче стальных и способны выдерживать температуру до 150 °С.

Стеклопластиковые трубы могут изготовляться многослойными (Техническое руководство ТСТ-002—2004). Стенка трубопровода, выполненного из полиэфирного стеклопластика по ТУ 2296-011- 26598466—96, состоит из трех слоев:

1) внутреннего, который обеспечивает герметичность изделия и стойкость к воздействию транспортируемой агрессивной или абразивной среды;

• 2) силового, который обеспечивает механическую прочность при совместном воздействии на трубопровод внутренних и внешних нагрузок;
• 3) внешнего, который обеспечивает стойкость изделия к воздействию неблагоприятных факторов внешней среды (ультрафиолетовое облучение, влага, агрессивная среда и т.д.).

Стеклопластиковые трубы широко применяют для систем водоснабжения и ирригационных сооружений, а также в нефтяной и химической промышленности, являются практически идеальными для технологии бестраншейного восстановления старых трубопроводов, в частности методом микротоннелирования.

В нашей стране имеется большой опыт производства стеклопластиковых труб. В частности, ОАО ДПО «Пластик» выпускает трубы внутренним диаметром от 50 до 400 мм на давление до 2,5 МПа с температурой транспортируемой среды 115 °С и гарантированным сроком службы 30 лет, а холдинг «Союзполиэфиры» (по технологии фирмы TechnoBell Ltd, Великобритания) производит трубы диаметром от 300 до 2600 мм при стандартной длине 12 м.

За рубежом и в нашей стране широкое применение находят стеклопластиковые трубы фирмы «HOBAS» (Австрия).

Стеклопластиковые трубопроводы могут проектироваться подземными, наземными с последующей отсыпкой насыпи, а также надземными на опорах или комбинированными. Соединения стеклопластиковых труб могут быть муфтово-клеевыми, раструбно-клеевыми, раструбными с замком, муфтовыми с замком и фланцевыми. Выпускается также широкая гамма фасонных частей из стеклопластика.

Стеклопластиковые трубы хранятся на складах и в полевых условиях (на деревянных перекладинах или в поддонах) без изменения физико-механических свойств. Обязательным условием является хранение вдали от потенциально возможных источников пламени. На хранение материалов, используемых для монтажа (склеивания) труб, установлен ряд ограничений, в частности, соблюдение температурного режима (оптимальное значение от 25 до 40 °С) и влажности (не более 75%). При этом должна быть обеспечена полная темнота и неукоснительно соблюдаться правила пожарной безопасности.

Соединительные части для трубопроводов из полимерных материалов. Соединительные фасонные части являются важнейшими элементами трубопроводов. Различают фасонные соединения для напорных и безнапорных трубопроводов. Фасонные соединительные части для напорных трубопроводов изготовляют методом литья под давлением из специальных композиций полиэтилена и поливинилхлорида. Большинство фасонных частей изготовляют с раструбами, предназначенными для соединения с концами поливинилхлоридных труб на клею, а с концами полиэтиленовых труб — контактной сваркой. Для соединения полиэтиленовых напорных труб используются разнопроходные тройники, седелки, заглушки, отводы, колена и другие фасонные части.

Для стеклопластиковых труб выпускается собственная номенклатура фасонных частей, например отводы, фланцы и тройники (равнопроходные, переходные, концентрические с различными типами законцовок). Присоединение полиэтиленовых трубопроводов к металлической запорной арматуре и трубопроводам может быть выполнено как непосредственно при помощи разъемных соединений, так и через специальные вставки заводского изготовления с неразъемными соединениями «полиэтилен—сталь».

При монтаже трубопроводов используют как разъемные, так и неразъемные соединения. Разъемные соединения выполняют с помощью фасонных частей, имеющих раструб, резьбу или фланец, а неразъемные — с применением фасонных частей на клею или на сварке. 

Изучить:  1. Полиэтиленовые трубы.

                  2. Поливинилхлоридные трубы (ПВХ).

                        3. Стеклопластиковые трубы.

                  4. Соединительные части для трубопроводов из полимерных материалов.