Список тематических статей

Трубы большого диаметра

О ПЭ трубах

Трубы из полимеров – важнейшее изобретение 20 века, позволившее сделать скачок в развитии трубопроводных коммуникаций. Их используют для передачи на разные расстояния всевозможных жидких или газообразных продуктов. Полиэтиленовые трубы схожи по свойствам и областям применения с прочими пластмассовыми трубами, но имеют некоторые особенности, связанные с особенностями ПЭ.

Основные характеристики труб из полиэтилена:

Полиэтилен всех марок химически стоек и нейтрален к агрессивным средам.

• Материал не выделяет вредных, ядовитых, неприятных на вкус или обладающих неприятным запахом веществ при эксплуатации трубопровода из ПЭ.

• Стенки ПЭ трубы при соблюдении технологии производства являются гладкими, что позволяет снизить гидравлическое сопротивление течению и не допустить отложений солей на стенках.

• Срок эксплуатации полиэтиленового трубопровода — 50 лет.

• Трубы гораздо легче металлических и керамических аналогов.

• Легко можно резать, монтаж несложен, доступные инструменты, до определенного предела можно изгибать.

• ПЭ трубы не подвержены коррозии, не электропроводны.

• Существует возможность соединения труб небольших диаметров специальными фитингами, устанавливаемыми вручную без сварки и оборудования.

• ПЭ хороший звукоизолятор, что избавляет от ненужного шума от труб.

• Стоимость труб из полиэтилена существенно ниже аналогичных металлических конструкций.

• Трубопровод несложно поддается модификации путем врезки необходимых фитингов и установки новых труб или подключения устройств.

Главные недостатки полиэтиленовых труб:

Полиэтилен по своим характеристикам достаточно пожароопасен и в ходе горения может образовывать вредные химические соединения.

1. У него плохая стойкость к ультрафиолетовому свету, что приводит к деструкции материала, а следовательно к его хрупкости и ломкости при длительном нахождении под солнечными лучами. К счастью, это не касается сшитого полиэтилена (PEX-труб), завоевывающему все большую популярность.

2. У полиэтилена довольно высокий коэффициент линейного температурного расширения. Необходимо ставить компенсаторы для устранения возможных температурных удлинений труб.

3. Если в ПЭ трубе замерзнет вода, то лед может повредить или разорвать ее.

Внешний вид, размеры и маркировка

Трубы из ПЭ в том числе большого диаметра могут быть черного или синего цвета, также возможны другие цвета, например оранжевый для волоконных кабелей связи или красный цвет для изделий из PE-X. Вдоль по наружным стенкам изделия могут быть при помощи коэкструзии нанесены полоски различных цветов, например синего для холодной воды или желтого для газа. Обычно трубы небольших диаметров выпускают в бухтах по 20, 100 и более метров, а большие диаметры – отрезками почти всегда по 12 метров.  

Рис.1. Трубы небольшого диаметра в бухтах

Размеры ПЭ труб могут очень сильно отличаться друг от друга. Применяют как тонкие трубки с диаметром от 20 мм, так и гигантские до 3 метров в диаметре. В домашнем хозяйстве применяются обычно 40-миллиметровые трубы для подвода воды и 100-160 миллиметровые для стояков различных систем. Изделия с диаметром боле 160 мм, среди них и рассматриваемые ниже трубы из полиэтилена большого диаметра применяются в различных отраслях промышленности.

Маркировка пластиковых труб отличается от маркировки металлических, т.к. обозначение идет по наружному диаметру. Именно по нему происходит калибровка в процессе производства на экструзионных линиях. При этом толщина трубной стенки может варьироваться достаточно широко в зависимости от назначения изделий и внутренних давлений, которое оно должно выдерживать. Значение толщины в обозначении трубы указывают после диаметра, например марка 40х3,7 значит, что она имеет диаметр 40 мм, а ее толщина стенки равна 3,7 мм.

Также в обозначении полимерных труб используется обозначение SDR, которое равно отношению длины диаметра к стенке. В общем виде это число кратко отражает прочность изделия. Более низкое значение SDR говорит о том, что это изделие прочнее и стенка ее относительно толще, чем у трубы такого же диаметра, но с большим SDR.

Материалы

ПЭ трубы в общем виде производят из полиэтилена высокой плотности, он же полиэтилен низкого давления или ПЭНД (ПНД). Тем не менее, внутри ПЭНД также подразделяется на многочисленные марки, из которых трубные марки полиэтилена обозначают для простоты соответствующими градации плотности и упаковкой макромолекул числами после аббревиатуры ПЭ. Наиболее простыми и практически уже не использующимися для серьезных задач марками являются ПЭ32 и ПЭ63, обладающие слабыми прочностными характеристиками.

Марка ПЭ80 не так давно была основной, она может применяться для напорного водоснабжения при положительных температурах. Трубопроводы из ПЭ100 на сегодня одни из самых прочных, подходят для любых применений даже при высоких давлениях. Из недостатков PE100 и ПЭ выше 100 (PE100+), который тоже начинается активно применяться, их высокая плотность и соответственно утяжеление трубопровода.

Кроме описанных типов полиэтилена для труб также применяется упомянутый ранее сшитый PEX, а также армированный полиэтилен, их прочностные характеристики выше. Трубы могут армироваться волокнами полиамида, полистирола или ПВХ. Это происходит непосредственно при экструзии в формующем инструменте линии, что, конечно, усложняет техпроцесс и удорожает оборудование.

Регулирующие стандарты

Все изготавливаемые полиэтиленовые трубы подлежат строгой стандартизации, т.к. речь идет о безопасности зданий, сооружений и коммуникаций. Для этого применяются государственные и отраслевые стандарты. В Советском Союзе практически не было индустрии полимерных труб и, соответственно, не было стандартов для них. Вся документация разрабатывалась уже после 1990-х годов.

Основными российскими стандартами являются: ГОСТ 18599-2001, ГОСТ Р 50838-2009 и ГОСТ 32415-2013.

История производства

Первые попытки выпуска труб большого диаметра в Советском Союзе датируются к 1970-м годами. Тогда на основе наработок «завода пластмассовых изделий» г. Вильнюс (нынешняя Литва) и московского НПО "Пластик" была запущена линия по изготовлению труб из полиэтилена 630 миллиметрового диаметра. Позднее Казанское ПО "Органический синтез" (нынешнее ОАО «Казаньоргсинтез», Татарстан) освоило выпуск 1000-миллиметровых изделий, правда, на импортном оборудовании.

Рис.2. Экструзия большого диаметра

В независимой России поначалу было тоже не до полиэтиленовых труб, особенно крупных. Первая линия для их выпуска, перешагнувшая метровый рубеж, была запущена на Климовском ТЗ "Евротрубпласта" (принадлежит ныне Группе «Полипластик») в 2003 году. На ней можно выпускать продукцию от 315 до 1200 миллиметров и производительностью порядка 1000 кг в час. История компании гласит, что после тщательного изучения рынка и собственных возможностей компанией было решено приобрести только часть оборудования, а не полностью линию. Калибраторы, вакуумники и охлаждающие ванны разработали и изготовили местные инженеры и подрядчики. У европейских изготовителей были куплены экструдер, головка, тянущее и отрезное устройства.

В 2015 году Климовский трубный завод «Полипластика» расширил ассортимент продукции большого диаметра до 3000 мм. Теперь среди номенклатуры заводы числятся несколько марок гофрированных изделий диаметром более 2 метров и гладких труб до 1600 мм.

Кроме лидера отечественного полимерного трубостроения, продукты диаметром более 1 метра предлагают еще несколько предприятий. В частности, «Казаньоргсинтез» производит напорные водопроводные ПЭ трубы размером до 1200 миллиметров, причем с использования ПЭ-63 линии были модернизированы на применение более современного ПЭ-80. Подмосковная фирма «ТехСтройПолимер» выпускает трубы из ПЭ 100 по ГОСТ 18599-2001 и ГОСТ Р 50838-2009 для водоснабжения и газоснабжения диаметром до 1200 мм. Ленинградский трубный завод (Группа «БалтЭнергосистемы», Санкт-Петербург) также декларирует производство изделий большого диаметра.

Технология больших ПЭ труб

Экструзионная линия для выпуска как больших, так и малых диаметров состоит из обычно одношнекового экструдера (и при необходимости со-экструдера), формующего трубного инструмента (головки), калибраторов, вакуумных ванн, охлаждающих ванн, тянущего устройства и отрезной пилы.

Техпроцесс изготовления трубы состоит из операций: загрузка гранулированного полиэтилена в воронку экструдера, плавление и гомогенизация ПЭ, оформление трубного рукава в головке, выход рукава и его калибрование в сухом охлаждаемом калибраторе, снижение температуры изделия и до-калибрация в ваннах, маркировка трубы при необходимости, разрезка продукта на мерные части (в случае малых диаметров – формирование бухты).

Экструдеры при выпуске полиэтиленовых труб большого диаметра используются стандартные, но с большой производительностью. Для получения большего выхода материала в зоне загрузки экструдера устанавливают рифленые охлаждаемые втулки. Они обеспечивают рост давления в зоне загрузки, а весь оставшийся цилиндр и трубная головка дальше по длине работает как насос для прокачки расплавленного ПЭ без транспортировки оного. Такая конструкция вместе с использованием современных барьерных шнеков позволила повысить выход продукции в несколько раз по сравнению с первыми образцами экструдеров 1970-198-х годов. Сейчас экструдер со шнеком 120 мм имеет производительность с получением высококачественной трубы в 1200 кг в час и более.

Трубная головка герметично прикрепляется к экструдеру в месте выхода расплава, и состоит из дорна в центре, который отвечает за формование внутренней стенки; дорнодержателя, фиксирующего и центрующего дорн, корпуса, и матрицы, оформляющую наружную поверхность изделия. Именно дорн и дорнодержатель отличают трубные головки от всех остальных экструзионных инструментов. При выпуске описываемых крупных труб в конструкции головки присутствуют некоторые особенности. Использование классического трубного дорна и дорнодержателя проводит к огранке внутреннего цилиндра трубы. Для избегания этого эффекта дорнодержатель изготавливается специальных конструкций в виде перпендикулярных течению полимера цилиндрических каналов. Выравнивающая зона при этом конструируется либо винтовой, со снижающейся глубиной витка, либо типа стакана-сетки с перфорацией.

Используются две технологии калибровки: пневмокалибрование и вакуумкалибрование в зависимости от природы воздействия на поверхность трубной заготовки после выхода из головки. При пневмокалибровании создается избыток давления внутри изделия, которое прижимает рукав к наружному калибру. Недостатком метода является необходимость заглушения торца трубы для создания герметичной полости внутри. Это допустимо и применяется для небольшой трубы, которую можно просто пережать. Однако, для больших диаметров заглушающие пробки очень неудобны и громоздки, такая технология используется очень редко.  

При вакуумкалибровании трубы в ее полости также создается избыточное давление, но обратным способом – путем снижения давления вокруг изделия. Трубный рукав после выхода из головки поступает в вакуумный калибратор, где создается разрежение от 10 до 90 кПа. Трудность этого метода заключается в необходимости либо адаптировать формующий инструмент и калибраторы к трубам с разными толщинами стенок, но одинаковым диаметром (разным SDR), либо каждый раз при перенастройке менять инструмент. Для изделий большого диаметра такая операция трудоемка и затратна по времени, не говоря уже о высокой стоимости каждого комплекта оснастки. Тем не менее, вакуумкалибрование ПЭ труб большого диаметра получило гораздо большее распространение чем пневмокалибрование.

Применение труб большого диаметра

Полиэтиленовые трубы большого диаметра применяются при реализации достаточно больших строительных проектов. На сегодняшний день им практически нет альтернативы по стоимости и комплексу полезных свойств.

Рис.3. Монтаж трубопровода

Основными областями применения больших ПЭ труб являются: замена устаревших водопроводов из бетона, стали или чугуна; транспортировка большого количества газа или жидкости под давлением; прокладка новых крупных линий коммуникаций, водопровода, канализации.

Полиэтиленовые трубопроводы большого диаметра и достаточной жесткости можно закладывать на глубину до 16 метров.