Полипропиленовые трубы: свойства материала и совместимость

Полипропиленовые трубы: свойства материала и совместимость

Полипропиленовые трубы, получившие широкое распространение в разных сферах народного хозяйства, обладают всеми основными преимуществами полиэтилена. Этот материал позволяет значительно снизить затраты на установку и весь срок обслуживания по сравнению с традиционными металлическими трубопроводами. Сегодня освоено производство полипропиленовых труб, наделяемых различными технологическими свойствами, обладающих разными техническими характеристиками. Рассмотрим наиболее часто используемые из таких продуктов – полипропиленовые трубы PE80 и PE100.

Характеристика популярных продуктов PE

Маркой PE80 характеризуется полиэтиленовый материал, продукты из которого в течение многих лет широко используется для газового, водного и промышленного применения.

Существуют модификации PE80, отмеченные аббревиатурами MDPE и HDPE, что определяют характеристики долговечности и стойкости материала. Полипропиленовые трубы MDPE PE80 считаются более стойкими и долговечными по сравнению с HDPE.

Марка PE100 используется для обозначения полиэтилена ещё более высоких эксплуатационных качеств. Как правило, марку полиэтиленовых труб PE100 дополняет термин «Excel», указывающий на расширенные технические характеристики.

Марка PE100 отличается от PE80 более выраженной устойчивостью к нагрузкам и эксплуатационным условиям. При этом стенки PE100 имеют меньшую толщину при одинаковом рабочем давлении с PE80.

Свойства полипропиленовой трубы
На рисунке показаны характерные отличия изделий под маркой PE80 от продуктов, выпускаемых под маркой PE100 Excel

Обе марки изделий допускается эксплуатировать при непрерывном давлении в условиях температур не выше 60°C для жидкостей, включая канализацию и промышленные стоки. Для газообразной среды ограничение по температуре составляет 40°C.

Следует отметить:

полипропиленовые трубы «Excel» PE100 имеет преимущества перед PE80 в диапазоне низких температур, показывая устойчивость эксплуатации до -20°C.

Стандартный размерный коэффициент (SDR)

Одним из элементов информации, заявленных на полипропиленовой трубе и на фитингах, является стандартное отношение размеров.

На всех малоразмерных полипропиленовых трубах (<25 мм) соотношение между толщиной стенки и наружным диаметром остается постоянным при заданном рабочем давлении.

Эта зависимость называется стандартным размерным отношением (SDR — Standard Dimensional Ratio) и может быть выражена уравнением:

SDR = Do / h

где: Do – внешний диаметр, мм; h – толщина стенки, мм.

Реверсирование и овальность изделий

После изготовления полипропиленовых труб неизбежно возникает несущественный дефект – небольшая овальность. Этот дефект может проявляться также в процессе работы с полипропиленовыми трубами, когда изделия разрезаются по размеру.

Поэтому внешний диаметр необходимо измерять на расстоянии, по меньшей мере, равном одному размеру диаметра, взятого от конца полипропиленовой трубы.

Однако дефект овальности никак не наносит ущерба ни самой полипропиленовой трубе, ни соединениям при условии, когда сопряжение по всей площади осуществляется в соответствии с признанными процедурами сварки плавлением.

Сваренная экструзионной плавкой полипропиленовая труба обычно демонстрирует степень овальности 3,5% (прямые детали) — 6% (спиральные детали) для размерного коэффициента SDR11, и около 12% для SDR17 (SDR17.6).

Размерность полиэтиленовой трубы
Взаимосвязь между толщиной стенки и наружным
диаметром полипропиленовой трубы: H — размерность по наружному диаметру; L — размер толщины стенки

Производители стремятся сокращать дефект овальности и некоторым фирмам (например, GPS) удалось достичь параметра SDR17 менее 5%.

Важно понимать — свёрнутое в рулон изделие при определённых условиях проявляет более высокую степень овальности. Эта ситуация может ухудшиться за счет длительного хранения в вертикальной плоскости, особенно если выполняется предварительное хлорирование.

Радиус изгиба полипропиленовых труб

Минимальный радиус изгиба для полипропиленовых труб в 15 раз превосходит OD (внешний диаметр) в оптимальных условиях (температура окружающей среды и низкий SDR).

Более типичный и безопасный радиус изгиба для полипропиленовых труб SDR11 и SDR17 составляет 25-кратное увеличение по отношению к наружному диаметру.

Для тонкостенных труб SDR26 и SDR33 эти значения должны быть увеличены на 50%. Электромонтажные или механические соединения и фитинги обычно не включаются в секции трубопроводов, которые должны быть согнуты.

Вместо этого трубопровод оснащается уже сформированным изгибом (коленом), чем предотвращается чрезмерное напряжение.

В случае если полипропиленовая труба поставлялась в катушке, приведенные выше значения радиуса изгиба применяются, только если полипропиленовая труба сгибается в том же направлении, в котором находилась свернутой в катушку.

Линейное тепловое расширение и сокращение

Средние коэффициенты линейного теплового расширения от 20ºC до 60ºC (1,5×10-4 ºC-1) для PE80 (MDPE) и (1,3×10-4 ºC-1) для «Excel» (PE100) примерно в десять раз превышают аналогичные значения металла.

Это необходимо учитывать при проектировании полиэтиленовых трубопроводов в условиях значительного изменения температуры (например, над землей).

Если вышеуказанное изменение длины составляет 8 мм для PE80 и 9 мм для «Excel» (PE100) на общую длину 6 м при изменении температуры на 10ºC, следует лучше оценить величину потенциального теплового расширения.

Дефект овальности труб
Дефект овальности полипропиленовых труб, вызванный механическими нагрузками, допустимо компенсировать специальными накладными обручами, одновременно исполняющими роль крепёжных анкеров

В наземных условиях естественная гибкость трубы в сочетании с разумной установкой анкеров и опорных кронштейнов должна компенсировать расширение и сжатие при изменении направления и т. д.

Инсталляции, где используются полностью торцевые точки опоры, сжимающие или растягивающие усилия, установленные в трубопроводе из-за ограничения теплового движения, долговременную производительность не снижается.

Однако влияние этих сил на опоры полипропиленовой трубы, вспомогательное оборудование и т. п., необходимо учитывать.

Потенциал для теплового движения представляет собой особую проблему, когда полипропиленовая труба с полной нагрузкой подключается механическим соединением к любой системе без учёта нагрузки.

Очень важно, чтобы такие переходы были надежно закреплены, дабы избежать риска возникновения каких-либо дефектов в механически соединенной зоне.

Использование фланца из полиэтилена видится логичным для передачи конечной нагрузки в бетонный упорный блок. Альтернативное решение – установка между фланцем на конце полипропиленовой трубы и встречным металлическим трубопроводом двойного фланца из чугуна.

Созданное соединение заливается бетонным упорным блоком, чем обеспечивается надёжное закрепление. Полипропиленовые трубы допустимо заключать в бетон, однако должна быть обеспечена защита путем установки полиэтиленовой мембраны, которая должна выходить за пределы бетонной зоны.

Крепление трубопровода анкерами

Одной из основных особенностей полностью интегрированной сварной трубы из полипропилена является хорошая устойчивость к нагрузкам.

Установка анкеров обычно не требуется на стыках, изгибах и концевых соединениях, при условии, когда все связанные фитинги сами по себе являются полностью нагруженными.

Необходимы ограничители, когда требуется подключать соединения к системам, не несущим концевых нагрузок, для того, чтобы противостоять осевым нагрузкам, возникающим в результате эффектов термических изменений или давления.

Сварные соединения, обеспечивающие необходимую степень сопротивления торцевой нагрузке, а также места, где используются механические фитинги, должны соответствовать типам конструкции (WIS 4-24-01).

Крепление магистрального трубопровода
Пример крепления магистрального трубопровода с использованием опорных бетонных блоков. Подобная инсталляция характерна для промышленного применения

Когда сдерживаемый полипропиленовый трубопровод подвергается внутреннему давлению и/или изменению температуры, фиксируется продольное напряжение.

В случае незакреплённой полипропиленовой трубы это напряжение приведёт к сужению или расширению трубопровода.

Фактор повышения давления

Соотношение между силой напряжения и внутренним давлением выглядит следующим образом:

Hs = Pi x (SDR – 1) / 20

где: Hs – сила напряжения, MPa; Pi – внутреннее давление, атм; SDR – стандартный размерный коэффициент.

Связанное продольное напряжение, возникающее в сдерживаемом полиэтиленовом трубопроводе, является продуктом сил напряжения и коэффициента Пуассона (0,48 для полипропиленовых труб).

Это напряжение воздействует на площадь поперечного сечения, провоцируя конечную нагрузку на растяжение, которая не зависит от длины трубопровода.

Тепловая деформация изменением температуры

Тепловая деформация, возникающая в результате изменения температуры, является результатом линейного коэффициента расширения и температурных скачков.

Получаемое продольное термически индуцированное напряжение внутри полностью закрытого трубопровода является продуктом тепловой деформации и модуля упругости (что зависит от времени и температуры).

Это продольное тепловое напряжение действует по площади поперечного сечения полипропиленовой трубы, что приводит к нагрузкам растяжения или сжатия в зависимости от характера изменения температуры.

В безударном трубопроводе изменение длины относительно исходной, возникающее в результате колебаний температуры, является продуктом тепловой деформации.

Свойства изоляции полипропилена

Полиэтилен является хорошим изолятором и способен достаточно эффективно предотвращать замораживание жидкости, содержащейся в полипропиленовой трубе.

Даже если происходит замерзание, полипропиленовая труба не разрывается, так как способна безопасно расширяться под увеличение объема.

Тем не менее, трубопроводная система нуждается в защите против замерзания, в основном по причине предотвращения ограничения протока.

Стойкость полиэтилена к истиранию

Полипропиленовые трубы обладают значительным преимуществом перед такими же изделиями из других материалов по внутренней стойкости к истиранию.

Например, если полипропиленовая труба предназначена для транспортировки с низкой скоростью абразивных сред, таких как суспензия твердых частиц.

Эта стойкость к истиранию в сочетании с гибкостью, прочностью и отсутствием коррозии, делает полипропиленовые трубы идеальным, когда традиционные материалы видятся совершенно непригодными.

Сопротивление истиранию зависит от характеристик суспензии и параметров потока, но во многих случаях предсказуемо.

Полипропиленовая труба успешно используется для следующих видов прокачиваемых абразивных сред:

  • зольная пыль,
  • глиняные шлаки,
  • различные промышленные стоки.

Кроме того, практически доказано, что во время установки абразивные элементы типичных грунтов и обратных засыпок оказывают незначительное воздействие на внешнюю поверхность полипропиленовой трубы.

Химическая сопротивляемость в целом

Полиэтилен хорошо известен хорошей стойкостью к химическим воздействиям. Степень сопротивления конкретному химическому веществу зависит от концентрации, температуры и рабочего давления. Каждый из этих параметров оказывает влияние на долговечность трубопроводной системы.

Полиэтилен не гниет, не ржавеет, не растрескивается, не корродирует и не утрачивает толщину стенки, вступая в химическую или электрическую реакцию с окружающей почвой. Полиэтилен исключает рост водорослей, бактерий или грибков и не влияет на их популяции.

Особый уход за трубопроводами необходим только в промышленном применении, когда сточные воды содержат определенные химикаты.

При соответствующих условиях давления и температуры химикаты, перечисленные ниже, могут оказывать вредное воздействие, проникать сквозь стенку полипропиленовой трубы, загрязнять носитель.

Масла:

  • животные,
  • растительные или минеральные,
  • бензин, креозот, скипидар
  • силиконовые жидкости.

Органические растворители:

  • бензин и дизельное топливо;
  • растворители;
  • ацетальдегид;
  • бензол и соединения;
  • целлюлозные разбавители;
  • растворимая нафта;
  • дисульфид углерода, тетрахлорметан, хлороформ;
  • дихлорэтилен, трихлорэтилен, эфиры и терпены, угольная смола.

Галогены:

  • фтор,
  • хлор,
  • бром в высоких концентрациях,
  • диоксид хлора.

Кислоты:

  • ледяная уксусная;
  • хлорсульфоновая;
  • крезиловая;
  • хромовая;
  • азотная (более 25%);
  • фосфорная (более 50%)
  • серная (более 70%).

 


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *