Пластиковая труба представляет собой трубчатый участок или полый цилиндр, изготовленный из пластика . Обычно, но не обязательно, он имеет круглое поперечное сечение и используется главным образом для транспортировки текучих веществ — жидкостей и газов (жидкостей), суспензий, порошков и масс мелких твердых частиц. Его также можно использовать для структурных применений; полые трубы гораздо жестче на единицу веса, чем сплошные элементы.
Пластиковые трубопроводы используются для транспортировки питьевой воды , сточных вод , химикатов , нагревательных и охлаждающих жидкостей , пищевых продуктов , сверхчистых жидкостей, суспензий , газов , сжатого воздуха , ирригации , систем пластиковых напорных труб и вакуумных систем .
Существует три основных типа пластиковых труб:
Экструдированные трубы, состоящие из одного слоя однородной матрицы термопластического материала, готовой к использованию в трубопроводе.
Трубы и фитинги со структурированной стенкой представляют собой продукцию, конструкция которой оптимизирована с точки зрения использования материалов и соответствует физическим, механическим и эксплуатационным требованиям. Структурированные стеновые трубы представляют собой индивидуальные решения трубопроводных систем для различных применений и в большинстве случаев разрабатываются в сотрудничестве с пользователями.
Труба с гибким металлическим слоем в середине трех склеенных слоев. Барьерная труба используется, например, для обеспечения дополнительной защиты содержимого, проходящего по трубе (особенно питьевой воды), от агрессивных химикатов или других загрязнений при прокладке в грунте, загрязненном предыдущим использованием.
Большинство систем пластиковых труб изготовлены из термопластических материалов. Метод производства включает плавление материала, придание ему формы и последующее охлаждение. Трубы обычно производятся методом экструзии . [1]
Системы пластиковых труб удовлетворяют множеству требований к обслуживанию. Стандарты на продукцию для систем пластиковых труб разрабатываются комитетом по стандартам CEN/TC155. Эти требования описаны в наборе европейских стандартов на продукцию для каждого применения вместе с их конкретными характеристиками, например:
Пластиковые трубы способны удовлетворить конкретные требования для каждого применения. Они делают это в течение длительного срока службы, надежно и безопасно. [2] Ключевым фактором успеха является поддержание стабильно высокого уровня качества. Для пластиковых труб эти уровни определяются различными стандартами. Для эксплуатационных характеристик пластиковых труб принципиально важны два аспекта: гибкость и длительный срок службы. [3]
Акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС) используется для транспортировки питьевой воды, суспензий и химикатов. Чаще всего используется для систем DWV (дренаж-отходы-вентиляция). Имеет широкий температурный диапазон: от -40°C до +60°C.
АБС — это термопластичный материал, который был первоначально разработан в начале 1950-х годов для использования на нефтяных месторождениях и в химической промышленности. Разнообразие материала и его относительная экономическая эффективность сделали его популярным инженерным пластиком. Его можно адаптировать к широкому спектру применений, изменяя соотношение отдельных химических компонентов.
Они используются в основном в промышленности, где важны высокая ударная вязкость и жесткость.
Этот материал также используется в безнапорных трубопроводных системах для почвы и отходов. [5]
Хлорированный поливинилхлорид (ХПВХ) устойчив к воздействию многих кислот, оснований, солей, парафиновых углеводородов, галогенов и спиртов. Он не устойчив к растворителям, ароматическим веществам и некоторым хлорированным углеводородам. Он может переносить жидкости с более высокой температурой, чем ПВХ, с максимальной рабочей температурой, достигающей 200 °F (93,3 °C). Благодаря более высокому температурному порогу и химической стойкости ХПВХ является одним из основных рекомендуемых материалов в жилых, коммерческих и промышленных системах транспортировки воды и жидкостей.
Полиэтилен высокой плотности (HDPE) – трубы из полиэтилена высокой плотности прочные, гибкие и легкие. При соединении между собой он имеет нулевую скорость утечки. [6]
ПБ-1 используется в напорных системах трубопроводов горячей и холодной питьевой воды, предизолированных сетях централизованного теплоснабжения, системах поверхностного отопления и охлаждения. Ключевыми свойствами являются свариваемость, термостойкость, гибкость и устойчивость к высокому гидростатическому давлению. Один стандартный тип, PB 125, имеет минимальную требуемую прочность (MRS) 12,5 МПа. Он также имеет низкий уровень шума, низкое линейное тепловое расширение, отсутствие коррозии и кальцификации.
Трубопроводные системы ПБ-1 больше не продаются в Северной Америке. Доля рынка в Европе и Азии невелика, но стабильно растет. На некоторых рынках, например, в Кувейте, Великобритании, Корее и Испании, ПБ-1 занимает сильные позиции. [7]
Полиэтилен уже много лет успешно используется для безопасной транспортировки питьевой и сточной воды, опасных отходов и сжатых газов. Два варианта — это трубы HDPE ( полиэтилен высокой плотности ) [8] и более термостойкий PEX (сшитый полиэтилен, также XLPE).
ПЭ используется для труб с начала 1950-х годов. ПЭ трубы изготавливаются методом экструзии различных размеров. Полиэтилен легкий, гибкий и легко сваривается. Гладкая внутренняя поверхность обеспечивает хорошие характеристики текучести. Постоянное совершенствование материала улучшило его характеристики, что привело к быстрому увеличению его использования крупными компаниями по водоснабжению и газоснабжению по всему миру.
Трубы также используются в прокладочных и бетраншейных технологиях, так называемых бестраншейных технологиях, при которых трубы прокладываются без рытья траншей без каких-либо нарушений над землей. Здесь трубы можно использовать для облицовки старых трубопроводных систем, чтобы уменьшить утечки и улучшить качество воды. Таким образом, эти решения помогают инженерам восстанавливать устаревшие трубопроводные системы. Раскопки минимальны, и процесс выполняется быстро под землей.
Также несколько исследований продемонстрировали длительный опыт использования материала полиэтиленовых труб с ожидаемым сроком службы более 50 лет.
Сшитый полиэтилен обычно называют XLPE или PEX. Это термопластичный материал, который можно изготавливать тремя различными способами в зависимости от способа сшивания полимерных цепей. PEX был разработан в 1950-х годах. Он используется для изготовления труб в Европе с начала 1970-х годов и за последние несколько десятилетий быстро завоевал популярность. Часто поставляемый в бухтах, он является гибким и поэтому его можно обводить вокруг конструкций без фитингов. Его прочность при температурах от нуля до почти кипения делает его идеальным материалом для труб для систем горячего и холодного водоснабжения, радиаторного и напольного отопления, борьбы с обледенением и охлаждения потолков [9].
Полиэтилен повышенной температуры (RT) или PE-RT расширяет традиционные свойства полиэтилена. Таким образом, повышенная прочность при высоких температурах становится возможной благодаря специальной молекулярной конструкции и контролю производственного процесса.
Устойчивость к низким и высоким температурам делает PE-RT идеальным для широкого спектра применений в трубах с горячей и холодной водой.
Полипропилен пригоден для использования с пищевыми продуктами, питьевой и сверхчистой водой, а также в фармацевтической и химической промышленности.
ПП — термопластичный полимер, изготовленный из полипропилена. Впервые он был изобретен в 1950-х годах и использовался для труб с 1970-х годов. Благодаря высокой ударопрочности в сочетании с хорошей жесткостью и высокой химической стойкостью этот материал подходит для канализационных систем. Хорошие характеристики в диапазоне рабочих температур до 60 °C (140 °F) (постоянно) делают этот материал подходящим для внутренних систем сброса почвы и отходов. Специальная марка ПП, устойчивая к высоким температурам до 90 °C (194 °F) (кратковременно), делает этот материал хорошим выбором для внутреннего горячего водоснабжения. [10]
Поливинилидендифторид (ПВДФ) представляет собой довольно инерционный термопластичный фторполимер с превосходной химической и термической стойкостью, используемый в пластиковых трубопроводах. Смола ПВДФ производится путем полимеризации мономера винилиденфторида. Смола ПВДФ затем используется для изготовления труб ПВДФ, а также многих других продуктов.
Отрасли промышленности и сферы применения выбирают трубы из ПВДФ из-за их инертных и долговечных качеств. Трубы из ПВДФ чаще всего используются в химической промышленности из-за его способности пропускать агрессивные, коррозионно-активные растворы. Трубы из ПВДФ также широко используются в приложениях высокой чистоты, производстве полупроводников, электронике/электрике, фармацевтических разработках и переработке ядерных отходов.
Спецификации и эксплуатационные характеристики труб из ПВДФ допускают использование труб из ПВДФ при температуре до 248 °F (120 °C) в условиях системы под давлением. Труба не поддерживает рост грибков в соответствии со стандартным военным методом испытаний 508, 81-0B. В отличие от других распространенных термопластических труб (НПВХ, ХПВХ, ПЭ, ПП), ПВДФ не проявляет чувствительности к ультрафиолетовому излучению или окислительному повреждению озона, что позволяет использовать его в течение длительного времени на открытом воздухе. [11]
НПВХ или ПВХ-У — термопластичный материал, полученный из поваренной соли и ископаемого топлива. Материал труб имеет самый длинный послужной список среди всех пластиковых материалов. Первые трубы ПВХ были изготовлены в 1930-х годах. Начиная с 1950-х годов трубы из ПВХ использовались для замены корродированных металлических труб и, таким образом, доставляли пресную питьевую воду растущему сельскому, а затем и городскому населению. Трубы из ПВХ сертифицированы как безопасные для питьевой воды в соответствии со стандартом NSF 61 и широко используются в водопроводах и водопроводах по всей Северной Америке и по всему миру. ПВХ разрешен к использованию в канализационных трубах в домах и является наиболее часто используемой трубой для канализационных систем.
Вскоре последовали и другие применения под давлением и без давления в области канализации, почвы и отходов, газа (низкое давление) и защиты кабелей. Таким образом, вклад этого материала в общественное здравоохранение, гигиену и благополучие был значительным.
Трубы из поливинилхлорида или непластифицированного поливинилхлорида (непластифицированного поливинилхлорида) плохо подходят для линий горячего водоснабжения, и с 2006 года их использование внутри линий водоснабжения в домах в США запрещено. Код IRC P2904.5 ПВХ не указан.
ПВХ обладает высокой химической стойкостью во всем диапазоне рабочих температур и в широком диапазоне рабочих давлений. Максимальная рабочая температура составляет 140 °F (60 °C), а максимальное рабочее давление: 450 фунтов на квадратный дюйм (3100 кПа). Благодаря своим долговременным прочностным характеристикам, высокой жесткости и экономической эффективности, системы ПВХ составляют большую часть установок пластиковых трубопроводов, и, по некоторым оценкам, в настоящее время в эксплуатации находится более 2 000 000 миль (3 200 000 км) труб из ПВХ.
На основе стандартного поливинилхлоридного материала используются еще три варианта.
Один вариант, названный ОПВХ или ПВХО, представляет собой важную веху в истории технологии пластиковых труб. Эта молекулярно-ориентированная двухосная высокопроизводительная версия сочетает в себе более высокую прочность с повышенной ударопрочностью.
Пластичным вариантом является МПВХ, поливинилхлорид, модифицированный акрилом или хлорированным полиэтиленом. Этот более пластичный материал с высокой стойкостью к разрушению используется в приложениях с повышенными требованиями, где важна устойчивость к растрескиванию и коррозии под напряжением. В нескольких исследованиях был изучен многолетний опыт производства труб из ПВХ. Недавние исследования, проведенные немецким KRV и голландским TNO, подтвердили, что напорные водопроводные трубы из ПВХ при правильной установке имеют срок службы более 100 лет. [12]
Пластиковые трубы используются в эксплуатации более 50 лет. Прогнозируемый срок службы пластиковых трубопроводных систем превышает 100 лет. Несколько отраслевых исследований продемонстрировали этот прогноз.
Материалы пластиковых труб всегда классифицировались на основе длительных испытаний под давлением. Измеренное время разрушения в зависимости от напряжений в стенке трубы было продемонстрировано на так называемых кривых регрессии.
По экстраполяции , основанной на измеренном времени отказа, было рассчитано, что оно достигнет 50 лет. За основу классификации был взят прогнозируемый стресс отказа в 50 лет. Это значение называется MRS (минимально необходимый стресс) для 50 лет. [13]
Некоторыми причинами, по которым системы пластиковых трубопроводов могут выйти из строя, являются плохое соединение / склеивание продукта во время установки и естественные физические повреждения, например, в результате проникновения корней деревьев.
Пластиковые трубы классифицируются по кольцевой жесткости . Предпочтительные классы жесткости, как описано в нескольких стандартах на продукцию: SN2, SN4, SN8 и SN16, где SN — номинальная жесткость (кН/м2). Жесткость труб важна, если они должны выдерживать внешние нагрузки при монтаже. Чем выше показатель, тем жестче труба.
После правильной установки прогиб трубы остается ограниченным, но в некоторой степени будет продолжаться некоторое время. По отношению к почве, в которую она заложена, пластиковая труба ведет себя «гибко». Это значит, что дальнейший прогиб во времени зависит от осадки грунта вокруг трубы.
По сути, труба следует за движением грунта или осадкой засыпки, как это называют техники. Это означает, что хороший монтаж труб приведет к хорошей осадке почвы. Дальнейшее отклонение останется ограниченным.
В случае гибких труб нагрузка на грунт распределяется и поддерживается окружающей почвой. Напряжения и деформации, вызванные прогибом трубы, будут возникать внутри стенки трубы. Однако вызванные напряжения никогда не превысят допустимые предельные значения.
Термопластическое поведение материала трубы таково, что возникающие напряжения релаксируют до низкого уровня. Следует отметить, что индуцированные деформации значительно ниже допустимых уровней.
Такое гибкое поведение означает, что труба не выйдет из строя. Он будет лишь сильнее прогибаться, сохраняя при этом свою функцию и не ломаясь.
Однако жесткие трубы по своей природе не являются гибкими и не повторяют движений грунта. Они выдержат все нагрузки на грунт, независимо от просадки грунта. Это означает, что, когда жесткая труба подвергается чрезмерной нагрузке, она быстрее достигает предельных значений напряжения и разрушается.
Таким образом, можно сделать вывод, что гибкость пластиковых труб обеспечивает дополнительную безопасность. Подземные трубы нуждаются в гибкости. [14]
Трубы, фитинги, клапаны и аксессуары составляют систему пластиковых напорных трубопроводов. Диапазон диаметров труб для каждой трубопроводной системы различается. Однако размер колеблется от 12 до 400 мм (от 0,472 до 15,748 дюйма) и от 3 ⁄ 8 до 16 дюймов (от 9,53 до 406,40 мм). Трубы экструдируются и обычно доступны в следующих вариантах: 3 м (9,84 фута), 4 м (13,12 фута), 5 м (16,40 фута) и 6 м (19,69 фута) прямые длины и 25 м (82,02 фута), 50 м ( Рулоны длиной 164,04 фута, 100 м (328,08 фута) и 200 м (656,17 фута) для ПЭВД и ПЭВП.
Трубопроводные фитинги изготавливаются литыми и выпускаются различных размеров: тройник 90° (прямой и переходной), тройник 45°, крестовой равный, колено 90° (прямое и переходное), колено 45°, колено с коротким радиусом 90°, муфта/муфта (прямая). и переходной), муфта, торцевые крышки, переходная втулка, а также заглушка, полнолицевые и заглушки. Клапаны изготавливаются методом формования и бывают разных типов: шаровые краны (также многоходовые клапаны), дроссельные клапаны , пружинные, шаровые и поворотно-обратные обратные клапаны, мембранные клапаны , шиберные задвижки, шаровые клапаны и устройства сброса/снижения давления. клапаны. Аксессуары включают растворители, чистящие средства, клеи, зажимы, опорные кольца и прокладки.
