Пластиковая труба — это трубчатая секция или полый цилиндр, изготовленный из пластика . Обычно, но не обязательно, имеет круглое поперечное сечение, используется в основном для транспортировки веществ, которые могут течь — жидкостей и газов (текучих сред), пульп, порошков и масс мелких твердых частиц. Также может использоваться в структурных приложениях; полые трубы намного жестче на единицу веса, чем сплошные элементы.
Пластиковые трубопроводы используются для транспортировки питьевой воды , сточных вод , химикатов , теплоносителей и охлаждающих жидкостей , продуктов питания , сверхчистых жидкостей, шламов , газов , сжатого воздуха , для орошения , в системах пластиковых напорных трубопроводов и в вакуумных системах .
Существует три основных типа пластиковых труб:
Экструдированные трубы, состоящие из одного слоя однородной матрицы термопластичного материала, готового к использованию в трубопроводе.
Трубы и фитинги со структурированной стенкой — это изделия, которые имеют оптимизированную конструкцию с учетом использования материала для достижения физических, механических и эксплуатационных требований. Трубы со структурированной стенкой — это индивидуальные решения для трубопроводных систем, для различных применений и в большинстве случаев разработанные в сотрудничестве с пользователями.
Труба, включающая гибкий металлический слой в качестве среднего из трех связанных слоев. Барьерная труба используется, например, для обеспечения дополнительной защиты содержимого, проходящего через трубу (в частности, питьевой воды), от агрессивных химикатов или других загрязнений при прокладке в почве, загрязненной предыдущим использованием.
Большинство пластиковых трубных систем изготавливаются из термопластичных материалов. Метод производства включает плавление материала, формование и последующее охлаждение. Трубы обычно производятся методом экструзии . [1]
Пластиковые трубопроводные системы отвечают различным требованиям к обслуживанию. Стандарты продукции для пластиковых трубопроводных систем разрабатываются в рамках комитета по стандартам CEN/TC155. Эти требования описаны в наборе европейских стандартов продукции для каждого применения вместе с их конкретными характеристиками, например:
Пластиковые трубы способны удовлетворять конкретным требованиям для каждого применения. Они делают это в течение длительного срока службы, с надежностью и безопасностью. [2] Ключевой фактор успеха достигается путем поддержания постоянно высокого уровня качества. Для пластиковых труб эти уровни определяются различными стандартами. Два аспекта имеют принципиальное значение для производительности пластиковых труб: гибкость и длительный срок службы. [3]
Акрилонитрилбутадиенстирол (АБС) используется для транспортировки питьевой воды, пульп и химикатов. Чаще всего используется для DWV (дренаж-отходы-вентиляция). Имеет широкий температурный диапазон от -40 °C до +60 °C.
ABS — это термопластичный материал, изначально разработанный в начале 1950-х годов для использования на нефтяных месторождениях и в химической промышленности. Изменчивость материала и его относительная экономическая эффективность сделали его популярным конструкционным пластиком. Его можно адаптировать для различных применений, изменяя соотношение отдельных химических компонентов.
Они используются в основном в промышленных целях, где важны высокая ударная вязкость и жесткость.
Этот материал также используется в безнапорных трубопроводных системах для почвы и отходов. [5]
Хлорированный поливинилхлорид (ХПВХ) устойчив ко многим кислотам, основаниям, солям, парафиновым углеводородам, галогенам и спиртам. Он не устойчив к растворителям, ароматическим соединениям и некоторым хлорированным углеводородам. Он может переносить более высокотемпературные жидкости, чем uPVC, с максимальной рабочей температурой, достигающей 200 °F (93,3 °C). Благодаря своему более высокому температурному порогу и химической стойкости ХПВХ является одним из основных рекомендуемых материалов для транспортировки воды и жидкостей в жилых, коммерческих и промышленных помещениях.
Полиэтилен высокой плотности (HDPE) - труба HDPE прочная, гибкая и легкая. Она имеет нулевую скорость утечки при сварке. [6]
PB-1 используется в системах напорных трубопроводов для горячей и холодной питьевой воды, предварительно изолированных сетях централизованного теплоснабжения, а также в системах поверхностного отопления и охлаждения. Основные свойства — свариваемость, термостойкость, гибкость и высокая гидростатическая стойкость. Один стандартный тип, PB 125, имеет минимально необходимую прочность (MRS) 12,5 МПа. Он также имеет низкую передачу шума, низкое линейное тепловое расширение, не подвержен коррозии и кальцификации.
Трубопроводные системы PB-1 больше не продаются в Северной Америке. Доля рынка в Европе и Азии невелика, но неуклонно растет. На некоторых рынках, например, в Кувейте, Великобритании, Корее и Испании, PB-1 занимает прочные позиции. [7]
Полиэтилен успешно используется для безопасной транспортировки питьевой и сточной воды, опасных отходов и сжатых газов в течение многих лет. Два варианта — это трубы из HDPE ( полиэтилен высокой плотности ) [8] и более термостойкий PEX (сшитый полиэтилен, также XLPE).
ПЭ используется для труб с начала 1950-х годов. Трубы из ПЭ изготавливаются методом экструзии в различных размерах. ПЭ легкий, гибкий и легко сваривается. Его гладкая внутренняя отделка обеспечивает хорошие характеристики потока. Постоянное развитие материала улучшило его характеристики, что привело к быстрому росту использования крупными компаниями по водоснабжению и газоснабжению по всему миру.
Трубы также используются в облицовочных и бестраншейных технологиях, так называемых бестраншейных применениях, где трубы устанавливаются без рытья траншей без каких-либо нарушений над землей. Здесь трубы могут использоваться для облицовки старых систем труб для уменьшения утечек и улучшения качества воды. Таким образом, эти решения помогают инженерам восстанавливать устаревшие системы труб. Выемка грунта минимальна, и процесс выполняется быстро под землей.
Также ряд исследований продемонстрировал длительный срок службы полиэтиленовых труб, а также ожидаемый срок службы более 50 лет.
Сшитый полиэтилен обычно называют XLPE или PEX. Это термопластичный материал, который может быть изготовлен тремя различными способами в зависимости от того, как происходит сшивание полимерных цепей. PEX был разработан в 1950-х годах. Он использовался для труб в Европе с начала 1970-х годов и быстро набирает популярность в течение последних нескольких десятилетий. Часто поставляемый в рулонах, он гибкий и поэтому может быть проложен вокруг конструкций без фитингов. Его прочность при температурах от минусовой до почти кипящей делает его идеальным материалом для труб для установок горячего и холодного водоснабжения, радиаторного и напольного отопления, противообледенительной защиты и охлаждения потолка [9]
Полиэтилен повышенной температуры (RT) или PE-RT расширяет традиционные свойства полиэтилена. Повышенная прочность при высоких температурах становится возможной благодаря специальному молекулярному дизайну и контролю производственного процесса.
Устойчивость к низким и высоким температурам делает PE-RT идеальным материалом для широкого спектра применений в трубопроводах горячего и холодного водоснабжения.
Полипропилен подходит для использования с пищевыми продуктами, питьевой и сверхчистой водой, а также в фармацевтической и химической промышленности.
PP — 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) (непрерывно) делают этот материал пригодным для внутренних систем сброса для почвы и отходов. Специальный сорт PP с высокими температурными характеристиками до 90 °C (194 °F) (кратковременно) делает этот материал хорошим выбором для внутреннего теплоснабжения. [10]
Поливинилидендифторид (ПВДФ) — это довольно нереактивный термопластичный фторполимер с превосходной химической и термической стойкостью для использования в пластиковых трубопроводах. Смола ПВДФ производится путем полимеризации мономера винилиденфторида . Затем смола ПВДФ используется для изготовления труб ПВДФ, а также многих других изделий.
Отрасли и сферы применения выбирают трубы PVDF из-за их инертных, прочных качеств. Трубы PVDF чаще всего используются в химической промышленности из-за их способности транспортировать агрессивные, коррозионные растворы. Трубы PVDF также широко используются в высокочистых приложениях, производстве полупроводников, электронике/электричестве, фармацевтических разработках и переработке ядерных отходов.
Технические характеристики и эксплуатационные характеристики труб из ПВДФ позволяют использовать трубы ПВДФ при температуре до 248 °F (120 °C) в условиях системы под давлением. Труба не поддерживает рост грибка в соответствии с военным стандартом испытаний 508, 81-0B. В отличие от других распространенных термопластиковых труб (НПВХ, ХПВХ, ПЭ, ПП), ПВДФ не проявляет чувствительности к ультрафиолетовому излучению или окислительному повреждению озоном, что позволяет использовать ее для длительного использования вне помещений. [11]
uPVC или PVC-U — это термопластичный материал, получаемый из поваренной соли и ископаемого топлива. Этот материал для труб имеет самую долгую историю среди всех пластиковых материалов. Первые трубы из uPVC были изготовлены в 1930-х годах. Начиная с 1950-х годов трубы из uPVC использовались для замены корродированных металлических труб и, таким образом, для обеспечения свежей питьевой водой растущего сельского, а затем и городского населения. Трубы из uPVC сертифицированы как безопасные для питьевой воды в соответствии со стандартом NSF 61 и широко используются для распределения и передачи воды по всей Северной Америке и по всему миру. uPVC разрешен для использования в канализационных линиях в домах и является наиболее часто используемой трубой для бытовых канализаций.
Вскоре последовали другие применения под давлением и без давления в области канализации, почвы и отходов, газа (низкого давления) и защиты кабелей. Таким образом, вклад материала в общественное здравоохранение, гигиену и благополучие был значительным.
Трубы из поливинилхлорида или НПВХ (непластифицированного поливинилхлорида) не подходят для линий горячего водоснабжения и с 2006 года запрещены для использования в линиях водоснабжения жилых домов в США. Код IRC P2904.5 НПВХ Не указано.
uPVC обладает высокой химической стойкостью во всем диапазоне рабочих температур с широким диапазоном 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 uPVC составляют большую долю установок пластиковых трубопроводов, и по некоторым оценкам, в настоящее время в эксплуатации находится более 2 000 000 миль (3 200 000 км) труб uPVC.
На основе стандартного поливинилхлоридного материала используются еще три варианта.
Один из вариантов, называемый OPVC, или PVCO, представляет собой важную веху в истории технологии пластиковых труб. Эта молекулярно-ориентированная двухосная высокопроизводительная версия сочетает в себе более высокую прочность с дополнительной ударопрочностью.
Пластичный вариант — MPVC, поливинилхлорид, модифицированный акрилами или хлорированным ПЭ. Этот более пластичный материал с высокой устойчивостью к разрывам используется в приложениях с более высоким спросом, где важна устойчивость к растрескиванию и коррозии под напряжением. В нескольких исследованиях был изучен длительный опыт использования труб из uPVC. Недавние исследования в немецком KRV и голландском TNO подтвердили, что напорные водопроводные трубы из uPVC при правильной установке имеют срок службы более 100 лет. [12]
Пластиковые трубы эксплуатируются более 50 лет. Прогнозируемый срок службы пластиковых трубопроводных систем превышает 100 лет. Несколько отраслевых исследований продемонстрировали этот прогноз.
Пластиковые материалы для труб всегда классифицировались на основе долгосрочных испытаний под давлением. Измеренное время отказа в зависимости от напряжений в стенке трубы было продемонстрировано в так называемых кривых регрессии.
Экстраполяция , основанная на измеренных временах отказа, была рассчитана на 50 лет. Прогнозируемое напряжение отказа в 50 лет было взято в качестве основы для классификации. Это значение называется MRS, минимальное требуемое напряжение, в 50 лет. [13]
Некоторые причины, по которым пластиковые трубопроводные системы могут выйти из строя, включают плохое соединение/склеивание продукта во время установки и естественные физические повреждения, такие как инфильтрация корней деревьев. Было также обнаружено, что пластиковые трубы чаще выходят из строя в сухое, жаркое лето. [14]
Пластиковые трубы классифицируются по их кольцевой жесткости . Предпочтительные классы жесткости, описанные 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 во время установки. Чем выше этот показатель, тем жестче труба. [ необходима цитата ]
После правильной установки прогиб трубы остается ограниченным, но он будет продолжаться в некоторой степени в течение некоторого времени. По отношению к почве, в которую она встроена, пластиковая труба ведет себя «гибким» образом. Это означает, что дальнейший прогиб во времени зависит от усадки почвы вокруг трубы. [ необходима цитата ]
По сути, труба следует за движением почвы или усадкой засыпки, как это называют техники. Это означает, что правильная установка труб приведет к хорошей усадке почвы. Дальнейшее отклонение останется ограниченным. [ необходима цитата ]
Для гибких труб нагрузка от грунта распределяется и поддерживается окружающим грунтом. Напряжения и деформации, вызванные прогибом трубы, будут возникать внутри стенки трубы. Однако индуцированные напряжения никогда не превысят допустимые предельные значения. [ необходима цитата ]
Термопластичное поведение материала трубы таково, что индуцированные напряжения ослабевают до низкого уровня. Индуцированные деформации намного ниже допустимых уровней. [ необходима цитата ]
Такое гибкое поведение означает, что труба не выйдет из строя. Она будет демонстрировать только большее отклонение, сохраняя при этом свою функцию без поломки. [ необходима цитата ]
Однако жесткие трубы по своей природе не являются гибкими и не будут следовать за движениями грунта. Они будут выдерживать все нагрузки от грунта, независимо от осадки грунта. Это означает, что когда жесткая труба подвергается чрезмерной нагрузке, она быстрее достигнет предела значений напряжения и сломается. [ необходима цитата ]
Таким образом, можно сделать вывод, что гибкость пластиковых труб обеспечивает дополнительную безопасность. Подземным трубам нужна гибкость. [15]
Трубы, фитинги, клапаны и аксессуары составляют систему пластиковых напорных труб. Диапазон диаметров труб для каждой системы труб различается. Однако размер варьируется 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 размерах: прямые отрезки длиной 3 м (9,84 фута), 4 м (13,12 фута), 5 м (16,40 фута) и 6 м (19,69 фута) и катушки длиной 25 м (82,02 фута), 50 м (164,04 фута), 100 м (328,08 фута) и 200 м (656,17 фута) для ПЭНП и ПЭВП.
Фитинги для труб отливаются и выпускаются во многих размерах: тройник 90° равнопроходный (прямой и редукционный), тройник 45°, крестовина равнопроходная, колено 90° (прямое и редукционное), колено 45°, колено с коротким радиусом 90°, раструб/муфта (прямое и редукционное), соединение, заглушки, редукционная втулка и заглушка, полнопрофильные и заглушки. Клапаны отливаются и также выпускаются во многих типах: шаровые краны (также многопортовые), дроссельные клапаны , пружинные, шаровые и поворотные обратные клапаны, мембранные клапаны , шиберные задвижки, шаровые клапаны и клапаны сброса/редукциона давления. Аксессуары: растворители, очистители, клеи, зажимы, опорные кольца и прокладки.
