| Решая проблемы водоснабжения и канализации, осушения и орошения земель, человек использовал трубы. Без преувеличения можно сказать, что труба стара, как мир. В древности для изготовления труб применяли древесину (в частности, бамбук, который природа создала уже готовой трубой), керамику и разные металлы. Первые упоминания о металлических трубах относятся к древнему миру. Римляне делали трубы из меди, железа и свинца, сгибая их из тонких металлических листов, т.е. технология была близка к современной. Казалось бы, ничего нового в этой области придумать нельзя, но тем не менее, ХХ век подарил нам новые виды труб: асбестоцементные, полимерные, металлополимерные.
Области применения труб многообразны. Это и машиностроение, и современные промышленные технологии, в которых широко используется трубопроводный транспорт (например, перекачка цемента на железобетонных заводах), и магистральные нефте- и газопроводы. Мы ограничимся лишь описанием труб, используемых в строительстве по прямому назначению для:
- подачи воды (водопровод);
- отведения жидких отходов и ливневой воды (канализация и водостоки);
- подачи горячей воды для обогрева (теплоснабжение);
- подачи газа в жилые дома и на предприятия;
- отведения дыма от печей и каминов.
В настоящее время для производства труб используют самые разные материалы: металлы (сталь, чугун, медь и др.), пластмассы, керамику, асбестоцемент, бетон, стекло и даже композиции из нескольких материалов (металлопластиковые трубы). Каждый материал имеет свои достоинства и недостатки.
Чтобы сориентироваться в этом многообразии и выбрать нужный тип трубы, необходимо знать цель использования трубопровода, параметры его работы (температуру, давление, характер среды и т.п.) и требуемую долговечность (естественно, с учетом своих финансовых возможностей). Долговечность часто является камнем преткновения, т.к. возникает дилемма: если труба дешевая, то она недолговечная, и наоборот. При этом следует помнить, что ремонт трубопроводов – серьезная проблема, сопряженная с большими затратами, т.е., как обычно, скупой платит дважды. Поэтому может оказаться, что большие единовременные затраты во время строительства помогут сэкономить ваши деньги на ремонте. Еще одна не менее важная проблема – сложность (или простота) монтажа системы трубопровода и связанные с ней затраты.
Рассматривать свойства труб целесообразно по виду материала, из которого они изготовлены, т.к. вид материала определяет эксплуатационные характеристики трубы, ее долговечность, методы монтажа и, естественно, стоимость.
Металлические трубы
Стальные трубы применяются в строительстве пока чаще других. Для локальных систем используют так называемые водогазопроводные сварные трубы с диаметром условного прохода от 6 до 150 мм. Выпускаются три типа труб: легкие (рассчитанные на давление до 0,6 МПа), средние (0,6-1 МПа) и тяжелые (давление более 1 МПа). Кроме того, выпускаются бесшовные горячекатаные трубы больших диаметров (от 45 до 550 мм). Стальные трубы могут быть обычными (черными) и оцинкованными. Они имеют довольно большой вес. Так, труба с условным проходом 15 мм (1/2") весит 1,25 кг/м.
Положительным свойством стальных труб является низкий температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) – 0,012 мм/м x К; он в 5-10 раз ниже, чем у полимерных.
При транспортировании по стальным трубам холодной воды в отапливаемых помещениях из-за высокой теплопроводности стали (74 Вт/м x К) они могут «отпотевать». По той же причине стальные трубы при прокладке в грунте могут замерзать. При подаче горячей воды трубы изнутри быстро обрастают продуктами коррозии и другими отложениями, что резко снижает их пропускную способность.
Стальные трубы соединяют на резьбе с помощью фланцев или сварки. Монтаж системы довольно трудоемок; после длительной эксплуатации разобрать систему трудно, а порой просто невозможно.
Чугунные трубы – толстостенные, относительно большого размера (внутренний диаметр 65-1000 мм) получают отливкой из серого чугуна, поддающегося механической обработке. Внутренняя поверхность труб шероховатая. Чугунные трубы за счет большой толщины стенки обладают высокой долговечностью и надежностью, но вес их существенно выше, чем у стальных. Соединяются чугунные трубы с помощью раструбов и уплотняющих прокладок. Трубы выпускаются в комплекте с фасонными деталями.
Медные трубы применялись человеком уже несколько тысяч лет назад. Но широкое их использование в строительстве началось в 20-30-е годы ХХ века, а пик популярности пришелся на 70-е.
Особенности свойств медных труб:
- ТКЛР меди 0,017 (мм/м x К), что близко к ТКЛР стали;
- теплопроводность меди 394 (Вт/м x К), т.е. в 4 раза выше, чем у стали;
- медь устойчива к действию УФ-излучения;
- медные трубы абсолютно непроницаемы для газов;
- медь обладает бактерицидным действием;
- диапазон рабочих температур медных труб очень широк – от -200 до +200 0 С;
- в отличие от стальных, медные трубы не боятся замораживания в заполненном водой состоянии благодаря пластичности меди;
- медь не подвержена коррозии в обычной воде.
Медь практически целиком подвергается повторной переработке (это подтверждается ставшими уже привычными для нас сообщениями о хищениях меди). Подсчитано, что около 80% всей меди, когда-либо выплавленной на Земле, до сих пор находится в эксплуатации.
Трубы из меди очень технологичны: их легко резать и гнуть. Соединяют их с помощью пайки, а чаще обжимом муфт. У медных труб более низкий коэффициент шероховатости Кш = (1,5-2)x10 -6 м, чем у стальных (Кш = 200x10 -6 м) труб. Это увеличивает их пропускную способность и позволяет применять трубы малого диаметра 8-10 мм.
Как уже говорилось, медь очень коррозионно-стойка в обычной воде, но при сильном хлорировании и в кислых средах (при рН < 7) она все же корродирует с выделением вредных для человека веществ. Кроме того, при контакте меди с другими металлами (сталью, в том числе и оцинкованной, алюминием) возникает электрохимическая коррозия, которая быстро приводит к разрушению этих металлов. Для исключения этого явления металлы, используемые в одной системе, необходимо разделять электроизолирующими прокладками.
Полимерные трубы
Первые полимерные трубы в строительстве появились в середине ХХ века. Сегодня промышленность предлагает уже широкий выбор полимерных труб. При правильном монтаже их долговечность достаточно высока. По сей день эксплуатируются трубопроводы из полимерных труб, смонтированные в 50-е годы.
Полимерные трубы заслуженно завоевали популярность у строителей благодаря многим положительным свойствам:
- они не подвержены коррозии;
- санитарно-гигиенические показатели полимерных труб выше, чем у стальных;
- пропускная способность полимерных труб за счет гладкости стенок и отсутствия обрастания значительно выше, чем у стальных и чугунных при равном диаметре.
Полимерные трубы поступают на стройку в виде бухт и легко нарезаются на требуемые размеры. Соединение труб осуществляется низкотемпературной сваркой, склейкой или при помощи специальных муфт. Вес полимерных труб в 5-7 раз ниже, чем стальных при равном внутреннем диаметре.
К недостаткам полимерных труб следует отнести зависимость их прочности (предельного рабочего давления) и долговечности от температуры, а также невысокие предельные рабочие температуры (как правило, не выше 95oС). Кроме того, у полимеров высокий температурный коэффициент линейного расширения (~ в 10 раз выше, чем у металлов). Полимерные трубы горючи (к трудносгораемым относится только поливинилхлорид - ПВХ).
Для изготовления полимерных труб в настоящее время в основном используют сшитый полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид и хлорированный поливинилхлорид.
Сшитый полиэтилен (РЕ-Х) получают из обычного полиэтилена высокой плотности (РЕНD) путем сшивки его линейных молекул с помощью пероксидов (РЕ-Ха), органсилоксанов (РЕ-Хb) или ионизирующего излучения (РЕ-Хс). Сшитый полиэтилен в отличие от типичных термопластов – полипропилена и поливинилхлорида – при нагреве не течет, а ведет себя как термоэластичный материал.
Сшитый полиэтилен, сохранив все преимущества обычного полиэтилена, приобрел существенно большую прочность и теплостойкость: верхний предел рабочей температуры, при которой РЕ-Х способен длительно работать, – +95oС.
Трубы из сшитого полиэтилена выпускают на различные номинальные давления РN – от 8 до 25 кгс/см 2 (бар) и наружным диаметром от 10 до 110 мм. Масса одного погонного метра трубы диаметром 20 мм составляет 0,10-0,15 кг в зависимости от номинального давления.
Для полимерных труб срок службы зависит от рабочего давления и температуры эксплуатации. Например, для труб типа РN 12,5 (12,5 – номинальное давление в кгс/см 2 ) из сшитого полиэтилена фирма "Бир Пекс" дает такую зависимость.
У сшитого полиэтилена стойкость к УФ-излучению выше, чем у обычного. Трубы из РЕ-Х целесообразно использовать для горячего и холодного водоснабжения, центрального отопления и напольных отопительных систем.
Трубы из сшитого полиэтилена составляют более половины от общего выпуска полимерных труб. В России такие трубы производятся фирмой «Бир Пекс» в г. Саратове. Производительность предприятия – до 7 тыс. км труб в год.
Полипропилен (РР, ПП) по использованию в производстве труб занимает второе место вслед за сшитым полиэтиленом. Однако он менее теплостоек, чем сшитый полиэтилен, поэтому не рекомендуется к использованию в системах отопления и горячего водоснабжения (свойства полипропилена приведены в табл.). Недостатком полипропиленовых труб является недолговечность соединительного узла подключения к металлическим трубам. Значительная разница ТКЛР полипропилена и металлов со временем приводит к нарушению герметичности стыка. Кроме того, в отличие от полиэтиленовых труб, которые поставляются в бухтах, полипропиленовые выпускаются только в виде мерных отрезков до 4 м длиной, что менее удобно при транспортировке и требует большого количества соединительных элементов при монтаже.
Поливинилхлорид (РVС, ПВХ) – очень широко используемый в строительстве полимер, в производстве труб идет вслед за полиэтиленом и полипропиленом. Обычно он используется в непластифицированном виде (жесткий ПВХ – «винипласт»). Недостаток винипластовых труб – низкая теплостойкость (до 75oС). С целью повышения теплостойкости его модифицируют дополнительным хлорированием (СРVС), доводя содержание хлора до 60-65% с обычного – 57%. Высокое содержание хлора в ПВХ вызывает настороженность экологов и ограничивает применение РVС и СРVС труб для водоснабжения. Основные показатели этих полимеров приведены в табл. 2.
Положительным свойством поливинилхлорида является его пониженная горючесть и повышенная химическая стойкость по сравнению с другими полимерами. Он также менее чувствителен к УФ-излучению. Поэтому основные области применения ПВХ-труб – это водосточные системы, канализация и т.п..
Перспективные термопласты для производства труб – полибутен и поливинилиденфторид.
Полибутен – аналогичен по свойствам полипропилену марки «Рандом», но в отличие от него более гибок. Он перспективен для устройства систем «теплый пол».
Поливинилиденфторид (ПВДФ) стал применяться для изготовления труб более 15 лет назад. Этот полимер отличается высокой химической стойкостью. Диапазон рабочих температур у труб из ПВДФ очень широк от -40 до +140oС (причем при 140oС допускается рабочее давление до 4 кг/см 2 ). Трубы из ПВДФ стойки к воздействию УФ-излучения, поэтому системы из них можно прокладывать под открытым небом.
Металлополимерные трубы
Наше время – период увлечения композиционными материалами – стеклопластиком, углепластиком и т.п.. Металлополимерные трубы относятся к числу таких композитов. Они представляют собой многослойную конструкцию, состоящую из тонкой алюминиевой трубы (толщиной 0,5-2 мм), снаружи и изнутри покрытой сшитым полиэтиленом (РЕ-Х). Полиэтилен зафиксирован на алюминиевой подложке клеем.
Такая слоистая конструкция трубы обеспечивает ее надежность и долговечность (50 лет и более); при этом каждый элемент выполняет определенную функцию.
Алюминиевый сердечник:
- гарантирует защиту от диффузии кислорода через стенку трубы;
- обеспечивает малый ТКЛР – 0,024…0,026 мм/м x К;
- гарантирует длительную прочность при повышенных температурах.
Слои из сшитого полиэтилена:
- обеспечивают гладкость внутренней поверхности трубы и защищают ее от обрастания;
- предохраняют алюминиевый сердечник от образования гальванических пар с латунными и стальными элементами сети;
- снижают теплопроводность трубы, например, предохраняя ее от запотевания;
- обеспечивают декоративность и чистоту наружной поверхности трубы.
Металлополимерные трубы выпускаются с наружным диаметром от 16 до 63 мм. Они поставляются свернутыми в бухты длиной от 200 до 50 м. Металлополимерные трубы легко гнутся даже руками, режутся и стыкуются с помощью набора специальных соединительных и фитинговых деталей. Вес металлополимерных труб мал. В зависимости от диаметра он составляет от 0,1 до 0,3 кг/п.м. Интервал рабочих температур от –40 до +95oС.
Недостатком этого вида труб по сравнению с полимерными является чувствительность к замораживанию в заполненном водой состоянии.
Свойства труб из разных материалов
| Свойства |
Сталь |
Медь |
Сшитый полиэтилен
(РЕ-Х) |
ПВХ
(PVC) |
ХПВХ
(CPVC) |
ПП
(РР) |
| фирма PEHAU |
фирма BYR PEX |
| Плотность, г/см3 |
7,85 |
8.92 |
0,93 |
0,95 |
1,4 |
1,5-1,6 |
0,93 |
| ТКЛР, мм/м x K |
0,012 |
0.017 |
0,14 |
0,12 |
0,06 |
0,062 |
0,12 |
| Удлинение при разрыве, % |
--- |
--- |
до 500 |
до 200 |
5...10 |
--- |
800 |
| Модуль упругости, МПа |
2x105 |
---- |
550 |
800 |
до 4000 |
до 3000 |
900 |
| Теплопроводность, Вт/м х К |
74 |
394 |
0,41 |
0,40 |
0,13-0,15 |
0,16 |
0,15-
0,2 |
| Шероховатость, Кш, 10-6м |
200 |
1.5...2 |
--- |
--- |
2...8 |
--- |
--- |
| Рабочая температура, 0 C/ рабочее давление, МПа |
--- |
--- |
95/0,85 |
95/0,85 |
--- |
93-0,47 |
75/
0,6 |
Асбестоцементные трубы
Асбестоцемент (АЦ) – один из видов дисперсно-армированного бетона. Асбест в нем играет роль арматуры, равномерно распределенной по объему материала, а затвердевший цементный камень образует плотную матрицу, в которой заключен асбест. Соотношение асбеста и портландцемента в АЦ материалах – 15:85. Асбест в таком материале находится в связанном состоянии и практически не выделяется в окружающую среду. Прочность АЦ материалов на растяжение довольно высока, что позволяет использовать их для изготовления напорных труб. В водной среде АЦ не корродирует, а напротив, уплотняется и упрочняется в результате продолжающейся гидратации портландцемента.
Асбестоцементные трубы – один из перспективных видов труб самого широкого назначения, обладающих комплексом ценных свойств. В мире проложено более 2,5 млн. км АЦ труб. Они не подвержены коррозии (в том числе провоцируемой блуждающими токами), как стальные; значительно легче их и не склонны к обрастанию. За счет низкой теплопроводности (0,8 Вт/м x К) у АЦ труб меньшие проблемы с промерзанием.
Соединяют асбестоцементные трубы при помощи муфт с резиновыми уплотнителями быстро и надежно. Полимерные трубы проигрывают АЦ трубам по теплостойкости, долговечности и экологической чистоте.
Асбестоцементные трубы могут быть безнапорные и напорные, различающиеся толщиной стенки и прочностными показателями.
Безнапорные трубы диаметром 100 и 150 мм (возможно изготовление труб диаметром до 500 мм), длиной 4 и 5 метров применяются для ненапорной канализации, дымоходов, прокладки кабелей и дренажных коллекторов. При использовании АЦ труб для дымоходов необходимо учитывать, что при нагреве асбестоцемента до 500-600 0 С материал разрушается с взрывом.
Напорные трубы диаметром от 100 до 500 мм и длиной 4 и 5 метров под давление 0,6; 0,9 и 1,2 МПа (6; 9 и 12 кг/см 2 соответственно) применяют для водо- , газо- и теплоснабжения, перекачки нефтепродуктов, устройства колодцев и мусоропроводов. Водопроводные сети из асбестоцементных труб десятки лет успешно эксплуатируются в ряде стран Западной Европы.
Весьма перспективная область применения напорных АЦ труб – устройство теплосетей, обеспечивающих подачу воды с температурой до 130 0 С и под давлением до 1,2 МПа. Горячая вода не только не вызывает коррозии АЦ труб, но, напротив, способствует их упрочнению.
В АЦ теплотрассах используют самоуплотняющиеся сборные стыки: муфты (типа САМ) с резиновыми уплотнителями (типа ТМ). Такое соединение труб за счет наличия монтажного зазора и возможности подвижки трубы в стыке полностью снимает проблему компенсации тепловых деформаций (ТКЛР у асбестоцемента 0,017 мм/м). Муфтовые соединения эластичны: дают возможность подвижки на 3-5 0 без нарушения герметичности; они устойчивы к вибрации и позволяют быстро производить монтаж и демонтаж трубопровода.
АЦ трубы для теплосетей выигрывают у металлических и с точки зрения теплоизоляции: теплопроводность асбестоцемента почти в 100 раз ниже, чем у стали. В России имеется положительный опыт работы теплотрасс из асбестоцемента в течение 25 лет без ремонта. Трубы и муфты для теплоснабжения выпускают комбинат «Красный строитель» (Воскресенск) и ОАО «БЕЛАЦИ» (Белгород).
При хорошей совокупности технологических и эксплуатационных показателей, а также высокой долговечности существенным достоинством асбестоцементных труб является их невысокая стоимость (в 3-4 раза ниже, чем полимерных и стальных). вернуться назад Продукция: |
стеклопластиковые трубы • полиэтиленовые трубы
АВТОРИЗАЦИЯ