Polymerové trubky. Klasifikace a účel | Archiv S. O. K 2012 | №12

Světová praxe již prokázala, že neexistuje žádná alternativa k polymerům v zásobování teplou a studenou vodou. Dohnat se snaží i Rusko. Snížením teplotního plánu pro dodávku teplé vody z 65°C na 55°C na výstupu ze zdroje tepla se stát snaží stimulovat zavádění polymerů do inženýrských sítí.

V Rusku je více než 80 továren na výrobu polymerních trubek. Celková výrobní kapacita se odhaduje na 250–300 tisíc tun trubek ročně. Ve stejném období závody dováží 20–25 vytlačovacích linek na výrobu polymerních trubek. Výrobci jsou podmíněně rozděleni do tří skupin: velcí (jsou tři, tvoří přibližně polovinu domácí produkce), střední (je jich asi deset, s objemy 1,5–3 tisíce tun ročně) a asi 70 malých.

Polymerové trubky v Rusku

Cenové rozpětí výrobců se zúžilo a spotřebitelé začali více dbát na kvalitu výrobků a zákaznický servis. Sortiment polymerních trubek je však třeba rozšířit. S tím souvisí nárůst podílu dovážených výrobků na tuzemském trhu. Přibližně polovina dovážených trubek pro vodovody a kanalizace (tlakové i netlakové) jsou velkoprůměrové.

Náročnost jejich výroby je v neposlední řadě dána zvýšenými požadavky na kvalitu, zejména na přesnost geometrických parametrů. V Rusku zvládly výrobu takových trubek tři podniky: Klimovsky Pipe Plant, součást holdingu Eurotrubplast, Závod na zpracování plastů Kazanorgsintez OJSC (tlakové potrubí) a Borodino-plast LLC (netlakové potrubí).

Klasifikace materiálu

Polymerové trubky jsou vyráběny podle GOST nebo v souladu s technickými specifikacemi schválenými státní normou Ruska. Tyto regulační dokumenty předepisují značení trubek, které se aplikuje na výrobky. Zahrnuje označení výrobce, průměr a tloušťku stěny (nebo poměr průměru k tloušťce), v některých případech regulační informace, oblast použití, provozní tlak a teplotu.

V první řadě stojí za zvážení velkosériová výroba polymerových trubek – z polyvinylchloridu (PVC), vysoko a středněhustotního polyetylenu (PE) (velmi malý počet trubek se vyrábí z nízkohustotního PE) a polypropylenových (PP) trubek. Tyto tři skupiny materiálů tvoří přibližně 90 % objemu výroby všech polymerových trubek.

Potrubí ze zesíťovaného PE, polybutenu (PB), polyamidu (PA) je vzhledem ke stanoveným požadavkům (vysoká provozní teplota, tlak, odolnost vůči chemickému prostředí) a nákladné technologii syntézy surovin poměrně drahé. Provozní parametry nejsou na potrubí napsány a jsou uvedeny v technické (pasové) dokumentaci.

Klasifikace podle účelu

Tlakové potrubí. Používají se pro dopravu vody a plynu, v chemickém průmyslu – pro výrobky a práci v prostředí, kterému je PE odolný. Tento materiál se vyznačuje dobrou chemickou odolností: z přibližně 200 tisíc chemických prostředí lze nalézt pouze sto nebo dvě, ve kterých se polyethylen mění.

Existují katalogy, které umožňují určit, které polymerové trubky jsou vhodné pro která chemická prostředí. Důležité je také zohlednit teplotní podmínky dopravovaného média. Potrubí pro dopravu vody v Rusku se vyrábí o průměrech od 10 do 1200 mm. Standardní tlak, na který jsou určeny, je 10 barů, ale vyrábí se i na 16 a 25 barů. Zvětšením průměru (při zachování tloušťky stěny) se sníží parametr tlaku, pro který je potrubí navrženo.

Maximální provozní teplota široce používaných PE a PVC trubek je 40–60 °C. Pro zásobování teplou vodou a vytápění jsou zapotřebí polymerové trubky z PP, PB a zesíťovaného PE. U těchto trubek je stabilní provozní teplota 75–95 °C. Optimální variantou v této skupině jsou trubky ze síťovaného PE (hlavně PE-Xb) z hlediska poměru cena/výkon.

Mají lepší vlastnosti než PP trubky a horší než PB trubky, ale jsou výrazně levnější než polybutenové trubky. Existují speciální polymerní materiály, které lze také klasifikovat jako „exotické“, jako je polyvinylfluorid (PVF). Trubky z něj vyrobené snesou provozní teploty 120 °C a vyšší, ale ve srovnání s jinými polymery je drahý, používá se velmi zřídka a pouze tam, kde potrubí musí mít mimořádnou chemickou a tepelnou odolnost. Na světě je málo společností, které vyrábějí PVC trubky.

Gravitační trubky. Nejširší oblastí použití je vnitřní kanalizace budov. Používají se trubky z PVC a PP, méně často – PE (kvůli jejich nižší vhodnosti). Pro vnější kanalizaci a kanalizaci – Nízkotlakou a Nízkotlakou kanalizaci – se používají PE a PVC trubky většího průměru než trubky pro zásobování vodou a vytápění.

Pro vnější kanalizační potrubí neexistují žádné regulační dokumenty. Výjimkou je GOST pro potrubí a armatury pro vnitřní kanalizační systémy budov, které se v tomto případě nepovažují samostatně, ale jako jeden systém. Konkrétní délka potrubí ve vnitřní kanalizaci budovy není tak podstatná. Spojení „double“ a „tees“ zabírá více místa. V rámci jedné budovy je použito přibližně 30 druhů spojovacích dílů.

Srovnávací vlastnosti trubek

Polymerové trubky

1. Vysoká korozní a chemická odolnost, životnost (garantovaná životnost 25 let). Možnost tvorby vodního kamene na vnitřním povrchu je vyloučena.
2. Nízký koeficient drsnosti (Ksh) – pro ocel je roven 0,2 Ksh a pro polymerovou trubku je v průměru 20krát menší a rovná se 0,01. Koeficient drsnosti litinových trubek je přibližně 40–50krát větší než u polymerových trubek. Vyžadují menší spotřebu energie pro čerpání kapaliny (toto tvrzení platí pro zásobování teplou a studenou vodou, protože tam je průtok média vysoký).
3. Pětkrát až sedmkrát lehčí než ocel, což zjednodušuje montážní práce zejména ve stísněných podmínkách, takže jejich malé pohyby při montáži nevyžadují zvedací mechanismy a dodávka je levná.
4. Nízká tepelná vodivost stěny, snížení tepelných ztrát a snížení tvorby kondenzátu na vnějším povrchu potrubí.
5. Bez nutnosti údržby a katodové ochrany. Svařování polyetylénových trubek na tupo je levnější, jednodušší, zabere méně času a nevyžaduje další spotřební materiál; Lze jej několikrát složit a rozložit za nízkou cenu. Vysoká spolehlivost svarových spojů po celou dobu životnosti potrubí. Výborná opravitelnost trubek umožňuje rychlou eliminaci mechanického poškození.
6. Nízká pravděpodobnost fyzického zničení potrubí, když kapalina zamrzne, protože průměr trubky se zvětšuje a když kapalina rozmrzne, vrátí se do své předchozí velikosti; prakticky žádné riziko fyzické destrukce potrubí vodním rázem (relativně nízký modul pružnosti). Standardní bezpečnostní rezerva polymerových trubek je o 50–60 % vyšší než vypočtený pracovní tlak.
7. Je možné dodávat v dlouhých úsecích (svitcích), což snižuje čas a náklady na instalaci a pokládku potrubí (na 1 km plynovodu o průměru 110 mm jsou pouze dva spoje), flexibilita některých typů potrubí umožňuje ohyby v trase potrubí bez použití tvarových dílů.
8. V jednom plášti je možné kombinovat až čtyři trubky, což umožňuje maximální optimalizaci schématu pokládky v závislosti na účelu a charakteru trasy.
9. Je možné použít polymery pro opravu (ve skutečnosti pro obnovu) ocelových potrubí: vtažení profilovaných polyetylenových trubek do opotřebovaných ocelových trubek mírně mění průměr vodovodního systému, což umožňuje udržovat v něm tlak. Profilovaná trubka získá svůj původní tvar a vlivem páry těsně přiléhá ke stěnám trubky. Nástavec je použitelný pro rekonstrukci vodovodního potrubí o průměrech od 100 do 500 mm. Stávající potrubí je použito jako plášť. Tím se přímo snižuje objem výkopových prací, náklady na větší opravy a zkracuje se časový rámec prací.
10. Polymerové trubky umožňují výraznou úsporu vody při proplachování potrubí uváděného do provozu – stačí je propláchnout jednou, ocelové trubky je třeba propláchnout minimálně třikrát.
11. Minimální prostup zvuku v místnosti, kterého je dosaženo díky vysoké elasticitě stěny. To umožňuje zvýšit rychlost přepravované kapaliny.

Ocelové trubky

1. Jednou z hlavních výhod ocelových trubek je jejich pevnost. To je důležité při přepravě vysokotlakého média potrubím. V oblasti bydlení a veřejných služeb se pevnost ocelových trubek ve vnitřních vodovodních systémech využívá pouze na 2–12 % a v inženýrských systémech až na 30 %.
2. Odolnost vůči tlaku při roztržení umožňuje, aby tloušťka stěny ocelové trubky byla jedenapůlkrát až třikrát menší než u trubky z polymeru.
3. Další pozitivní vlastností je nízká tepelná roztažnost. Lineární prodloužení ocelové trubky je přibližně 20krát menší než u trubek ze zesíťovaného polyetylénu.
4. Téměř 100% plynotěsnost a kyslíkotěsnost. Tato vlastnost se používá především v uzavřených inženýrských systémech, aby se zabránilo jejich vzduchovému uzamčení (například zásobování teplem).
5. Koroze je hlavní nevýhodou ocelových trubek, krátká životnost – maximálně 10-15 let. Korozní produkty zhoršují kvalitu vody a ucpávají vnitřní dutinu potrubí, snižují jejich průchodnost a zhoršují činnost armatur a zařízení automatického řídicího systému. Zarůstání vnitřního povrchu potrubí vede ke zvýšení nákladů na 1 m3 vody až o 50 %. Energetické náklady na výrobu a prodej 1 m3 vody jsou o 30 % vyšší, než je evropský průměr.
6. Průchodnost ocelových trubek, jsou-li všechny ostatní věci stejné, je nižší, protože vnitřní povrch je drsný, což způsobuje turbulence v proudu kapaliny a ztěžuje jeho pohyb.
7. Ocelové trubky jsou těžké a instalace systému ocelových trubek je pracný úkol, který vyžaduje vysoce kvalifikované montéry.
8. Vysoká tepelná vodivost při přepravě studené vody se stává nevýhodou: potrubí se „potí“, zvenčí koroduje, stěna přilehlá k nim zvlhne a kazí se.
9. Instalace sítí z ocelových trubek se provádí pomocí závitů nebo svařování. Svařovaný spoj je oblastí nejvíce náchylnou ke korozi. Usazeniny vodního kamene brání armaturám v těsném spojení (stlačování) potrubí.
10. Elektrická vodivost, nestabilita vůči agresivnímu chemickému prostředí, vysoké procento destrukce při zamrznutí kapaliny.
11. Délka dodávaných úseků je omezená (na 1 km plynovodu o průměru 110 mm připadá 84 spojek), omezená flexibilita a potřeba velkého množství tvarových a spojovacích dílů.

Ocel a plast: praktické použití

Navzdory zjevným výhodám polymerních trubek oproti kovovým by se nemělo zapomínat, že „polymery“ mají přísná omezení provozního tlaku, který přímo závisí na průměrné teplotě po celou dobu životnosti, stejně jako na maximálním průměru trubky. A s těmito omezeními je bohužel nutné v praxi počítat.

Výpočet provozních charakteristik se provádí v souladu s požadavky normy ISO 13760 „Plastové tlakové potrubí pro dopravu kapalin. Minerovo pravidlo. Způsob výpočtu kumulovaných škod“. První věc, kterou Němci po sjednocení Německa udělali, byla výměna opotřebovaných komunikací v Berlíně a východní části země za odolnější trubky z polymerových materiálů.

Při teplotách nad 75 °C se výhody zesíťovaného polyethylenu stanou zjevnými. Nižší základní cena polypropylenu je nemůže kompenzovat. Proto se polypropylen ve formě své tepelně nejodolnější odrůdy – náhodného kopolymeru – používá hlavně v systémech zásobování studenou a teplou vodou. Síťovaný polyetylen PE-X je perspektivním materiálem pro zásobování teplem – bez poškození fyzikálních vlastností snese v Rusku akceptovanou teplotu nosiče tepla 95 °C.

Síťování odkazuje na proces spojování molekulárních jednotek do široké trojrozměrné sítě prostřednictvím tvorby příčných vazeb. Jsou uvedeny jeho odrůdy a přijatá označení. Vyrábí také trubku s difuzní bariérou odolnou vůči kyselinám z hliníku – PE-X/AL/PE-X, ale jedná se o trubku kompozitní a nelze ji vedle PE-X uvažovat. Nemá návrhovou životnost, protože ji nelze vypočítat.

Trubky vyrobené z PE-Xb mají optimální pevnost a tepelné vlastnosti: jejich výrobní náklady jsou relativně nízké a samotný materiál získává 65% zesíťování požadované GOST čtyři až šest měsíců po vytlačení. To nevyžaduje složité pomocné zařízení – na výstupu z extrudéru má materiál již 20% zesíťování.

Vysoké homogenity stupně zesítění po celé tloušťce stěny lze dosáhnout i zrychlenou metodou během dvou až osmi hodin působením parní lázně. Pevnostní vlastnosti PE-Xb umožňují výrobu trubek s poměrně velkým vnějším průměrem – až 500 mm.

Výběr polymerových trubek

Specialista vždy vychází z projektové dokumentace. Poté pracuje s GOST a TU pro polymerové trubky, které obsahují kompletní informace o produktu. Není možné provést výběr pouze na základě označení na potrubí. Výrobky tuzemských výrobců splňují mezinárodní normy kvality systému ISO a normy zemí Evropského společenství. Pokud vezmeme dvě identické trubky (stejný materiál, účel a oblast použití), vyrobené ruskými nebo zahraničními továrnami, pak podle odborníků bude určujícím faktorem cenová nabídka.

Zpoždění masového používání plastových trubek v Rusku

Ocel v Sovětském svazu byla levnější než polymery. Tato skutečnost výrazně zpomalila tuzemskou výrobu polymerových trubek. V posledních letech SSSR byl celkový objem výroby polymerních trubek plánován na 250 tisíc tun. Reálně se vyrobilo 220 tisíc tun. Ve stejném časovém období Spojené státy vyrobily téměř 2 miliony tun, západní Evropa – 2 miliony tun.

V této době výroba ocelových trubek v Sovětském svazu neustále rostla, zatímco v USA a západní Evropě naopak klesala s přesunem důrazu na zvýšení výroby polymerních trubek. Ještě před dvaceti lety bylo 98 % distribučních sítí plynu v západní Evropě vyrobeno z polymerových trubek. V naší zemi je dnes necelých 30 % plynárenských distribučních sítí „obaleno“ plastem.

Druhým vážným problémem na cestě k zavedení polymerních komunikací v Rusku byla nedostatečná příprava stavebních organizací: nedostatek vybavení a zkušeností. Výrobci polymerových trubek rychle zavedli výrobu spojovacích dílů, jejichž kvantitativní nedostatek také značně bránil výstavbě plastových potrubí.

Světové zkušenosti ukazují, že spolehlivost polymerních potrubí v provozu je výrazně vyšší než u ocelových. V Evropě a USA neprošly polymerní plynové a vodovodní potrubí, které ležely v zemi dvě desetiletí, žádnými změnami.

Budoucnost polymerových trubek

Světová praxe prokázala, že neexistuje žádná alternativa k polymerům v zásobování teplou a studenou vodou. Dohnat se snaží i Rusko. Snížením teplotního harmonogramu dodávky teplé vody z 65 na 55 °C na výstupu ze zdroje se stát snaží tímto způsobem podnítit zavádění polymerů do inženýrských sítí, neboť teplotní práh 60 °C má negativní vliv na většinu vyráběných polymerových trubek a zkracuje jejich životnost trojnásobně až čtyřnásobně.

Hlavní práce je soustředěna v laboratořích firem vyrábějících polymery a je zaměřena na zlepšování výchozích vlastností již známých polymerů a vytváření nových. Cílem je vysoká pevnost, schopnost odolávat vysokému tlaku (vyztužené trubky z kompozitních materiálů snesou pracovní tlak 40-70 bar), teplotě a výroba trubek co největších a nejmenších průměrů. Neustále se hledají způsoby, jak zlepšit jednoduchost a spolehlivost připojení.