Сшитый полиэтилен тепловые сети



Сшитый полиэтилен тепловые сети
Сшитый полиэтилен тепловые сети

При строительстве жилых и административных зданий и технологических трубопроводов широко применяются трубы из полимерных материалов, существенно потеснившие с рынка стальные трубы.

В. Бухин

Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.


Согласно статистике, более четверти объёма применяемых труб в системах водоснабжения и отопления изготавливается из сшитого полиэтилена – PEX (рис.)

Технические требования на трубы из сшитого полиэтилена нормализованы в ГОСТ Р 52134-2003. Характеристики труб из сшитого полиэтилена для систем водоснабжения, отопления и технологических трубопроводов (табл. 1) установлены СНиП 2.04.05-91, ГОСТ Р 52134-2003 и СН 550-82.

Таблица 1. Свойства сшитого полиэтилена

 

Показатели

Значения показателей

Плотность материала, г/см3

0,93

Модуль упругости, МПа (Н/мм2)

600–900

Коэффициент теплопроводности, Вт/(м×°С)

0,41

Предел текучести при растяжении, МПа

18

Относительное удлинение при разрыве, %

350

Изменение размеров после прогрева при 100 °С, не более, %

3

Коэффициент линейного теплового расширению, мм/(м×°С):

при 20 °С

при 100 °С

0,14

0,2

Кислородопроницаемость, не более, г/(м3×сут)

0,1

Степень сшивки материала PEX-труб в зависимости от типа сшивки должна быть не менее 70 (PEX-a), 65 (PEX-b) и 60 (PEX-c) %.

Отметим, что сшитый полиэтилен, полученный разными способами, в ГОСТ Р 52134-2003 дифференцируется только степенью сшивки. Все остальные показатели одинаковы, в том числе и минимальная длительная прочность (MRS), которая должна быть не менее 8 МПа (PEX-трубы с большим MRS на рынке не декларируются).

Размерные характеристики наиболее часто применяемых PEX-труб для всех типов сшивки, согласно ГОСТ Р 52134-2003, приведены в табл. 2.

Таблица 2. Размерные характеристики PEX-труб для серии S= 3,2 (SDR = 7,4)

 

Номинальный наружный

диаметр,

мм

Номинальная толщина стенки труб,

мм

10

1,4

12

1,7

16

2,2

20

2,8

25

3,5

32

4,4

40

5,5

50

6,9

63

8,6

Параметры эксплуатации (температура и давление) PEX-труб регламентирует ГОСТ Р 52134-2003. Температурные режимы определяются классом эксплуатации трубопровода (табл. 3).

Таблица 3. Определение классов по температурным режимам эксплуатации

Класс эксплу-атации

Траб,

°С

Время

при

Траб,

год

Тмакс,

°С

Время

при

Тмакс,

год

Тавар,

°С

Время

при

Тавар, ч

Область применения

1

60

49

80

1

95

100

Горячее водоснабжение (60 °С)

2

70

49

80

1

95

100

То же (70 °С)

3

30

40

20

25

50

4,5

65

100

Низкотемпературное напольное отопление

4

20

40

60

2,5

20

25

70

2,5

100

100

Высокотемпературное напольное отопление; низкотемпературное отопление отопительными приборами

5

20

60

80

14

25

10

90

1

100

100

Высокотемпературное отопление отопительными приборами

ХВ

20

50

Холодное водоснабжение

Условные обозначения: Траб – рабочая температура или комбинация температур транспортируемой воды, определяемая областью применения; Тмакс – максимальная рабочая температура, действие которой ограничено по времени; Тавар – аварийная температура, возникающая в аварийных ситуациях при нарушении систем регулирования.

Максимальный срок службы трубопровода для каждого класса эксплуатации определяется суммарным временем работы трубопровода при температурах Траб, Тмакс, Тавар и составляет 50 лет.

В системах водоснабжения и отопления применяют (в зависимости от схемы) максимальные рабочие давления: 0,4; 0,6; 0,8; 1 МПа.

Учитывая, что в процессе эксплуатации используются переменный температурный режим и колебания давления, обусловленные суточной и сезонной неравномерностью работы трубопроводных систем, определение максимально допустимого напряжения в стенке трубы производится согласно ГОСТ Р 52134-2003 с помощью правила Майнера.

Номинальное давление для PEX-труб с коэффициентом запаса прочности 1,25 согласно ГОСТ Р 52134-2003 приведено в табл. 4.

Таблица 4. Номинальное давление для PEX-труб

SDR

13,6

11

9

7,4

S

6,3

5

4

3,2

PN, МПа

10

12,5

16

20

При транспортировании горячей воды в системах водоснабжения и отопления коэффициент запаса прочности устанавливается равным 1,5, что вынуждает применять трубы с большей толщиной стенки, чтобы не превысить допустимый уровень напряжений в стенках трубы.

В нормах приведены допускаемые рабочие давления в трубах из сшитого полиэтилена при транспортировании воды (табл. 5).

Таблица 5. Допускаемые рабочие давления в трубах из сшитого полиэтилена при транспортировании воды

 

Темпе-

ратура воды,

°С

Срок

службы,

лет

Допускаемое рабочее давление

при номинальном давлении,

бар

PN 12,5

PN20

10

1

5

10

25

50

14,8

14,7

14,5

14,4

24

23,5

23,3

23,1

22,8

20

1

5

10

25

50

15,7

13,3

13,2

13,1

12,5

21,7

21,2

21

20,7

20

30

1

5

10

25

50

12,3

12

11,9

11,7

11,6

19,6

19

18,8

18,6

18,4

40

1

5

10

25

50

11

10,8

10,7

10,5

10,4

17,5

17,1

16,9

16,7

16,5

50

1

5

10

25

50

9,7

9,5

9,3

9,2

9,1

15,4

15

14,8

14,6

14,4

60

1

5

10

25

50

8,7

8,4

8,3

8,1

8,1

13,8

13,3

13,1

12,9

12,8

70

1

5

10

25

50

7,7

7,5

7,3

7,2

7,1

12,2

11,9

11,6

11,4

11,2

80

1

5

10

25

6,5

6,4

6,3

6,3

10,4

10,2

10,1

9,9

90

1

5

10

5,9

5,8

5,7

9,4

9,2

9,1

95

1

5

10

5,7

5,5

5,4

9

8,8

8,6

 

Свойства полиэтилена с различными способами сшивки

Каждый способ сшивания имеет свои преимущества и недостатки в технологическом оформлении процесса, различается по эксплуатационным характеристикам, областям использования соответствующих изделий и экономическим показателям. Главный критерий – обеспечение надежности и долговечности работы трубопроводов при правильно обоснованных условиях эксплуатации.

Метод сшивания полиэтилена оказывает существенное влияние на степень кристалличности, природу межцепных связей, плотность упаковки в аморфных зонах полиэтилена и весь комплекс физико-механических и релаксационных свойств.

Поперечные связи между линейными молекулами перекисно- и радиационно-сшитого полиэтилена состоят из групп =С-С=, а при силанольной сшивке из связей =Si-O-Si=.

При перекисном сшивании радикалы, образующиеся при распаде перекисей, не входят в состав поперечных связей между макромолекулами, которые определяются С-С-связями.

Процессам термической, механической и термоокислительной деструкции подвержены как цепи, так и поперечные связи, причём эти процессы взаимосвязаны. Тип поперечных связей влияет на устойчивость полимерных цепей, а структура макромолекул – на реакционную способность поперечных связей.

При одном типе поперечных связей для одного полимера способ сшивки оказывает существенное влияние на реакционную способность узлов и мономерных звеньев.

Для всех сшитых полимеров степень кристалличности примерно одинакова; мало изменяется температура максимума плавления (она несколько ниже для радиационно-сшитого полиэтилена).

Различие наблюдается в начале температур плавления. Для PEX-b начало плавления смещается в область более высоких температур, что характерно для разветвленных полимеров, образующихся на стадии «прививки» ненасыщенного силана к полиэтилену.

Заметные различия наблюдаются в температурах начала термоокислительной деструкции. Максимальная термостойкость характерна для силанольно-сшитого полиэтилена (PEX-b). Температура начала окисления PEX-b на 10 и 20 °С выше по сравнению с перекисно- и радиационно-сшитым полиэтиленом соответственно. Это связано с тем, что связь «кремний-углерод» прочнее углерод-углеродной связи.

На процессы плавления и свойства полимера оказывает существенное влияние степень сшивания, а также плотность сетки.

Степень сшивки у перекисно-сшитого полимера примерно на 20 % выше, чем у силанольно- и радиационно-сшитого полимеров. Величина гель-фракции дает лишь общее представление о характере сшивания, но свидетельствует об образовании пространственной сетки различной плотности.

Структурными параметрами, определяющими свойства сшитых полимеров, являются плотность поперечных связей или длина молекулярных цепей между узлами сетки; химический состав и распределение поперечных связей; исходная молекулярная масса полимера; структура полимерной цепи, входящая в сетку.

Более редкая структурная сетка, с большим расстоянием между узлами зацепления, формируется при радиационном сшивании.

Большая плотность сетки наблюдается для PEX-b (примерно на 30 % выше, чем у PEX-a, и в три раза выше по сравнению с PEX-с – несмотря на самые низкие значения гель-фракции).

Повышение плотности сетки приводит к уменьшению газопроницаемости, увеличивает химическую стойкость полимера и его прочность.

Изменения в свойствах полиэтилена в результате сшивания (повышение прочности и деформируемости, снижение температуры хрупкости и увеличение стойкости к растрескиванию) имеют общую причину, которая заключается в увеличении содержания проходных цепей, способствующих диссипации напряжений в аморфно-кристаллическом полимере за счет повышения силы связи между кристаллическими образованиями.

Полиэтилен, сшитый перекисным (PEX-a), силанольным (PEX-b) и радиационным (PEX-c) способами, отличается по приведенным выше параметрам. Это сказывается на его деформационно-прочностных характеристиках, изменении прочности и относительного удлинения при разрыве от температуры испытания. Метод получения и структура сшитого полимера влияют на его прочностные и деформационные характеристики в широком температурном интервале.

Значения прочности при разрыве силанольно- и перекисно-сшитого полиэтилена (PEX-b и PEX-a) примерно одинаковы; практически идентично изменяется прочность этих полимеров с ростом температуры испытания. При повышении температуры от 20 до 110 °С прочность полимеров снижается примерно в 2 раза для всех образцов.

Прочность при разрыве PEX-a и PEX-b при комнатной температуре по сравнению с PEX-c выше примерно на 20 %.

При всех температурах испытания наименьшей прочностью обладает радиационно-сшитый полиэтилен.

Повышенная прочность при разрыве образцов PEX-a по сравнению с PEX-b, связанная с ориентацией макромолекул в процессе растяжения, приводит к замедлению релаксационных процессов и накоплению остаточных деформаций, что, безусловно, сокращает срок службы готового изделия – трубопроводов систем отопления, холодного и горячего водоснабжения. Более того, данное свойство приводит к снижению значения допустимых стрессовых (пиковых) нагрузок.

Наименьшее значение относительного удлинения – у PEX-b. Отметим, что значение относительного удлинения PEX-b мало изменяется с ростом температуры.

Для PEX-a и PEX-c наблюдается рост удлинения при повышении температуры до 70 °C. При более высокой температуре (вплоть до 110 °C) эластичность меняется мало. Деформация PEX-a и PEX-c при комнатной температуре значительно выше, чем у PEX-b. По прочностным показателям и деформационной теплостойкости PEX-b и PEX-a имеют близкие показатели. Самые низкие показатели у труб из PEX-c.

Долговечность труб, помимо прочностных и других свойств, зависит от уровня остаточных напряжений в готовых изделиях, которые в свою очередь определяют скорость протекания релаксационных процессов.

Если сравнивать способ сшивки, то меньшие усилия деформирования требуются для радиационно-сшитого полиэтилена (PEX-c) при всех температурах. Это свидетельствует о меньшей плотности сшивки и большей подвижности макроцепей в межузловом пространстве.

Деформируемость PEX-b изменяется в зависимости от температуры. При 70 °C усилия деформирования значительно превышают необходимые для растяжения PEX-a и PEX-c, что свидетельствует о прочности структурной сетки. Большие значения усилия растяжения при одинаковой величине деформации сохраняются для PEX-b и при других температурах.

Резкое ускорение протекания релаксационных процессов при 110 °C связано не только с повышением подвижности структурных единиц, но и плавлением части полимера, не вошедшего в структурную сетку.

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

♦ радиационно-сшитый полиэтилен (PEX-c) имеет меньшие показатели степени и плотности сшивки и, соответственно, наиболее низкие прочностные характеристики, резко снижающиеся с ростом температуры; обладает большей (в два раза) ползучестью под нагрузкой при высоких температурах по сравнению с полиэтиленом, сшитым другими методами. Поэтому данный материал не рекомендуется для использования при температуре выше 70 °С;

♦ PEX-a имеет температуру стеклования на 10 °С меньше, чем PEX-b – то есть размягчение PEX-a под нагрузкой начинается при более низких температурах;

♦ долговременные испытания образцов труб, сшитых перекисным и силанольным способами, путем их кипячения в воде показали, что деформируемость образцов PEX-a выше, чем PEX-b, примерно в 2 раза на протяжении всего срока испытания, что повышает их прочность при разрыве (за счет ориентации макроцепей в процессе растяжения), но ведет к накоплению остаточной деформации и разрыву связей, которые у PEX-a не восстанавливаются. Следовательно, данное качество PEX-a не соответствует требованиям, предъявляемым к трубопроводам высокотемпературных сетей отопления при высоких значениях давления теплоносителя, так как приводит к ощутимому снижению срока службы трубопровода и ограничивает значения температуры и давления;

♦ гидравлические испытания по ГОСТ 52134-2003 труб из PEX-a и PEX-b показали, что трубы из PEX-b выдерживают более высокие гидравлические давления при температуре 95 °C и составляют, соответственно, 22,8 и 17,2 бар;

♦ по предварительным расчетам срок непрерывной эксплуатации труб из PEX-b при температуре 95°C и давлении до 1 МПа превышает 30 лет, тогда как для труб из PEX-a этот срок составляет 8–10 лет (сравните данные, приведённые в табл. 5).

Подпись к рисунку:

Рис. Тенденции европейского рынка труб для систем водоснабжения и отопления (MP – металлополимерные; PB – полибутеновые; PPR – из статистического сополимера пропилена (тип 3); CPVC – из хлорированного поливинилхлорида; ESt – из нержавеющей стали; Cu – медные; Fe – стальные)


Статьи


Поделиться:

Опубликовано: 13 апреля 2009 г.

вернуться назад




Сшитый полиэтилен тепловые сети

Сшитый полиэтилен тепловые сети

Сшитый полиэтилен тепловые сети

Сшитый полиэтилен тепловые сети

Сшитый полиэтилен тепловые сети

Сшитый полиэтилен тепловые сети

Сшитый полиэтилен тепловые сети

Сшитый полиэтилен тепловые сети

Сшитый полиэтилен тепловые сети

Сшитый полиэтилен тепловые сети

Сшитый полиэтилен тепловые сети

Сшитый полиэтилен тепловые сети

Сшитый полиэтилен тепловые сети

Сшитый полиэтилен тепловые сети

Похожие новости:


  • Музей задорожного схема музея
  • Декор водосточной трубы своими руками
  • Как сделать клумбу из герани
  • Как сшить большую лошадь
  • Как самому себе сделать колосок