О ПЭ-трубах из Коханова на семинаре в Минске

12 апреля в рамках 9-й международной выставки «Вода и Тепло» состоялся семинар под названием «Современное отечественное производство и применение полиэтиленовых труб в Республике Беларусь». Его организатором выступило минское СООО «КИРАННА», которое представляла специалист по маркетингу Ирина Ермакова. От СЗАО «Кохановский трубный завод «Белтрубпласт» (КТЗ) участвовали заместители его гендиректора Михаил Лавров и Павел Землянский, от Борисовского завода пластмассовых изделий — заместитель его гендиректора Владимир Козловский.

Трубная продукция обоих заводов схожа по номенклатуре. Но в Борисове выпускают также полипропиленовые изделия для горячего водоснабжения и внутренней канализации. Ниже приведен ряд важных фрагментов из рассказанного о полиэтиленовой напорной трубе (в том числе и больших диаметров), которая является основной продукцией КТЗ. Это предприятие находится в г.п. Коханово Толочинского района Витебской области. Компания «КИРАННА» — торговый дом завода. Ее задачи — реализация продукции завода, идущей под торговой маркой «КИРАННА», а также комплектация объектов водоснабжения и канализации и газоснабжения сопутствующими материалами и оборудованием, в т.ч. сварочным. Производительность завода — 20 тыс. тонн изделий в год. Если это количество перевести в эквивалент средней трубы диаметром 200 мм, то ее длина составит 3,5 тыс. км. Производство в Коханово было основано в 1996 г. практически на пустом месте. На территории в 3,7 га был построен производственный корпус площадью 5500 м2, склад на 2500 м2 и административный корпус площадью 1600 м2?. Каждый год предприятие наращивало мощность, развивая товарный ассортимент и включая в работу новые производственные линии. Оно было существенно преобразовано в 2005 г. Тогда были внедрены дополнительные мощности и новейшее технологическое оборудование. Сегодня КТЗ выпускает напорные трубы из полиэтилена (ПЭ) диаметром от 16 до 630 мм (более 160 типоразмеров) и порядка 400 разновидностей сварных фасонных деталей. Среди продукции завода — трубы для водоснабжения и канализации по ГОСТ 18599-2001 на давление до 1,6 МПа, газовые трубы по СТБ ГОСТ Р5 0838-97 диаметром до 400 мм на давления 0,3, 0,6 и 1,0 МПа. Фасонные детали изготавливаются по ТУ BY 3004919920.404-2005, технические безнапорные трубы из полиэтилена низкого давления (ПНД) с использованием вторсырья — по ТУ BY 300 491 920.425-2005. В 2005 и 2006 гг. «КИРАННА» стала победителем Республиканского конкурса «Лучший строительный продукт года» в номинации «Полиэтиленовые трубы из ПЭ80 и ПЭ100». 2006 г. был ознаменован победой в конкурсе «Лучшие товары Республики Беларусь». В 2005 г. КТЗ начал выпуск труб больших диаметров, что положило начало процессу импортозамещения.

Как показали тендеры в прошлом году и в начале 2007 г., напорные ПЭ-трубы кохановского производства по большинству диаметров дешевле импортных труб из стеклопластика и ПВХ. Притом по многим параметрам ПЭ-трубы превосходят стеклопластиковые и ПВХ. ПЭ-трубы изготавливаются на экструдерных установках (рис. 1) методом непрерывного выдавливания. Шнеки экструдера непрерывно продвигают и в условиях подогрева перерабатывают гранулы ПЭ в массу, пригодную для формовки. Горячая масса продавливается через сопло и поступает в калибратор, где посредством вакуумирования ей придается требуемый внешний диаметр. После охлаждения непрерывная труба поступает на маркировочную установку и разрезается на отдельные трубы стандартной длины или наматывается на барабан. Свойства ПЭ-труб определяются свойствами материала, из которого они изготавливаются — ПНД. Его получают путем синтеза этилена при давлении 0,7 МПа и температуре 200°-275(С. ПЭ — это высокомолекулярное соединение, его макромолекулы состоят из большого числа повторяющихся звеньев. Между ними действуют силы межмолекулярного взаимодействия, которые значительно слабее сил химического взаимодействия в самой цепи. Это определяет одно из важнейших свойств таких полимеров — способность к значительным деформациям без нарушения целостности материала. При повышении температуры силы межмолекулярного взаимодействия ослабевают, при понижении деформативность вновь приобретает обратимый характер. ПНД имеет высокую плотность (0,941-0,965 г/см3), легко сваривается. В нем не возникают усталостные напряжения. Это наиболее предпочтительный материал для газопроводов, напорных систем водоснабжения и водоотведения, дренажных систем.

В международной практике введена классификация ПЭ-труб по минимальной длительной прочности MRS — напряжению, которое определяет свойства материала для изготовления труб. Его значения получают путем экстраполяции (на срок службы 50 лет при температуре 20(С по данным испытаний труб на стойкость к внутреннему гидростатическому давлению с нижним доверительным интервалом 97,5%) и округляют до ближайшего нижнего значения ряда R10 по ГОСТ 8032. Маркировка полиэтилена ПЭ63, ПЭ80, ПЭ100 содержит MRS в барах (кгс/см2).

Показатели для некоторых ПЭ-труб приведены в таблице 1, из которой видно, что применение полиэтилена ПЭ100 позволяет уменьшить толщину стенки трубы. В настоящее время на КТЗ используют в основном эту марку полиэтилена. Кривые длительной прочности различных типов полиэтилена приведены на рис. 2. Обычно для пластмассовых труб допустимое напряжение принимают так, чтобы его величина соответствовала примерно половине величины прочности при длительной нагрузке в течение 50-100 лет (долговечность ПЭ-труб — 50 лет и более). Это означает, что при кратковременных нагрузках будет примерно 4-кратный запас прочности. ПЭ — вязкоэластичный материал, у которого зависимость между напряжением и линейной деформацией выражается рядом кривых, каждая из которых отражает определенную длительность нагрузки (рис. 3).

С увеличением длительности воздействия нагрузки увеличивается линейная деформация материала. Это явление — текучесть. Если материал подвергается постоянному растяжению, то одновременно с увеличением длительности воздействия уменьшается напряжение в материале. Это явление — релаксация. Применительно к ПЭ-трубам она выражается в том, что в их стенках при деформировании снимается излишнее напряжение. Это особенно важно при действии на трубы нагрузок от грунта и транспорта. Для сравнения в таблице 2 приведены основные характеристики различных полимеров, применяемых для производства труб. Отличительное свойство изделий из ПЭ (в т.ч. труб) — способность соединяться между собой на сварке при определенном разогреве. Почти все другие термопласты и реактопласты такой способностью не обладают, их соединения являются разъемными и выполняются с помощью муфт, раструбов, фланцев. Сварка же ПЭ-труб встык обеспечивает равнопрочность трубопровода на всем его протяжении. Благодаря своей эластичности и сварке встык ПЭ-трубы применяются при бестраншейной прокладке водоводов. Стоит остановиться и на таком показателе, как коэффициент линейного теплового расширения. У ПЭ этот коэффициент составляет примерно 0,2 мм/(м°С), что значительно выше, чем у труб из ПВХ и стеклопластика. Существенно ли это для наружных сетей водоснабжения и водоотведения — основной области применения ПЭ-труб? Т.к. трубы закладываются ниже глубины промерзания грунта, где температура в течение года изменяется мало, равно как и температура транспортируемой воды, то их линейные расширения ничтожны. Кроме того, защемленная в земле труба не подвержена подвижкам, а возникающие в стенках напряжения незначительны по сравнению с допускаемыми по расчету. ПЭ-трубы не требуют дополнительной изоляции, при контакте с водой или агрессивными средами не деформируются и не корродируют. Они также обладают коррозионной стойкостью ко всем видам грунтов. При нормальной температуре ПЭ-трубы устойчивы к действию щелочей, соляной и фосфорной кислоты. Следует отметить, что у ПЭ-труб самая высокая износостойкость, определенная по методу Дармштадта (рис. 4).

Трубы, изготавливаемые по ГОСТ 18599-2001, предназначены для напорных систем с перекачкой воды температурой от 0° до 40 (С. Если же температура замерзания перекачиваемой жидкости ниже нуля — от -40° до +40 °С. ПЭ-трубы, классифицируемые по давлению, могут применяться и для безнапорных систем с температурой воды до 60(С. Кратковременно температура может быть и выше. Но надо учитывать, что температура размягчения ПЭ — 100(С. Благодаря равнопрочности ПЭ-трубопровода на его поворотах не требуются упоры, а радиус изгиба ПЭ-трубы — от 20 до 125 ее внешних диаметров (таблица 3).

Эти моменты, конечно, следует учитывать при проектировании трубопроводов. Благодаря большому диапазону классов давления PN выпускаемых ПЭ-труб в случае переменного давления по длине водовода труба подбирается дифференцированно. ПЭ-трубы не подвержены «стеклованию» при низких температурах и могут монтироваться при температуре до -20єС. При транспортировке воды важное значение имеет гидравлическое сопротивление трубопровода. Коэффициент эквивалентной шероховатости внутренней поверхности ПЭ-трубы составляет 0,005-0,010 мм и гораздо меньше, чем у других труб: 0,023 (стеклопластиковая труба), 0,1 (новая стальная труба), 0,3 мм (ржавая стальная труба и чугунная труба), до 1,0 мм (старая чугунная труба). Со временем в связи с увеличением этого коэффициента для старых стальных и чугунных труб, их зарастанием потери напора в них становятся все больше. Что касается ПЭ-труб, то они зарастанию не подвержены. Ввиду низкого гидравлического сопротивления ПЭ-трубопроводов достигается экономия электроэнергии на перекачку жидкостей в соответствующих напорных системах. К примеру, расход электроэнергии при перекачке воды (50 л/с) в трубопроводе длиной 0,8 км и внешним диаметром 315 мм составляет 174,3 тыс. кВтч/год (трубопровод из ПЭ), 187,7 тыс. кВт(ч/год (из стали) и 191,2 тыс. кВт(ч/год (из чугуна).

Вследствие сравнительно небольшой величины модуля упругости ПЭ (таблица 2) скорость распространения ударной волны и увеличение первоначального давления в трубопроводе из этого материала в случае внезапной остановки потока воды незначительно и не грозит повреждением запорно-регулирующей арматуры. Следует отметить, что кратковременная прочность труб из термопластов почти в 4 раза выше указанного в соответствующем классе. Считается, что такие трубы не требуют расчета на гидравлический удар, если максимальное давление в трубопроводе при его возникновении не превышает в 1,5 раза PN.

Проложенный в грунте трубопровод должен воспринимать и нагрузки от грунта и транспорта. Гибкая ПЭ-труба в грунте под нагрузкой принимает овальную форму и тем самым подвергается меньшим нагрузкам, чем жесткая труба. Труба как бы приспосабливается к локальным условиям, воспринимая нагрузки своими боковыми стенками (рис. 5). Такую овальность ограничивают 10%, причем исходя из практических соображений, а не из опасений того, что появятся повреждения. Точно так же ПЭ-труба ведет себя при укладке на дно траншеи, имеющей криволинейный профиль. Высокая гибкость и сварка встык ПЭ-труб позволяют укладывать их на естественное основание даже в слабых грунтах с условным расчетным сопротивлением менее 0,1 МПа. Ширина траншеи минимальна — по дну больше диаметра трубы только на 0,3 м, для обеспечения подбивки пазух между трубой и боковыми стенками траншеи. Трубопровод из ПЭ-труб сваривается в плеть, как правило, на бровке траншеи, поэтому может укладываться в траншею без водопонижения с помощью штанг или пригрузов с последующей засыпкой грунтом (рис. 6).

Трудозатраты и время монтажа ПЭ-трубопровода по сравнению с металлическим ниже в 3- 5 раз. Кроме того, первый на порядок легче второго, что означает значительное снижение транспортных и монтажных затрат. Гидравлические испытания трубопроводов из ПЭ-труб проводятся на участках длиной до 1,5 км, в отличие от трубопроводов с разъемными соединениями (раструбы, муфты), для которых длина участков 0,5 км. При этом в ПЭ-трубопроводах допустимые утечки в два раза меньше.

ПЭ-трубы не выделяют токсичных веществ и не изменяют качество воды. Их производство является, по существу, безотходным, т.к. ПЭ подвергается вторичной переработке. Внутренней поверхности ПЭ-труб не присуща адгезия — накопление гидрата окиси железа и других взвесей, находящихся в воде. Именно поэтому эта поверхность и не зарастает, благодаря чему исключается повторное загрязнение питьевой воды в водопроводных сетях. Еще одно важное потребительское свойство ПЭ-трубопроводов — их бесшумность при любой скорости потока.

Дмитрий ЖУКОВ, фото автора