Да / Нет
Ваш регион:
Портал "ВАШ ДОМ" - всё для строительства и ремонта
Все статьи :  Водоснабжение, канализация  : Трубы и трубопроводная арматура

Особенности полипропиленовых (PPR) труб, армированных алюминием. 

Статья посвящена напорным полипропиленовым трубам – в частности, трубам армированным алюминиевой фольгой традиционным способом (типа Stabi), и трубам с центрально расположенным по толщине трубы армирующим слоем.


Мировое производство и потребление пластиковых труб ежегодно возрастает примерно на 20%. Это обусловлено очевидными преимуществами в монтаже и эксплуатации пластиковых труб по сравнению со стальными.

Полипропилен (PPR) более долговечен, более устойчив к воздействию повышенной температуры и химических веществ, чем другие традиционные материалы, применяемые для производства труб. Ввиду отсутствия ржавчины, коррозии, распада, гниения, грязи, бактерий, известковых отложений внутренний диаметр полипропиленовых труб в процессе эксплуатации не уменьшается, а шероховатость поверхности не возрастает – таким образом, пропускная способность остается стабильной.

Благодаря своим неоспоримым преимуществам,

трубопроводы из полипропилена широко применяются для систем отопления и водоснабжения в сфере строительства и ЖКХ.

По сравнению с металлами, полимеры вообще и полипропилен в частности обладают большим тепловым линейным расширением и кислородопроницаемостью.


Для снижения теплового линейного расширения и предотвращения диффузии кислорода в теплоноситель полипропиленовые трубы армируют алюминиевой фольгой.

Приведем некоторые характеристики, актуальные в связи с темой данной статьи:


  • линейное температурное расширение полипропиленовой трубы Кр= 0,15 мм/мК;

  • линейное расширение алюминия Кр=0,022 мм/мК;

  • линейное расширение полипропиленовой трубы, армированной алюминием Кр=0,03-0,05 мм/мК;

  • кислородопроницаемость полипропиленовых труб – около 2 г/м3*cут. (см. статью «К вопросу о кислородопроницаемости пластмассовых трубопроводов отопительных систем»; журнал «Сантехника», № 3/2003);

  • полимерные трубы, применяемые в системах отопления совместно с металлическими трубами (в том числе в наружных системах теплоснабжения) или с приборами и оборудованием, имеющим ограничения по содержанию растворенного кислорода в теплоносителе, должны иметь кислородопроницаемость не более 0,1 г/м3∙сут. (СНиП 41-01-2003 п. 6.4.1).

Маркировка армированной алюминием трубы


Раньше армирование осуществлялось следующим способом: на стандартную базовую трубу PN20 наносился клей, а на него накладывался слой алюминиевой фольги, края которой заходили друг на друга «внахлест». В свою очередь, поверх алюминиевой фольги вновь наносился слой клея, и к нему крепился тонкий слой полипропилена, выполнявшего декоративную функцию. Получавшиеся таким способом трубы позиционировались производителями для монтажа систем низкотемпературного и высокотемпературного отопления (класс эксплуатации 3–5) и маркировались индексом PN20, поскольку такой же номинал имела базовая труба, на которую накладывался слой алюминия.

Необходимой операцией при диффузионной сварке армированных алюминием труб с фитингами является процедура зачистки, в процессе которой с трубы в месте сварки удаляется часть фольги

Поскольку при монтаже использовались, как правило, фитинги номиналом PN20, а место сварки зачищалось до размеров базовой трубы, вполне логично, что армированная труба маркировалась как PN20 (SDR=6).

Однако в результате продолжительных теоретических споров, подкрепленных практическими испытаниями, трубу, армированную алюминием, стали маркировать номиналом PN25 (SDR=5). Такое изменение выглядит логично (и согласуется с ГОСТ Р 52134-2003 п.5.2.7) ввиду увеличения суммарной толщины стенки армированной алюминием трубы и изменения таких параметров, как:

SDR=DN/S , где DN – наружный диаметр трубы, S – толщина стенки трубы,

и серии трубы:

S = (SDR-1)/2.

Использование для данной трубы маркировки PN25 справедливо в том случае, если прочность фольги вместе с верхним декоративным слоем полипропилена аналогична материалу базовой трубы PN20, что не вполне очевидно, поскольку, согласно ГОСТ Р 52134-2003, стойкость трубы (испытательное давление) рассчитывается по формуле:

Р=2Smin х sigma /(Dср -Smin),

где sigma – начальное напряжение в стенке,

Smin – минимальная толщина стенки,

Dср – средний наружный диаметр трубы.


Расчет испытательного давления, согласно ГОСТ, производится по размерам базовой трубы, то есть без учета толщины алюминиевой фольги и защитного полипропиленового слоя. Поэтому при прочностных испытаниях трубы, армированной алюминием, не имеет значения, какая маркировка на нее нанесена – PN20 или PN25.

В настоящее время изготовленная на базе PN20 труба, армированная алюминием, чаще всего маркируется как PN25, и это не вызывает вопросов у потребителя. Однако ряд производителей до сих продолжают маркировать такую трубу индексом PN20.

Считаю, что маркировка PN25 более удобна и понятна. Дело в том, что маркировку PN20 у разных производителей может иметь армированная алюминием труба, произведенная как на на основе базовой трубы PN16, так и на на основе базовой трубы PN20. Трубы эти принципиально разные, у них неодинаковое рабочее и испытательное давление. Чтобы избежать путаницы, необходимо армированную трубу, произведенную на базе PN20, маркировать как PN25, а трубу, произведенную на базе PN16, – как PN20.

Само собой разумеется, что любой производитель несет прямую ответственность перед потребителем за качество своей продукции и за соответствие ее маркировки реальным характеристикам. Поэтому, заявляя трубу как PN25, производитель фиксирует ряд важных для 5 класса эксплуатации параметров («Высокотемпературное отопление отопительными приборами», ГОСТ Р 52134-2003 п 5.2, таблица Е.3):

SDR=5, и, соответственно, серия трубы S=2; максимальное рабочее давление – 8 атм.

Для трубы с маркировкой PN20: SDR=6; S=2,5; максимальное рабочее давление – 6 атм.(см. табл. 1).


Таблица 1. Максимальное давление теплоносителя в зависимости от серии труб PPR (80) для 5 класса эксплуатации


Максимальное рабочее давление Рм, МПа

Класс 5

0,4

менее 4,8

0,6

менее 3,2

0,8

менее 2,4

1,0

менее 1,9


Особенности технологии армировки PPR-труб


При армировании полипропиленовых труб алюминиевой фольгой края фольги, как правило, закрепляются на трубе «внахлест». Данная технология применяется для труб PPR большинством производителей, хотя в последнее время развивается технология лазерной сварки краев алюминиевой фольги «встык». Возможность укладки фольги «внахлест» обусловлена необходимостью ее зачистки перед сваркой с фитингом: таким образом, фольга не контактирует с теплоносителем и не влияет на качество сварки трубы и фитинга. Сварка фольги «встык» широко применяется для труб Pex /Al /Pex – это определено конструкцией данного типа трубы (армирующий слой находится в центре) и технологией монтажа.

На ранних этапах развития технологии армирования PPR-труб использовалась сплошная алюминиевая фольга. Она не пропускает кислород в теплоноситель, обеспечивает гладкую внешнюю поверхность трубы. Однако при этом сама фольга обладает абсолютно гладкой поверхностью, и ее надежное соединение со слоями полипропилена затруднительно. Эта особенность фольги предъявляет определенные требования к свойствам клея, а также к температуре и влажности на производстве. Нарушения технологии и отступления от стандартов качества сырья при производстве армированных труб приводят к тому, что молекулы воды проникают сквозь стенку трубы (полипропилен гидроскопичен), однако алюминиевая фольга их не пропускает, и вода скапливается под слоем алюминия, способствуя образованию пузырей на поверхности трубы, вследствие чего нарушается ее эстетический внешний вид.


Чтобы избежать образования пузырей на поверхности трубы и разрушения ее верхнего слоя, PPR-трубы в настоящее время армируют перфорированной алюминиевой фольгой, которая имеет равномерно расположенные круглые отверстия. При производстве трубы с перфорированной фольгой полипропилен верхнего декоративного слоя и базовый полипропилен прочно скрепляются между собой по всей поверхности перфорации, как заклепками.

Поскольку перфорированная фольга имеет отверстия, у потребителей нередко возникает законный вопрос: «Какова кислородопроницаемость трубы, армированной перфорированной фольгой?»

Для полипропиленовых труб ТЕВО technics.площадь перфорации мала и составляет 2,8%.

Как мы указывали ранее, кислородопроницаемость неармированных полипропиленовых труб ориентировочно равна 2 (г/м3*cут), а разрешенная проницаемость составляет 0,1 (г/м3*cут).

Соответственно, армированная перфорированной фольгой PPR-труба имеет ориентировочную кислородопроницаемость 0,056 (г/м3*cут), что допустимо по СНиП 41-01-2003 п. 6.4.1.


Трубы центрально армированные


Трубы типа Stabi, о которых шла речь выше, обладали, с точки зрения удобства монтажа, одним недостатком: перед сваркой требовалась зачистка труб, в процессе которой снимались верхний слой алюминия и декоративный слой PPR. Для упрощения процесса монтажа многие производители изготавливают трубу с центральной армировкой алюминиевой фольгой PPR-AL-PPR (рис. 1). При таком способе армирования полностью сохраняются достоинства армированных труб: низкий коэффициент температурного линейного расширения и низкая кислородопроницаемость.


Рис. 1

В зависимости от соотношения внешнего диаметра трубы и толщины ее стенки (SDR), труба PPR-AL-PPR может иметь маркировку PN20 или PN25. Если это соотношение равно 5, труба будет иметь маркировку PN25; если SDR=6 – маркировку PN20.

Недостатком конструкции данных труб является необходимость торцевания краев трубы с целью недопущения контакта алюминиевой фольги с теплоносителем. Результат недобросовестного монтажа показан на примере трубы с центральной армировкой алюминиевой фольгой «внахлест» и проиллюстрирован на рис. 2, 3, 4. Монтаж трубы произведен обычной насадкой, торцевание не производилось. В таком случае теплоноситель в процессе эксплуатации под давлением проникает в образовавшееся пространство между слоем армирующего алюминия и полипропиленом (рис. 2), что приводит к образованию пузыря на на поверхности трубы. Поскольку верхний слой полипропилена в трубах PPR-AL-PPR тонок, не имеет достаточной прочности и не рассчитан на подобные нагрузки – неизбежно его постепенное разрушение. Через образовавшееся отверстие происходит протечка теплоносителя, что приводит к аварии всего трубопровода (рис. 3 и 4).


Рис. 2 Рис. 3


Рис. 4

Таким образом, при монтаже труб с центральной армировкой торцевание трубы является обязательной операцией. К сожалению, проверить, была ли осуществлена данная операция, в уже смонтированной системе трубопровода на основе труб c центральной армировкой невозможно – приходится надеяться лишь на добросовестность монтажника. Чаще всего надежды не оправдываются, поскольку большинство монтажников, поверивших некорректным рекламным лозунгам поставщиков и продавцов данной продукции, искренне убеждены, что эта труба не требует зачистки. Заметим, что при использовании трубы типа Stabi осуществить ее сварку с фитингом без зачистки практически невозможно – по крайней мере, качество монтажа легко контролируется визуально. При монтаже труб с центральной армировкой проблема может быть решена путем применения в процессе сварки специальных сварочных насадок – тогда торцевание краев трубы не является обязательным. К тому же специальные насадки могут применяться и при сварке обычных, неармированных PPR-труб – соответственно, отпадает необходимость в стандартных сварочных насадках . А имея при себе только специальные сварочные насадки, монтажник не сможет, осуществить неправильный монтаж трубы с центральным армированным слоем.


На рис. 5 показаны внешний вид специальной сварочной насадки и ее принципиальное изображение в разрезе. Конструкция насадки разработана таким образом, что прогреваются внешняя и внутренняя поверхность трубы. Без прогрева внутренней поверхности трубы полипропилен может закрыть алюминиевый слой, но с торцевой поверхностью трубы диффузионно он не сварится. Для успешной работы специальной насадки в ее конструкции предусмотрено отверстие для отвода воздуха находящегося между трубой и насадкой при нагреве трубы. Это отверстие также служит для визуального контроля процесса разогрева трубы.


Рис. 5

В результате проведенных в ООО «Альтерпласт» расчетов и исследований, а также тестовых испытаний с различными вариантами геометрии внутренней поверхности и формы сварочных насадок удалось создать оптимальную конструкцию специальной насадки. На рис. 6 показан разрез сварного соединения трубы с центральной армировкой Master pipe и фитинга ТЕВО technics. Сварка произведена специальной сварочной насадкой, запатентованной компанией «Альтерпласт» (патент № 96 523 от 10.08.2010 г. «Сменный нагреватель»). Как видно из рис. 6, алюминиевая фольга полностью закрыта полипропиленом. Фитинг надежно прилегает к трубе по всей свариваемой поверхности. Важно отметить, что торцевание или зачистка конца трубы при этом не производились.


Рис. 6

Достоинства данной насадки очевидны. Недостатками можно считать незначительное увеличение времени разогрева полипропиленовой трубы, а также необходимость точного (с отклонением не больше 3–5 градусов) горизонтального позиционирования трубы внутри насадки в процессе сварки.


Особенности трубы с центральной армировкой


Для монтажа трубы с центральной армировкой используются типовые фитинги, которые применяются для монтажа PPR-труб и выпускаются всеми производителями. Но, в связи с тем, что труба с центральной армировкой перед сваркой не зачищается, при одинаковом параметре SDR проходное сечение трубы с центральной армировкой будет меньше на удвоенную толщину зачищаемого слоя. Такое уменьшение может быть принципиальным для труб малых диаметров (DN 20, 25, 32). Например, для трубы DN20 PN25 заужение составляет 20%. В связи с этим можно порекомендовать проектировщикам и потребителям использовать трубу с центральным армированием номиналом PN20, то есть SDR=6, и применять ее по соответствующей серии s=2,5, сохранив для этой трубы привычные гидравлические характеристики традиционно армированной трубы PN25.


Тепловое линейное расширение

По показателям линейного расширения традиционно и центрально армированные трубы не имеют принципиальных различий. Трубы, армированные перфорированной алюминиевой фольгой, в зависимости от толщины фольги, типа перфорации а также параметров SDR и DN (независимо от глубины залегания алюминиевого слоя), имеют разные значения коэффициента линейного расширения (Кр), которые колеблются в диапазоне 0,03–0,05мм/мК.



Кислородопроницаемость труб с центральной армировкой


Как мы видели, при неправильном монтаже разрушение трубы с центральной армировкой происходит по алюминиевому слою, причем с наибольшей вероятностью в том месте, где края алюминиевой фольги соединены «внахлест». Чтобы избежать подобных дефектов, лучше использовать трубу, при производстве которой края алюминиевой фольги не накладываются друг на друга и между краями остается полоска трубы, не закрытая алюминиевой фольгой (рис. 7).




Соответственно, при расчете кислородопроницаемости к посчитанной нами площади перфорации добавляется площадь данной полоски. Ее ширина (при разрешенной кислородопроницаемости 0,1 г/м3*cут) может составлять для DN20 – 1,5 мм, для DN25 – 1,8 мм.


Кислородопроницаемость и диаметр трубы


Как уже говорилось, показатель кислородопроницаемости полипропиленовых труб принят нами за 2 г/м3*cут.. Интересно рассмотреть зависимость этого показателя от диаметра трубы, используя понятие SDR.

Возьмем типовое уравнение переноса. Будем считать, что временной отрезок мал, длина трубы достаточно мала, диффузия кислорода в воде от трубы к центру значительно выше диффузии через стенку, растворенного в воде кислорода нет. Тогда


Q=D٠S٠dc/dR= D٠3.14٠L ٠c ٠ln(SDR/(SDR-2)),


где, Q – поток диффузионного кислорода,

D – кислородопроницаемость,

Dс – величина прироста концентрации кислорода,

L –длина участка трубы,

S – площадь поверхности трубы.


Отнеся диффузионный поток кислорода через стенку к объему воды в трубе (т.е. тому объему, в котором данный кислород растворится), получим:


V=3.14/4 ٠ (DN-2٠ DN/SDR)2 ٠L= 3.14/4 ٠DN2 ٠(1-2/SDR)2 ٠L


Q/V=4٠D٠с/DN2 ٠ln (SDR/(SDR-2))/ (1-2/SDR)2


Преобразуя полученное уравнение и подставляя SDR=6, получим зависимость диффузии кислорода отнесенной к объему неармированных труб PN20 в зависимости от внешнего диаметра трубы DN:


Q/V=3.6٠D٠с/DN2




Очевидно, что чем больше диаметр трубы, тем ниже концентрация добавленного кислорода в воде и эта концентрация обратно пропорциональна диметру трубы во второй степени.

Данный результат еще раз подтверждает ошибочность распространенного утверждения: «Трубы малых диаметров не обязательно армировать или защищать теплоноситель от попадания в него кислорода, так как потоком кислорода сквозь стенку таких труб можно пренебречь». Сторонники этой точки зрения призывают не армировать алюминием и не покрывать слоем AVOH ( антидиффузионный слой для труб PEX) и PPR трубы малого диаметра. Однако именно такие трубы, стоят, например, перед стальными панельными радиаторами (толщина стальной стенки – 1,2 мм). Поэтому армировать алюминием трубы малого и большого диаметра для систем отопления необходимо. Причем для труб малого диаметра это правило более важно, чем для труб большого диаметра, где необходим расчет и привязка к конкретной схеме применения.

Например, при D=2х10-11 м2/с (кислородопроницаемость полипропилена) и сО2 MAX = 270 г/м3 (ориентировочное содержание кослорода в атмосфере)


Q/V=1,9٠10-8/DN2 (г/с٠м3) или 1,6٠10-3/DN2 (г/сутки٠м3)



для DN20мм, получим в сутки 4 г/м3 кислорода – иначе говоря, возможно образование 30 г ржавчины. В одном метре трубы DN20 PN20 ( SDR=6) содержится 2,2х10-4 м3; соответственно, через этот погонный метр трубы в теплоноситель пройдет по максимуму 8,8х10-4 г/сут. кислорода.

Например, если система отопления выполнена из полипропиленовой трубы PN20 (неармированной или армированной стекловолокном), объем системы отопления 100 л, имеются настенный котел с алюминиево-медным теплообменником и температурой нагрева 80 С° и стальные панельные радиаторы, а емкость труб равна 50 л, то в сутки для типового набора труб разного диаметра с SDR=6 пройдет в теплоноситель около 0,1 г кислорода; в пересчете на в год это составляет 37 г кислорода, или 250 г ржавчины, полученной в стальных панельных радиаторах (которые, весьма вероятно, потекут через год или два эксплуатации).

В задачи данной статьи не входит точный количественный анализ кислородопроницаемости, однако приведенный пример позволяет разрешить часто задаваемый вопрос: «Сколько кислорода пропускает пластиковая труба? Много это или мало?» Думается, нами был дан вполне конкретный ответ. В заключение заметим, что на эту тему написано немало содержательных работ, но выводы читателей или компаний, поставляющих подобную продукцию на рынок, не всегда соответствуют проведенному в этих статьях анализу.

Дата публикации 16.10.11




Добавить комментарий

Комментарии

(4)

Алексей [31.03.2016 - 21:26]

Афтор жжет. Нет такого слова гидроскопичен, есть гигроскопичен. Гигроскопи́чность (от др.-греч. ὑγρός — влажный и σκοπέω — наблюдаю) — способность некоторых веществ поглощать водяные пары из воздуха.

Оценка: 
 (ужасно)


Борис [15.12.2015 - 11:13]

Что есть "мК"? Если метр-Кельвин,то д.б. м-К (см.dic.academic.Википедия)
Прошу уточнить.

Оценка: 
 (хорошо)


Александр  Написать [05.05.2013 - 20:27]

Статья хорошая,сам ищу материал по этой теме, т.к. недавно столкнулся с пайкой таких труб. Имея такие спец.насадки не добился хорошего результата пайки, а на рис. 6 - идеал, на практике такого не получишь, причем получается либо заужение места стыка торца трубы и фитинга, либо через фитинг на торце трубы видна фольга(если фитинг надевать не до конца).Необходимо торцевание трубы, удаление фольги на необходимую глубину.

Оценка: 
 (хорошо)


Шамиль  Написать [17.04.2013 - 10:41]

а кто автор этой статьи? очень бы интересно было знать.

Оценка: 
 (отлично)




Добавить комментарий

Имя*
E-mail: 
 Присылайте мне комментарии по этой статье
 Не показывать мой E-mail
Комментарий*

не менее 5 слов
Оценка: 
 (отлично)
 (хорошо)
 (средне)
 (плохо)
 (ужасно)
 (без оценки)
 (введите число, указанное на картинке*)

Правила размещения комментариев

Поля отмеченные значком * обязательны для заполнения.

Запрещено:

  1. Запрещены сообщения рекламного характера.
  2. Запрещены сообщения оскорбительного и нецензурного содержания.
  3. Запрещено использование тегов HTML и скриптов на языках JavaScript, VBScript.

Все сообщения просматриваются администратором и, в случае нарушения правил, удаляются без предупреждения и объяснения причин.


Смотрите также
Пластиковые трубы — выгодная альтернатива металлическим системам при домашнем ремонте
Если Вам предстоит крупный ремонт, то Вы наверняка планируете замену водопроводных и газовых труб — такие системы подвержены довольно быстрому износу. В настоящий момент... Подробнее
Место, где рождаются трубы
О конкурентно способном производстве пластиковых труб организованном российской компаний Политрон, читайте в статье "Место, где рождаются трубы". Подробнее
Двухслойные гофрированные трубы из полимеров – штурм новых рубежей
В настоящий момент в России рынок двухслойных гофрированных труб из полиэтилена (ПЭ) диаметром свыше 200 мм (большого диаметра) находится только в стадии своего... Подробнее



Все статьи:      «Водоснабжение, канализация» (182) >> «Трубы и трубопроводная арматура» (43) >>


Смотри также: Каталог «Водоснабжение, канализация» >>
Фотогалереи (12) >>
Статьи (182) >>
ГОСТы (126) >>
СНиПы (8) >>
СанПиНы (8) >>
Нормативные документы (4) >>
ВСН (1) >>
Задать вопрос в форуме >>
Строительные блоги (13) >>
Подписка на рассылки >>
VashDom.Ru: перейти в раздел
  поиск
   
 
 Copyright © 1999-2016 ВашДом.Ру - проект маркетинговой группы "Текарт"
 По вопросам связанным с работой портала вы можете связаться с нашей службой поддержки или оставить заявку на рекламу.

Рейтинг@Mail.ru
наверх