Трубы для локальных систем. Сравнительный анализ (Часть 1)

Этот обзор касается труб, предназначенных для локальных сетей подачи воды, тепла и газа. Монополия стальных труб, незыблемая до середины ХХ века, в наше время нарушена. Сегодня с ними серьезно конкурируют полимерные трубы. Более того, в России введено в действие Изменение №2 к СНиП 2.04.01-85 “Внутренний водопровод и канализация зданий”. Теперь пункт 10.1 СНиП гласит: для внутренних трубопроводов холодной и горячей воды следует применять пластмассовые трубы и фасонные изделия... Для всех сетей внутреннего водопровода допускается применять медные, бронзовые и латунные трубы и фасонные изделия, а также стальные трубы и элементы с внутренним и наружным защитным покрытием от коррозии”.
  Таковы нормы, а на практике строительные организации продолжают возводить здания, ориентируясь в основном на стальные трубы. Зачастую нарушается технология монтажа: вместо резьбовых соединений используют сварку. Последнее ведет к нарушению защитного слоя и провоцирует коррозионные разрушения труб.
  Ниже рассмотрены основные виды труб, применяемые для локальных водо-, тепло- и газовых сетей.
  
  Металлические трубы
  Металлические трубы были одним из первых видов труб, применяемых человеком, и сохраняют ведущие позиции и поныне. Трубы делали из тонких медных, свинцовых и железных листов путем их сгибания, т.е. технология была близка к современной. Сталь и медь широко используются и в наше время.
  Стальные трубы. Чаще других в строительстве применяют стальные трубы не только для транспортировки воды и газа, но и как элементы строительных конструкций. Для локальных сетей используют стальные водогазопроводные 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). Одним из существенных недостатков стальных труб является их большой вес. Так, труба с условным проходом 15 мм (1/2’’) весит 1,25 кг/м.
  Стальные трубы могут быть обычными (черными), но более эффективны оцинкованные. Монтаж сетей из стальных труб осуществляется на резьбе и с помощью сварки. Сварка понижает коррозионную стойкость, в особенности оцинкованных труб, т.к. в месте сварки цинк окисляется и испаряется (температура кипения цинка 906 оС), поэтому места стыка корродируют очень быстро. Монтаж системы довольно трудоемок; после длительной эксплуатации разобрать систему трудно, а порой просто невозможно.
  Положительным свойством стальных труб является низкий температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) – 0,012(мм / м . К); он в 5…10 раз ниже, чем у полимеров; кроме того они не проницаемы для кислорода и УФ-излучения.
  Из-за высокой теплопроводности стали (74 Вт / м . К) стальные трубы при открытой прокладке в отапливаемых помещениях при транспортировании по ним холодной воды могут “отпотевать”. По той же причине стальные трубы при прокладке в грунте могут замерзать, что приводит к их разрушению: они расходятся по шву или лопаются.
  При подаче горячей воды трубы изнутри быстро обрастают продуктами коррозии и другими отложениями, что резко снижает их пропускную способность и способствует размножению микрофлоры.
  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 уже несколько тысяч лет назад. Но широкое использование медных труб началось в 20–30 годы ХХ века, а пик популярности пришелся на 70-е. К этому же времени относится появление в строительстве полимерных труб. В результате конкурентной борьбы между медными и полимерными трубами выявились их сильные и слабые стороны, что позволило каждому материалу занять свою нишу на строительном рынке.
  Особенности свойств медных труб:
  · ТКЛР меди 0,017 (мм/м.К), что в 4…8 раз ниже, чем у полимеров;
  · теплопроводность меди 394 (Вт / м . 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 минус 200 до плюс 200 оС;
  · медные трубы не боятся замораживания в заполненном водой состоянии как стальные, благодаря пластичности меди;
  · медь не подвержена коррозии в обычной воде.
  Медь практически целиком подвергается повторной переработке (это полностью подтверждается привычными для нас сообщениями в средствах массовой информации о хищениях меди). Подсчитано, что около 80% всей меди, когда-либо выплавленной на Земле, до сих пор находятся в эксплуатации.
  Трубы из меди очень технологичны: их легко резать и гнуть. Соединяют их с помощью пайки, а чаще обжимом муфт специальными щипцами.
  У медных труб более низкий коэффициент шероховатости Кш = (1,5…2).10-6 м, чем у стальных (Кш = 200.10-6м) и даже полимерных (Кш = 8.10-6м) труб. Это увеличивает их пропускную способность и позволяет применять трубы малого диаметра 8…10 мм.
  Как уже говорилось, медь очень коррозионноустойчива в обычной воде, но при сильном хлорировании и в кислых средах (при рН < 7) медь все же корродирует с выделением вредных для человека веществ. Кроме того, при контакте меди с другими металлами (сталью, алюминием) возникает электрохимическая коррозия, которая быстро приводит к разрушению этих металлов. Для исключения этого явления медь и другие металлы, используемые в одной системе, необходимо разделять электроизолирующими прокладками.

Применение медных труб рационально во внутренних теплосетях.
  
Полимерные трубы
  Первые полимерные трубы появились в середине ХХ века. Сегодня промышленность предлагает уже широкий выбор полимерных труб. При правильном монтаже их долговечность в несколько раз выше, чем у стальных. Доказательством этого может служить успешная эксплуатация и по сей день трубопроводов из полимерных труб, смонтированных в 50-е годы. Высокая долговечность компенсирует повышенную стоимость.
  Полимерные трубы заслуженно завоевали популярность у строителей благодаря многим положительным свойствам:
  · они не подвержены коррозии;
  · санитарно-гигиенические показатели полимерных труб выше, чем у стальных;
  · полимерные трубы характеризуются небольшим весом;
  · пропускная способность полимерных труб за счет гладкости стенок и отсутствия обрастания значительно выше, чем у стальных и чугунных при равном диаметре;
  · полимерные трубы бесшумны при любой скорости потока.
  Полимерные трубы поступают на стройку в виде бухт и легко нарезаются на требуемые размеры. Соединение труб осуществляется низкотемпературной сваркой, склейкой и при помощи специальных муфт. Вес полимерных труб в 5…10 раз ниже, чем стальных при равном внутреннем диаметре.
  К недостаткам полимерных труб следует отнести зависимость их прочности (предельного рабочего давления) и долговечности от температуры (см. табл. 1), а также невысокие предельные рабочие температуры (как правило, не выше 95 оС). Кроме того, у полимеров высокий температурный коэффициент линейного расширения (~ в 10 раз выше, чем у металлов). Полимерные трубы горючи (к трудносгораемым относится только поливинилхлорид).
  Для изготовления полимерных труб в настоящее время в основном используют сшитый полиэтилен (РЕ-Х), полипропилен (РР), поливинилхлорид (РVС), хлорированный поливинилхлорид (СРVС) и полибутен (РВ).
 

 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, сохранив все преимущества обычного полиэтилена, приобрел существенно бoльшую прочность и теплостойкость: верхний предел рабочей температуры, при которой РЕ-Х способен длительно работать – плюс 95 оС.
  Трубы из сшитого полиэтилена выпускают на различные номинальные давления РN – от 0,8 до 2,5 МПа 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/см2) 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) по использованию в производстве труб занимает второе место вслед за сшитым полиэтиленом. Он менее теплостоек, чем сшитый полиэтилен, поэтому не рекомендуется к использованию в системах отопления и горячего водоснабжения. 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, более жесткие полипропиленовые выпускаются только в виде мерных отрезков до 4 м длиной, что менее удобно при транспортировке и монтаже.

  Трубы повышенной теплостойкости получают используя сополимер полипропилена “Рандом”.
  Поливинилхлорид (РVС) – 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 75 оС). 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.