Новые полимерные и композиционные материалы для внутридомовых и распределительных сетей горячего и холодного водоснабжения

  В настоящее время в России и других странах СНГ наметилась тенеденция увеличения объемов применения труб из полимеров и композиционных материалов.
   Ранее основной акцент в строительстве трубопроводов делался на применение металлических труб, которые характеризуются малым сроком службы (6 – 10 лет) и низкой санитарно-гигиенической надежностью. Внутренняя коррозия (см. рис. 1) увеличивает потери мощности и топлива котлов (см. рис. 2), а также ухудшает качество подаваемой питьевой воды, в которой появляются вредные для здоровья вещества, изменяющие вкус и цветность, а также бактерии, активно размножающиеся в местах внутритрубных зарастаний. В настоящее время не существует практически доступных способов уничтожения микроорганизмов в действующих системах водоснабжения.

   Сегодня наиболее распространены трубы, изготовленные из пластмасс, композиционных материалов (стеклопластики) и модифицированного чугуна.
   Основополагающие нормативные документы федерального уровня для проектирования трубопроводных систем инженерного оборудования зданий и сооружений являются: СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий»; СНиП 2.04.05-91* «Отопление, вентиляция и кондиционирование».
   Нормируемые параметры внутренних санитарно-технических трубопроводов систематизированы в таблице 1.
   Модернизация инженерной инфраструктуры ЖКХ, проводимая в рамках программы «Реформирование и модернизация ЖКХ РФ» требует выбора новых материалов и технологий.
   Применение новых материалов и современных технологий позволит отнести трубопроводы к категории капитальных систем со сроком службы не менее 50 лет.
   - На рынке строительства трубопроводов находят широкое применение стеклопластиковые трубы, производимые на отечественных и зарубежных предприятиях, на основе связующих различной химической природы, например, полиэфирных связующих, типа GRP и эпоксидных связующих, типа GRE.
   Существующий опыт строительно-монтажных работ по устройству участков трубопроводов и гидравлические испытания подтверждают высокие прочностные характеристики и устойчивость стеклопластиковых труб в системах холодного и горячего водоснабжения в области рабочих давлений 10 атм и более для труб с модифицированным эпоксидным связующим (GRE) и винилполиэфирным связующим (GRP). Область же применения труб GRP с изофталевым полиэфирным связующим, например, производства «Hobas» соответствует исключительно системам холодного водоснабжения.
   Следует подчеркнуть, что стеклопластики являются конструкционным материалом, включающим, как минимум, два основных компонента: армирующий наполнитель и полимерную матрицу, в ряде технологий – наполнитель.
   Механическая прочность и химическая стойкость изделий из композиционных материалов при высоких температурах зависит от использованной смолы и от химического состава рабочей среды, которая находится в прямом контакте со стенкой трубы или емкости. В настоящее время отечественной промышленностью производятся стеклопластики различных марок в соответствии с техническими условиями, а также специального назначения – для авиации, электротехники и других отраслей народного хозяйства.
   Для нагревостойких электроизоляционных стеклопластиков, внедренных в производство в России, характерны технологии изготовления на основе кремнийорганических связующих (метилфенил полисилоксанового типа, модифицированный эпоксидной смолой, а также метилфенилполисилоксановой жидкой смолы, модифицированной глифталевомасляным полиэфиром). Армирующим компонентом для этих стеклопластиков является стеклоткань, изготовляемая на основе боросиликатного стекла.

   Стеклопластиковые трубы GRP, производимые ОАО «ТСТ» по технологии и на оборудовании фирмы «Gruppo Sarplast» в России, предназначены для перекачки различных жидкостей в коммунальном хозяйстве, промышленности, сельском хозяйстве (подача воды, системы канализации, ирригационные системы, подача воды для систем охлаждения, сети подачи и хранения нефтепродуктов, морские и речные трубопроводы, технологические трубопроводы для химических заводов, сети пожаротушения, колодцы, напорные трубопроводы. Трубы GRP сочетают высокие механические характеристики с отличной устойчивостью к коррозионному действию жидкостей и почвы, в которую уложен трубопровод. В качестве смолы в этом случае применяется винилполиэфирная смола «Derakan» торговой марки The Dow Chemical Company. Технологический процесс заключается в нанесении на оправку стекломатериалов, пропитанных полиэфирной смолой, которые после отверждения смолы образуют монолитную, инертную, прочную структуру, имеющую характеристики и свойства, отвечающие требованиям расчета, и состоящую из нескольких слоев:
   - лайнер (внутренняя стенка трубы), изготовленный из двух слоев стекломатериалов типа С и Е, пропитанного на 90 и 70% смолой, соответственно;
   - слой механического сопротивления, который производится путем механической намотки непрерывных волокон стеклоровинга, пропитанных смолой поверх отвержденного лайнера; процесс намотки полностью автоматизирован, общая толщина слоя и угол намотки точно соответствует расчету, проведенному для условий эксплуатации трубы в соответствии со стандартом AWWA C950-88;
   - внешний слой, или гель-коут образуется нанесением смолы, в которую добавлен парафин и абсорбер ультрафиолетовых лучей, поверх слоя механического сопротивления, защищает трубу от воздействия атмосферных явлений, солнечной радиации и химических веществ, имеющихся в почве.
   Выпускаемые в России по данной технологии трубы полностью соответствуют международным стандартам для трубопроводов, и, в частности, ASTM D 3262, D 3517, D 3754, AWWA C-88, а также российским ТУ 2296-011-26598466-96. Гигиенический сертификат Центра Госсанэпидемнадзора России в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения Ц 670 от 26.03.97. Сертификат соответствия требованиям безопасности (ГОСТ 2874-82, СанПин 4630-88) труб и фитингов для горячей воды с температурой до 90 град.С W00700368 (WPOCC 1 T. ПВ 01. С00068) Госстандарта России.
   В соответствии с классами внутреннего давления 4, 6, 10, 16, 20, 25 бар, классы жесткости – 1250, 2500, 5000 и 10000 н/м2.
   Температура эксплуатации полиэфирных стеклопластиков данного типа от -35–40 до +1000С. Срок эксплуатации – 50 лет.
   Инженерные трубопроводные системы типа GRP производятся с применением аналогичных производимым в России по итальянской технологии винилполиэфирных смол.
   Выбор смол осуществлен с учетом химической стойкости стеклопластика к различным средам при 400С .
   Трубы данного производства стандартизированы, соответственно, по ASTM D3262, ASTM D3517, AWWA С950 и DIN 16868.
   Трубы производства «Flowtite», «Amiantit» и «ТСТ» имеют диаметры от 100 до 2400 мм и классы жесткости: 2500, 5000, 10000 н/м2.
   Номинальные давления для диаметра 2400 мм составляют 1, 6 и 10 бар, для диаметра 2000 мм – 16 бар, для диаметра 1400 мм – 20, 25, 32 бар.
   Рабочее давление существенно зависит от температуры длительного воздействия и составляет при температуре от 36 до 400С – 25 бар, при 41–450С – 20 бар и при 46–500С – 16 бар.
   Основным недостатком технологии GRP (со связующими изофталевыми полиэфирными смолами), по сравнению с технологией GRE является то, что трубы не могут быть применены для условий крайнего Севера и заболоченных местностей в связи с недостаточными показателями физико-механических параметров (повышенной хрупкостью при температуре -350С и ниже), что ограничивает их применение для прокладки на твердых почвах и температурным диапазоном эксплуатации при отрицательных температурах, поскольку Дополнение к СНиПу-85 от 1997 г. предусматривает в качестве территорриального признака температуру минус 400С.
   Теплопроводность стеклопластиков меньше, чем металлов и керамики. Стеклопластик нагревается в 100 раз медленнее, чем алюминий и в 250 раз медленее, чем сталь.
   Теплоемкость стеклопластиков выше, чем металлов и керамики, и с повышением температуры она увеличивается более интенсивно, чем у последних.

   Теплостойкость стеклопластиков существенно зависит от природы связующих. Использование составных связующих, например, эпокситрифенольных или эпоксикремнийорганических позволяет повышать теплостойкость изделий и устойчивость к минусовым температурам и открывает возможность использования их для стороительно-монтажных работ для временных тубопроводов в случае аварийных ситуаций, а также байпасов тепловых сетей.
   Трубы Бонстранд по технологии
   GRЕ-CENTRON производятся из эпоксидных смол с отвердителями трех различных систем. Каждая система обладает своими характеристиками, такими как механические свойства, химическая стойкость, температурные свойства и стоимость, что делает каждую систему более подходящей для какого-либо конкретного использования, чем другие. Во всех случаях для оптимизации срока службы необходимо рассматривать химическую стойкость и физические характеристики труб.
   Ангидрид-эпоксидная система – идеально подходит для большинства обычных применений на нефтяных месторождениях. Такие жидкости как чистая и соленая вода, малосернистая и высокосернистая нефть, а также газы (природный газ, азот) могут перекачиваться по трубам в продолжительном режиме работы при температурах до 660С.
   Ароматическая амин-эпоксидная смола подходит для вышеуказанных жидкостей и включает более широкий диапазон агрессивных материалов, которые могут транспортироваться в продолжительном режиме при более высоких температурах по сравнению с ангидридной смолой, до 930С.
   Высокотемпературная эпоксидная система – подходит для некоторых применений в температурном диапазоне до 1490С (обычно используется для обсадных труб).
   Ангидридная и амин-эпоксидная системы могут эксплуатироваться для перекачки горячей воды и нефти при температурах до 1060С в течение продолжительного периода, при давлениях, не превышающих 50% от номинального внешнего давления трубы.
   Трубопроводы «Эпогард» имеют чрезвычайно широкий спектр применения: теплотрассы и системы отопления, возврат конденсата, холодная и прохладная вода для кондиционирования, горячее водоснабжение (циркуляция), техническая вода, сточные воды, давление до 40 бар, промышленные продуктопроводы, в том числе трубопроводы для удаления фильтрата, заполнения емкостей, удаления серы, дыма, угарного газа при строительстве электростанций, термальные соленые воды, установки для опреснения, геотермия,системы тушения пожаров с FM-допуском, добыча нефти, подача горячей воды в накопители и т.д.
   Система «ЭПОГАРД» представляет собой комбинацию труб, состоящую из трубы-оболочки и внутренней трубы из стеклопластика на основе эпоксидной смолы. Внутренняя труба и труба-оболочка из полиэтилена динамически соединяются друг с другом посредством теплоизоляционного слоя из полиуретанового жесткого пенопласта.
   Стекловолокнистые трубные системы Амерон являются лидером призводства труб высокого давления (до 100 бар) и большого диаметра до 4000 мм. Стадартные 12 м секции соединяются механическими соединениями для быстрой установки. Высокое качество производства, управления и обслуживания подтверждено сертификатами ISO 9001 Factory Mtutal для промышленности API 15LR для нефти и газа, Ллойдс для морского флота и UL для обработки горючего. Компания изготовляет стекловолокнистые трубопроводные системы для использования в открытом море в соответствии со спецификацией UKOOA.
   Трубы из эпоксидных стеклопластиков приобретают приоритетное значение для модернизации и обустройства нефтяных и газовых промыслов, обеспечивая оптимизацию процесса добычи и градообразующих комплексов с соблюдением повышенных экологических требований.
   Разработана и успешно применяется Инструкция по установке механических соединений эпоксидных труб Бонстренд Ки-Лок и клеевых соединений конус/конус в арктических условиях и на болотистых территориях. Имеется полный обзор рекомендуемых приемов при монтаже стекловолокнистых трубопроводов «Бонстренд» в условиях холодного климата (на арктических территориях), например в Сибири. Этот климат характеризуется длинной зимой (с минусовой температурой, при которой происходит глубокое промерзание почвы) и коротким летом с умеренной температурой (происходит заболачивание почвы). На территориях с этим климатом монтаж трубопровода лучше всего проводить зимой, когда почва твердая. Минимально допустимая температура монтажа труб при помощи фитингов с механическим соединением Ки-Лок и клеевым конусным соединением составляет -300С.
   Сравнение между стеклопластиковой и стальной трубой позволяет выделить два важных преимущества в отношении потери давления:
   Коэффициент трения для стеклопластиковой трубы на 5–12 % меньше, что дает экономию по мощности насосов при перекачке жидкости на 20–30% по сравнению со стальным трубопроводом.
   При этом давление воды для запуска стеклопластикового трубопровода будет по крайней мере на 30% меньше, чем для стального трубопровода.
   Таким образом, стекловолокнистые трубы обладают следующими преимуществами по сравнению с металлическими:
   1. Малый вес – легкая укладка. Труба, весящая в 4–8 раз меньше такой же стальной трубы, может быть легко установлена с помощью небольшого подъемного оборудования и бригады из трех-шести человек.
   2. Снижение затрат на техническое обслуживание, поскольку труба абсолютно не подвержена коррозии и зарастаниям, не требуется проведение защитных мероприятий, в том числе антикоррозионных покрытий и мероприятий по электрохимической защите от коррозии.
   3. Значительное снижение расхода теплоизоляционного материала в связи с низкой теплопроводностью стеклопластика.
   4. Отсутствие влагопоглощения позволяет отказаться от применения гидроизолирующих материалов.
   5. Атмосферостойкость обеспечивает продолжительную эксплуатацию в любых климатических условиях.
   6. Теплостойкость определяется достаточно высоким значением удельной теплоемкости.
   7. Краткие сроки монтажа и сокращенные затраты на восстановительные работы вследствие конструкционных особенностей труб и соединительных деталей. При этом ремонтно-восстановительные работы не требуют специального оборудования.
   8. Длительный ресурс эксплуатации –
   не менее 50 лет, сокращение затрат на ремонт и обслуживание.