Полиэтиленовые трубы: в двух шагах от идеала

В этой статье я хочу рассказать о том, какими эксплуатационными свойствами обладают полиэтиленовые трубы, по каким нормативным документам они производятся и как монтируются. Нам с читателем предстоит изучить водо- и газопроводные трубы, изделия для канализации и отопительные трубы из модификаций полиэтилена — сшитого PEX и термомодифицированного PERT.

Трубы из полиэтилена для воды, газа и отопления.

Свойства материла

Чтобы ознакомиться с ключевыми особенностями полиэтилена, достаточно заглянуть в любой учебник по органический химии:

• Полимер стоек к любым агрессивным средам, не исключая щелочи и кислоты;

Следствие: он может использоваться для прокладки трубопроводов в грунтах вне зависимости от их типа и кислотности.

Соляная кислота. Упаковка — полиэтиленовая бутылка.

• Он является диэлектриком;

Следствие: можно не опасаться статического электричества при транспортировке газа.

• Он эластичен, причем сохраняет эластичность при отрицательных температурах;

Вспомните: полиэтиленовая пленка сохраняет гибкость в самые сильные морозы.

Следствие: можно не бояться разморозки полиэтиленовых водопровода или канализации. Даже если вода замерзнет в трубах, они лишь немного растянутся под действием расширяющегося льда, а после оттаивания вернутся к первоначальному размеру.

• Он обладает минимальным коэффициентом трения, что означает небольшое гидравлическое сопротивление при транспортировке жидкостей.

По описанию материал просто идеален для изготовления труб. Есть ли среди его свойств что-то, способное испортить столь блистательный послужной список?

Увы.

Полиэтилен отличается умеренной термостойкостью: он начинает размягчаться уже при 80 градусах по шкале Цельсия. С учетом повышенного давления в трубах реальная эксплуатационная температура не превышает 40-60 градусов.

Термопластичность полимера используется при производстве труб. Экструдер продавливает размягченный пластик через кольцевое отверстие.

Разновидности

В зависимости от технологии производства выделяют несколько разновидностей полиэтилена.

ПНД, ПСД и ПВД

Сокращения означают полиэтилен низкого, среднего и высокого давления.

Разница между ними — в условиях и технологии полимеризации газа этилена:

• ПНД образуется при давлении в 0,1-2 МПа и температуре 120-150С в присутствии катализаторов;
• ПСД производят при примерно той же температуре (100-120С), но уже при давлении 3 — 4 МПа. Катализаторы по-прежнему необходимы для запуска реакции;
• ПВД требует давления до 300 МПа при температуре 200-260 градусов, зато его производство обходится без экзотических добавок: для запуска полимеризации необходим только инициирующий реакцию кислород.

При производстве ПВД широко используется вторсырье.

Полиэтилен низкого давления часто называют полиэтиленом высокой плотности. Он действительно обладает несколько более высокой механической прочностью по сравнению с ПВД. Однако упоминание плотности — скорее дань традиции, чем отражение реальных характеристик, поскольку все разновидности полимера обладают одинаковой физической плотностью и молекулярным весом.

PEX

В отличие от трубы ПНД или ПВД, труба PEX лишена главного недостатка полимера — его низкой термостойкости. За счет чего это достигается?

При определенных видах обработки молекулы полиэтилена, вытянутые в параллельные цепочки, начинают соединяться поперечными связями. При этом растет механическая прочность изделия и его стойкость к температуре: PEX без разрушения выдерживает нагрев до 180 и более градусов.

Образование поперечных связей у молекул полимера.

Для обработки полимера используется четыре технологии:

1. Нагрев с пероксидами (так получают PE-Xa)
2. Химическая обработка силаном и катализатором (PE-Xb);
3. Облучение пучком высокоэнергетичных электронов (PE-Xc);
4. Обработка азотом (PE-Xd).

Для разных технологий отечественные ГОСТы допускают разную степень сшивки (процент соединенных поперечными связями молекул, определяющий физические характеристики полимера):

Полиэтилен PE-Xa — лидер по степени сшивки.

Казалось бы, максимальную прочность должен иметь PE-Xa. Однако на фактические характеристики реальной трубы оказывает влияние не только количество связей, но и их прочность, а она различается у связей, полученных разными способами.

В изданной в 2011 году работе В.С Осипчик и Е.Д. Лебедевой сравнивалась прочность на разрыв труб из разных видов PEX в одинаковых условиях (диаметр 25 мм, длина 400 мм, температура 90С). С большим отрывом (2,28 МПа против 1,72 и 1,55) победил сшитый силаном PE-Xb.

Более дешевый в производстве PE-Xb лидирует по стойкости к гидравлическому давлению.

PERT

Единственная отличительная особенность этой разновидности полиэтилена — в более высокой термостойкости благодаря введению в него активных сополимеров (точнее, актена, C8H16). Пластик превосходит по этому параметру PEX и способен оставаться твердым при температурах вплоть до 200-220С.

Заметьте, что прочность PERT не отличается от прочности обычного полиэтилена: модификация затрагивает только термостойкость и устойчивость к ультрафиолету.

Отличительная особенность трубы PERT — высокая термостойкость. В остальном она мало отличается от обычного полиэтилена.

Нормативная документация

В Российской Федерации полиэтиленовые трубы производятся по нескольким нормативным документам — в зависимости от материала трубы и области ее применения.

Напорные

За производство напорных труб отвечает межгосударственный ГОСТ 18599-2001.

Стандарт содержит техусловия для производства напорных труб.

Вот его ключевые пункты:

• Рабочая температура труб — от 0 до +40С. Стандартная — 20С. Номинальное эксплуатационное давление ограничено значением в 2,5 МПа (25 кгс/см2);
• Полиэтиленовая труба предназначена для транспортировки как воды, так и других жидкостей и газов;
• Диаметры полиэтиленовых труб — от 10 до 2000 миллиметров. Таблица, приведенная в тексте стандарта, включает не только номинальный диаметр, но и толщину стенки: она варьируется от 2 до 118,5 мм;

Сравните сечение магистрали с человеческим ростом.

Чем больше диаметр трубы при неизменном внутреннем давлении, тем большее усилие на разрыв действует на стенки — просто благодаря их большей площади. Увеличение толщины стенок компенсирует увеличивающуюся нагрузку.

• Трубу диаметром свыше 180 мм поставляют прямыми отрезками, а вот меньшие размеры могут поставляться в виде бухт и катушек.

Эластичность пластика позволяет сматывать трубы в бухты.

Маркировка трубы наносится на ее внешнюю поверхность и включает:

1. Слово «труба» или обозначение производителя;
2. Сокращенное обозначение вида полиэтилена по плотности (ПЭ 32 — ПЭ 100);
3. SDR — размерное отношение, равное результату деления диаметра на толщину стенки. Чем меньше SDR, тем прочнее труба;
4. Тире;
5. Диаметр;
6. Толщину стенки в миллиметрах;
7. Назначение («питьевая» или «техническая»);
8. Обозначение стандарта.

Обозначение напорной трубы.

Все напорные трубы маркируются черным или черным с синими полосками цветом.

Газовые

Газовые трубы из полиэтилена производятся по национальному стандарту ГОСТ 50838 — 2009.

Вот его краткое содержание.

• Действие стандарта распространяется на все трубы для подземных газопроводов.

Прокладка полиэтиленового газопровода под землей.

Прокладка пластиковых газовых труб по поверхности строго запрещена: полимер горюч и не отличается антивандальными свойствами;

Для вывода подземного газопровода на поверхность используется стальная труба.

• Линейка размеров — от 16 до 630 мм. Толщина стенки регламентируется и в этом случае. Она составляет от 2,3 до 57,2 мм;
• При диаметре от 200 мм поставка возможна только прямыми отрезками, при меньшем сечении — в катушках или бухтах.

Обозначение включает:

1. Слово «труба»;
2. Обозначения материала (ПЭ 80, ПЭ 100);
3. Указания на назначение трубы для транспортировки газа (слово «газ»);
4. SDR;
5. Наружный диаметр;
6. Толщину стенки;
7. Название стандарта.

Маркировка импортных труб, произведенных по заграничным стандартам, по понятным причинам отличается.

Газовые трубы маркируются желтыми продольными полосами или желтым цветом поверхности.

Канализационные

Полиэтиленовые канализационные трубы производятся по ГОСТ 22689.2-89. К глубокому сожалению, я давно не встречал их в продаже. Почему к сожалению?

Посудите сами:

• В отличие от ПВХ и чугунной, полиэтиленовая канализация прекрасно переносит незначительные деформации и изгибы при укладке;
• Как мы уже выяснили выше, она не боится разморозки;
• Благодаря толстым и эластичным стенкам она мало уступает чугунной трубе по шумоизоляции, при этом сохраняя малый вес и характерную для пластика простоту монтажа.

Тройник на полиэтиленовом стояке.

ГОСТ предусматривает всего четыре типоразмера:

Для соединения труб между собой и с фасониной предназначены раструбы с резиновыми уплотнителями.

Особый случай

Гофрированные канализационные трубы (например, отечественная линейка Корсис от компании Полипластик) производятся по техусловиям, а не по ГОСТ, а структура такой трубы заметно отличается от обычной полиэтиленовой канализации.

Корсис делаются двухслойными: гофрированный наружный слой обеспечивает максимальную кольцевую жесткость, а гладкий внутренний — минимальное гидравлическое сопротивление.

Двухслойные канализационные гофрированные трубы производства компании Полипластик.

Технологии компании Полипластик позволяют изготавливать изделия диаметром до 3000 мм (линейка Корсис Эко) и длиной до 12 метров. Трубы такого размера массово используются при монтаже канализационных коллекторов.

Многослойные для водоснабжения и отопления

Последний на сегодня стандарт — ГОСТ Р 53630-2009.

В перечень регламентируемой им продукции попадают трубы PEX и PERT, но не все, а только многослойные:

• Включающие слой воспринимающего гидростатическую нагрузку металла (М-трубы). Пример — PEX/AL/PEX (сшитый полиэтилен с прослойкой из алюминия);

Металлопластиковая труба с внутренним и внешним слоями из сшитого полиэтилена.

• Включающие более одного слоя полимера (Р — трубы). Пример — PEX/PERT (двухслойная конструкция из сшитого и термомодифицированного полиэтилена).

Требований в тексте ГОСТ немного:

1. Поверхность внутренней и внешней оболочек не должна иметь выраженных неровностей и дефектов;
2. Трубы должны переносить постоянное гидростатическое давление, равное заявленному производителем, без разрушения и деформации;
3. Клеевое соединение между металлической и полимерными оболочками не должно расслаиваться под нагрузкой и без нее.

Расслоение полимерной и алюминиевой оболочек.

Области применения

Есть ли какие-то ограничения у применения полиэтиленовых труб?

Холодное водоснабжение

Без ограничений. Если прочность трубы соответствует расчетному давления в водопроводе, ее можно смело использовать для монтажа стояков и разводки ХВС: рабочая температура круглый год не превышает максимальных для ПНД и ПВД 40 градусов.

Полиэтиленовые водопроводы особенно популярны в качестве дачных. При монтаже на компрессионных фитингах система полива и водоснабжения легко разбирается на зиму.

Дачный водопровод из напорной полиэтиленовой трубы на компрессионных фитингах.

Горячее водоснабжение

Теоретически параметры ГВС (70С при давлении до 6-7 кгс/см2) укладываются в рекомендованные для PEX и PERT значения. Можно ли использовать эти трубы для разводки ГВС в квартире или коттедже?

Ответ зависит от источника горячей воды. Если вы подключены к собственному бойлеру — все в порядке. А вот с системой ГВС, запитанной от элеваторного узла и далее от теплотрассы, все куда сложнее.

Элеваторный узел с врезками ГВС.

Режим ее работы полностью определяется так называемым человеческим фактором:

• Если в пик холодов ГВС не будет переведено на обратный трубопровод в элеваторном узле, температура воды может заметно превысить 100 градусов. PEX и PERT при температурах свыше 90С быстро деградируют: при 100С срок службы трубы PEX сокращается с 25-50 лет до… та-дам… 100-200 часов;
• Если во время весенних испытаний теплотрассы на температуру ответственный за ваш дом слесарь не перекроет горячее водоснабжение, результат будет тем же: в систему ГВС пойдет вода, перегретая до 100 — 130 градусов;

Напомню, что с ростом давления растет температура кипения жидкостей. Именно поэтому в подающей нитке теплотрассы теплоноситель может быть нагрет до 150 градусов.

• Быстро открытая или закрытая задвижка или вентиль приведет к гидроудару: на фронте потока давление скакнет до 25-35 атмосфер, что опять-таки превышает возможности всех разновидностей полиэтилена.

Механизм возникновения гидроудара в системе водоснабжения.

Выводы очевидны. В домах с централизованной подачей ГВС лучше использовать металлические трубы — медные, стальные (в том числе оцинкованные) и гофрированные нержавеющие.

Водоснабжение разведено оцинковкой и гофрированной нержавеющей трубой.

Отопление

Можно ли использовать полиэтилен на отоплении?

И здесь простая и однозначная инструкция не усладит внимание читателя. Вначале давайте отделим мух от котлет.

Существуют два вида отопления, заметно различающиеся характеристиками теплоносителя:

• Конвекционное. Отопительные приборы (конвекторы, радиаторы, регистры) нагреваются до 75С в автономном контуре и до 95 в системе ЦО;
• Низкотемпературное внутрипольное (теплый пол). Здесь температура теплоносителя не превышает 40 градусов.

Теплый пол: в роли отопительного прибора выступает поверхность под ногами.

Применение полиэтилена в системе ЦО, думаю, можно не комментировать: здесь действуют те же факторы, что и в системах централизованного горячего водоснабжения. Будет ли PERT или PEX долго и счастливо служить на автономном конвекционном отоплении?

При постоянной температуре 70 градусов расчетное время службы PEX составит… всего 2,5 года. Очевидно, что и здесь полимерные трубы не станут лучшим выбором.

Зато в качестве водяного теплого пола они идеальны. При +40 ожидаемое время службы составит не менее четверти века.

Монтаж водяного теплого пола трубой PERT.

Канализация

Есть ли какие-то ограничения по применению полиэтиленовой трубы для утилизации стоков?

Только одно — их рабочая температура. Горячие стоки со временем приводят к деформации полиэтиленовых стенок. Если постоянная рабочая температура канализации не превышает 50 градусов, использовать трубы можно без ограничений.

При надземной прокладке (по стене, потолку подвала и т.д.) труба должна крепиться с шагом не больше 8 диаметров. Полиэтилен даже более, чем ПВХ, склонен к деформации под собственной тяжестью. Это хорошо заметно по состоянию полиэтиленовых гребенок (внутриквартирной канализации) в домах постройки 70х — 80х годов прошлого века.

Канализация из ПВХ крепится с шагом не больше 10 диаметров, из полиэтилена — не больше 8.

Монтаж

Как монтируются полиэтиленовые трубы?

Раструбы

Герметичность соединения раструбных канализационных труб обеспечивают резиновые уплотнители в раструбах. Труба или фасонина запрессовывается в раструб своими руками или с помощью несложного приспособления из хомута и рычага. С кромки трубы должна быть предварительно снята наружная фаска.

Раструбное соединение на полиэтиленовом стояке.

Надвижные муфты

Гофрированные трубы соединяются иначе:

• Между кольцами гофрирования на трубу надевается резиновое уплотнительное кольцо;
• На него с помощью рычага и хомута или с привлечением погрузочной техники надвигается муфта. Ее внутренняя поверхность для лучшего скольжения предварительно смазывается силиконовой смазкой.

Надвижная муфта для гофрированной трубы.

Компрессионные фитинги

Этот тип соединений используется на холодной воде. Фитинг представляет собой накидную гайку, обжимающую трубу кольцом (резиновым или полиэтиленовым) конического сечения.

Сборка соединения предельно проста:

1. Ослабьте гайку фитинга;
2. Без перекосов, поступательным движением вставьте в него трубу;
3. Затяните гайку от руки, без использования инструментов.

Компрессионный тройник.

Электросварные фитинги

Это типичное решение для подземных газовых магистралей. Оно привлекает тем, что сварка выполняется в полностью автоматическом режиме, исключая любые ошибки.

Суть метода — в кратковременной подаче питания на контактные клеммы в муфтовом фитинге с встроенной нагревательной спиралью. При разогреве спирали муфта надежно сваривается с трубой. Данные о температуре и продолжительности нагрева сварочный аппарат считывает из штрих-кода на поверхности фитинга.

На фото — соединение газопровода электромуфтовым фитингом.

Этот тип фитингов — самый дорогой. Например, цена муфты диаметром 110 мм составляет около 750 рублей.

Фитинги под муфтовую сварку

Полиэтилен PERT, в отличие от PEX, сохраняет термопластические свойства: он способен плавиться при нагреве и застывать при охлаждении. Эта особенность позволяет использовать для соединения труб предельно дешевые муфтовые фитинги под сварку. Внутренняя поверхность фитинга и наружная сторона конца трубы оплавляются на нагревательном элементе паяльника и совмещаются; после охлаждения они образуют единое целое.

Сварное соединение труб PERT/AL/PERT в разрезе.

Фитинги-штуцера

У сшитого полиэтилена есть другая интересная особенность — память формы. Если растянуть трубу, она быстро вернется к прежнему размеру.

Именно поэтому для соединения труб PEX используют фитинги со штуцерами-елочками и надвижными гильзами. Конец трубы растягивается экспандером и надевается на штуцер; надвинутая гильза исключает случайную расстыковку при рывке.

Фитинг для соединения труб PEX.

Стыковая сварка

Стыковая сварка применяется для монтажа трубопроводов из ПНД и ПВД с толщиной стенок более 4 мм. Торцы торцуются и центруются друг относительно друга, после чего на короткое время прижимаются к плоскому нагревательному элементу.

После удаления нагревательного зеркала торцы с усилием в 1,5 кг/см2 прижимаются друг к другу и фиксируются до застывания полимера.

Монтаж водопровода на фитингах под стыковую сварку.

При большом диаметре труб ручная центровка и прижим с достаточным усилием по понятным причинам невозможны. Для стыковой сварки используются механические или гидравлические аппараты.

Сварка труб большого диаметра полностью механизирована.

Заключение

Выводы очевидны: полиэтиленовые трубы — прекрасный материал для систем ХВС, канализации и газоснабжения, а вот для ГВС и отопления они подходят весьма ограниченно. С дополнительными тематическими материалами вы можете ознакомиться, просмотрев видео в этой статье. Жду ваших комментариев. Успехов, камрады!