Полиэтиленовые трубы систем водоснабжения

На сегодняшний день среди полимерных материалов для изготовления труб, используемых для строительства и восстановления инженерных сетей, наибольшее распространение в качестве исходного сырья получил полиэтилен (латинская транскрипция РЕ).

Полиэтилен был изобретен в начале 1930-х гг., а производство труб из него началось в середине 40-х гг. XX в. Первый стандарт на полиэтиленовые трубы был опубликован в 1953 г. в Великобритании, а активное внедрение его началось с 1958 г. В связи с большим разнообразием толщин труб из полиэтилена для них введен безразмерный показатель SDR, который равен отношению номинального наружного диаметра к номинальной толщине стенки и определяется в зависимости от давления в трубопроводе, марки полиэтилена и коэффициента запаса прочности.

Для подземных трубопроводов систем водоснабжения применяются трубы из полиэтилена ПЭ-80 (SDR 9,11 и 13,6) и ПЭ-100 (SDR 11, 13,6 и 17) в соответствии с рекомендациями СП 40-102—2000 «Свод правил по проектированию и строительству. Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов» и ГОСТ 18599-2001 «Трубы напорные из полиэтилена».

Полиэтилен представляет собой искусственное вещество, получаемое полимеризацией этилена (С₂Н₄). В зависимости от расположения и длины цепей молекул и плотности материала достигаются три разновидности продукта:

1. полиэтилен низкой плотности (латинская транскрипция РЕ-Id, плотность 0,923 r/см³), который обладает эластичностью и гибкостью;
2. полиэтилен средней плотности (латинская транскрипция РЕ- md, плотность 0,938 г/см³);
3. полиэтилен высокой плотности (латинская транскрипция РЕ- hd, плотность 0,95 г/см³), который обладает высокой прочностью при воздействии механических нагрузок, температуры и химических веществ при сохранении эластичности.

Одной из разновидностей полиэтилена высокой плотности является сшитый полиэтилен (латинская транскрипция РЕ-Х), который получают в результате дополнительной обработки («сшивки») линейной полимерной цепочки путем облучения на специальных ускорителях, например быстрыми электронами. Получаемый материал нетоксичен и может применяться на сетях питьевого водопровода.

Положительные свойства полиэтиленовых труб: они легче других труб (например, на 40% легче винипластовых и примерно в 10 раз легче стальных); трубы имеют незначительное водопоглощение и стойки к воздействию различных химических веществ; обладают большой эластичностью при положительных и отрицательных температурах (в последнем случае трубы при замерзании в них воды не разрушаются).

Эластичность труб способствует также затуханию гидравлических ударов при внезапном повышении давления. Полиэтиленовые трубы легко поддаются механической обработке (резанию, сверлению, фрезерованию и т.д,).

Наряду с отмеченными выше положительными свойствами полиэтилена как полимерного материала, полиэтиленовые трубы имеют и существенные недостатки: подвергаются старению при длительном воздействии солнечного света (ультрафиолетовых лучей) и кислорода воздуха, а также имеют низкую теплостойкость (при повышении температуры более 60 °С снижается прочность труб). Для предохранения труб от старения их прокладывают в траншеях с последующей засыпкой землей или в специальных коробах.

К недостаткам полиэтиленовых труб следует отнести их высокую чувствительность к условиям прокладки (т.е. необходимость устройства постели из специального песка с диаметром фракций до 20 мм без острых камней или другого ломаного материала), а также негативную реакцию к сконцентрированной точечной нагрузке, например при опирании на жесткий предмет (камень и т.д.), что может провоцировать со временем рост и распространение трещин.

Полиэтиленовые трубы в системах водоснабжения соединяются с помощью сварки (встык или с помощью закладных электронагревательных муфт) или раструбов с резиновыми уплотнительными кольцами. Склеивание труб исключается, так как материал обладает низкой адгезионной способностью в отношении химических веществ, не обеспечивая прочного соединения.

Необходимо отметить, что полиэтилен обладает одним существенным отличительным свойством; по сравнению со сталью он в 10 раз более растяжим, поэтому при расчете длины трубопровода и оборудования мест сопряжения (в колодцах, камерах) необходимо учитывать линейные удлинения материала и по мере возможности противодействовать им.

Полиэтиленовые трубы малого диаметра (до 315 мм) начали выпускаться в нашей стране недавно, а первая в России линия производства полиэтиленовых труб большого диаметра (от 315 до 1200 мм) методом вакуумкалибрования создана и освоена в 2003 г. на Климов- ском трубном заводе (холдинг «Евротрубпласт»). В настоящее время на линии освоен выпуск всех видов труб из ПЭ-80 и ПЭ—100 диаметром от 630 до 1200 мм (в том числе труб ПЭ-100 диаметром 1200 мм SDR 17,6) на рабочее давление до 1,6 МПа. Производительность линии по трубам составляет 900—1100 кг/ч.

Длина труб из полиэтилена высокой плотности диаметром до 160 мм не ограничена, так как они эластичны и по мере изготовления их можно свертывать в бухты. Трубы больших диаметров поставляются длиной 3, 6, 8, 10 и 12 м. Длина труб из полиэтилена низкой плотности, имеющих жесткую структуру, ограничивается 3 м.

Производство труб из полиэтилена представляет собой непрерывный процесс, состоящий из следующих операций: получения расплава полиэтилена в экструдере; формования трубной заготовки в экструзионной трубной головке; калибрования заготовки об охлаждающую поверхность калибра; охлаждения калиброванной трубы в охлаждающих (вакуумных) ваннах и резки трубы на мерные отрезки.

Зарубежные производители труб из полимерных материалов выпускают весьма разнообразную продукцию, удовлетворяющую строгим запросам эксплуатационных служб коммунальных сетей различного назначения (напорных и безнапорных). Наиболее востребованной продукцией для отечественной практики являются трубы фирм «Spiro», « Wawin», «Korsis» и др.

Отличительной особенностью труб «Spiro» (диаметром от 40 до 3000 мм) является специальная кольцевая слоевая структурированная форма, которая издавна используется в строительных конструкциях, обеспечивая прочность и жесткость при малой массе. При использовании полиэтиленовых труб наиболее распространенным способом соединения стыков является сварное (на больших диаметрах) и резьбовое.

Преимуществом сварного и резьбового соединений является отсутствие фасонных частей, что не увеличивает диаметр трубы в месте стыка, а также быстрота монтажа отдельных отрезков труб, образующих протяженную трубную плеть, укладываемую в подготовленную заранее траншею.

В отечественной практике строительства и восстановления напорных трубопроводных коммуникаций систем водоснабжения находят применение не только круглые, но и профилированные (деформированные) полиэтиленовые трубы, например Compact SlimLiner фирмы «Wawin» (Голландия), показатели которых представлены в таблице.

Номинальный диаметр и толщина стенки труб

Номинальный диаметр, мм	Минимальная толщина стенки, мм
75	2,8
100	2,8
150	2,9
200	3,9
250	4,9
300	5,9

Трубы Compact Slim Liner поставляются в бухтах на стальном барабане (бобине), перевозимом трейлером. Размеры стандартных стальных барабанов составляют: максимальный диаметр 3700 мм; диаметр сердечника (цилиндрической поверхности намотки первого слоя) 2400 мм; ширина 1650 мм.

В ходе производственного процесса по изготовлению профилированных труб Compact SlimLiner трубы сначала получают круглую форму, укладываются (сжимаются) и затем заворачиваются в пластиковую пленку, чтобы их можно было свернуть на барабане с сохранением стабильной формы. Диаметр и длина плети труб выбираются специально для определенных работ согласно соответствующему проекту. После протягивания профилированной трубы в старый трубопровод округлая форма восстанавливается за счет собственного эффекта памяти материала. Ускорение процесса восстановления формы осуществляется за счет контролируемого внутреннего давления.

Трубы Compact SlimLiner должны оставаться обернутыми в многослойную пленку для сохранения их формы и недопущения повреждения при транспортировке или при установке. Барабаны с трубами, находящиеся на стройплощадке, должны храниться в вертикальном положении на ровной и прочной поверхности. Концы труб должны направляться вниз для предотвращения попадания загрязнений.

При хранении труб на барабанах на стройплощадке они не должны контактировать с материалами, содержащими бензин, растворители и прочие агрессивные химические вещества. При температуре окружающего воздуха ниже 5 °С барабаны следует держать в обогреваемом помещении в течение 12 ч для обеспечения требуемой гибкости труб.