Домой Регистрация
Приветствуем вас, Гость



Форма входа

Население


Вступайте в нашу группу Вконтакте! :)




ПОИСК


Опросник
Используете ли вы афоризмы и цитаты в своей речи?
Проголосовало 514 человек


Сшитый полиэтилен что это такое


Мифы о трубах из сшитого полиэтилена

На сегодняшний день, к сожалению, маркетинговые ходы и рекламные уловки всё чаще влияют на различные технические решения и выбор в проект того или иного материала и оборудования. Всё чаще у проектировщиков вместо полноценного технического паспорта или каталога на оборудование на столе оказывается рекламные буклеты и брошюры, по которым он и производит подбор. То, что недопустимо писать в серьёзной технической литературе, перекочевывает на страницы таких буклетов. Зачастую маркетологи присваивают своему товару завышенные или вовсе несуществующие показатели, вводя инженеров в заблуждение. Как правило, незаурядные технические особенности оборудования в буклетах представляются как неоспоримые преимущества. И наоборот, любая техническая информация о конкурентной продукции представляется в виде существенных и неисправимых недостатков.

Все эти факторы в конечном cчете приводят к неверному выбору материалов и оборудования, что в итоге может привести к аварийной ситуации. Вина в этом случае ложится на плечи инженера-проектировщика, так как у любого производителя наряду с красочной рекламой, триумфально описывающей все прелести товара, имеются либо сноски мелким шрифтом, либо тщательно скрываемый от людского глаза технический паспорт с реальными данными. Чаще всего в рекламных брошюрах приводится информация, не противоречащая паспортным данным, но преподнесенная таким образом, что у людей создается ложное представление о реальных технических особенностях товара. Например, фразы «труба выдерживает температуру 95 ºС и давление 10 бар» и «труба выдерживает температуру теплоносителя 95 ºС при его давлении 10 бар в течение 50 лет» кардинально отличаются друг от друга. В первом случае загадана загадка: труба способна выдержать 95 ºС температуру теплоносителя и 10 бар одновременно, либо это две критические точки применения данной трубы? А самое главное – отсутствует временной показатель, то есть неизвестно, в течение какого времени трубопровод выдерживает данные параметры – пять минут, час или 50 лет?

В этой статье приведены основные маркетинговые уловки и мифы, распространяемые производителями труб из сшитого полиэтилена (PEX).

1-я группа мифов – о превосходстве одного способа сшивки над другим

Практически любой производитель труб из PEX утверждает, что именно способ сшивки их труб самый лучший, а прочие никуда не годятся. Только полиэтилен, сшитый по их методике, будет обладать повышенными прочностными характеристиками и показателями надёжности.

Для начала хотелось бы напомнить некоторые сведения о сшивке полиэтилена. Под сшивкой подразумевается создание пространственной решётки в полиэтилене высокой плотности за счёт образования объёмных поперечных связей между макромолекулами полимера. Относительное количество образующихся поперечных связей в единице объёма полиэтилена определяется показателем «степени сшивки». Степень сшивки – это отношение массы полиэтилена, охваченного трёхмерными связями к общей массе полиэтилена. Всего известно четыре промышленных способа сшивки полиэтилена, в зависимости от которых сшитый полиэтилен индексируется соответствующей литерой.

Таблица 1. Виды сшивки полиэтилена

Обозначение

Краткое описание

Минимальная степень сшивки рабочего слоя

Вид способа по методу воздействия

По стандарту

ASTM

По ГОСТу

1

PEX-a

Сшивка органическими пероксидами или гидропероксидами

75

70

Химический

2

PEX-b

Сшивка органическими силанидами (силанами)

65

65

Химический

3

PEX-c

Сшивка потоком элементарных частиц

(радиационный метод)

60

60

Физический

4

PEX-d

Сшивка азотированием

Не нормируется

60

Химический

Пероксидная сшивка (метод «a»)

Метод «a» является химическим способом сшивки полиэтилена при помощи органических пероксидов и гидропероксидов.

Органические пероксиды представляют из себя производные перекиси водорода (HOOH), в которых один или два атома водорода заменены органическими радикалами (HOOR или ROOR). Самый популярный пероксид, применяемый при производстве труб – dimethyl-2.5-di-(bytylperoxy)hexane. Пероксиды относятся к особо опасным веществам. Их получение – технологически сложный и дорогостоящий процесс.

Для получения PEX по методу «а» полиэтилен перед экструдированием расплавляется вместе с антиокислителями и пероксидами (процесс Томаса Энгеля), рис. 1.1. С повышением температуры до 180–220 ºС пероксид разлагается, образуя свободные радикалы (молекулы со свободной связью), рис. 1.2. Радикалы пероксидов забирают у атомов полиэтилена по одному атому водорода, что приводит к образованию свободной связи у атома углерода (рис. 1.3). В соседних макромолекулах полиэтилена атомы углерода, имеющие свободные связи, объединяются (рис. 1.4). Количество межмолекулярных связей составляет 2–3 на 1000 атомов углерода. Процесс требует жесткого контроля за температурным режимом в процессе экструзии, когда происходит предварительная сшивка, и в ходе дальнейшего нагревания трубы.

Метод «а» самый дорогой. Он гарантирует полный объёмный охват массы материала воздействием пероксидов, так как они добавляются в исходный расплав. Однако этот метод требует того, чтобы сшивка была не ниже 75 % (по российским нормам – не ниже 70 %), что делает трубы из данного материала более жёсткими по сравнению с другими способами сшивки.

Силановая сшивка (метод «b»)

Метод «b» является химическим способом сшивки полиэтилена при помощи органосиланидов. Органосиланиды представляют соединения кремния с органическими радикалами. Силаниды – ядовитые вещества.

В настоящее время для производства PEX-труб по методу «b» в основном используется винилтриметаксилоксан (h3C=CH)Si(OR)3 (рис. 2.1). При нагревании связи винильной группы разрушаются, превращая его молекулы в активные радикалы (рис. 2.2). Эти радикалы замещают атом водорода в макромолекулах полиэтилена (рис. 2.3). Затем полиэтилен обрабатывают водой либо водяным паром, органические радикалы при этом присоединяют молекулу водорода из воды и образуют стабильную гидроокись (органический спирт). Соседние радикалы полимера замыкаются через связь Si-O, формируя пространственную решётку (рис. 2.4). Вытеснение воды из PEX ускоряется при помощи оловянного катализатора. Процесс окончательной сшивки происходит уже в твёрдой стадии изделия.

Радиационная сшивка (метод «c»)

Метод «c» заключается в воздействии на группу C-H потоком заряженных частиц (рис. 3.1). Это может быть поток электронов или гамма-лучей. При таком воздействии часть связей C-H разрушается. Атомы углерода соседних макромолекул, у которых был выбит атом водорода, объединяются друг с другом (рис. 3.3). Облучение полиэтилена потоком частиц происходит уже после его формования, то есть в твёрдом состоянии. К недостаткам данного метода можно отнести неизбежную неравномерность сшивки.

Невозможно расположить электрод так, чтобы он был равноудалён ото всех участков облучаемого изделия. Поэтому полученная труба будет иметь неравномерную сшивку по длине и по толщине.

В качестве источника облучения чаще всего используется циклический ускоритель электронов (бетатрон), который относительно безопасен как в производстве, так и в применении готовой трубы.

Несмотря на это во многих европейских странах производство труб сшитых методом «с» запрещено.

Для удешевления процесса сшивки иногда используют в качестве источника излучения радиоактивный кобальт (Co60). Данный метод безусловно дешевле, так как труба просто помещается в камеру с кобальтом, однако безопасность использования таких труб весьма сомнительна.

Заблуждение № 1: «Сшивка перекидным способом (PEX-a) по прочности получаемого материала лучше прочих, потому что регламентированная минимальная степень сшивки для данного метода больше, нежели для остальных метолов. А чем больше степень сшивки PEX, тем прочнее материал»

Действительно, ГОСТ Р 52134 регламентирует различную минимальную допустимую степень сшивки труб из PEX для разных способов изготовления (табл. 1), и правда то, что при увеличении степени сшивки увеличивается прочность труб.

Однако сравнивать степени сшивки PEX-a, PEX-b и PEX-c недопустимо, так как образованные в результате сшивки молекулярные связи данных материалов имеют различную прочность, а следовательно даже сшитые до одной и той же степени данные виды полиэтилена будут иметь различную прочность. Энергия связи типа С-С, которая образуется в полиэтилене, сшитом методом «a» и «c» составляет порядка 630 Дж/моль, в то время как энергия связи типа Si-C, которая образуется в полиэтилене, сшитом методом «b» составляет 780 Дж/моль. На физико-химические и технические свойства влияет и взаимодействие макромолекул за счет водородных связей, возникающих в полимере вследствие наличия полярных групп и активных атомов, а также образование ассоциатов в результате взаимодействия самих поперечных связей. Это в первую очередь характерно для силанольносшитого полимера, где имеется большое число силанольных групп, способных образовывать дополнительные узлы зацепления в аморфных областях, повышающие плотность структурной сетки (которая на 30 % больше, чем при пероксидом, и в 2,5 раза – чем при радиационном сшивании) и уменьшающие деформируемость при высоких температурах.

Стендовые испытания труб из сшитых полиэтиленов показывают некоторое прочностное преимущество силановой сшивки. Так, при температуре испытания 90 °C для труб диаметром 25 мм и длиной 400 мм давление разрушения труб из РЕХ-а, PEX-b и РЕХ-с составило соответственно 1,72, 2,28 и 1,55 МПа (В.С. Осипчик, Е.Д. Лебедева, «Сравнительный анализ эксплуатационных свойств сшитых различными методами полиолефинов и улучшение физико-химических характеристик силанольносшитого полиэтилена», 24 мая 2011 г.).

Таким образом, заявления о том, что PEX-a является самым прочным материалом из-за большей степени сшивки, не соответствуют действительности. Данный фактор является скорее недостатком, нежели достоинством этого метода сшивки.

Метод сшивки – это не самый важный показатель трубы при её выборе. В первую очередь следует убедиться, что полиэтилен, из которого сделана труба, действительно сшит. Некоторые производители недосшивают или вовсе не сшивают трубу, при этом указывают на ней те же характеристики что и на качественные PEX трубы.

Например, в мае 2013 г. на территории Украины были выведены из оборота трубы фирмы GROSS. Под этой маркой распространялись трубы из сшитого полиэтилена, на самих трубах была маркировка PEX (рис. 4), но по факту эти трубы состояли из обычного несшитого полиэтилена, стоит ли говорить об их эксплуатационных характеристиках? Есть несложный способ определить, что перед вами – сшитый полиэтилен или подделка из обычного полиэтилена. Для этого кусочек трубы нужно нагреть до температуры 150–180 ºС, обычный полиэтилен при такой температуре теряет свою форму, а сшитый за счёт межмолекулярных связей сохраняет свою форму даже при таких высоких температурах (рис. 5).

Рис. 4. Маркировка на трубе Gross

Рис. 5. Трубы Gross (образец 7) и VALTEC PEX-EVOH (образец 6) поле прогрева в печи в течение 30 мин при температуре 180 ºС

Заблуждение № 2: «Только полиэтилен, сшитый по методу «a», обладает свойствами температурной памяти, полиэтилены сшитые другими способами данным свойством не обладают».

Что в данном случае подразумевается под «эффектом температурной памяти»? Суть данного эффекта заключается в том, что предварительно деформированная труба после прогрева восстанавливает свою исходную форму, которую она имела до деформации. Это свойство проявляется из-за того, что при изгибе и деформации молекулярно-связанные участки сжимаются или растягиваются, при этом накапливая внутреннее напряжение. После прогрева в местах деформации упругость материала снижается. Внутренние напряжения, накопленные в процессе деформации, создают в толще «размягшего» материала усилия, направленные в сторону исходной формы трубы. Под воздействием этих усилий трубы стремится восстановиться.

Рис. 6.1. Излом трубы VALTEC PEX-EVOH (способ сшивки – PEX-b) и ее восстановление после прогрева до 100 °С

Рис. 6.2. Излом трубы из PEX-а с антидиффузионным слоем и ее восстановление после прогрева до 100 °С

Рис. 6.3. Излом трубы из PEX-c без антидиффузионного слоя и ее восстановление после прогрева до 100 °С (неокрашенный сшитый полиэтилен при высоких температурах становиться прозрачным)

На рисунках 6.1–6.3 показано восстановление труб с различными способами сшивки после залома. При всех способах сшивки трубы восстановили свою первоначальную форму. На трубах, покрытых антидиффузионным слоем, после восстановления образовались складки. В этих местах антидиффузионный слой отслоился от слоя PEX. Это не влияет на характеристики трубы, так как рабочим слоем является слой PEX, который полностью восстановился.

Эффект памяти присущ любому сшитому полиэтилену. Отличие PEX-a в технике восстановления заключается лишь в том, что PEX-a сшивается во время экструзии, и первоначальная форма, которую стремится вернуть трубопровод, – прямая. PEX-b и PEX-с, как правило, сшиваются уже после формирования в бухты, и, соответственно, форма, к которой будут стремиться трубопроводы, – круг с радиусом, равным радиусу бухты.

Заблуждение № 3: «Сшивка методом «b» не обеспечивает требуемую гигиеничность труб, так как силаниды, применяемые при производстве данных труб, токсичны».

Действительно, кремневодороды (Sih5 – Si8h28), применяемые для получения PEX-b, крайне ядовиты. Однако кремневодороды для сшивки полиэтилена применяют только в кабельной промышленности. Для производства труб используется органосиланиды, которые тоже ядовиты, но их отличительной особенностью является то, что при сшивке они либо полностью переходят в химически связанное состояние, либо превращаются в химически нейтральный органический спирт, который вымывается при гидратации трубопроводов. На сегодняшний день самым распространённым реагентом для сшивки полиэтилена методом «b» является винилтриметаксилан (упрощенная формула: С2Н4Si (OR)3).

Основным показателем безопасности трубопровода и фитингов является гигиенический сертификат. Только трубы и фитинги, на которые есть данный сертификат, допустимы к установке в системах питьевого водоснабжения.

Заблуждение № 4: «Только у труб PEX-a степень сшивки равномерна по всему сечению, в то время как у других труб сшивка не равномерна».

Основным преимуществом сшивки методом «а» является то, что пероксиды добавляются в расплавленный полиэтилен до его экструзии в трубу, и сшивка трубы при должном внимании к температурам и дозировкам пероксидов будет равномерна.

Когда трубопроводы из сшитого полиэтилена массово не применялись, у сшивок методом «b» и «c» действительно существовал недостаток, заключающийся в неравномерности сшивки по длине и ширине трубопровода. Однако, когда объём производства труб достиг нескольких километров в неделю, возник вопрос о повышении качества и автоматизации данных видов сшивки. Силановым методом можно равномерно сшить трубопровод, подобрав правильную дозировку реактивов, точно поддерживая температурные и временные параметры обработки трубы, а также используя катализаторы (олово).

К тому же современный метод ввода силана отличается от первоначального, если раньше силан добавлялся в расплав полиэтилена при экструзии (метод В-SIOPLAST), то сейчас, как правило, силан предварительно смешивается с пероксидом и некоторым количеством полиэтилена и только потом добавляется в экструдер (метод В-MONOSIL).

Заводы, производящие большие объёмы труб, давно методом проб и ошибок вышли на идеальную технологию сшивки, а автоматизация производства позволила получать трубы со стабильными характеристиками. Таким образом, проблема неравномерной сшивки трубопровода остаётся только у мелких, неавтоматизированных производств.

Заблуждение № 5: «PERT является одним из видов сшитого полиэтилена, и не уступает ему по характеристикам».

Термостойкий полиэтилен PERT является сравнительно новым материалом, применяемым для производства труб. В отличие от обычного полиэтилена, у которого в качестве сополимера используется бутен, в PERT сополимером является октен (октилен С8h26). Молекула октена имеет протяжённую и разветвленную пространственную структуру. Образуя боковые ветви основного полимера, сополимер создаёт вокруг главной цепи область взаимопереплетённых цепочек сополимера. Эти ветви соседних макромолекул образуют пространственное сцепление не за счёт образования межатомных связей как у PEX, а за счёт сцепления и переплетения своих «ветвей»

Термоустойчивый полиэтилен обладает рядом свойств сшитого полиэтилена: стойкость к высоким температурам и ультрафиолетовым лучам. Однако данный материал не обладает долговременной стойкостью к высоким температурам и давлению, а также является менее кислотостойким, чем PEX. На рис. 7 представлены графики длительной прочности сшитого полиэтилена PEX и высокотемпературного полиэтилена PERT, взятые из ГОСТ Р 52134-2003 с изменением № 1. Как видно из графиков, сшитый полиэтилен со временем мало теряет в своей прочности, даже при высоких температурах. При этом график падения прочности прямой и легкопрогнозируемый. У PERT график имеет излом, причём при высоких температурах этот излом наступает уже через два года эксплуатации. Точка излома называется критической, при достижении этой точки материал начинает активно ускорять потерю прочности. Всё это приводит к тому, что труба, которая достигла критической точки, очень быстро выходит из строя.

Рис. 7. Эталонные кривые длительной прочности труб из PEX (слева) и PERT (справа)

К тому же из-за отсутствия связей между макромолекулами PERT не обладает свойствами температурной памяти.

Заблуждение № 6: «PEX-трубы безоговорочно можно использовать для систем радиаторного отопления».

Условия применимости пластиковых и металлопластиковых трубопроводов на территории Российской Федерации регламентируются ГОСТ 52134-2003. Так как на прочность пластиковых трубопроводов довольно ощутимо влияет время воздействия на них теплоносителя с определённой температурой, то для них установлены классы эксплуатации (табл. 2), которые отражают характер воздействия определённых температур на трубу в течение всего срока эксплуатации.

Таблица 2. Классы эксплуатации полимерных трубопроводов

Класс эксплуатации

Область применения

Tраб, °C

Время при

Tраб; лет

Tмакс, °C

Время при

Tмакс, лет

Tавар, °C

Время при

Tавар, ч

1

Горячее водоснабжение (60 °С)

60

49

80

1

95

100

2

Горячее водоснабжение (70 °С)

70

49

80

1

95

100

3

Низкотемпературное напольное отопление Высокотемпературное напольное отопление

30

20

50

4,5

65

100

40

25

4

Низкотемпературное отопление отопительными приборами

20

2,5

70

2,5

100

100

40

20

60

25

5

Высокотемпературное отопление отопительными приборами

20

14

90

1

100

100

60

25

80

10

ХВ

Холодное водоснабжение

20

50

При этом применение трубопроводов в системах отопления и водоснабжения ограничивается пунктами 5.2.1 и 5.2.4:

«5.2.1 Трубы и фитинги из термопластов следует применять в системах водоснабжения и отопления с максимальным рабочим давлением Рмакс 0,4; 0,6; 0,8 и 1,0 МПа и температурными режимами, указанными в таблице 26. Установлены следующие классы эксплуатации труб и фитингов...»

«5.2.4 Могут устанавливаться другие классы эксплуатации, но значения температур должны быть не более указанных для класса 5».

Иными словами, соотношение времени влияния различных температур производитель может устанавливать любое. Но максимальную рабочую температуру нельзя задавать свыше 90 °C. В большинстве систем отопления расчётная температура теплоносителя равна 95 °C. Отсюда данных следует вывод: в старых системах PEX-трубы недопустимо использовать. И если применять данные трубы для высокотемпературного радиаторного отопления, то только в системе, которая спроектирована на максимальную рабочую температуру 90 оС.

Но почему же в большинстве рекламной продукции производителей PEX-труб указана максимальная рабочая температура 95 оС? Дело в том, что в п. 5.2.1 ГОСТ устанавливает нормы только по применению пластиковых труб, иными словами регламентирует виды систем, в которых можно применять трубы, но не сами трубопроводы, что даёт право производителям писать в технических характеристиках труб практически любую рабочую температуру.

«Разница всего лишь в 5 °C сильно не влияет на долговременную прочность трубы» – можно услышать как оправдание применения трубы. Но у трубы есть три основных параметра: температура, давление и срок службы, и если увеличивать один из параметров, то неизбежно снизятся остальные два. Таким образом, применять трубу при более высоких температурах можно, но следует учитывать тот факт, что это неизбежно вызовет сокращение срока службы. Минимально допустимый срок службы трубопроводов по СНиП 41-01-2003 составляет 25 лет, причём, если трубопроводы прокладываются скрытно в строительной конструкции, срок службы должен быть не менее 40 лет. При увеличении рабочей температуры до 95 оС срок службы трубопровода сокращается до 35–40 лет, в зависимости от толщины стенки, отсюда можно сделать вывод, что трубы при таких параметрах применения недопустимо укладывать скрытно.

Ниже представлены примеры использование недомолвок поставщиков, при указании технических характеристик:

Рабочая температура 95 ºС при давлении 0,8 МПа не может соответствовать сроку службы 50 лет. Из графика на рис. 5 видно, что максимальный срок эксплуатации трубопровода при температуре 95 ºС составляет 8 лет.

Указывается максимальная рабочая температура 95 ºС и срок эксплуатации 50 лет, но умалчивается, что на трубу данная температура может действовать максимум 1 год из этих 50 лет.

Заблуждение № 7: «Кислородозащитный слой трубопровода является маркетинговым ходом и никакого влияния на эксплуатационные характеристики не оказывает…»

Применение кислородозащитного слоя прежде всего обусловлено выполнением требований СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» пункта 6.4.1

«…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/м сут…»

Кислородопроницаемость трубы из сшитого полиэтилена с толщиной стенки 2 мм, диаметром 16 мм при температуре воздуха 20 ºС составляет 670 г/м³·сут. Очевидно, что обычная труба из сшитого полиэтилена не удовлетворяет требованиям данного СНиПа. Требования СНиП появились не случайно, дело в том, что в системах отопления и теплоснабжения используется специально подготовленный теплоноситель. Воду в котельных либо в тепловых пунктах деаэрируют при помощи специальных установок. Всё это делается для того, чтобы предотвратить коррозию стальных и алюминиевых элементов системы, которые, так или иначе, присутствуют в любой системе.

Для понимания того пагубного эффекта, который даёт кислород в теплоносителе, поясним сам процесс коррозии стали. Сталь коррозирует как в воде, в которой растворён кислород, так и деаэрированной воде, но ход процесса несколько отличается.

В воде, не содержащей кислорода, коррозия протекает следующим образом: под воздействием воды часть атомов железа переходят в раствор, в результате чего на поверхности стали накапливается отрицательный заряд атомов железа (Fe2+ + 2e-). В воде же из за наличия примесей образуются катионы и анионы H+ и OH-. Ионы железа с отрицательным зарядом, которые перешли в раствор, соединяются с анионами водородной группы, образуя плохо растворимый в воде гидрат железа (именно это вещество придаёт бурый, ржавый цвет теплоносителю): Fe2++2OH- → Fe(OH)2.

Водородные катионы (H+), имеющие положительны заряд, притягиваются к внутренней поверхности трубы, имеющей отрицательный заряд, образуя атомарный водород, который образует на поверхности трубы защитный слой (водородная деполяризация), уменьшающий скорость коррозии.

Как видно, коррозия стали в отсутствии кислорода носит временный характер, пока вся внутренняя поверхность трубы не покроется защитной плёнкой, и реакция не замедлится.

В случае, когда сталь соприкасается с водой, содержащей кислород, коррозия происходит иначе: содержащийся в воде кислород связывает водород, образующий защитный слой на поверхности железа (кислородная деполяризация). А двухвалентное железо подвергается окислению в трехвалентное:

4Fe(OH)2 + h3О + O2 → 4Fe(OH)3,  

nFe(OH)3 + h3О + O2 → xFeO·yFe2O3·zh3O.

Продукты коррозии при этом не образуют плотно прилегающего к поверхности металла защитного слоя. Это обусловлено увеличением объема, которое имеет место при переходе гидроокиси железа в гидрат закиси железа, и «вспучиванием» слоя железа, подверженного коррозии. Таким образом, наличие кислорода в воде существенно ускоряет коррозию стали в воде.

Элементы, страдающие от коррозии в первую очередь, – это котлы, рабочие колёса насосов, стальные трубопроводы, краны и т.д.

Каким же образом кислород проникает через толщу полиэтилена и растворяется в воде? Этот процесс называется диффузией газов, процесс, при котором какое-либо газообразное вещество может проникнуть сквозь толщу аморфного материала за счёт разности парциальных давлений данного газа с обеих сторон вещества. Энергия, которая позволяет пропускать газ сквозь толщу пластика, возникает в результате разности парциальных давлений кислорода в воздухе и кислорода в воде. Парциальное давление кислорода в воздухе при нормальных условиях составляет 0,147 бара. Парциальное давление в абсолютно деаэрированной воде составляет 0 бар (независимо от давления теплоносителя) и растёт по мере насыщения кислородом воды.

Рис. 8. Слой EVOH трубы VALTEC PEX-EVOH при увеличении x100

Нетрудно количественно оценить, какой вред может нанести труба без кислородного барьера.

Для примера возьмём систему отопления с трубами из сшитого полиэтилена без кислородного барьера. Общая протяжённость труб c наружным диаметром 16 мм составляет 100 м. За год эксплуатации данной системы в воду попадёт:

Q = DO2 · (dн – 2 · s)2 · l · z = 650 · (0,16 – 2 · 0,002)2· 100 · 365 = 3 416 г кислорода.  

В приведенной формуле DO2 – коэффициент кислородопроницаемости, для PEX-труб с наружным диаметром 16 мм и толщиной стенок 2 мм он равен 650 г/м3 · сут; dн и s – наружный диаметр трубопровода и его толщина соответственно, м, l – длина трубопровода, м, z – число суток эксплуатации.

В теплоносителе кислород будет находиться виде молекул O2.

Массу железа, вступившего в реакцию окисления, можно вычислить, используя стехиометрический расчёт уравнений реакций окисления двухвалентного железа (2Fe + O2 → 2FeO) и последующего окисления до трёхвалентного железа (4FeO + O2 → 2Fe2O3).

В реакции окисления двухвалентного железа его масса будет равна:

mFe = mo2 · nFe · MFe /(nО2 · MO2) = 3 416 · 2 · 56 / (1 · 32) = 11 956 г.

В этом расчете mFe – масса двухвалентного железа, вступившего в реакцию, г, mo2 – масса кислорода, вступившего в реакцию, г, nFe и nО2 – количество вещества, вступившего в реакцию: (железа, Fe, – 2 моль, кислоро,  =да, O2, – 1 моль), MFe и MO2 – молярная масса (Fe  –  56 г/моль; O2 – 32 г/моль).

В реакции окисления трёхвалентного железа его масса будет равна:

mFe = mo2 · nFe · MFe /(nО2 · MO2) = 3 416 · 4 · 56 / (3 · 32) = 7 970 г.

Здесь количество вещества вступившего в реакцию железа (nFe) составляет 4 моль, кислорода (nО2) – 3 моль.

Отсюда следует, что при попадании 3416 г кислорода в теплоноситель общее количество железа, подверженного коррозии, составит 11 956 г. (11,9 кг), при этом 7 970 г (7,9 кг) железа образует на стенках стали ржавый слой, а 11 956 – 7 970 = 3 986 (3,98 кг) железа останутся в двухвалентном состоянии и попадут в теплоноситель, загрязняя его. Для сравнения: если принять кислородопроницаемость трубопровода как максимально допустимую по нормам (0,1 г/м3 · сут), то в воде раствориться 0,52 г кислорода за год, что приведёт к коррозии максимум 1,82 г железа, то есть в 6 500 раз меньше.

Конечно же, не весь кислород, попавший в трубу, провзаимодействует с железом, часть кислорода будет взаимодействовать с примесями в теплоносителе, часть может достигнуть станции деаэрации, где его вновь удалят из теплоносителя. Однако опасность присутствия кислорода в системе весьма значительна и отнюдь не преувеличена.

Иногда в публикациях встречаются фраза: «…автоматические воздухоотводчики удалят весь кислород, попавший через стенки трубопровода». Данное утверждение не совсем верно, так как автоматический воздухоотводчик может выпустить кислород только в случае, если он выделится из теплоносителя. Выделение растворенных газов происходит только при резком снижении скорости или давления потока, что в обычных системах редко встречается. Для удаления кислорода устанавливаются специальные проточные деаэраторы, в которых происходит резкое снижение скорости и удаление выделившихся газов. На рис. 9.1 и 9.2 показаны обычный вариант установки воздухоотводчика и вариант с деаэрационной камерой. В первом случае воздухоотводчик удаляет только небольшое количество газов, скопившееся в трубопроводе, во втором – газы, которые принудительно «извлекаются» из потока за счет резкого увеличения сечения и снижения скорости.

Заблуждение № 8: «Температурное удлинение PEX труб во много раз превышает температурное удлинение остальных материалов, вследствие такого большого температурного удлинения замоноличенная труба ломает стяжку и штукатурку…»

Как и обычно, данные мифы базируются на достоверных фактах (температурное удлинение трубы из сшитого полиэтилена практически в 8 раз больше, чем металлопластиковой), но вывод сделан неправильной.

Для того чтобы узнать, произойдёт ли разрушение стяжки пола или нет, необходимо разобраться в процессах, протекающих в замоноличенной трубе.

Трубопровод, проложенный в открытую, при нагревании на определённую температуру начнёт удлиняться. Относительное удлинение трубопровода легко посчитать по формуле:

ΔL = kt · Δt · L,

где kt – коэффициент температурного удлинения материала трубы, Δt – разница между температурой теплоносителя и температурой воздуха во время монтажа трубы; L – длина трубопровода.

Рис. 10

Но в стяжке пола труба не может удлиниться, так как её температурному расширению препятствует цементно-песчаная стяжка. В данном случае на каждую единицу удлинения трубопровода стяжка будет сжимать его на то же самое расстояние. В конечном счете трубопровод сожмётся стяжкой пола на расстояние, равное его температурному удлинению (рис. 11), длина его при этом не измениться. Возникает вопрос, куда же всё-таки девается лишний кусок трубы. Дело в том, что для сжатия трубы требуется определённое усилие. Удлинившийся отрезок трубы просто-напросто переходит в напряжение, которое оказывает труба на стяжку пола. И ответ на вопрос, выдержит ли стяжка температурное напряжение трубы, зависит лишь от того, какое напряжение труба окажет на стяжку.

Рис. 11

Напряжение, которое оказывает трубопровод на стяжку пола, можно оценить при помощи Закона Гука, о упругой деформации материалов. Напряжение, которое даст труба, будет равно:

N = ΔL · s · e / L,

где s – площадь поперечного сечения стенок трубопровода, e – модуль упругости материала трубопровода, L – длина трубопровода.

Но даже если получить для конкретной трубы определённое значение напряжения, то практической пользы от этого будет мало, так как это значение необходимо сравнивать с максимально допустимым напряжением стяжки пола, и на основании этого сравнения сделать вывод о применении данной трубы. Но рассчитать максимально допустимое напряжение в стяжке довольно-таки сложно, и полученное значение, как правило, не будет точным, так как в стяжке присутствуют неровности и концентраторы напряжения и т.п.

Зато при помощи данной формулы можно сравнить трубопроводы между собой по напряжению, которое они оказывают на стяжку. Если подставить в формулу напряжения, формулу температурного удлинения то получится:

N = kt · Δt · L · s · e / L = kt · t · s · e.

Для металлопластиковой трубы диаметром 16 мм при нагреве её на 50 °C напряжение в стяжке равно:

N = 0,26 · 10–4 · 50 · 8,7 · 10–5 · 8 400 = 9,5 · 10–4 МПа.

Для PEX-трубы диаметром 16 мм при нагреве её на 50 °C напряжение в стяжке равно:

N = 1,9 · 10–4 · 50 · 8,7 · 10–5 · 670 = 5,5 · 10–4 МПа.

Для стальной трубы диаметром ½” при нагреве её на 50 °C напряжение в стяжке равно:

N = 0,116 · 10–4 · 50 · 16,2 · 10–5 · 200 000 = 187,9 · 10–4 МПа.

Таким образом, видно, что PEX оказывает на стяжку меньшее напряжение, чем аналогичная металлопластиковая труба. Нагрузка от трубопровода на стяжку зависит не только от температурного расширения трубопровода, но и от модуля упругости, который у сшитого полиэтилена относительно низкий по сравнению с остальными типами материалов. Сталь, за счёт большого модуля упругости, несмотря на самый низкий коэффициент температурного расширения, вызывает в стяжке намного большее напряжение, нежели трубы с большим температурным расширением.

Заблуждение № 9: «Нельзя монтировать PEX-трубу при помощи пресс-фитингов, так как в процессе обеспечения герметичности не участвует свойство температурной памяти».

На сегодняшний день для соединения PEX-трубопроводов применяются два вида соединений: пресс-фитинги и фитинги с надвижной гильзой.

Для начала следует разобраться в механизме соединения пресс-фитингов:

После опрессовки пресс-инструментом фитинга наружная стальная гильза деформируется, сдавливая при этом стенку полиэтилена. Полиэтилен при этом деформируется тоже, и из-за накопленного напряжения в пространственных связях молекул полиэтилен стремится вернуться в исходную форму (память формы). Так как модуль упругости стали во много раз превышает модуль упругости сшитого полиэтилена, то деформации подвергается не гильза, а полиэтилен, который глубже заходит в проточки штуцера и уплотняет соединение. Резиновые кольца в данном случае служат для двух основных целей:

Первое кольцо (на рис. 12 слева) находится вне зоны обжатия пресс-инструмента. Оно служит для обеспечения герметичности при небольших смещениях фитинга во время эксплуатации (такие смещения могут быть вызваны температурными колебаниями). Модуль упругости EPDM (материала, из которого сделана уплотнительная резинка) во много раз меньше модуля упругости PEX, поэтому этот материал в таких случаях заполняет все пустоты, образовавшиеся в результате смещения фитинга.

Рис. 12. Обжатие трубы VALTC PEX-EVOH пресс-фитингом

Второе кольцо находится частично в зоне обжатия (на рис. 12 справа). На это кольцо постоянно действует нагрузка от стальной гильзы. Оно служит для компенсации разницы температурного расширения полиэтилена и латуни. При резком нагреве или резком охлаждении фитинга может возникнуть ситуация, когда между штуцером и стенкой трубы возникнет микронный зазор, который хоть и не приведёт к протечке, но существенно сократит срок службы соединения. Данное кольцо в этом случае заполнит образовавшийся зазор и обеспечит герметичность.

Трубы из полиэтилена сшитого методом «b» не монтируются при помощи фитингов с надвижной гильзой из-за того, что во время такого монтажа конец трубы расширяется при помощи экстрактора. Относительное удлинение при разрыве у PEX-b по сравнению с PEX-a меньше за счёт более прочных силановых связей. Поэтому процедура расширения трубопровода для PEX-b приводит к накапливанию микротрещин, сокращающих срок службы соединения.

Пресс-фитинг обеспечивает надёжную и герметичную фиксацию трубопровода в течение всего рабочего периода.

Заключение

С одной стороны использование современных материалов ведёт к удешевлению производства, ускорению монтажа, экологичности и безопасности. Все эти факторы приводят к повышению качества жизни человека. Но в то же время нездоровая конкуренция между производителями современных материалов вызывает опасение потребителей в восприятии всего нового, а также существенно затрудняет выбор того или иного материала.

Грамотное техническое описание товара и общедоступные технические паспорта являются лакмусовой бумажкой качественного продукта, добросовестности производителя. VALTEC является лидером в производстве пластиковых трубопроводов. Труба VALTEC PEX-EVOH сделана из полиэтилена сшитого методом «b» (самого прочного на сегодняшний день полиэтилена) с применением всех современных технологий изготовления. Труба предназначена для низкотемпературных систем отопления, и в технической документации нет пустых мифов о применимости данной трубы к системам, для которых она не предназначена. Труба адаптирована под самые распространённые на сегодняшний день пресс-фитинги, которые, при том же уровне качества, дешевле специальных фитингов, выпускаемых остальными производителями для своих труб. Подробнее читайте в статье «Трубы из сшитого полиэтилена VALTEC PEX-EVOH».

Автор: Жигалов Д.В.

Сшитый полиэтилен: характеристики, монтаж, применение

Здравствуй, дорогой читатель! Модификация молекулярной структуры избавила полимерные материалы от основного недостатка — термопластичности — и позволила им эксплуатироваться в условиях повышенных температур. Один из таких материалов — сшитый полиэтилен. О том, как его сшивают и где применяют, я и хочу рассказать в этой статье.

Что это такое

Сшитым называется полиэтилен с модифицированной сетчатой структурой. Его молекулы соединены между собой дополнительными боковыми связями. Сшивка обеспечивает материалу максимальную плотность, снижает его термопластичность.

Сфера применения

Сшитые полиэтиленовые продукты находят применение в производстве:

Технические характеристики сшитого полиэтилена

  1. Плотность 0,94 г/м³.
  2. Прочность на разрыв 22–27 МПа.
  3. Относительное удлинение при разрыве 350–550 %.
  4. Модуль упругости более 550 МПА.
  5. Ударопрочность 441 кДЖ/см².
  6. Твердость по Шору 64.
  7. Твердость по Вика 124,5 ºС.
  8. Диапазон рабочих температур -100…+100 ºС.
  9. Температура:
  1. Коэффициент линейного расширения 1,4*10⁻⁴ (ºС⁻¹).
  2. Коэффициент теплопроводности 0,35–0,41 Вт/мºС.
  3. Класс горючести — Г4.
  4. Класс воспламеняемости — В3.
  5. Класс по токсичности продуктов горения — Т3.

Виды

Материал подразделяется на виды в зависимости от способа его сшивки:

  1. Пероксидный. Сшит с помощью пероксида водорода. Процесс идет под давлением, охватывает до 85 % молекул.
  2. Силановый. Сшитый химическим способом, когда сырье насыщают органическими силанидами и гидратируют. Образованный полимер обладает до 70 % сшитой структуры.
  3. Радиационный. При сшивке на полимер воздействуют энергией ионизирующего облучения. Доля сцепленных молекул составляет до 60 %.
  4. Азотный. Для сшивки используются азотные соединения. Структура полиэтилена при таком способе сшита на 70 %.

Срок службы

Максимальный срок службы изделий из сшитого полиэтилена составляет 50 лет.

Преимущества и недостатки

Изделия из сшитого полиэтилена обладают следующими преимуществами:

К недостатком можно отнести:

  1. Неустойчивость к воздействию ультрафиолета.
  2. Способность к окислению при проникании кислорода в структуру материала. Чтобы нивелировать этот недостаток, материал покрывают пленкой из этиленвинилового спирта: она снижает диффузию внешнего слоя.

Что лучше — сшитый полиэтилен или металлопластик

У изделий из сшитого полиэтилена, полипропилена и металлопластика много одинаковых характеристик:

Но трубы из металлопластика быстрее нагреваются, имеют большую теплопроводность. Это преимущество для использования их в системах отопления. Однако у металлопласта разный коэффициент линейного расширения слоев, что может привести к расслоению стенки. Не выдержит он и несколько циклов замораживания и размораживания, его просто разорвет.

Всех этих недостатков лишены изделия из сшитого полиэтилена. Но монтировать их нужно с осторожностью, чтобы не повредить слой антидиффузной защиты на внешней стороне.

Технология производства труб из сшитого полиэтилена

Полиэтилен в расплавленном виде поступает в экструдер, где выдавливается через формующее отверстие. Далее заготовка двигается по ленте конвейера в калибратор, во время движения подвергается воздействию проточной воды, которая постепенно ее охлаждает. Калибратор придает изделию окончательную форму. После этого заготовка поступает на линию пореза, где отрезаются хлысты нужной длины.

Метод сшивки РЕХ труб

Трубная продукция РЕХ выпускается из разных видов сшитого полиэтилена и отличается по своим характеристикам. Виды маркировок:

  1. РЕ-Ха. Сшиты пероксидным методом. Равномерная структура с наибольшим количеством сшитых молекул, прочные и безопасные для здоровья человека.
  2. РЕ-Хb. Сшиваются силановым методом. Не менее прочные изделия, чем пероксидные полиэтиленовые трубы, но более жесткие, хуже восстанавливают первоначальную форму. Некоторые их разновидности содержат химические вещества и предназначаются только для изготовления кабельной оболочки. Поэтому при выборе водопроводных труб нужно ориентироваться по данным в гигиеническом сертификате;
  3. РЕ-Хс из радиационного сшитого полиэтилена более жесткие, склонные к заломам и уступают по равномерности структуры пероксидным материалам.

Советы, как выбирать

Выбор труб должен начинаться с визуального осмотра. Они должны иметь гладкую поверхность. Незначительная волнистость, наличие продольных полос допустимы при условии, что они не утолщают стенку больше разрешенных значений. Кроме того, трубы должны иметь равномерную окраску, а поверхности — без трещин, пузырей, посторонних включений, раковин.

Информация по основным характеристикам труб входит в маркировку. Из нее можно узнать, какой тип сшивки применялся при изготовлении, а также геометрические параметры изделия.

Популярные производители

Хорошо зарекомендовала трубная продукция следующих брендов:

  1. TECEflex (Германия). Компания выпускает трубы марки РЕ-Хс. Сшивка осуществляется электронно-лучевым методом. Для антидиффузионной защиты применяется этиленвинилалкоголь. Он образует кислородозапирающий слой, стойкий к механическим повреждениям.
  2. UNIDELTA (Италия). Изготавливает трубы с внутренним защитным слоем EVOH, сшитые силановым способом.
  3. REHAU (Германия). Компания производит изделия из пероксидного полиэтилена с наружным антидиффузионным покрытием, окрашенным в красный цвет.

Примерная цена

Материалы из сшитого полиэтилена дешевле полипропиленовых изделий, также применяющихся для сборки водопровода и отопительных систем. Стоимость труб РЕХ зависит от метода сшивки полиэтилена.

Способы соединения

Полиэтиленовые трубы соединяются тремя способами:

  1. Компрессионными фитингами. Фасонные детали компрессионного типа более просты в монтаже и могут использоваться для сборки трубопроводов подачи холодной и горячей воды.
  2. Пресс-фитингами. С помощью напрессовочных фитингов получают неразъмные стыки деталей. Благодаря свойству материала восстанавливать форму после деформации полимерные молекулы в зоне стыка распрямляются после опрессовки и заполняют все зазоры между трубой и соединительными элементами. В результате образуется трубопровод с очень надежными соединениями, не требующими дополнительного обслуживания.
  3. Электросварными муфтами. Электросварной способ способствует образованию монолитных соединений, не уступающих по прочности самому изделию.

Особенности монтажа и эксплуатации

Полиэтиленовые трубопроводы монтируются по стандартным схемам, за исключением небольших нюансов:

  1. Трубы заносят в помещение за 2–3 часа, чтобы они прогрелись до комнатной температуры.
  2. Трубные разводки из сшитого полиэтилена желательно закрывать защитными коробами или укладывать в ниши во избежание случайных механических повреждений.
  3. Ниши и короба должны иметь запас по размеру, так как трубы из сшитого полиэтилена расширяются при нагреве.
  4. Разъемные фитинги нельзя замоноличивать в стены или бетонную стяжку пола, к ним нужно обеспечить свободный доступ для обслуживания.
  5. Место изгиба вначале разогревается строительным феном, затем заготовка помещается в оправку из досок, фанеры или других подручных материалов до полного остывания.
  6. С торцов нарезанных деталей нужно удалять заусенцы, так как они могут засорить трубопровод.
  7. Для фиксации разводок к стенам используют специальные крепежные элементы — клипсы, удерживаемые дюбелями.

Заключение

Сшивка молекулярных цепочек значительно улучшает свойства полиэтилена. Их высокие технические характеристики не вызывают сомнений даже у скептиков. Подписывайтесь на наш сайт, оставляйте комментарии, делитесь полезной и нужной информацией с друзьями в социальных сетях.

(1 оценок, среднее: 5,00 из 5) Загрузка...

Сшитый полиэтилен для отопления: виды, чем лучше и как выбрать

Здравствуй, уважаемый читатель! Эффективность работы инженерных систем в доме или в квартире зависит от многих факторов. Например, немаловажен материал труб. Сегодня я расскажу вам, что такое сшитый полиэтилен для отопления, какими он обладает достоинствами и недостатками, сколько стоит и по каким правилам он укладывается в стяжку.

Что такое сшитый полиэтилен

Сшитым называется полиэтилен, структура которого модифицирована на молекулярном уровне. Это улучшает технические и эксплуатационные свойства. В процессе сшивки звенья молекул связываются воедино и образуют ячеистую трехмерную сетку.

Сферы применения

Материал применяется при обустройстве:

Технические характеристики и свойства

Полиэтилен после сшивки не уступает по прочности многим металлическим сплавам и превосходит их по стойкости к различным разрушительным воздействиям.

Кроме того, сшитый полиэтилен характеризуется:

  1. Высокой плотностью — 940 кг/м³.
  2. Диапазоном рабочих температур — от 0 до +95 °С.
  3. Более высокой температурой плавления — от +200 ºС.
  4. Способностью сохранять ударопрочность и трещиностойкость при температурах до -50 ºС.
  5. Теплопроводностью — 0,38 Вт/мк.
  6. Началом горения при температуре — от +400 ºС. При горении сшитый полиэтилен для отопления не выделяет токсических веществ, а разлагается на углекислый газ и воду.
  7. Очень высоким уровнем гибкости.
  8. Растяжением на разрыв — от 350 до 800 %.

Срок службы

Срок службы сшитого полиэтилена зависит от условий эксплуатации:

  1. В системах горячего водоснабжения при температурах до 70 ºС — 50 лет.
  2. В конструкциях напольного отопления и низкотемпературных системах отопления через отопительные приборы — 25 лет.
  3. В высокотемпературных системах отопления от отопительных приборов — 10 лет.

Условия эксплуатации

Сшитый ПЭ предназначен для эксплуатации в системах с рабочим давлением до 20 атмосфер при максимальной температуре 95 ºС с допустимым кратковременным повышением до 110 ºС.

Трубопроводы из сшитого полиэтилена должны быть защищены от прямого попадания солнечных лучей защитными кожухами при наружной прокладке или замоноличены в конструктивные элементы здания.

Особенности производства

Гранулы полиэтилена загружаются в экструдер, где нагреваются до расплавленного состояния и гомогенизируются. Затем расплавленная масса продавливается через круглое отверстие, формируясь в заготовку трубчатой формы. Первичное охлаждение заготовки происходит при проходе через вакуумную камеру, после чего формируется наружный диаметр изделия. Затем она охлаждается воздушно-капельным путем или в водяной ванне. Охлажденная заготовка маркируется и разрезается на отрезки стандартной длины или сматывается в бухты.

Метод сшивки труб

Сшивка полиэтилена для изготовления труб осуществляется несколькими методами:

  1. Пероксидным способом. В процессе нагревания полимерных гранул в состав вводится пероксид водорода. Уровень сшивки материала доходит до 85 %. Полученные изделия имеют маркировку РЕ-Ха.
  2. Силановым методом. Материал обрабатывается химическим раствором, содержащим катализаторы и органический силанид. Процент сшитых молекул составляет 70 %. Маркируются такие трубы аббревиатурой РЕ-Хb.
  3. По технологии электронно-лучевого облучения. Для образования боковых связей между молекулами кристаллической решетки полиэтилена готовые изделия подвергаются радиационному облучению. Трубы такого типа имеют название РЕ-Хс.

Диаметры и длина

Трубы из сшитого полиэтилена выпускают с внешним диаметром от 10 до 280 мм и толщиной стенки от 2 до 5 мм. Стандартная длина отрезков составляет 6 и 12 м, бухты имеют длину 50, 100 и 200 метров. Для систем отопления обычно используется труба из сшитого полиэтилена диаметром 16 или 20 мм, толщиной стенки 2 мм.

Преимущества и недостатки

В отличие от обычных пластиковых труб у изделий из сшитого полиэтилена отсутствует термопластичность. Они способны выдерживать высокие температуры без потери формы. Это свойство позволяет использовать сшитый полиэтилен для устройства систем ГВС, отопления и теплого пола.

Кроме того, сшитый полиэтилен обладает массой других положительных качеств:

  1. Абсолютной стойкостью к коррозии.
  2. Высокой прочностью.
  3. Небольшим весом.
  4. Звукоизоляционными свойствами.
  5. Стойкостью к барическим нагрузкам и температурным перепадам.
  6. Высокой эластичностью, благодаря которой трубы из сшитого полиэтилена при замерзании не растрескиваются. После оттаивания воды они восстанавливают свою форму.
  7. Высокой технологичностью.
  8. Высокой износостойкостью, особенно к истиранию.
  9. Токсикологической безопасностью.
  10. Наличием эффекта обратной усадки, или «памяти формы», когда изделие после изменения конфигурации может быстро восстановить первоначальный вид.
  11. Стойкостью к образованию известкового и оксидного налета на внутренних поверхностях труб. При длительной эксплуатации система отопления из сшитого полиэтилена полностью сохранит пропускную способность.
  12. Долговечностью.

Несмотря на такое большое количество преимуществ, у сшитого полиэтилена существуют и недостатки:

  1. Чрезмерная реакция на ультрафиолетовое излучение.
  2. Из-за высокой пластичности трубопроводы отопления из сшитого полиэтилена могут со временем провиснуть.
  3. Вероятность диффузии кислорода в теплоноситель, из-за чего могут быстро корродировать детали отопительных приборов.

Что лучше для теплого пола — сшитый полиэтилен или металлопластик

Сшитый полиэтилен как материал для устройства теплого пола значительно превосходит аналоги по своим характеристикам. По сравнению с металлопластиком и полипропиленом он выдерживает большую рабочую температуру и больший срок службы.

Сшитый полиэтилен обладает памятью формы, что несомненный плюс при устройстве напольного отопления: большое количество изгибов в контуре может привести к залому металлопластика. В этом случае придется вырезать деформированный участок и соединять трубы с помощью фитингов, что крайне нежелательно в условиях стяжки. Спровоцировать течь может и расслоение металлопластика, возникающее при нагревании из-за разного коэффициента линейного расширения его слоев.

Советы, как выбирать

При покупке труб из сшитого полиэтилена для отопления следует обратить внимание на:

  1. Метод сшивки. Для систем отопления больше подходят изделия РЕ-Ха, сшитые пероксидным способом. Они имеют самую большую степень сшивки, более прочные и менее термопластичные.
  2. Наличие антидиффузной защиты.
  3. Наличие защиты от ультрафиолета.
  4. Соответствие диаметра и толщины стенки проектным данным.

Популярные производители

Наиболее высоким спросом пользуется продукция из сшитого полиэтилена следующих компаний:

Rehau (Рехау)

Концерн Рехау — мировой лидер в производстве полипропиленовых, металлопластиковых и РЕХ труб. Для сшивки ПЭ компания применяет пероксидный метод, для кислородозащитного слоя — этиленвинилалкоголь (ЭВАЛ). Ассортимент представлен следующими моделями:

Uponor (Упонор)

Финская компания Упонор выпускает высокотехнологичные трубы для водоснабжения, напольного и радиаторного отопления, ПЭ сшит при помощи пероксида водорода (РЕ-Ха). Они дают возможность транспортировать горячую воду с температурой до +95 °С и давлением до 10 бар.

Valtec (Италия)

В качестве основы компания использует полиэтилен низкого давления (ПНД) высокой плотности. Сшивка осуществляется силановым методом. Изделия Valtec выдерживают постоянный нагрев до 80 ºС, но не обладают памятью формы, поэтому они предпочтительней для скрытой прокладки.

БИР ПЕКС (Бирпекс)

Сшитый полиэтилен российского производства. Изготавливается из английского сырья в соответствии с сортаментом, обладает хорошим качеством, дешевле аналогов европейских брендов.

Примерная цена

Стоимость изделий из сшитого полиэтилена формируется компанией-изготовителем в зависимости от диаметра, характеристик и особенностей производства. На ее увеличение может повлиять и известность бренда. Приведу примерные цены на несколько самых распространенных моделей разных производителей.

Пошаговый монтаж теплого пола

Технология напольного отопления заключается в создании многослойной конструкции, каждый слой которой укладывается в строгой последовательности. Толщина этой конструкции зависит от типа утеплителя и раствора, а также наличия армирования.

Подготовительные работы перед сооружением

До начала монтажа системы отопления из сшитого полиэтилена необходимо выполнить следующие подготовительные работы:

Кроме самих труб из сшитого полиэтилена, конструкция напольного отопления состоит еще из нескольких обязательных элементов:

Выбор и создание схемы укладки труб

Контуры теплого пола можно укладывать по нескольким схемам:

  1. Спиралью со смещением в центр. Это самый распространенный способ укладки сшитого полиэтилена, обеспечивающий равномерное распределение тепловой энергии: в спиральной схеме подающие участки чередуются с участками обратного направления. Укладка труб из сшитого полиэтилена начинается по периметру комнаты и заканчивается в центре пола. Прогрев пола у наружных стен получается более интенсивный, что позволяет устанавливать котел меньшей мощности, не снижая степень отдачи теплоносителя.
  2. Змейкой. Укладка змейкой выполняется от одной стены к противоположной в несколько поворотов. Усиленный нагрев пола обеспечивается в начале ее пути, по мере удаления вода охлаждается и греет поверхность с меньшей интенсивностью.
  3. Сдвоенной спиралью. Контур отопления при таком варианте разделяется на две спирали. Первая прилегает к наружной стене. Через нее проходит теплоноситель и попадает во вторую — основную спираль.

При выборе варианта монтажной схемы для напольного отопления нужно учитывать размеры комнат. Для небольших помещений, например, санузла или коридора, можно использовать укладку змейкой. Контур из сшитого полиэтилена в виде двойной спирали удобен для отопления больших площадей или при необходимости обогрева определенных зон в помещении с разной интенсивностью, например перед входной дверью.

Расчет количества труб

Существует ряд правил, которые помогут выполнить расчет будущего контура напольного отопления:

  1. Трубопровод из сшитого полиэтилена сечением 16 мм должен быть протяженностью не более 100 м. Длина контура из труб сечением 20 мм не должна превышать 120 м. При увеличении этих показателей давление в системе будет слишком низким.
  2. Если система из сшитого полиэтилена имеет несколько контуров, то они должны быть равными по длине или разниться минимально.
  3. При достаточной изоляции участки трубопровода отопления должны располагаться с шагом в 15 см. В северных регионах, где зимой столбик термометра может опускаться ниже -20 ºС, шаг нужно сократить до 10 см.

В среднем расход труб из сшитого полиэтилена на 1 м² с шагом 15 см должен составлять 6,7 метра, с шагом в 10 см — около 10 метров. Для более точного определения длины контура нужно площадь помещения поделить на величину шага прокладки. Полученное значение следует увеличить на размер загибов и длину расстояния до узла коллектора.

Подготовка основания под трубы

Очищенную от старого покрытия поверхность перекрытия нужно выровнять песчаной смесью с последующим уплотнением или самонивелирующимся составом таким образом, чтобы размер перепадов составлял не более 5°. Для проверки ровности можно воспользоваться строительным уровнем.

Следующий этап — укладка гидроизоляционного слоя из полиэтиленовой или фольгированной пленки. Полотна гидроизоляционного материала укладывают внахлест, края и стыки крепят армирующей лентой. Поверху монтируют слой теплоизоляции. Он перенаправит вверх тепловой поток и исключит его потери через перекрытие. В качестве утеплителя можно использовать:

Плиты экструдированного пенополистирола абсолютно паронепроницаемы, обладают высокой прочностью, способны выдерживать значительные механические нагрузки. При устройстве напольного отопления их можно просто соединить между собой шпунтованными торцами и заполнить зазоры кусочками утеплителя и специальным клеем.

Минвата и пенопласт менее устойчивы к деформациям под действием механических нагрузок, поэтому их следует укладывать между деревянными или металлическими рейками.

Для гигроскопичных пробковых материалов и минеральной ваты требуется дополнительная прослойка, которая обеспечит им паро- и гидроизоляцию. В этом случае на утеплитель кладут внахлест полотна пароизоляционной мембраны, герметизируя края, стыки скотчем, и крепят армирующую сетку скобами-упорами с шагом 50 см друг от друга по всей площади пола. Она усилит жесткость конструкции.

Далее по периметру комнаты прокладывают демпферную ленту, компенсирующую тепловое расширение бетонной стяжки при работающем отоплении. Высота ленты должна перекрывать толщину слоя утеплителя, шлангов из сшитого полиэтилена и армированной стяжки.

Монтаж полиэтиленовых труб

После подготовки основания нужно:

После этого можно укладывать сшитый полиэтилен по выбранной схеме. Для удобства разметку контура конструкции можно нанести прямо на утеплитель.

Далее один конец шланга из сшитого полиэтилена присоединяют к выходному патрубку коллектора, раскладывают контурные линии и закрепляют их на сетке стягивающими хомутами через 30–50 см на прямых участках, с шагом 10–20 см — в местах изгиба. После укладки контура другой конец изделия подключается к коллектору с помощью фитинга.

Работая со сшитым полиэтиленом, нужно:

  1. Избегать резких заломов материала в местах поворотов трубопровода.
  2. Выполнять укладку при температурах не ниже +18 ºС. Полиэтиленовые изделия следует занести с холода в помещение, подождать, пока они нагреются до комнатной температуры, и только после этого монтировать.
  3. Следить за ровностью укладки, не допускать перекручивания и лишнего напряжения шланга.
  4. Стараться при монтаже не наступать на трубные материалы из сшитого полиэтилена, не класть на них инструмент и тяжелые вещи.
  5. Усилить теплоизоляцией полиэтиленовые подводки для подключения к коллекторному узлу, так как они не находятся в стяжке.

Собранную систему отопления нужно протестировать до того, как она будет закрыта стяжкой, залив в нее теплоноситель на 6–10 часов. Если в течение этого времени она полностью заполнилась теплоносителем, осталась герметичной, то можно заливать стяжку.

Правила устройства стяжки

Стяжку можно выполнить из готового цементно-песчаного раствора марки 400 с пластификаторами или самостоятельно приготовленной смеси из цемента и песка. Ее толщина не менее чем на 3 см должна быть выше уложенного сшитого полиэтилена. Дополнительную прочность стяжке придают с помощью металлической или пластиковой сетки с размерами ячейки 10×10 см. Она должна не просто лежать поверх трубной разводки из сшитого полиэтилена, а находиться внутри слоя раствора.

Если площадь комнаты более 33 м² или имеет сложную конфигурацию, то стяжка должна выполняться с температурными швами, разбивающими пол на прямоугольники меньшего размера. Они позволят избежать растрескивания стяжки во время нагревания.

Основные правила, которые нужно соблюдать при устройстве стяжки:

  1. Работы можно выполнять только при плюсовых температурах, даже если в состав для повышения морозостойкости введены специальные присадки.
  2. Во время заливки раствора и до его полного высыхания (через 20–25 дней) давление в трубах должно быть около 1,5–2 атмосфер, а температура теплоносителя не выше 25 ºС.
  3. Стяжка заливается после штукатурки стен.
  4. Для выставления уровня будущего пола нужно использовать специальные металлические маячки.

Финишная отделка поверх стяжки напольного отопления может выполняться из любого материала.

Ввод системы в эксплуатацию

Начинать эксплуатировать систему отопления на полную мощность можно только после окончательного затвердевания стяжки.

Напольное отопление из сшитого полиэтилена вводится в эксплуатацию в такой последовательности:

  1. Подключение к коллектору подающей линии и обратки.
  2. Открытие всех контуров одновременно с помощью кранов на коллекторном узле.
  3. Открытие клапанов – отводчиков воздуха.
  4. Запуск циркуляционного насоса.
  5. Выставление нужной температуры.
  6. Подъем давления в системе до рабочего значения.
  7. Выключение из работы всех контуров, кроме самого длинного.
  8. Фиксация данных на расходомере и балансировочных приборах.
  9. Подключение следующего по длине контура отопления и регулировка уровня давления по данным работы первого контура.
  10. Подключение и балансировка следующих контуров.

Насколько грамотно вы собрали систему отопления, будет ясно через 2–3 месяца постоянной эксплуатации.

Заключение

Сшитый полиэтилен — это надежный, термостойкий и удобный в работе материал. А как долго он прослужит в системе отопления и ГВС, зависит от качества монтажа и разумной эксплуатации. Подписывайтесь на наш сайт, оставляйте свои комментарии, делитесь полезными идеями с друзьями в социальных сетях.

(1 оценок, среднее: 5,00 из 5) Загрузка...

Особенности сшитого полиэтилена для производства труб и сфера их применения

Трубы из сшитого полиэтилена являются хорошей альтернативой стальным коммуникациям в частном домостроительстве. Сшитый полиэтилен – это продукт высокотехнологических производств, когда усилиями ученых и производственников создаются материалы с уникальными свойствами. Полимерные коммуникации выдерживают нагрузки для водяной отопительной системы, они безопасны для водопровода, имеют большой срок службы.

Технические характеристики сшитого полиэтилена

Оптимальная температура эксплуатации в отопительных системах 90 градусов при 6 атмосферах рабочего давления. Эти параметры гарантируют срок службы трубопровода до 50 лет.

Обратите внимание! Для сравнения – обычный полиэтилен начинает деформироваться при температуре выше 40 градусов.

Максимальная температура теплоносителя до 120 градусов (без негативных последствий), минимальная -50 градусов. Причем, благодаря эластичности материала, трубы из сшитого полиэтилена не разрушаются от расширения замерзшей в них воды. Они отлично зарекомендовали себя в классическом водяном отоплении индивидуального дома. Здесь температурный режим и давление (небольшое) способствуют их длительной безаварийной эксплуатации.

Обратите внимание! Полиэтиленовые трубы нельзя использовать при паровой системе отопления.

Технические характеристики трубы из сшитого полиэтилена минимального диаметра (16 мм):

Загорается сшитый полиэтилен при температуре около 400 градусов, при 200 градусах начинает плавиться.

Различают трехслойные трубы и пятислойные. Многослойность полиэтиленовых труб объясняется их неустойчивостью к ультрафиолетовому излучению и способностью пропускать кислород. Эксплуатация незащищенных труб на свету приводит к их быстрому износу. Способность пропускать кислород делает полиэтиленовые коммуникации опасными для стальных элементов. Кислород является сильнейшим окислителем и приводит к активной коррозии металлов.

Трехслойные трубы имеют следующее строение:

Пятислойные имеют два слоя клея, два (внутренний и внешний) слоя полиэтилена и в середине защитный слой от проникновения кислорода. Соответственно, чем сложнее структура трубы, тем надежнее ее защита и тем больше цена.

Производство труб из сшитого полиэтилена

Сшитый полиэтилен – это продукт современных технологий химической промышленности. Создается высокотехнологичный материал из органического полимера этилена, путем «сшивания» исходного сырья на молекулярном уровне.

Молекула полиэтилена представляет собой очень длинную цепочку соединенных последовательно молекул этилена. Сшивание происходит путем инициации поперечных связей между длинными (полимерными) молекулами. Схематично это можно представить как скрепление отдельных волокон в крепкую сеть. На выходе получается сшитый полиэтилен – материал с особо прочными физическими и химическими характеристиками.

Различают следующие виды сшитого полиэтилена для труб, в зависимости от особенностей технологического процесса:

Обратите внимание! Лучшими по эксплуатационным характеристикам являются трубы марки PEX-A. Лучшее соотношение цена\качество у труб PEX-B. Именно они пользуются наибольшей популярностью у потребителей.

Ведущими производителями на рынке полимерной трубной продукции являются страны Европы – Швеция и Германия. На востоке конкуренцию им составляет Израильская химическая промышленность. В России налажен собственный выпуск полиэтиленовых прошитых материалов. Диаметр труб варьируется от 10 мм до 250. Первопроходцами в этой сфере были шведы, они и дали название трубам РЕХ в середине прошлого века.

Рекомендуем ознакомиться:  Виды пластиковых кранов и их применение

Сфера применения

В промышленных масштабах трубы из сшитого полиэтилена находят мало применения, поскольку их диаметр ограничен максимумом в 250 мм и ограниченными возможностями эксплуатации при усиленных нагрузках. В индивидуальном строительстве использование сшитого полиэтилена находит широкое применение в монтаже:

Популярны трубы из сшитого полиэтилена для устройства теплого пола. Этот материал легок в монтаже, не требует специальных навыков или сложного оборудования, долговечен и надежен. Для отопительных систем используют только трубные материалы с защитным слоем.

При выборе труб и фитингов для монтажа коммуникаций водоснабжения или отопительных систем следует ориентироваться на рекомендации производителей, поскольку в документации всегда указывается направление использования и допустимые параметры эксплуатации.

Обратите внимание! Вся трубная продукция подробно маркируется на внешней стороне.

На маркировке указывается:

Каждый производитель предлагает фитинги для монтажа своей продукции. Использование родных материалов является залогом надежного соединения и долговременной эксплуатации, поскольку при производстве труб и фитингов используется один процесс.

Особенности монтажа и эксплуатации

Монтаж труб из сшитого полиэтилена проводят только с использованием фитингов. Здесь не применяют сварку, как в работе с другими полимерными трубами.

Обратите внимание! Благодаря эластичности полиэтиленовых труб, удается сократить число используемых фитингов до минимума. Это удешевляет процесс сборки. Залогом оптимального варианта монтажа является грамотный проект на предварительном этапе.

Распространены два способа соединения полиэтиленовых трубопроводов:

Для компрессионных фитингов потребуется два разводных ключа или набор гаечных. Для напрессовочных нужен специальные инструменты – пресс-клещи и расширитель, которые будут соответствовать диаметру ваших труб. Купить их можно в комплекте с трубами и фитингами, фирменные от производителя. Но дешевле использовать прокатный инструмент.

Рекомендуем ознакомиться:  Выбираем лучшие трубы для системы отопления

Для подготовительных работ потребуется инструмент для резки труб. Здесь лучше не экономить и использовать профессиональный труборез. Только таким инструментом можно получить качественный, пригодный для дальнейшей работы, срез. Это должен быть строго перпендикулярный направляющей оси срез, без заусенец, с недеформированной окружностью.

Монтаж компрессионного фитинга выглядит следующим образом:

Напрессовочное соединение является неразъемным. Порядок действий следующий:

Напрессовочное соединение обладает повышенной прочностью, его используют при монтаже отопительных систем и систем горячего водоснабжения.

Сшитый полиэтилен

Сшитый полиэтилен (или ПЕх (PEx), где х – не буква, а обозначение сшивки) – это полимер с модифицированной структурой молекулярных связей, основой которого является полимеризированный под высоким либо низким давлением этилен. Является наиболее плотным среди других полиэтиленовых материалов и имеет более высокие технические показатели. Используется для изготовления наиболее прочных полимерных изделий, выдерживающих различные нагрузки механического, химического либо геофизического происхождения. Кроме того, многие изделия являются устойчивыми к высоким температурам, что позволяет использовать его в соответствующих условиях.

Свойства сшитого полиэтилена исходят из возможностей его полимерной основы и особенностей молекулярного строения.

Строение

Обычный полиэтилен состоит из крупных молекул с множеством свободных ответвлений, свободно «плавающих» в пространстве. Именно поэтому при множестве положительных свойств он все же является довольно мягким материалом, имеющим сравнительно низкую температуру плавления. Создатели сшитого полиэтилена смогли ликвидировать этот недостаток, укрепив структуру материала при сохранении его положительных характеристик.

Сшитый полиэтилен имеет широкоячеистую сетчатую структуру молекулярных связей. Она образована путем появления в молекулярной структуре полимера наряду с продольными соединениями еще и поперечных в виде цепочек из атомов водорода, объединяющих молекулы в трехмерную сетку. Отдельные нити полиэтилена, получаемые реакцией полимеризации, здесь крепко связаны между собой. Такая «ткань» имеет гораздо большую молекулярную плотность и больший удельный вес, а также намного прочнее «волокнистого» собрата как в механическом, так и в физико-химическом смысле.

Технические характеристики

Кроме высокой плотности и прочности, сшитый полиэтилен обладает рядом оригинальных свойств, благодаря которым полиэтиленовые изделия внедрились практически во все области деятельности современного человека. Сшивка молекул дала ему:

ИНТЕРЕСНО! Если разогретый предмет из сшитого полиэтилена каким-либо образом деформировать и остудить в деформированном состоянии, то он какое-то время будет сохранять новую форму. Но при последующем разогревании он будет стремиться восстановить равновесное состояние межмолекулярных связей, возвращая себе первоначальную форму.

Недостатки

Существенными недостатками сшитого полиэтилена являются следующие свойства:

Оба недостатка устранимы с помощью покрытия изделий защитными оболочками из других материалов либо нанесением слоя краски.

Производители

Одним из самых заметных на сегодня производителей труб из сшитого полиэтилена является бренд STOUT. Вся продукция производится на современном оборудовании в Европе на тех же заводах, где заказывают свой товар бренды премиум-сегмента.

Трубы STOUT существенно дешевле, но не уступают по качеству более дорогим: покупателю нет смысла переплачивать за громкое имя бренда. Клиент платит за качество и надежность, получая все это в полной мере. Изделия адаптированы для условий эксплуатации в нашей стране, монтаж легок и не занимает много времени.

Производство

Технологии сшивки

Сшивка полиэтилена проводится химическим либо физическим способом по одной из следующих технологий:

  1. Химическим пероксидным методом (PEx a) получают очень качественные, но достаточно дорогие изделия. В качестве реактива здесь используется перекись водорода. Процесс идет при температуре около 200 0C. Сшивка получается наиболее равномерной, так как количество сшитых молекул в общем количестве составит до 85%.
  2. Химическим силановым методом (PEx b) получают сшитый полиэтилен в присутствии силана, катализаторов и воды. Этот метод самый распространенный, хотя процент сшивания здесь составляет всего 65-70%.
  3. Физическим радиационным (PEx c). Эта сшивка проводится путем прогонки полиэтиленовой массы через ускоритель электронов, где проходит воздействие на нее рентгеновского либо гамма-излучения. При этом вступают в реакцию свободные атомы, но не углерода с водородом, а одноименные между собой, образуя новые связи. Степень сшивки получается примерно 60%.
  4. Химическим азотным (PEx d), с помощью радикалов азота, получают качество сшивки до 70%. Этот метод используется редко, так как требует достаточного времени и определенных условий протекания реакции.

Сравнение свойств по типу сшивки

Сшитый полиэтилен, прошедший любую из названных технологий сшивки, получает упорядоченную сетчатую структуру, сходную по свойствам с кристаллической решеткой твердых веществ. Однако в каждом случае полученный материал имеет свои небольшие отличия:

ВНИМАНИЕ! Не всегда большой процент сшивки является определяющим показателем для выбора технологии. Например, изготовление термоусаживаемых трубок обычно ведется именно радиационным методом, так как в этом случае процент сшивки вполне достаточен, а производительность и экономичность способа выигрывают перед другими.

Область применения

Сшитый полиэтилен обладает универсальными свойствами как прочности, так и стойкости к различным разрушающим явлениям, включая высокую температуру. Именно поэтому область его применения охватывает все места, где требуются именно такие свойства:

Мифы о трубах из сшитого полиэтилена

Применение кислородозащитного слоя прежде всего обусловлено выполнением требований СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» пункта 6.4.1

«…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/м сут…»

Кислородопроницаемость трубы из сшитого полиэтилена с толщиной стенки 2 мм, диаметром 16 мм при температуре воздуха 20 ºС составляет 670 г/м³·сут. Очевидно, что обычная труба из сшитого полиэтилена не удовлетворяет требованиям данного СНиПа. Требования СНиП появились не случайно, дело в том, что в системах отопления и теплоснабжения используется специально подготовленный теплоноситель. Воду в котельных либо в тепловых пунктах деаэрируют при помощи специальных установок. Всё это делается для того, чтобы предотвратить коррозию стальных и алюминиевых элементов системы, которые, так или иначе, присутствуют в любой системе.

Для понимания того пагубного эффекта, который даёт кислород в теплоносителе, поясним сам процесс коррозии стали. Сталь коррозирует как в воде, в которой растворён кислород, так и деаэрированной воде, но ход процесса несколько отличается.

В воде, не содержащей кислорода, коррозия протекает следующим образом: под воздействием воды часть атомов железа переходят в раствор, в результате чего на поверхности стали накапливается отрицательный заряд атомов железа (Fe2+ + 2e-). В воде же из за наличия примесей образуются катионы и анионы H+ и OH-. Ионы железа с отрицательным зарядом, которые перешли в раствор, соединяются с анионами водородной группы, образуя плохо растворимый в воде гидрат железа (именно это вещество придаёт бурый, ржавый цвет теплоносителю): Fe2++2OH- → Fe(OH)2.

Водородные катионы (H+), имеющие положительны заряд, притягиваются к внутренней поверхности трубы, имеющей отрицательный заряд, образуя атомарный водород, который образует на поверхности трубы защитный слой (водородная деполяризация), уменьшающий скорость коррозии.

Как видно, коррозия стали в отсутствии кислорода носит временный характер, пока вся внутренняя поверхность трубы не покроется защитной плёнкой, и реакция не замедлится.

В случае, когда сталь соприкасается с водой, содержащей кислород, коррозия происходит иначе: содержащийся в воде кислород связывает водород, образующий защитный слой на поверхности железа (кислородная деполяризация). А двухвалентное железо подвергается окислению в трехвалентное:

4Fe(OH)2 + h3О + O2 → 4Fe(OH)3,

nFe(OH)3 + h3О + O2 → xFeO·yFe2O3·zh3O.

Продукты коррозии при этом не образуют плотно прилегающего к поверхности металла защитного слоя. Это обусловлено увеличением объема, которое имеет место при переходе гидроокиси железа в гидрат закиси железа, и «вспучиванием» слоя железа, подверженного коррозии. Таким образом, наличие кислорода в воде существенно ускоряет коррозию стали в воде.

Элементы, страдающие от коррозии в первую очередь, – это котлы, рабочие колёса насосов, стальные трубопроводы, краны и т.д.

Каким же образом кислород проникает через толщу полиэтилена и растворяется в воде? Этот процесс называется диффузией газов, процесс, при котором какое-либо газообразное вещество может проникнуть сквозь толщу аморфного материала за счёт разности парциальных давлений данного газа с обеих сторон вещества. Энергия, которая позволяет пропускать газ сквозь толщу пластика, возникает в результате разности парциальных давлений кислорода в воздухе и кислорода в воде. Парциальное давление кислорода в воздухе при нормальных условиях составляет 0,147 бара. Парциальное давление в абсолютно деаэрированной воде составляет 0 бар (независимо от давления теплоносителя) и растёт по мере насыщения кислородом воды.

Рис. 8. Слой EVOH трубы VALTEC PEX-EVOH при увеличении x100

Нетрудно количественно оценить, какой вред может нанести труба без кислородного барьера.

Для примера возьмём систему отопления с трубами из сшитого полиэтилена без кислородного барьера. Общая протяжённость труб c наружным диаметром 16 мм составляет 100 м. За год эксплуатации данной системы в воду попадёт:

Q = DO2 · (dн – 2 · s)2 · l · z = 650 · (0,16 – 2 · 0,002)2· 100 · 365 = 3 416 г кислорода.

В приведенной формуле DO2 – коэффициент кислородопроницаемости, для PEX-труб с наружным диаметром 16 мм и толщиной стенок 2 мм он равен 650 г/м3 · сут; dн и s – наружный диаметр трубопровода и его толщина соответственно, м, l – длина трубопровода, м, z – число суток эксплуатации.

В теплоносителе кислород будет находиться виде молекул O2.

Массу железа, вступившего в реакцию окисления, можно вычислить, используя стехиометрический расчёт уравнений реакций окисления двухвалентного железа (2Fe + O2 → 2FeO) и последующего окисления до трёхвалентного железа (4FeO + O2 → 2Fe2O3).

В реакции окисления двухвалентного железа его масса будет равна:

mFe = mo2 · nFe · MFe /(nО2 · MO2) = 3 416 · 2 · 56 / (1 · 32) = 11 956 г.

В этом расчете mFe – масса двухвалентного железа, вступившего в реакцию, г, mo2 – масса кислорода, вступившего в реакцию, г, nFe и nО2 – количество вещества, вступившего в реакцию: (железа, Fe, – 2 моль, кислоро, =да, O2, – 1 моль), MFe и MO2 – молярная масса (Fe – 56 г/моль; O2 – 32 г/моль).

В реакции окисления трёхвалентного железа его масса будет равна:

mFe = mo2 · nFe · MFe /(nО2 · MO2) = 3 416 · 4 · 56 / (3 · 32) = 7 970 г.

Здесь количество вещества вступившего в реакцию железа (nFe) составляет 4 моль, кислорода (nО2) – 3 моль.

Отсюда следует, что при попадании 3416 г кислорода в теплоноситель общее количество железа, подверженного коррозии, составит 11 956 г. (11,9 кг), при этом 7 970 г (7,9 кг) железа образует на стенках стали ржавый слой, а 11 956 – 7 970 = 3 986 (3,98 кг) железа останутся в двухвалентном состоянии и попадут в теплоноситель, загрязняя его. Для сравнения: если принять кислородопроницаемость трубопровода как максимально допустимую по нормам (0,1 г/м3 · сут), то в воде раствориться 0,52 г кислорода за год, что приведёт к коррозии максимум 1,82 г железа, то есть в 6 500 раз меньше.

Конечно же, не весь кислород, попавший в трубу, провзаимодействует с железом, часть кислорода будет взаимодействовать с примесями в теплоносителе, часть может достигнуть станции деаэрации, где его вновь удалят из теплоносителя. Однако опасность присутствия кислорода в системе весьма значительна и отнюдь не преувеличена.

Иногда в публикациях встречаются фраза: «…автоматические воздухоотводчики удалят весь кислород, попавший через стенки трубопровода». Данное утверждение не совсем верно, так как автоматический воздухоотводчик может выпустить кислород только в случае, если он выделится из теплоносителя. Выделение растворенных газов происходит только при резком снижении скорости или давления потока, что в обычных системах редко встречается. Для удаления кислорода устанавливаются специальные проточные деаэраторы, в которых происходит резкое снижение скорости и удаление выделившихся газов. На рис. 9.1 и 9.2 показаны обычный вариант установки воздухоотводчика и вариант с деаэрационной камерой. В первом случае воздухоотводчик удаляет только небольшое количество газов, скопившееся в трубопроводе, во втором – газы, которые принудительно «извлекаются» из потока за счет резкого увеличения сечения и снижения скорости.


Смотрите также




© 2012 - 2020 "Познавательный портал yznai-ka.ru!". Содержание, карта сайта.