5.2. Трубы из термопластов

Срок службы труб из термопластов (далее — полимерных материалов) в значительной степени зависит от условий эксплуатации, прежде всего от давления и температуры. При нормальных условиях эксплуатации срок их службы нс меньше 50 лет. Положительный эффект от использования полимерных труб может быть получен при правильном выборе тина трубы применительно к условиям эксплуатации.

Трубы из полимерных материалов имеют высокие коэффициенты линейного расширения, что приводит к значительным изменениям линейных размеров труб при изменении температуры среды.

Все полимерные трубы нестойки к прямому воздействию солнечных лучей и имеют низкую термостойкость, что ограничивает их применение в системах горячего водоснабжения и отопления. Полимерные трубы нельзя использовать в системах противопожарного водопровода. Для монтажа полимеров различных видов обычно требуется специальное оборудование.

Большинство полимеров являются газопроницаемыми, что приводит к возможности прямой и обратной диффузии газов через стенки пластмассовых труб. Для устранения этого недостатка полимерные трубы покрывают специальной газонепроницаемой оболочкой.

Для трубопроводов систем водоснабжения и водоотведения применяют в основном трубы из полиэтилена (ПЭ), полипропилена (ПП), поливинилхлорида (ПВХ) и полибутена (ПБ).

Материалы, используемые для изготовления пластмассовых трубопроводов, и их условные обозначения приведены в табл. 5. 3. Основные характеристики и физические показатели полимерных материалов, применяемых при производстве труб и соединительных деталей, представлены в табл. 5. 4К

Согласно нормативным документам соотношение между наружным диаметром и толщиной стенки напорных пластмассовых труб в зависимости от максимального рабочего давления (от 0, 25 до 2, 5 МПа) определяется по формуле.

где Р — максимальное давление, МПа; D_n — наружный диаметр трубопровода, м; δ — толщина стенки трубопровода, м; ơ — расчетная прочность из условия длительной прочности, МПа.

Расчетная прочность пластмассовых труб при прочих равных условиях зависит от величины минимальной длительной прочности материала, обозначаемой MRS (Minimum Required Strength):

где с — коэффициент запаса прочности, устанавливается для каждого вида материала и приводится в соответствующих сводах правил.

Таблица 5. 3 Материалы для пластмассовых трубопроводов

Наименование материала	Условные обозначения
Наименование материала	международные	российские
Полиэтилен:	РЕ	ПЭ
низкой плотности	PELD	пнп
линейный низкой плотности	PELLD (PEL)
средней плотности	PEMD	псп
высокой плотности	PEHD	пвп
Сшитый полиэтилен
Классификация по способу сшивки и защиты от диффузии кислорода:	РЕ-Х	пэс
пероксидный	РЕ-Ха
оргаиосилоксанами	РЕ-ХЬ
радиационный	РЕ-Хс
азосоедииепиями	PE-Xd
С противокислородным диффузионным барьером:
из алюминия	РЕ-Ха-Al- РЕ-Х
этиленвинилового спирта	PE-Xa-EVOH
Полипропилен:	РР	пп
гомополимер (тип 1)	РР-Н
блоксополимер (тип 2)	РР-В
рандомсополимер (тип 3)	PP-R
PP-R с противокислородным диффузионным барьером из алюминия	PPR-A1
Полибутен:	РВ	ПБ
с противокислородным диффузионным барьером из этиленвинилового спирта	PB-EVOII
Поливинилхлорид	PVC	ПВХ
Хлорированный поливинилхлорид	PVCC	хпвх
Стеклопластики со связующими:
из эпоксидных смол	GRE
полиэфирных смол	GRP

Таблица 5. 4 Основные показатели материалов, применяемых при производстве полимерных труб и соединительных деталей

Показатели	Значения показателя
	ПЭ			ПВХ	ПП	ПБ
	ПВП	ПСП	ПИП	ПВХ	ПП	ПБ
Плотность, г/см³	0, 94- 0, 96	0, 93- 0, 94	0, 91- 0, 93	1, 4	0, 91	0, 92
Предел текучести при растяжении, МПа	20-30	15-18	10-12	50-56	25-28	17-19
Удлинение при разрыве, %
Модуль упругости, МПа
Коэффициент линейного расширения, X¹ 1(И				0, 7	1, 5	1, 2
Расчетная прочность, МПа	5-6, 3		2, 5-3, 2	10-12, 5	5-6, 3

За MRS принята прочность материала (в МПа) через 50 лет эксплуатации при транспортировании воды с температурой 20°С. Величина MRS связана с максимальным допустимым давлением в трубопроводе и толщиной стенок труб соотношением

где Р — максимальное допустимое давление в трубопроводе (Maximum Allowable Operating Pressure, MOP), Mila; SDR — стандартное размерное отношение наружного диаметра трубы D к номинальной толщине ее стенки S:

Серия трубы s определяется как:

В табл. 5. 5 дана классификация пластмассовых труб по типам, соответствующим им максимальным допустимым давлениям, а также величинам SDR и s. В принятой в настоящее время международной классификации маркировка труб производится но сериям s и стандартному отношению SDR. Для наружного водопровода, как правило, принимают грубы типа «С» и выше.

Срок службы пластмассовых труб зависит, при прочих равных условиях, от рабочего давления и температуры транспортируемой среды.

Таблица 5. 5 Классификация пластмассовых труб

Тип трубы	Р, МПа	SDR	S
Л — легкий	0, 25
Л — легкий	0, 32
СЛ — среднелегкий	0, 40		12, 5
С — средний	0, 60	17, 6	8, 3
С — средний	1, 00	11, 0
Т — тяжелый	1, 20	9, 0
ОТ — особо тяжелый	1, 60	7, 4	3, 2
	2, 00	6, 0	2, 5
	2, 50	5, 0

На рис. 5. 7 показана зависимость коэффициента С_т, характеризующего снижение допустимого рабочего давления, от температуры транспортируемой среды для труб из полиэтилена (ПЭ 80/100) и поливинилхлорида:

где Р₂₀» P_Т — рабочее давление при температурах 20°С и Т°С соответственно.

Рис. 5. 7. Зависимость коэффициента С_т от температуры

В табл. 5. 6 приведена зависимость срока службы новых полипропиленовых труб «Рандом сополимер» в зависимости от давления и температуры.

Таблица 5. 6 Зависимость срока службы пластмассовых труб от температуры

Температура, °С	Срок службы, лет	Рабочее давление (МПа) для полипропиленовых труб «Рандом сополимер» типов
Температура, °С	Срок службы, лет	С-1, 0	ОТ-2, 0
		1, 35	2, 71
		1, 32	2, 64
		1, 29	2, 59
		0, 87	1, 73
		0, 80	1, 60
		0, 73	1, 47
		0, 53	1, 07
		0, 46	0, 93
		0, 37	0, 75
		-	0, 54

Как видно из табл. 5. 6, при температуре транспортируемой среды 20°С срок службы труб С-1, 0 и ОТ-2, 0 равен 50 годам при давлении 1, 29 и 2, 59 МПа соответственно. Чтобы обеспечить тот же срок службы труб при температуре 50°С, рабочее давление должно быть снижено соответственно до 0, 73 и 1, 47 МПа. При температуре 95°С применять трубы С-1, 0 не рекомендуется, а срок службы труб ОТ-2, 0 снижается до 5 лет при давлении 0, 54 МПа.

Канализационные безнапорные трубы разделяют по кольцевой жесткости G₀, к Па:

где Е₀ — модуль упругости материала, кПа; d_m — средний диаметр сечения трубы, м; δ — коэффициент Пуассона материала трубы.

В зависимости от величины кольцевой жесткости труба считается:

• жесткой — при G₀= 5000—10000 кПа;

• полужесткой — при G₀ = 2500—5000 кПа;

• нежесткой — при G₀ < 2500 кПа.

Расчетный коэффициент эквивалентной шероховатости К_эпластмассовых груб равен 0, 02 мм (для чугунных труб К_э= 0, 47 мм, для бетонных и железобетонных К_э= 1, 22 мм).