Тенденции полимерной трубной отрасли
В последние несколько десятилетий полимеры стали одним из основных материалов для производства труб во всем мире. Эти трубы позволили поднять на невиданный прежде уровень надежность и эффективность использования сетей водоснабжения, отопления, канализации и транспортировки различных сред.
История развития трубопроводов исчисляется веками. За это время они прошли долгий путь от трубок из тростника до многокомпонентных систем, выдерживающих большое давление и высокую температуру. Потенциал полимеров в этой области еще далеко не исчерпан, постоянно создаются новые, улучшенные композиции и разрабатываются все новые высокотехнологичные типы полимерных труб. Это глобальный процесс, и Россия занимает в нем достойное место.
Новый импульс развитию трубопроводного транспорта придало появление полимеров. Полимеры теснят традиционные материалы во всех сферах применениях. Полимерные трубы подтвердили ожидаемые сроки службы. Ежегодно на планете производится более 10 млн. т полимерных труб, которые применяются при строительстве систем водоснабжения, отопления и канализации, для транспортировки нефти и газа, перекачки агрессивных сред. Прошедшей зимой произошло два знаменательных для отрасли события: исполнилось 50 лет с начала гидростатических испытаний первой полиэтиленовой (ПЭ) трубы и 30 лет – со дня начала испытаний при температуре 95 °C труб из т. н. «пероксидносшитого полиэтилена» (РЕХа) в лаборатории компании «Базель» во Франкфурте-на-Майне.
Высокие эксплуатационные характеристики напорных и безнапорных полимерных труб и масса нерешенных проблем в трубопроводах нашей страны гарантируют их востребованность в течение еще многих лет. Однако производство самих труб не гарантирует прибыльность компаний-производителей даже в среднесрочной перспективе. 10 лет назад руководители таких компаний на Западе не могли даже и представить, что в России производство, например, напорных труб из т. н. «полиэтилена низкого давления» (ПНД) позволит компаниям оставаться на плаву, платить налоги и зарплату и даже модернизировать производство. В Западной Европе уже много лет производство напорных труб для многих компаний является низкорентабельным бизнесом. Прибыльность достигается за счет разработки и внедрения наукоемких продуктов, обладающих более высокими потребительскими качествами.
Такие инновационные решения часто открывают новые горизонты применения полимерных труб и, вследствие этого, позволяют производителю, кроме морального удовлетворения от выпуска хайтек-продукта, получать повышенную добавленную стоимость. Представляется, что для России это также станет актуальным уже в ближайшем будущем. Рассмотрим наиболее интересные инновации в области полимерных труб по сферам применения.
Появление в середине XX в. первых пластиковых труб для канализации стало революцией в коммунальном хозяйстве. Трубы из поливинилхлорида (ПВХ) пришли на смену металлическим и позволили быстро модернизировать систему водоотведения. Это была твердостенная ПВХ-труба. Много лет она пользовалась неизменным успехом, и продолжает применяться до сегодняшнего дня. Но технология не стоит на месте. И целое семейство безнапорных труб было разработано и предложено на рынок. Одним из направлений работ стало совершенствование свойств материала, в результате чего появились трубы из ударопрочного поливинилхлорида, в которых снижен основной недостаток обычного ПВХ – хрупкость. Принципиально новым видом продукции стала трехслойная труба из ПВХ. В ней вспененный посредством порофора внутренний слой т. н. «непластифицированного поливинилхлорида» (НПВХ) защищен с двух сторон обычным материалом. Эта технология позволяет делать трубы гораздо большего диаметра при сохранении небольшого веса.
Наибольшего успеха сегодня добились двухслойные профилированные трубы – сначала из поливинилхлорида, а затем из полипропилена (ПП) и полиэтилена (ПЭ). Высокая кольцевая жесткость этих труб в сочетании с линейной гибкостью и минимальным весом позволяют производить их диаметрами до 2,5 м и использовать практически в любых условиях. На базе гофрированной трубы созданы разнообразные системы дренажа, сразу и полностью заменившие перфорированные не пластиковые трубы. В последнее время начали внедряться безнапорные трубы сверхбольших диаметров (до 4 м) двух типов: спиральновитые из предварительно изготовленного профиля и одностадийные – намоткой полиэтилена расплавленной полосой с модификацией кольцевой жесткости дополнительными элементами по поверхности трубы.
В Европе, особенно в Скандинавии, получили распространение трубы из композиции полипропилена с минеральным наполнителем (до 40 %), полученные на комплектных установках одностадийного компаундирования — direct compounding. Во внутридомовых системах канализации вместо поливинилхлорида получили распространение трубы из полипропилена, в т. ч. в последние несколько лет вспененные трехслойные и специальные шумопоглощающие из композиций полипропилена с солями тяжелых металлов.
В середине прошлого века в Европе были проложены первые полиэтиленовые трубы для питьевой воды. Они были рассчитаны на давление 4–6 бар и имели наружный диаметр до 110 мм. Надо отдать им должное – они исправно работают до сих пор. В СССР трубы больших диаметров стали производиться одними из первых в Европе. Уже в 1977 г. в честь 60-летия Октябрьской революции 1917 г. в Вильнюсе заводом «Пласта» была выпущена фантастическая труба — диаметром 630 мм SDR 21 на давление до 4 бар. Сегодня ПЭ-трубы диаметром до 630 мм включительно и рабочим давлением до 16 бар стали самыми обычными трубами. Теперь в России большими считаются диаметры от 710 до 1200 мм. В настоящее время такие трубы выпускаются регулярно уже тремя российскими заводами. В мире же широко распространены трубы до 1600 мм, а в прошлом году в Норвегии запустили первую (и пока единственную в мире) линию для производства твердостенных напорных ПЭ-труб диаметром до 2000 мм.
Заключительным на сегодня аккордом непрекращающегося роста диаметров/давлений напорных труб являются высокотехнологичные композитные ПЭ-трубы, произведенные по немецкой технологии, которые позволяют на диаметрах до 4 м обеспечивать рабочее давление до 20 бар! А в начале следующего года Климовский трубный завод планирует освоить выпуск этих труб диаметрами до 2000 мм по новой, еще более эффективной технологии в рамках совместной разработки с немецкими партнерами. Необходимо отметить и признание ПЭ-труб газовым хозяйством России. Сети низкого и среднего (6 бар) давления уже проектируются, в основном, с применением ПЭ-труб. В 1998 г. была выпущена и введена в эксплуатацию газовая труба из ПЭ100 на рабочее давление до 12 бар. Первый километр этой трубы был проложен во Владимирской области. Вплоть до 2006 г. такие трубы выпускались как экспериментальные, и только в прошлом году Госгортехнадзором было выдано первое разрешение на серийное производство подобных труб.
Одним из самых молодых и наукоемких видов полимерных труб являются трубы для систем теплоснабжения и подачи горячей воды. Все началось с производства пероксидносшитого полиэтилена РЕХa для внутридомовой разводки отопления и ГВС. Сейчас разнообразие труб из сшитого полиэтилена (РЕХa, РЕХb, РЕХc) для внутридомовых сетей органично дополняется многослойными трубами с кислородозащитным слоем и металлополимерными (со слоем алюминиевой фольги), а также трубами из несшитого, но устойчивого к повышенным температурам полиэтилена PERT. В России, в отличие от Европы, эти трубы пока не нашли широкого применения, но безусловно, имеют хорошие перспективы.
Пероксидносшитый полиэтилен (РЕХа) стал основой для развития производства многослойных полимерных труб для внешних сетей ГВС и отопления.
Предварительно изолированные гибкие трубы стали широко применяться в Европе с середины 1990-х гг. Как и другие полимерные трубы, они не подвержены коррозии, не зарастают отложениями, практически не требуют затрат на эксплуатацию и имеют срок службы более 50 лет. Применение таких труб позволяет снизить теплопотери более чем в 10 раз по сравнению с традиционной прокладкой и полностью избавиться от утечек теплоносителя. В странах Западной Европы полимерные трубы применяются везде, где это возможно по условиям эксплуатации.
Изначально труба состояла всего из трех слоев: несущая труба из РЕХ, пенополиуретановая теплоизоляция, защитная оболочка из полиэтилена высокого давления (ПВД). Они успешно работают при температуре до 95 °C и рабочем давлении до 0,6 МПа или при 70 °C и давлении до 1 МПа. Максимальный диаметр несущей трубы – до 110 мм. Российские системы теплоснабжения отличаются более жесткими условиями эксплуатации. Для полного соответствия гибких теплоизолированных труб российским реалиям специалистами «Полипластика» была разработана уникальная конструкция армированных труб, позволяющая работать при температуре до 95 °C и давлении до 1 МПа одновременно. При этом появилась возможность увеличить диаметр несущей трубы со 110 до 160–200 мм, сохранив при этом гибкость трубопровода. Система включает в себя фитинги новой конструкции, разработанные для долговременной безаварийной эксплуатации. Даже при относительно больших диаметрах эти трубы сохраняют гибкость, а укладка средних и малых диаметров требует и вовсе минимальных затрат.
Существует много вариантов армированных труб с различными матрицами и армирующими элементами. Одно перечисление всех сочетаний с кратким описанием может занять не один час. Остановимся на наиболее перспективных (по нашему мнению) направлениях.
Одним из таких направлений является использование труб из полиэтилена, армированного кевларом (полиэфирами). Наиболее перспективные области применения таких труб – газопроводы до 25 бар и транспортировка жидких продуктов до 60 бар. Развитие тормозится из-за высокой стоимости.
Большие возможности открывает использование полиэтилена, армированного ориентированными высокомодульными ПЭ-лентами для снижения толщины труб высокого (до 25 бар) давления. Промышленное освоение данной технологии планируется, но круг применения ограничен.
Перспективной, несмотря на свою сложность и высокую стоимость, является и технология производства гибких ПЭ-труб с армирующим слоем, в котором применяются стекловолокна на специальном полиэфирном связующем. Эти трубы с успехом могут использоваться, в частности, для транспортировки нефти и нефтепродуктов в сетях высокого (до 150 атм!) рабочего давления, в т. ч. при температуре до 85 °C.
Российская полимерная трубная отрасль развивается не так интенсивно, как нужно стране, но все же развивается. Есть проблемы с сырьем, с техническими специалистами, с государственной поддержкой внедрения инновационных технологий в нашей отрасли. Но авторы склонны смотреть на будущее полимерных труб в России с оптимизмом – в нашу повседневную жизнь будут продолжать внедряться инновационные полимерные трубные технологии и продукты.
М. Гориловский, К. Трусов
Источник: Сантехника, отопление, кондиционирование. – 2010. – №10
|
