Основные виды пластиковых трубопроводов

Выбор пластикового трубопровода осложняется не только разнообразием видов самого пластика, но и его модификациями, достигаемыми различными добавками, а также изменениями в структуре полимера вплоть до перестроения на молекулярном уровне. При этом пластик каждого вида или модификации требует к себе особого отношения при использовании.

Рассмотрим виды пластиковых трубопроводов, наиболее часто используемых в России: самотечные и напорные, а также типы их соединения (табл. 1, 2).

Как видно из таблиц, часть пластиков соединяется сваркой, а другая - механическим способом. При этом один и тот же материал - полиэтилен - в зависимости от модификации соединяется или сваркой (PE), или механическим способом (PEX).

Даже рассмотреть только спектр материалов и способов соединения этих материалов, основанных на сварке, в рамках одной статьи - нереальная задача, можно лишь обозначить основные моменты, относящиеся к этому процессу.

Существует три способа сварки полимерных труб:

• стыковая сварка;
• раструбная или муфтовая сварка;
• электрофузионная или электромуфтовая сварка.

Общие принципы сварки

Свариваемые элементы трубопроводов должны быть совместимы в химическом и физическом отношении, и эта совместимость должна заверяться производителем труб и фитингов. Необходимо также, чтобы трубы имели одинаковые толщину стенки и диаметр.

Для осуществления качественной сварки должен соблюдаться ряд условий:

• концы труб должны оставаться чистыми до этапа сварки включительно;
• в условиях низкой температуры, ветра, запыленности и загрязненности необходимо использовать палатку (при низких температурах - обогреваемую) для создания защищенной площадки при проведении сварочных работ;
• во время сварки концы труб должны нагреваться до одинаковой температуры - при обилии солнца используют защиту от попадания на свариваемую поверхность солнечных лучей;
• во время сварки, и особенно на этапе остывания, необходимо исключить любое механическое воздействие;
• концы труб, не задействованные в сварочном процессе, должны быть закрыты заглушками во избежание охлаждения притоком воздуха;
• чтобы облегчить перемещение труб и уменьшить силу трения рекомендуется использовать вводной ролик или направляющие;
• после проведения работ сварные соединения тестируются, чтобы убедиться в должном качестве.

Стыковая сварка

Согласно своду правил СП 40-102-2000 стыковая сварка рекомендуется для соединения между собой труб и соединительных деталей наружным диаметром более 50 мм и толщиной стенки более 4 мм.

Процесс стыковой сварки делится на пять этапов:

1. Торцевание трубы. На этом этапе проводится выравнивание торца трубы для максимально плотного соприкосновения свариваемых поверхностей трубы.
2. Нагрев трубы под давлением для образования буртика (валика).
3. Нагрев трубы без давления. На этом этапе происходит глубокое прогревание свариваемого пластика.
4. Сварка трубы под давлением с образованием стыкового валика. При этом происходит образование сварочного валика и молекулярных связей, обеспечивающих однородность основной массы и сварного шва.
5. Остывание трубы с сохранением позиционирования трубы.

Подробно последовательность процесса сборки и сварки встык труб из полиэтилена описаны в СП 40-102-2000, а такие параметры сварочного процесса, как время и давление, различны в зависимости от нормативов СП 42-103-2003.

Параметры технологического режима стыковой сварки

В соответствии с СП 42-103-2003 определены параметры технологического режима стыковой сварки нагретым инструментом труб и деталей из полиэтилена, представленные в табл. 3, 4, 5 и 6.

Дополнительно возможен протокол сварочного цикла с указанием следующей информации:

• фамилия оператора и организация;
• модель и номер сварочного аппарата;
• температура окружающей среды и метеоусловия;
• диаметр и толщина стенки труб;
• размер шва, время нагрева и сварки.

Протоколирование сварочного цикла необходимо при сварке газовых труб в обязательном порядке. В некоторых случаях технадзор генерального подрядчика требует протокол сварочного цикла и для труб водоснабжения.

Аппараты для стыковой сварки разделяются на следующие типы:

• нагревательное зеркало, которое используется для сварки встык ненапорных трубопроводов вручную;
• механические сварочные аппараты, с помощью которых производят сварку ненапорных и напорных трубопроводов;
• гидравлические сварочные аппараты, также используемые для сварки ненапорных и напорных трубопроводов;
• гидравлические сварочные аппараты с микропроцессорным блоком протоколирования сварки (используются для сварки ненапорных и напорных трубопроводов, в том числе и для монтажа газопроводных труб);
• гидравлические сварочные аппараты с микропроцессорным блоком расчета параметров и автоматического управления протоколирования сварочного процесса (используются для сварки ненапорных и напорных трубопроводов, в том числе и для монтажа газопроводных труб).

Обычно стыковая сварка применяется для монтажа ненапорной канализации из полиэтилена или полипропилена, в этом случае используется нагревательное зеркало. При этом не требуется высокое качество стыка, соответствующее требованиям для напорного трубопровода. Стыковая сварка используется также при монтаже водо- и газопроводов из полиэтилена разных марок.

Рис. 1. Ручной механический аппарат для стыковой сварки

В случае монтажа газопроводов необходимо использовать автоматизированные сварочные автоматы с протоколированием параметров сварки, сертифицированные для монтажа газопроводов. Такой насущный вопрос, как срок службы водопроводов из полиэтиленовых труб будет зависеть от температуры и рабочего давления, а также от марки полиэтилена и стандартного размерного соотношения (табл. 7).

Раструбная или муфтовая сварка

Раструбная или муфтовая сварка используется в основном для монтажа полипропиленовых и полибутеновых труб.

Раструбная сварка делится на следующие этапы:

• очистка и обезжиривание свариваемых поверхностей;
• нагрев свариваемой поверхности фитинга и трубы;
• установка трубы в фитинг;
• остывание соединения с сохранением позиционирования.

Подобное соединение повсеместно считается самым простым, что не освобождает монтажника от соблюдения обязательных правил монтажа. Свариваемая поверхность должна быть чистой, чтобы избежать непровариваемых участков поверхности, что ухудшит характеристики соединения и приведет к протечке.

Обычно рекомендуемая температура нагрева для полипропилена 260 °С, а приблизительное время нагрева для труб диаметром 16, 20 мм составляет 5 с. Время и температура нагрева должны соответствовать рекомендациям производителя труб. Один из таких примеров приведен в табл. 8.

Сварочные аппараты для раструбной сварки подразделяются на следующие типы:

• ручные аппараты с предустановленной для PPR температурой без дополнительной регуляции;
• ручные аппараты с электронной регуляцией температуры сварки;
• механические аппараты для позиционирования и сварки пластиковых труб враструб.

Для труб диаметром до 63 мм обычно используют ручные аппараты, для труб большего диаметра рекомендуется использовать механические аппараты или направляющие с позиционированием свариваемых труб.

Обычно муфтовая сварка используется для монтажа полипропиленовых и полибутеновых труб. Для такого соединения требуются не только аппарат и трубы, но и переходные элементы - фитинги. Внутренний диаметр фитинга должен совпадать с наружным диаметром трубы. Соединение выглядит простым только на первый взгляд. Любое отступление от инструкции чревато протечкой и, что самое плохое, при аксиальной нагрузке протечка будет видна не сразу.

Полипропилен очень специфический материал. Он достаточно жесткий и если верить только рекламе - долговечный. Однако при этом, если внимательно присмотреться к зависимости срока жизни полипропиленовых труб от давления и температуры, мы увидим, что срок эксплуатации трубы очень резко падает даже при изменении температуры в пределах 5 градусов и давления в пределах 1 атмосферы. Иногда такие перепады могут сократить срок эксплуатации почти в два раза.

В табл. 9 приведены зависимости срока службы полипропиленовых трубопроводов от температуры и давления в ходе эксплуатации.

Назначение полипропиленовых труб находится в зависимости от класса давления:

• PN10 - холодное водоснабжение; теплые полы с температурой до + 45 °C и давлением 0,3 MPa;
• PN16 - холодное водоснабжение; горячее водоснабжение;
• PN20 - горячее водоснабжение; теплый пол (при предъявлении специфических требований).

Существует еще одна тонкость. Многие монтажники, переходя к работе с металлопластика или стальных труб, забывают, что коэффициент теплового расширения полипропилена более чем в 10 раз больше, чем у того же металлопластика, и поэтому полипропиленовые трубы требуют монтажа обязательных компенсаторных колец. Этот факт является одной из причин, почему нельзя «монолитить» трубопроводы из полипропилена без использования изоляции. Ни в коем случае нельзя использовать в качестве уплотнителя сантехнический лен.

Рис. 2. Проведение стыковой сварки ненапорных труб вручную

Электрофузионная или электромуфтовая сварка

Аппараты электромуфтовой сварки используются для соединения полиэтиленовых и полипропиленовых труб. Принцип работы электрофузионных аппаратов заключается в том, что свариваемые трубы вставляются в специальную муфту, состоящую из материала основной массы соединяемой трубы и нагревательного элемента. В процессе нагрева нагревательного элемента (обычно проволоки с высоким сопротивлением), часть пластиковой массы расплавляется и соединяется с общей массой трубы с образованием сварного соединения.

Вследствие того, что электрофузионная муфта после сварки остается на трубе, подобное соединение получается дорогим и высококачественным, что важно при сварке газовых труб. Этот способ позволяет проводить сварку и врезку в газопроводы под давлением, а также ремонт пластиковых трубопроводов. Кроме того, сами аппараты для электрофузионной сварки относительно легки в сравнении с любыми стыковыми аппаратами и позволяют соединять трубы практически любых диаметров.

Электромуфтовые аппараты подразделяются на следующие типы:

• электромуфтовые аппараты для сварки ненапорных трубопроводов (очень легки, хотя ограничены в области применения);
• электромуфтовые аппараты для сварки напорных трубопроводов без протоколирования сварочного цикла;
• электромуфтовые аппараты для сварки напорных трубопроводов с протоколированием сварочного цикла.

Пластиковые трубопроводы вытесняют металлические из нашего обихода, так как превосходят стальные и медные трубы по своим характеристикам: простота монтажа и обслуживания, стойкость к агрессивным средам и низкий уровень местных сопротивлений. Однако это кажущаяся простота. Пластиковые трубопроводы требуют высокого уровня культуры монтажа труб, а также достаточного уровня знаний - когда, при каких условиях и каким способом можно монтировать трубы. Поэтому многие производители инструментов и труб проводят бесплатные семинары и практикумы по монтажу трубопроводов, а также предлагают специальные обучающие программы, для повышения уровня квалификации монтажников