Неметаллическая арматура

Неметаллическая арматура.
Орлов А.А. Зам. генерального директора ООО «МЦ ТПА»
Богданова О.А., начальник отдела промышленных трубопроводов ООО «Глинвед Раша»
Современный российский рынок предоставляет огромный выбор арматуры и
трубопроводов, изготовленных из пластика. Области применения этой продукции
различны, но основная доля в настоящее время приходится на наружные коммуникации и
инженерные системы зданий. Сегмент промышленных полимерных трубопроводов
необходимо рассматривать отдельно. В силу специфики применения и ряда
предъявляемых требований пластиковая арматура, трубы и фитинги, предназначенные
для монтажа технологических линий и промышленности вообще, производятся
ограниченным числом компаний. В Европе находится меньше десятка компаний,
специализирующихся на выпуске такой продукции.
Наиболее известными производителями трубопроводного оборудования из полимеров
являются:
ИзмерительноПредст-во в РФ
Компания
Трубы
Фитинги
Арматура
аналитическое
/дистрибьютор
оборудование
Расходомеры,
Предст-во:
ПВХ, ПП,
ПВХ, ПП,
ПВХ, ПП,
ротаметры, рнFIP
«Глинвед Раша» ХПВХ, ПВДФ, ХПВХ, ПВДФ,
ХПВХ,
метры, датчики
АБС, ПЭ
АБС
ПВДФ, АБС
электропроводности.
Расходомеры,
ПВХ, ХПВХ,
ПВХ, ПП,
Georg
ПВХ, ПП, ПЭ,
датчики давления,
Дистрибьютор ПВДФ, АБС
АБС, ХПВХ,
Fischer
ХПВХ, ПВДФ
температуры,
ПВДФ
электропроводности
Расходомеры,
датчики давления,
ПП, ПВХ,
ПП, ПВХ,
Gemü
дистрибьютор
нет
температуры,
АБС, ПВДФ АБС, ПВДФ
электропроводности,
блоки индикации
ПП, ПЭ,
ПП, ПЭ,
ПП, ПЭ,
Agru
дистрибъютор
ПВДФ
ПВДФ
ПВДФ
ПВХ, ПП,
Praher
дистрибьютор
ПВХ
ПВХ
Расходомеры
АБС, ПВДФ
Расширение промышленного применения полимерных трубопроводных систем в России
серьезно осложняется частичным отсутствием нормативной базы для оборудования,
изготовленного из полимеров. Проектные институты и инженеры-выпускники
профильных ВУЗов изначально, как правило, не знакомы с особенностями
проектирования и использования современных полимерных трубопроводов. Это связано,
прежде всего, в отставании в этой области отечественной науки и промышленности,
образовавшимся в большой степени в период с начала 90-х, в то время как европейские
компании продолжали активно развивать направление технологических трубопроводов из
полимеров.
В настоящее время основным нормативным документом для проектирования и
строительства промышленных полимерных трубопроводов является СН 550-82 –
«Инструкция по проектированию технологических трубопроводов из пластмассовых труб.
Пособие по проектированию технологических трубопроводов из пластмассовых труб».
Дополнительно информацию можно почерпнуть в серии справочных материалов
издательства «ВНИИМП» «Пластмассовые трубы и современные технологии для
строительства и ремонта трубопроводов» под ред. Ромейко В.С. Данные источники до сих
пор еще мало известные профильным специалистам. В огромной степени дефицит
информации
восполняется
материалами,
предоставляемыми
иностранными
производителями, непосредственно заинтересованными в развитии применения их
продукции в России. Прежде всего, это касается описаний видов полимеров и полимерной
продукции, отсутствующих в отечественных источниках, инструкций по монтажу, данных
о химической стойкости полимеров к различным видам химических соединений.
Ряд российских инжиниринговых компаний как, например, Медиана-Фильтр (Москва),
Воронеж-Аква (Воронеж), СибАкваТрэйд (Омск), накопившие к настоящему времени
определенный опыт проектирования и монтажа технологических трубопроводов из
полимеров в сотрудничестве с производителями таких систем, оказывают в настоящее
время существенную поддержку предприятиям-заказчикам. Очень часто такие компании
лучше справляются с проектированием, чем сами проектные институты, поскольку
получают еще и практический опыт в процессе деятельности. Они самостоятельно
монтируют
спроектированные
технологические
линии,
могут
оценивать
и
совершенствовать полученный результат.
Отдельно, нужно отметить, что в сегменте промышленных трубопроводов из полимеров
отсутствует конкуренция со стороны азиатских производителей и в частности
традиционных уже Китая и Турции, как это можно наблюдать в смежных областях. Эта
особенность связана как с высокой технологичностью продукции, достигнутой
европейскими производителями за многие годы разработок и усовершенствований, так и
с особой ответственностью промышленного применения, где важен высокий ресурс
работы в условиях воздействия агрессивных сред.
Пластиковые трубопроводы являются незаменимыми в транспортировке различных
веществ (кислоты, щелочи, растворы солей, органика), и по сравнению с металлическими
системами обладают рядом неоспоримых преимуществ:







отсутствие коррозии и отложений;
долговечность (условный срок службы до 50 лет);
химическая стойкость;
низкая теплопроводность;
простота и легкость монтажа и эксплуатации;
надежность (установили и забыли)
более низкие эксплуатационные затраты
В отношении популярности применения полимерных трубопроводных систем наша страна
пока еще значительно отстает от развитых экономик остального мира. Однако, в
настоящее время, потенциальные потребители проявляют все больший интерес к
пластикам и это отставание постепенно сокращается. Бум применения полимерных
трубопроводов для наружных коммуникаций начался в России еще с середины 90-х. В
настоящее время аналогичный процесс зарождается и в сегменте технологических
трубопроводов. Обвязки бассейнов и резервуаров, очистка воды и стоков производств,
транспортировка агрессивных жидкостей – далеко не полный список примеров
применения пластиковых трубопроводов, и везде российские предприятия в большинстве
своем все еще используют менее эффективный для этих целей металл.
В настоящее время пластиковая арматура, отдельно от популярности пластиковых труб,
наиболее широко применяется в следующих областях:
1.
Обвязка бассейнов и резервуаров
Одна из идеальных областей применения. Легкий вес, простота монтажа и обслуживания,
надежность и долговечность, гарантия чистоты транспортируемых жидкостей и
безукоризненный внешний вид – все это сыграло свою решающую роль при выборе
полимерной арматуры компаниями-опрераторами данного рынка.
2. Промышленные трубопроводы
Применение полимерной арматуры в технологиях водоподготовки предприятий и
транспортировки химически агрессивных сред обусловлено тем, что химическая стойкость
полимеров позволяет существенно снизить эксплуатационные затраты, отказаться от
применения дорогостоящих комбинированных металло-полимерных и композитных
устройств и повысить надежность трубопроводов. Спектр применяемой арматуры и труб
в промышленном сегменте наиболее широк. Это связано с тем, что для транспортировки
различных сред требуются полимеры с различными свойствами. Основные материалы:
ПВХ, ПП, ХПВХ, ПВДФ, АБС и различные сополимеры.
3.
Инженерные сети зданий
Низкая себестоимость, легкость монтажа и ремонта, а также экологичность полимерных
труб и арматуры уже достаточно давно по достоинству оценены в сфере жилищного и
производственного строительства. Порядка 65% вновь возводимых и реконструируемых
зданий оснащается полимерными трубопроводами и арматурой. ПП, ХПВХ, ПЭ наиболее
часто применяются в данном сегменте рынка.
4.
Наружные коммуникации
В последние годы наметился значительный интерес к применению полимерных
материалов для строительства наружных трубопроводных систем. Это обусловлено
длительным сроком эксплуатации, высокой коррозионной стойкостью и, что немаловажно,
низким весом полимерных трубопроводов. Причем использование полимерных
трубопроводов уже не ограничивается водоснабжением и подачей теплоносителей.
Полимерные трубопроводы все чаще применяются для перекачки газа. Особенно широко
применяются трубопроводы и арматура из различных марок ПЭ и ПП.
Основные материалы для производства арматуры:
Полиэтилен - Диапазон температур: -40 - +60+70С, максимальное давление: 10 бар (для
немодифицированного ПЭ), в силу сочетания ряда свойств является основным материалом
для производства трубопроводов. Полиэтилен сочетает высокую прочность при
растяжении (10-45 Мн/м2, или 100-450 кгс/см2) с эластичностью (относительное
удлинение при разрыве 500-1000%). Устойчив к действию щелочей любых концентраций,
органических кислот, концентрированных соляной и плавиковой кислот; разрушается
азотной кислотой, хлором и фтором; выше 80 °C. Полиэтилен- один из самых дешёвых
полимеров, сочетающий ценные свойства со способностью перерабатываться всеми
известными для термопластов высокопроизводительными методами. Поэтому в мировом
производстве полимеризационных пластиков полиэтилен занимает первое место.
Полиэтилен очень широко применяется для строительства подземных систем
газоснабжения (газопроводов) (рабочим давлением до 6 атм.), холодного водоснабжения
(до 16 атм.), а так же напорной и безнапорной канализации. Из полиэтилена
изготавливают трубопроводы, фитинги, переходники, корпуса и детали запорной
арматуры.
Основные преимущества полиэтилена:






Высокой коррозийной стойкостью к транспортируемым жидкостям и химически
нейтральны ко всем веществам;
Высокой механической прочностью (растяжение на разрыв от 350 до 800%);
Коррозийной стойкостью ко всем видам грунтов;
Низким удельным весом (в три раза меньшим, чем у стали).
Полиэтиленовые трубы не зашлаковываются и не зарастают изнутри.
Возможна многократная заморозка трубопровода без его разрушения.
ПВХ - Диапазон температур: 0 – 60С, максимальное давление: 16 бар
Из ПВХ производят шаровые и мембранные вентили, дисковые затворы с возможностью
как ручного управления, так и при помощи электро- и пневмоприводов, обратные
клапаны, ротаметры и сетчатые фильтры, которые могут быть использованы для монтажа
технологических трубопроводов с максимальной температурой 60°С, рабочим давлением
16 бар и диапазоном диаметров от 10 до 500мм.
Среди основных технических характеристик ПВХ можно отметить следующее:




Высокая химическая стойкость к большинству оксидов, щелочей, алифатических
углеводородов и солей.
Хорошие физико-механические показатели при температуре до 60°С широкая
область применения
Химическая инертность. ПВХ может применятся для транспортировки жидких
пищевых продуктов, питьевой воды, так и для химически агрессивных сред
Оборудование для переработки должно быть коррозионно-стойким. Материал
отличается низкой термостабильностью и чувствительностью к высоким скоростям
сдвига.
АБС-пластик - Отличается повышенной химической стойкостью
и ударной
прочностью, диапазон температур: -40 +70, максимальное давление: 15бар. Популярный
сополимер для изготовления корпусных изделий, фитингов и арматуры для пневмосистем.
Представляет собой двухфазный привитой сополимер бутадиена и акрилонитрил стирольного сополимера.
АБС-пластики содержат 5-35% акрилонитрила, 10-40%
бутадиена, 25-80% стирола.
Отличается повышенной химической стойкостью и ударной прочностью







Стойкостью к абразивному износу
Диапазон рабочих температур: -40 +70
Максимальное давление: 15бар
Имеет высокую размерную стабильность.
Рекомендуется для точного литья.
Дает блестящую поверхность
Стоек к щелочам, смазочным маслам, растворам неорганических солей и кислот.
Свойства материала зависят от соотношения компонентов, что необходимо учитывать при
выборе марки материала при проектировании изделия.
При повышении содержания акрилонитрила повышается: теплостойкость, прочность,
твердость, химическая стойкость.
При повышении содержания бутадиена повышается: ударопрочность, стойкость к низким
температурам.
При
повышении
содержания
стирола
повышается:
жесткость,
твердость,
перерабатываемость, блеск.
Полипропилен - Диапазон температур: 0 – 95С, максимальное давление: 10 бар. Это
термопластичный полимер, для полипропилена характерны высокая ударная прочность
(ударная вязкость с надрезом 5-12 кдж/м2, или кгс×см/см2), высокая стойкость к
многократным изгибам, низкая паро- и газопроницаемость; по износостойкости он
сравним с полиамидами. Полипропилен - хороший диэлектрик. Плохо проводит тепло. Он
не растворяется в органических растворителях, устойчив к воздействию кипящей воды и
щелочей, но темнеет и разрушается под действием HNO3, H2SO4, хромовой смеси.
Полипропилен обладает низкой термо- и светостойкостью, поэтому в него вводят
специальные добавки - стабилизаторы полимерных материалов.
В настоящее время арматура и трубы из полипропилена являются наиболее используемым
материалом для трубопроводов питьевой и технической воды. Трубы из полипропилена
можно использовать для холодной и горячей воды, а также отопления.
Основные преимущества полипропилена:







низкая себестоимость
срок службы полипропиленовых элементов 50 лет
санитарно-гигиеническая безвредность
полипропиленовые трубопроводные элементы не подвержены коррозии
потери в результате трения значительно ниже
экономичность эксплуатации
быстрый и чистый монтаж
ПВДФ - Диапазон температур: -40 - +140С, максимальное давление: 16 бар. Из ПВДФ
изготавливают трубы, соединительные элементы, механические и автоматические
клапаны (шаровые, мембранные, дисковые затворы) с возможностью, как ручного
управления, так и с помощью электро- или пневмоприводов. Рабочая температура от 40°С до +140°С. Диапазон диаметров от 16 до 160мм. Рабочее давление до 16 атм.
Среди основных технических характеристик ПВДФ можно отметить следующие:




Высокая химическая стойкость
Хорошие физико-механические свойства, в том числе износостойкость
Стабильность физико-механических показателей в диапазоне –40°С - +120°С
Радиационная стойкость











Легкость монтажа
Высокая, максимально допустимая температура при эксплуатации на воздухе (150
° С)
Хорошая механическая прочность, твердость и ползучестойкость (лучше, чем у
других фторопластов)
Превосходная химическая стойкость и стойкость к гидролизу
Высокая жесткость, также при низких температурах
Хорошие свойства скольжения и износостойкость
Физиологическая инертность (контакт с пищевыми продуктами).
Хорошие электроизоляционные свойства
Великолепная стойкость к ультрафиолету и условиям окружающей среды
Низкая воспламеняемость
Хорошая стойкость к радиационному излучению (лучше, чем у других
фторопластов)
Другие материалы
Кроме перечисленных материалов, для изготовления арматуры и трубопроводных систем
применяются также:
PEXa, PE-RT и подобные. Различные химически и структурно модифицированные
разновидности полиэтилена. Отличаются повышенными температурами эксплуатации и
высокими прочностными характеристиками. Используются в основном для производства
труб методом экструзии.
Поликарбонат. Иногда применяется для изготовления арматуры спецназначения. Имеет
высокую твердость и прочность. Большого распространения в арматуростроении не
имеет.
_____________________________________________________________________________
Хлорированный полихлорвинил ХПВХ - Диапазон температур: 0 – 100С, максимальное
давление: 16 бар. ХПВХ был разработан в 1958 году в США. По сути он является
модифицированным ПВХ, но благодаря различиям в химической структуре имеется целый
ряд преимуществ, отличающих этот материал. С 1968 производятся трубы, фитинги и
запорная арматура диаметром от 16 до 160 мм из этого материала.








Диапазон рабочих температур от 0 до 100°С, рабочее давление до 16 атм.
Высокая стойкость к химически агрессивным средам.
Самый низкий коэффициент термического расширения среди термопластиков
(6,7х10-5 m/m°С).
Низкий коэффициент гидравлического сопротивления.
Высокая абразивная стойкость.
Оптимальные механические характеристики.
Экономичность и простота монтажа
Огнестойкость.
Сравнение с альтернативными материалами:
ХПВХ/Металл
При использовании ХПВХ не происходит отложений на стенках трубопровода, отсутствует
процесс коррозии, что существенно продлевает срок службы трубопровода и уменьшает
затраты по ремонту и содержанию.
ХПВХ/ПП
По сравнению с ПП, ХПВХ выдерживает гораздо большее давление при одинаковой
толщине трубы, а также обладает более низким коэффициентом термического
расширения, монтаж производится гораздо проще без потребности сварочного
оборудования
ХПВХ/ПВДФ
Главное преимущество трубопроводных систем из ХПВХ – это их более низкая стоимость
по сравнению с ПВДФ, также ХПВХ обладает лучшей химической стойкостью к
некоторым растворам щелочей.
Основные свойства полимеров
При выборе материала трубопроводных систем необходимо учитывать следующие
свойства пластиков.
Максимальное рабочее давление полимерных трубопроводов находится в обратной
зависимости от температуры транспортируемых сред.
Зависимость рабочих давлений (для воды, с=1,25) от температуры для арматуры и
трубопроводов из пластиков.
Нельзя полагать, что существует некий универсальный вид полимера подходящий
для применения в условиях любых химических сред. Каждый из полимеров имеет
свой собственный спектр химических соединений, к которым он стоек. Хотя по
диапазону таких соединений полимеры безусловно неравнозначны.
В конечном счете, на выбор материала трубопровода будет влиять вся
совокупность факторов, включая стоимость. В условиях, когда несколько
полимеров одинаково хорошо подходят для работы с рассматриваемыми
параметрами среды, выбор будет остановлен на наиболее экономичном из них.
Все перечисленные материалы достаточно технологичны в переработке. В массовом
производстве, изготовление арматуры, фитингов и переходников ведется методом литья
под давлением. Трубы изготавливаются методом шнековой экструзии.
В настоящее время отмечается большой интерес к полимерным трубопроводным системам
на Российском рынке. По данным дилеров неметаллической арматуры, рост объемов
продаж, за последние 3 года, составил порядка 300%. Что позволяет говорить об
устойчивом росте данного рынка.
Наиболее перспективными отраслями применения полимерных трубопроводных систем
являются:












химическая промышленность
энергетика
металлургия
гальваника
производство удобрений
очистные сооружения
целлюлозно-бумажная промышленность
текстильная промышленность
лакокрасочное производство
горно-добывающая промышленность
фармацевтика
пищевая промышленность
Вентиль для врезки под давлением производства фирмы
«FRIATEC» (Германия)
Материал корпуса – полиэтилен высокой плотности (ПЭНД).
Шток – нержавеющая сталь.
Назначение –
газопроводы. Не требуют технического
обслуживания.
Диапазон размеров – 280-355.
Шаровый кран серии VKD, FIP (Италия)
Материал корпуса – ХПВХ (на фото), ПВХ, PPH-100, GDL/.
Двойной шток с двойной системой уплотнений и
тефлоновым подшипником, система блокировки положения
накидных гаек, возможность юстировки положения шара,
фиксация
рукоятки
в
требуемом
положении,
интегрированная платформа для фиксации трубопровода.
Назначение – промышленные трубопроводы. Не требуют
технического обслуживания.
PN 16 для всего диапазона размеров – 16-110.
Дисковый затвор серии FK, FIP (Италия)
Материал корпуса – полипропилен, армированный стеклом,
материал дисков ПВХ, АБС, PPH-100, ХПВХ, ПВДФ.
Монолитный квадратный шток – нержавеющая сталь,
корпус совместим с фланцами разных стандартов,
совершенная система уплотнений, антишоковая рукоятка с
фиксатором положений, PN до 16 бар.
Назначение – промышленные трубопроводы. Не требуют
технического обслуживания.
Диапазон размеров – 50-315.