Специфики на тръбите от изкуствени материали
Темата, посветена на тръбите, използвани при изграждането на топлопреносните мрежи, бе стартирана в предишния брой на списание Инженеринг ревю. В статията бяха разгледани критериите за класификация на тръбопроводите, основните им експлоатационни параметри и използваните материали за изработването им. Бяха представени основни характеристики на тръбопроводите, изградени от тръби от стомана, мед, алуминий, черни газови тръби и предварително изолирани тръби. В настоящия брой продължаваме темата с особеностите на тръбите от изкуствени материали, намиращи приложение в отоплителните инсталации.
Тръби от изкуствени материали
Тръбите от изкуствени материали обикновено се произвеждат от омрежен полиетилен, кополимерен пропилен (РР) или полибутан (РВ). Това са материали, които се характеризират с висок коефициент на линейно разширение 0,15 – 0,20 mm/(mK), ниска топлопроводност l = 0,3 – 0,4 W/(mK), специфичнa маса 850 – 900 kg/m3 и малък специфичен топлинен капацитет с = 1,7 – 2,1 kJ/(kgK). Те са леки и с висока гладкост на вътрешните стени (грапавостта е e = 0,015 mm).
Тръбите от изкуствени материали се класифицират в две основни групи – гъвкави и твърди. Гъвкавите тръби се огъват без особени усилия. Произвеждат се с вътрешен диаметър от 6 до 22 mm (със стъпка 1 – 2 mm) и дебелина на стената 1,5 – 2,5 mm. Те се доставят на рулони с дължина от 50 до 150 m. Използват се предимно за радиаторни връзки при комбинираните системи и като серпентини при лъчисто отопление.
Твърдите тръби са с външен/вътрешен диаметър от 28/20 до 110/90 mm. Дебелината на стената е 4 – 10 mm. Тези тръби се използват за разпределителните мрежи и щранговете на инсталациите, като в този случай е необходимо използването на фасонни части – колена, тройници и кръстачки за формиране на тръбната мрежа.
Свързването на тръбите от изкуствени материали обикновено е чрез залепване, заваряване, с муфи или други фасонни части. Преходите към други метални елементи се реализират посредством холендрови съединения, уплътнени с прорезни пръстени или пластична деформация на краищата на тръбата.
За отоплителните инсталации обикновените тръби не са подходящи, тъй като обикновените полимерни материали пропускат през стените си молекули на кислорода чрез дифузия. Дифузионните процеси са силно зависими от температурата и оказват негативно влияние върху корозионните процеси на стоманените елементи от инсталацията. Използването на такива тръби налага предприемане на защитни мерки срещу корозията като добавяне на инхибитори в топлоносителя. Препоръчително е в инсталацията да се използват само елементи от цветни метали и формирането на независими циркулационни кръгове за отделяне на стоманените елементи.
Тръбите с ограничена дифузия на кислород през стените обикновено са с многослойна структура на стената, като един от пластовете е от полимерен материал или от алуминиево фолио, материали които са с ниска дифузионна способност и на практика не пропускат кислород. С достатъчно ниска пропускаемост са и тръбите от еднослойни стени с омрежени молекули.
Основни изисквания към тръбите
Към тръбите от изкуствени материали, използвани в отоплителните инсталации, се поставят няколко основни изисквания, които са свързани предимно с температурата на топлоносителя. За да се гарантира безопасността и безпроблемната експлоатация на инсталацията, е необходимо използваните тръби да са устойчиви продължително време на температури в диапазона 90 – 95о С при конвективно отопление и 60о С при нискотемпературно лъчисто отопление. Също така е необходимо, за кратко време, тези тръби да са температурно устойчиви на температури от порядъка на 100 – 110о С, при конвективно отопление и 90о С при нискотемпературно лъчисто отопление. Сред основните изисквания са и ниска пропускателна способност на кислород и работно налягане при експлоатационните температури min 0,3 МРа (3 bar).
Предимства на тръбите от изкуствени материали
Основни предимства на тръбите от изкуствени материали са: ниските хидравлични съпротивления от триене; лесният монтаж, особено при полагане на по-дълги участъци или при навиване на серпентини за лъчисти отопления; по-малките топлинни загуби; дългият експлоатационен срок, който е по-дълъг в сравнение с този на стоманените тръби и обикновено достига 50 и повече години; устойчивост на корозия – това свойство се определя от невъзможността на полимерите да встъпват в електрохимическа реакция. Те са екологично чисти и имат малко тегло; нисък шум от преминаващия воден поток; елементарен и бърз монтаж; възможност както за скрито, така и за външно полагане.
Недостатъци на тръбите от изкуствени материали
Към недостатъците на всички пластмасови тръби се отнасят големите температурни удължения, по-ниската устойчивост на удар и на механични въздействия. Гъвкавите тръби, също така, са уязвими от ултравиолетова радиация, която намалява надеждността им. Има известни ограничения при използването им в системите за горещо водоснабдяване и отопление. Сред недостатъците им се посочва и фактът, че в повечето случаи всеки вид полимер и вид тръба е с отделна технология за монтаж.
Тръби от омрежен полиетилен (PEX)
Основен недостатък на тръбите от полиетилен е слабата им устойчивост на високи температури, което ги прави неприложими за отоплителни инсталации. За да се подобрят топлинните характеристики на полиетилена и да се повиши неговата температурна устойчивост, той се подлага на т. нар. омрежване. Това е процес, при който линейните макромолекули на полиетилена формират напречни връзки помежду си. Така получената мрежеста структура подобрява значително устойчивостта на материала на високи температури, вътрешно налягане и износване вследствие на триене.
Всички известни методи на омрежване на полиетилена се основават на принципа на частично разрушаване на молекулата му. Така получените къси вериги са нестабилни и бързо се свързват помежду си в структура, подобна на кристална решетка. Основно се прилагат няколко метода за омрежване на полиетилена. Сред тях са: радиационно облъчване с бета- или гама-лъчение и прибавяне на пероксиди.
Вследствие на омрежването, PE не само подобрява свойствата си при високи температури, а и значително превъзхожда показателите на всички други полимери, използвани за тръбопроводи за топла вода.
Полиетиленовите тръби са със сравнително дълъг експлоатационен срок. Те са корозионно устойчиви. Физико-химичните свойства на полиетилена позволяват при използването на полиетиленови тръби да не се прилага катодна защита, която е необходима при стоманените тръбопроводи. Полиетиленовите тръби са с висока устойчивост на агресивни среди. Те запазват добрата си пропускателна способност по време на експлоатация, а вътрешната им повърхност остава гладка. Също така са леки и се монтират лесно.
Полибутанови тръби
По своите технически характеристики полибутановите тръби приличат на полиетиленовите, но са с по-добра топлинна устойчивост. Те спокойно могат да се използват при температура около 70о С, при което експлоатационният им срок е около 50 години. Максималната температура на експлоатация е 95о С. Тръбите от полибутан са еластични, топлоустойчиви и устойчиви на ултравиолетови лъчи. Дебелината на стената на тези тръби е по-тънка в сравнение с останалите полимерни тръби. Те са широко използвани в отоплителните системи и в инсталациите за битово горещо водоснабдяване.
Тръби от полипропилен
Полипропиленът е материал, който притежава много добри физични, химични и термични качества. Той е високоустойчив на корозия и с висока якост на опън. Има ниска плътност, доста добра твърдост и е устойчив на агресивни среди. Тръбите от полипропилен са с дълъг експлоатационен срок, ниска топлопроводност и висока термоустойчивост (в зависимост от дебелината на стената до 75о С). Способни са да издържат и кратковременни повишения на температурата на топлоносителя до 95о С. Те се монтират лесно и не са електропроводими.
Тръби с алуминиева вложка (PEX-Al-PEX)
Тези тръби са подходящи за използване както в отоплителните, така и във водоснабдителните системи. Състоят се от външен и вътрешен слой от омрежен полиетилен и алуминиев слой между тях, който възпрепятства дифузията на кислород. Тези тръби защитават напълно системата от попадане на кислород. Вътрешният полиетиленов слой, поради своята гладкост, осигурява добра пропускателна способност на тръбата.
Полиетиленовият слой на тръбата е устойчив на въздействието на агресивни среди, осигурявайки надеждна защита на алуминиевия слой от влага, кислород и други неблагоприятни фактори.
