PVC-U (НПВХ) для промышленных трубопроводов

PVC-U (НПВХ) для промышленных трубопроводов: обзор материала от AFINARA

(00:00) Добрый день. Меня зовут Бабичев Антон. Я являюсь руководителем проектов в группе компания АФИНАРА. До этого, с 2014 года, работал техническим директором в группе компании Aliaxis. Сегодня мы разберём материал, который работает в промышленных трубопроводах по всему миру уже более 70 лет. Поливинилхлорид, непластицированный НПВХ или по-английски PVCU.

(00:24) Знаете ли вы, что первый промышленный кран из этого материала был выпущен ещё в 1954 году, и с тех пор НПВХ ни разу не уступил своих позиций? Сегодня разберемся, почему. На экране структура доклада мы пройдем путь от молекулы до сертифицированного трубопровода на объекте. К концу вы сможете обосновать выбор материала заказчику и самостоятельно подобрать параметры системы.

(00:46) Начнём с самого начала, с истории и химической природы материала. В 1872 году в Германии химик Ойген Бауман оставил колбу с газом винилхлоридом на подоконнике на 4 недели. Внутри образовалось белое твердое вещество. Вот так и был синтезирован ПВХ. В начале XX века попытки промышленного применения провалились. Материал был хрупким.

(01:07) Прорыв произошёл в 1926 году. Уолдо Семон совместно с Гюдрих разработали метод пластификации. ПВХ стал гибким и технологичным. И, как я уже сказал, в 954 году компания Fip выпустила первый полимерный промышленный кран. Именно с этого момента началась история полимерных трубопроводных систем. Сегодня производится более 40 млн тонн этого материала в год.

(01:29) Это наиболее экономичный способ решить задачу транспортировки агрессивной жидкостей и обустройства систем водоподготовки. Химическая формула. Повторяющееся звено с хлором. Содержание хлора около 56% по массе. Именно это объясняет два главных свойства материала: высокую огнестойкость и химическую инертность к большинству агрессивных сред.

(01:49) Тип структуры аморфный термопласт. В отличие от полиэтилена и полипропилена, у НПВХ нет четкой температуры плавления. Он размягчается постепенно. Это позволяет применять уникальный метод холодной склейки растворителем или холодной сварки. Цвет в промышленном применении серый. Стандарт RAL 7011. Материал нерастворим в воде и спирте.

(02:10) абсолютно безопасен для систем водоподготовки. Добавки и стабилизаторы позволяют адаптировать НПВХ к множеству вариантов использования. С химией разобрались. Теперь давайте посмотрим на физические и механические свойства. Переходим к конкретным цифрам, подтвержденным лабораторными испытаниями по стандартам ISO и АСМ.

(02:28) Перед вами таблица и справочника инженера Aliaxis. Каждое значение подтверждено методом испытания. Это не маркетинговые данные, а сертифицированные лабораторные результаты. Остановлюсь на ключевых. Плотность 1,38 г на см³, в 5-6 раз меньше стали. Модуль ЮНГА 3.200. Наибольшая жёсткость среди аморфных термопластов. Прочность при разрыве 50.

(02:49) Температура прогиба под нагрузкой +86°. Заметьте, рабочая температура до +60°C, а до деформации еще 26° запаса. Инженерный резерв на кратковременные пики. Кислородный индекс 43%, то есть самозатухание. Для сравнения, полипропилен и полиэтилен 17-19%, они горят. НПВХ с индексом выше 21%, самозатухает. Модуль упругости ЮНГА.

(03:16) НПВХ 3.200 МП, ХПВХ 2.700, ПВДФ 2100, AБС 2000, полипропилен 1.300, полиэтилен - 900. Чем выше модуль, тем жёстче труба, тем меньше провисаний, прогибаний в горизонтальных пролётах. Так, меньше опор, меньше кронштейнов, экономия при монтаже. Предел текучести 50 МПА наравне с ХПВХ и ПВДФ. Это максимум среди термопластов для труб.

(03:42) AБС 40, полипропилен 30, полиэтилен 23. При рабочем давлении до 16 бар НПВХ обеспечивает существенный запас прочности. Следующий параметр - это стойкость к истиранию. Здесь чем меньше, тем лучше. НПВХ 16 мг за 1.000 циклов. АБС 70 в 4 иче раза хуже. НПВХ сопоставим с полиэтиленом 15 мг и полипропиленом 18 мг, которые традиционно считаются износостойкими.

(04:08) Именно поэтому НПВХ выбирает для транспортировки горных и песчаных шламов. Реальный кейс из справочника Алиаксис, замен остальных труб на НПВХ. Истирание снизилось многократно, срок службы системы вырос. Жёсткость и прочность мы с вами разобрали. Теперь посмотрим, как ведёт себя материал при нагреве и огне. Это один из наиболее важных разделов с точки зрения пожарной безопасности.

(04:28) Рассмотрим более детально. Рабочий диапазон материала от 0 до +60°. Температура прогиба под нагрузкой +86. До критических значений ещё 26° запаса. Коэффициент линейного теплового расширения 8 x 10 в пятой степени награду. Практически 10 м трубы при перепаде 10° удлиняется на 8 мм. При проектировании длинных прямых участков это учитывается через компенсаторы.

(04:54) Кислородный индекс 43%, в два раза выше порога самозатухания 21. Это один из наиболее пожаробезопасных полимеров среди трубопроводных материалов. Температура воспламенения +399°. При горении выделяется хлористый водород с резким запахом. Это сигнал тревоги, в отличие от угарного газа, который не имеет запаха и не даёт времени на эвакуацию.

(05:19) Теплопроводность 0,16 Вт на метр градус, у стали около 50, в 300 раз меньше. Трубопровод из НПВХ естественным образом изолирует потоки тепла и предотвращает конденсацию. Химическая стойкость. Зеленая зона - то, что можно транспортировать. Большинство неорганических кислот, щелочи, соляные растворы, парафиновые углеводороды, питьевая и деминерализованная вода, большинство промышленных жидкостей, красная зона запрет, полярные органические соединения, хлорированные растворители, ароматические растворители, сильные окислители.

(05:49) Для каждого конкретного применения мы проверяем по таблице химической стойкости, которая представлена на нашем сайте. Стойкость зависит от концентрации температуры и времени воздействия. Безопасность материала разобрали. Теперь почему он лучше металла? Давайте попробуем ответить на главный вопрос: почему не нержавейка? Рассмотрим преимущество материала в сравнении с металлом.

(06:13) Начну с вопроса: кто из вас работал с металлическим трубопроводом? С какими проблемами вы сталкивались? Коррозия, вес, стоимость монтажа. Давайте разберём, как НПВХ решает каждую. Первое - малый вес. Плотность в несколько раз ниже, чем у стали. Трубу du длиной 6 м один монтажник переносит на плече. Стальную нужен погрузчик. Второе.

(06:35) Материал не подвержен химической коррозии при взаимодействии с щелочами, солями и кислотами. Нет гальгнических реакций, нет ржавчины, нет антикоррозионных покрытий. Третье. Долговечность 50+ лет эксплуатации. Четвёртое, стойкость к истиранию при транспортировке шламов. Пятое - теплопроводность. Меньше, чем у стали. Не нужна изоляция.

(06:56) Шестое- вторичная переработка. Возможно измельчение и повторное использование полимера в изделиях общего применения. Седьмое - это электроизоляция. Нет электрохимической коррозии. Рассмотрим следующий раздел. Монтаж. Как соединяются трубы и фитинги из НПВХ. Основной метод - это склеивание клеем растворителем.

(07:15) Принцип аморфный термопласт растворяется соответствующим растворителем. Клей наносится на трубу и в раструб фитинга. Молекулярные цепочки смешиваются и после испарения монолитное неразборное химически стойкое соединение. Это не склейка в бытовом понимании, это холодная сварка на молекулярном уровне без нагрева и без специального оборудования.

(07:35) Четыре основных шага. Первый шаг - это очистка торца и снятие фаски, нанесение клея кистью на трубу и в раструб. Введение с поворотом на четверть оборота без остановки. Удержание 30-60 секунд. До монтажа трубопровода необходимо выдержать 30 минут. До гидравлических испытаний выдерживаем 24 часа. Резьбовое соединение для разборных узлов и переходов на металл от Д10 до Ду 100.

(08:00) Фланцевое для крупных диаметров, более Ду50. Подключение к насосам и оборудованию. Долговременная прочность. Это графическое представление в зависимости долговременной прочности материала от времени и температуры. Используется для оценки его работоспособности при длительной эксплуатации под нагрузкой.

(08:18) Чаще всего термин применяется для полимерных труб на основе результатов длительных гидростатических испытаний. Строит зависимость напряжения разрушения от времени в логарифмических координатах. Затем выполняет экстраполяцию на нормативный срок службы, обычно 50 лет, по которой определяет значение МРС. Для труб из НПВХ PVCU номограмма минимальной длительной прочности строится по результатам длительных гидростатических испытаний и выглядит как график зависимости кольцевого напряжения от времени до разрушения в логарифмических

(08:51) координатах. Для ПВХ типичное значение МРС составляет 25 лет после экстраполяции на 50 лет эксплуатации. Давайте попробуем доступно разобраться в графике. Труба стоит под давлением, заполнена водой +20°. Через 50 лет она должна оставаться работоспособной. МРС равный 25 м - это именно то напряжение, при котором это гарантируется.

(09:15) У НПВХ - это значение 25. Максимум среди аморфных термопластов. Как пользоваться номограммой? Определяем напряжение в стенке трубы по формуле. Сигма - кольцевое напряжение в МПА, P - внутреннее давление МПА, D)- наружный диаметр трубы в миллиметрах, Е) - толщина стенки в миллиметрах. Рассмотрим на конкретном примере.

(09:36) Допустим, давление 1МПа или 10 бар. Труба диаметром 110 мм с толщиной стенки 5,3 мм. Тогда по формуле рассчитываем допустимое напряжение. Рассмотрим зависимость давления и температуры. На графике представлено три кривых для серии PN6 10 и 16 бар. До +20° полное номинальное давление. Выше +20 идёт снижение по коэффициенту.

(10:03) На практике выглядит таким образом. При 60° для PN16 имеем 6,4 бара, для PN10 4 бара. Это необходимо обязательно учитывать при проектировании горячих контуров. Следующий раздел запорно-регулирующая арматура и полная номенклатура продукции в материале ПВХ. НПВХ - единственный полимер с полным комплектом запорно-регулирующей арматуры от игольчатого клапана Du6 до дискового затвора Du600.

(10:34) Шаровой кран IVKD или Ive du 10 -100 мм на давление до 16 бар. Основная запорная арматура полнопроходной. Дисковый затвор выполнен по стандарту ISO du 50 -600 мм. Компактный по габаритам. Мембранный клапан Du 10 -100 мм. Разработан для сред с высокоабразивным содержанием. Мембрана выполнена из ЕПДМ или FКМ. Обратный клапан для защиты насосных линий, сетчатый фильтр для защиты оборудования от взвешенных частиц.

(11:07) Арматура доступна также с электро и пневмоприводом. Это шаровые краны и дисковые затворы. В материале ПВХ представлены трубы и фитинги диаметром до 630 мм на давление 6, 10 и 16 бар, серии S5 и S20. стандартные длины 3 и 6 метров, 14 позиций фитингов, различные муфты, переходные отводы, крестовины, фланцы, плоские и воротниковые заглушки, резьбовые штуцера, разборные муфты.

(11:36) Полная система от одного поставщика - это гарантия совместимости геометрии материала и сертификатов. Один пакет документации для всего проекта. Рассмотрим основные отрасли применения материала НПВХ. Рассмотрим шесть ключевых отраслей: химическая промышленность, кислоты, щёлочи, солевые растворы. НПВХ химически инертен там, где нержавейка дорога, а резина деградирует.

(11:58) Водоснабжение и водоподготовка. Питьевая и деминерализованная вода по национальным стандартам. Горнодобывающая промышленность, шламы. Реальный пример снижение истирания. сельское хозяйство, удобрения, пестициды, лёгкий монтаж в открытых условиях, промышленное строительство, технологические трубопроводы, легкий вес которых снижает нагрузку на конструкцию, водоотведение, гладкая поверхность, нет биозарастания, низкое гидравлическое сопротивление.

(12:27) В следующем слайде ряд примеров реального применения материала в водоподготовке и сельском хозяйстве. Следующий раздел касаемой сертификатов для промышленного объекта. Вопрос простой: смогу ли я сдать объект надзорным органам? Наш ответ: да. 1 сентября 2023 года, согласно постановлению правительства РФ, трубы напорные из НПВХ, подлежат обязательной сертификации.

(12:50) Продукция без сертификации запрещена к реализации. Документы в нашем портфеле - это ГОСТ на трубы, декларация соответствует техническому регламенту таможенного союза 32 и 10 и ряд других документов, с которыми вы можете ознакомиться на нашем сайте. Ну и, наконец, перейдем к заключениям. Шесть ключевых выводов. Самое первое, система IPS, полный комплект труб, фитингов и арматуры до Ду 630 на давление до 16 бар.

(13:18) Единый стандарт, одна документация на весь проект. МРС 25 МПа. Максимальная долговременная прочность среди аморфных термопластов МРС 25 УНПВХ. Третье. Рабочий диапазон от 0 до +60° на давление до 16 бар. Максимальная модуль Юнга 3.200 м. Кислородный индекс 43%. То есть материал самозатухает и не горит. Пятое - склеивание клеем или холодная сварка.

(13:48) В результате имеем монолитное соединение без нагрева. Шестое. В пять-шесть раз легче стали и не подвержен химической коррозии. Таким образом, мы разобрали с вами материал НПВХ, начиная от молекулы и до практического применения. Это надёжный материал, который эксплуатируется в промышленных системах трубопроводов из полимерных материалов уже более 70 лет.

(14:08) Спасибо за внимание.