Журнал Полимерные трубы - Производство и качество

Щодо визначення сфери застосування труб з поліетилену при будівництві інженерних мереж

Якість сировини, з якої виготовляють елементи напірних трубопроводів (труби, фасонні вироби та  арматуру), є одним із визначальних факторів їх якості та життєздатності. 

Останнім часом на ринок України виходить усе більше нових виробників поліетиленових композицій, головним чином - з азіатського й тихоокеанського регіонів. Вони позиціонують свої марки як ПЭ 80 або ПЭ 100, але далеко не всі виробники поліетилену здійснили достатній обсяг класифікаційних випробувань труб напірних із пропонованих на український ринок марок поліетилену для того їх щоб рекламні декларації набули характеру реалій. З огляду на те, що в Україні відсутній державний стандарт на  поліетилен типу ПЕ 80 та ПЕ 100 для виробництва труб напірних, єдиними документами, які можна і необхідно вимагати на подібну сировину є протоколи класифікаційних випробувань зразків поліетиленових труб напірних проведених у провідних європейських лабораторіях: Bodycote Polymer (Швеція), EXOVA Nyköping Polymer (Швеція), GASTECc Certification B.V. (Голландія), KIWA Niederland B.V (Голландія) тощо, за такими показниками, як

– мінімальна тривала міцність MRS, МПа;

– стійкість до повільного поширення тріщин ESCR, МПа;

– стійкість до швидкого поширення тріщин RCP, МПа.

Тільки за результатами цих трьох показників конкретна марки поліетилену може бути однозначно віднесена до одного з базових типів: ПЭ 63, ПЭ 80, ПЭ 100 і, відповідно, тільки маючи впевненість у тому , що труби напірні виготовлені із відповідного типу сировини можлива коректна конкретизацією умов сфери застосування труб,  фасонних виробів та арматури при будівництві трубопроводів цільового призначення згідно чинних в Україні ДСТУ Б В.2.7-151:2007, ДСТУ Б В.2.7-73-96 та ДБН В.2.5-41-2009.

При визначення сфери застосування труб із ПЕ при будівництві інженерних мереж холодного водопостачання та постачання горючих газів  в першу чергу увага звертається на показник мінімальної тривалої міцності MRS (Mіnіmum Requіred Strenqth) зразків поліетиленових труб. Зазначений показник визначається шляхом екстраполяції даних довгострокових руйнівних випробувань зразків труб згідно з    ISO 9080:2003 «Plastics piping and ducting systems -- Determination of the long-term hydrostatic strength of thermoplastics materials in pipe form by extrapolation» (в Україні не чинний) і є водночас класифікаційним параметром як для матеріалу, так і для кінцевого виробу будівельного призначення (труби, фасонної частини, арматури).

MRS визначається із співвідношення стійкості труби до дії внутрішнього тиску та часу впливу внутрішнього тиску на трубу на основі стандартного методу екстраполяції на гарантований термін служби трубопроводу 50 років.

Відповідно до цього методу випробування проводяться на трубних зразках, які навантажуються внутрішнім тиском, що створює в стінці труби напругу (σ) заданого рівня згідно із формулою за п. 3.2 ISO 9080:2003:

 

де  P – внутрішній тиск у випробувальному зразку, бар;

dem – середній зовнішній діаметр труби, мм;

ey.min – мінімальне значення виміряної товщини стінки труби, мм.

Специфічною особливістю полімерів є їхня здатність до деформування протягом часу під  впливом прикладеного навантаження. Чим менше швидкість наростання деформацій, тим довше термін служби трубопроводів, і навпаки. Швидкість наростання деформацій залежить від структури матеріалу, величини напруженого стану й температури експлуатації. Цей процес, що має також назву «втомлюваної» або тривалої міцності, графічно представляється у вигляді похилих прямих ліній (рис.  1), що ілюструють залежність тангенціальних напруг (στ) у стінці труб від часу й температури експлуатації. Таким чином, під довговічністю розуміється здатність матеріалу труб зберігати необхідний запас міцності до кінця планованого експлуатаційного періоду при заданих тиску й температури експлуатації.

При випробуваннях на визначення MRS зразки труб доводять до руйнування. Залежність напруги від часу до руйнування при відповідній температурі, визначена при обробці даних запропонованими статистичними методами, дозволяє оцінити міцнісні властивості полімеру й екстраполювати їх на заданий період часу.

Для одержання повної температурно-часової залежності міцності поліетилену випробування проводять при температурах 20, 60 і 80 ºC, при цьому мінімальний час випробувань при всіх температурах з одержанням руйнування зразків повинен бути не менше 9000 год (див. рис. 1).

Знайдена в такий спосіб залежність дозволяє надійно екстраполювати дані по тривалій міцності. За отриманими у результаті вищевказаних випробувань результатами визначається залежність тривалої гідростатичної міцності σLHTS, і на її основі з використанням методів математичної статистики розраховують нижню довірчу межу прогнозованої гідростатичної міцності σLCL. Отримана величина σLCL, округлена до найближчого нижнього значення ряду чисел R 10 згідно з ГОСТ 8032-84, є значенням мінімальної тривалої міцності (MRS).

Визначене значення MRS дає можливість обчислити максимальний робочий тиск МОР (Maximum Allowable Operating Pressure) у газопроводі (у МПа) за формулою, що наведена у ДСТУ Б В.2.7-151:2008 та ДБН В.2.5-41-2009:

де С – коефіцієнт запасу міцності згідно з ДСТУ Б В.2.7-151:2008, або ДБН В.2.5-41-2009, відповідно;

SDR – стандартне розмірне відношення ( мінімального значення зовнішнього діаметра до мінімального значення товщини стінки трубопроводу (dn/еn).

112_31

Рис.1. Приклади графічного оформлення результатів визначення  MRS для композицій поліетилену на основі обробки даних руйнівних випробувань на стійкість до впливу внутрішнього тиску:

а – поліетилен типу ПЕ 80; б – поліетилен типу ПЕ 100

Співвідношення основних експлуатаційних характеристик визначених типів композицій поліетилену за класифікацією MRS наведені у табл. 1 та рис. 2.

Таблиця 1

112_32

 

112_33

 

Рис. 2. Поперечний переріз труб з поліетилену із однаковим зовнішнім діаметром (dn = 110 мм), що відрізняються значеннями MRS (із поліетилену різних типів) для використанням за однакових експлуатаційних умов (той самий максимальний робочий тиск МОР, той самий коефіцієнт запасу міцності С).

Таким чином, марка поліетилену може бути віднесена до типу ПЕ 100  (і, водночас, труба може бути використана за умов, що відповідають трубі з ПЕ 100) тільки в тому випадку, якщо величина MRS, що визначена згідно ISO 9080:2003, має значення не менше 10,0 МПа.

При цьому важливим є те, якщо у процесі виготовлення труби до первинного матеріалу із визначеним MRS з метою оптимізації собівартості кінцевого виробу додаються сторонні домішки (пігменти, регранулят повторної переробки, крейда тощо) MRS кінцевого виробу не буде чисельно відповідати його значенню для первинного матеріалу із визначеними характеристиками і, відповідно сфера застосування кінцевого виробу не буде відповідати виробу, який  виготовлено з первинної сировини.

У цьому випадку виробник труб, який використовує додатки до матеріалів із визначеним MRS (наприклад додає сажу у «натуральний» безбарвний поліетилен, або купує поліетилен у виробника, який не здійснив випробування MRC цієї марки згідно ISO 9080:2003), повинен самостійно визначити довготривалу міцність труби, що виготовлена із цієї «мішанки» згідно ISO 9080:2003, або не претендувати на сферу застосування свого кінцевого продукту згідно із чинними в Україні ДСТУ Б В.2.7-73-98, ДСТУ Б В.2.7-151:2008 та ДБН В.2.5-41-2009.

Практика показує, що виготовлення труб із марок поліетилену із невизначеним MRS (вони є суттєво дешевшими) і використання домішок є ситуацією типовою для Українського ринку трубопровідної продукції з полімерних матеріалів. Застосування такої продукції при будівництві інженерних мереж є бомбою сповільненої дій, адже «поведінка» подібних трубних виробів непередбачувана. Експлуатація труб «невизначеної придатності» може призвести до виникнення аварійних ситуацій, особливо це стосується відповідальних об’єктів, на яких аварія трубопроводу несе загрозу людському життю.

Крім того, слід розуміти, такий очевидний факт, що у разі застосування виробником елементів напірних трубопроводів  нової марки поліетилену - характер новизни стає притаманним і для продукції, що виготовлена з цієї нової марки сировини.

Водночас, при переробці конкретної марки поліетилену у вироби на конкретному виробництві, покращити властивості виробу (порівняно із даними випробувань при визначенні MRS) не можливо, але цілком реальним є суттєве погіршення властивостей кінцевого продукту (невідповідне обладнання, помилки у технологічному процесі, низька культура виробництва тощо) у порівнянні із зразками труб, на яких проводились класифікаційні випробування - тобто на можливість використання труб згідно визначеної сфери застосування впливають у комплексі наступні чинники:

- використання при виробництві труб сировини поліетилену з підтвердженими характеристиками;

- відсутність змін властивостей композиції поліетилену при переробці на трубу;

- відсутність залишкових технологічних напружень у стінках труб при переробці.

З огляду на викладене, та з урахування того, що комбінації із сировиною при виробництві труб напірних поліетиленових для водо- і газопроводів з боку вітчизняних  та закордонних (у перше чергу турецьких) виробників є  на сьогодні важливою проблемою і створюють реальну загрозу виникнення ситуацій критичного характеру, Мінрегіонбудом України при підготовці висновків щодо можливості застосування при будівництві напірних трубопроводів труб конкретного виробника виготовлених з конкретної марки поліетилену приймаються до уваги не тільки результати випробувань європейських лабораторій згідно з ISO 9080, але й результати ідентифікаційних та контрольних випробувань як зразків сировини, так і зразків труб, що з неї виготовлені на конкретному виробництві за наступними параметрами:

● показник текучості розплаву зразків сировини;

● показник текучості розплаву зразків труб;

● міцність труб на границі текучості при розтягу;

● відносне подовження зразків труб при розтягу;

● стійкість зразків труб до дії постійного внутрішнього тиску при 20 °С– 100 годин;

● стійкість зразків труб до дії постійного внутрішнього тиску при 80 °С– 165 годин.

 

Маємо надію що зазначені заходи позитивно вплинуть на якість і надійність вітчизняних інженерних мереж.

До відома проектувальників та монтажних організацій:

1. Перелік «Технічних свідоцтв придатності будівельних виробів для застосування», виданих вітчизняним виробникам, розміщено на офіційному  сайті Мінргіонбуду України (він щорічно поновлюється).

2. Радимо крім технічного свідоцтва на напірні труби з конкретної марки поліетилену вимагати від постачальника труб документальне підтвердження факту придбання поліетилену цієї марки у кількості достатньої для виготовлення кількості труб, що є предметом перемовин.


Автор: Олексій Семенець, директор НДЦ «Полімерні трубопроводи у будівництві»

 

ЖУРНАЛ ПОЛИМЕРНЫЕ ТРУБЫ - УКРАИНА