Журнал Полимерные трубы - Технологии и материалы

Длительная термическая стабильность полимерных труб

 
В процессе длительной эксплуатации полимерных труб, особенно при повышенных температурах, возможны три типа разрушения. Схематично эти виды разрушения представлены на рисунке.

Первый тип разрушения носит пластический характер, происходит с большими деформациями и вызван разрушением надмолекулярной структуры. Деформация образца и последующее разрушение сопровождаются образованием «шейки», подобно деформации при испытании образцов на растяжение. Уровень напряжений определяется временной зависимостью предела текучести материала. Контрольные параметры при испытаниях труб на стойкость к внутреннему давлению, характеризующие положение пластической ветви, определяются при достаточно высоких напряжениях и относительно коротких временах.

Второй тип разрушения не сопровождается существенной деформацией. Разрушение происходит с образованием одной хрупкой трещины и вызвано разрывом химических связей на уровне макромолекул. Время перехода от пластического разрушения к хрупкому зависит от молекулярной массы полимера, характера и количества сополимера и его распределения в цепях с различной молекулярной массой.

Контрольные испытания на стойкость к внутреннему давлению призваны доказать, что переход от пластического разрушения к хрупкому или, другими словами, изменение характера разрушения и так называемое «охрупчивание» полимера, не происходит ранее заданного времени. Это важно, так как переход к хрупкому разрушению приводит к ускорению падения прочности. Испытания, характеризующие эту стадию разрушения, проводятся при относительно небольших напряжениях и длительных контрольных временах.


 

Для сшитого полиэтилена переход к хрупкому разрушению определяется степенью сшивки, а при нормальной степени сшивки, равной, например, для

PEX-а 70 %, хрупкое разрушение вообще отсутствует при самых высоких температурах и сроках эксплуатации до 50 лет.

Третий тип разрушения – потеря термостабильности – свидетельствует о полном израсходовании термостабилизаторов и начале разрыва химических связей с лавинным образованием многочисленных трещин по всему объему трубы. Естественно, что разрушения этого типа происходят при длительной эксплуатации, близкой к предельным значениям. Разрушения наблюдающиеся в процессе эксплуатации трубопроводов из полипропилена в системах горячего водоснабжения были вызваны этими причинами.

Для труб, изготовленных из полимеров, предназначенных для работы при повышенных температурах, Международными Стандартами:

ISO 15875-2:2003 «Пластмассовые трубопроводы для горячего и холодного водоснабжения – Сшитый полиэтилен (РЕХ)»;

ISO 15876-2:2003 «Пластмассовые трубопроводы для горячего и холодного водоснабжения – Полибутен (ПБ)»;

ISO 15874-2:2003 «Пластмассовые трубопроводы для горячего и холодного водоснабжения – Полипропилен (ПП)»

предписаны испытания, контролирующие длительную термическую стабильность труб.

Цель этих испытаний – доказать, что эксплуатация в пределах заданного срока и температур не приведет к потере термостабильности. Испытания проводятся на трубных образцах, нагруженных постоянным давлением при температуре 110 °С с контрольным временем 8760 часов. Напряжение в стенке трубы, создаваемое внутренним давлением, зависит от полимера и составляет, МПа:

– для полипропиленовых труб – 1,9;

– для труб из полибутена – 2,4;

– для труб из сшитого полиэтилена – 2,5.

Как видно из представленных требований, наибольшей термостабильностью обладают трубы из сшитого полиэтилена, способные выдерживать более высокие напряжения.

Испытательной лабораторией НТЦ «Пластик» были проведены испытания в соответствии с требованиями Международного Стандарта ISO 15875 на трубах  диаметром 32 мм с SDR 11 и диаметром 90 мм, используемых для последующего армирования при производстве труб типа «ДЖИ-ПЕКС АМТ». Трубы в указанных режимах испытания находились под давлением в течение 11150 и 8900 часов соответственно без разрушения образцов.

При расчете эксплуатационных параметров трубопроводов, работающих при повышенных температурах транспортируемой среды, помимо прочностных расчетов, определяемых на срок службы 50 лет с использованием зависимостей длительной прочности, необходимо проводить проверку сохранения термостабильности в условиях длительной эксплуатации.

На основе полученных результатов испытаний с использованием предписаний Международного Стандарта ISO 13760 «Правило Майнера – Метод расчета накопленных повреждений» были получены следующие допустимые сроки эксплуатации для различных режимов работы трубопроводов:

   – для горячего водоснабжения при постоянной температуре 70 °С – 72,5 года;

   – для горячего водоснабжения в режимах Класса 2 по ISO 15875-2:2003, предусматривающего эксплуатацию трубопровода в течение 49 лет при температуре воды 70 °С, возможное повышение температуры воды до 80 °С в течение 1 года и до 95 °С в течение 100 часов, – 69 лет;

   – для теплоснабжения в режимах Класса 578,2 года.

Полученные результаты свидетельствуют о надежной системе термостабилизации труб из сшитого полиэтилена, выпускаемых предприятием под торговой маркой «ДЖИ-ПЕКС».

 

 

ЖУРНАЛ ПОЛИМЕРНЫЕ ТРУБЫ - УКРАИНА