ТРУБИ З РІЗНИХ ТИПІВ ПОЛІЕТИЛЕНУ
Першими поліетиленом високої щільності, використовуваним для виробництва напірних труб, був лінійний гомополімер, високомолекулярний ланцюг якого складався лише з молекул етилену. При досить високій короткочасній міцності гомополімер мав низьку стійкість до розтріскування і внаслідок зміни характеру руйнування, тобто переходу від пластичного до крихкого, різко знижувалися властивості міцності при тривалій експлуатації. Значення MRS, що характеризує тривалу міцність і використовується для розрахунку робочого тиску трубопроводів, становило 6,3 МПа (див. рис. 1).
Прагнення збільшити стійкість до розтріскування і уникнути переходу від пластичного до крихкого руйнування в межах часу експлуатації призвело до створення поліетилену другого покоління. За рахунок введення в процесі синтезу сомономерів (бутен або гексен), що утворюють на макромолекулах поліетилену бічні відгалуження, вдалося різко підвищити стійкість полімеру до розтріскування і збільшити значення MRS до 8,0 МПа. Однак при цьому знизилася короткочасна міцність, модуль пружності і стійкість до швидкого розповсюдження тріщин, що робить неможливим використання цього поліетилену для виробництва газопровідних на тиск понад 6 атм.
Поєднання високої короткочасної міцності і високої стійкості до розтріскування вдалося отримати шляхом створення, так званого бімодального поліетилену - поліетилену третього покоління. За рахунок цілеспрямованого ведення технологічного процесу (найчастіше по двуреакторній схемі) отримують дві яскраво виражених групи макромолекул - довго- і короткоцепних. При цьому сомономером вводиться в високомолекулярну частину полімеру, що забезпечує високу стійкість до розтріскування поліетилену. Низькомолекулярна частина полімеру утворює кристалічні області, за рахунок яких підвищується щільність, короткочасна і тривала (MRS 10,0 МПа) міцність і зростає модуль пружності. Полімер має високу стійкість до швидкого розповсюдження тріщин, і за цим показником немає перешкод для виробництва труб на робочий тиск до 12 атм для газових труб і до 25 атм для водопровідних.
Поліетилен типу ПЕ 100 володіє хорошими технологічними властивостями.
Підтвердженням високих техніко-економічних показників застосування труб з поліетилену типу ПЕ 100 може служити наступний приклад.
Потрібно розрахувати трубу з поліетилену з внутрішнім діаметром (вимога по пропускній спроможності) 700 мм на робочий тиск води 10 атм.
Характеристики труб з різних типів поліетилену представлені в таблиці.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРУБ | ПЕ 63 | ПЕ 80 | ПЕ 100 |
SDR (відношення діаметру до товщини стінки) | 11 | 13,6 | 17 |
Зовнішній діаметр, мм | 900 | 900 | 800 |
Внутрішній діаметр, мм | 736,4 | 767,8 | 705,2 |
Товщина стінки, мм | 81,8 | 66,1 | 47,4 |
Матеріаломісткість, кг/м | 221,2 | 162,7 | 107,5 |
Можливості виготовлення | Виготовлення якісних труб практично не можливо | Можливо, але з подоланням ряду технологічних проблем | Без проблем
|
Як показують дані розглянутого прикладу, використання ПЕ 100 для виробництва труб великого діаметру дозволяє в окремих випадках майже в два рази знизити матеріаломісткість труб. Зменшуючи зовнішній діаметр без втрат прохідного перетину, отримати економію на застосовуваних з'єднувальних деталях меншого діаметру.
Якщо немає можливості зміни зовнішнього діаметру труби, то матеріаломісткість зменшується на 33-34% при одночасному збільшенні прохідного перетину на 16% і збільшенні продуктивності виробництва (в метрах на годину) на 20-30%. На практиці, для водопровідних труб це означає, що якщо ціна ПЕ 63 на ринку 32 руб/кг, то еквівалентна ціна ПЕ 80 становить 38,9 руб/кг, а ПЕ 100 - 47,4 руб/кг. Скористатися коливаннями співвідношень цін матеріалів при виробництві труб можна тільки в разі наявності формуючого інструмента та сертифікатів на труби всіх типорозмірів.
Таким чином, вищевказані співвідношення цін на ПЕ різних поколінь служать серйозним стримуючим фактором для зростання цін на вітчизняний ПЕ 63 і ПЕ 80 і стимулом для переходу на ПЕ 100, особливо для діаметрів вище 630 мм. Однак треба враховувати, що труби на тиск води 0,6 МПа, виготовлені з ПЕ 80 (SDR 21), практично неможливо випускати в бухтах через високу овальності і заломи, а труби у відрізках з ПЕ 100 на той же тиск (SDR 26 ) сильно овалізуются при зберіганні і перевезенні.
У кінцевому рахунку, для виробника оптимальний вибір матеріалу і, відповідно, типорозміру труби в кожному конкретному випадку повинен бути заснований на серйозному аналізі технічних і економічних параметрів в трикутнику сировина-виробництво-збут.
Для споживача висновки очевидніше. При рівних (або близьких) цінах, труби з ПЕ 80 переважніше виготовлених з ПЕ 63, а труби з ПЕ 100, ніж труби з ПЕ 80. Правда, труби з ПЕ 100 із зменшеною товщиною стінок вимагають якісного зварного обладнання та високої кваліфікації зварювальників.
Для газових труб ситуація складніша. При коефіцієнті запасу (КЗП) 2,5, в основному прийнятому сьогодні в Росії, перехід з ПЕ 80 на ПЕ 100 для 6 бар при збереженні SDR 11 не дає ніякого економічного ефекту, окрім збільшення КЗП понад 2,8, необхідного в окремих випадках при прокладці в населених пунктах. Перехід на ПЕ 100 із зміною на SDR 13,6 для 6 бар можливий, але вкрай рідко застосовується до діаметра 225 мм, оскільки труби цього типу відсутні в існуючому ГОСТ 50838. Для труб на 3 бари і нижче перехід на ПЕ 100 SDR 21 також не має великого значення, оскільки до 110 мм труба поставляється в основному в бухтах, а попит на труби на 3 бари діаметром від 160 мм незначний.
Картина змінюється докорінно, якщо в Росії буде прийнятий КЗП 2,0 для газових труб з ПЕ 100 не тільки для 10-12 бар, а й для 6 бар. З урахуванням підвищеної стійкості ПЕ100 до поширення тріщин та європейської практики, в якій КЗП 2,0 для цих труб прийнятий майже повсюдно, рішення для газових труб 6-12 бар виглядає дуже логічно. У цьому випадку ПЕ 100 має шанс повністю замінити ПЕ 80 при виготовленні газових труб на 6 бар, оскільки, при вже прийнятою ціною ПЕ 100 - 47,4 руб/кг еквівалентна ціна ПЕ 80 складе не більше 32 руб/кг! Це можна назвати, певною мірою, революцією у виробництві та застосуванні газових труб з поліетилену, так як вагова частка газових труб на 6 бар складає більше 70%. У цьому випадку, долею ПЕ 80 залишаються газові труби на 3 бари і поліетиленові труби для водопостачання на 6 бар, в основному, до діаметра 225 мм. Що стосується ПЕ 63, його місце - тільки дрібна водяна труба до 6 бар діаметром до 110 мм і частина безнапірної труби. Оскільки цей обсяг незначний, у більшості країн Європи виробництво ПЕ 63 припинено.
Висновком з вищенаведеного огляду можна вважати назрілу необхідність зміни деяких нормативів при будівництві газопроводів (в першу чергу - введення КЗП 2,0 для газопроводів на 6-12 бар), а також організація виробництва вітчизняного ПЕ 100. Це дозволить знизити вартість поліетиленових трубопроводів, як не дивно, при одночасному поліпшенні їх якості і вивести виробництво і застосування поліетиленових труб в Росії на новий щабель розвитку.
Автори: Мирон Горіловскій, Ігор Гвоздьов
Джерело: (Журнал "Полімерні труби")
