ПРОБЛЕМА ПРЕЖДЕВРЕМЕННОГО ВЫХОДА ИЗ СТРОЯ СТОЯКОВ PP-R-ТРУБ В СИСТЕМЕ ГВС: РЕШЕНИЕ ЕСТЬ

А. Ю. Чермянин, руководитель товарного направления ООО «ПК КОНТУР»

«ПК Контур» производит полипропиленовые трубы с 2007 года. На стояках открытых ГВС, смонтированных за эти годы, проблем преждевременного выхода из строя PP-R-труб не наблюдалось. Однако с 2013 года, когда начали активно применяться системы закрытого типа с ИТП, на стояках ГВС стали происходить случаи разрушения. Учитывая, что холодная вода, нагреваемая в ИТП, не проходит специальной водоподготовки и содержит большое количество сильных окислителей – растворенного кислорода и хлора, – можно было бы списать такие инциденты на этот факт. Однако такие случаи не повсеместны, а значит, отсутствие водоподготовки – не единственная причина сокращения срока службы стояков. К дополнительным факторам, влияющим на срок службы, можно отнести нарушение условий эксплуатации, колебания температуры в системе ГВС, промывку системы раствором с повышенным содержанием хлора, низкое качество сырья.

Влияние окислителей на трубопровод и причины разрушения труб

Открытая система водоснабжения предполагает отбор воды из общей системы теплоснабжения. При этом нагрев воды осуществляется на основном источнике тепловой энергии (ТЭЦ, в котельной или центральном тепловом пункте).

В закрытых системах подогрев воды осуществляется на объекте-потребителе через вторичный контур при помощи пластинчатых теплообменников. Из-за отсутствия водоподготовки в таких системах содержатся растворенные хлор и кислород, которые при температуре выше 35 °C вызывают преждевременное разрушение металлических и нержавеющих труб, не содержащих молибден.

Полимерные трубы, которые активно применяются в новом высотном домостроении, чувствительны к качеству транспортируемой жидкости, что приводит к их постепенному разрушению (термоокислительной деструкции).

Большое количество окислителей разрушает антиоксиданты в составе труб. Чем выше температура и давление и чем ближе участок трубопровода к месту подогрева, тем быстрее наступает повреждение.

Процесс деградации полипропиленовых труб

В настоящее время опубликовано множество статей, посвященных исследованию окислительной деградации полипропиленовых труб. На рис. 1 видно, как поток воды, насыщенный кислородом, вымывает антиоксиданты с внутренней поверхности ПП-трубы.

Уменьшение антиоксидантов приводит к тому, что внутренняя поверхность трубы остается незащищенной от окисления, что приводит к образованию продольных трещин (рис. 2).

В таких условиях эксплуатации ПП-трубы могут прослужить от пяти до восьми лет в зависимости от скорости вымывания антиоксидантов и влияния таких факторов, как концентрация хлора, кислорода и температура. Степень воздействия хлора растет линейно при увеличении его концентрации и времени воздействия, а при повышении температуры на каждые 10 °C – удваивается.

Однако расчетный срок службы ПП-труб без нарушения условий эксплуатации (давление и температура) в соответствии с ГОСТ 32415-2013 составляет 50 лет. Воздействие даже небольшого количества остаточного хлора в системах водоснабжения снижает срок службы полиолефиновых трубопроводов, что было признано в США еще в 90-х годах прошлого века. Для проверки труб и систем из сшитого полиэтилена (PE-X) на устойчивость к окислению труб в условиях воздействия горячей хлорированной воды были введены стандарты ASTM F2023, ASTM F2263 и ASTM F3497-21.
Избыток кислорода в питьевой воде также может оказывать влияние на сокращение расчетного срока любых трубопроводов, как оцинкованных, так и полимерных. Содержание растворенного кислорода в подпиточной воде должно составлять не более 0,05 мг/дм³, однако зачастую оно значительно выше.

Сравнительные испытания стойкости к хлору: анализ результатов

«ПК Контур» провела ускоренные испытания для сравнения стойкости труб из разных материалов при одинаковых условиях эксплуатации: температуре, скорости и содержании хлора в теплоносителе (рис. 3). Были испытаны трубы из полипропилена (PP-R, PP-RCT), полиэтилена (PE-Xa) и термостойкого полиэтилена (PE-RT II) до появления первых признаков разрушения.

Во время испытаний образцы труб пропускали непрерывный поток воды с показателем рН = 6,8 и содержанием хлора ClO₂ в концентрации 5 мг/л при температуре 80 °С и постоянном внутреннем давлении 0,5 МПа со скоростью потока 1±0,2 м/с. Образцы периодически осматривались для отслеживания хода процесса разрушения.

Результаты испытаний показали, что полипропиленовые трубы разрушились, что свидетельствует об их низкой стойкости к окислению. На внутренней поверхности труб отчетливо видны трещины. В реальных водопроводах содержание хлора значительно меньше, поэтому можно рассчитывать на более высокий срок службы полипропиленовых труб.

Однако испытания также показали, что трубы из термостойкого полиэтилена (PE-RT II) обладают более высокой стойкостью к окислению благодаря наличию устойчивых антиоксидантов в составе смеси. Этот материал показал лучшую устойчивость к агрессивным элементам, содержащимся в питьевой воде.

Испытания подтверждают, что хлорированная вода может существенно ускорить хрупкое разрушение при окислении труб (рис. 4) и значительно влияет на срок службы почти всех материалов труб для подачи воды в здания.

Полипропиленовые трубы в несколько раз более подвержены окислительной деградации, чем PE-X и PE-RT II. Поэтому в полипропилен должен быть добавлен более высокий уровень антиоксидантов. На сегодняшний день, по информации от производителей сырья, разработка в направлении сдерживания или повышения стабильности антиоксидантов является приоритетной задачей.

Можно предположить, что все полипропиленовые трубы более подвержены окислительной деградации по сравнению с трубами из термостойкого полиэтилена PE-RT II. Таким образом, применение труб из PE-RT II является более предпочтительным в районах с неподготовленной водой и повышенным содержанием хлора.

Время окислительной индукции

Это условный показатель (англ. oxidation induction time – OIT, измеряется в минутах), характеризующий сопротивление стабилизированного материала окислительной деструкции, определяемый калориметрическим измерением временного интервала до начала экзотермического окисления материала при заданной температуре в атмосфере кислорода и при атмо­сферном давлении.

Метод заключается в определении времени, в течение которого антиоксидантная стабилизирующая система, присутствующая в образце для испытания, препятствует окислению при выдержке образца в изотермическом режиме при заданной температуре или его нагревании с постоянной скоростью в атмосфере кислорода. Время окислительной индукции представляет собой оценку уровня (или степени) стабилизации испытуемого материала.

Время окислительной индукции может указывать на эффективность антиоксиданта, присутствующего в образце для испытаний. Результаты измерений времени окислительной индукции для разных материалов приведены на рис. 5 и в таблице.

«ПК Контур» предлагает решение

Анализ имеющейся информации и полученные в процессе проведенных испытаний результаты говорят о необходимости использования специальной водоподготовки в ИТП или переходе внутренней системы трубопроводов на трубные материалы, устойчивые к растворенным газам, таким как хлор и кислород.

Для увеличения срока службы стояков ГВС предлагается использовать трубы из PE-RT. Компания «ПК Контур» наладила крупносерийное производство таких продуктов под названием ThermoLine (рис. 6). Экспериментальные испытания PE-RT II-GF-труб, проведенные компанией «ПК Контур», показали повышенную устойчивость к хлору и возможность использования их для подачи горячей и холодной питьевой воды. Согласно проведенным исследованиям, эти трубы могут работать в неподготовленной воде с повышенным содержанием кислорода в три-четыре раза дольше, чем обычные ПП-трубы.

Кроме того, они обладают значительным технико-экономическим эффектом по сравнению с трубами из нержавеющей стали. Испытания в агрессивной среде подтвердили высокую стойкость антиоксидантов материала PE-RT II к хлору, что позволяет прогнозировать длительный срок службы труб при соблюдении определенных условий производства. Производители, контролирующие параметры, могут обеспечить необходимый уровень качества труб для индустрии снабжения питьевой водой.

Армированные стекловолокном PE-RT II-GF-трубы и фитинги из идентичного материала PE-RT II монтируются c использованием стандартного сварочного оборудования для PP-R.

Проведенные исследования показали, что трубы и фитинги PE-RT II способны значительно повысить срок эксплуатации трубопроводных систем в зданиях.

контур.рф
Отдел по работе с СМО
ООО «ПК КОНТУР»
тел. +7 (343) 298-00-58, доб.300