Свойства полиэтиленовых труб: стойкость и условия работы
Практическая задача: Найти вещество и концентрацию, прочитать оценки химической стойкости и подготовить данные для проверки узла.
Для начала полезно прочитать: Полиэтилен для труб и фитингов: MRS и свойства.
Свойства полиэтилена объясняют, как материал реагирует на химическую среду, нагрев, механическую нагрузку и электрическое воздействие. При выборе трубы или фитинга эти свойства сопоставляют с условиями работы. Для собранного узла также проверяют соединения, уплотнения и нагрузки; допустимый радиус холодного изгиба устанавливают для самой трубы.
Ниже приведены определения свойств, справочные оценки и примеры их применения. Допустимое применение готовых изделий устанавливают по их документации. Числовые зависимости давления и перемещений разобраны в статье о расчёте трубопровода.
Истирание
Поток с твёрдыми частицами постепенно изнашивает внутреннюю поверхность трубы. Смесь жидкости и взвешенных твёрдых частиц называют суспензией. Такие потоки встречаются, например, при транспортировании шлама. Износ оценивают для фактического состава смеси и режима движения.
Для оценки собирают пять групп данных:
- Плотность переносимых твёрдых частиц.
- Их содержание в суспензии.
- Форму, твёрдость и размер частиц.
- Скорость потока.
- Марку материала и геометрию трубы и фитингов.
На поворотах и в других местах изменения направления потока износ может отличаться от прямого участка. Результаты сравнительных испытаний сопоставляют при одинаковых условиях воздействия; по ним оценивают относительное поведение материалов.
Химическая стойкость
Полиэтилен устойчив ко многим водным растворам и не подвержен электрохимической коррозии. При оценке среды также учитывают окисление, поглощение веществ материалом, набухание и растрескивание под напряжением. Значение имеют точный химический состав, концентрация, температура и продолжительность контакта.
Например, органические жидкости могут проникать в полиэтилен и изменять его свойства. Для кислот и щелочей существенны конкретное вещество, концентрация и окислительная активность. Для смеси рассматривают совместное воздействие её компонентов.
Химическая стойкость, проницаемость и длительная прочность под нагрузкой описывают разные стороны работы изделия. Отдельные вещества могут проходить через стенку без её видимого разрушения; поглощение вещества или растрескивание под напряжением может изменить работоспособность напорной трубы. Поэтому оценка ненагруженного образца не заменяет проверку трубы и соединения при рабочих нагрузках.
Среду рассматривают с обеих сторон стенки: внутри — рабочее вещество и возможные жидкие примеси, снаружи — грунт, грунтовую воду и загрязнения. Проникновение загрязнителя из грунта может влиять на качество воды. Защитная оболочка от механических повреждений не обязательно служит химическим барьером; свойства слоёв трубы, соединений и уплотнений проверяют совместно. Оценка стойкости ПЭ к веществу не подтверждает санитарную пригодность изделия или его газовое назначение.
Что указать о рабочей среде
Среда
Химическое наименование, состав смеси, концентрации компонентов и фазовое состояние. Отдельно описывают контакт снаружи трубы.
Температура
Рабочий диапазон, промывка, дезинфекция и другие предусмотренные режимы. Кратковременный контакт и постоянную работу рассматривают отдельно.
Нагрузка и время
Давление, продолжительность контакта, длительность работы, внешние механические воздействия и напряжения от закрепления или сборки.
Весь узел
Материалы трубы, фитинга, арматуры и уплотнений. Назначение для питьевой воды или газа проверяют при подборе изделия.
Справочник химической стойкости
Справочник содержит 151 запись о стойкости ПЭ при 21 и 60 °C. Найдите вещество и проверьте указанную концентрацию. Оценка описывает материал; допустимое давление и срок службы собранного узла определяют отдельно для условий его работы.
Оценки в текущей выборке
Количество записей151 запись
Азотная кислота <50%21 °CS60 °CO
<50%
Акриловые эмульсии21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Это название смеси или группы продуктов. Состав конкретного продукта может отличаться; его проверяют отдельно.
Анилин 100%21 °CS60 °CNA
100%
Бензолсульфокислота21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Бикарбонат калия насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Бисульфат натрия21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Бисульфид кальция21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Борат калия 1 %21 °CS60 °CS
1 %
Бром жидкий 100%21 °CO60 °CU
100%
Бромат калия 10%21 °CS60 °CS
10%
Бромид калия насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Бромистоводородная кислота 50%21 °CS60 °CS
50%
Бромистый водород 10%21 °CS60 °CS
10%
Бромная кислота 10%21 °CS60 °CS
10%
Бутандиол 10%21 °CS60 °CS
10%
Бутандиол 100%21 °CS60 °CS
100%
Бутандиол 60%21 °CS60 °CS
60%
Бутилацетат 100%21 °CO60 °CU
100%
Винная кислота насыщенная21 °CNA60 °CNA
Насыщенный раствор
Висмута карбонат насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Водород 100%21 °CS60 °CS
100%
Гидроксид магния насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Гидрохинон21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Гликолевая кислота 30%21 °CS60 °CS
30%
Гликоль21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
В строке не уточнено, какой именно гликоль имеется в виду. Нельзя автоматически переносить её на любой гликоль.
Декстрин насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Декстроза насыщенная21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Дихромат натрия насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Диэтиленгликоль21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Дубильная кислота 10%21 °CS60 °CS
10%
Калий ферри/ферроцианид21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Карбамид21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Карбонат бария насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Карбонат калия21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Карбонат кальция насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Карбонат натрия21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Концентрир. фторид алюминия21 °CS60 °CS
Концентрированная среда; числовая концентрация не указана
Концентрир. хлорид алюминия21 °CS60 °CS
Концентрированная среда; числовая концентрация не указана
Кремнефтористая кислота конц.21 °CS60 °CS
Концентрированная среда; числовая концентрация не указана
Кремниевая кислота21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Ксилол21 °CU60 °CU
Числовая концентрация не указана
Медный купорос насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Метилбромид21 °CO60 °CU
Числовая концентрация не указана
Метиленхлорид 100%21 °CU60 °CU
100%
Метилсерная кислота21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Морская вода21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Моча21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Это название смеси или группы продуктов. Состав конкретного продукта может отличаться; его проверяют отдельно.
Муравьиная кислота 100%21 °CS60 °CS
100%
Муравьиная кислота 20%21 °CS60 °CS
20%
Муравьиная кислота 50%21 °CS60 °CS
50%
Насыщ. метафосфат аммония21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Насыщ. персульфат аммония21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Насыщенная синильная кислота21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Насыщенный ацетат свинца21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Насыщенный бисульфит натрия21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Насыщенный борат натрия21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Насыщенный персульфат калия21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Насыщенный тринатрийфосфат21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Насыщенный фторид натрия21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Насыщенный хлорид меди21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Химическое исполнение соли и состав раствора уточняют: одно общее название не задаёт все возможные формы вещества.
Насыщенный хлорид олова21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Химическое исполнение соли и состав раствора уточняют: одно общее название не задаёт все возможные формы вещества.
Насыщенный хол. боракс21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Насыщенный цианид меди21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Нитрат железа насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Химическое исполнение соли и состав раствора уточняют: одно общее название не задаёт все возможные формы вещества.
Нитрат калия насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Нитрат кальция 50%21 °CS60 °CS
50%
Нитрат магния насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Нитрат меди насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Нитрат натрия21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Нитрат никеля21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Нитробензол 100%21 °CU60 °CU
100%
Олеум концентрированный21 °CU60 °CU
Концентрированная среда; числовая концентрация не указана
Отбел. р-вор гипохлорита кальция21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Перборат калия насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Перманганат калия 20%21 °CS60 °CS
20%
Перхлорат калия 10%21 °CS60 °CS
10%
Плавиковая кислота 40%21 °CS60 °CS
40%
Плавиковая кислота 60%21 °CS60 °CS
60%
Пропаргиловый спирт21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Пропиленгликоль21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Разбавленная борная кислота21 °CS60 °CS
Разбавленная среда; числовая концентрация не указана
Разбавленная щавелевая кислота21 °CS60 °CS
Разбавленная среда; числовая концентрация не указана
Разбавленный медный купорос21 °CS60 °CS
Разбавленная среда; числовая концентрация не указана
Разбавленный хлорид алюминия21 °CS60 °CS
Разбавленная среда; числовая концентрация не указана
Раствор крахмала насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Ртутный хлорид21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Серная кислота <50%21 °CS60 °CS
<50%
Серная кислота 96%21 °CO60 °CU
96%
Серная кислота 98% концен.21 °CU60 °CU
98% концен.
Сернистая кислота21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Смачивающие реагенты21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Это название смеси или группы продуктов. Состав конкретного продукта может отличаться; его проверяют отдельно.
Соляная кислота 30%21 °CS60 °CS
30%
Спирты кокосового масла21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Сульфат алюминия концентрир.21 °CS60 °CS
Концентрированная среда; числовая концентрация не указана
Сульфат аммония насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Сульфат бария насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Сульфат железа21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Химическое исполнение соли и состав раствора уточняют: одно общее название не задаёт все возможные формы вещества.
Сульфат калия концентр.21 °CS60 °CS
Концентрированная среда; числовая концентрация не указана
Сульфат кальция21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Сульфат магния насыщ.21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Сульфат натрия21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Сульфат цинка насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Сульфид аммония насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Сульфид бария насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Сульфид водорода21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Сульфид калия концентр.21 °CS60 °CS
Концентрированная среда; числовая концентрация не указана
Сульфид натрия 25% до насыщ.21 °CS60 °CS
25% до насыщ.
Сульфит калия концентр.21 °CS60 °CS
Концентрированная среда; числовая концентрация не указана
Сульфит натрия насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Тетрагидрофуран21 °CO60 °CO
Числовая концентрация не указана
Тетралин21 °CU60 °CU
Числовая концентрация не указана
Трансформаторное масло21 °CS60 °CO
Числовая концентрация не указана
Это название смеси или группы продуктов. Состав конкретного продукта может отличаться; его проверяют отдельно.
Трихлоруксусная кислота 10%21 °CS60 °CS
10%
Угарный газ21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Углекислый газ 100% влажный21 °CS60 °CS
100% влажный
Углекислый газ 100% сухой21 °CS60 °CS
100% сухой
Углекислый газ холодный21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Указание «холодный» сохранено как в источнике; точный режим и состояние среды нужно уточнить.
Феррицианид натрия насыщ.21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Ферроцианид натрия21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Фосфат динатрия21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Фосфорная кислота 0–30%21 °CS60 °CS
0–30%
Фосфорная кислота 90%21 °CS60 °CS
90%
Фоторастворы21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Это название смеси или группы продуктов. Состав конкретного продукта может отличаться; его проверяют отдельно.
Фотоэмульсии21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Это название смеси или группы продуктов. Состав конкретного продукта может отличаться; его проверяют отдельно.
Фруктоза, насыщенный раствор21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Фторид аммония 20%21 °CS60 °CS
20%
Фторид калия21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Фторид меди 2%21 °CS60 °CS
2%
Фторкремниевая кислота 32%21 °CS60 °CS
32%
Хлор жидкий21 °CO60 °CU
Числовая концентрация не указана
Хлорат калия насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Хлорат кальция насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Хлорид аммония насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Хлорид бария насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Хлорид железа насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Химическое исполнение соли и состав раствора уточняют: одно общее название не задаёт все возможные формы вещества.
Хлорид калия насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Хлорид магния насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Хлорид меди насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Химическое исполнение соли и состав раствора уточняют: одно общее название не задаёт все возможные формы вещества.
Хлорид никеля насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Хлорид сурьмы21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Химическое исполнение соли и состав раствора уточняют: одно общее название не задаёт все возможные формы вещества.
Хлорид цинка насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Хлорноватистая кислота конц.21 °CS60 °CS
Концентрированная среда; числовая концентрация не указана
Хлорное железо насыщенное21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Хлороводородный газ сухой21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Хлорсульфоновая кислота 100%21 °CU60 °CU
100%
Хромат калия 40%21 °CS60 °CS
40%
Хромовая кислота 50%21 °CS60 °CO
50%
Цианид калия насыщенный21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Цианид натрия21 °CS60 °CS
Числовая концентрация не указана
Цианид ртути, насыщенный раствор21 °CS60 °CS
Насыщенный раствор
Циклогексанон21 °CU60 °CU
Числовая концентрация не указана
Совпадений нет. Уточните название или сбросьте фильтры. Отсутствие записи не означает ни стойкости, ни несовместимости материала.
Неуказанная концентрация не означает любую концентрацию. Оценки между 21 и 60 °C не интерполируют; NA — отсутствие данных. Для смеси, длительного контакта под нагрузкой, соединений и уплотнений нужны данные именно для рассматриваемого применения.
Что дополнительно учитывать для разных групп сред
Вода и водные растворы солей
Состав воды и примеси; для питьевой сети — влияние всех компонентов узла на качество воды.
Исходные данные: Солевой состав, pH, температура, давление и предусмотренная обработка воды.
Кислоты и щёлочи
Вид вещества, концентрацию и окислительную активность; у разных растворов условия совместимости различаются.
Исходные данные: Точное вещество, концентрация с указанием единиц, рабочая температура и время контакта.
Окислители и дезинфицирующие средства
Возможные окисление материала и расход стабилизирующих добавок; постоянную обработку и краткую промывку рассматривают отдельно.
Исходные данные: Действующее вещество, его содержание, pH, температура и периодичность воздействия.
Углеводороды и органические растворители
Поглощение веществ, набухание и проницаемость; возможное воздействие снаружи трубы и из рабочей среды.
Исходные данные: Состав, фазовое состояние, температура, длительность контакта и сведения о загрязнении грунта.
Теплоносители и другие смеси
Совместное действие основы и присадок. Данные по отдельному компоненту не описывают автоматически всю смесь.
Исходные данные: Полный состав, концентрации, рабочие и промывочные режимы, материалы уплотнений.
Суспензии
Химическое воздействие жидкой части и износ от твёрдых частиц.
Исходные данные: Состав, размер и содержание частиц, расход, проходное сечение и геометрия поворотов.
Механическое поведение и монтаж
Гибкость и радиус изгиба
Гибкость полиэтиленовой трубы позволяет выполнять плавные повороты в пределах допустимого радиуса. Радиус изгиба R измеряют от центра дуги до оси трубы: чем больше радиус, тем плавнее поворот. Допустимый радиус зависит от диаметра, SDR, материала и температуры.
| SDR трубы | Радиус изгиба R |
|---|---|
| 6 | R > 20 × dn |
| 7,4 | R > 20 × dn |
| 9 | R > 20 × dn |
| 11 | R > 25 × dn |
| 13,6 | R > 25 × dn |
| 17 | R > 27 × dn |
| 21 | R > 28 × dn |
| 26 | R > 35 × dn |
| 33 | R > 40 × dn |
dn — номинальный наружный диаметр. Эти справочные значения относятся к холодному изгибу прямой трубы при 23 °C. Для другой температуры условия уточняют отдельно. Отвод, муфту, фланцевый узел и сварное соединение не изгибают по этой таблице; допустимую кривизну участка с жёсткой деталью задают проект и документация компонентов.
Масса изделий и обращение с ними
Низкая плотность полиэтилена облегчает обращение с трубами. Масса погонного метра зависит от диаметра и толщины стенки; масса фитинга — от его конструкции и размера. При подготовке перевозки и подъёма учитывают фактическую массу всей плети, бухты или сборки, её длину и расположение точек опирания.
Для расчёта массы плети массу погонного метра трубы умножают на её длину, затем добавляют массы установленных фитингов и арматуры. Полученный результат используют при выборе средств перемещения и опирания. Сведения о количестве в упаковке относятся к поставке и перевозке.
Длительная работа под нагрузкой
Прочность и деформации полиэтилена зависят от продолжительности нагрузки и температуры. Результаты длительных гидростатических испытаний позволяют оценивать прочность материала во времени. Срок и условия работы системы устанавливают с учётом материала, размеров, давления, среды, соединений и внешних нагрузок.
Опорные условия классификации MRS — 20 °C и 50 лет; эта точка классификации сама по себе не устанавливает срок службы готового узла. Порядок чтения графика объяснён в статье о материале, связь SDR и давления — в статье о расчёте трубы.
Температурные и атмосферные воздействия
Солнечное излучение и наружное размещение
Солнечное излучение, нагрев и влага воздействуют прежде всего на поверхность материала. Стойкость к ультрафиолету связана с составом композиции, стабилизирующими добавками и их распределением. Для наружного хранения и надземной работы проверяют предусмотренные для конкретной продукции сроки и условия.
Солнечный нагрев меняет температуру трубы и её длину. Свободное перемещение и закрепление участка рассматривают вместе с условиями надземного монтажа.
Тепловые свойства и изменение длины
При нагреве свободная полиэтиленовая труба удлиняется. С ростом температуры меняются жёсткость и длительная прочность материала, поэтому рабочую температуру рассматривают вместе с давлением и сроком эксплуатации. Условия монтажа, сварки и последующей работы определяют для выбранных изделий.
| Характеристика | Ориентировочное значение | Практическое применение |
|---|---|---|
| Коэффициент линейного расширения | 0,15–0,20 мм/(м·К) | Оценка свободного температурного перемещения трубы; исходные данные для расчёта закреплений и компенсации. |
| Теплопроводность | Около 0,38 Вт/(м·К) | Тепловой расчёт передачи тепла через стенку с учётом её толщины и условий окружающей среды. |
Коэффициент расширения показывает изменение длины каждого метра свободной трубы при изменении температуры на 1 °C. Фактические характеристики уточняют для выбранной марки материала. При ограничении перемещения возникают усилия в трубе и опорах; возможность замерзания воды оценивают по тепловому режиму всей системы.
Поведение при нагреве и горении
Обычный полиэтилен горюч; при горении возможны расплав и горящие капли. При неполном сгорании образуется токсичный угарный газ. Размещение рядом с источниками тепла и требования пожарной безопасности учитывают в проекте.
Для подготовки сварного соединения применяют предназначенные для этой операции инструмент и оборудование. Нагрев открытым пламенем не применяют.
Электрические свойства
Полиэтилен обладает высокими электроизоляционными свойствами. Его электрическое поведение связано с составом материала, состоянием поверхности, загрязнениями и условиями воздействия. Применение изделия в качестве электрической изоляции подтверждают отдельно для соответствующей задачи.
На полиэтиленовой поверхности может накапливаться статический заряд. При работах со средами, способными воспламеняться, выполняют мероприятия электростатической безопасности по принятой технологии.
Биологические воздействия
Полиэтилен устойчив к обычному воздействию микроорганизмов. При этом качество питьевой воды, очистку и дезинфекцию системы оценивают отдельно: на внутренней поверхности трубопровода могут формироваться биоплёнки.
При наружном размещении учитывают возможные механические повреждения, в том числе со стороны животных. Обследование повреждённого участка должно установить причину и фактическое состояние стенки.
