Температурные параметры пластиковых труб: как тепло влияет на давление и безопасность

На каждой пластиковой трубе есть два числа, которые определяют, безопасна ли установка: давление, которое она должна выдерживать, и температура, при которой это давление измеряется. Переместите второе число, и первое изменится. Эта взаимосвязь объясняет, почему линия, которая отлично работает с холодной водопроводной водой, может выйти из строя в стояке с горячей водой и почему маркировка PN20 никогда не обещает 20 бар при любой температуре, выбранной проектировщиком.

Понимание температурных показателей пластиковых труб заключается не столько в запоминании таблиц, сколько в знании того, как термопласты ведут себя при нагревании. Логика одинакова для ПВХ, ХПВХ, ПЕКС, ПП-Р, ПП-РКТ, ПЭ-РТ и HDPE, поэтому, зная правила, вы можете с уверенностью читать технические данные практически любого производителя.

Что на самом деле означает температурный рейтинг

Номинальная температура не является единственным пределом. Это контрольная точка, обычно 23°С (73°Ф) в практике Северной Америки и 20°С в документах ISO и AS/NZS, при которой трубе назначается рабочее давление на определенный срок службы. Например, ожидается, что труба, обозначенная как PN16, выдержит постоянное внутреннее давление 16 бар в течение 50 лет, пропуская воду при ее базовой температуре.

Повысьте температуру, и материал станет мягче на молекулярном уровне. Полимерные цепи легче скользят друг по другу, поэтому напряжение, при котором труба в конечном итоге разрывается, снижается. Инженеры фиксируют это, используя долговременную гидростатическую прочность, экстраполированную на 50 лет по результатам ускоренных испытаний. В результате получается кривая, а не число, и стандарт, над которым вы работаете, определяет, как эта кривая станет допустимым расчетным давлением, включая коэффициент безопасности. В системах горячего водоснабжения обычно используются меньшие коэффициенты запаса, чем в системах холодного водоснабжения, но допустимое давление все равно падает при повышении температуры.

Из этого следуют два практических следствия. Во-первых, одна и та же труба может продаваться с несколькими номинальными значениями давления, каждый из которых привязан к разной температуре. Во-вторых, рейтинг действителен только для жидкости и условий эксплуатации, для которых он был написан.

Краткий обзор температурных ограничений

Разные пластики по-разному переносят тепло. В таблице ниже указана общая территория, которую занимает каждая семья. Относитесь к этому как к карте, а не как к спецификации, поскольку толщина стены, марка соединения, метод соединения и руководящие стандарты — все это меняет окончательные цифры.

Разрыв между ПВХ и ХПВХ является наиболее яркой иллюстрацией. Оба являются виниловыми соединениями, но ХПВХ содержит в своей структуре больше хлора, что повышает температуру размягчения настолько, что позволяет использовать горячую воду со снижением характеристик. Например, трубки из ХПВХ в SDR 11 обычно публикуются при давлении 400 фунтов на квадратный дюйм при 73 ° F, но только около 100 фунтов на квадратный дюйм при 180 ° F. Это единственное сравнение говорит о температурных рейтингах больше, чем любое определение.

Почему давление падает с повышением температуры

Как только вы признаете, что сила снижается с повышением температуры, следующий вопрос — насколько. Ответ можно найти в опубликованных коэффициентах снижения номинальных характеристик. Для полиэтиленовых труб ISO 4427 и AS/NZS 4130 предусматривают коэффициенты, превышающие контрольную точку 20°C; для PP-R и PP-RCT аналогичную работу выполняют стандарты DIN 8077, DIN 8078 и ISO 15874. Картина всегда одинакова: умеренные потери в диапазоне от 30°C до 40°С, более резкие потери при температуре выше 50°С.

Стоит повторить два предостережения. Коэффициенты снижения номинальных характеристик применяются к расчетному давлению, а не к пиковому давлению, которое может кратковременно возникнуть в системе во время запуска насоса или гидравлического удара. А температурный рейтинг — это рейтинг системы: длина трубы, рассчитанная на непрерывную эксплуатацию при температуре 70°C, эффективна ровно настолько, насколько хороши соединенные с ней фитинги, соединения и клапаны. Соединения термосваркой PP-R и HDPE, как правило, такие же прочные, как и сама стенка трубы, что является одной из причин, по которой эти материалы так широко используются в системах с горячей водой и в подземных сооружениях, но резьбовые переходы и механические компоненты по-прежнему необходимо проверять на соответствие той же температуре.

Горячая вода: где подходят PP-R и PP-RCT

Для систем горячего водоснабжения и отопления рандом-сополимер полипропилена стал привычным выбором в Европе, Азии и на Ближнем Востоке. Он выдерживает непрерывную эксплуатацию при температуре около 70°C с короткими отклонениями до температуры примерно до 95°C, устойчив к образованию накипи, а его сварные соединения устраняют самое слабое место в механически соединенной системе.

PP-RCT развивает ту же идею дальше. Кристалличность материала изменяется во время полимеризации, создавая более тонкую кристаллическую структуру и значительно более высокую долговременную прочность при повышенной температуре. На практике проектировщик может либо сохранить толщину стенки и увеличить давление на уровне 70°C, либо сохранить давление и использовать более тонкую стенку. Производители продолжают развивать это семейство компаундов, и полученные марки сохраняют большую эффективность при работе с горячей водой, чем стандартный PP-R. То же самое применимо к каждому компоненту контура: колена, тройники, муфты и клапаны должны иметь одинаковую температуру трубы, в противном случае номинал трубы является только теоретическим.

Труба PPRCT для высокотемпературных систем горячего и холодного водоснабжения Трубы из PP-RCT с соответствующими фитингами обеспечивают более высокую долговременную прочность при повышенных температурах, поэтому стоит пересмотреть их, когда характеристики давления горячей воды влияют на график труб. Посмотреть продукт →

Если основным проектным вариантом является подача горячей воды постоянной температуры, об этом следует поговорить с вашим поставщиком до того, как будет установлен график трубопроводов. Наша собственная работа над высокотемпературный, устойчивый к давлению материал PPR идет именно по этому пути.

Холодные сети, подземные линии и дренаж

ПЭВП ведет себя иначе, чем полипропилен, и эта разница имеет значение, когда вы читаете температурный диапазон. PE100 обычно рассчитан на температуру 20°C и редко выбирается для горячей воды, но он отлично подходит для подземных водопроводов, канализации и дренажа, сельских водопроводных сетей и подземных работ большого диаметра. При температуре примерно выше 30°C допустимое давление начинает падать, поэтому проектировщикам, работающим в теплом климате или на промышленных водоотводах, необходимо применять понижающие коэффициенты, а не номинальное значение.

Водопроводные трубы HDPE PE100 для муниципального и подземного применения Трубы из полиэтилена высокой плотности PE100 подходят для подземных водопроводов, канализационных сетей и сетей большого диаметра, где требуется устойчивость к коррозии, гибкие сварные соединения и снижение номинальных характеристик при температуре выше 30°C. Посмотреть продукт →

Там, где линия из полиэтилена высокой плотности проходит над землей под сильным солнечным светом, тепловое расширение и воздействие ультрафиолета заслуживают такого же внимания, как и номинальное давление. Расстояние между опорами и расширительными петлями обычно имеют большее значение, чем число, указанное на трубе.

Рейтинги принадлежат всей системе

Подающие трубы из PP-R наглядно иллюстрируют эту мысль. Однослойная труба из PP-R рассчитана как на холодную, так и на горячую питьевую воду в пределах своего температурного диапазона, а ее номинальное давление при 70°C будет составлять долю от значения 20°C. Такое же снижение номинальных характеристик необходимо применить ко всем последующим деталям: резьбовым соединениям, переходным тройникам, штуцерам и шаровым кранам. Если уплотнение клапана рассчитано на температуру 60°C, а труба рассчитана на температуру 70°C, то номинал системы составляет 60°C, что бы ни было указано на этикетке трубы.

Однослойная труба ППР для горячего и холодного водоснабжения Экономичная однородная труба из PP-R для горячей и холодной питьевой воды и отопления, в которой соответствующие фитинги с пониженными номинальными характеристиками определяют практический температурный диапазон системы. Посмотреть продукт →

Вот почему с поставщиками, которые производят трубы и фитинги в рамках одной системы качества, легче работать. Единая таблица давления и температуры, охватывающая всю сборку, позволяет избежать догадок, которые возникают, когда трубы и фитинги поступают из разных источников.

Распространенные ошибки при чтении температурного рейтинга

• Предполагается, что напечатанное значение давления применимо для каждой температуры, а не только для эталонной температуры.
• Смешивание стандартов, например сравнение температуры 73°F с кривой 20°C без предварительного преобразования.
• Проектирование с расчетом на разрывное значение вместо долгосрочного расчетного напряжения, используемого для 50-летнего срока службы.
• Игнорирование кратковременных пиков, таких как пастеризация, повышение температуры или солнечный нагрев открытых линий.
• Проверка трубы, а не клапанов, штуцеров и резьбовых переходов.
• Повторное использование материала для холодной воды в линии горячего водоснабжения, поскольку трубы на месте выглядят одинаково.

Практический контрольный список, прежде чем сделать выбор

1. Подтвердите реальную максимальную постоянную рабочую температуру, а не уставку котла.
2. Обратите внимание на любую пиковую температуру и продолжительность ее продолжительности.
3. Преобразуйте требуемое давление в эталонную температуру материала.
4. Примените коэффициент снижения номинальных характеристик из действующего стандарта.
5. Убедитесь, что трубы, фитинги и клапаны имеют одинаковую температуру.
6. Убедитесь, что приложение разрешено местным законодательством.
7. Попросите производителя предоставить письменную таблицу давления и температуры для конкретного продукта.

Shanghai Zhongsu Pipe Co., Ltd. производит трубы и фитинги из PPR, PP-RCT, PE-RT и HDPE в Шанхае с 2004 года. Наши трубы производятся из полностью импортного сырья, проходят испытания в национальной лаборатории, аккредитованной CNAS, и поставляются в соответствии с сертифицированными системами ISO 9001, ISO 14001 и OHSAS 18001. Если вы сравниваете характеристики стояка горячей воды, контура подогрева пола или подземного водопровода в сельской местности, пришлите нам рабочую температуру и давление, и мы вместе с вами рассмотрим снижение характеристик, компонент за компонентом.