Почему полиэтиленовые трубы широко используются в проектах подземного водоснабжения?

Контент

1 Короткий ответ: почему ПЭ трубы Подходит для подземного водоснабжения
2 Основные причины, по которым полиэтиленовые трубы выбираются для подземных водопроводов
3 Как материал полиэтиленовых труб ведет себя под землей
4 Сплавленные соединения и почему они снижают риск утечек
- 4.1 Распространенные методы соединения
5 Технические характеристики полиэтиленовых труб для водоснабжения
6 Объяснение номинального давления полиэтиленовой трубы
- 6.1 Соображения по температуре и скачкам напряжения
7 Применение полиэтиленовых труб в подземном водоснабжении
8 Методы установки и практика траншеи
- 8.1 Типичная последовательность открытия траншеи
- 8.2 Бестраншейные варианты
9 Срок службы полиэтиленовых труб под землей
- 9.1 Факторы, влияющие на срок службы
10 Выбор подходящей марки полиэтиленовой трубы и SDR
- 10.1 Простой путь выбора
11 Практический контрольный список для проектов подземных полиэтиленовых труб
12 О Jiangyin Huada и поставках полиэтиленовых труб
13 ПЭ трубы Часто задаваемые вопросы

Короткий ответ: почему ПЭ трубы Подходит для подземного водоснабжения

ПЭ трубы широко используются в проектах подземного водоснабжения, поскольку они сочетают в себе герметичные сварные соединения, гибкость при движении грунта, устойчивость к коррозии, гладкое отверстие и расчетный срок службы 50 и более лет. из легкого материала, который быстро устанавливается. Каждая из этих характеристик решает проблему, с которой каждый день сталкиваются подземные водопроводы: химический состав почвы, осадка, транспортные нагрузки, скачки давления и стоимость выкапывания вышедшей из строя линии.

Материалом, обеспечивающим такое исполнение, является полиэтилен высокой плотности, чаще всего поставляемый в виде компаундов ПЭ100 или ПЭ80 серии ISO 4427 для водоснабжения. Компаунд PE100 имеет минимально необходимую прочность 10 МПа, что позволяет проектировщикам выбирать более тонкие стенки для заданного давления, чем позволяют компаунды более низкого качества. Отрезки труб можно соединять методом стыковой или электросварки в непрерывный участок, при этом соединение должно быть таким же прочным, как и стенка трубы.

В этой статье подробно описаны причины. В нем описаны поведение материала, целостность соединений, характеристики полиэтиленовых труб, номинальное давление полиэтиленовых труб, применение полиэтиленовых труб, методы установки и срок службы полиэтиленовых труб, а также диаграммы и таблицы, которые упрощают сравнение цифр.

Основные причины, по которым полиэтиленовые трубы выбираются для подземных водопроводов

Владельцы проектов, коммунальные предприятия и инженеры-проектировщики обычно называют одни и те же причины, когда их спрашивают, почему они выбирают полиэтиленовые трубы для подземных работ. В приведенном ниже списке они сгруппированы по проблемам, которые каждый из них решает.

Коррозионное поведение: полиэтилен не ржавеет и не нуждается в защитном покрытии или подкладке, поэтому агрессивные или переменные загрязнения мало влияют на стену.
Сплавленные соединения: термоплавление создает однородное соединение, что уменьшает количество потенциальных путей утечки вдоль линии.
Гибкость: труба может изгибаться по плавной кривой и выдерживать движение почвы, не растрескиваясь.
Легкий вес: Плотность около 0,95 г/см3 означает, что бригады могут обрабатывать грузы многих размеров с помощью легкого оборудования, а также эффективно транспортировать грузы большой длины.
Гладкий ствол: В ссылках на проектирование PPI обычно используется коэффициент C Хейзена-Вильямса, равный 150, и внутренняя стенка не становится шероховатой из-за коррозии с течением времени.
Бестраншейная совместимость: Горизонтально-направленное бурение, разрыв труб и скользящая облицовка — все это подходит для полиэтиленовых труб, что снижает разрушение поверхности.
Длительный срок службы: Номинальные значения давления по стандарту ISO 4427 основаны на расчете на 50 лет при температуре 20 градусов Цельсия.
Устойчивость к скачкам напряжения: относительно низкий модуль упругости полиэтилена снижает скорость волн давления, что уменьшает размер скачков напряжения по сравнению с более жесткими материалами.

Как материал полиэтиленовых труб ведет себя под землей

Под землей водопровод живет в суровых условиях. Он выдерживает внутреннее давление, поддерживает нагрузку на почву и движение транспорта сверху, находится в контакте с грунтовыми водами, минералами и микробами. Поведение полиэтилена в этих условиях объясняет большую часть его успеха в этой области.

Устойчивость к почве и грунтовым водам

Полиэтилен – неполярный углеводородный полимер. Он не вступает в реакцию с солями, кислотами и щелочами, обычно встречающимися в природных почвах, и не поддерживает электрохимическую коррозию. Для подземных линий это устраняет необходимость в системах катодной защиты, внешней обертке и внутренней облицовке, что снижает как сложность конструкции, так и необходимость долгосрочных проверок.

Гибкость и движение по земле

Почва редко бывает стабильной. Сезонные изменения влажности, раскопки поблизости и небольшие осадки – все это приводит к небольшим перемещениям вдоль трубопровода. Полиэтиленовая труба имеет низкий модуль упругости и высокую деформационную способность, поэтому она эластично следует за этими движениями. В Справочнике PPI по полиэтиленовым трубам и AWWA M55 описывается конструкция гибкой трубы, в которой почва вокруг трубы несет часть нагрузки, а труба слегка прогибается под ней. Правильная подстилка и уплотнение – вот что заставляет эту систему работать.

Гидравлические характеристики

Внутренняя стенка полиэтиленовой трубы гладкая и остается гладкой, поскольку в ней не образуются продукты коррозии. Поэтому пропускную способность при заданном диаметре легче прогнозировать на протяжении десятилетий эксплуатации. Более низкие потери на трение также могут позволить использовать насосы меньшего размера или снизить энергию перекачки, что имеет значение на более длинных линиях электропередачи.

Медленный рост трещин и повышение прочности.

Современные соединения PE100 представляют собой бимодальные смолы, что означает, что они сочетают в себе прочную кристаллическую фракцию с более жесткой фракцией, противостоящей росту трещин. Такая конструкция является причиной того, что PE100 может быть рассчитан на более высокие нагрузки, сохраняя при этом хорошую устойчивость к точечным нагрузкам от камней в траншеи. Использование песчаной подстилки, как показано далее в этой статье, еще больше снижает риск точечного контакта.

Типичные справочные значения для материалов полиэтиленовых водопроводных труб. Источники: серия ISO 4427 и Справочник PPI по полиэтиленовым трубам.
Недвижимость	Типичное значение	Почему это важно под землей
Плотность	Около 0,95 г/см3	Более простое обращение и меньшая транспортная нагрузка
МРС, ПЭ100	10 МПа	Более высокая способность давления у данной стенки
МРС, ПЭ80	8 МПа	Подходит для работы в условиях умеренного давления
Расчетное напряжение, PE100/PE80	8 МПа / 6.3 MPa	На основе расчетного коэффициента 1,25.
Хейзен-Уильямс К	Около 150	Гладкий канал снижает потери на трение
Линейное тепловое расширение	Около 0,2 мм на метр на градус Цельсия.	Учитывается на длинных открытых трассах и в точках входа.

Сплавленные соединения и почему они снижают риск утечек

Во многих подземных сетях стыки являются наиболее частым местом возникновения утечек. PE Pipe решает эту проблему напрямую посредством термосварки. Во время стыковой сварки концы труб нагреваются против пластины, сжимаются под контролируемым давлением и охлаждаются на месте. Две трубы становятся одним непрерывным куском материала. При электросварке муфта или седло со встроенной нагревательной проволокой расплавляет поверхности соединения.

В результате получается трубопровод, который можно спроектировать без упорных блоков на многих фитингах, поскольку сплавленные соединения сопротивляются выдергиванию. Это также означает, что можно приварить длинный участок земли рядом с траншеей, а затем опустить его на место, что сокращает время, в течение которого траншея остается открытой.

Распространенные методы соединения

Стыковое слияние: обычно используется для прямых участков большего диаметра, где трубы и фитинги имеют одинаковую толщину стенок.
Электросварка: подходит для ремонта, врезки, нарезания резьбы в седлах и в ограниченном рабочем пространстве.
Механические соединения: используется для подключения к другим системам и для быстрого ремонта с ограничением, обеспечиваемым конструкцией муфты.

Качество сварки зависит от оператора, оборудования и процесса. Отслеживание параметров сварки в процессе изготовления труб и запись каждого соединения являются обычной практикой в хорошо реализованных проектах.

Технические характеристики полиэтиленовых труб для водоснабжения

Понимание технических характеристик полиэтиленовых труб начинается с двух чисел: номинального наружного диаметра, обозначаемого как dn, и стандартного соотношения размеров, обозначаемого как СДР. СДР — это внешний диаметр, разделенный на толщину стенки. Меньший SDR означает более толстую стенку и более высокий класс давления. Поскольку соотношение фиксировано в пределах одного SDR, одинаковое номинальное давление применяется для всех размеров, что упрощает конструкцию.

Размерный ряд и формат поставки

Водопроводные трубы из полиэтилена обычно производятся с наружным диаметром от 20 до 1000 мм и выше. Меньшие размеры обычно поставляются в бухтах, а большие размеры - в прямых отрезках, например, 6 метров или 12 метров. Катушки уменьшают количество соединений на линиях обслуживания, а прямые длины подходят для сетей, проложенных методом стыковой сварки.

Толщина стены с первого взгляда

Толщина стенки для данного диаметра определяется формулой e = dn, разделенной на SDR и округленной до стандартного значения. На приведенной ниже диаграмме показана толщина стенки полиэтиленовой трубы диаметром 110 мм стандартной серии SDR.

Толщина стенки в мм для полиэтиленовой трубы диаметром 110 мм производства SDR. Значения рассчитаны по формуле e = dn/SDR и округлены до стандартных размеров.

Как толщина стенки увеличивается с диаметром

При фиксированном SDR стенка растет пропорционально диаметру. На линейной диаграмме показана полиэтиленовая труба SDR 17, обычно выбираемая для водопроводов с номинальным давлением PN10 из PE100.

Толщина стенки в мм относительно номинального диаметра для полиэтиленовой трубы SDR 17 на основе стандартных размеров ISO 4427.

Ключевые моменты, которые необходимо подтвердить в спецификации

Марка материала, например PE100 или PE80.
Номинальный диаметр и SDR с результирующим классом PN.
Длина и формат подачи: катушка или прямая.
Цветная или полосатая идентификация использования питьевой воды.
Стандарт продукции, в соответствии с которым изготовлена труба, например, серия ISO 4427.
Соответствующие фитинги одного и того же SDR для сварки.

Объяснение номинального давления полиэтиленовой трубы

Номинальное давление полиэтиленовой трубы выражается в PN, номинальном давлении воды в барах при 20 градусах Цельсия. Труба PN10 рассчитана на рабочее давление 10 бар, это около 1 МПа. Отношения, используемые в серии ISO 4427:

ПН = 20 х МРС / (С х (СДР - 1)) , где C — расчетный коэффициент, обычно не менее 1,25 для воды.

Для PE100 при цене 17 SDR это дает 20 x 10 / (1,25 x 16), что соответствует 10 бар. Для PE100 при SDR 11 это дает 16 бар. Расчет показывает, почему помогает смола более высокого качества: та же стенка выдерживает большее давление или более тонкая стенка может выдерживать такое же давление.

Классы давления по SDR для водопроводных труб PE100 и PE80 при 20 градусах Цельсия с C = 1,25, рассчитанные по соотношению ISO 4427.
SDR	ПЭ100 Ру (бар)	ПЭ80 Ру (бар)	Стена Ду 110 (мм)
41	4	3.2	2.7
33	5	4	3.4
26	6	5	4.2
21	8	6	5.3
17	10	8	6.6
13.6	12.5	10	8.1
11	16	12.5	10.0

Класс давления PE100 в барах по SDR при 20 градусах Цельсия.

Соображения по температуре и скачкам напряжения

Приведенные выше значения PN относятся к воде при температуре 20 градусов Цельсия. При более высоких температурах воды допустимое давление снижается с использованием коэффициента переоценки, который указывается производителем труб или в справочнике PPI. Конструкторы также проверяют скачок давления. Поскольку полиэтилен имеет низкий модуль упругости, волны давления распространяются медленнее и часто меньше, чем в более жестких системах, но проверка по-прежнему является частью обычной практики проектирования перекачиваемых магистралей.

Применение полиэтиленовых труб в подземном водоснабжении

Применение полиэтиленовых труб охватывает практически все этапы водопроводной сети, от выхода очистных сооружений до подключения к потребителю. Ниже описаны наиболее распространенные варианты использования.

Муниципальные распределительные сети

Городские магистрали диаметром от 110 мм до 630 мм часто прокладывают из PE100 по цене 17 или 11 SDR. Непрерывные плавленые линии уменьшают количество стыков под дорогами, где ремонтные работы мешают.

Сервисные соединения

Полиэтиленовые трубы малого диаметра в бухтах проходят от магистрали до границы участка. Большая длина змеевика означает, что одна труба часто может доходить от седла для отвода до измерительной коробки без какого-либо промежуточного соединения.

Сельское и деревенское снабжение

Длинные линии электропередачи, проходящие по открытой местности, выигрывают от легкого веса и большой длины. Бригады могут сваривать участки рядом с трассой и затаскивать их в траншею, что подходит для проектов с ограниченным доступом к оборудованию.

Промышленная и техническая вода

Заводы, шахты и университетские городки используют подземные полиэтиленовые линии для охлаждающей воды, технической воды и воды для пожаротушения, где химическое воздействие в почве и воде может сократить срок службы других материалов.

Переходы и бестраншейный монтаж

Переправы через реки, дороги и железные дороги часто выполняются с помощью горизонтально-направленного бурения. ПЭ-труба подходит для этого метода, поскольку она достаточно гибкая, чтобы повторять путь отверстия, а ее сварные соединения воспринимают тянущее усилие.

Реабилитация существующих линий

Скользящая облицовка помещает полиэтиленовую трубу меньшего размера внутрь старой основной трубы, а при разрыве трубы старая линия заменяется новой полиэтиленовой трубой такого же или большего размера по тому же маршруту. Оба метода сокращают объемы земляных работ на застроенных территориях.

Зоны с движением грунта

В регионах с осадочными грунтами, просадками горных работ или сейсмической активностью часто предпочитают гибкие плавленые линии, поскольку они могут выдерживать движение без разделения соединений.

Методы установки и практика траншеи

Эксплуатационные характеристики полиэтиленовых труб под землей зависят не только от самой трубы, но и от ее установки. Хорошо подготовленная траншея равномерно поддерживает трубу и удерживает точечные нагрузки от стены. На изометрической диаграмме ниже показано типичное заглубленное поперечное сечение.

Изометрический вид заглубленной полиэтиленовой трубы с песчаной подсыпкой, уплотненной засыпкой и естественной почвой с обеих сторон. Не в масштабе.

Типичная последовательность открытия траншеи

Выкопайте траншею на расчетную глубину и ширину с устойчивым основанием без выступов камней.
Положите слой песка или мелкозернистого материала и выровняйте его так, чтобы труба лежала по всей длине.
Сварите секции трубы рядом с траншеей, осмотрите швы и запишите данные сварки.
Опустите трубу в траншею без резких изгибов, используя стропы из полиэтилена.
Укладывайте боковую засыпку слоями и равномерно утрамбовывайте ее с обеих сторон, ведь часть нагрузки несет на себе почва вокруг трубы.
Добавьте первоначальное покрытие над кроной, затем завершите засыпку слоями до уровня земли.
Проведите испытание давлением, следуя методу, указанному в спецификации проекта, с учетом вязкоупругого поведения полиэтилена во время испытания.
Перед вводом в эксплуатацию промойте и продезинфицируйте линию.

Бестраншейные варианты

Горизонтально-направленное бурение подходит для пересечений и длинных трасс, где необходимо ограничить разрушение поверхности. Разрыв труб и скольжение футеровки подходят для замены или обновления существующих трасс. Во всех трех случаях труба устанавливается под напряжением, поэтому перед началом тяги необходимо уточнить у производителя предел тягового усилия для выбранного SDR. Радиус изгиба также имеет значение: обычно упоминаемые рекомендации варьируются примерно в 20–35 раз больше наружного диаметра в зависимости от толщины стенки и температуры.

Срок службы полиэтиленовых труб под землей

50 лет и более

Срок службы полиэтиленовых труб привязан к проектным основам стандарта ISO 4427, который определяет давление в течение 50 лет при температуре 20 градусов Цельсия. Источники в отрасли, такие как Институт пластиковых труб, обсуждают срок службы более 50 лет, когда условия эксплуатации остаются в расчетных пределах. Фактический срок службы зависит от рабочего давления, температуры, качества монтажа и химического состава воды.

Факторы, влияющие на срок службы

Эксплуатационный стресс: работа при давлении значительно ниже номинального оставляет запас против долгосрочного стресса.
Температура: устойчиво высокие температуры воды снижают долговременную прочность любой полиэтиленовой трубы.
Точечная загрузка: камни, неравномерная подсыпка и плохое уплотнение создают локальные напряжения на стене.
Всплеск событий: повторяющиеся большие волны давления добавляют усталостное напряжение, поэтому управление насосом и время закрытия клапана имеют значение.
Дезинфицирующее воздействие: При выборе смесей учитывается уровень хлора и хлорамина в питьевой воде, и для этой цели в состав современных водных смесей PE100 входят стабилизаторы.
УФ-облучение перед захоронением: трубы, хранящиеся на открытом воздухе в течение длительного времени, обычно накрываются, даже если черные или полосатые водопроводные трубы содержат стабилизаторы.

Поскольку труба не подвергается коррозии, толщина стенки, доступная в конце срока службы, намного ближе к стене, установленной в первый день. Это ключевое отличие в планировании срока службы заглубленных полиэтиленовых труб.

Выбор подходящей марки полиэтиленовой трубы и SDR

Выбор между PE100 и PE80 зависит от давления, диаметра и требований к обращению. PE100 позволяет получить более тонкую стенку при том же давлении, что увеличивает внутренний диаметр и пропускную способность. PE80 немного более гибок при том же SDR и используется в условиях умеренного давления. Радарная диаграмма показывает качественное сравнение по пятибалльной шкале.

Наглядное редакционное сравнение по пятибалльной шкале. Он показывает относительные тенденции и не является измеренными данными испытаний.

Простой путь выбора

Определите максимальное рабочее давление, включая допуск на помпаж.
Выберите марку и SDR, которые соответствуют этому давлению при самой высокой ожидаемой температуре воды.
Проверьте внутренний диаметр на соответствие требуемому расходу и приемлемой скорости.
Подберите метод установки, поскольку при вытяжной установке требуется больше внимания к толщине стены и пределам растяжения.
Подтвердите наличие фитинга в том же SDR для соединения сваркой.

Практический контрольный список для проектов подземных полиэтиленовых труб

В приведенном ниже контрольном списке собраны методы, которые опытные подрядчики и инженеры коммунальных предприятий обычно применяют в проектах по водоснабжению из подземного полиэтилена.

Подтвердите маркировку труб при доставке: сорт, SDR, диаметр, стандарт и производственную партию.
Храните трубу на ровной поверхности, поддерживая ее по всей длине, и не допускайте контакта катушек с острыми краями.
Используйте обученных операторов термоядерного синтеза и калиброванное оборудование и ведите совместный учет.
Удалите камни из подстилки и исходного материала засыпки.
Уплотните боковую засыпку слоями, сохраняя одинаковое давление с обеих сторон трубы.
Отметьте маршрут предупреждающей лентой над трубой и добавьте трассирующий провод в тех местах, где необходимо определить местоположение.
Перед окончательными соединениями дайте трубе достичь температуры земли, поскольку она расширяется и сжимается в зависимости от температуры.
Испытание под давлением в соответствии с указанным методом, затем промывка и дезинфекция.
Запишите исходные позиции, чтобы в будущем можно было найти линию.

О Jiangyin Huada и поставках полиэтиленовых труб

Компания Jiangyin Huada была основана в 2003 году и является новатором в индустрии пластиковых труб, объединяя профессиональные исследования и разработки, производство, тестирование и продажу продукции и аксессуаров. От индивидуального проектирования и производства до закупок, установки и послепродажного обслуживания — компания предоставляет клиентам комплексный комплексный подход.

Система продукции является полной и разнообразной, продукция экспортируется в более чем 30 стран и регионов, включая Западную Европу, Восточную Африку, Юго-Восточную Азию, Северную Америку и Ближний Восток. Трубы подтверждены независимыми отчетами об испытаниях сторонних организаций. Компания завершила множество проектов высокого уровня в стране и за рубежом, в том числе Атомную электростанцию в Бангладеш, Бельгийскую трубопроводную сеть телекоммуникаций и пекинский аэропорт Дасин.

В области подземного водоснабжения этот опыт помогает проектным группам подобрать марку полиэтиленовых труб, SDR и фитинги в зависимости от условий эксплуатации, от небольших инженерных сетей до магистралей большого диаметра.

ПЭ трубы Часто задаваемые вопросы

Что такое полиэтиленовая труба?

ПЭ труба – это труба, изготовленная из полиэтилена, термопластичного полимера. Для водоснабжения его обычно изготавливают из компаундов ПЭ100 или ПЭ80 и соединяют термосваркой в непрерывную линию.

Что означает PE в трубах?

PE означает полиэтилен. Числа PE100 и PE80 относятся к марке материала, основанной на минимально необходимой прочности 10 МПа и 8 МПа соответственно.

Для чего используются полиэтиленовые трубы?

Применение полиэтиленовых труб включает муниципальные водопроводы, инженерные коммуникации, сельские линии водоснабжения, промышленные технологические воды, бестраншейные переходы и обновление существующих линий путем прокладки футеровки или разрыва труб.

Какой стандартный размер полиэтиленовой трубы?

Водопроводные трубы из полиэтилена обычно изготавливаются с наружным диаметром от 20 до 1000 мм и более. Общие классы давления основаны на значениях SDR, таких как 17 и 11, которые соотносят толщину стенки с диаметром.

Как рассчитать толщину стенки полиэтиленовой трубы?

Разделите номинальный внешний диаметр на SDR и округлите до стандартного значения. Например, труба диаметром 110 мм по SDR 17 имеет стенку около 6,6 мм.

Каково номинальное давление полиэтиленовой трубы?

Номинальное давление полиэтиленовой трубы зависит от марки и SDR. Для PE100 SDR 17 соответствует PN10, а SDR 11 - PN16 при 20 градусах Цельсия, исходя из расчетного коэффициента 1,25.

Как долго полиэтиленовые трубы служат под землей?

Номинальные значения давления согласно ISO 4427 рассчитаны на 50 лет при температуре 20 градусов Цельсия, а отраслевые источники говорят о более длительном сроке службы при подходящих условиях. Рабочее давление, температура и качество монтажа влияют на результат.

Как соединить полиэтиленовые трубы под землей?

Обычными методами являются стыковая сварка для соединений труб и электросварка для муфт и седел. Механические соединения используются там, где необходимо подключение к другой системе.

Можно ли проложить полиэтиленовую трубу без открытых траншей?

Да. Горизонтально-направленное бурение, разрыв труб и скользящая облицовка являются распространенными бестраншейными методами изготовления полиэтиленовых труб, поскольку материал гибкий, а сварные соединения могут выдерживать растягивающие нагрузки.