Стеклопластиковые композитные трубы: что это такое и в каких сферах применяется

Стеклопластиковые трубы – выполненные из стеклопластика длинные пустотелые элементы с неизменным сечением, предназначенные для осуществления перемещения по ним какой-либо рабочей среды или для защиты помещаемых внутрь кабелей разного назначения. Производство в промышленных масштабах налажено с середины 1950-х годов, но подлинно широкое распространение начинается спустя два-три десятилетия.

Стеклопластиковые трубы — это универсальные изделия, нашедшие применение во многих областях строительства и промышленности

История

С середины и до конца 1980-х годов 20 века начался рост производства и применения подземных композитных труб большого диаметра. Технологические достижения в процессе намотки нитей, коррозионная стойкость и сильные рыночные факторы способствовали популярности стекловолоконной трубы. Определения того, что является трубой большого диаметра, могут варьироваться, но в целом размеры колеблются от 12 до 14 дюймов.

Композитная или стекловолоконная труба используется в широком спектре отраслей промышленности, таких как производство электроэнергии, нефтехимия и опреснение морской воды. Труба из стекловолокна устойчива к коррозии, имеет большой жизненный цикл, который зачастую превышает 30 лет, и является лучшей альтернативой стали и другим металлическим сплавам, ковкому чугуну и бетону. Согласно статистике, во всем мире работает более 60 000 км труб большого диаметра.

Читайте также: Подключить газ

Трубы на основе различных смол

В зависимости от того, какие смолы применяются для производства труб, существенно меняются их эксплуатационные характеристики.

Поэтому при выборе материалов данного класса обязательно уточняйте, какой тип стеклопластика вам предлагают:

Стеклопластик на ПЭФе

Стеклопластик на ПЭФе (полиэфирные смолы) отличается химической нейтральностью, он устойчив к воздействию различных веществ, незаменим при прокладке магистралей для нефтеперерабатывающей промышленности. Но стоит сказать о том, что данные трубы не предназначены для работы при высоких температурах (максимальная 95 градусов) и давлении (до 32 атмосфер).
Эпоксидное вяжущее, используемое при производстве стеклопластиковых труб придает им повышенную прочность. Такие стеклопластиковые трубы большого диметра способны работать при сверхвысоких давлениях (до 240 атмосфер), а температурный предел достигает 130 градусов. Еще одна особенность материала, это минимальная теплопроводность, благодаря которой отпадает необходимость в дополнительной теплоизоляции (труба практически не отдает тепло). Изделия данного класса стоят существенно дороже труб на основе ПЭФа.

Сфера применения стеклопластиковых труб

Стеклопластиковые трубы широко используются в различных отраслях промышленности и хозяйства.

Они себя отлично зарекомендовали себя в следующих сферах:

Трубопровод из стеклопластика

Нефтепромышленность, где применяются стеклопластиковые трубы для организации не только транспортировки полезных ископаемых (магистральные линии), но и для обеспечения всех технологических процессов, начиная с добычи нефти или газа.
Химическая и медицинская промышленность. Химическая нейтральность и стойкость к любым агрессивных воздействий делает материал незаменимым для транспортировки кислот, щелочей, других жидкостей и смесей.
В системе жилищно-коммунального хозяйства стеклопластиковые трубы используются для прокладки магистралей холодного и горячего водоснабжения, монтажа систем отопления.
Энергетика — в данной отрасли материал широко используется при устройстве трубопроводов, работающих под высокой нагрузкой.

Постепенно все больше увеличивается доля применения и в бытовых целях, следует рассмотреть возможность применения данного материала, ведь срок безремонтной (безаварийной) службы таких труб превышает 50 лет.

Производство труб из стеклопластика

Нас современном этапе практикуется производство стеклопластиковых труб по двум основным технологиям — центробежной формовки и непрерывной навивки.

В зависимости от количества конструктивных слоев материала могут существенно отличаться эксплуатационные характеристики:

Характеристики стеклопластиковых труб

Самыми недорогими являются простые однослойные трубы. Конструктивный слой стеклопластика не защищен дополнительными покрытиями.
Двухслойные трубы имеют внешнюю защитную оболочку, благодаря которой существенно увеличивается устойчивость изделия к ультрафиолету, воздействию различных агрессивных сред.
Трехслойные стеклопластиковые трубы имеют дополнительный силовой слой, расположенный между основным конструктивным материалом и защитной оболочкой. Такие изделия отличаются повышенной прочностью, могут эксплуатироваться при высоких внутренних и наружных давлениях. Но стоит учитывать то, что стоимость таких труб достаточно высока.

Тепловое расширение и сокращение

Труба из стеклопластика имеет разное тепловое расширение в диагональном и осевом направлении. В направлении окружности тепловое расширение примерно такое же, как у стали. Однако в осевом направлении тепловое расширение примерно в два раза больше, чем у стали.

Относительно низкий модуль упругости стекловолоконной трубы является преимуществом, которое следует учитывать при проектировании системы трубопроводов. Поскольку тепловые силы меньше, ограничительное оборудование (направляющие, анкеры) не должно быть таким же мощным и тяжелым, как для стальных трубопроводов. Существует некоторый рост из-за конечной нагрузки от давления в системе трубопроводов, но опыт показал, что это изменение длины не нужно учитывать при проектировании системы трубопроводов из стекловолокна. Системы композитных трубопроводов могут обрабатывать термические удары между максимальными номинальными рабочими температурами, если соединения труб не являются механическими.

Виды и особенности композитных труб

Трубы из композитных материалов изготавливают, используя специальное волокно, пропитанное специфичной смолой. Соответственно, выделяется несколько видов изделий в зависимости от веществ, из которых их производят:

Стекловолокно – наиболее доступный и недорогой материал, механические характеристики которого зависят от степени армирования, т.е. укладка волокон осуществляется либо вдоль оси, либо вокруг нее. Трубы можно использовать в различных сферах в зависимости от толщины стенок и набора смол, включенных в состав сырья;
Углеродное волокно – этот дорогостоящий материал не доступен для широкого круга потребителей, зато в силу высокой прочности и упругости его используют в космической сфере;
Базальтовое волокно – при его соединении с пластиком и добавлении эпоксидных смол удается получить упругую, прочную и водостойкую трубу.

Для производства композитных труб используют не только эпоксидные, но и полиэфирные, фенольные смолы. Выбор материала и методики напрямую зависит от того, в какой отрасли и при каких условиях будет использоваться трубопровод. При покупке стоит учитывать этот момент, изучая документацию на трубы.

Характерные особенности

Стекловолоконные трубы обладают следующими преимуществами:

длительный срок службы благодаря отличной стойкости к коррозии и химическому воздействию (соленая вода, CO2, H2S, растворители, термальная и масляная вода);
простота в обращении и небольшой вес (приблизительно ¼ веса стали);
требуют меньше персонала и оборудования для установки;
быстрая установка благодаря фитинговым соединениям и снижение затрат на установку;
улучшенные характеристики потока благодаря плавному внутреннему покрытию и сниженному сопротивлению материалов.

Сферы применения и маркировка стеклопластиковых труб

Достоинства стеклопластиковых изделий обусловили их распространение в разных областях деятельности. Массовое применение нашлось в:

нефтедобывающей промышленности. Способность сохранять высокую коррозионную стойкость под воздействием агрессивных сред (нефти, растворов, пластовых вод) и высокую удельную прочность позволяют отдать стеклопластиковым изделиям предпочтение перед стальными и полимерными;
угольной промышленности. Здесь играют роль малый вес и простота монтажа, слабая воспламеняемость и горючесть, нетоксичность продуктов горения, стойкость к коррозии, отсутствие поражающих осколков при взрыве метана;
энергетике. Устойчивость к высокому давлению делает стеклопластик необходимым для трубопроводов;
жилищно-коммунальном хозяйстве. Стеклопластиковыми изделиями оснащаются системы канализации и мелиорации, инженерных коммуникаций.

Стеклопластиковые трубы подходят для монтажа хозяйственных водопроводов и канализационных систем

Маркируют стеклопластиковую продукцию следующим образом:

А – предназначаются для перекачивания рабочих сред с различными абразивными включениями;
Г – для систем горячего водоснабжения с температурой энергоносителя до 75º С;
П – для водопроводной сети, в том числе, подающей питьевую воду;
С – универсального назначения. Рабочая среда может иметь различную кислотность;
Х – способны транспортировать химически активные жидкости и газы.

Трубы из стеклопластика: технические характеристики

Главной причиной увеличения использования и популярности стекловолокна являются такие ключевые преимущества, как высокое соотношение прочности и веса, стабильность размеров, хорошие механические свойства, простота установки, снижение затрат на установку и обслуживание и общая долговечность в экстремальных условиях. Еще одно преимущество стекловолоконной трубы заключается в том, что она имеет более гладкую внутреннюю поверхность по сравнению с традиционными строительными материалами. Гладкое внутреннее отверстие противостоит масштабным депозитам и может создавать большой поток служебной жидкости в течение всего срока действия проекта.

При проектировании подземной трубы большого диаметра необходимо учитывать многие соображения: местные почвенные условия, глубину грунтовых вод, погребальные и живые нагрузки, отклонение из-за погрешности и рабочих температур, скорость и давление жидкости, потери напора из-за турбулентного потока, гидравлический молот, давление на изгиб и давление пульсации. Разработка надлежащей системы подземных трубопроводов представляет собой сложный процесс, который включает в себя обширные расчеты — дизайн продукта всегда должен выполняться квалифицированными инженерами.

Характеристики труб из композитных материалов

Композитные стеклопластиковые трубы востребованы на рынке по одной причине – они отличаются хорошими характеристиками и могут использоваться даже при постоянном воздействии негативных факторов окружающей среды. В числе физических свойств таких изделий выделяется:

Высокая прочность – труба составит конкуренцию классической стальной конструкции, при этом вес ее в несколько раз меньше;
Устойчивость к высоким температурам – до 140 градусов, при этом изделие отличается минимальной теплопроводностью. При транспортировке горячей воды в зимний период потери окажутся незначительными;
Использовать трубу можно при наличии вибрационных и ударных нагрузок – под автомагистралями, железными дорогами, так как механические повреждения исключены;
Стойкость к коррозии – традиционно срок службы труб из композитных материалов составляет около 50 лет;
Гладкая внутренняя поверхность, что сказывается на гидравлическом сопротивлении;
Монтаж можно осуществить в любых погодных условиях, даже в мороз, на сборку одного стыка уходит минимальное количество времени;
Цена изделий хоть и не может быть названа низкой, но с учетом механических характеристик и длительного периода службы, экономия очевидна.

Композитные материалы не подвержены коррозии, на внутренней поверхности не образуется налет, так что о засорении трубопровода можно не беспокоиться. Изделия могут устанавливаться вне зависимости от типа грунта и физических нагрузок.

Композитная стекловолоконная труба

При производстве труб из стеклопластика используются различные эпоксидные и виниловые сложноэфирные смолы и, при необходимости, коррозионные барьеры для достижения оптимальных эксплуатационных характеристик для любого практического применения. Широкий диапазон температур и давления позволяет наилучшим образом подобрать стекловолоконную трубу к требованиям конкретного применения.

Высоконапорные трубы из стеклопластика проверены временем, поскольку они десятилетиями эксплуатировались в суровых условиях и доказали свою долговечность и ценность. Первые образцы появились более 40 лет назад.

Преимущества композитных систем трубопроводов из стекловолокна:

повышенное сопротивление коррозии/истиранию при воздействии сильных кислот;
высокая прочность;
пролеты труб аналогичны стальным аналогам;
высококачественный поливинилхлорид для более высоких температур и длинных расстояний трубопровода;
оптимальная замена для стальной трубы с наружным или коррозионным внутренним покрытием.

Диаметры стеклопластиковых труб варьируются в диапазоне от 1 до 72 дюймов.

Характеристики стеклопластиковых труб и область применения

Стеклопластиковые трубы пока еще медленно внедряются в наши коммуникационные сети, и основная причина торможения – высокая цена на стеклопластиковую трубу. Но рекордная антикоррозийная стойкость – практически непробиваемые качества стеклопластиковых труб в качестве проводников воды и канализации не могут не привлекать частных строителей. В долгосрочном расчете стеклопластиковые (другие названия – стеклополимерные, а также армированные стекловолокном) трубопроводы дадут стойкую экономию за счет выпадения из сметы статей на ремонты и замены ржавого металла и пришедших в негодность комплектующих. На практике отечественных данных пока маловато, но факт высокой прочности и стабильности стеклопластиковых труб давно признан – в Европе эти трубы находятся в работе уже более полувека, а в США трубы из стеклокомпозита известны с 1944 года.

Стеклопластики – композитные материалы со сравнительно невысокой плотностью, но при этом уникально прочные. В составе композита кварцевый песок, армирующее стекловолокно и связующие добавки: эпоксидные п полиэфирные смолы. Трубы от разных производителей отличаются видом связующей добавки, а также и нюансами технологии производства, направленными на усиление нужных качеств из расчета будущих условий эксплуатации стеклопластикового трубопровода. Из двух основных широко известных добавок – эпоксидных и полиэфирных смол (еще применяют фенольные, но ограниченно) полиэфирные применяют чаще, и труба в результате приобретает в полном смысле неуязвимость к агрессии кислоты и щелочи, а коррозия в солевой среде становится абсолютно невозможна. Покрытие трубы эпоксидными смолами – это маркировка на трубах GRE; присутствие полиэфирных связующих можно увидеть по маркировке GRР. Надо сказать, что технические качества труб на эпоксидных смолах кардинально отличаются от аналогичных для труб на полиэфирных смолах.

Стандартная схема производства труб – намотка ровинга на прочную основу, режим непрерывный. При этом возможно применение различных волокон – базальтовых, стеклянных или даже дорогостоящих углеродных (для космической промышленности и авиастроения). Широкое применение стекловолокна связано именно с его низкой стоимостью и доступностью, хотя базальтовое волокно дает многократное превышение прочности и упругости (а также и водо- и жаростойкости) итогового изделия по сравнению со стеклянным ровингом. Важен и метод армирования – укладка волокна вдоль оси или вокруг центральной оси. Нормы на стеклопластиковые трубы и руководства по монтажу разрабатываются регионально, в России это ГОСТ Р53201-2008. Нити армируют специальным составом и пропитывают смесью смол с измельченной стеклофиброй и кварцевым песком.

Две современных технологии производства труб: центробежная формовка и непрерывная спиральная намотка (для 3-слойных труб), позволяют выпускать многослойные трубы. Связка слоев между собой основана на полимеризации при высоких температурах, что дает и дополнительную стойкость трубы к разным воздействиям. Два или три дополнительных слоя добавляют трубам прочности и стабильности в агрессивных средах. Однослойная труба имеет один слой из стекловолокна на связующем, конструкционный; двухслойная труба усилена внутренним защитным слоем для работы в условиях УФ-радиации или внешним – для работы в условиях агрессивных сред. Трехслойная труба включает силовую прослойку между конструктивной и защитной. Трубы с внутренним покрытием различают по маркировке, где указана сфера применения трубы: для питьевого водопровода, системы с химически активным содержимым и абразивами, для горячего водоснабжения и другие.

Эксплуатация стеклопластиковых труб показала не одни лишь плюсы, например – при массивных усилиях поперек волокон резко снижается трещиностойкость труб больших диаметров. При прокладке нефтепровода это критично и поэтому оптимизируется сложными техническими дополнениями к конструкции трубы (рифленые герметичные слои внутри). Но в контексте прокладки сетей и устройства отопительного оборудования на частном участке пределы прочности обычных одно- и двухслойных труб – сверх-оптимальны, так же как их коррозионная и химстойкость, поэтому единственным «минусом» можно считать цену на трубы.

Основные плюсы труб из стеклопластиковых композитов:

Микробиологически индуцированная коррозия

Данная уязвимость является общей проблемой в промышленных процессах из-за присутствия микробов. Это в конечном итоге приводит к образованию щелей, с ячейками концентрации кислорода и ионов, что позволяет коррозии прогрессировать. Если их не обработать при помощи набора для ремонта стеклопластика, системы трубопроводов будут значительно ослаблены, часто образуя отверстия в стенах труб, что приведет к утечкам и потере жидкости. Обработка может быть выполнена путем защиты трубопроводов с катодной защитой или химической обработки жидкости, которая сама по себе может соединять коррозию. Любой из этих методов требует дополнительных затрат, которые могут только задержать сбой.

Область применения

Популярный производитель труб из стеклопластика – компания Amiantit выпустила пробную партию труб в конце шестидесятых годов прошлого столетия. За десятки лет производителю удалось выйти на мировой уровень и сейчас трубы из стеклопластика (GRP) заслуживают внимания, благодаря качеству и надежности. Это обусловлено тем, что трубы изготавливают особым методом – непрерывной намотки по спирали. В результате этого они не подвергаются воздействию коррозии и становятся весьма устойчивыми к кислотам и среде. Кроме этого, в отличие от стандартных металлических труб, стеклопластиковые трубы легки в обращении — вес изделий во много раз меньше тяжелых металлических. Поэтому, если возникают сомнения, какие купить трубы – стеклопластиковые или традиционные металлические, большинство компаний выбирают долговечные и практичные материалы для прокладки магистралей из стеклопластика.

Всего за сорок-пятьдесят лет, одноименной ведущей компании по производству труб из стеклопластика удалось занять не только лидирующую позицию, но и стать на ступень выше.

Сфера применения труб из стеклопластика достаточно широка, их можно использовать для укладки системы канализации и водоотведения, а также применять для пожаротушения, транспортировки питьевой и технической воды. Можно прокладывать трубы на электростанциях и при выводе любыых видов отходов.

Помимо этого, трубы из стеклопластика широко применяются при прокладке практически любых видов коммуникаций:

магистральных линий;
канализационных сетей любого назначения;
водопровода;
прокладки газо- и нефтепроводов.

Популярные заводы компании Amiantit при производстве своей продукции учитывают интересы каждого потребителя – можно приобрести трубы из стеклопластика разного диаметра, длины и конструкции, а также дополнительные комплектующие и фитинги. Кроме этого, производственный процесс налажен таким образом, чтобы удовлетворить требования любого покупателя и изготовить трубы по индивидуальному заказу.

Диаметр стандартной стеклопластиковой трубы колеблется в пределах от ста до трех тысяч семисот миллиметров, причем длина может достигать восемнадцати метров. Использовать такие трубы разрешается в шести классах давления и в трех – по прочности. Благодаря этим показателям, можно с уверенностью отметить, что трубы из стеклопластика обладают не только эффективностью. Также отмечена высокая долговечность изделий.

Фитинги и аксессуары

Аксессуары для труб из стекловолокна изготовлены из смол эпоксидных и виниловых эфиров. Данные адгезивы обеспечивают наилучшую коррозионную стойкость и температурные характеристики.

Фитинги включают фланцы, муфты, тройники, редукторы, дренажные трубы, ремонтные комплекты, набор для ремонта стеклопластика и многое другое. Стекловолоконные трубы предназначены для тяжелых эксплутационных условий и подходят для широкого спектра химических веществ, указанных в руководстве по химическому сопротивлению стекловолокна.

Все фитинги поставляются с патрубком или фланцевым соединением для легкого монтажа в полевых условиях. Цены труб стеклопластиковых включают все необходимые для монтажа аксессуары и варьируются в диапазоне от 4 350 до 47 900 рублей за один погонный метр в зависимости от диаметра.

Преимущества и недостатки стеклопластиковых труб

Распространение стеклопластиковой продукции связано с такими ее достоинствами:

длительностью эксплуатации;
малым весом, что упрощает транспортировку и монтаж;
малым коэффициентом теплового расширения;
простотой монтажа;
неподверженностью коррозии и инертностью к агрессивным средам;
износоустойчивостью;
прочностью;
устойчивостью к температурным колебаниям в диапазоне от — 65º С до +155º С;
сравнительно невысокой стоимостью;
экологичностью.

Обратите внимание! Выделяют такой недостаток стеклопластиковых изделий, как низкую устойчивость при значительной нагрузке, приходящейся поперек волокон, что приводит к образованию трещин. Поэтому для усиления герметичности изнутри наносится специальный рифленый слой.

Преимущества в значительной мере перевешивают недостаток, который, скорее, можно отнести к особенностям использования.

Монтаж труб может производиться раструбным методом, который отличается простотой