Svařování polypropylenových trubek: hlavní pravidla pájení

Problém dopravy agresivních médií ke spotřebiteli byl efektivně vyřešen vytvořením polypropylenových trubek. Díky vysoké odolnosti proti korozi a usazeninám solí se používají pro pokládku potrubí v průmyslových odvětvích se zvýšenými hygienickými požadavky. Patří mezi ně: potravinářský, farmaceutický a chemický průmysl. Na rozdíl od kovu se polypropylen nebojí dlouhodobého vystavení chemicky agresivnímu prostředí. V tomto ohledu kompetentně prováděné svařování polypropylenových trubek umožňuje pokládat potrubí, která jsou široce používána pro přepravu agresivních, hořlavých a nebezpečných kapalin a ropných produktů. A kvůli schopnosti spolehlivě odolávat zvýšenému tlaku bez deformace jsou polypropylenové trubky velmi žádané pro stavbu plynovodů.

Dnes si nelze představit potravinářský průmysl a výrobu různých nápojů bez polypropylenových technologických potrubí. Na vnitřním povrchu trubek vyrobených z takového termoplastického polymeru nejsou zcela žádné mikropóry. V tomto ohledu se na něm neusazují škodlivé látky a vytvářejí příznivé prostředí pro množení mikrobů, bakterií a hub. Proto se tato potrubí začala v maximální míře využívat pro přivádění vody, rostlinných olejů, tekutých potravinových přísad, mléka a lihu do výrobních technologických zařízení.

Klasifikace potrubí

Odborníci klasifikují různé inženýrské stavby vyrobené z polypropylenových trubek podle několika hlavních faktorů.

• Technologický. Jsou velmi žádané v průmyslových odvětvích, která vyrábějí produkty splňující zvýšené hygienické požadavky. Polypropylenové potrubí lze použít ke snadnému dodávání různých přísad v kapalném stavu do výrobního zařízení. Díky dokonale hladkému vnitřnímu povrchu trubek je eliminována pravděpodobnost výskytu nežádoucích bakterií a mikrobů v nich.
• Inženýrské sítě. Vzhledem k odolnosti vůči korozi, snadné instalaci a nízkým nákladům se polypropylenová potrubí často používají k dodávání teplé a studené vody, plynu a chladicí kapaliny v topných systémech spotřebitelům v domácnostech.
• Telekomunikace. Pro úhledné pokládání televizních a komunikačních sítí. Hladký vnitřní povrch trubek z termoplastického polymeru usnadňuje protahování drátů potrubím různých konfigurací.

• Ve vzduchu. Pokládají se pomocí různých nosníků, kozlíků a podpěr, které umožňují spolehlivě podepřít potrubí nad povrchem země v požadované bezpečné výšce.
• Podzemí. Pro pokládku potrubí jsou speciální kanály konstruovány z železobetonových podnosů nebo cihel.

Podle druhu přepravovaného materiálu:

• Voda z vodovodu. Pokládají je organizace, které poskytují komunální služby zásobování studenou a teplou vodou, jakož i dodávku chladicí kapaliny do topných zařízení.
• Plynovody. Zpravidla se jedná o potrubí pro užitkové nebo technologické účely. Dodávají plyn jak domácnostem, tak i pro provoz některých výrobních zařízení.
• Ropovody. Používá se pro přepravu ropných produktů. Široce používané v chemickém průmyslu. Takové inženýrské stavby jsou položeny nejen nad zemí, ale také pod zemí.
• Rekultivace. Velmi často se pokládají za účelem vytvoření účinného polního zavlažovacího systému.

Speciální polypropylenová potrubí jsou schopna odolat různým tlakům až do 25 atmosfér potřebných pro dopravu kapalných látek. Tohoto tlaku lze dosáhnout použitím určitého typu trubek s charakteristickou strukturou.

Metody svařování potrubí

Existuje několik způsobů, jak zajistit spolehlivé spojení trubek z termoplastického polymeru. V tomto případě se konkrétní svařování polypropylenových potrubí volí v závislosti na oblasti jejich použití a průměrech použitých válcovaných polymerních trubek.

• Difúze. Tento proces je založen na schopnosti materiálu měnit své parametry plasticity při zahřívání. Díky tomu dochází k rovnoměrnému promíchání polymeru na spojení dvou částí na úrovni difúze. Výsledkem je nový monolitický produkt. Tímto způsobem se natupo svařují polypropylenové trubky velkých průměrů. Zároveň se jejich konce ohřívají pomocí plochého disku vyhřívaného ve speciální elektroinstalaci. Poté jsou trubky spojeny určitou silou.
• Použití elektrických armatur. V tomto případě se spojení částí potrubí provádí podle principu montáže spojek. K provádění procesu svařování se používají tvarovky se zabudovaným topným tělesem. Oblasti spojů trubek se vkládají do elektrotvarovky připojené ke speciálnímu svářecímu stroji. Po zahřátí na požadovanou teplotu se spojené sekce s menším vnějším průměrem vloží do otvoru s větším průřezem a silou se zalisují. Díky vysoké difúzi vzniká jednodílný trubkový výrobek.

Specifika svařování

Aby bylo zajištěno nejodolnější spojení polypropylenových trubek, je nutné vzít v úvahu některé vlastnosti procesu svařování:

• Řez na koncích polypropylenových trubek v místech jejich spojení musí být proveden přísně při 90 0. To zajistí jejich nejtěsnější usazení během svařování. Zvláště důležité je provést takový postup u tupých kloubů.
• Spoje musí být odmaštěny jakýmkoli rozpouštědlem.
• Topné zařízení pro svařování musí být během celého procesu montáže potrubí neustále udržováno v režimu „pájení“.
• Po stlačení svařovaných trubek je musíte držet v této poloze po dobu alespoň 10-15 sekund.
• V okamžiku spojování není možné otáčet zahřátými trubkovými díly, protože by došlo ke zničení difuzní vrstvy v oblastech svařování.

Délka procesu svařování u polypropylenových potrubí je významně ovlivněna průměrem a tloušťkou spojovaných trubek.

Výroba svařovaných ocelových trubek je jednodušší a levnější než výroba bezešvých výrobků. Sortiment svařovaných výrobků je navíc mnohem širší. Zahrnuje následující typy produktů:

• víceúčelové elektricky svařované trubky s rovným švem podle GOST 10704-91 s vnějším průměrem 10–630 mm;
• totéž se spirálovým švem v souladu s GOST 8696-74 s vnějším průměrem 159 – 2 520 mm;
• vodovodní a plynové potrubí v souladu s GOST 3262-75 s vnitřním průměrem 6–150 mm;
• elektrické svařované výrobky pro hlavní potrubí v souladu s GOST 20295-85 s vnějším průměrem 114 – 1 420 mm.

Hlavním účelem kruhového potrubí je instalace potrubí pro čerpání kapalin a plynů. Proto se mnozí zajímají o otázku, jaký tlak může odolat elektricky svařované trubce.

Hydraulické zkoušky ocelových trubek

Kruhové ocelové trubky vzhledem ke svému hlavnímu účelu podléhají povinným hydraulickým zkouškám. Hodnota zkušebního tlaku pro různé typy potrubí je stanovena příslušným regulačním dokumentem nebo je určena výpočtem podle GOST 3845-75.

Hydraulické zkoušení potrubí je nedestruktivní zkušební metoda. Hlavním účelem jejich realizace je kontrola kvality svaru pod vysokým tlakem na jeho těsnost. Hodnoty zkušebního tlaku pro různé typy svařovaných trubek jsou uvedeny v následujícím seznamu:

• GOST 10704-91 – trubky skupin A a B o průměru do 103 mm se testují pod tlakem 6 MPa, nad 103 mm – 3 MPa;
• u stejného sortimentu potrubí vyráběného na přání zákazníka s jiným zkušebním tlakem se jeho hodnota stanoví výpočtem, neměla by však přesáhnout 20 MPa;
• GOST 8696-74 – hodnota zkušebního tlaku je stanovena výpočtem, ale nesmí být větší než 3,5 MPa;
• GOST 3262-75 – zkušební tlak je 2,4 MPa pro obyčejné a světlovody; 3,1 MPa – pro zesílené sériové výrobky; 4,9 MPa – na žádost zákazníka produktu;
• GOST 20295-85 – hodnota zkušebního tlaku se stanoví výpočtem, u potrubí do průměru 273 mm včetně by neměla přesáhnout 12 MPa.

Připomeňme, že 1 MPa je o něco méně než deset atmosfér (přesněji 9,87 atm.). Ve skutečnosti jmenovitý provozní tlak elektricky svařovaných trubek nikdy nedosáhne zkušebních hodnot. Například v sítích pro vytápění a dodávku studené vody nesmí provozní tlak překročit 9,5 atm. s jeho optimální hodnotou 5–5,5 atm.

V procesních potrubích různých kategorií pro čerpání nebezpečných látek se maximální návrhový tlak pohybuje od 1,6 do 6,3 MPa. Absolvování zkušební tlakové zkoušky tedy znamená, že trubky mají vícenásobnou bezpečnostní rezervu. Doba výdrže výrobků pod zkušebním tlakem závisí na typu potrubí a je následující:

• trubky podle GOST 10704-91 – 5 sekund;
• podle GOST 8696-74 – 30 sekund;
• podle GOST 3262-75 – 5 sekund;
• dle GOST 20295-85 – 10 sekund pro trubky do průměru 530 mm a 20 sec. pro výrobky o průměru 530 mm a více.

Všechny elektricky svařované trubky ze šarže jsou podrobeny hydraulickým zkouškám. V některých případech lze po dohodě s kupujícím takové zkušební činnosti nahradit průběžnou kontrolou kvality svaru pomocí ultrazvukových, magnetických, rentgenových nebo jiných nedestruktivních metod. Pokud jsou v důsledku testování potrubí odhaleny zbytkové deformace přesahující tolerance, jsou takové výrobky vyřazeny.

Výsledky hydraulických zkoušek výrobků jsou dokumentovány protokolem, který je součástí balení průvodní dokumentace ke každé šarži potrubí. Výrobce nese plnou odpovědnost za správnost údajů uvedených v protokolech. Ještě jednou připomeňme, že tlakové zkoušky nezahrnují jejich provádění pod destruktivním zatížením.

Jak se určuje zkušební tlak a na čem závisí?

Kupující mají po dohodě s výrobcem právo objednat všechny typy potrubí s vypočteným zkušebním tlakem. Takové testy se provádějí v souladu s GOST 3845-75. Tento regulační dokument definuje požadavky na zkušební zařízení, měřicí zařízení a stanoví metodiku pro výpočet hodnoty maximálního tlaku při provádění hydraulických zkoušek pro různé typy použitých potrubí a zařízení.

Vypočítaný zkušební tlak pro elektricky svařované trubky se určuje podle vzorců uvedených v GOST 3845-75. Jeho hodnota závisí na faktorech, jako jsou:

• vnější průměr trubky;
• tloušťka stěny zohledňující úplnou mínusovou toleranci (tj. minimální přípustnou hodnotu);
• přípustné hodnoty vnitřního napětí pro kov používaný při výrobě trubek, které jsou uvedeny pro každý druh oceli a jsou jednou z hlavních kvalitativních charakteristik slitin.

S rostoucím průměrem klesá vypočtená hodnota zkušebního tlaku. Zvyšuje se s rostoucí tloušťkou stěny.

To neznamená, že hydraulické zkoušky potrubí by měly být prováděny vždy při návrhovém tlaku – pouze v případech, kdy je vypočtená hodnota nižší než mezní hodnota stanovená pro tyto typy výrobků. V těchto situacích má spotřebitel možnost koupit levnější trubky s tenčími stěnami.

Tento přístup nemá alternativu pro elektricky svařované trubky se spirálovým švem a pro hlavní potrubí. Ve vztahu ke svařovaným trubkám pro všeobecné použití a VGP se používá zřídka, protože mluvíme o objednávání velkého množství produktů od výrobce.

Hydraulické zkoušky se provádějí pro trubky stejné šarže, vyrobené ze stejné třídy oceli, stejných rozměrů v průměru a tloušťce stěny, stejné výrobní technologie a stejného způsobu zpracování. Maximální velikost šarže potrubí pro hydraulické testování nesmí překročit následující hodnoty:

• dle GOST 10704-91 – 1 000 ks. pro trubky do průměru 30 mm včetně, 600 – pro výrobky s průměrem St. 30 až 76 mm, 400 – St. 76 až 152 mm a 200 – St. 152 mm;
• podle GOST 8696-74 a GOST 20295-85 – velikost šarže není standardizována, protože mluvíme o trubkách velkého průměru s minimální velikostí 159 a 114 mm;
• podle GOST 3262-75 – velikost šarže pro testování je určena hmotností a neměla by přesáhnout 60 tun.

V každém případě je hydraulické testování potrubí odpovědností výrobce. Jiné formy kontroly kvality nejsou poskytovány. Navíc v naprosté většině případů spotřebitelé nemají možnost si výsledky testů zkontrolovat.

Hlavní příčiny havárií potrubí

Otázka, jaký tlak odolá elektricky svařované potrubí, často implikuje odpověď z pohledu rizika havarijních situací na inženýrských sítích. Případy prasknutí potrubí téměř nikdy nesouvisí s pevností ocelových trubek. Obvykle se vyskytují z důvodů, jako jsou:

• koroze potrubí po dlouhou dobu provozu a v důsledku porušení provozních pravidel;
• vady ve spojích potrubí;
• poruchy potrubních armatur atd.

Proto potrubí pro různé účely mají svou vlastní životnost. Například na hlavních ropovodech a plynovodech a na technologických sítích nebezpečných průmyslových odvětví musí být potrubí vyměněno ve stanoveném časovém rámci bez ohledu na jejich skutečný stav.

Pokud jde o trubky pro všeobecné použití, můžeme říci, že hlavní příčinou jejich prasknutí je koroze. Jeho negativní dopad lze kompenzovat pro prodloužení životnosti potrubí volbou potrubí s větší tloušťkou stěny. Toto řešení však nelze označit za nejlepší. Mnohem efektivnější je k tomu použít izolační materiály.

Nejzranitelnější částí potrubí jsou tupé spoje. To platí stejně pro svařování a mechanické spoje na závitech a těsnění. Totéž lze říci o potrubních armaturách. Jeho součástí jsou nouzové přetlakové ventily, které eliminují riziko prasknutí potrubí.

Na závěr poznamenáváme, že trubky, které splňují požadavky regulačních dokumentů, mohou odolat velmi vysokým tlakům – 3-5krát většímu než zkušební zatížení. Spotřebitelé by se proto při nákupu nových trubek neměli obávat tohoto problému. Mnohem důležitější je dodržovat pravidla pro provozování potrubí, včetně jejich pravidelných kontrol pod vysokým tlakem.