Кислородная диффузия в полипропиленовых трубах: что это такое и как работает

Краткая памятка по диффузии кислорода в полипропиленовых трубах

1. Диффузия — это проникновение кислорода через стенку трубы в теплоноситель.
2. Обычный полипропилен пропускает кислород, что вредно для металлических деталей системы отопления.
3. Для защиты от коррозии используйте трубы с кислородным барьером (слой EVOH).
4. Трубы с барьером обязательны для закрытых систем отопления с металлическими радиаторами.
5. Проверяйте маркировку трубы: наличие слоя EVOH или алюминия указывает на защиту от диффузии.
6. Норма кислородопроницаемости для качественных труб — не более 0,1 г/м³ в сутки.
7. Трубы без барьера можно использовать только в открытых системах или для холодного водоснабжения.
8. При монтаже системы отопления всегда консультируйтесь со специалистом по выбору труб.
9. Регулярно проверяйте состояние системы отопления для своевременного выявления коррозии.
10. Помните: экономия на трубах с барьером может привести к дорогостоящему ремонту оборудования.

Суть процесса

Диффузия происходит из-за разности концентраций кислорода между двумя средами. Кислородные молекулы перемещаются от области с более высокой концентрацией к области с более низкой концентрацией, пока разность концентраций не уравновесится.

Скорость диффузии зависит от многочисленных факторов, включая температуру, давление, размер и состав трубки. Процесс диффузии играет важную роль в ряде промышленных и научных областей, таких как химическая инженерия, биология и материаловедение.

В случае полипропиленовых труб, кислородная диффузия может быть нежелательным явлением, так как может привести к ухудшению качества воды, проходящей через трубу. Поэтому изучение процессов диффузии в полипропиленовых трубах имеет важное значение для обеспечения безопасности и качества питьевой воды.

Определение кислородной диффузии

Кислородная диффузия в полипропиленовых трубах зависит от многих факторов, включая температуру, давление и длину экспозиции кислороду. Она может быть представлена уравнением Фика, которое описывает изменение концентрации кислорода относительно времени и пространства:

• dC/dt – изменение концентрации кислорода с течением времени
• D – коэффициент диффузии, который зависит от свойств материала и условий экспозиции
• d^2C/dx^2 – градиент концентрации кислорода по пространству

Изучение кислородной диффузии в полипропиленовых трубах позволяет определить, какой доли этих материалов необходимо для защиты от окисления и обеспечения их долговечности. Это знание помогает разработчикам и производителям улучшить качество и надежность трубный систем, а также снизить риск возникновения дефектов и повреждений.

Механизм диффузии

Диффузия кислорода в полипропиленовых трубах происходит через их молекулярную структуру. Механизм диффузии обусловлен движением молекул кислорода из областей с более высокой концентрацией в области с более низкой концентрацией.

Процесс диффузии определяется различными факторами, такими как температура, концентрация кислорода, давление и структура полипропилена.

При повышении температуры происходит активация молекул кислорода и увеличение их энергии. Это способствует более интенсивной диффузии, так как молекулы кислорода могут проникнуть через промежутки в структуре полипропилена.

Концентрация кислорода влияет на скорость диффузии. Чем выше концентрация кислорода, тем быстрее будет происходить его диффузия.

Давление также оказывает влияние на процесс диффузии. При повышении давления происходит увеличение концентрации кислорода и ускорение его движения через полипропиленовую структуру.

Структура полипропилена также играет роль в процессе диффузии. Свободные объемы в структуре полипропилена позволяют молекулам кислорода проникать через материал. Таким образом, пористая структура полипропилена обеспечивает более быструю диффузию кислорода.

Механизм диффузии кислорода в полипропиленовых трубах имеет важное значение для понимания и оптимизации процессов, связанных с использованием этих материалов. Знание особенностей механизма диффузии позволяет улучшить характеристики полипропиленовых труб и применять их в различных отраслях промышленности.

Процесс диффузии газов в полипропилене

Диффузия газов в полипропилене происходит через его молекулярную структуру, в которой присутствуют небольшие открытые поры и межмолекулярные промежутки. При этом, основной механизм диффузии состоит в проникновении молекул газа через эти отверстия и промежутки в матрицу полимера.

Скорость диффузионных процессов зависит от многих факторов, включая концентрацию газа, температуру, давление, длину и толщину трубы, а также ее структурные особенности. Более высокая концентрация газа и разница в концентрациях на границах материала увеличивают скорость диффузии. Температура и давление также оказывают влияние на скорость диффузии, поскольку они влияют на энергию и движение молекул.

Однако, следует отметить, что полипропиленовые трубы способны обеспечивать некоторую защиту от проникновения кислорода и других газов. Это обусловлено тем, что полипропилен обладает хорошей барьерной характеристикой, которая уменьшает проникновение газа через свою структуру.

Таблица №1

Факторы, влияющие на процесс диффузии газов в полипропилене
Концентрация газа
Температура
Давление
Длина и толщина трубы
Структурные особенности полипропилена

В целом, понимание процесса диффузии газов в полипропилене является важным для разработки и улучшения материалов и конструкций, использующих полипропиленовые трубы. Более глубокое исследование этого процесса позволит разрабатывать более эффективные и надежные трубы, а также оптимизировать их применение в различных областях промышленности.

Кислородная диффузия

Кислородная диффузия основана на разности концентраций кислорода внутри трубы и снаружи нее. Молекулы кислорода перемещаются из области высокой концентрации в область низкой концентрации по градиенту концентрации. Диффузия происходит через микроскопические отверстия и поры в структуре полипропиленовых труб.

Кислородная диффузия может быть контролируема различными факторами, включая температуру, давление и толщину стенок трубы. Она также зависит от структуры полипропилена и его способности задерживать молекулы кислорода.

Таблица №2

Факторы, влияющие на кислородную диффузию:

Температура

Давление

Толщина стенок трубы

Структура полипропилена

Понимание кислородной диффузии полипропиленовых труб имеет важное значение при проектировании систем, в которых необходим контроль за проникновением кислорода. Этот процесс может быть использован для создания прочных и долговечных труб, устойчивых к диффузии кислорода.

Что такое кислородная диффузия и как она влияет на работоспособность полипропиленовых труб?

Кислород является активным газом, который может вступать в химическую реакцию с полимерным материалом, вызывая окисление и разрушение его структуры. Полипропиленовые трубы, состоящие из полимерного материала полипропилена, являются химически стойкими и обладают высокой устойчивостью к различным воздействиям. Однако, кислородная диффузия может привести к постепенному проникновению кислорода внутрь трубы и активации окислительных процессов.

Окисление полипропилена может привести к ухудшению физических и механических свойств материала, таких как прочность, гибкость и устойчивость к ударным нагрузкам. Кроме того, окисление может вызвать ухудшение внешнего вида трубы, так как происходит разрушение поверхности и появление трещин.

Для предотвращения негативного влияния кислородной диффузии на работоспособность полипропиленовых труб часто используется различные методы защиты. Например, применение барьерных слоев из специальных полимеров или добавление антиоксидантных добавок в полипропиленовую смесь. Эти меры помогают снизить проникновение кислорода и предотвращают окисление материала.

Таким образом, кислородная диффузия является важным аспектом, который следует учитывать при выборе полипропиленовых труб для конкретного приложения. Правильно подобранные меры защиты помогают обеспечить долговечность и надежность труб, сохраняя их работоспособность на протяжении длительного срока эксплуатации.

Как работает диффузия кислорода?

Когда кислород находится в контакте с поверхностью полипропиленовой трубки, он начинает проникать внутрь материала. Кислородные молекулы движутся случайным образом и сталкиваются с молекулами полипропилена, затем пролетают между ними.

В процессе диффузии, кислород перемещается из области с более высокой концентрацией (наружная среда) в область с более низкой концентрацией (внутренняя структура полипропилена). Диффузия продолжается до тех пор, пока не установится равновесие между концентрациями кислорода в полипропилене.

Следует отметить, что скорость диффузии кислорода в полипропилене зависит от нескольких факторов, включая температуру, давление, размеры молекул и структуру материала. Эти факторы могут влиять на скорость и эффективность процесса диффузии кислорода в полипропиленовых трубах.

Что такое диффузия в трубах?

Диффузия — это процесс, при котором молекулы газа или жидкости перемещаются через пористую структуру материала. В случае с трубами водяного теплого пола кислород из воздуха может проникать через стенки трубопроводов, если материал не обладает достаточной защитой от газов. Таким образом, не нужно быть специалистом, чтобы понять, что большинство пластиковых и труб, использующихся в водяных теплых полах, имеют определенную проницаемость для кислорода. Пластик сам по себе не является абсолютно герметичным материалом, и через его стенки может проникать не только вода, но и воздух, в том числе кислород.

Полипропиленовые трубы

• Высокая степень коррозионной стойкости
• Устойчивость к химическим веществам
• Низкая теплопроводность
• Долговечность и стабильность при длительном эксплуатационном сроке
• Легкость монтажа и обслуживания
• Экологическая безопасность и возможность переработки
• Широкий диапазон применения

Полипропиленовые трубы широко используются в различных отраслях, включая газоснабжение, водоснабжение, отопление, кондиционирование воздуха и т.д. Они применяются как в бытовых условиях, так и в промышленности.

Также полипропиленовые трубы играют важную роль в процессе кислородной диффузии. Благодаря своим свойствам, они обеспечивают эффективный и надежный транспорт кислорода, что имеет важное значение во многих процессах и отраслях, включая медицину, химическую промышленность и научные исследования.

Особенности полипропиленовых труб

• Высокая стойкость к коррозии: Полипропилен, из которого изготавливаются такие трубы, обладает высокой устойчивостью к агрессивным средам. Это делает их идеальными для использования в системах водоснабжения, где контакт с химическими веществами неизбежен.
• Устойчивость к высокой температуре: Полипропиленовые трубы могут выдерживать высокие температуры, что делает их идеальными для использования в системах отопления. Они не деформируются и не разрушаются при повышенных температурах, обеспечивая надежную и безопасную работу системы.
• Легкость монтажа: Полипропиленовые трубы легкие и гибкие, что упрощает их монтаж и установку. Они не требуют специального инструмента для соединения и могут быть легко укладаны в любой форме.
• Долговечность: Полипропиленовые трубы обладают высокой стойкостью к механическим повреждениям и износу, что гарантирует их долговечность и надежность.
• Экологическая безопасность: Полипропилен является материалом, который не выделяет токсичных веществ, не вступает в реакцию с водой и не загрязняет окружающую среду. Это делает полипропиленовые трубы экологически безопасными и подходящими для использования в пресной воде.

Все эти особенности делают полипропиленовые трубы прекрасным выбором для создания надежных и эффективных систем водоснабжения и отопления.

Структура и свойства полипропилена

Полипропилен обладает рядом полезных свойств, которые делают его привлекательным для использования в полипропиленовых трубах:

• Высокая температурная стабильность: полипропилен сохраняет свои свойства при повышенных температурах, что позволяет использовать его для транспортировки горячих жидкостей.
• Химическая стойкость: полипропилен устойчив к различным химическим веществам, включая кислород, что делает его подходящим для применения в системах водоснабжения и газоснабжения.
• Низкая плотность: полипропилен является легким материалом, что облегчает установку и транспортировку полипропиленовых труб.
• Высокая устойчивость к ударным нагрузкам: полипропилен обладает высокой устойчивостью к ударам и разрушениям, что делает его долговечным и надежным материалом для трубопроводных систем.

Знание структуры и свойств полипропилена позволяет лучше понимать его поведение в процессе диффузии кислорода и способствует разработке более эффективных полипропиленовых трубопроводных систем.

Влияние полипропилена

Однако, при использовании полипропиленовых труб, необходимо учитывать их влияние на процесс кислородной диффузии. Кислород — один из основных компонентов воздуха и может проникать через стенки трубы, влияя на качество транспортируемой среды. Полипропилен имеет некоторую проницаемость для кислорода, и это может быть проблемой в некоторых отраслях, где необходим контроль уровня кислорода в системе.

Для минимизации влияния полипропилена на процесс кислородной диффузии применяются различные методы. Один из подходов — применение внутреннего слоя трубы из барьерного материала, которая предотвращает проникновение кислорода. Другой метод — нанесение защитного покрытия на внешнюю поверхность трубы, которая создает барьер для кислорода.

Таким образом, влияние полипропилена на процесс кислородной диффузии является важным аспектом при выборе материала для трубных систем. Необходимость контроля уровня кислорода в системе определяет необходимость применения специальных методов и материалов для обеспечения надежности и безопасности транспортируемой среды.

Таблица №3

Преимущества полипропилена	Влияние на кислородную диффузию
— Высокая стойкость к химическому воздействию	— Некоторая проницаемость для кислорода
— Высокая механическая прочность	— Возможность проникновения кислорода через стенки трубы
— Низкая теплопроводность	— Потенциальное влияние на качество транспортируемой среды

Кислородный барьер в трубах. Миф или нужная опция?

Выдержки: “. ДИФФУЗИЯ КИСЛОРОДА В ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СИСТЕМАХ РАДИАТОРНОГО ОТОПЛЕНИЯ

В последнее время разработчики полимерных трубопроводов увлеклись снижением температурного удлинения труб, и как-то начали забывать про второй важный параметр полимерных труб – диффузию кислорода (кислородопроницаемость). А между тем, по своей значимости кислородопроницаемость полимерных труб показатель, пожалуй, более важный, чем температурная стабильность. Влияние температурного расширения, в конце концов, можно уменьшить с помощью компенсаторов (это, правда, приводит к удорожанию трубопроводной системы), но устранить диффузию кислорода кроме как изменением конструкции самой трубы невозможно.

Модная новинка – полипропиленовые трубы армированные стекловолокном PPR/PPRFG/PPR приблизились по показателю температурного расширения к металлопластиковым трубам, но высокая кислородопроницаемость делает их непригодными для систем отопления, тем самым крайне сужается сегмент их потребления.

Что такое кислородный барьер?

Кислородный барьер (он же и диффузионный) – это специальное покрытие, используемое в трубах из термопластовых материалов, препятствующих попаданию кислорода внутрь трубы и в дальнейшем в систему отопления. В ППР трубах этой слой представлен в виде стекловолокна или же алюминиевой фольги, в металлопластиковых трубах используется так же фольга. Трубы же из сшитого полиэтилена используют тонкий слой из этиленвинилового спирта. Такие трубы маркируются как EVOH.

Для чего нужен диффузионный барьер?

Есть ли необходимость в кислородном барьере? По заявлению производителей, при попадании кислорода в систему, он стремится сразу вступить в реакцию с чем-либо. Первое, что он видит на своем пути – это металлы. Вступая в реакцию, в системе начинает скапливаться шлам и происходит образование магнетитов. Все это негативно сказывается на работе системы отопления и сроке службы оборудования. Какие еще есть факты?

1. Даже при наличии воздухоотводчика, он не способен в полной мере избавить систему отопления от воздушных взвесей
2. Сетчатые фильтры так же далеко не весь шлам способны сдерживать. Поэтому он все равно присутствует в системе отопления
3. Магнетиты имеют свойства магнитов и с радостью оседают на металлических соединениях

Довольно хорошо свои доводы привел Александр Макеев в своем видео. Посмотрите его ниже:

Что произойдет, если я смонтирую отопление трубой без барьера?

Труба из сшитого полиэтилена повышенной термостойкости для теплого пола — изображение номер четыре

У нас был такой опыт монтажа. Производитель, у которого мы закупали трубы, решил заработать деньги и начал поставлять трубы без барьера. Такими трубами мы смонтировали два объекта, пока не увидели проблему.

Прошло 4 года и объекты по сей день работают без проблем. Но возможно это довольно малый срок.Так же не удалось отыскать конкретных случаев, где бы показывалось наглядно, какие последствия бывают при отсутствии кислородного барьера в трубах.

Важно понимать, не факт, что проблемы такой не существует. Поэтому смотрим следующие доводы ниже

Кислородопроницаемость. Миф или факт?

Есть множество мастеров, которые считают, что диффузионный барьер – это развод чистой воды. И вот какие аргументы приводятся:

1. Давление в трубе выше атмосферного давления. Поэтому попадание кислорода внутрь исключено по всем законам физики
2. Даже если кислород и попадает, то это настолько мизерное количество, которое никак не скажется на работоспособности системы. А лишнее воздухоотводчик всегда сбросит.
3. Появление коррозии так же преувеличено. В любом случае невозможно наверняка избавиться от кислорода в системе. Поэтому естественные процессы коррозии неизбежны.
4. Все это простой маркетинг, призванный раздуть проблему из ничего для того, чтобы создать дополнительный спрос.

Но на самом деле кислородный барьер в трубах действительно значительно снижает попадание кислорода в систему отопления. Есть множество испытаний и их результат вы можете без проблем найти в сети.

Так же в данном случае за попадание кислорода внутрь отвечают законы парциального давления. А они отличаются от других законов. В пример обычно приводят корзину с фруктами, погруженную в воду. Как бы фрукты не давили на стенку корзины, вода все равно попадает внутрь. То же самое и с кислородом.

Влияние кислорода на полипропиленовые трубы

Окисление материала является одной из основных проблем, вызванных воздействием кислорода на полипропиленовые трубы. При окислении происходит разрушение молекул полипропилена, что приводит к потере его структурной прочности и гибкости. Кроме того, окисление материала может вызвать появление трещин и повреждений на поверхности трубы.

Изменение свойств полипропилена также является одной из последствий воздействия кислорода. Под его воздействием происходит изменение молекулярной структуры полипропилена, что приводит к ухудшению его технических характеристик, таких как прочность и устойчивость к ударам. Кроме того, кислород может вызвать изменение цвета полипропилена, делая его менее привлекательным визуально.

Ухудшение качества труб также является одним из факторов, связанных с влиянием кислорода. Постоянное воздействие кислорода на полипропиленовые трубы приводит к накоплению расплавленных остатков и загрязнений внутри них. Это может привести к снижению их производительности и ухудшению качества транспортируемого вещества.

Таким образом, влияние кислорода на полипропиленовые трубы является серьезной проблемой, с которой необходимо учитывать при разработке системы водоснабжения или газопровода. Для минимизации негативного воздействия кислорода рекомендуется использовать специальные противоокислительные добавки или предусмотреть систему обеспечения непрерывной подачи свежего воздуха для предотвращения окисления материала и сохранения его исходных свойств.

Влияние кислородной диффузии на стойкость полипропиленовых труб к окружающей среде

Когда кислород проникает через стенку полипропиленовой трубы, он может взаимодействовать с различными компонентами вещества, что влечет за собой последствия, неблагоприятные для трубы и окружающей среды.

Прежде всего, проникание кислорода в трубу может вызвать окисление полимера. Это процесс, при котором кислород реагирует с атомами углерода, находящимися в структуре полипропилена. Окисление напрямую влияет на механические свойства полимера, такие как прочность и упругость. В результате полипропиленовая труба может терять свою изначальную прочность и стать более хрупкой.

Кроме того, окисление полипропилена приводит к образованию различных химических соединений, например, карбоксидных групп. Некоторые из этих соединений могут быть токсичными или иметь негативное воздействие на окружающую среду. Если такие вещества попадут в воду или почву, они могут вызвать загрязнение и нанести вред местной экосистеме.

Важно отметить, что степень влияния кислородной диффузии на стойкость полипропиленовых труб зависит от многих факторов, таких как температура, концентрация кислорода, время эксплуатации и другие условия окружающей среды.

Для защиты полипропиленовых труб от негативного влияния кислородной диффузии можно использовать различные методы, такие как добавление антиоксидантов в полимер, покрытие внутренней поверхности трубы защитным слоем или выбор более стойкого материала для производства труб. Однако, каждый из этих методов имеет свои ограничения и требует дополнительных затрат.

Итак, влияние кислородной диффузии на стойкость полипропиленовых труб к окружающей среде должно быть учтено при проектировании и эксплуатации систем, где эти трубы используются. Только при правильном подходе к выбору материала и применении соответствующих методов защиты можно обеспечить долговечность и эффективную работу полипропиленовых труб.

Как кислородная диффузия влияет на срок службы полипропиленовых труб

Один из основных эффектов кислородной диффузии является окисление полипропилена – основного строительного блока полипропиленовых труб. При взаимодействии с кислородом полипропилен подвергается процессу окисления, что приводит к изменению его свойств и структуры. Долгосрочное воздействие кислорода может вызывать трещины, износ и деформацию труб, что может привести к утечкам и потере интегритета системы.

Кроме того, кислородная диффузия может привести к образованию пузырькового слоя внутри трубы. В этом случае, кислород вступает в реакцию с полипропиленом, образуя газовые пузырьки. По мере накопления этих пузырьков, внутреннее давление в трубе увеличивается, что может привести к разрушению стенок и выходу из строя трубопровода.

Срок службы полипропиленовых труб может быть существенно увеличен путем применения специальных защитных покрытий или добавок, которые снижают воздействие кислородной диффузии. Также важно правильно подбирать материал для трубопроводных систем, учитывая уровень кислородной диффузии, чтобы избежать нежелательных последствий в будущем.

Поэтому, для обеспечения максимального срока службы полипропиленовых труб, необходимо тщательно контролировать и управлять процессом кислородной диффузии, принимая во внимание спецификацию материалов и защитные меры, которые минимизируют негативные эффекты.

Роль кислородной диффузии в работоспособности полипропиленовых труб

Кислородная диффузия представляет собой процесс перемещения кислорода через материалы. В случае полипропиленовых труб, кислородная диффузия играет важную роль в их работоспособности.

Полипропиленовые трубы широко используются в различных отраслях, таких как водоснабжение, отопление и вентиляция, из-за своих превосходных свойств, таких как прочность, стойкость к химическим воздействиям и долговечность. Однако, они могут быть подвержены негативному воздействию кислорода, который может проникать через стенки трубы в результате кислородной диффузии.

Для предотвращения негативных последствий кислородной диффузии, применяются различные меры. Одна из них — использование специальных присадок или добавок, которые обладают способностью уменьшать проникновение кислорода и предотвращать его негативное влияние на полипропиленовые трубы.

Однако, необходимо также принимать во внимание другие факторы, такие как температура и давление, которые могут повлиять на скорость кислородной диффузии. Также важно регулярно проверять состояние полипропиленовых труб и проводить регулярное обслуживание, чтобы своевременно выявлять и исправлять возможные проблемы, связанные с кислородной диффузией.

Кислородная коррозия: особенности

Другой вариант, если теплосеть изготовлена из труб с низкой кислородопроницаемостью, а для подпитки используется подготовленная вода. В этом случае концентрация газа, растворённого в ней, постепенно уменьшается, при этом наблюдается частичное “недоокисление” и на поверхности внутренних стенок появляется плёнка, представляющая собой магнитный железняк и защищающая трубы от коррозии.

Чем вреден кислород для системы отопления?

Кроме разрушения радиаторов, кислород, растворенный в отопительной жидкости, позволяет размножаться бактериям, которые способны организовывать колонии, расти и полностью перекрывать проток теплоносителя. Особенно заметен и губителен данный процесс в трубе теплого пола, где температура теплоносителя не поднимается выше 50 градусов и тем самым является идеальной средой для роста колонии бактерий. Многолетние исследования японской лаборатории показали, что в трубе теплого пола стандартного размера 16*2 мм, при наличии растворенного в теплоносителе кислорода, за 20 лет колония размножающихся бактерий полностью перекрывает проток теплоносителя.

Применение в строительстве

Полипропиленовые трубы с кислородной диффузией также широко применяются в системах отопления, где требуется эффективное распределение горячей воды по всем помещениям. Благодаря своей высокой прочности и надежности, эти трубы обеспечивают долговечность системы и минимальные потери тепла.

Еще одним применением полипропиленовых труб с кислородной диффузией в строительстве является система горячего и холодного водоснабжения. Благодаря высокой химической стойкости полипропилена, данные трубы обладают отличной устойчивостью к коррозии и возможным повреждениям, что делает их надежным и безопасным решением для водопроводных систем.

Полипропиленовые трубы с кислородной диффузией также используются в системах кондиционирования и вентиляции. Благодаря высокой герметичности и прочности, данные трубы обеспечивают эффективную работу системы и минимальные потери воздуха.

Значение процесса

Процесс кислородной диффузии в полипропиленовых трубах имеет большое значение в различных областях применения. Во-первых, он играет важную роль в технических системах, где необходимо контролировать уровень кислорода. Например, в системах кондиционирования и обогрева воздуха, полипропиленовые трубы обеспечивают надежный барьер для предотвращения проникновения вредных газов и загрязнений в помещения.

Кроме того, кислородная диффузия в полипропиленовых трубах имеет значение в медицине. Такие трубы используются для создания систем подачи кислорода пациентам. Их надежность и эффективность обеспечивают безопасную и стабильную подачу кислорода, что является жизненно важным фактором в лечении различных заболеваний.

Также, процесс кислородной диффузии в полипропиленовых трубах важен в промышленности. Он позволяет контролировать процессы окисления и предотвращать нежелательные реакции. Например, в производстве пищевых продуктов и химической промышленности полипропиленовые трубы используются для перекачивания и хранения веществ, требующих защиты от окисления и проникновения кислорода.

Таким образом, кислородная диффузия в полипропиленовых трубах имеет значительное значение в различных областях применения, обеспечивая надежность, безопасность и эффективность в технических системах, медицине и промышленности.

Качество воды

Хлор, который используется для обеззараживания воды, также может оказывать негативное воздействие на полипропиленовые трубы. Он может вызывать химические реакции с материалом, приводя к его деградации и повышенной проницаемости для кислорода.

Таким образом, для обеспечения надежной работы полипропиленовых труб необходимо учитывать качество воды, с которой они будут работать. Использование фильтрации, обезжелезивания и других методов очистки воды может помочь улучшить качество воды и минимизировать его влияние на процесс кислородной диффузии в полипропиленовых трубах.

Диффузия кислорода в полимерных трубах

В.В. Крикотин, генеральный директор,М.А. Попов, директор по развитию,ООО «Экструзионные машины», г. Дубна

В последнее время разработчики полимерных трубопроводов увлеклись снижением температурного удлинения труб, и как-то начали забывать про второй важный параметр полимерных труб — диффузию кислорода (кислородопроницаемость). А между тем, по своей значимости кислородопроницаемость полимерных труб показатель, пожалуй, более важный, чем температурная стабильность. Влияние температурного расширения, в конце концов, можно уменьшить с помощью компенсаторов (это, правда, приводит к удорожанию трубопроводной системы), но устранить диффузию кислорода кроме как изменением конструкции самой трубы невозможно.

Потребители, практически, не имеют возможности получить данные о кислородопроницаемости. Кроме производителей абсолютно кислородонепроницаемых металлополимерных (металлопластиковых) труб мало кто представляет данные о диффузии кислорода. Мы восполним этот пробел (табл., рис. 1) и покажем негативные последствия кислородопроницае- мости для трубопроводных систем.

Как видно из таблицы и рис.1, все однослойные трубы имеют самую высокую степень кислородопроницаемости.

Абсолютной кислородонепроницаемостью обладают только металлополимерные трубы PERT-Al-PERT, PPR-Al-PPR.

В многослойных трубах с барьерным слоем из этиленвинилового спирта PEX-EVON-PE показатель диффузии кислорода имеет сравнительно невысокое значение, но показатель температурного расширения соответствует однослойным трубам.

Модная новинка — полипропиленовые трубы армированные стекловолокном PPR/PPRFG/PPR приблизились по показателю температурного расширения к металлопластиковым трубам, но высокая кислородопроницаемость делает их непригодными для систем отопления, тем самым крайне сужается сегмент их потребления.

Теперь, разобравшись с показателями кислородопроницаемости наиболее популярных полимерных трубопроводов систем отопления и водоснабжения, обратимся к негативным последствиям для замкнутых систем отопления, которые порождает высокая диффузия кислорода.

Влияние диффузии кислорода в полимерных трубах на замкнутую высокотемпературную систему (радиаторное отопление) хорошо известно. Проникающий через стенки трубы кислород насыщает разогретый до высокой температуры теплоноситель пузырьками кислорода, порождая кавитационные процессы в насосах (рис. 2), вентилях (рис. 3), во всех других металлических элементах трубопроводной системы.

Процессы кавитации несколько усиливаются образованием слабых кислот в теплоносителе в результате повышения концентрации того же кислорода.

Высокая кислородопроницаемость полимерных труб может привести к разрушению металлических узлов в довольно короткие сроки: 3-5 лет.

Благодаря достижениям производителей полимеров современные полимерные трубы обрели высокую долговечность (50-100 лет), но применение полимерных труб с высокой диффузией кислорода в высокотемпературных системах отопления сокращает срок службы трубопроводной системы в целом в несколько раз.

Кислородопроницаемость труб

Последнее десятилетие стал очень популярен полипропилен (далее ППр) в качестве материала труб для отопления. Поэтому все чаще частного застройщика волнует, какие ППр трубы выбрать. На данный момент выпускаются три вида ППр труб. Неармированные трубы, армированные алюминиевой фольгой, или армированные стекловолокном.

ППр трубы, армированные стекловолокном, появились на рынке РФ относительно недавно. Не более 3-5 лет в массовой продаже. Монтажники систем отопления очень быстро оценили удобство и повышение производительности труда с такими трубами. Но, во многих случаях, либо не знают, либо сознательно умалчивают о том, что такие трубы нельзя применять в системах отопления.

В системах отопления СНИПом не разрешается применять пластиковые трубы, не имеющие кислородонепроницаемого барьера (антидиффузионного слоя).

Например, по норме DIN 4726 уровень кислородной герметичности не должен хуже, чем 0,1 г/м3xдень. Кислород, попадающий в систему отопления в местах труб без фольги, попадает в воду. Кислород, растворенный в воде, контактирует с металлическими компонентами. Это приводит к химической реакции – окиси железа, другими словами, образуется ржавчина. В случае постоянного проникновения кислорода образуется ржавчина, которая приводит к ускоренному износу радиаторов, котлов, нарушению работы насосов и потере энергии.

Кислородонепроницаемым слоем в трубах может служить сплошная неперфорированная алюминиевая фольга (используется для армировки ППр труб для отопления) или специальный пластиковый слой, слабо проводящий кислород (например, полиэтилен EVOH), применяющийся при изготовлении некоторых марок металлопластиковых труб. Однако нельзя считать слой EVOH полностью газонепроницаемым, а только обеспечивающим газопроницаемость приблизительно действующим нормам.

Ниже «разрезы» трубы с применением слоя EVOH и армированной сплошной алюминиевой фольгой:

Нужно отличать, сплошным ли слоем алюминиевой фольги армирована труба, и не перфорирована ли (с дырками) алюминиевая фольга.

Фольга должна быть сплошная (неперфорированная) и очень желательно проваренная лазером встык.

Коррозия образует на стальной поверхности язвы круглой формы, т.е. происходит не по всей поверхности равномерно. Когда такая «язва» «прорастает» насквозь, её часто называют свищами. Которые частенько «затыкают» с помощью установки хомута с резиновой прокладкой. Что мы и видим на фото ниже:

Возможно, некоторым будет непонятно, за счет чего газы из атмосферы при давлении в 0 Атмосфер могут проникать в СО, в которой давление 1,5 Атм и выше. Дело в том, что речь идет не об абсолютном давлении, а о парциальном. Абсолютное давление впрямую не зависит от парциального. И наоборот.

И если парциальное давление растворенного газа в теплоносителе ниже, чем в окружающем атмосфере, то молекулы кислорода (газа) будут проникать сквозь стенки кислородопроницаемой (не имеющей антидиффузного слоя или металлической трубы) трубы из окружающего пространства. Современная наука много чего еще не знает, но физику процесса проникновения газов сквозь пластиковые стенки объясняет так. Атомы кислорода, имеют размеры намного меньше, чем молекулы пластика и могут диффундировать (проникать) сквозь пластик.

Вот так, на рисунке ниже,примерно, с точки зрения современной науки выглядит молекула полипропилена и кислорода. Между цепочками молекулы полипропилена и диффундирует (проникает) кислород. При этом молекулы воды, образуя макроцепочки и кластеры из молекул воды, не могут проникать сквозь стенки пластиковых труб.

Далее молекулы уже растворенного кислорода в теплоносителе входят в химическую реакцию с железом, образую ту же ржавчину 4Fe + 3O2 = 2Fe2O3, количество молекул кислорода, соответственно уменьшается, а значит, уменьшается и парциальное давление растворенного в теплоносителе кислорода. А раз парциальное давление кислорода в теплоносителе стало меньше, то сквозь стенки трубы проникает новая порция кислорода. Которая в свою очередь, также химически реагирует с молекулами железа и превращает их в ржавчину. На деле, такой процесс происходит непрерывно, и постепенно в нашей системе отопления появляются сквозные свищи забитые ржавчиной. Потом труба или радиатор начинают подкапывать, или если из свища выбивает «пробку» из ржавчины, то вода начинает бежать струйкой.

Так это или по-другому, оставим разбираться учёным. Но на практике все знают, что например лимонад и пиво теряют свою газированность (насыщенность газом), т.е. газы диффундируют сквозь стенки ПЭТ бутылок. Многие обращали внимание, что упаковка типа ТетраПак (параллепипед или «кирпич») для соков и многих других продуктов, имеет в составе своей бумажной стенки изнутри тонкую алюминиевую фольгу. Делается это как раз с целью, уменьшить диффузное проникновение кислорода из окружающей среды вовнутрь упаковки, и уменьшить окисление (порчу) продукта питания. Т.е. увеличить срок хранения.

Нам же с вами, интересно увеличить срок службы отопительных приборов, отопительного котла и регулирующе-запорной арматуры. Понятное дело, что сделать вечной нашу систему отопления не получиться. Но увеличить срок её службы, например, с 5 до 50 лет, никому не помешает. Ибо систему отопления, как и дом, все стараются сделать (построить) на всю жизнь.

Возможно, некоторые монтажники (по незнанию или по желанию получить побольше комиссионных от перепродажи оборудования) будут предлагать Вам установить в Вашу систему так называемые дэаэраторы. Скажу, что чаще всего, их установка – беЗсмысленная трата денег. Ибо это можно понять даже по второму русскому названию дэаэратора – сепаратор пузырьков. Т.е. такой дэаэратор (далее сепаратор), никаким образом не может удалить из теплоносителя растворенный в нём кислород. Он может только «сепарировать», т.е. «разделять», улавливать (и далее удалять) микропузырьки газов в теплоносителе. Но растворенные газы этот сепаратор никаким образом удалить не может. А растворенный газ в теплоносителе и пузырьки газов в теплоносителе – это совершенно разные вещи.

Приведу пример. Вы можете удалить крупные нерастворившиеся кристаллики поваренной соли из воды, пропустив воду через мелкое сито (фильтр-сетку). Но, после того, как кристаллы соли полностью растворились в воде, удалить соль из воды с помощью самого мелкого сита (фильтра-сетки) будет совершенно невозможно.

Уменьшить количество растворенных газов (в том числе кислорода) теплоносителе можно единственным способом. Это прокипятить (или нагреть до максимально допустимой температуры) теплоноситель. А затем, не остужая, укупорить в стеклянные банки, так же как мы консервируем овощи и фрукты. Ниже для понимания приведу таблицу растворимости кислорода в воде.

В реальной же практике, такую процедуру делать практически нет смысла. Но вот после монтажа прогреть всю систему отопления до максимально возможной (для типа используемых труб и котла) температуры– очень полезно. Ведь при этом, растворимость кислорода в теплоносителе станет минимальной, и кислород почти весь выделится в виде пузырьков нерастворенного кислорода. А эти пузырьки частично будут выведены из системы автоматическим воздухоотводчиком котла, а частично накопятся в верхних частях радиаторов, откуда их нужно будет удалить посредством кранов Маевского.

В дальнейшем же, весь оставшийся в системе отопления кислород, прореагировав с железом, превратится в крайне незначительное количество ржавчины. И еще и покроет стальные поверхности изнутри пассировочной (защитной) плёнкой магнитного железняка (о чем писал в начале статьи).

Намного бОльший вред и усиленную коррозию вызывает постоянная подпитка системы неподготовленной водой. Так как в ней много растворенного кислорода. С каждой новой подпиткой, процесс коррозии будет возобновляться с новой силой. Путь борьбы с этим очень простой – делать системы отопления не являющиеся худыми. Т.е. хорошо смонтированная система не требует подпитки теплоносителем много лет. Также как и система охлаждения новой автоиномарки. И многие автолюбители, еще помнят, какой вред приносит системе охлаждения автомобиля постоянная подпитка (подлив) обычной водопроводной водой. Это и в плане растворенного кислорода, и в плане появления в системе сильной накипи.

О накипи в системе отопления, поговорим в другой статье. Здесь же напишу, что если Вы заботитесь о системе отопления не меньше, чем о своем автомобиле, то и заливайте в систему отопления не обычную «жесткую» водопроводную воду, а дистиллированную воду. Если уж возникла необходимость дополнить объем системы отопления водой, то дополняйте её дистиллированной же водой (как и в авто).

1. Правила устройства и безопасности эксплуатации паровых и водогрейных котлов. — М.: НПО ОБТ. — 1993 г. — Табл.9. Нормы качества сетевой и подпиточной воды водогрейных котлов.

2.. РД 24.031.120-91. Нормы качества сетевой и подпиточной воды водогрейных котлов, организация вводно-химического режима и химического контроля.

3. Урок на тему «Молекулы и атомы» С.В. Громов, И.А. Родина, учителя физики.

4. Урок на тему «Строение вещества» Фонин Илья Александрович, Камзеева Елена Евгеньевна, учитель физики, МОУ Гимназия №8, г.Казань.

Кислородонепроницаемость пластиковых труб

Кислородопроницаемость или диффузия кислорода – важный параметр в общей характеристике пластиковых труб. Многие полимерные трубы имеют высокие значения диффузии кислорода, что негативно сказывается на процессах эксплуатации, сокращая сроки работы не столько самих труб, сколько всех металлических узлов и приборов трубопроводной магистрали.

Например, если для создания отопительной системы используются трубы с высокой кислородопроницаемостью, то кислород проникает сквозь стенки трубопровода и насыщает горячий теплоноситель. Рабочая среда с пузырьками кислорода, проходит через металлические элементы трубопровода и способствует развитию в них кавитационных процессов, усиливающих образование слабых кислот. При высокой кислородной проницаемости полимерных трубопроводов наблюдается быстрое разрушение металлических деталей, которые в этом случае смогут прослужить не более 3-5 лет, а замена их несет за собой финансовые затраты.

СНиП с требованием о наличии кислородного барьера

Существует СНиП, связанный с отоплением, вентиляцией и кондиционированием. В нем ясно говорится, что системы отопления, в которых есть полимерные трубы и металлические элементы, должны иметь диффузионный барьер (он же и кислородный).

Требования законодательства.

Каким образом кислород попадает в закрытую систему отопления при наличии автоматических развоздушивателей? Такой процесс называется диффузией газов — процесс, при котором кислород из окружающей среды может проникнуть сквозь материал за счет разности парциальных давлений кислорода с обеих сторон материала. Парциальное давление кислорода в воздухе при нормальных условиях составляет 0,147 бара. Парциальное давление в абсолютно деаэрированной воде составляет 0 бар (независимо от давления теплоносителя) и растет по мере насыщения кислородом воды.

Для более простого примера можно представить такую ситуацию: представим трубу отопления как плетеную корзину. Наполним ее до краев ягодами (теплоносителем) и затем погрузим корзину в воду (кислород). Как бы ягоды (теплоноситель) не давили на стенки корзины (трубы), вода (кислород) все равно туда будет поступать, пока давление воды (кислорода) снаружи и внутри не выравняются.

В цифрах. Коэффициент кислородопроницаемости 100 метров трубы из Полиэтилена (PEх) – 650 г/(м3∙сут). За год эксплуатации через стенки трубы в теплоноситель попадет 3,416 кг молекулярного кислорода. При этом произойдет окисления 11,956 кг двухвалентного железа 2FeO c последующим доокислением 7,97 кг до трехвалентного железа 2Fe2O3. Таким образом, почти 12 кг железа перейдет в ржавый налет на внутренней поверхности стальных элементов системы и почти 4 кг ржавчины попадут в теплоноситель. Соответственно, вес радиаторов уменьшится на указанное количество железа, т.е. придут в негодность.

Нормы кислородонепроницаемости

В соответствии с требованиями СНиП 41-01-2003 при монтаже систем отопления нельзя использовать полимерные трубы без антидиффузионного слоя, который предотвращает проникновение внутрь кислорода.

Согласно нормативному документу DIN 4726, показатель кислородной герметичности не может быть ниже, чем 0,1 г/м3 в сутки. Газ, проникающий в отопительную сеть на участках трубопровода без антидиффузионного слоя, попадает в теплоноситель и при контакте с металлическими узлами приводит к образованию ржавчины. В результате этого ускоряется износ металлического оборудования (элементов насоса, радиаторов и т.д.).

Антидиффузионный слой исключает попадание кислорода из воздуха в воду, которая в большинстве случаев используется в качестве теплоносителя.

Подтверждение параметра кислородонепроницаемости

Специалисты спорят о достоверности параметра диффузии кислорода, а некоторые намекают на невозможность проверки данного параметра имеющимися средствами лабораторных испытаний. Однако, все весьма прозрачно.

Существует стандарт ИСО 17455, который является международным. Он называется: «Трубопроводы из пластмасс – Многослойные трубы – Определение кислородопроницаемости трубы с барьерным слоем», в котором описываются два способа – статический способ проверки на кислородонепроницаемость, а также динамический способ. Данными образом определяется сколько кислорода попадает в рабочую среду в определенное время и при определенной температуре. Выбор метода не принципиален, поскольку результаты показываются одинаковые.

Что говорят производители?

Тут ситуация весьма интересная. Если барьер у вас будет отсутствовать, то у многих производителей это является отличным поводом для снятия оборудования с гарантии. И это, пожалуй, самый весомый аргумент для использования труб с кислородным барьером.

Трубопроводы для автономных систем отопления /В.Е.Бухин, к. т. н.

В конце XX в. в России наблюдался настоящий бум в области жилищного строительства и массовый отказ от типовой застройки, что повлекло за собой использование нового для отечественного рынка инженерного оборудования.

А ктуальные сегодня тренды индивидуального малоэтажного жилищного строительства и повышения требований к уровню комфортности, в значительной степени определяемому наличием эффективного тепло- и водоснабжения, потребовали применения коррозионостойких и долговечных трубопроводов: холодного водоснабжения, отопления и ГВС. При этом рассредоточенность объектов малоэтажного строительства и удаленность их от источников теплоснабжения послужили дополнительными стимулами для развития и применения автономных систем отопления.

В качестве материалов для трубопроводов используется медь (рис. 1), полимеры, оцинкованная (рис. 2) и нержавеющая сталь. Многолетний опыт показал, что стальные трубопроводы подвержены коррозии и срок их эксплуатации меньше нормативных 30-ти лет (рис. 3). А медные и выполненные из нержавеющей стали трубы не только имеют высокую стоимость, но и требуют более высокой квалификации монтажников и затрат на монтаж. Поэтому в последней четверти прошлого века широкое распространение получили трубы из полимерных материалов, существенно более дешевые, простые для выполнения монтажных работ и со сроками эксплуатации 50 и более лет.

Устойчивость к коррозии имеет особенно большое значения для материалов автономных систем теплоснабжения, так как в централизованных системах нормализации питательной воды уделяется большее внимание, в них ниже и удельные затраты на ее проведение. В автономных теплопроводах наибольшее распространение получили полимерные материалы (рис. 4), относящиеся к классу термопластов, нормированные в ГОСТ 32415-2013 «Трубы напорные из термопластов и соединительные детали к ним для систем водоснабжения и отопления», – полипропилен (PP-R, PP-PCT), сшитый и термостойкий полиэтилен (PE-X и PE-RT, типы I и II), полибутен (PB) и хлорированный поливинилхлорид (PVC-C тип II).

Основные параметры, определяющие работоспособность трубопроводов, – это давление и температура транспортируемого теплоносителя. Трубы и соединительные детали из термопластов применяются в системах водо- и теплоснабжения с Рmax =0,4; 0,6; 0,8 и 1,0 МПа и температурно-временными режимами, приведенными в таблице.

Таблица. Классы эксплуатации трубопроводов из термопластов (ГОСТ 32415-2013)

Примечания: 1. Траб – рабочая температура или комбинация температур транспортируемого теплоносителя, определяемая областью применения; Тmax – максимальная рабочая температура, действие которой ограничено по времени; Тав – аварийная температура, возникающая в аварийных ситуациях при нарушении регулирования. 2. Максимальный сорок службы трубопровода для каждого класса эксплуатации определяется суммарным временем работы при Траб, Тmax, Тав и составляет 50 лет. 3. Минимальная температура воды 10 °С.

Приведенные в таблице температурно-временные параметры обеспечивают расчетную долговечность трубопроводов не менее 50-ти лет. Возникающие при этом напряжения определяются по эталонным графикам длительной прочности (ГОСТ 32415-2013, прил. В), задавая необходимую толщину стенки трубы.

Пропускная способность трубопроводов (внутренний диаметр) определяется гидравлическими расчетами, которые служат основой для выбора внутренних диаметров труб и насосного оборудования. При этом от качества гидравлических расчетов зависит экономичность как самого трубопровода, так и всего комплекса связанных с ним приборов.

Методики таких расчетов отработаны в течение многолетней практики и приведены в соответствующей литературе – например, Добромыслов А.Я. «Таблицы для расчетов напорных и безнапорных трубопроводов из полимерных материалов».

До 1980 г. трубы из полимерных материалов считались гидравлически гладкими и при расчетах шероховатость их стенок не учитывалась. Однако в результате проведенных А.Добромысловым и О.Продоусом исследований было установлено, что такие трубы нельзя считать гидравлически гладкими и коэффициент их шероховатости изменяется в пределах 0,004–0,040 мм.

В 1980 г. Госстрой СССР установил значения расчетных коэффициентов шероховатости для полимерных труб – 0,020 мм (СН 478-80. Инструкция по проектированию и монтажу сетей водоснабжения и канализации из пластмассовых труб), для условно гидравлически гладких труб – 0,0015 мм.

В 1998 г. методика для гидравлического расчета напорных трубопроводов из полимерных материалов была включена в СП 40-102-2000 «Проектирование и монтаж трубопроводных систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов».

Хорошо известно, что в воде, поступающей из источников водоснабжения, помимо связанного кислорода (например, входящего в состав самих молекул воды) присутствует также условно свободный растворенный в ней кислород, попадающий в воду в основном из атмосферного воздуха. Его растворимость зависит как от ее температуры, так и от общего давления. При этом парциальное давление кислорода в составе атмосферного воздуха при стандартных условиях составляет около 0,021 МПа.

Увеличение концентрации кислорода в подпиточной и сетевой воде ускоряет коррозию нагретых металлических поверхностей котлоагрегатов. Это особенно опасно для закрытых систем отопления, в которых теплоноситель (вода) циркулирует по замкнутому контуру и с течением времени происходит постепенный рост концентрации растворенного кислорода в том случае, если продолжают оставаться активированными пути для его проникновения в теплоноситель.

Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов установлены предельно допустимые концентрации кислорода в подпиточной воде для закрытых систем водоснабжения. Так, для последних ее значение не должно быть более 50 мкг/кг, а максимальная кислородопроницаемость стенок труб должна быть не более

Для защиты циркулирующего теплоносителя от насыщения кислородом и снижения его коррозионной активности в закрытых системах теплоснабжения используют полимерные трубы с противодиффузионным слоем (барьером) из алюминия (Al) или этиленвинилового спирта (EVOH). Такой барьер, являясь в ряде случаев (металлопластиковые трубы со слоем Al ³ 0,2 мм) также армирующим конструктивным элементом, обеспечивает надежную защиту металлических компонентом системы отопления (теплообменников, радиаторов, насосов, арматуры и т.п.) от агрессивного воздействия кислорода.

На практике широко применяются барьерные трубы из сшитого и теплостойкого полиэтиленов с армирующим слоем из алюминиевой фольги толщиной 0,2–0,4 мм, соединяемой лазерной или электрической сваркой встык или внахлест. Однако следует иметь в виду, что теплостойкий полиэтилен, полибутен и хлорированный поливинилхлорид в РФ не производятся и вряд ли будут производиться в ближайшем будущем. Также нужно отметить, что использование труб с кислородным барьером требуется только для закрытых систем отопления. В открытых системах и трубопроводах горячего и холодного водоснабжения такая защита от проникновения кислорода не актуальна.

Сегодня на отечественном рынке представлены многослойные трубы нескольких модификаций. Так, в качестве прослойки, кроме алюминии и этиленвинилового спирта, используются полимеры со стекловолокном. Не являясь кислородным барьером, такая прослойка служит армирующим элементом, уменьшая, как и алюминиевая, тепловое удлинение труб. Особенно часто основным материалом для таких композитных труб является полипропилен. В то же время армирование приводит к увеличению стоимости труб и, соответственно, выполненных из них систем.

В 1996 г. в России было освоено производство напорных труб и соединительных деталей для них из полипропилена. И трубопроводы из них получили широкое распространение в связи с наличием отечественного производства этого термопласта, а также удобным, быстрым и надежным монтажом за счет выполнения сварных соединений. Причем обучение проведению сварочно-монтажных работ обычно входит в перечень сервисных услуг фирм изготовителей и поставщиков труб из полипропилена.

Производство труб с низкой диффузией кислорода

К сожалению, многие производители полимерных труб больше внимания уделяют снижению теплового удлинения изделий и при этом забывают о таком важном параметре, как кислородопроницаемость. Ведь минимизировать тепловое расширение можно благодаря использованию компенсаторов, а предотвратить диффузию кислорода можно лишь за счёт конструктивных изменений при изготовлении трубопроводных изделий.

Компания “aquatherm GmbH” на протяжении 40 лет занимается изготовлением трубопроводной продукции из модифицированного полипропилена. Данный материал является собственной разработкой и запатентован под торговой маркой “Fusiolen”. В отличие от многих других полимеров, он обладает однородной структурой и низкой кислородопроницаемостью, поэтому идеально подходит для производства систем отопления. Трубы “aquatherm” соответствуют всем действующим СНиП и DIN.

Защита от кислорода — слой EVOH.

Антидиффузионный слой EVOH представляет собой сополимер полиэтилена и винилового спирта, который наносится на пластиковую трубу на этапе производства. Слой EVOH идеально подходит по всем своим параметрам к полипропилену и имеет аналогичную температуру плавления, значение температурного расширения, нейтрален и не выделяет вредных веществ при нагревании. Физические и химические свойства слоя EVOH позволяют снизить кислородопроницаемость стенок трубы в тысячи раз, в сравнении с обычным полиэтиленом. Кислородопраницаемость EVOH аналогична по значениям с алюминием.

Трехслойная или пятислойная труба. Что выбрать?

Мы с Вами уже разобрались, что применять труба с простым обозначением Pex или PERT, т.е. без кислородного барьера в системах отопления запрещено. Если в обозначении трубы указано PEx / EVOH или PERT / EVOH- это трехслойная труба, где первый слой — это полиэтилен, второй слой — это клей, который закрепляет кислородный барьер на полиэтилене и, наконец, третий слой — это и есть слой EVOH (кислородный барьер). В данном случае тонкая пленка кислородного барьера расположена на поверхности и не защищена от повреждений. При транспортировках, монтаже незащищенный слой всегда повреждается и защита трубы от попадания кислорода существенно ухудшается. Но самый большой вред незащищенному кислородному барьеру наносит стяжка теплого пола. При постоянных температурных удлиннениях, во время работы труба трется об цементно-песчаную стяжку, которая является абразивом. В течение короткого времени кислородный барьер полностью исчезает и труба остается без защиты.

Что же делать? Для полноценной защиты труб существует технология пятислойного производства труб, при которой кислородный барьер покрывается еще одним слоем полиэтилена и надежно защищен от любого механического воздействия, не истирается и не изнашивается. В этом случае на трубу наносится обозначение Pex/EVOH/Pex или PERT/EVOH/PERT и трубу называют пятислойной. Такая труба будет стоить немного дороже, чем трехслойная труба, но, как Вы уже поняли, только она позволит практически исключить вредные последствия попадания кислорода в систему отопления.

При выборе труб для систем отопления и сравнении цен убедитесь, что Вам предлагают пятислойные трубы с защищенным кислородным барьером.

Как видно из Таб1 и Рис.1 все однослойные трубы имеют самую высокую степень кислородопроницаемости.

В многослойных трубах с барьерным слоем из этилен-винилового спирта PEX-EVOH-PE показатель диффузии кислорода имеет сравнительно невысокое значение, но показатель температурного расширения соответствует однослойным трубам.

Модная новинка – полипропиленовые трубы армированные стекловолокном PPR/PPR-FG/PPR (PPR-GF-PPR) приблизилась по показателю температурного расширения к металлопластиковым трубам, но высокая кислородопроницаемость делает их непригодными для систем отопления, тем самым крайне сужается сегмент их потребления.

Теперь разобравшись с показателями кислородопроницаемости наиболее популярных полимерных трубопроводов систем отопления и водоснабжения обратимся к негативным последствиям для замкнутых систем отопления, которые порождает высокая диффузия кислорода. Для высокотемпературных и низкотемпературных систем отопления последствия кислородопроницаемости различные.

ДИФФУЗИЯ КИСЛОРОДА В ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СИСТЕМАХ РАДИАТОРНОГО ОТОПЛЕНИЯ

Рис.2. Разрушение водяного насоса, и скан поверхности ротора насоса (Сканирующий мультмикроском СММ-2000) в результате насыщения теплоносителя кислородом.

Рис.3. Разрушение вентиля в результате насыщения теплоносителя кислородом.

Процессы кавитации несколько усиливается образованием слабых кислот в теплоносителе в результате повышения концентрации того же кислорода.

Благодаря достижениям производителей полимеров современные полимерный трубы обрели высокую долговечность (50-100 лет), но применение полимерных труб с высокой диффузией кислорода в высокотемпературных системах отопления сокращает срок службы трубопроводной системы в целом в несколько раз.

Трубы с высокой диффузией кислорода, применение которых недопустимо в высокотемпературных замкнутых системах отопления

• PEX (Однослойные трубы из сшитого полиэтилена)
• PPR (Однослойные трубы из полипропилена)
• PPR-FG-PPR (Полипропиленовые трубы армированные стекловолокном PPR-GF-PPR, PPR-GF)

ДИФФУЗИЯ КИСЛОРОДА В ЗАМКНУТЫХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СИСТЕМАХ ОТОПЛЕНИЯ (ТЕПЛЫЕ ПОЛЫ, ПАНЕЛЬНОЕ ОТОПЛЕНИЕ)

До недавнего времени считалось, что диффузия кислорода создает проблемы только в высокотемпературных системах, но в конце 2011 года авторитетная шведская лаборатория EXOVA (ранее Bodycote Polymer) завершила 12-ти летние испытания полимерных труб в замкнутых низкотемпературных системах отопления (теплых полах, панельном отоплении). Результаты оказались несколько неожиданными, Рис. 4.

Рис.4. Заиливание стенок однослойной трубы в низкотемпературной системе отопления (Exova, 2011)

В низкотемпературных замкнутых системах отопления в кислородопроницаемых трубах (PEX, PPR, PPR-FG-PPR) проникающий через стенки трубы в теплоноситель кислород провоцирует развитие аэробных микроорганизмов, в результате стенки трубы заиливаются продуктами жизнедеятельности аэробных бактерий, и трубопроводная система со временем выходит их строя, теряя свою пропускную способность.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ТРУБ С УЧЕТОМ ИХ КИСЛОРОДОПРОНИЦАЕМОСТИ (ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТИ)

Термостойкость современных трубных полимеров уже давно достигла необходимого для систем отопления и горячего водоснабжения уровня 90. 95 С. При этом долговечность большинства современных полимерных труб перешагнула 50 летный уровень, а у труб из PE-RT полиэтилена и 100 летний.

Благодаря композитным конструкциям с армированием алюминием или стекловолокном удалось достичь высокой термической стабильности труб, тем самым отпала необходимость установки температурных компенсаторов в системах отопления и горячего водоснабжения, что в свою очередь снизило затраты на прокладку трубопроводов.

Таким образом основным критерием выбора типа полимерных труб для различных систем отопления и водоснабжения становится их кислородопроницаемость, Рис.5.

Рис.5. Области применения полимерных труб с учетом диффузии кислорода и термической стабильности

Безусловно, проблемы диффузии кислорода характерны для замкнутых систем отопления. В системах водоснабжения требования к трубопроводам значительно ниже.

Холодное водоснабжение: Применяются практически все известные типы однослойных и многослойных труб в том числе ПНД трубы.

Высокотемпературные замкнутые системы отопления: К сожалению, в Российской практике умудряются использовать самые различные трубопроводы. Однако, надежность системы могут обеспечить только термически стабильные кислородонепроницаемые трубы: металлопластиковые PERT-AL-PERT и металлопластиковые трубы PPR-Al-PPR (чаще их называют полипропиленовые трубы армированные алюминием, например PPR-Al-PPR OXY-Plus).

Причем, применение требующих зачистки наружного слоя полипропиленовые трубы армированные перфорированной алюминиевой фольгой (PPR-Staby) недопустимо. Алюминиевая фольга в этих трубах не имеет прочного адгезионного соединения со слоями полипропилена, что не обеспечивает необходимой термической стабильности, и приводит к быстрому расслоению и вздутию трубы. Дырчатая перфорация фольги труб PPR-Staby, призванная обеспечить сцепление наружного и внутреннего слоя полипропилена, является источником диффузии кислорода.

Низкотемпературные замкнутые системы отопления: Низкотемпературные системы наиболее развивающийся и самый перспективный сегмент потребления полимерных труб. Именно в виде низкотемпературных систем реализуются современные энергоэффективные системы отопления и кондиционирования: это теплые полы, панельное отопление и кондиционирования, системы использования геотермального тепла, теплообменники тепловых насосов. Долговечность низкотемпературных систем могут обеспечить только трубы с низкой диффузией кислорода: металлопластиковые трубы PERT-Al-PERT и многослойные трубы с барьерным слоем, например, PEX-EVOH-PE.

В настоящее время металлопластиковые трубы в этой области наиболее предпочтительны – кроме абсолютной кислородопроницаемости, алюминиевый слой обеспечивает им дополнительное преимущество – они обладаю “памятью” формы, т.е. не разгибаются после изгиба. Однослойные трубы и трубы с полимерным барьерным слоем форму не держат, и это создает определенные трудности при монтаже.

Стоит обратить внимание, что в низкотемпературных системах используются гибкие трубы, т.к. по сути, эти системы представляют собой теплообменные змеевики. Поэтому жесткие кислородонепроницаемые полипропиленовые трубы PPR-Al-PPR в низкотемпературных системах не применяются. Трубы выполнение в размерном ряду SDR-6 абсолютно не сгибаемы, трубы размерного ряда по ГОСТ Р 53603-2009 трудносгибаемы. Кстати, переход европейских стран на энергосберегающие низкотемпературные системы отопления и кондиционирования сильно сократил в последние годы потребление полипропиленовых труб в Европе. (Подробнее.)

На рынке бытует мнение, что двигателем развития полимерных труб является многоэтажное строительство, однако это не совсем верно. в 2011 году 43% всего нового жилищного строительства РФ составляло малоэтажное строительство, в южных регионах доля малоэтажного строительства превышала 70%. По прогнозам Министерства регионального развития в 2026 году доля малоэтажного строительства превысит 80% всего жилищного строительства. Объем потребления труб малого диаметра (до 110 мм.) в 2026 году превысит 1,3 млрд. метров. (Подробнее.)

Безусловно, кроме технических характеристик перспективность той или иной трубопроводной системы определяется размерами сегментов ее применения. Оценим размеры сегментов на примере строительства типичного коттеджного поселка, Рис.6, 7.

Рис.7. Структура протяженности полимерных трубопроводов по назначению в типичном коттеджном поселке

Вышеприведенный рисунок наглядно демонстрирует значимость выбора трубопроводной системы с учетом кислородопроницаемости. 78% полимерных труб в малоэтажном строительстве должны обладать низкой диффузией кислорода. Причем, 50% это гибкие кислородонепроницаемые трубы типа PERT-Al-PERT, 28% кислородонепроницаемые трубы типа PERT-Al-PERT или PPR-Al-PPR OXY Plus, и только 22% трубопроводной системы может быть выполнена или однослойными трубами (PEX, PPR) или полипропиленовыми трубами армированными стекловолокном (PPR-FG-PPR, PPR-GF).

Перераспределение жилищного строительства в пользу малоэтажного строительства переносит проблему энергосбережения из государственной в личную, и поэтому переход на энергоэффективные системы отопления и кондиционирования мы, потребители, будем осуществлять сами. А необходимость этого вполне понятна. Традиционные системы радиаторного отопления неэффективны.

Опыт Европейских стран уже давно осуществляющих переход на энергосберегающие системы показателен, жилые здания в странах со схожими с Россией климатическими условиями потребляют тепла более чем 2 раза меньше чем российские, Рис. 8.

. Рис.8. Потребление тепла жилыми зданиями в странах со сравнивыми климатическими условиями

Для российских потребителей энергосбережение то-же становится крайне актуальн ой проблемой. Согласно официального прогноза Министерства экономического развития РФ на 2012 -2030 г.г. цены на газ в 2026 году вырастут более чем в полтора раза по сравнению с нынешним 2012, а к 2030 году почти в два раза. Электроэнергия подоражает в 2,1 раза в 2026 г. и в 2,78 раза в 2030 г. по сравнению с 2012, Рис. 9.

Это можно считать оптимистичным прогнозом. В действительности, вероятно, рост будет значительно выше – обычно министерства занижают неудобные данные.

Энергосбережение может кардинально изменить рынок полимерных труб для систем водоснабжения и отопления. Например, структура применения полимерных труб в вышеприведенном коттеджном поселке, оснащенном энергоэффективными системами напольного отопления и кондиционирования, системами использования геотермального тепла (тепловыми насосами) существенно меняется, Рис.10.

Рис.10. Структура протяженности полимерных трубопроводов по назначению в коттеджном поселке оснащенном энергоэффективными системами панельного отопления и кондиционирования, и системами использования геотермального тепла

Преимущества использования труб с низкой кислородной проницаемостью

При разработке проектной документации на отопительные сети и другие трубопроводы важно учесть не только первоначальную стоимость, но и эксплуатационное обслуживание, которое при неправильном выборе труб может оказаться скорым и затратным, вплоть до полной замены системы. Конечно, создать вечную коммуникацию не удастся, но при правильном выборе труб можно продлить эксплуатационный период с 5-ти до 50-ти лет.

Высоко и низкотемпературные системы замкнутого типа

Ещё не так давно полагали, что кислородная диффузия оказывает негативное влияние в сетях только с высокими рабочими температурами. Однако шведские учёные после многолетних испытаний установили, что кислород, проникая в теплоноситель низкотемпературной коммуникации, способствует развитию бактерий, продукты жизнедеятельности которых заиливают внутренние поверхности трубопровода. В результате снижается пропускная способность и система становиться непригодной для дальнейшей эксплуатации. Итог – замена всей системы и серьезные финансовые затраты.

Как показывает практика, в России для монтажа систем отопления используются самые разные трубы и комплектующие к ним. Но создать по-настоящему надёжную систему можно только с помощью труб, характеризующихся кислородной непроницаемостью и термической стабильностью. Всем этим требованиям отвечают трубопроводные системы “aquatherm”.

Что касается ПП труб с армированным внешним слоем из алюминиевой фольги, то они не подходят для устройства данных систем в виду плохой адгезии фольги и полипропилена. Это негативно сказывается на термической стабильности и грозит преждевременным расслоением. Если армированный слой создан из дырчатой фольги, то это чревато проникновением кислорода в теплоноситель.

В сухом остатке

Можно много спорить об этой теме. Но важно одно — раз есть требования, то их нужно соблюдать. И не важно, раздутая эта проблема или нет. «Протолкнули» данные нормы или нет и так далее. Важно, что в случае чего, попасть вы можете на хорошие деньги. Зачем нужен такой риск?

Часто задаваемые вопросы о диффузии кислорода в полипропиленовых трубах

Вопрос: Что такое диффузия кислорода в полипропиленовых трубах?
Ответ: Это процесс проникновения молекул кислорода из воздуха через стенку полипропиленовой трубы в теплоноситель.

Вопрос: Почему это опасно для системы отопления?
Ответ: Кислород вызывает коррозию металлических элементов системы (радиаторов, котла, насосов), что сокращает срок их службы.

Вопрос: Все ли полипропиленовые трубы пропускают кислород?
Ответ: Да, обычный полипропилен газопроницаем. Для защиты от диффузии используются трубы с кислородным барьером.

Вопрос: Что такое кислородный барьер в трубе?
Ответ: Это специальный слой (чаще всего из этиленвинилового спирта EVOH), который наносится на трубу и практически полностью блокирует проникновение кислорода.

Вопрос: Какой слой защищает от кислорода в полипропиленовых трубах?
Ответ: Защиту обеспечивает слой EVOH (этиленвиниловый спирт), который является эффективным диффузионным барьером.

Вопрос: Обязательно ли использовать трубы с кислородным барьером?
Ответ: Для открытых систем отопления — нет. Для закрытых систем с металлическими радиаторами и котлами — да, это требование производителей и СНиП.

Вопрос: Что будет, если смонтировать отопление трубой без барьера?
Ответ: В теплоносителе появится кислород, что приведет к ускоренной коррозии металлических частей системы и выходу оборудования из строя.

Вопрос: Как проверить, есть ли в трубе кислородный барьер?
Ответ: Обычно трубы с барьером имеют маркировку, например, «PPR-AL-PPR» или «PPR-FIBER», а также специальный цветной слой (красный, зеленый).

Вопрос: Какие нормы кислородопроницаемости существуют для труб?
Ответ: Согласно европейским стандартам, для систем отопления допустимая кислородопроницаемость не должна превышать 0,1 г/м³ в сутки.

Вопрос: Влияет ли диффузия кислорода на сам полипропилен?
Ответ: Полипропилен устойчив к кислороду, поэтому труба не разрушается. Опасность заключается в воздействии кислорода на металлические элементы системы.