Металлические трубы
Для изготовления труб реально используются сталь, чугун и медь. Чугунные трубы в локальных сетях используются практически только для канализации. Для водопроводов и теплоснабжения применяют стальные и медные трубы.
Стальные трубы в России и во многих других странах до сих пор применяются в строительстве чаще других. Объясняется это не только и не столько приверженностью россиян ко всему основательному: стены у дома — кирпичные, трубы — стальные оцинкованные, но и имеющейся в нашей стране серьезной сырьевой и технологической базой для их производства.
Для локальных систем используют так называемые водогазопроводные трубы. Их получают загибом стального листа соответствующей ширины с последующей сваркой — это так называемые шовные трубы. Диаметр таких труб («условный проход») от 8 до 150 мм. Чаще других применяются трубы с диаметром условного прохода 15, 20 и 25 мм. Толщина стенки у этих труб — 2,8 мм. Объясняется столь большая толщина стенки не желанием обеспечить высокую прочность, а совсем другими причинами. Во-первых, стальные трубы соединяют на резьбе или сваркой, что требует определенной толщины металла, и, во-вторых, стальная труба быстро корродирует и для обеспечения ее долговечности нужна большая толщина.
Коррозия стальных труб — их основной недостаток. Для ее задержки используют цинковое покрытие («оцинкованные трубы»), что замедляет, но не предотвращает коррозию.
Положительным свойством стальных труб является низкий температурный коэффициент линейного расширения (0,012 мм/м•К). Это значит, что при повышении температуры на один градус каждый метр трубы удлиняется на 0,012 мм.
Стальные трубы имеют довольно большой вес, что объясняется высокой плотностью стали (р=7,85 г/см³) и большой толщиной стенки.
У стальных труб высокая теплопроводность — 74 Вт/м•К. Это хорошо, когда они используются в отопительной системе, но при транспортировке холодной воды становится недостатком: трубы «отпотевают», корродируют снаружи, намокает и разрушается прилегающая к ним стена. Чтобы избежать этого, можно воспользоваться трубками из вспененного полиэтилена или каучука, надеваемыми на трубу.
Еще один мелкий, но порой весьма досадный недостаток: стальные трубы «поют», хотя источником шума служат неисправности в арматуре (кранах, сифонах и т.п.), а трубы только передают и усиливают этот звук.
Пропускная способность стальных труб при равном внутреннем диаметре ниже, чем у медных и полимерных, потому что внутренняя поверхность у них шероховатая, что вызывает завихрения в потоке жидкости и затрудняет ее продвижение. Со временем, когда трубы обрастают продуктами коррозии и другими отложениями (как старый чайник — накипью), их пропускная способность снижается очень существенно. Это может быть одной из причин замены еще целых на вид труб.
Срок службы стальных труб, используемых для водоснабжения и отопления, около 30-40 лет.
Монтаж системы из стальных труб — довольно трудоемкое дело. Стальные трубы соединяют на резьбе с помощью муфт, сгонов, угольников и другой фасонины или сварки. Декоративностью стальные системы не блещут и поэтому нуждаются в окраске, маскирующей их присутствие в помещении.
Следует отметить, что оцинкованные трубы сваривать не следует, так как в месте проведения сварки защитное цинковое покрытие полностью исчезает, потому что цинк при нагреве до 900°С (а температура сварки значительно выше) испаряется и сгорает. Сварной стык становится самым уязвимым для коррозии участком заводском. При монтаже систем цинковое покрытие может быть восстановлено.
Чугунные трубы — толстостенные, относительно большого диаметра (50-500 мм), но более короткие, чем стальные. Их получают отливкой из серого чугуна. Чугунные трубы за счет большей толщины стенки и большей коррозионной устойчивости самого материала обладают высокой долговечностью и надежностью, но вес их в несколько раз выше, чем стальных того же диаметра.
Соединяют чугунные трубы с помощью раструбов, уплотняемых чеканкой просмоленным канатом, расширяющимся цементом, или старинный и очень надежный прием — свинцом. Кстати, последний дал название профессии сантехника в Европе — plumber (от лат. Plumbum — свинец).
Разработаны и более надежные методы крепления. Для труб с раструбами — натяжные болты. Для труб, не имеющих раструбов и соединяемых встык, разработана и с успехом используется система SMU (Франция) с резиновой герметизирующей манжетой и фиксирующим хомутом из нержавеющей стали. В этой системе используются трубы, окрашенные снаружи акриловой краской красного цвета и имеющие защитное покрытие, повышающее устойчивость к коррозии изнутри.
Чугунные трубы, применяемые для прокладки внутриквартальных водопроводных сетей и для канализации, выпускаются в комплекте с фасонными деталями. Сети из них работают долгие годы без ремонта и замены. Например, в центре Москвы есть сети из чугунных труб, проложенные еще в конце XIX века.
Медные трубы начали использоваться в строительстве в 20-30-е годы XX века. Пик их популярности пришелся на 70-е годы. Именно в это же время началось широкое внедрение в строительство полимерных труб. В результате конкурентной борьбы между медными и полимерными трубами выявились их сильные и слабые стороны.
Медь известна с давних времен как в чистом виде, так и в виде сплавов латуни (сплав с цинком) и бронзы (сплав с оловом).
Свое название медь (лат. Cuprum) — мягкий и пластичный (в технике говорят «ковкий» металл, получила от названия острова Кипр, где добывалась медная руда. Она очень хорошо (в 5 раз лучше стали) проводит тепло и электрический ток и почти не подвергается коррозии. В нейтральной водной среде (например, в водопроводной воде) растворяется в ничтожных дозах и практически не окисляется. Подтверждением этому могут служить следующие факты: медь, как золото и серебро, встречается в природе в самородном виде и более 80% меди, выплавленной человечеством, находится в эксплуатации (сталь на 8-10% ежегодно «съедается» коррозией).
Бытует мнение, что вода, в которой растворены соединения меди, вредна для организма и даже ядовита. В этом случае полезно вспомнить слова знаменитого врача эпохи Возрождения Парацельса: «Вещество может быть ядом и лекарством: все зависит от концентрации». Это в полной мере относится к меди: с одной стороны, это тяжелый металл, а с другой — жизненно необходимый элемент. Действительно, организм человека содержит в среднем около 100 мг меди. А поскольку она в организме не накапливается, а постоянно выводится, человек должен потреблять с пищей 2-3 мг меди в день. Эти количества в 10-50 раз выше, чем содержатся в одном литре воды, проходящей через медные трубы.
Для изготовления труб используют медь очень высокой чистоты (99,9%), то есть количество примесей в ней не превышает 0,1%. Такая медь отличается особо высокой коррозионной стойкостью и пластичностью, при этом не теряя пластичности и при отрицательных температурах (до -100°С). При замерзании воды в медной трубе последняя не трескается, а лишь немного расширяется и после оттаивания вновь готова к работе.
При механической обработке (вытягивании, штамповке и т.п.) медь частично теряет пластичность и становится более жесткой и прочной. Это явление в металловедении называют «наклеп». Медь можно вернуть в исходное пластичное состояние «отжигом», то есть нагревом до 600-700°С и последующим медленным охлаждением. Для сравнения приведем две цифры: неотожженная медь имеет прочность 280-300 МПа и удлинение при разрыве 10-15%, а отожженная, соответственно, — 210-220 МПа и 50-60%.
О декоративных качествах меди и говорить не стоит.
Медные трубы выпускают в неотожженном состоянии (в виде хлыстов длиной 5 м) и в отожженном в свернутом в бухты (25 и 50 м). Крупнейшие производители медных труб: немецкая фирма КМЕ и ESENCO, входящая в итальянскую фирму SILMET.
Трубы выпускаются стандартных размеров: диаметр от 10 до 28 мм при толщине стенки 1 мм (!) и диаметром от 35 до 54 мм при толщине стенки 1,5 мм (выпускают трубы и большего диаметра). Нужно заметить, что по сравнению со стальными медные трубы имеют очень маленькую толщину стенки и соответственно увеличенный внутренний диаметр. Так, медная труба с внутренним диаметром 20 мм имеет стенки толщиной 1 мм и вес одного метра трубы всего 0,59 кг, то есть почти в 3 раза легче стальной. При столь малой толщине стенки медные трубы рассчитаны на более высокое, чем у стальных, рабочее давление.
Медные трубы имеют очень гладкие стенки. Их шероховатость в 100 раз ниже, чем у стальных, и в 4-5 раз ниже, чем у полимерных. С учетом гладкости поверхности медных труб их пропускная способность будет намного выше, чем у стальных, и остается постоянно высокой весь срок ее эксплуатации (не корродирует и не «обрастает»).
Прочностные параметры и долговечность медных труб практически не зависят от давления и температуры транспортируемой жидкости (разрешенный интервал температур от +250 до -100°С). Это одно из существенных преимуществ медных труб перед полимерными, у которых долговечность зависит от параметров (температуры и давления) транспортируемой жидкости. Кроме того, проблемы защиты от УФ-излучения и проникновения кислорода через стенку трубы для медных труб в отличие от полимерных просто нет.
Благодаря пластичности материала медные трубы не боятся замораживания находящейся в них воды.
Однако наш век придется назвать полимерным. Даже медные трубы «попросили» помощь у полимеров. Некоторые фирмы начали выпуск медных труб с наружным покрытием из полимеров. В основном применяются покрытия из поливинилхлорида ПВХ и полиэтилена (в том числе и вспененного). Такие покрытия выполняют защитно-декоративные функции:
придают трубам желаемый цвет;
уменьшают потери тепла при транспортировке горячей воды;
препятствуют образованию конденсата при транспортировке холодной воды;
снижают «шумность» труб;
защищают трубы от абразивного износа (царапины, задиры) и коррозии при прокладке их в земле и в стенах.
Медные трубы могут быть рекомендованы как для отопления (здесь положительную роль играет высокая теплопроводность меди), так и для водоснабжения. Во всех случаях транспортировки воды следует придерживаться правила: не ставить в систему вниз по течению воды после медных труб стальные оцинкованные. В этом случае пойдет интенсивное разрушение цинкового покрытия.
Монтаж медных труб производится быстро. Выпускается большой набор фитингов из меди. В этом ведущая роль принадлежит фирме SANHA (Германия). Медные трубы легко режутся и гнутся. Система монтируется с помощью фитингов пайкой или запрессовкой с уплотнительными кольцами.