За последние полтора десятка лет в нашей стране произошла настоящая революция в области технологий водоподготовки, сопровождавшаяся внедрением реагентов нового уровня – дезинфицирующих средств, коагулянтов, флоккулянтов и т.д.
Данные реагенты зачастую относятся к агрессивным химическим соединениям, которые могут оказывать разрушительное воздействие на традиционные конструкционные материалы – сталь (в т.ч. нержавеющую), бетон и т.д., что в свою очередь послужило причиной для широкого использования в системах водоподготовки современных инженерных пластиков (термопластов), обладающих повышенной химической стойкостью.
В настоящее время для изготовления оборудования систем водоподготовки (реакторов, емкостей хранения, емкостей смешения и т.д.) наиболее широко применяются следующие пластики (термопласты):
Эти материалы могут быть дополнительно модифицированы с помощью добавок, для придания специальных свойств – негорючести, электропроводимости и т.д.
Вышеперечисленные материалы, даже в базовых версиях, могут в значительной степени отличаться друг от друга по своим физико-механическим свойствам, термостойкости, стойкости к воздействию и химической стойкости, а также стоимости, что необходимо учитывать при проектировании оборудования.
Основная задача, которая стоит перед проектировщиком при выборе конструкционного материала: найти решение, которое выполнило бы техническое задание при минимально возможной стоимости.
Наиболее распространенным конструкционным материалом для изготовления емкостного оборудования в системах водоподготовки является полиэтилен.
Его основные виды:
Свойства вышеперечисленных видов полиэтилена, в частности их термостойкость и стойкость к воздействию агрессивных соединений в значительной степени различаются, и определяются различиями в молекулярном строении, прежде всего - длиной молекулярной цепочки. Как правило, чем больше длина молекулярной цепочки (и соответственно молекулярная масса материала), тем выше его прочностные свойства, термостойкость и стойкость к воздействию агрессивных соединений.
В ряду вышеперечисленных материалов наиболее короткая молекулярная цепочка у ПЭВД (молекулярная масса до 50 000 г/моль), самая длинная – у ПЭНД (более 200 000 г/моль), полиэтилен среднего давления по этому показателю занимает промежуточное положение.
Для изготовления емкостного оборудования применяются все вышеперечисленные виды полиэтилена, однако наибольшее распространение, как в быту, так и в составе промышленного оборудования получили ротационно-формованные емкости из ПЭВД, что обусловлено, в первую очередь, их низкой стоимостью.
Однако применяя емкости данного типа в системах водоподготовки необходимо учитывать их неудовлетворительную стойкость к воздействию агрессивных химических соединений, что, в частности, отражено в регламентирующих документах Немецкого Строительного Института (DIBT).
В случаях, когда стойкость ротационно-формованных емкостей из ПЭВД недостаточна, альтернативой могут стать сварные емкости из экструзионного ПЭНД, который, в свою очередь, может быть различных марок – ПЭ63, ПЭ80, ПЭ100 и т.д. Цифровой индекс марки ПЭНД определяется значением показателя Минимальной Требуемой Прочности материала (Minimal Required Strength, MRS). Чем больше величина этого параметра (и, следовательно, цифровой индекс), тем выше прочность материала, а это значит, что для обеспечения нужной прочности конструкции можно обойтись меньшей толщиной (сечением) материала, однако, как правило, у материалов с более высоким показателем MRS выше стоимость.
Как правило, для изготовления промышленного оборудования используют ПЭНД черного цвета, прокрашенный по массе углеродом, что, в частности, придает ему стойкость к УФ-излучению и позволяет использовать изготовленное из него оборудование на открытом воздухе.
Еще один представитель класса полиолефинов, полипропилен (ПП, PP), при сравнимой с полиэтиленом стойкости к воздействию агрессивных химических соединений, обладает более высокой жесткостью и термостойкостью, за счет чего его применение оправдано для изготовления емкостей прямоугольной формы, а также оборудования, эксплуатирующегося при повышенных температурах – до 100°С.
Кроме того, один из видов полипропилена полипропилен-рандомсополимер (PP-R или статистический полипропилен) находит широкое применение в трубопроводах холодного и горячего водоснабжения, и следовательно также может использоваться в системах водоподготовки.
При всех положительных качествах полиолефинов (прежде всего, сравнительно низкой стоимости), в целом ряде случаев, например, когда речь идет о хранении и транспортировке некоторых хлорсодержащих соединений, свойств этих материалов бывает недостаточно, чтобы обеспечить бесперебойную работу оборудования в течение установленного срока службы. Применительно к системам водоподготовки, такой критической средой является, прежде всего, гипохлорит натрия, особенно его растворы высокой концентрации – до 16% по активному хлору и выше.
В этом случае, согласно регламентирующим документам Немецкого Строительного Института (DIBT) в качестве конструкционного материала для строительства оборудования, контактирующего с гипохлоритом натрия, рекомендуется использовать непластифицированный поливинилхлорид (ПВХ, PVC-U).
Основные отличия данного материала (стандартных, ненаполненных версий) от полиолефинов:
*Примечание: несмотря на то, что ПВХ не горит в воздушной среде, его стандартные (немодифицированные) версии относятся к группе горючести Г2 (умеренно горючие материалы) или даже Г3 (нормально горючие материалы) согласно Федеральному закону N 123-ФЗ от 22 июля 2008 года «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности»
Накопленный как отечественный так и зарубежный опыт подтверждает экономическую эффективность использования емкостного оборудования из непластифицированного ПВХ для растворов гипохлорита натрия. Кроме того, с учетом возможности склеивания (хотя правильнее назвать это холодной сваркой) ПВХ широко используется в качестве конструкционного материала для изготовления трубопроводной обвязки емкостного оборудования по причине простоты монтажа.
Общие отличительные особенности термопластов, которые необходимо учитывать при эксплуатации изготовленного из них оборудования
В процессе эксплуатации с течением времени термопласты, испытывающие механические нагрузки и воздействие повышенной температуры, начинают деградировать, а именно – их механическая прочность уменьшается. Дополнительно процесс деградации ускоряет воздействие агрессивных сред, с которыми контактирует материал, что может приводить к растрескиванию, особенно в критичных зонах емкостей – сварных швах, стыках дна и стенок и т.д. Однако зачастую процесс деградации никак внешне не проявляется, поскольку, в отличие от процесса коррозии металлов, протекает не на поверхности, а в глубине материала. Для предотвращения возможных негативных последствий все эти факторы должны учитываться при проектировании. Например, проектирование емкостного оборудования должно обязательно включать в себя статический расчет по стандарту DVS 2205 или по аналогичным методикам.
Заключение
Современные полимерные материалы обладают целым рядом полезных, зачастую уникальных свойств, позволяющих с успехом применять их для изготовления оборудования систем водоподготовки. Тем не менее, для обеспечения эффективной и безопасной работы оборудования, изготовленного из термопластов, необходимо учитывать ряд особенностей, отличающих их от традиционных материалов (металлов, стекла и т.д.), а также соблюдать параметры эксплуатации, заложенные при проектировании.
Литература: