Полимерные трубопроводы должны быть расположены таким образом, чтобы свести к минимуму их возможные механические повреждения или неблагоприятные температурные воздействия на них, которые могут возникать, например, в местах непосредственной близости к паропроводам. С этой точки зрения, существенная особенность термопластичных полимеров заключается в том, что их прочность уменьшается с увеличением температуры, а это означает, что, например, допустимые или номинальные значения давления в трубопроводах из таких материалов должны быть снижены для условий эксплуатации при повышенных температурах.
Другой характерной особенностью проявления механических свойств полимеров является так называемая ползучесть. Это свойство не является критичным для трубопроводов из металлов, обсуждаемых здесь, разве только за исключением случаев, когда они эксплуатируются при температурах в несколько сотен градусов по Цельсию (что маловероятно в рассматриваемых целях). Однако полимерные материалы, благодаря свойственным им низким температурам плавления, склонны к ползучести, т. е. деформации под нагрузкой при изменении температурных условий их эксплуатации. Поэтому проблемы, связанные с этим явлением, не только возрастают с увеличением температуры эксплуатации трубопроводов, но могут усугубиться и влиянием химической агрессивности среды.
Несмотря на множество применений, в которых полимеры прекрасно себя зарекомендовали, при неправильной эксплуатации они часто более уязвимы, чем металлы.В особенности это относится к монтажу труб и фитингов, во время которого полимерные элементы могут получить повреждения даже в тех случаях, когда полимер изначально обладает хорошей механической и химической стойкостью и подходит для применения в данном случае. Кроме того, полимеры более уязвимы к воздействию пламени, что может создавать серьезные дополнительные проблемы для здоровья персонала во время горения в замкнутом пространстве.
Архив
Соединения любых технологических материалов всегда предполагают прочность, долговечность, герметичность и т. д., но в трубопроводах для высокочистой воды существенную роль начинают играть дополнительные требования:
• Материал соединительного шва по своим свойствам должен быть подобен материалу самой трубы, и не должен содержать выщелачиваемых веществ, которые будут загрязнять воду;
• Соединительный шов должен быть гладким и не иметь трещин, чтобы предотвратить образование колоний микроорганизмов, их рост и жизнедеятельность.
Существует целый ряд методов, пригодных для соединения полимерных труб и других компонентов: склеивание при помощи растворения, резьбовое соединение, механическое соединение с помощью зажима, сварка встык и оплавляемая муфта. С подробностями этих процессов можно легко ознакомиться в общетехнической литературе, и здесь они не будут обсуждаться. Вместо этого будут сделаны комментарии, касающиеся приемлемости применения этих методов к системам транспортировки высокочистой воды.
Первые три процесса из перечисленных выше являются сомнительными в отношении количества потенциально вносимых загрязнений (например, присутствие веществ клеящего материала, применяемого в первом методе, смазочных и герметизирующих добавок, используемых во втором методе, и материала прокладок, используемых в третьем методе). Кроме того, механическое крепление может стать причиной возникновения мелких трещин. Сварка встык и соединение с помощью оплавляемой муфты являются довольно схожими процессами, их различие состоит лишь в том, что в первом из них тепло подводится к поверхностям соединяемых концов труб, тогда как во втором тепло подводится к зоне размещения оплавляемой муфты. Оба этих процесса протекают без внедрения других материалов и поэтому не являются потенциально опасными с точки зрения выщелачивания, но считается, что они не оставляют после себя поверхность, полностью лишенную трещин, например, при сварке встык возможно образование внутреннего валика в месте сварного шва.
Разновидностью сварки встык является способ, в котором используется внутренний эластичный пневматический баллон, размещаемый в области сварного шва; его функция заключается в сохранении центровки и выравнивания внутренней поверхности соединительного шва во время воздействия тепла от внешнего нагревательного устройства с целью получения шва без трещин и наплывов.
В этом разделе будет обсуждаться выбор материалов для различных типов и частей трубопроводов, которые чаще всего используются при производстве высокочистой воды.
Исходная вода
В большинстве случаев исходной является вода из системы коммунального водоснабжения (реже из реки или скважины), и ее химический состав будет меняться в зависимости от местонахождения. Однако по сравнению с конечным продуктом исходная вода будет иметь относительно высокие показатели содержания растворенных солей (примерно от 50 до нескольких сотен ррт), органических веществ, взвешенных твердых частиц и растворенных газов. Главным критерием выбора системы трубопроводов в этом случае должна быть высокая надежность в сочетании с низкой стоимостью.
В трубопроводах для исходной воды обычно используются углеродистые стали. Чугун также пригоден для этих целей, особенно для труб больших диаметров и для водопроводных систем распределения. Эти материалы являются чрезвычайно уязвимыми к коррозионному воздействию во многих водах, особенно в быстрых потоках или в условиях локальной турбулентности (например в коленах труб). В дополнение к уже отмеченным проблемам технического обслуживания коррозия (вследствие попадания ее продуктов в воду) может усложнить дальнейшие стадии процесса очистки воды. Следовательно, с целью увеличения срока эксплуатации систем эти материалы должны быть защищены покрытиями. Для труб большого диаметра (в коммунальных системах распределения) часто используется внутренняя защита покрытиями или полиэтиленовая футеровка. Для труб малых диаметров, имеющих большее отношение к рассматриваемым проблемам, более дешевым методом защиты является гальванизация, особенно по сравнению с покрытием внутренней поверхности труб защитными красками. Тем не менее, гальванизация не всегда является удовлетворительной мерой при длительном сроке эксплуатации.
Как показано ранее, некоторые полимеры по стоимости могут конкурировать с углеродистой статью с защитными покрытиями, но они являются гораздо менее уязвимыми к разрушению под действием химикатов. Следовательно, чтобы свести к минимуму проблемы, связанные с коррозией, наблюдается все возрастающая тенденция использования в трубопроводах для исходной воды полимерных материалов вместо металлических. Возможными вариантами таких материалов могут быть ПЭ, ПВХ или более дорогие, но более прочные и жесткие акрилонитрилбутадиенсти-рольные пластики.
По мере того, как вода проходит через последовательные стадии сложного процесса очистки, которые представляют собой современную систему получения высокочистой воды, происходит увеличение ее стоимости. Кроме того, она становится все более и более восприимчивой к загрязнениям продуктами коррозии и деструкции, протекающими с умеренными (или даже малыми) скоростями. Поэтому материалы для изготовления трубопроводов с наиболее высокими эксплуатационными качествами становятся более востребованными, чем в случаях, рассмотренных в предыдущем разделе. Вообще говоря, углеродистая сталь или чугун не должны быть приоритетными для рассмотрения, хотя иногда трубопроводы из таких материалов могут найти применение в сочетании с ионообменными смолами или угольными фильтрами, расположенными на выходе из системы. В подобных случаях стальные трубопроводы и стальные емкости, включая многоцелевые фильтры со слоями активированного угля, а также некоторые ионообменные колонки могут быть футерованы резиной. При выборе материалов для изготовления основной части трубопроводов, используемых для описываемых целей, преимущество следует отдавать полимерам, например таким, как ПВХ непластифицированный, акри-лонитрилбутадиенстирол, ПП или стеклопластик. Существует много примеров использования двух первых материалов из этого ряда в системах получения высокочистой воды, по крайней мере, до финишного ионообменника со смешанным слоем.
Однако в местах, где требуется повышенная прочность, необходимо использовать металлические трубы. Одним из примеров являются стенки корпуса установки высокого давления обратного осмоса, где, как правило, используется нержавеющая сталь 316L, характеризующаяся высокой прочностью и хорошей коррозионной стойкостью, присущей этому типу сталей. И все-таки эта марка стали не всегда представляет собой оптимальный вариант, поскольку критическим параметром часто является стойкость к пит-тингу (точечной коррозии) и щелевой коррозии. Последний тип коррозии является наиболее вероятным в местах соединения (например, разборных уплотнительных колец с ручной затяжкой) труб между собой или с насосом, а также с ячейкой обратного осмоса, но может протекать и в местах дефектов сварки.
Для данной марки нержавеющей стали преобладание точечной или щелевой коррозии возрастает с увеличением общего содержания растворенных в воде твердых веществ (и особенно с увеличением концентрации хлоридов), а ее устойчивость к таким локализованным формам коррозии возрастает с увеличением содержания в стали хрома и молибдена. Практика показывает, что сталь марки 316 (а, следовательно, и 316L) является подходящей для всех случаев, кроме воды с очень высоким содержанием хлоридов. Если концентрация хлоридов приближается к их концентрации в морской воде, то даже сталь марки UNS NO.8904 эксплуатируется на пределе своих возможностей, и в этих случаях необходимо применять материал, подобный стали марки UNS S31254 (20Cr/18Ni/6Mo). С другой стороны, если на очистку поступает вода с низким общим солесодержанием (TDS), то марка нержавеющей стали 304 (или 304L) может быть приемлема для использования.