Сравнение ПБ-1 с PE-RT и PEX

Фактическое сравнение затрат для трубопроводных систем должно включать время установки, варианты соединения, срок службы и стандартное размерное соотношение (SDR).

Полибутен-1 предлагает ощутимые преимущества для районных энергетических сетей по сравнению с PE-RT и PEX

Сетей фактическая разница в стоимости разных материалов для трубопроводных систем – это больше, чем разница в цене за единицу длины при одинаковом внешнем диаметре.

При сравнении материалов для труб составители спецификаций обращают внимание на следующие факторы: простота установки, влияющая на стоимость работ на местах; варианты соединения, долгосрочная производительность системы и прогнозируемый срок службы; а также стандартное размерное соотношение (SDR) для сравнения показателей прочности под давлением.

По сравнению с системами PEX и PE-RT материал ПБ-1 предлагает значительные преимущества для широкого спектра категорий производительности, что делает трубопроводные системы из ПБ-1 оптимальным выбором для высокопроизводительных сетей.
 

Что такое SDR?

SDR определяет прочность трубы под давлением и соотношение внешнего диаметра и толщины стенки трубы.

SDR или стандартное размерное соотношение относится к геометрии трубы. SDR – это метод оценки прочности трубы под давлением. Этот параметр описывает соотношение между размером трубы и толщиной ее стенки. Например, SDR 11 означает, что внешний диаметр трубы в одиннадцать раз больше толщины стенки.

• Высокое соотношение SDR
  Тонкая стенка в сравнении с диаметром трубы
• Низкое соотношение SDR
  Толстая стенка в сравнении с диаметром трубы

Пример расчета:
SDR для трубы с внешним диаметром 100 мм и толщиной стенки 5 мм можно рассчитать следующим образом:
100 мм / 5 мм = SDR 20
 

Почему SDR имеет важное значение для районных энергетических сетей?

Благодаря более высокому коэффициенту SDR ПБ-1 по сравнению с PE-RT или PEX трубопроводные системы из ПБ-1 обеспечивают следующие преимущества за счет более низких требований к толщине стенки для одинаковых значений номинального давления и внешнего диаметра трубы:

• меньше материала для тех же характеристик работы под давлением;
• меньшая масса на метр трубы;
• меньший внешний диаметр трубы при той же производительности;
• большая внутренняя площадь при одинаковом внешнем диаметре обеспечивает:
  - повышенный расход при том же давлении;
  - снижение потерь давления, сокращение энергопотребления для работы системы или насосов с меньшей производительностью.

Классы SDR и размеры труб

Классы SDR указаны в национальных стандартах для трубопроводных систем районных энергетических сетей

Классы SDR и гидравлические удары

Чем выше класс SDR, тем ниже значения гидравлических ударов при конкретном расходе. ПБ-1 имеет самый высокий класс SDR по сравнению с PP-H, PP-B, PE-RT и PEX

Столб движущейся воды в трубопроводе содержит запас кинетической энергии, обусловленной массой и скоростью воды. Поскольку вода не поддается сжатию, то при внезапном закрытии клапана поглотить эту энергию невозможно.

В результате создается высокий моментальный скачок давления, который обычно называют гидравлическим ударом.

С учетом высокой плотности проживающих рядом людей, уровень шума и акустические свойства трубопроводных систем являются важным аспектом. Трубопроводные системы, которые сводят к минимуму шум воды и гидравлический удар в местах прохода через стены и потолки, являются ключевым элементом, решающим проблему устранения шума для жителей.

Значение гидравлического удара зависит от пяти факторов:

• быстрота
• Модуль упругости материала трубы
• Внутренний диаметр трубы
• Толщина стенки трубы
• Время закрытия клапана

Повторяющиеся гидравлические удары могут привести к разрушению труб. Помимо шума, гидравлический удар может привести к разрыву трубопроводов, если давление достаточно высокое.
 

Максимальное теоретическое значение скачка давления Ps составляет:

v₀ · a · ρ = p_s

v₀ = скорость среды [м/с]
a = скорость распространения волны давления [м/с]
ρ = плотность среды [кг/м³]
p_s = скачок давления – гидравлический удар [Н/м²]

Максимальное пиковое давление, вызываемое гидравлическим ударом, можно рассчитать при помощи следующего уравнения, которое взято из справочника по проектированию трубопроводов из термопластичного материала (Handbook of Thermoplastic Piping System Design, Thomas Sixsmith and Reinhard Hanselka, Marcel Dekker Inc., стр. 65-69).

Ps = V((3960 E t)/(E t + 3 x 105 DI))½
где:
Ps = пиковое давление (фунт/кв. дюйм)
V = скорость воды (фут/с)
DI = внутренний диаметр трубы (дюйм)
E = модуль упругости материала трубы (фунт/кв. дюйм)
t = толщина стенки трубы (дюйм)

Низкий модуль упругости полибутена-1 в сочетании с пониженной толщиной стенок обеспечивает низкое пиковое давление для данных значений внешнего диаметра и номинального давления трубы. В таблице ниже приведено сравнение максимального пикового давления для труб с внешним диаметром 38,1 мм (1-1/2 дюйма) из различных пластмасс, рассчитанных на одинаковое рабочее давление.
 

	E	E	DI	t	V	Ps	Ps
	[psi]	[MPa]	[mm]	[mm]	[ft/s]	[psi]	[бар]
ПБ-1	65.000	450	32,5 (1,28")	3,8 (0,15")	5,0	49,5	3,4
PE-X	87.000	600	28,9 (1,14")	5,6 (0,22")	5,0	72,4	5,0
PP	116.000	800	26,7 (1,05")	6,6 (0,26")	5,0	93,0	6,4
CPVC	507.000	3.500	30,9 (1,22")	4,6 (0,18")	5,0	140,6	9,7

По сравнению с PP-H, PP-B, PE-RT и PEX, ПБ-1 обладает самым высоким классом SDR и обеспечивает лучшие акустические характеристики, включая минимальный уровень гидравлического удара.
 

Источник информации по размерам трубопроводов системы районного теплоснабжения со сравнением материалов ПБ-1, PEX и PE-RT

Действующий российский стандарт для систем районного теплоснабжения (ГОСТ 56730 – 2015) и нидерландский стандарт (BRL 5609, а также проект обновленной версии BRL 5609) включают сравнение трех материалов для трубопроводных систем районного теплоснабжения: ПБ-1, PE-RT и PEX

Как российский, так и нидерландский стандарт предъявляют одинаковые требования в отношении размеров труб и классов SDR для 3 материалов подводящих трубопроводов, работающих под давлением 6, 8 и 10 бар.

Согласно обоим стандартам таблица (справа) представляет собой выдержку из соответствующей таблицы, в которой показаны классы SDR для перечисленных материалов и различных номинальных давлений. Как указано, для каждого рабочего давления ПБ-1 имеет самый высокий класс SDR по сравнению с PEX и PE-RT. В разделе ниже объясняется, что это означает, почему в стандартах

 

Превосходные характеристики ПБ-1 для работы под давлением обеспечивают преимущества по сравнению с PE-RT и PEX

Более высокий класс SDR у ПБ-1 обеспечивает следующие преимущества:
• меньшая толщина стенки;
• меньше материала (меньшая масса)
•Большие внутренний диаметр и площадь

Чтобы проиллюстрировать рабочие характеристики ПБ-1, PE-RT и PEX при заданном рабочем давлении 8 бар и малом диаметре трубы (50 мм), в таблице и на схеме ниже приведено сравнение требуемых внутренних размеров трубы.
 

Пример 1:  малая труба – диаметр 50 мм при давлении 8 бар

ПБ-1 прочнее, чем PE-RT и PEX, и при рабочем давлении 8 бар с внешним диаметром трубы 50 мм ø требуемая толщина стенки составляет:

Как указано выше, при одинаковом давлении воды больший внутренний диаметр трубы из ПБ-1, имеющей внешний диаметр 50 мм, обеспечивает значительно более высокий расход, чем два других материала. Другими словами, при заданном расходе трубы из ПБ-1 снижают потери давления, требуя меньше энергии для работы систем и/или насосов с меньшей производительностью

Как показано на графиках выше, а также в целях сравнения, можно считать характеристики PE-RT соответствующими 100%. При сравнении внутренней площади поперечного сечения трубы диаметром 50 мм (левый график) ПБ-1 явно превосходит PE-RT, обеспечивая дополнительно 27% объема. Кроме того, сравнение количества материала на метр для трубы диаметром 50 мм с номинальным давлением 8 бар (правый график) показывает, что труба из ПБ-1 использует на 29% меньше материала, чем PE-RT.

Для сравнения, показатели PE-RT можно считать равными 100%. Согласно приведенному выше графику (слева), при одинаковом рабочем давлении воды труба с внешним диаметром 50 мм (8 бар), изготовленная из ПБ-1, обеспечивает значительно более высокий расход (+35%) по сравнению с трубой из PE-RT такого же внешнего диаметра.

Измерено с использованием другой точки сравнения (справа): при заданном расходе потери давления в трубах из ПБ-1 на 44% ниже по сравнению с трубопроводами из PE-RT. Это означает, что трубы из ПБ-1 потребляют меньше энергии для работы системы, а также что их можно использовать с насосами меньшей мощности, сохраняя ту же производительность.
 

Пример 2: Большая труба – диаметр 160 мм при давлении 10 бар

Благодаря более высокому рейтингу SDR (и, следовательно, меньшей толщине стенок) труба из ПБ-1 диаметром 140 мм обеспечивает те же характеристики, что и труба из PE-RT диаметром 160 мм, но с меньшим внешним диаметром и большим внутренним поперечным сечением трубы.

На трубопроводе с рабочим давлением 10 бар и внешним диаметром 160 мм:

• PE-RT при SDR 6
  Труба диаметром 160 мм имеет внутреннюю площадь поперечного сечения 8.958 мм²

• PEX при SDR 7,4
  Труба диаметром 160 мм имеет внутреннюю площадь поперечного сечения 10 605 мм²

• ПБ-1 при SDR 9
  При меньшем внешнем диаметре 140 мм труба из ПБ-1 имеет внутреннюю площадь поперечного сечения 9263 мм²

Кроме того, как показано на графике (справа), масса трубы из ПБ-1 с внешним диаметром 160 мм, рассчитанной на давление 10 бар, практически вдвое меньше массы трубы из PE-RT с тем же внешним диаметром и номинальным давлением.
 

ПБ-1 – это универсальный материал для всех доступных методов соединения

Использование трубопроводных систем из ПБ-1 для районных энергетических сетей обеспечивает следующие преимущества:

• Возможности для значительной экономии материалов при одновременном повышении производительности системы
  – более тонкие стенки
  – увеличение доступной внутренней площади поперечного сечения
• Более высокая степень свободы проектирования для районных энергетических сетей
  – возможность использовать трубы меньшего внешнего диаметра и фитинги меньшего диаметра
• Очевидная возможность снижения затрат на установку и эксплуатационных расходов
  – опорные рамы труб меньшего размера
  – использование меньшего количества изоляционного материала
  – насосы меньшей мощности и с меньшим энергопотреблением
  – меньшая общая масса для упрощения перемещения и снижения затрат на транспортировку
• Возможность использования всех доступных методов соединения
• Лучшие в своем классе акустические характеристики, включая самый низкий уровень гидравлических ударов
• Возможность полной переработки

Сравнение ПБ-1 с PE-RT и PEX

Полибутен-1 часто обозначается как полибутен, ПБ (PB), ПБ-1 (PB-1) или полибутилен.

Члены ассоциации PBPSA не осуществляют продажу полибутена-1 для его использования в трубопроводах в Северной Америке. Кроме того, они предписывают своим клиентам и дистрибьюторам не продавать изготовленные из ПБ-1 изделия для использования в трубопроводных системах в Северной Америке.»