head-co-096.jpg
head-co-097.jpg
head-co-098.jpg

Сравнение трубопроводов

Если мы сравним эксплуатационные характеристики пластмассовых материалов на длительную перспективу, то полибутен-1, как материал для трубопроводных систем, будет иметь большое преимущество. Независимо от того, сравниваются ли показатели гибкости, устойчивости к химическому воздействию, ползучести, напряжения от воздействия давления и цикличного линейного теплового расширения (CLTE), акустические свойства, вес или прочность изделия, полибутен-1 гарантирует долгосрочную производительность современных систем напорных трубопроводов горячего и холодного водоснабжения.
 

Polybutene piping extrusion process allowing huge scope in pipe wall sections and diameters


Профиль труб из ПБ-1

Сравнение полимеров, используемых в трубопроводных системах
  PB-1 (ПБ-1) PP-R (рандом-сополимер полипропилена)
 
PE-X (ПЭ-С) PVC-C (ХПВХ)
Ударная прочность +++ ++ +++ +
Устойчивость к химическому воздействию +++ +++ +++ +++
Гибкость ++++ ++ +++ +
Сопротивление ползучести ++++ +++ +++ +++
Устойчивость к давлению ++++ ++ +++ +++
Свариваемость ++++ ++++ + ++
Устойчивость к давлению и температуре ++++ ++ +++ ++
Термальное напряжение в системах ++++ ++ +++ +
Экологичность системы ++++ +++ +++ +++
Скорость соединения, малый диаметр ++++ + +++ ++
Возможность выполнения соединений большого диаметра ++++ ++++ ++ +++

    Отлично  ++++    Хорошо  +++    Удовлетворительно  ++    Неудовлетворительно  +
 

Благодаря уникальной морфологии и способу кристаллизации ПБ-1 приобретает исключительные свойства для успешного использования в системах напорных трубопроводов.

Идеальный выбор для систем напорных трубопроводов

ПБ-1 выделяется среди других материалов своей высокой гибкостью, сочетающейся с превосходными показателями сопротивления ползучести под воздействием внутреннего давления в широком диапазоне температур.

Все полиолефиновые материалы под воздействием постоянной нагрузки в течение длительного периода времени проявляют склонность к ползучести.

Данную пластическую деформацию при низкой температуре можно подавить, создав в полимерной структуре трехмерную сеть. Этого можно добиться, например, путем химического связывания полимерных цепей, используемых в производстве полиэтилена (ПЭ-С). Однако полибутен-1 достигает исключительных показателей внутреннего сопротивления ползучести (см. таблицу ниже) за счет уникальной физической структуры, созданной сочетанием микрокристаллитов и сильного перепутывания в результате изменения кристаллической структуры (старение). Следовательно, выполнять дополнительное сшивание полимера или сополимеризацию или изменять состав смеси не требуется.

В своей простейшей гомополимерной форме свойства полибутена-1 делают его идеальным материалом для систем напорных трубопроводов горячего и холодного водоснабжения.
 


Устойчивость к давлению

Сравнение характеристик ПБ-1 с другими пластмассовыми материалами

Кроме ISO 12230, существуют и другие стандарты, в которых указывается влияние времени и температуры на предполагаемую прочность перечисленных ниже материалов. Данные, приведенные в этих стандартах, представляют собой полезный инструмент для сравнения рабочих характеристик этих пластмассовых материалов, используемых в трубопроводных системах.

На представленной ниже диаграмме линиями отображаются эксплуатационные качества (сопротивление давлению) следующих материалов при температуре 70 °C в эквивалентном масштабе:

Наиболее эффективные материалы

  • PB-H | ISO 12230 (2012)
  • PB-R | ISO 12230 (2012)

Материалы со средними показателями эффективности без точки перегиба

  • PE-X - ISO 15875 (2003)
  • PP-RCT - ISO 15874 (2013)
  • PE-RT тип II - ISO 12230 (2012)

Наименее эффективные материалы с точкой перегиба

  • PE-RT тип I - ISO 22391 (2009)
  • PP-R - ISO 15874 (2013)

После 10 лет непрерывного воздействия нагрузок показатели прочности наиболее эффективного полибутена-1 (PB-H и PB-R) оказались более чем на 50% выше показателей прочности среднеэффективных материалов (PE-X, PP-RCT и PE-RT тип II) и на 70-90% выше наименее эффективных материалов (PE-RT тип I и PP-R).


Расчетное напряжение

После 10 лет непрерывного воздействия нагрузок ПБ-1 остается более чем на 50% более прочным, чем PE-X, PP-RCT и PE-RT тип II, а также на 70-90% более прочным, чем PE-RT тип I и PP-R.

Используя стандартизированные критерии, представленные в ISO 10508, можно рассчитать максимально допустимое центробежное растягивающее напряжение для данных полиолефиновых труб и различных стандартизированных классов применимых температур. По результатам подсчета расчетного напряжения было выполнено сравнение материалов (таблица ниже), показавшее, что полимеры ПБ-1 обладают лучшими свойствами сопротивления центробежному растягивающему напряжению среди всех стандартизированных классов применения. По внутреннему сопротивлению напряжению ПБ-1 на 35-90% превосходит другие материалы (в зависимости от материала и применения). Фактически это означает, что при эквивалентной толщине стенок трубы из ПБ-1 являются значительно более прочными в сравнении с трубами, изготовленными из других указанных здесь пластмассовых материалов.
 

Расчетное напряжение
при 10 бар
Класс 1
ГВС 60 °C
Класс 2
ГВС 70°C
CКласс 3
Напольное отопление,
низк. темп.
макс. 50 °C
Класс 4
Напольное отопление и
тепло низкого потенциала
макс. 70 °C
Класс 5
Высокотемп.
тепло
макс. 90 °C
20 °C/50 лет
PB-H 5.73 5.04 7.83 5.46 4.31 10.92
PB-R 5.17 5.13 7.82 4.34 4.13 10.93
PE-X 3.85 3.54 4.61 4.08 3.24 7.60
PP-R 3.09 2.13 4.68 3.30 1.90 6.93
PP-RCT 3.64 3.40 5.73 3.67 2.92 9.24
PE-RT I 3.32 2.68 4.65 3.27 2.38 6.68
PP-RT II 3.53 3.37 5.12 3.38 2.88 7.46
PVC-C 4.38 4.16 10

Из максимально допустимого касательного напряжения можно рассчитать минимально допустимую толщину стенки трубы. Из расчета видно, что трубы из полибутена-1 могут иметь значительно меньшую толщину стенок в сравнении с другими материалами в зависимости от ограничений применимых стандартов. Благодаря меньшей толщине стенки при одинаковом внешнем диаметре увеличивается внутренний диаметр трубы, за счет чего снижаются потери давления напора и уменьшается скорость потока воды при одинаковом расходе.

*PE-RT расшифровывается как полиэтилен повышенной термостойкости
 


Сопротивление ползучести

Великолепные показатели долговременного сопротивления ползучести

В отличие от других термопластмасс, используемых в трубопроводах, для соответствия систем трубопроводов из ПБ-1 строгим требованиям к эксплуатационным характеристикам в структуру ПБ-1 не требуется вносить каких-либо изменений, например выполнять изменение состава смеси, сшивание полимера или сополимеризацию.

В сравнении с другими полиолефиновыми материалами полибутен-1 обладает более высоким уровнем сопротивления деформации при постоянном воздействии нагрузок в течение длительных периодов времени. Данное явление деформации известно под названием ползучесть материала. Представленный здесь график иллюстрирует превосходные показатели сопротивления ползучести ПБ-1 при эксплуатации свыше 100 часов.

В дополнение к своим великолепным механическим и тепловым свойствам ПБ-1 гарантирует высокий уровень сопротивления химическому воздействию, а также огнестоек, тем самым он отвечает требованиям большинства сфер применения.

ПБ-1 может обрабатываться путем стандартного литья под давлением и формования методом продавливания и использоваться для широкого спектра продуктов. Как для гомополимеров, так и для сополимеров баланс свойств ПБ-1 делает его технически предпочтительным материалом для производства систем напорных трубопроводов горячего и холодного водоснабжения.
 


Масса, гибкость и гидростатика

Масса трубы и гидростатическая эффективность


Рассчитано для класса применения 2, расчетное давление 10 бар, на основе опубликованных данных.

 


Акустические свойства

Шумоизоляция

Благодаря более тонким стенкам, высокой эластичности и низкой удельной плотности трубы из ПБ-1 способны эффективно поглощать рабочие шумы.

Другим свойством, отличающим полибутен-1 от других материалов, является превосходная шумоизоляция. Сочетание более тонкой стенки трубы, низкого модуля упругости и малой удельной плотности в трубах из полибутена-1 (ρ = 0,92 г/см3) позволяет эффективно поглощать гидравлические удары и другие шумы, возникающие в системах трубопроводов отопления и охлаждения. Как показали испытания, в концертном зале Лондона Альберт-холл после установки труб из ПБ-1 исходящий из труб шум был снижен на 90%.
 

Скорость распространения звука в материале
  Плотность (г/см3) Модуль упругости (МПа) Скорость распространения звука (м/с)
Мягкий каучук 0.90 90 320
PB-1 0.93 350 620
PE-X 0.95 600 800
CPVC 1.56 3,500 2,350

Гидравлический удар

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.

Низкий модуль упругости полибутена-1 в сочетании с уменьшенной толщиной стенки позволяет снизить давление гидравлического удара при имеющемся наружном диаметре трубы и номинальном давлении. В таблице ниже приведено сравнение максимального пикового давления для труб с внешним диаметром 38,1 мм (1,5 дюйма) из различных пластмасс, рассчитанных на одинаковое рабочее давление.

Сила гидравлического удара зависит от пяти факторов

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

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 (мм)
E = модуль упругости материала трубы (фунт/кв. дюйм)
t = толщина стенки трубы (мм)
 

  E E DI t V Ps Ps
  фунт/кв. дюйм МПа мм мм фут/с фунт/кв. дюйм бар
PB-1
(ПБ-1)
65000 450 32.5 (1.28") 3.8 (0.15") 5.0 49.5 3.4
PE-X
(ПЭ-С)
87000 600 28.9 (1.14") 5.6 (0.22") 5.0 72.4 5.0
PP 116000 800 26.7 (1.05") 6.6 (0.26") 5.0 93.0 6.4
PVC-C
(ХПВХ)
507000 3500 30.9 (1.22") 4.6 (0.18") 5.0 140.6 9.7

 

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.»