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

PB-1 vs. PEX & PE-RT for Piping Systems

A true cost comparison between piping systems should include installation time, jointing options, life span and SDR rating.

Polybutene-1 offers tangible benefits for piping systems compared to PEX and PE-RT

For building projects, the true cost variation of piping systems across competing materials is more than a per length cost comparison for the same outside pipe diameter.

Specifiers look at: ease of installation impacting onsite costs; jointing options, long-term system performance and projected life span; and Standard Dimension Ratio (SDR) comparing pipe materials for durability against pressure.

When compared to PEX and PE-RT systems, PB-1 offers significant benefits across a broad range of performance categories all contributing to make PB-1 piping systems the optimum choice for high performance piping installations.
 

Standard Dimension Ratio (SDR)

What is SDR?

SDR rates pipe durability against pressure and correlates a pipe's outside diameter and wall thickness.

The SDR or the Standard Dimension Ratio refers to the geometry of a pipe. SDR is a method of rating a pipe's durability against pressure and it describes the correlation between the pipe dimension and the thickness of the pipe wall. SDR 11, for example means that the outside diameter of the pipe is eleven times the thickness of the wall.

  • High SDR ratio
    The pipe wall is thin compared to the pipe diameter
  • Low SDR ratio
    The pipe wall is thick compared to the pipe diameter

Example calculation:
SDR for a pipe with an outside diameter of 100mm and wall thickness of 5mm can be calculated as:
100mm / 5mm = SDR 20
 

Why does SDR matter for piping systems?

Due to the higher SDR ratio of PB-1 compared to either PEX or PE-RT, PB-1 piping systems deliver the following benefits because of its lower wall section requirements for the same pressure rating and outside pipe diameter:

  • Less material for the same pressure capability
  • Less weight per meter of pipe
  • Lower outside pipe diameter for the same performance
  • Larger inside area for the same outside diameter providing:
    - Higher flow rate at the same pressure
    - Lower pressure loss, requiring less energy to run a system or pumps with lower capacity

SDR Classes and Pipe Dimensions

SDR classes quoted in National Standards for District Energy piping systems


National Standards (RU & NL)
The source for piping dimensions comparing materials PB-1, PEX and PE-RT

The current Russian standard for District Heating (GOST 56730 – 2015) and the Dutch guideline (BRL 5609 - and the draft of renewed BRL 5609) both include a comparison of 3 materials for District Heating piping systems: PB-1, PEX and PE-RT.

Both the Russian standard and the Dutch guideline have the same requirements in relation to the pipe dimensions and SDR classes of the 3 service pipe materials operating at pressures of 6 bar, 8 bar and 10 bar.

Per the Russian standard and the Dutch guideline the table (at right) is an excerpt of the relevant table showing the SDR classes for the listed materials at different pressure ratings. As indicated, for each operating pressure PB-1 is listed in the highest SDR class when compared to either PEX or PE-RT. The section below explains what this means, why standards refer to pipe dimensions and SDR classes and what are the benefits for pipe system specifiers.


Pipe Dimensions and SDR Classes
PB-1 pressure capability delivers benefits versus PEX and PE-RT

The higher SDR class of PB-1 delivers the following benefits:
• Thinner wall section
• Less material (less weight)
• Larger inside diameter and area

To illustrate the performance of PB-1, PEX and PE-RT in relation to the given operating pressure of 8 bar at the small pipe diameter of 50mm ø, the table and diagram below provide a comparison of the internal pipe dimensions required.
 

Example 1:  Small pipe – 50mm diameter @ 8 bar

PB-1 is stronger than both PEX and PE-RT and with an operating pressure of 8 bar and an outside pipe diameter of 50mm ø the required wall thicknesses are:

Per above, at the same water pressure, the larger inside diameter of PB-1 50mm outside ø pipe delivers a substantially higher flow rate than the other two materials. Taken the other way, at a given flow rate PB-1 pipes yield a lower pressure loss requiring less energy to run systems and/or pumps with a lower capacity.

As shown in the graphs above and for the purposes of comparison, PE-RT may be considered the benchmark at 100%. When comparing the inside cross-section area of a 50mm ø pipe (left graph) PB-1 clearly outperforms PE-RT with an additional 27% of volume. Also, in comparing the amount of material per meter for a 50mm ø pipe rated for 8 bar (right graph), PB-1 pipe uses 29% less material than PE-RT.

Once again for the purposes of comparison, PE-RT may be considered the benchmark at 100%. Per the above graph (left), using the same operating water pressure, a 50mm outside diameter pipe (8 bar) made from PB-1 delivers a substantially higher flow rate of +35% when compared to the identically rated PE-RT pipe of the same outside diameter.

Measured using the other comparison point (right): at a given flow rate (output) PB-1 pipes yield a 44% lower pressure loss versus PE-RT pipes. This means that PB-1 pipes require less energy to run a system - or - can accommodate pumps with a lower capacity for the same output.
 

Example 2:  Large pipe – 160mm diameter @ 10 bar




Due to a higher SDR rating (and therefore a thinner wall section) a PB-1 pipe of 140mm ø delivers the same performance as a PE-RT pipe of 160mm ø, but with a smaller outside diameter and larger inside pipe cross-section area.

At a 10 Bar operating pressure pipe of 160mm outside diameter:

  • PE-RT @ SDR 6
    60mm ø pipe has an internal cross section area of 8,958mm2

  • PEX @ SDR 7.4
    160mm ø pipe has an internal cross section area of 10,605mm2

  • PB-1 @ SDR 9
    With a smaller outside diameter of 140mm ø PB-1 has an internal cross section area of 9,263mm2

In addition, as shown in the graph (right), the weight of 160mm outside diameter PB-1 pipe rated for 10 bar is almost half of the weight for the same outside diameter and rating pipe made from PE-RT.
 

Jointing Techniques for Plastic Piping Systems
PB-1 is a versatile material for all available jointing techniques


The Bottom Line
Specifying PB-1 piping systems offers:

  • Substantial material saving opportunities, while at the same time increasing the capacity of the system
    – thinner walls
    – increase of the available inside cross section area
  • A higher degree of design freedom for projects including District Energy grids
    – opportunity for using smaller outside pipe and fitting diameters
  • A clear opportunity for reduced integral installation cost and operating cost
    – smaller pipe support frames
    – use of less insulation material
    – smaller pumps running at reduced energy consumption
    – lighter overall weight for easier handling and lower shipping costs
  • In addition: PB-1 can be fully re-used and recycled

PB-1 vs. PEX & PE-RT – download
 


 

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.»