Рынок полимерных труб для систем теплоснабжения

Информация может быть не достоверна

Совсем недалеко время, когда появление полимерных труб в тепло- водоснабжении стало настоящей революцией. Среди их достоинств назывались: высокая коррозионная стойкость; гладкость внутренней поверхности, обеспечивающая более низкое, по сравнению с металлическими трубами, гидравлическое сопротивление; небольшой вес; удобство монтажа; невысокая стоимость; длительные (свыше 50 лет) сроки эксплуатации. Отмечались и недостатки, существенно ограничивавшие их использование в горячем водоснабжении и отоплении. Низкая температурная стойкость, малое рабочее давление, газопроницаемость, невозможность применять надежные резьбовые соединения и большое линейное тепловое расширение потребовали разработки новых материалов, технологий производства и монтажа полимерных труб. Параллельно совершенствовалась нормативная база.
ПоливинилхлоридИсторически трубы из поливинилхлорида (ПВХ) - первые полимерные трубы, появившиеся в Германии еще в 1935 г. для применения в системах холодного водоснабжения и канализации. Еще недавно они первенствовали по общему объему производства, а теперь заметно сдают свои позиции, уступая сшитому полиэтилену и полипропилену. Для горячего водоснабжения этот материал не применялся вследствие низкой (не более 60 °С) температурной стойкости, а также из-за выделения при повышенной температуре ряда вредных для нашего организма соединений.
Совсем иное - хлорированный поливинилхлорид (ХПВХ). Трубы из него имеют приемлемые для горячего водоснабжения и отопления характеристики. С момента появления в 1960 г. установлено 600 млн пог. м труб из этого материала.
Среди его достоинств - пожаробезопасность, обусловленная высокими температурой воспламенения (+440 °С) и кислородным индексом (необходимым для под держания процесса горения уровнем кислорода) - 60 %. Для полипропилена он, например, всего 17, а полибутена - 18 %. Недостаток труб из ХПВХ - повышенная жесткость. В европейских странах они нашли ограниченное и, что важно, с 1998 г. сокращающееся применение. В то же время в США трубы и другие сантехнические изделия из ХПВХ порежнему достаточно популярны. Так, американская фирма Genova Рroducts производит трубы для ГВС и отопления из ХВПХ, рассчитан ные на работу при температуре 82 °С и давлении 0,7 МПа в течение 50 лет.
ПолиэтиленТрубы из полиэтилена (изначально высокого, а затем и низкого давления) появились на рынках Англии и США в середине 50-х гг. прошлого века, получив широкое распространение за рубежом уже к началу 1960-х. Существеннейшими недостатками этих труб, не позволившими использовать их для отопления, стали недостаточные теплостойкость и прочность. Достоинства: возможность сварки, простота оборудования для производства, низкая себестоимость. Вектор развития направлен в сторону производства труб из полиэтилена для водоснабжения и канализации большей длительной прочности. Если в начале это был РЕ 32, затем РЕ 63 кстати, у нас до сих пор преобладающий - свыше 65 %), затем РЕ 80, то теперь в развитых странах на трубы идет в основном РЕ 100, имеющий значительно большие, чем его предшественники, прочность и теплостойкость. В России производство труб из РЕ 80, которые выпускаются на основе полиэтилена как средней, так и высокой плотности, освоено на буденновском ООО «Ставролен» и ОАО «Казаньоргсинтез». Значительно хуже обстоит дело с «соткой». Эпизодически такие трубы выпускает ЗАО «Завод АНД «Газтрубпласт» и ОАО «Кузполимермаш». В СНГ недавно пущены два завода, производящие трубы для водоснабжения из РЕ 100, - «Шеврон Мунайгаз» (Казахстан) и Darnagul Boru (Азербайджан). В последнее время на европейском рынке появился РЕ-RT (полиэтилен для повышенной температуры). Например, на трубы Dowlex для отопительных систем получены самые различные сертификаты, подтверждающие их соответствие стандартам. В России трубы из данного материала с антидиффузионной защитой предлагает польская компания KAN. Однако действует ряд факторов, ограничивающих распространение PЕ-RT: более низкие давление, стойкостьк воздействию хлора и рабочая температура по сравнению с трубами из РЕ-Х и металлопластика, конкурирующими с ними в одной номенклатурной и ценовой нише. В целом маркетинговые перспективы труб из этого материала пока неясны: они пока лишены основного преимущества, позволяющего обойти конкурентов.
Сшитый полиэтилен (РЕ-Х)Эта технология начала распространяться около тридцати лет назад. У труб из этого материала, по сравнению почти со всеми термопластами, более высокие показатели ударной вязкости при низких температурах, стойкости к медленному и быстрому распространению трещин, химической стойкости, минимальной длительной прочности. Среди недостатков называют невозможность применять для транспортировки нефтепродуктов или в местах, где возможен контакт с ними или продуктами их переработки: маслами, растворителями, жирами. В качестве сырья для производства труб систем горячего водоснабжения обычно используется полиэтилен высокой плотности (PEHD), в котором тем или иным способом создана трехмерная сетчатая структура (cross-linked). Такой материал имеет повышенную плотность, причем основная черта его внутренней структуры - сильная молекулярная связь между полимерными цепочками. Ее добиваются, вводя в исходное сырье cшивающие добавки - пероксиды (РЕ-Ха), силаны (РЕ-Хb) - или «прошивая» исходное сырье электронами (РЕ-Хс), выбивающими из полимерных цепочек атомы водорода с образованием трехмерных связей. Именно это значительно повышает тепловую стабильность материала, обеспечивая эксплуатацию труб в отопительных системах. Степень или плотность сшивки, измеряемая в процентах, показывает долю связей между молекулами полиэтилена. Рекомендуемое значение этого показателя (в зависимости от типа сшивки) - 65-80 %. Оно определяется экспериментально в соответствии со стандартной методикой.
Различие в процессах cross-linked приводит к различиям и в термомеханических свойствах. В общем случае более высокая плотность сетчатой структуры, повышая прочность, одновременно увеличивает жесткость материала, делая трубы менее эластичными. В настоящее время можно отметить уверенное наступление на рынках РЕ-Хb (рис. 2), имеющего две разновидности - monosil и sioplas.
Причем в области ЖКХ лидирует вторая технология, основанная на имплантации винилсилана с пероксидом в полиэтилен и использовании каучука-катализатора (при monosil-технологии винилсилан вводится в полиэтилен при экструзии). Труба из этого заранее подготовленного материала сшивается в паровой бане, сохраняя один из основных параметров полимера - кристалличность. Скорость операции определяется диффузией влаги внутрь материала. Технология позволяет также производить сшивку уже смонтированных и сваренных трубопроводов. Однако промежуток времени межизготовлением трубы и сшивкой не может превышать полугода. Технология monosil предполагает адсорбцию жидкого силана пористым полимерным носителем и успешно применяется при производстве большемерных труб (внешний диаметр более 63 мм). Максимальную долю сшивки определяют количество винилсилана и время выдержки в паровой бане.
При радиационной технологии, в целом более дорогой, сшивка производится в уже готовом изделии. Добавка каких-либо веществ не требуется. Возможно получение трубы большого диаметра с толщиной стенок и долей сшивки, лимитированных лишь мощностью излучателя и необходимым временем облучения. Немецкая фирмы ТеСе производит трубы из РЕ-Хс для различных систем отопления. Они покрываются слоем этиленвинило вого спирта (EVOH), создающего дополнительную защиту от внешних повреждений и препятствующего диффузии кислорода. Такой защитный барьер применяет в своих трубах из РЕ-Х и другая немецкая фирма - Rehau.
Существенные недостатки однослойных труб из РЕ-Х - большое (1,6-1,7Ч 10-4 м/К) линейное тепловое расширение и проницаемость для кислорода воздуха. По СНиП 41-01-2003 она не должна превышать 0,1 г/м3*сут.
К настоящему времени только в Европе уже установлено свыше 5 млрд м. труб из РЕ-Х (все способы сшивки), на них приходится свыше 50 % общего объема рынка полимерных труб для сантехники и ГВС. Первый их производитель шведская фирма Wirsbo (с 1988 г. - в составе концерна Uponor) - вышел на рынок с пероксидной технологией в 1972 г.
К настоящему времени только ею произведено 1,2 млрд м труб из РЕ-Ха. Сегодня она предлагает трубы для радиаторного отопления. На отечественном рынке представлена также продукция фирм Viega,ТеСе (Германия), Pexep, Purmo(Финляндия), Golan Plastic Products (Израиль). Отечественные предприятия - «Ван Тубо», ЗАО «Завод АНД «Газтрубпласт», «БирПекс», корпорация «Твэл» - работают на зарубежном оборудовании, используя импортное сырье.
ПолипропиленДля производства труб используются три его модификации: гомополимер РР-Н, блок-сополимер РР-В и статистический сополимер пропилена с этиленом РР-R. Вследствие различия их долговременных характеристик РР-Н нашел применение в технологических трубопроводах, РР-В - в канализационных системах, а РР-R, имеющий более высокую долговременную прочность, - в горячем теплоснабжении и отоплении. Однако отопительные системы из полипропилена, десятилетие назад распространенные в Европе, в последнее время сдают позиции системам из труб на основе РЕ-Х. Впрочем, в России они находятся на пике популярности. И для этого есть серьезные основания. К ним, например, можно отнести наличие собственного производства. К числу важнейших достоинств труб из этого материала относят свариваемость, позволяющую получать высоконадежные соединения. У нас в стране это обстоятельство в целом ряде случаев перевешивает недостатки: жесткость, относительно большую скорость распространения трещин, меньшие, чем у сшитого полиэтилена, MRS и рабочие давления. А также линейное тепловое расширение вдвое выше, чем у основного конкурента - труб из металлопластика. Полипропилен успешно применяется и в системах холодного водоснабжения и канализации, вытесняя ПВХ за счет более высокой химической и тепловой стойкости.
Полипропиленовые трубы обладают достаточно большой жесткостью и требуют при монтаже компенсаторов и соединительных деталей. На российском рынке их представляет продукция зарубежных фирм Firat, FKP (Formul Kalip Plastik), Pilsa, Versbo, Ege Polimer, Evici Plastic, Dizayn Group (Турция), Aquatherm, Polymelt Kunststoftechnik, Pipelife (Германия), Wavin (Дания), Prandelli (Италия), Ekoplastik, FV-Plast (Чехия), «Ельпласт» (Украина), а также российских компаний («Стройполимер», «Агригазполимер», «Бородино-Пласт», «Акватекс-Пласт», «Кузполимермаш», «Мега-Терм», «Трехгорный пластик»,«Эгопласт»). Для получения качественных параметров труб из полипропилена необходимо определенное сырье. «Эталонным» считается продукция шведской фирмы Borealis, хотя она значительно (в среднем - на 150 евро за т) дороже аналогичного и вполне качественного сырья других фирм из Германии, Венгрии, Кореи и России - основных поставщиков полипропилена на мировом рынке.
Полибутен (полибутилен)Гибкие и прочные трубы из этого материала хорошо зарекомендовали себя в системах отопления, в том числе напольного
и настенного: долго служат; имеют прочностные характеристики, не уступающие РЕ-Х; удобны при монтаже; соединяются сваркой. Одна из их отличительных особенностей - меньшая, чем у других термопластов, толщина стенки (при сохранении тех же характеристик).
Немецкая фирма Gabo Sistemtechnik предлагает трубопроводные системы из полибутеновых труб диаметром 6-8 мм.
Трубы «Флексаген», продаваемые голландским холдингом «Термофлекс», выпускаются в теплоизоляции из вспененного полиэтилена. Но потребление сдерживается существеннейшим фактором - ценовым. На российском рынке также можно встретить продукцию концерна Hepwerth (Англия), Shell, Dupont (США), Aquatherm (Германия).
Многослойные трубыК таковым можно отнести трубы РЕ-Х и РЕ-RT, имеющие слои из этиленвинилового спирта и трубы с кислородным барьером из алюминия на полипропиленовой основе. Их обычно называют металлопластиковыми. Но точнее было бы назвать их композитными, поскольку решения, позволяющие избавиться от основных недостатков полимерных труб, лежат не столько в плоскости армирования металлом, сколько в улучшении и из менении их характеристик за счет конструктивных технических решений. (Так, в нефте- и газодобыче применяются металлопластиковые трубы из полиэтилена, армированного стальной проволокой, рассчитанные на температурный диапазон от -45 до +80 °С.) Армирующий металл (как правило, алюминий), создавая непроницаемый для кислорода барьер, уменьшает коэффициент линейного расширения (например, для труб внутридомовых отопительных сетей, в зависимости от конструкции и армированного термопласта, - в 3-5 раз). Металлопластиковые трубы бывают трех- и пятислойными, а ЗАО «НПП «Маяк-93» разработало технологию производства семислойных металлополимерных труб (к полиэтиленовым, клеевым, алюминиевому слоям добавлен еще и теплоизоляционный). Конструкции этих труб могут различаться.
Так, фирма Geberit предлагает металл, покрытый полимером.
Как правило, алюминиевая прослойка, бывающая перфорированной, помещается между слоями полипропилена
или РЕ-Х. Однако концерн Unicor и фирма Golan Plastic Products, например, используют в качестве внутреннего и наружного слоев теплостойкий полиэтилен. Немецкая фирма ТеСе предлагает трубы РЕ-Х/AL/РЕ и РЕ-MDXc c промежуточным противодиффузионным слоем из EVOH, а датская фирма L/ogst/or R/or - медные трубы в теплоизоляции из вспененного полиуретана и внешней оболочкой из полиэтилена для магистральных трубопроводов с температурой теплоносителя до 130 °С.
Снижая линейное тепловое расширение полимера, клеевой слой принимает на себя довольно большое термическое воздействие. Отсюда - повышенные требования к клеевым слоям и качеству обработки поверхности соединяемых материалов.
Важная характеристика металлопластиковой трубы - толщина металлического слоя. Данный параметр оказывает существенное влияние на гибкость и механическую прочность трубы: когда он меньше 0,2 мм, ее называют фольгированной. В этом случае существенного увеличения прочности не происходит.
Слой металла может быть толще: до 0,4 и более мм. Металл, сообщая конструкции значительную прочность, делает трубу
жестче, однако не настолько, чтобы она стала негнущейся. Алюминиевая лента, расположенная между слоями полимера,
соединяется продольным сварным швом внахлест или встык. Последний способ надежнее и позволяет избежать отклонений от круглой формы трубы в перпендикулярном к оси сечении. Сварка стыков внахлест производится ультразвуком, встык - лазером или неплавящимся вольфрамовым электродом в защитной среде.
Пластмассовые трубопроводы для разводящих тепловых сетей состоят из внутренней напорной трубы (РЕ-Х, РР), противодиффузионного слоя, теплоизолирущей и внешней оболочек. Кислородный барьер в трубах может быть сделан из этиленвинилового спирта. Именно такие трубы для систем отопления предлагает, например, бельгийская фирма Solvay Padanаplast.
В России представлена продукция и других зарубежных фирм: Oventrop, Unicor, Viega, Frankische, Aquatherm, TeCe, Hewing Pro Aqua, HAKA Herodur, IVT, Uponor-Unipipe (Германия); Valsir, Prandelli, PEC, Valtec, NTM, Сo E.C.(Италия); Geberit (Швейцария); Henco (Бельгия); Wester line (Англия); Pexep, Purmo (Финляндия); KAN, Kisan-Kitec (Польша); LG Chemical (Южная Корея); Metzerplast, Golan Plastic Products (Израиль), а также российских компаний (АО «Каучук», НПФ «Металлополимер», ЗАО «Завод АНД «Газтрубпласт»). Данные об использовании металлополимерных труб в Европе паказаны на рис. 4.
Нормативные документыИспользование для теплоснабжения труб из термопластов в России до недавнего времени определяли СНиП 2.04.05-91* «Отопление. Вентиляция и кондиционирование», Приложения к нему, а также СП 41-102-98 «Проектирование и монтаж трубопроводов систем отопления с использованием металлополимерных труб» и СП 40-101-96 «Проектирование и монтаж трубопроводов из полипропилена «Рандом сополимер». С 1 января 2004 г. в действие введены новые СНиП 41-01-2003, разработчики которых постарались учесть требования основных зарубежных стандартов и произошедшие на рынке изменения. Общие требования к напорным трубам из сшитого полиэтилена определены в России ТУ 2248-039-00284581-99, а из сополимеров полипропилена - ТУ 2248-032-00284581-98. Необходимые параметры нормируются также российским ГОСТ Р 52134-2003 «Трубы напорные из термопластов и соединительные детали к ним для систем теплоснабжения и отопления. Общие технические условия», разработанным впервые. В нем перечисляются все необходимые зарубежные стандарты. ГОСТ содержит требования к трубам из полиэтилена, непластифицированного и хлорированного поливинилхлорида, полипропилена и его сополимеров, сшитого полиэтилена (отнесен в настоящем стандарте к термопластам) и полибутена. В связи с тем, что закон «О техническом регулировании» привел к нестабильности в области нормативной базы, отнесению целого ряда положений продолжающих действовать документов в разряд рекомендательных, есть смысл привести ряд международных стандартов, регламентирующих важнейшие параметры термопластов. Эти нормы, как правило, находят адекватное отражение и в новых российских нормативных документах. Европейские требования к трубам: из поливинилхлорида - EN 1452-1: 1999; к полибутеновым - EN 12319-2:1999. Международный стандарт ISO 15875 определяет требования к трубопроводам для горячего и холодного водоснабжения из сшитого полиэтилена, ISО 15874 - из полипропилена, ISO 161- 1:1996 - номинальные наружные диаметры и номинальные давления для труб из термопластов, ISO 4065:1996 - толщину стенок; ISO 9080:2003 содержит методику определения длительной гидростатической прочности, ISO 10508:19995 - требования к трубам и фитингам.