.

Создание производства полимерных труб требует не только анализа сбытовых тенденций развития рынка, но и тенденций технологического развития самих труб. Без учета этих тенденций любой проект может столкнуться с риском потери конкурентоспособности  

Инвестиционные аналитики оценивая ту или иную трубопроводную систему чаще всего обращают внимание на цены, рабочую температуру, максимальное давление, долговечность, температурное расширение, и совсем не обращают внимание на такой важный параметр как кислородопроницаемость (диффузия кислорода).

А между тем, по своей значимости кислородопроницаемость полимерных труб показатель, пожалуй, не менее важный чем рабочие температура и давление или температурная стабильность, а в однослойных трубах ставит под сомнение срок службы труб.

Влияние температурного расширения, в конце концов, можно уменьшить с помощью компенсаторов (это правда приводит к удорожанию трубопроводной системы), но устранить диффузию кислорода кроме как изменением конструкции самой трубы невозможно.

Инвестиционным аналитикам не просто получить данные о кислородопроницаемости труб того или иного проекта. Кроме производителей абсолютно кислородонепроницаемых металлопластиковых (металлополимерных) труб мало кто представляет данных о диффузии кислорода.

Мы восполним этот пробел (Табл.1, Рис.1, 2,3), и покажем негативные последствия кислородопроницаемости для трубопроводных систем.

.

ДИФФУЗИЯ КИСЛОРОДА, ТЕМПЕРАТУРНОЕ РАСШИРЕНИЕ, СРОК СЛУЖБЫ И ЦЕНА ПОЛИМЕРНЫХ ТРУБ

Рис.1. Сравнительные показатели температурного удлинения и кислородопроницаемости полимерных труб

Из Таб.1 и Рис.1,2,3 видно, самой высокой кислородопроницаемостью обладают все однослойные трубы (PP-R, HDPE, PE-X) и полипропиленовые трубы армированные стекловолокном (PPR-FG).

Абсолютной не проницаемы для кислорода трубы металлополимерной конструкции MLS Composite (PE-RT/Al/PE-RT) и PPR-Al-PPR. Но полипропиленовые трубы с алюминиевым слоем уступают MLS Composite в долговечности, гибкости и цене.

Рис.2. Сравнительные показатели долговечности и кислородопроницаемости пластиковых труб

В многослойных трубах с барьерным слоем из этилен-винилового спирта PEX/EVOH диффузии кислорода снижена до допустимых ГОСТ Р 53603-2009 значений, но температурное расширения  также велико, как у однослойных труб, что увеличивает стоимость трубопроводной системы в целом, из-за необходимости устанавливать температурные компенсаторы, а замуровывать в бетон их можно только в защитных гофрированных кожухах (за исключением теплых полов).

Рис.3. Сравнительные показатели цены и кислородопроницаемости полимерных труб

В модных  полипропиленовых трубах армированные стекловолокном PP-R/FG (PPR-FG-PPR) температурное расширение снижено до 0,63 х 10^-4 /C, но все равно более чем в два раза выше чем у композитных металлопластиковых труб (PE-RT/ALap, PE-X/AL). При этом  они имеют высокую кислородопроницаемость, что по сути, делает их непригодными для систем отопления. Впрочем, это не мешает монтажникам укладывать  их в системы отопления, уповая на компенсаторы.

Кроме того, они уступают в цене и долговечности трубам композитным металлопластиковым трубам MLS Composite (PERT-AL^AP-PERT) и многослойным PEX/EVOH.

Теперь разобравшись с диффузией кислорода наиболее популярных полимерных трубопроводов систем отопления и водоснабжения обратимся к негативным последствиям для замкнутых систем отопления, которые порождает высокая диффузия кислорода.

Для высокотемпературных и низкотемпературных систем отопления последствия кислородопроницаемости различные.

.

ДИФФУЗИЯ КИСЛОРОДА В ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СИСТЕМАХ РАДИАТОРНОГО ОТОПЛЕНИЯ

Влияние диффузии кислорода в полимерных трубах в не замкнутых высокотемпературных системах (радиаторного отопление) хорошо известно.

Проникающий через стенки трубы кислород насыщает разогретый до высокой температуры теплоноситель пузырьками кислорода, порождая кавитационные процессы в насосах (Рис.4), вентилях (Рис.5), во всех других металлических элементах трубопроводной системы:

Рис.4. Разрушение водяного насоса, и скан поверхности ротора насоса (Сканирующий мультимикроском СММ-2000) в результате насыщения теплоносителя кислородом.

Рис.5. Разрушение вентиля в результате насыщения теплоносителя кислородом.

.

Процессы кавитации несколько усиливается образованием слабых кислот в теплоносителе в результате повышения концентрации того же кислорода.

Высокая кислородопроницаемость полимерных труб может привести к разрушению металлических узлов в довольно короткие сроки: 3-5 лет.

Благодаря достижениям производителей полимеров, современные полимерные трубы обрели высокую долговечность (50-100 лет), но применение полимерных труб с высокой диффузией кислорода в высокотемпературных системах отопления сокращает срок службы трубопроводной системы в целом в несколько раз, обесценивая долговечность самих полимеров.

Трубы с высокой диффузией кислорода, применение которых недопустимо в высокотемпературных системах отопления

• PE-X (Однослойные трубы из сшитого полиэтилена)
• PP-R (Однослойные трубы из полипропилена)
• PPR-FG (Полипропиленовые трубы армированные стекловолокном)

.

ДИФФУЗИЯ КИСЛОРОДА В ЗАМКНУТЫХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СИСТЕМАХ ОТОПЛЕНИЯ (ТЕПЛЫЕ ПОЛЫ, ПОВЕРХНОСТНОЕ ОТОПЛЕНИЕ И ОХЛАЖДЕНИЕ)

До недавнего времени считалось, что диффузия кислорода создает проблемы только в высокотемпературных системах, но одна из самых авторитетных лабораторий EXOVA (прежнее название Bodycote Polymer, Швеция) провела 12-ти летние испытания полимерных труб в замкнутых низкотемпературных системах отопления (теплых полах, панельном и поверхностном отоплении и кондиционировании).

Результаты оказались несколько неожиданными, Рис. 6.

Рис.6. Заиливание стенок однослойной трубы в низкотемпературной системе отопления (Exova, Швеция)

В низкотемпературных замкнутых системах отопления в кислородопроницаемых трубах (PE-X, PP-R, PPR-FG, HDPE) проникающий через стенки трубы в теплоноситель кислород провоцирует развитие аэробных микроорганизмов. В результате внутренние стенки труб заиливаются продуктами жизнедеятельности аэробных бактерий, и трубопроводная система в течении 6-12 лет выходит их строя, теряя свою пропускную способность.

Механизм заиливания стенок кислородопроницаемых труб продуктами жизнедеятельности аэробных бактерий

.

.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ТРУБ С УЧЕТОМ ИХ КИСЛОРОДОПРОНИЦАЕМОСТИ

Термостойкость современных трубных полимеров уже давно достигла необходимого для систем отопления и горячего водоснабжения уровня 90...95^ОС. При этом долговечность большинства современных полимерных труб перешагнула 50 летный уровень, а у труб из полиэтилена PE-RT тип II и 100 летний.

Благодаря композитным конструкциям с армированием алюминием или стекловолокном удалось достичь высокой термической стабильности труб,  отпала необходимость установки температурных компенсаторов в системах отопления и горячего водоснабжения, что в свою очередь снизило затраты на прокладку трубопроводов.

Таким образом, важным критерием выбора типа полимерных труб для систем отопления и водоснабжения становится их кислородопроницаемости, Рис.7.

Рис.7. Области применения полимерных труб с учетом диффузии кислорода и термической стабильности

Безусловно, проблемы диффузии кислорода характерны для систем отопления. В системах водоснабжения требования к трубопроводам ниже.

Холодное водоснабжение: Применяются все известные типы однослойных и многослойных труб в том числе ПНД трубы.

Горячее водоснабжение: В Российской практике применяют самые разнообразные трубы, но с учетом требований к термической стабильности, предпочтительны многослойные трубопроводы: металлополимерные (металлопластиковые) на основе полиэтилена и полипропилена (PERT-Al-PERT, PEX-Al-PEX, PPR-Al-PPR), или полипропиленовые трубы армированные стекловолокном (PPR-FG-PPR, PP-R/FG).

Высокотемпературные системы отопления: К сожалению, в нашей стране умудряются использовать самые различные трубопроводы. Однако, надежность системы могут обеспечить только термически стабильные кислородонепроницаемые трубы: металлополимерные (металлопластиковые) MLS Composite,  PERT-AL-PERT, PEX-Al-PEX и полипропиленовые трубы армированные алюминием PPR-Al-PPR.

Применение полипропиленовых труб армированных перфорированной алюминиевой фольгой (PPR-Staby) недопустимо. Алюминиевая фольга в этих трубах не имеет прочного клеевого соединения со слоями полипропилена, что не обеспечивает термическую стабильность, приводит к быстрому расслоению и вздутию трубы. Дырчатая перфорация фольги труб является источником диффузии кислорода.

Низкотемпературные замкнутые системы отопления: Низкотемпературные системы наиболее развивающийся и самый перспективный сегмент потребления полимерных труб. Именно в виде низкотемпературных систем реализуются современные энергоэффективные системы отопления: это теплые полы, системы поверхностного отопления и охлаждения, панельное отопление и кондиционирования, системы использования геотермального тепла, теплообменники тепловых насосов.

Долговечность низкотемпературных систем могут обеспечить только трубы с низкой диффузией кислорода: MLS Composite, PERT-Al-PERT, PEX-Al-PEX, PEX/EVOH, PE-RT/EVOH.

В настоящее время металлополимерные трубы в этой области наиболее предпочтительны - кроме 100% кислородо-не-проницаемости, алюминиевый слой дает им дополнительное преимущество - они обладаю "памятью" формы, т.е. не разгибаются после изгиба. Однослойные трубы и трубы с полимерным барьерным слоем форму не держат, и это создает определенные трудности при монтаже.

Газораспределительные сети

В системах газоснабжения вопрос газовой проницаемости стенок полимерных труб стоит особенно остро. Если проникновение кислорода в теплоноситель через стенки полимерных труб приводит в долгосрочной перспективе к негативным последствиям, то проникновение природного газа через стенки полимерной трубы в наружную среду может привести катастрофическим последствиям? Отравление живущих в доме людей, к взрыву накопившегося в помещении газа то случайной искры.

Поэтому в газовых системах разрешены только гибкие трубы с абсолютной газонепроницаемостью с алюминиевым барьерным слоем (металлопластиковые трубы).

В 2018 году вступил в силу ГОСТ  регламентирующий применение металлопластиковых труб в газовых сетях.

ГОСТ Р 58095.3-2018 Системы газораспределительные. Требования к сетям газопотребления. Часть 3. Металлополимерные газопроводы. Gas distribution systems. Requirements for gas consumption networks. Part 3. Metal-polymeric gas pipelines

Вступление в силу этого ГОСТА повышает инвестиционную привлекательность инвестиционных проектов по организации производства композитных металлопластиковых труб и фитингов

Рейтинг полимерных труб

Стоит обратить внимание, что в низкотемпературных системах используются только гибкие трубы . В ближайшие годы габкость и кислородо-не-проницаемость труб станут главными критериями выбора трубопроводных систем.

.

.

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ МЕНЯЕТ РАСКЛАД НА РЫНКЕ ТРУБ ОТОПЛЕНИЯ

Среди некоторых инвестиционных менеджеров бытует мнение, что двигателем развития полимерных труб является многоэтажное строительство, однако это не совсем верно.

По данным Росстата 43% всего нового жилищного строительства РФ составляет малоэтажное строительство, в южных регионах превышает 70%. По прогнозам к 30-ым годам нашего столетия  доля малоэтажного строительства достигнет 70-80% в общем объеме жилищного строительства.

Важность малоэтажного строительства состоит в том, что оно  переносит проблему энергосбережения из государственной в личную. Поэтому переход на энергоэффективные системы отопления и кондиционирования мы, потребители, будем осуществлять сами. А необходимость этого вполне понятна. Традиционные системы радиаторного отопления энерго-не-эффективны.

.Рис.8. Потребление тепла жилыми зданиями в странах со сравнимыми климатическими условиями

Потребление тепла в жилых зданиях РФ в 2-2,5 раз выше чем в странах со схожем климатом. Во многом это связано с повсеместным применением систем радиаторного отопления.

Энергоэффективные системы отопления

Благодаря ужесточению в Европе законов об энергосбережении энергоэффективные системы отопления практически вытеснили традиционные системы отопления.

В связи с этим кардинально изменились принципиальные требования к трубопроводным системам. В энергоэффективных системах трубы, по сути, перестали быть средством транспортировки теплоносителя, а превратились в системы теплообмена. Соответственно главными требованиями к трубам стали:

• Гибкость
• Кислородо-не-проницаемость (газобарьерные свойства)
• Долговечность

Это привело к тому что жесткие полимерные трубы в настоящий момент практически вытеснены с европейского рынка.

Применение кислородонепроницемых и гибких труб в Европе и России

Например, распространенные в России полипропиленовые трубы, на европейском рынке занимают всего лишь 1,3%.  Отставание от технологических тенденций систем отопления в России говорит о том, что ЖКХ , по-сути, сидит на пороховой бочке. (Подробнее о  полипропиленовых трубах и ЖКХ…)

.

ПОЛИТИКА СНИЖЕНИЯ ВЫБРОСОВ СО₂ – ВОЗМОЖНОСТИ И НОВЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

Именно сейчас, в 20-х годах нашего столетия, в мире происходит электрическая водородная революция. Она может привести к смене уклада энергосистем и постепенному формированию нового общего мирового рынка энергетики.

Зеленый водород (green hydrogen), производимый из возобновляемых источников энергии, ядерного или ископаемого топлива, может помочь в декарбонизации различных секторов экономики.

Транспортировка путем смешивания водорода с природным газом сейчас являются ключевым методом транспортировки зеленого водорода.

Зеленый водород можно смешивать в большинстве газовых сетей в количестве 6% по объему. Смешивание зеленого водорода может покрыть расходы на строительство специализированных водородных трубопроводов на ранней стадии развития рынка.

В различных странах допускаются разные доли водорода в природном газе (метане) – от 0,1% (Бельгия, Новая Зеландия, Великобритания и США) до 10% в Германии и 12% в Нидерландах. Верхний предел определяется национальными технологическими стандартами, связанными с безопасностью газопроводов.

По данным МЭА  в европейской газотранспортной системе подмешивание 20% водорода, , снизило бы выбросы СО₂ на 60 млн тонн в год (7%).

Смешивание зеленого водорода в трубопроводах природного газа опробуется различными компаниями во всем мире. Например, проект Ameland, Нидерланды, не обнаружил, что смешение водорода до 30% создает какие-либо трудности для бытовых устройств, таких как газовые плиты для приготовления пищи.

Безусловно политика декарбонизации экономики потребует изменение нормативных актов, направленных на обеспечение более высоких уровней смешения водорода и природного газа, которые помогут в использовании природного газа, смешанного с экологически чистым водородом.

Это также потребует определить стратегию замены (адаптации) оборудования в домах, таких как газовые плиты и трубопроводные системы.

А августе 2021 Россия, вслед за ЕС и США приняла Концепцию развития водородной энергетики. Безусловно, перемены в энергетической политике коснуться и жилищно-коммунального хозяйства.

Появятся более жесткие требования к газопроницаемости используемых труб. Кроме уже привычных требований к кислородонепроницаемости добавятся более жесткие требования к диффузии водорода.

В настоящее время абсолютной непроницаемостью для кислорода и водорода обладают только металлополимерные трубы. Применяемые решения на основе EVOH гораздо менее эффективны для водорода. С определенной вероятностью в неметаллических трубопроводах EVOH заменят композитные материалы, например, на основе слоистых силикатов.

(подробнее о водородной энергетике ...)

***

Энергосберегающие системы снизят затраты на содержание жилых домов. Требования к надежности и газопроницаемости потребуют от инвесторов подходить к процессу выбора трубопроводной системы для производства более вдумчиво.

При выборе труб инвестиционным менеджерам  будет необходимо учитывать все факторы влияющие на надежность и долговечность системы. Но благодаря тому, что энергосбережение и декарбонизация сужает количество принципиальных требований, выбирать будет проще.

Михаил Попов, Manfred Fartrouven 2019

По материалам НПО ЭМ (Россия), Fartrouven R&D (Португалия)

При цитировании ссылка обязательна

.

| Методы определения диффузии кислорода в полимерных трубах |

.

КОНСУЛЬТАЦИИ ПО ВОПРОСАМ ПРОИЗВОДСТВА ПЛАСТИКОВЫХ ТРУБ
| Наши клиенты |	| Наши контакты. Консультации |

.

.

• Разработка технических решений строительства заводов полимерных, композитных, гибридных труб.
• Разработка бизнес планов создания производства различной сложности.
• Организация производства полимерных, армированных, композитных труб и фитингов для строительной отрасли, ЖКХ и нефтегазовой индустрии.
• Инжиниринг и организация поставки технологического оборудования для трубных заводов
• Сопровождение проекта на этапах рассмотрения проекта.
• Консультации по вопросам управления проектом.

Консультации: +7 915 187-91-16, teo@teo.ru

.

СТАТЬИ О ТРУБАХ
| Полипропиленовая бомба в наших домах |	| Шовные, бесшовные металлопластиковые трубы |
| Транспортировка водорода по трубопроводам |	| Гибкие композитные трубы на подъеме |
| Развитие водородной энергетики в РФ |	| Композитные трубы как альтернатива стали |
| UD TAPE & UD TAPE | Из космоса в трубы |	| СПГ и композитные трубы губят металлургов |
| PE-RT  - полиэтилен для нефтегазовых труб |	| Новый уклад экономики |
Информация для составления бизнес плана
| Проектирование производства полимерных труб |	| Бизнес план производства металлопластиковых труб ||
| Производство труб MLS Composite |	| SCW сварка труб MLS Composite |
Бизнес план производства полиэтиленовых труб |	| Бизнес план производства нефтегазовых RTP/TCP труб |
| Производство многослойных EVOH труб |	| Производство металлопластиковых труб MLS Composite |
| ТЭО производства фитингов PE-RT, PP-R, HDPE, PPSU |	| Оборудование для производства пластиковых труб |
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИФФУЗИИ КИСЛОРОДА (КИСЛОРОДОПРОНИЦАЕМОСТИ) В ПОЛИМЕРНЫХ ТРУБАХ Определение диффузии кислорода, газопроницаемости) в полимерных трубах сейчас стало проблемой. В обновленном стандарте на трубы из термопластов (ГОСТ Р 32415-2013) методы испытаний на кислородопроницаемость испарились. Они остались только в разделе 8.19 старого ГОСТ Р 52134-2003 Трубы напорные из термопластов и соединительные детали к ним для систем водоснабжения и отопления: *** ГОСТ Р 52134-2003 *** 8.19 Кислородопроницаемость труб (5.1.13) проверяют на отрезке трубы длиной не менее 20 м. Трубу наматывают на стержень, диаметр которого равен девятикратной величине диаметра испытуемой трубы, причем длина намотанного участка должна составлять 10 % указанной длины трубы. Труба должна быть жестко закреплена относительно стержня. После чего трубу выдерживают без нагрузки в течение 24 ч. Затем трубу подсоединяют к системе подачи воды и подвергают попеременной температурной нагрузке при действии постоянного внутреннего давления. Попеременно подают горячую воду температурой (70±2) °С, а затем холодную — температурой не более 20 °С, выдерживая при каждой температуре в течение 15 мин. Время между сменой температур составляет (60±30) с. В системе поддерживается давление (0,3±0,06) МПа. Продолжительность испытаний составляет 28 сут. Определение кислородопроницаемости (диффузии кислорода) проводят на образце трубы, подвергшейся указанным выше попеременным температурным нагрузкам. Испытания должны проводиться при температуре (40±2) °С. Разность температур на входе и выходе трубы не должна превышать 4 °С. Концентрация кислорода в воде измеряется специальным прибором на входе и выходе трубы. Разность между максимальным и минимальным значениями измерений не должна превышать 0,02 г/(м3·сут). Проводится три замера. Величину диффузионного потока кислорода I(О2), мг/сут, рассчитывают по формуле I(О2) = Dс(О2) V24 · 10-3 · P0/Р,                                              (14) где Dс(О2) — величина прироста концентрации кислорода, полученная как разность от измерений концентрации кислорода на входе и выходе трубы, мкг/л; V — скорость потока воды, л/ч; Р — давление воздуха, бар; Р0 — нормальное давление воздуха, равное 1,013 бар. Кислородопроницаемость труб I(О2)V, г/(м3·сут), определяют следующим образом: I(О2)V = I(О2) / (d - 2е)2 · 0,785 · l · 10-3,                                      (15) где I(О2) — величина диффузионного потока кислорода, мг/сут; d — наружный диаметр трубы, мм; е — толщина стенки трубы, мм; l — длина трубы, м. За результат испытаний принимают среднеарифметическое значение трех измерений. Округление проводят до 0,001. *** Другие ГОСТы на полимерные и композитные трубы ... В начало страницы
. Освоение гибких композитных RTP/TCP труб нефтегазовыми компаниями так же столкнулось с проблемой определения газо-барьерных свойств трубопроводов, проницаемости метанола, водорода. Старые методики утрачены, а новые потребуется создавать заново … Зависимость коэффициента диффузии метанола в различных PE от температуры. Экспериментальные (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) и теоретические результаты (9 - модель Пирингера для HDPE, 10 - модель Пирингера для LDPE).

.

РАЗРАБОТКА БИЗНЕС-ПЛАНА
Различия специфик бизнеса и множества вариаций условий в которых действует бизнес делает разработку каждого бизнес-плана уникальной задачей. В несложных проектах мы опираемся на стандарты банков, или международные стандарты UNIDO, TACIS. В оригинальных инновационных проектах мы находим новые формы, наиболее полно отражающих содержание. Для  реализации вашего проекта, бизнес идеи мы предоставим комплекс работ по разработке технических решений, бизнес-плана. При необходимости организуем поставку технологического оборудования. Мы подготовим для Вас бизнес-план с понятными и реальными финансовыми моделями, яркой презентацией в кратчайшие сроки, в полном соответствии с Вашими задачами, и требованиями Ваших инвесторов или банков. Смоделируем варианты реализации  проекта, оценим риски. Заказать бизнес план: +7 915 187-91-16, teo@teo.ru
| Проекты по отраслям бизнеса |	| Примеры и готовые бизнес-планы |

| Консультации |

.