Причина №1. HOOP STRESS

Полипропилен, безусловно, великолепный конструкционный материал, ставший неотъемлемой частью нашей жизни, из него делают практически все: упаковку, нити, пленки, детали и корпуса электронных устройств, пробирки для ДНК анализов, интерьеры автомобилей и многое и многое другое. Говорят, капот Ё-мобиля тоже делают из полипропилена. Но для производства труб это не самый лучший материал. Даже в России для производства труб используется менее 5% производимого полипропилена, на мировом рынке доля трубного полипропилена и того меньше.

Дело в том, что современные трубные полипропилены по своим свойствам существенно уступают современным трубным полиэтиленам.

Сравним характерные кривые испытаний на долгосрочную термическую стойкость рандом сополимера полипропилена ( PPR ) и полиэтилена повышенной термостойкости ( PE — RT ), рис.3.

А) PE-RT

Б) PPR

Рис. 3

Кривые старения полипропилена ломаные и более крутые чем у полиэтилена, т.е. полипропиленовые трубы по сравнению с полиэтиленовыми значительно быстрее теряют прочность, и следовательно, существенно уступают трубам из PE — RT полиэтилена в надежности при долгосрочной эксплуатации.

Для наглядности совместим кривые для температуры 95 С на одном графике, Рис.4

* Which factors control the lifetime of plastic pipes and how the lifetime can be extrapolated . Andersson U, Exova , AB S-611 82 Nykoping , Sweden

Рис. 4

Как видно на рис. 4 полипропилен в начале эксплуатации может иметь даже большую, чем у полиэтилена прочность, но уже через 2-3 месяца эксплуатации этот запас прочности полипропиленовые трубы теряют, а через год полипропилен существенно уступает по прочности полиэтилену, и в дальнейшем этот разрыв увеличивается.

Кроме того, из-за высокой кристалличности полипропилена изготовленные из него трубы чувствительны к механическим ударам, которые приводят к появлению центров напряженности приводящих к ускоренной термической деструкции полипропилена в месте механического удара (подробнее…).

Для компенсации этих явлений полипропиленовые трубы вынуждены изготавливать с более толстыми стенками чем полиэтиленовые трубы. Например, металлопластиковая труба из полиэтилена имеет стенку 2 мм ., а аналогичная по классу эксплуатации и внутреннему проходному сечению полипропиленовая труба, или металлополимерная полипропиленовая труба — 3,4 мм .

Но, даже, с увеличенной толщиной стенок, в условиях термических нагрузок срок службы полипропиленовых труб почти в два раза короче, чем у труб на основе термостойких полиэтиленов.

Причина №2. САМОЕ ЗАВЕТНОЕ ПРЕИМУЩЕСТВО ПОЛИПРОПИЛЕНОВЫХ ТРУБ

На протяжении пяти десятков эксплуатации полипропиленовых труб самым главным их преимуществом была возможность соединять их наиболее надежным методом — диффузионной сваркой с помощью недорогих полипропиленовых фитингов.

После появления в 2005 г . на рынке полиэтилена повышенной термостойкости PE — RT тип II под маркой Dowlex 2388 (Dow Chemical) главное преимущество полипропиленовых труб оказалось под угрозой. Имея лучшие характеристики долгосрочной термической прочности не только полипропилена, но и PEX полиэтилена, PE — RT полиэтилен является типичным термопластом. Т.е. трубы на основе PERT полиэтилена можно сваривать также как полипропиленовые трубы.

Теоретическая угроза потери монополии полипропиленовых труб на свариваемость обрела в 2008 году практические очертания – компания «Дипайп» разработала и запатентовала способ соединения многослойных труб методом диффузионной и электрофузионной сварки с помощью недорогих PE — RT фитингов.

Образцы PE — RT фитингов впервые представлены компанией «Экструзионные машины» на Международной конференции «Полимерные трубы-2009», апрель 2009 г .

Образцы фитингов прошли испытания в ведущих профильных центрах НИИ Сантехники, НИИ Мосстроя, ИЦ Росхимтест (МГУ). Прочность соединения труба-фитинг более 2800 Н.

Пока процесс замещения полипропиленовых труб на трубы на основе PE — RT полиэтилена сдерживается отсутствием заметного производства полимерных PE — RT фитингов. Но начало их массового производства не за горами.

Однослойные полипропиленовые трубы

Самый старейший представитель полипропиленовых труб появился на рынке в 1958 г . Применяется в системах холодного и горячего водоснабжения.

Достоинства:

— Простая процедура диффузионной сварки.

Недостатки :

— Высокий коэффициент температурного расширения – 2,0 х 10 -4 ,

— В системах горячего водоснабжения требуются температурные компенсаторы

— Из-за диффузии кислорода недопустимо применение в системах отопления

Стабилизированные полипропиленовые трубы

Представляет собой трехслойную конструкцию из внутренней полипропиленовой трубы, вокруг которой наклеена перфорированная алюминиевая фольга, и тонкого наружного полипропиленового слоя.

Применяется в системах холодного и горячего водоснабжения, ограниченно в системах отопления.

Некий суррогатный представитель полипропиленовых труб. Изготавливается на доработанных полипропиленовых линиях. Изготовление происходит в два этапа: первоначально экструдируется внутренняя полипропиленовая труба, затем на ее поверхность приклеивается самоклеющаяся перфорированная алюминиевая фольга толщиной 0,15 мм (около 8 EUR за кг), и на нее экструдируется наружный полипропиленовый слой.

Благодаря такой «несуразной» технологии не удается толком ни снизить температурное расширение (между слоями отсутствует адгезионная связь), ни избавиться от кислородопроницаемости.

Достоинства:

— Простая процедура диффузионной сварки.

Недостатки :

— Перед сваркой необходимо зачищать наружные слои алюминия и полипропилена

— Высокий коэффициент температурного расширения >0,5 х 10 -4

— Диффузия кислорода > 3,6 мг/(м 2 хсутки)

— Отсутствие адгезии между слоями приводит к расслоению трубы. Об этом , кстати, предупреждают сами производители : «… В единичных случаях может произойти образование небольших вздутий поверхности внешнего слоя из-за остаточной влажности поверхности внутренней полипропиленовой трубы при производстве… »

Полипропиленовые трубы армированные стекловолокном PPR-FG-PPR (PPR-GF)

Модный полипропиленовый суррогат. Представляет собой трехслойную конструкцию из слоя компаунда полипропилена с фиброй стекловолокон (FiberGlass) и наружного и внутреннего слоя полипропилена.

Применяется в системах холодного и горячего водоснабжения. Из диффузии кислорода недопустимо применение в системах отопления. Единственным потребительским отличием от однослойных полипропиленовых труб возможность монтажа в системах горячего водоснабжения без температурных компенсаторов.

Достоинства:

— Простая процедура диффузионной сварки.

— Возможность монтажа в системах горячего водоснабжения без температурных компенсаторов.

Недостатки :

— Перед сваркой необходимо зачищать наружные слои алюминия и полипропилена

— Высокий коэффициент расширения >0,5 х 10 -4

— Из-за диффузии кислорода недопустимо применение в системах отопления

Металлополимерные полипропиленовые трубы PPR-Al-PPR Oxy plus

Новое поколение полипропиленовых труб представляет собой классическую пятислойную металлополимерную конструкцию: полимер-адгезив-алюминий-адгезив-полимер

Применяются в системах водоснабжения и отопления.

Несмотря на давнюю конкуренцию с металлопластиковыми трубами, новое поколение полипропиленовых труб вернулась к многослойной конструкции металлопластиковых труб. Иными словами, полипропиленовая труба OXY — PLUS и металлопластиковая труба конструктивно полностью аналогичны, и различаются только тем, что классические металлопластиковые трубы используют в качестве полимера PEX или PE-RT полиэтилен, а труба OXY-PLUS — полипропилен

Кстати, это позволяет выпускать полипропиленовые трубы OXY — PLUS на оборудовании предназначенном для производства металлопластиковых труб PERT — AL — PERT . Например, линии «Металлополимер-5.4.» компании «Экструзионные машины» одинаково хорошо работают и на полипропилене и на PE — RT полиэтилене.

Однако, использование размерного ряда SDR-6 с более толстыми стенками увеличивает себестоимость, и не соответствует новому ГОСТ Р 53630-2009 «Трубы напорные многослойные для систем водоснабжения и отопления »

В сравнении цен на металлопластиковые и полипропиленовые трубы много лукавства. Продавцы полипропиленовых труб любят сравнивать цены труб одинакового наружного диаметра, при этом как-бы забывается что толщины стенок у металлопластиковых труб и полипропиленовых разные, и следовательно, у труб разная пропускная способность.

С точки зрения функциональных возможностей трубопроводной системы, корректным сравнением является сравнение труб с аналогичными показателями пропускной способности, Т.е. сравнивать полипропиленовую трубу диаметром 20 мм надо не с металлопластиковой трубой диаметром 20 мм , а с трубой 16 мм , точно также 25-ая полипропиленовая труба сравнивается с 20-ой металлопластиковой трубой, и т.д.

Иными словами аналоги металлопластиковых труб и полипропиленовых труб находятся через один размерный ряд, Таб.1.

Таб. 1 Таблица соответствия труб по наружному диаметру

Разумеется, каким образом вводить потребителей в заблуждение – это вопрос маркетинговой политики. Но рано или поздно и в России ужесточатся требования к строительным материалам, а закон о защите прав потребителей будет касаться и рекламирования труб – по прогнозам Министерства регионального строительства к 2020 году, более 80% всего нового строительства будет малоэтажным, и следовательно, основными потребителями труб станут субъекты этого закона – частные лица.

Строгость Европейских законов в строительстве не дозволяет вольностей со строительными материалами, и подтасовки с диаметрами и проходным сечениями строго наказывается. Различия в реальной стоимости труб внесло свой посильный вклад в процесс сокращения потребления полипропиленовых труб.

Разумеется, конечная цена труб не всегда пропорционально соотносится с истинной себестоимостью, рядовые потребители оплачивают и затраты на распространение, и стоимость бренда, но для производителя труб себестоимость его главный потенциал в конкурентной борьбе, она определяет рентабельность, и создает или не создает возможность ценового маневрирования.

Основу себестоимости составляют прямые издержки – стоимость сырья и материалов.

Вычислить теоретические прямые издержки не сложно исходя из геометрии трубы, и знания толщин слоев. Толщины, как правило, содержать в описаниях продукции, и естественно, секрета не представляют.

Мы сравним различные типы труб с аналогичным проходным сечением, и со следующими паспортными геометрическими характеристиками, Таб. 2.

Таб. 2 Послойные размеры труб

* с учетом половины допуска: у металлопластиковых труб допуск 0,15 мм , у полипропиленовых труб – 0,6 мм

Плотность полиэтилена и полипропилена примерно одинакова — 0,94 гр./куб.см, плотность алюминия — 2,7 гр./куб.см, и путем несложных вычислений послойной массы трубы получим расход сырья. С учетом среднерыночных цен вычислим значения прямых издержек для каждого типа труб. Добавим общепроизводственные, общехозяйственные и маркетинговые издержки (при любом производство полимерных труб общие постоянные издержки примерно одинаковы – 23-30%.). И получим значения себестоимости металлопластиковых труб PERT — Al — PERT и различного типа полипропиленовых труб ( PERT — AL — PERT , PPR , PPR Staby , PPR — FG — PPR (PPR-GF-PPR), PPR — Al — PPR Oxy plus ), Таб.3.

Таб. 3 Себестоимость пластиковых труб с аналогичным внутренним проходным сечением ( 12 мм .)

Как это не парадоксально выглядит, себестоимость металлопластиковых труб PERT — Al — PERT , ниже всех типов полипропиленовых труб. Разница в толщинах стенок трубы делает различия в себестоимости существенным (напомним, толщина металлопластиковой трубы диаметром 16 мм . 2 мм , а ее функционального полипропиленового аналога 3,4 мм .).

На время забудем про такие характеристики как рабочее давление и температура. Современные полимеры уже давно позволяют изготавливать трубы с предельными рабочими температурами 90..95 С. В то же время, реальные температуры теплоносителей значительно ниже, и имеют тенденцию к понижению. В нормальном состоянии в наших трубах давление не превышает 6 атм. и, практически, все трубы, изготовленные из термостойких пластиков рассчитаны, по меньшей мере на двух кратный запас ( По ГОСТ Р 52134-2003 и ГОСТ Р 53630-2009 при температуре 95 С должны выдерживать давление 13 атм.)

Обратим внимание на такие функциональные свойства, как коэффициент теплового расширения труб и кислородопроницаемость. Именно эти показатели в значительной мере определяют стоимость монтажа и область применения трубопроводов (подробнее…).

При монтаже трубопроводной системы с высокими показателями температурного расширения требуется установка температурных компенсаторов, что увеличивает стоимость системы.

Наличие диффузии кислорода ограничивает область применения труб. Кислородопроницаемые трубы нельзя использовать в замкнутых системах отопления (радиаторное отопление, энергоэффективные системы отопления: теплые полы, панельное отопление и кондиционирование (потолочное охлаждение), системы использования геотермального тепла с помощью с тепловых насосов.).

Посмотрим на себестоимость труб в разрезе борьбы с температурным расширением, Рис.4.

Рис.4 Диаграмма себестоимости труб и температурного удлинения

Совершенно очевидно, что металлополимерные конструкции в борьбе с температурным расширением выигрывают, но себестоимость полипропиленовых труб армированных алюминием PPR — AL — PPR Oxy plus почти в два раза выше, чем у металлопластиковых труб PERT — AL — PERT .

Посмотрим на себестоимость труб и их кислородопроницаемость, Рис.5.

Рис.5 Диаграмма себестоимости труб и кислородопроницаемости

Металлополимерные конструкции выигрывают и здесь, но высокая себестоимость труб PPR — AL — PPR снижает их конкурентоспособность.

Модная новинка полипропиленовые трубы армированные стекловолокном PPR — FG — PPR (PPR-GF) , по сути, более дорогой аналог однослойных полипропиленовых труб с улучшенными свойствами температурного удлинения. Области применения обоих типов ограничены системами холодного и горячего водоснабжения.

Наличие диффузии кислорода в полипропиленовых трубах (за исключением труб PPR — Al — PPR ) закрывает им дорогу в системы отопления. Отсутствие гибкости – в энергоэффективные системы отопления.

Рис.6 Диаграмма себестоимости труб и областей применения

Как видно из Рис.6 потребители немало переплачивают за ограниченные функциональные возможности полипропиленовых труб. Единственное оправдание этому простота соединения сваркой. Впрочем, с расширением масштабов производства PERT фитингов для сварки металлопластиковых труб PERT — Al — PERT это оправдание исчезнет.

Разумеется, себестоимость труб это только часть стоимости трубопроводной системы.

Основное маркетинговое противостояние между полипропиленовыми и металлопластиковыми трубами ведется в области конкурентной стоимости труб, однако, реальная стоимость трубопроводной системы в целом, и в большей степени, определяется стоимостью фитингов и монтажных работ. На стоимость трубопроводной системы влияют несколько факторов:

— Стоимость фитингов. Для соединения полипропиленовых труб используются дешевые полипропиленовые фитинги, а для соединения металлопластиковых традиционные и дорогие латунные или PPSU фитинги, и начиная с 2011 года дешевые полимерные PERT фитинги.

— Температурное расширение. Из-за высокого температурного расширения полипропиленовых труб требуется применение температурных компенсаторов, что естественно приводит к удорожанию системы.

— Гибкость. В отличии от гибких металлопластиковых труб, поставляемых в бухтах, жесткие полипропиленовые трубы поставляются в хлыстах. Это увеличивает расходы на транспортировку, увеличивает отходы при раскрое, из-за отсутствия возможности сгибать трубу, увеличивается стоимость за счет большего количества соединений.

Таким образом, если ценовой проигрыш полипропиленовых труб в области себестоимости труб можно счесть незначительным, то по стоимости монтажа они проигрывают существенно, Рис.7

Рис.7 Диаграмма стоимости трубопроводных систем

Конечно в российских реалиях, когда в трубах разбираются абсолютно все: от дворников до академиков, а система профессионально-технического образования похоронена (надеемся не навсегда), в системы отопления заталкивают все что угодно круглой формы. Но за это потребители будут платить в ближайшие годы, пока горький опыт не научит обращаться к профессионально обученным специалистам.

Итак, мы рассмотрели три важных причины внесшие свой вклад в стремительное сокращение применения полипропиленовых труб в Европе.

Но самой главной причиной, закрывшей европейским производителям полипропиленовых труб дорогу на европейские строительные рынки, стали новые европейские законы о энергосбережении .

Причина №4. Политика энергосбережения лишает полипропиленовые трубы рынка сбыта

В последнее десятилетие европейские страны приняли новые стандарты энергосбережения, это привело к значительному снижению энергопотребления жилых и административных зданий, рис. 8.

Жилые здания в России потребляют тепла в два раза больше, чем в странах со сравнимыми климатическими условиями

Рис. 7

Свой вклад внесли новые стандарты на пластиковые окна, ужесточение требований к теплопроводности стен, но основу энергетического скачка составил отказ от традиционных систем радиаторного отопления.

Первоначально были освоены теплые полы. Это улучшило комфорт зданий, и снизило энергозатраты, Рис. 9.

Теплые полы – комфортное распределение температуры

Рис. 8

Затем стала внедрятся расширенная концепция – панельного отопления и кондиционирования, что еще больше снизило затраты на отопление и охлаждение зданий.

Дальнейшим развитием стала комплексная концепция основанная на панельном отоплении и кондиционировании (потолочном охлаждении) интегрированной с системами использования низкопотенциального геотермального тепла (тепловые насосы), и солнечными коллекторами, Рис. 9

Рис. 9

Таким образом, в современных энергоэффективных зданиях количество труб увеличилось в разы: они используются для подогрева полов, стен, стабилизации температуры перекрытий, и охлаждения потолков. В системах использования низкопотенциального тепла с помощью тепловых насосов трубы служат многометровыми подземными змеевиками-теплообменниками.

Рис. 10

Энергоэффективные системы отопления и кондиционирования, по сути, уже не транспортные трубопроводные системы, а теплообменники. И в качестве теплообменников полипропиленовые трубы явно не годятся.

Принципиальные препятствия для полипропиленовых труб

Высокая стоимость

В замкнутых системах энергоэффективных система применяются кислородонепроницаемые трубы, т.к. в случае проникновения кислорода в в системе развиваются аэробные бактерии, которое заиливают стенки трубы продуктами своей жизнедеятельности (подробнее…). Среди полипропиленовых труб кислородонепроницаемостью обладают только трубы PPR — Al — PPR , но их себестоимость почти в 2 раза выше, чем у металлопластиковых труб, и кроме того, их жесткость не дает им возможности применения в энергоэффективных системах.

Отсутствие гибкости

Жесткие полипропиленовые трубы поставляются в хлыстах по 4- 6 метра , строить из них змеевики теплообменников крайне трудоемко, необходимость большого числа отрезков порождает отходы и большое количество фитингов, все это увеличивает стоимость, трудоемкость, и из-за большого числа соединений снижает надежность системы.

При наличие хорошо зарекомендовавшей альтернативы в виде гибких металлопластиковых труб реализация теплообменников на основе полипропиленовых труб просто нецелесообразно. Гибкие и недорогие многослойные металлопластиковые трубы на основе полиэтиленов, поставляемых в бухтах от 100 до 500 метров , позволяют легко реализовывать теплообменные змеевики в полах, стенах, потолке, под землей…

Низкая теплопроводность

Низкая тепловодность полимерных труб, которая в традиционных системах считается достоинством, в энергоэффективных системах оборачивается недостатком. И толстостенные полипропиленовые трубы по этому показателю проигрывают металлопластиковым трубам существенно: при температуре теплоносителя в 40 С на стенке металлопластиковой трубы температура падает на 6 градусов, а на стенке полипропиленовой трубы – 12 градусов, т.е. потери тепла в полипропиленовой системе в два раза выше, чем в металлопластиковой.

Таким образом, в первую очередь, не рабочие температуры, давления или долговечность полипропиленовых труб стали причиной сокращения их потребления на европейском рынке, а не возможность применения полипропиленовых труб в энергоэффективных системах отопления и кондиционирования.

Что же ожидает нас в России?

Почти тоже самое. Россия – холодная страна. 70% расходуемой в быту энергии идет только на отопление помещений, Рис. 11.

Рис.11

Из 145 млн. тонн условного топлива расходуемого на отопления – 80 млн. тонн (около 150 млрд. рублей) – деньги на ветер.

В конце 2009 и в России принят закон о энергосбережении (№261-ФЗ).

Конечно же, человек, проживший в России хотя бы пять сознательных взрослых лет вряд ли поверит в то, что махина ЖКХ и крупных строительных компании будет ударными темпами переходить на энергоэффективные системы. Как всегда ноша энергетического перевооружения ляжет на плечи населения, частных застройщиков.

В настоящее время бытует некое заблуждение, что доля частного строительства незначительна, и львиную долю строительства осуществляют крупные строительные компании-монстры, но статистика говорит о другом, Рис. 12.

Рис. 12

По прогнозам Министерства регионально строительства доля малоэтажного строительства к 2020 г . превысит 80%.

Для энергетической системы страны перекладывание заботы об энергосбережение на население великое и халявное благо. Частные застройщики строят свои дома для себя и своей семьи. Строят на года. Они не обременены закоренелыми связями с поставщиками и устаревшими проектами, им не требуются многомесячные согласования с государственными службами. И собственные деньги на ветер не разбрасывают.

В отличии от Европы, в России переход к энергосбережению в сфере систем отопления будет происходить гораздо медленнее. Во первых, потому, что у нас строгость законов сочетается с необязательностью исполнения – не тот менталитет, да проще и дешевле договориться с проводниками законов. Во вторых, в Европе давным-давно отказались от массового применения стальных труб, а у нас как Верхней Вольте, половина всего потребления стальные трубы, да еще строители наровят покупать их поржавее и поплоше – лишь бы дешевле.

Никого из россиян не удивит тот факт, что стальные трубы запрещены для применения и в новом строительстве и при капитальном ремонте Приказом Росстроя №98/1 с марта 2003 года . Т.е. уже почти 10 лет более половины трубного рынка, как бы вне закона.

Безусловно, доля стальных труб на рынке сократится. Ожидается, что к 2020 г . их потребление не превысит 15% рынка, (Рис. 13). Но это произойдет вовсе не от того, что металлурги будут сокращать производство. Относительное уменьшение доли стальных труб в общем объеме потребления будет вызвано общим ростом рынка (11,2% в год) при почти неизменном уровне их производства и потребления. Возможно, в абсолютном значении объемы производства несколько снизятся, но из-за снижения производительности в результате естественного износа оборудования (среднегодовое падение -0,2%).

По выше изложенным причинам в сегмент энергоэффективных систем отопления и кондиционирования дорога для полипропиленовых труб закрыта. Однако в сегменте традиционных систем отопления и водоснабжения они продолжат конкурентную борьбу с металлопластиковыми системами. Результат этого противостояния предсказать сложно.

Рис. 13

Сегмент традиционных систем в относительном значении снизится незначительно (с 33% до 29% в 2020 году), но в абсолютном, из-за общего роста рынка, вырастет существенно, раза в 3-3,5. То, как этот пирог будет пилиться будет зависть от оригинальности и результативности маркетинговых стратегий игроков, темпов увеличения объемов местного производства свариваемых PERT — Al — PERT труб и PE — RT фитингов, ужесточении стандартов, личных предпочтений проектировщиков и строителей, и т.п. Серьезное влияния на передел сегмента может оказать появление крупных игроков.

Вполне вероятно, что в этом сегменте металлопластиковые и полипропиленовые системы сохранят паритет. В результате, доля полипропиленовых труб может сократиться до 14-15%.

Это означает, что действующим игрокам рынка полипропиленовых труб ничего не угрожает. В абсолютном значении в ближайшие 3-5 лет можно ожидать довольно высоких темпов роста отечественного производства (12-14%), затем рост стабилизируется на уровне 3-5% в год.

Но это означает и то, что конкуренция усилится в самом стане производителей полипропиленовых труб, и место для новых игроков не останется.

Москва — Дубна. 2012