¿Análisis de rendimiento de tuberías de plástico para calefacción radiante por suelo radiante de agua caliente a baja temperatura?
Clasificación de tuberías de plástico para calefacción por suelo radiante
Con el desarrollo de la industria de la construcción y la mejora de las necesidades de confort de vida de los residentes, la aplicación de suelo radiante de agua caliente a baja temperatura Los sistemas de calefacción son cada vez más comunes. En la actualidad, los siguientes tipos de tuberías de plástico se utilizan comúnmente en los sistemas de calefacción por suelo radiante en mi país.
PE-X: Polietileno reticulado 1
PP-B: Polipropileno resistente a impactos (antes llamado PP-C en Corea).
PP-R: Polipropileno atáctico
Plomo: Polibutileno
PE-RT: Polietileno resistente a altas temperaturas
Nota 1: Cross- El polietileno enlazado se puede dividir en cuatro tipos según el método de producción: reticulación con peróxido (PE-Xa), reticulación con silano (PE-Xb), reticulación por haz de electrones (PE-XC) y reticulación azo ( PE-Xd). Entre ellos, la reticulación con peróxido y la reticulación con silano son dos productos de tuberías de polietileno reticulado comúnmente utilizados en China.
Requisitos de materia prima de tuberías de plástico y sus respectivas características
2.1 Requisitos de materia prima de tuberías
De acuerdo con los requisitos de las normas nacionales e internacionales de productos, la producción de El agua fría y caliente es Las materias primas de las tuberías de plástico y los accesorios de tuberías de plástico deben ser materiales de tubería especiales que hayan sido probados y pasados la determinación de calificación de acuerdo con las disposiciones de GB/T18252-2000 "Determinación de la resistencia hidrostática a largo plazo del termoplástico". tuberías por método de extrapolación para sistemas de tuberías de plástico". En otras palabras, cada fabricante de materia prima debe producir una curva de falla por fluencia que se ajuste a la curva de referencia de resistencia prevista de acuerdo con los estándares de productos de tuberías para demostrar que las materias primas vendidas están calificadas. Sólo una prueba de estabilidad térmica de 8760 horas bajo una presión hidrostática de 110°C no puede demostrar si la materia prima de la tubería está calificada. Hasta ahora, las materias primas para tuberías de agua caliente vendidas en el mercado nacional tienen curvas de falla por fluencia calificadas, y PP-R solo cuenta con unos pocos fabricantes de renombre internacional, como Borealis, Basel y DSM. PE-RT sólo está disponible en Dow Chemical en los Estados Unidos; PB sólo está disponible en Shell. Hasta ahora, las materias primas y variedades de PE-X y PP-B de otros fabricantes no han cumplido con los estándares del producto. Si no se sabe si los productos de materia prima están calificados, equivale a que el cemento no tiene una etiqueta determinada y no se puede determinar la resistencia de uso. No importa qué tipo de tuberías se utilicen para instalar la calefacción por suelo radiante, solo las tuberías calificadas producidas utilizando materias primas que cumplan con los requisitos estándar del producto y con equipos y procesos de producción razonables pueden garantizar de manera confiable el uso de tuberías de plástico para calefacción por suelo radiante durante 50 años mediante un diseño correcto. , instalación y uso.
2.2 Características de las diferentes variedades de tuberías:
PE-X: La producción nacional utiliza generalmente polietileno reticulado de silano o peróxido de media densidad o polietileno de alta densidad. Conecta largas cadenas moleculares lineales de polietileno a través de enlaces químicos para formar una estructura de cadena molecular de red tridimensional. En comparación con el polietileno ordinario, tiene resistencia a la tracción, resistencia al calor, resistencia al envejecimiento, resistencia al agrietamiento por tensión y estabilidad dimensional mejoradas. Todo el proceso de producción es un proceso de reacción química. Esta variedad tiene algunas dificultades, como que el agente de reticulación no es fácil de dispersar de manera uniforme, el grado de reticulación es difícil de controlar de manera uniforme y el tornillo debe limpiarse regularmente para evitar la generación de partículas de gel. La calidad del producto es difícil de controlar, lo que resulta difícil de lograr para las empresas de producción a pequeña escala. La tubería PE-X calificada tiene las ventajas de buenas propiedades mecánicas, resistencia a altas temperaturas y resistencia a bajas temperaturas. Sin embargo, la tubería PE-X no es termoplástica y, por lo tanto, no se puede unir ni reparar mediante soldadura por fusión en caliente.
PP-B: Buena resistencia a bajas temperaturas, alto módulo de flexión, excelente rendimiento de conexión y bajo coste de materia prima. Sin embargo, bajo la presión de diseño del sistema de calefacción por suelo radiante de 0,6 MPa, se debe seleccionar PE-X, PP-R, PB, PE-RT, etc. que requieran tuberías de la serie S3.2 (S5.). El espesor de pared de la tubería de20 es de 2,8 mm, el diámetro interior es 1,6 mm más pequeño que el de PE-X, PP-R, PB y PE-RT, y su resistencia al calor es pobre en comparación con otros productos. Los fabricantes de materias primas no han producido curvas de falla por fluencia.
PP-R: Buena resistencia a altas temperaturas, buenas propiedades mecánicas y excelente rendimiento de conexión. Hay varias empresas en Europa cuyas materias primas tienen curvas de falla por fluencia calificadas. Sin embargo, la resistencia al impacto a baja temperatura es pobre.
PB: Excelente resistencia a la fluencia y propiedades mecánicas, el más suave entre varios materiales de tubería y el espesor de pared más delgado bajo la misma presión de diseño. En las mismas condiciones de uso, las tuberías de la misma serie y espesor de pared son las más seguras de utilizar. Sin embargo, el precio de las materias primas es el más alto, más del doble que el de otras variedades, y actualmente el área de aplicación nacional es pequeña.
PE-RT: La materia prima es un polietileno de densidad media con propiedades mecánicas muy estables, que se polimeriza a partir de monómeros de etileno y octeno bajo catálisis de metaloceno. Su exclusiva cadena principal de etileno y su estructura ramificada de cadena corta de octeno le confieren una excelente tenacidad del etileno, resistencia al agrietamiento por tensión, resistencia al impacto a baja temperatura, excelente resistencia a la presión del agua a largo plazo y resistencia a la fluencia térmica del octeno. Se puede conectar mediante una conexión termofusible y, si se daña accidentalmente, se puede reparar mediante una conexión termofusible de accesorios de tubería. La materia prima tiene una curva de falla por fluencia que cumple con los estándares del producto y actualmente es la única variedad de polietileno que se puede usar en tuberías de agua caliente sin reticulación. Sin embargo, su rango de procesamiento es limitado y el control de calidad es difícil.
Comparación y selección del rendimiento del producto
3.1 Dado que el sistema de calefacción no se utiliza a una temperatura constante durante mucho tiempo, la temperatura del agua en el sistema aumentará y disminuirá con los cambios climáticos. Por lo tanto, en ISO10508, las condiciones de uso de las tuberías de plástico se dividen en cinco niveles y la calefacción por suelo radiante pertenece al nivel cuatro.
En todos los equipos de calefacción sólo se puede transportar como portador de calor agua o agua tratada.
El número de años en la tabla es una relación "más", no una relación "o".
3.2 Dado que la tensión de diseño σD de cada variedad es diferente en condiciones de uso de nivel 4, el valor S del sistema de tuberías que se seleccionará bajo la misma presión de diseño también es diferente. Bajo una presión de diseño determinada, es diferente. Los diferentes tipos de tuberías de plástico tienen diferentes valores de S para los sistemas de tuberías que se utilizarán.
En la actualidad, en la producción y aplicación reales, el valor S de los sistemas de tuberías generales es el más alto, que es 5.
3.3 Es necesario verificar los puntos de control de calidad y las comparaciones de las propiedades mecánicas del producto.
3.4 Propiedades físicas y mecánicas de diversas tuberías plásticas.
3.5 Esfuerzos de diseño de diferentes tipos de tuberías plásticas en condiciones de uso de Nivel 4.
El valor de tubería calculado Scalc de cada tipo de tubería bajo diferentes presiones de diseño se puede calcular y luego el valor se redondea hacia abajo a un valor S del sistema de tuberías similar, de modo que se pueda seleccionar la tubería bajo la presión de diseño. . es el valor S.
Por ejemplo, en las condiciones de nivel de servicio 4 y presión de diseño de 0,9 MPa, el valor calculado de la tubería de PE-X es 4,44, que debería ser s 4 después del redondeo.
3.6 De lo anterior y de la comparación se puede ver que siempre que las materias primas y los productos cumplan los requisitos de los estándares del producto al mismo tiempo, las cinco variedades se pueden utilizar de manera confiable en sistemas de calefacción por suelo radiante. pero bajo la misma presión de diseño, el espesor de la pared de la tubería es diferente y la eficiencia y dificultad de la construcción también son diferentes.
PE-X es actualmente la variedad más utilizada en los sistemas europeos de calefacción por suelo radiante. Algunos países europeos tienen buenos métodos de control y décadas de experiencia en gestión en la producción y aplicación de PE-X. Las materias primas son productos de varias empresas químicas de renombre internacional como BASF y Borealis. Los equipos se basan en las materias primas seleccionadas. Fabricantes. Características diseñadas. Sin embargo, vale la pena señalar que actualmente los fabricantes de materias primas nacionales y extranjeros no han realizado una verificación de calificación del producto y el precio de las materias primas varía mucho. Algunos fabricantes nacionales seleccionan las materias primas a su antojo, lo que dificulta garantizar la calidad del producto. Existe cierto riesgo en la aplicación de productos de bajo precio para esta variedad.
El PP-B se utiliza ampliamente en los sistemas coreanos de calefacción radiante por suelo y calderas de pared. Debido a su baja presión, cuando la presión es de 0,3 MPa, sólo es necesario diseñar tuberías con el sistema de tuberías S6.3. Generalmente, se utilizan tuberías con el sistema de tuberías S5, que no son propensas a tener problemas durante su uso en Corea. Actualmente no existe ningún fabricante calificado de esta variedad de materias primas. Su tensión de diseño es la más baja entre las cinco variedades, pero su módulo de flexión es el más alto, lo que hace que sea relativamente difícil de colocar. No es adecuado para tuberías de agua caliente, como tuberías de calefacción por suelo radiante de alta presión, pero es una tubería de agua fría ideal.
Las curvas de falla por fluencia de PP-R, PB y PE-RT de diferentes fabricantes cumplen con los estándares del producto, lo cual es el requisito básico para el uso confiable de tuberías de agua caliente durante 50 años.
El PP-R es actualmente un producto ideal para tuberías de agua caliente doméstica y sistemas de radiadores. Debido a su escasa resistencia al impacto a baja temperatura y su flexibilidad, rara vez se utiliza en tuberías de calefacción radiante por suelo, que requieren que circule agua caliente dentro de las tuberías durante la instalación. Pero desde la perspectiva de la confiabilidad del sistema y la vida útil, las tuberías con una calidad de producto calificada son muy superiores a las tuberías principales y otras tuberías de agua caliente utilizadas para calefacción por suelo radiante.
El PB es uno de los tubos plásticos para agua caliente con mayor estrés de diseño en las mismas condiciones de uso. Por ejemplo, en las condiciones de uso de calefacción por suelo radiante, el valor de la serie de tuberías de cálculo de presión del sistema de 0,6 MPa debe seleccionarse como S8. Sin embargo, el espesor de la pared de de20 es de sólo 1,3 mm, debido a los requisitos de conexión del sistema. y daños por rayones durante la construcción, la selección de producción real generalmente es Adoptar la serie S5. Se puede ver que la vida útil de las tuberías de PB es mucho más larga que la de otras tuberías de plástico de la serie S.
Este producto es actualmente el más caro y fiable entre varios tubos de plástico para agua caliente.
Cuando se utilizan variedades de PE-RT bajo la presión de diseño de 0,6 MPa, se debe seleccionar el sistema de tuberías S5, que es el mismo que PE-X, PP-R y PB en aplicaciones prácticas. Tiene las ventajas de una conexión termofusible, un rendimiento estable y confiable de la materia prima y una buena flexibilidad. El módulo de flexión del producto es inferior al 70 % del tubo de plástico PE-X y agrega una nueva variedad a los tubos utilizados. en el campo de la calefacción por suelo radiante. Tiene una excelente integral. Sus características lo hacen competitivo en el campo de la calefacción por suelo radiante.
La tendencia de desarrollo de PE-RT
Las materias primas PE-RT no solo tienen curvas de falla por fluencia calificadas, sino que también los precios de las tuberías son moderados en la construcción de sistemas de calefacción por suelo radiante. , son mejores que PE-X, PP-B y PP-R, son más convenientes y rápidos. El método de conexión es actualmente el método de conexión termofusible más confiable. Las tuberías y accesorios de tubería del mismo material se sueldan entre sí. La abertura de los accesorios de tubería es mayor que el diámetro interior de las tuberías de la misma especificación. En el sistema, dado que no existe conexión mecánica con reducción local del diámetro, la resistencia al fluido es relativamente pequeña.
Debido a las ventajas de que las tuberías de PE-RT se utilicen como tuberías de agua caliente en esta etapa, la Organización Internacional de Normalización (ISO) ha formulado los requisitos de resistencia esperados de sus materias primas como un estándar internacional cuando solo una empresa produce el producto. Su número de estándar es ISO/AWI24033. El nombre en inglés de esta norma internacional es Tuberías de polietileno resistentes a altas temperaturas (PE-RT): efecto del tiempo y la temperatura en la resistencia esperada. Desde este punto, también ilustra plenamente la importancia internacional y las perspectivas de desarrollo de PE-RT como producto en desarrollo.
Adaptabilidad del sistema de tuberías plásticas de agua caliente
La prueba de adaptabilidad del sistema del método de conexión por fusión en caliente de tuberías plásticas solo requiere dos pruebas: prueba de resistencia a la presión interna y prueba del ciclo térmico, mientras que Las tuberías mecánicas de plástico en el modo de conexión requieren seis pruebas: prueba de resistencia a la presión interna, prueba de ciclo térmico, prueba de flexión, prueba de extracción, prueba de impacto de presión cíclica y prueba de vacío. Se puede ver que el método de conexión por fusión en caliente de tuberías de plástico es mejor que la conexión mecánica para cumplir con los requisitos del sistema de tuberías. Por otro lado, el diámetro interior mínimo de la pieza de conexión del tubo de20 serie S5 es de 20 mm cuando se conecta por fusión en caliente y de 90 mm cuando se conecta mecánicamente. Se puede ver que la resistencia al fluido local de la parte de conexión de la conexión mecánica es mayor que la de la conexión termofusible, lo que puede causar fácilmente un bloqueo.
Cuando las tuberías de plástico colocadas bajo tierra están en funcionamiento, inevitablemente se producirán fugas causadas por daños en la construcción y daños durante la decoración. La reparación con conexión termofusible puede garantizar que la vida útil del punto de reparación esté sincronizada con la vida útil de todo el sistema, lo que no es fácil de lograr con conexiones mecánicas.
En el sistema de tuberías plásticas de agua caliente, si la temperatura de funcionamiento excede continuamente la temperatura de diseño en 10 °C, la vida útil se acortará 2,5 veces bajo la misma presión de funcionamiento; por el contrario, si la temperatura de funcionamiento; es 10°C menor que la temperatura de diseño, la vida útil se acortará 2,5 veces bajo la misma presión de funcionamiento, la vida útil se prolongará 2,5 veces. Además, cuando la presión de operación excede la presión de diseño, el daño a la tubería de plástico será mayor. Por lo tanto, durante la operación del sistema de tuberías de calefacción, es necesario evitar en la medida de lo posible operar a temperaturas y presiones que excedan la temperatura y presión de diseño.
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