ППМ
advertisement
ППМ (пенополимерминеральная) изоляция – тепловая изоляция на основе вспененного полимера с минеральным наполнителем. Получила значительное распространение при утеплении трубопроводов тепловых сетей. Входит в число «представительных конструкций теплопроводов», рекомендованных СНиП 41-02-2003 «Тепловые сети» для подземной бесканальной прокладки тепловых сетей. ППМ (пенополимерминеральная) изоляция относится к классу жестких поропластов и представляет собой массу вспененного полимера, например, пенополиуретана, с введенным в неё минеральным наполнителем (песок, зола и т.п.). Химической реакции между наполнителем и компонентами полимера при изготовлении ППМ изоляции не происходит, то есть композиция полимера и минерального наполнителя в ППМ изоляции представляет собой смесь. Минеральный наполнитель вводится в ППМ изоляцию с целью изменения физико-механических свойств теплоизоляционного материала, главным образом – в целях придания ему повышенной механической прочности. При этом одновременно возрастает теплопроводность материала и повышается показатель водопоглощения. Труба с заводской пенополимерминеральной тепловой изоляцией (ППМ), является отечественной разработкой, и не менее популярна, чем иностранная технология с трубами в пенополиуретане (ППУ). НП "Российское теплоснабжение" был изучен опыт широкого применения труб в ППМ-изоляции, например, в г. Екатеринбурге. Имея несколько худшие показатели по тепловой изоляции (примерно на 15% по сравнению с ППУ-изоляцией), такие трубы не требуют существенных затрат для начала производства (затраты на покупку оборудования ниже в десятки раз), и при сравнимой стоимости самих изделий прокладка трубопроводов в ППМ дешевле, чем в ППУ, за счет более низкой стоимости заделки стыков (в 2-3 раза). Кроме того, наличие прочного внешнего слоя самой ППМ-изоляции, отсутствие наружной полиэтиленовой оболочки (необходимой для ППУ-изоляции) позволяет вести прокладку непосредственно в лотках непроходных каналов и засыпкой грунта поверх труб, что очень удобно в условиях городской застройки. Важно отметить следующее: в г. Екатеринбурге при бесканальной прокладке магистральные теплопроводы прокладываются в пенополиуретане (с более высоким уровнем теплоизоляции), а практически для всех разводящих и внутриквартальных сетей применяются трубы с ППМ тепловой изоляцией. Такое сочетание в применении различных видов предизолированных труб представляется весьма перспективным. Конструкция теплопровода в пенополимерминеральной (ППМ) теплоизоляции, обеспечивая стабильные теплофизические показатели и высокую теплостойкость, надёжна при любых условиях эксплуатации, независимо от типа грунтов и режима работы теплопровода. ППМ изоляция имеет термостойкость до 150°С и обеспечивает достаточную механическую прочность теплопроводов как при надземной, так и при бесканальной прокладке. Кроме того, ППМ изоляцию характеризует низкий уровень сорбционного увлажнения. ППМ изоляцию характеризуют: 1. Высокая механическая прочность наружного коркового слоя изоляции, что придаёт необходимую долговечность и надёжность в эксплуатации и не требует дополнительной защиты теплопровода от механических повреждений. (Опыт эксплуатации показывает, что даже в случае наезда грузового автомобиля на трубу при проведении монтажных работ изоляция не повреждается). 2. Сохраняются первоначальные свойства ППМ изоляции при длительной эксплуатации в различных гидрогеологических условиях. Независимо от грунтовых условий и режимов работы теплопроводов не происходит разрушения конструкции или образования трещин вследствие контакта с грунтом. 3. Внутренний корковый слой, обладая повышенными адгезионными свойствами, полностью герметизирует металл трубы. Не требуется нанесения антикоррозионной защиты на трубу. 4. За счёт высокой плотности наружного коркового слоя не требуется дополнительного гидроизоляционного покрытия изоляции. Намеренное разрушение наружного коркового слоя ППМ изоляции не приводит к значительному росту увлажнения; не изменяется и паропроницаемость конструкции. 5. Существенным преимуществом ППМ изоляции по сравнению с ППУ изоляцией является то, что при производстве строительно-монтажных работ залитый в полевых условиях стык теплоизоляции не уступает по свойствам и качеству теплоизоляции нанесённой в заводских условиях и на теле трубопровода образуется монолитная конструкция. 6. За счёт более низкой стоимости работ по заделке стыков, изолированных опор, отводов и гибов для предизолированных труб с ППМ изоляцией, суммарная стоимость теплопровода для труб небольшого диаметра вдвое, а для больших диаметров в полтора раза ниже, чем для трубопроводов с ППУ изоляцией. 7. ППМ изоляция позволяет проводить ремонтные работы по восстановлению изоляционного слоя в месте повреждения без замены трубы. Причём возможно получение в полевых условиях сплошного изоляционного слоя в месте ремонта повреждения с качеством аналогичным заводскому. 8. Имеющиеся данные об опыте эксплуатации труб с ППМ изоляцией показывают отсутствие повреждений от внешней коррозии на теплопроводах с ППМ изоляцией. 9. Отсутствует необходимость в системе ОДК для постоянного контроля за увлажнением ППМ изоляции, что существенно снижает затраты на эксплуатацию. Принцип паропроницаемости - основа долговечности. Подобрать изоляционный материал в конструкции теплопровода, который бы соответствовал всем перечисленным требованиям довольно сложно. Однако, уже многие годы успешно эксплуатируется одно замечательное свойство некоторых типов изоляции - паропроницаемость. Если изоляция обладает таким свойством, да еще является гидрофобной (т.е. не впитывает капельную влагу), она приобретает уникальные характеристики: весь срок службы теплопровода она стремится сохранить первоначальное состояние по теплопроводности, термостойкости, влагопроницаемости, водопоглощению. Таким свойством обладает ППМ изоляция. На стальной трубе данная теплоизоляция представляет собой монолитную конструкцию с переменной по сечению плотностью. За один цикл формирования изоляции на трубе одновременно образуются три различных по плотности слоя. Внутренний - антикоррозионный слой, плотно прилегающий к трубе. Имеет толщину 3-5 мм, плотность 400-500 кг/м3 и адгезию к трубе 0,4 МПа. Средний теплоизоляционный слой. Имеет расчетную толщину и плотность 70-80 кг/м3. Наружный - гидрозащитный слой. Имеет толщину 3-5 мм, плотность 400-700 кг/м3. Все три слоя изоляции являются гидрофобными, т.е. не впитывают капельную влагу и одновременно с этим паропроницаемы. Такая конструкция теплоизоляции позволяет сохранить первоначальные свойства в самых жестких тепловлажных условиях эксплуатации при любых видах прокладки теплопроводов. Конструкции теплопроводов в ППМИ обладают эксплуатационными характеристиками, которые выгодно отличают их от других, аналогичных по предназначению видов теплопроводов: паропроницаемость изоляции (способность к самовысушиванию после увлажнения); простота монтажа теплопроводов, изоляции участков сварных стыков (см. пособие по монтажу) и высокая ремонтопригодность; не требуют предварительного нанесения на трубы специальной антикоррозионной защиты; не требуют согласно СНиП41-02-2003 "Тепловые сети" системы контроля увлажнения изоляции (СОДК); имеют высокие пределы прочности при изгибе и сжатии, адгезию, рабочую температуростойкость (+150оС) и показатель соотношения эффективность-стоимость. Высокое качество и однородность теплоизоляционного слоя (без раковин и пустот, присущих технологии производства ППУ изоляции), устойчивость к старению и изменению во времени эксплуатационных характеристик и свойств. Высокая прочность наружного (механо-гидрозащитного) коркового слоя изоляции придаёт ей необходимую долговечность и надёжность в эксплуатации и не требует дополнительной защиты теплопроводов от механического воздействия и повреждений. При длительной эксплуатации в различных гидрогеологических условиях сохраняются все исходные свойства ППМ изоляции. Преднамеренное разрушение наружного коркового слоя ППМИ не приводит к значительному росту её увлажнения. Кроме того, внутренний (антикоррозионный) корковый слой изоляции надежно герметизирует поверхность трубы и функционирует как дополнительная (вместе с наружным механо-гидрозащитным слоем) антикоррозионная защита. Паропроницаемость конструкции остается неизменной. Отсутствие необходимости в нанесении антикоррозийной защиты на трубу и гидроизоляционного покрытия конструкции. Внутренний корковый слой, обладая повышенными адгезионными свойствами, полностью герметизирует металл трубы и на 100% защищает ее от внешней коррозии. Внешний корковый слой защищает от механических повреждений и проникновения влаги. Теплопотери на 20-30% ниже норматива. Температура теплоносителя до 150 ºС. ППМ изоляция удерживает тепло, пропуская только сотые доли ватта на погонном метре, что значительно ниже нормативов согласно СНиП 2.04.14-88. При длительной эксплуатации при температуре теплоносителя 150ºС прочностные параметры ППМ не изменяются, тогда как термостойкость ППУ изоляции – 120 -130ºС. При бесканальной прокладке независимо от режима работы теплопровода, его контакта с грунтом не происходит разрушение конструкции или образование трещин. Тепловые потери даже при наличии локальных повреждений изоляции минимальны и при доставке теплоносителя до потребителя не превышают 2...3%. При надземной прокладке поверхность ППМИ защищается от воздействия ультрафиолетовых лучей только с помощью кремний органических или фасадных акриловых красок светлых тонов. Существенным преимуществом ППМИ является тот факт, что изолированный в полевых условиях участок сварного стыка не уступает по свойствам и качеству теплогидроизоляции, нанесенной на трубу в заводских условиях, и образует по срезу аналогичную ей однородную, 3-х слойную конструкцию. Все неисправности теплопроводов, связанные с утечкой теплоносителя, устраняются в месте утечки заменой участка изолированной трубы длиной не более 1м. Ремонтные работы по восстановлению изоляционного слоя в местах его повреждения производятся без замены трубы. Суммарные затраты на приобретение элементов теплопроводов в ППМИ и строительно-монтажные работы при их прокладке (реконструкции) на 20...25% меньше, чем на аналоги в ППУ изоляции. По совокупности всех свойств, физико-механических и теплотехнических характеристик срок службы теплопроводов в ППМ теплогидроизоляции составляет не менее 30 лет. ДОСТОИНСТВА ТРУБ ППМ При производстве труб в ППМ изоляции сами трубы не подвергаются предварительной подготовке, механической или химической. За один технологический процесс полимер интенсивно обволакивает трубу, распределяясь в три слоя: нижний слой – антикоррозийный, предназначен для «мертвого» сцепления, склеивания с металлом трубы, его толщина - 3-8 мм, слой обладает высокой адгезией, плотно прилегает к трубе, имеет объемную массу 400-500 кг/м3; средний слой - теплоизоляционный, с объемной массой - 80-100 кг/м3, слой толстый, похож на губку с огромным количеством воздушных пузырьков внутри, удерживает тепло, пропуская только сотые доли ватта на погонном метре (в то время как обычные стальные трубы теряют на пути от котельной до потребителя 10-12% энергии); верхний слой – механогидрозащитный, толщиной 5-10 мм с объемной массой 400-600 кг/м3. Это прочный корковый слой, способный выдержать тяжесть грунта и предохранять от механических повреждений. Причем, с годами он становится еще прочнее. Основные достоинства трубопроводов с ППМ изоляцией По сравнению с другими конструкциями теплопроводов (в частности ППУ), теплопроводы в ППМ изоляции отличаются: невысокой стоимостью (средние и крупные диаметры, фасонные части, комплект для изоляции стыков на прямолинейных участках – бесплатно); отсутствием системы ОДК (в соответствии со СНиП 41-02-2003 "Тепловые сети", не требуется); повышенной термостойкостью - до плюс 150°С; отсутствием необходимости специальной антикоррозионной защиты труб; паропроницаемостью коркового слоя; высоким качеством и мономерностью теплоизоляционного слоя (без раковин и пустот, присущих теплопроводам в ППУ изоляции); дешевой ремонтопригодностью (практически любые дефекты легко устраняются неразрушающими конструкцию методами); стойкостью к старению (в результате химической реакции между полиизоцианатом и наполнителем). Многолетняя успешная эксплуатация теплопроводов в ППМ изоляции в различных регионах России, особенно в зонах с увлажненными грунтами, полностью подтвердила, что паропроницаемые конструкции перспективнее, надежнее и долговечнее сплошной герметизации полиэтиленовой оболочкой (ППУ изоляцией). Сравнительные свойства теплоизоляционных конструкций для бесканальной прокладки тепловых сетей: Показатели ППМ кг/м3, Плотность, в т.ч. 200-250 теплоизоляционного слоя 80-100 Предел прочности, МПа, при сжатии / при 1,2 / 1,7 изгибе Адгезия к трубе, МПа 0,4 Водопоглощение при 20°С, по массе в %, за 1,5 30 суток Скорость коррозии, мм/год, без анодной 0,03 / 0,06 поляризации / с анодной поляризацией pH среды (исходной) 7 Теплопроводность, Вт/м°С, при 0,048 максимальной температуре эксплуатации Термостойкость, °С 150 не Обработка труб под изоляцию требуется Антикоррозионное покрытие на трубе под не изоляцию требуется Защита изоляции от механических не повреждений требуется Срок службы, лет 30 Применяемые конструкции Фенольный Армопенобетон Битумоперлит поропласт 500-600 450-600 100 500 550 100 ППУ 80-100 80 0,8 / 0,3 0,4 / 0,2 0,2 / 0,3 0,3 0,1 нет 0,12 0,12 150 90 600 8 0,35 / 0,65 0,55 / 0,75 0,37 / 0,5 0,05 / 0,1 10 5 5 7 0,13 0,12 0,04 0,04 180 130 150 130 ОБЯЗАТЕЛЬНА не требуется ТРЕБУЕТСЯ ОБЯЗАТЕЛЬНА 15 8 15 25 В 2003 году конструкция теплопроводов в ППМ изоляции включена в СНиП 41-02-2003 "Тепловые сети", введенные в действие с 1 сентября 2003 года постановлением Госстроя РФ от 24.06.03 №110, наравне с теплопроводами в ППУ изоляции. Для нее разработаны технические условия производства, типовые решения прокладки трубопроводов тепловых сетей, имеются необходимые сертификаты соответствия и санитарно-эпидемиологические заключения. Предварительно изолированные трубы в ППМ изоляции были включены РАО "ЕЭС России" в концепцию технической политики в п. 2 (Системы транспорта и распределения тепловой энергии. Тепловые сети): п. 2.1. Рекомендуемое к применению оборудование и технологии: при ремонте, реконструкции и новом строительстве тепловых сетей должны применяться трубы с высокой заводской готовностью в пенополиуретановой (ППУ) и пенополиминеральной (ППМ) изоляции со сроком эксплуатации 30 лет; п. 2.3. Перспективное оборудование и технологии: бесканальная прокладка теплопроводов типа "труба в трубе" в пенополиуретановой (ППУ) изоляции и полиэтиленовой оболочке с системой оперативнодистанционного контроля увлажнения изоляции (ОДК) и в пенополиминеральной (ППМ) изоляции. Такие теплопроводы позволяют на 80% устранить возможность повреждения трубопроводов от наружной коррозии, сократить потери тепловой энергии через изоляцию в 2-3 раза, снизить эксплуатационные расходы по обслуживанию теплопроводов, снизить в 2-3 раза сроки строительства, снизить в 1,2 раза капитальные затраты при прокладке теплопроводов по сравнению с канальной прокладкой. ПЕРЕСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ. В настоящей статье рассмотрены вопросы перспективного применения в качестве теплогидроизоляционного материала для теплопроводов высоконаполненных пенополимеров и в первую очередь – высоконаполненных пенополиуретанов (ППУ). Наполнители вводятся в полимеры для достижения более высоких механических свойств, экономии дефицитного химического сырья, улучшения технологических характеристик и получения материалов со специальными свойствами. Известно, что пенопласты представляют собой сложные материальные структуры, в которых велика роль пространственного строения, конфигурации и размера газового наполнителя, при этом в пенополимере выделяют шесть уровней структурных организаций: химическую; вторичную; надмолекулярную; макроструктуру; микроячеистую структуру ребер и стенок; надъячеистую структуру (распределение ячеек по плотности). Решающее влияние на пенопласты оказывает фактор макроструктуры, которая чувствительна к изменению состава композиции. Наполнитель, введенный во вспениваемую композицию, как правило, влияет на процессы, протекающие на всех стадиях формирования полимерной пены. Обладая определенным уровнем знаний на современном этапе понимания физико-химической концепции получения пенополимеров и учитывая взаимодействия их с минеральными наполнителями, следует выделить следующие проблемы получения наполненных пенопластов: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Коллоидно-химическую устойчивость наполненных композиций, определяющую влияние наполнителя на процессы образования зародышей газовых пузырьков и стабильность пены. Кинетическую, при которой возможно ускорение или ингибирование наполнителем реакций, протекающих при образовании пенополимеров и поддержание в присутствии наполнителя оптимального баланса процессов полимеро- и газообразователей. Реологическую, связанную с получением однородной композиции с целью сведения к минимуму градиента вязкости наполненной композиции. Химическую, определяющую степень регулирования композиций с целью компенсации негативного влияния наполнителей. Технологическую, определяющую выбор оптимального режима переработки с учетом коллоиднохимических, кинетических, реологических и физических особенностей наполненных систем. Материаловедческую, устанавливающую взаимосвязь морфологии ячеистой структуры и свойств наполненных пенопластов. Прикладную, учитывающую подбор наполнителя для разрабатываемого наполненного пенополимера. Экономическую, обеспечивающую экономическую эффективность производства наполненных композиций. Наполнитель в той или иной степени изменяет параметры процесса вспенивания и, следовательно, макроструктуру и свойства пенополимера. Наполнитель может при определенных условиях выступать как стабилизатор, наполнитель также может влиять на кинетику структурообразования, обеспечивая получение закрытоячеистой структуры пенополимера. При создании наполненных пенопластов с заданными свойствами часто возникают проблемы: как правильнее поступить - «подгонять» полимерную композицию под наполнитель или же наполнитель под полимерную систему. Как показала практика, для вспенивающихся термореактивных композиций разумнее корректировать рецептуру химкомпонентов, но в ряде случаев регулировать макроструктуру выгоднее с помощью наполнителя, меняя его характеристики. Все физико-химические, химические и технологические проблемы успешно решаются, если к их исполнению подходить с точки зрения физикохимии дисперсных систем, как к подлинно научному системному подходу получения наполненных пенопластов, когда наполнитель рассматривается как равноправный партнер в организации получения наполненных вспениваемых композиций. Несмотря на то, что влияние наполнителя на процесс формирования пенополимеров еще до конца не исследован, тем не менее известно, что в зависимости от размера частиц наполнителя и прежде всего физико-химических свойств его поверхности можно оказывать существенное влияние на уменьшение толщины пленок между воздушными пузырьками за счет дренажа жидкости, что в свою очередь создает условия агрегатной устойчивости пен, т.е. ее стабильность во времени (3). Основными предпосылками пригодности минерального наполнителя для получения пенополимерминеральных (ППМ) композиций являются: химическая совместимость с полимерной системой, низкая влагоемкость, высокие термостойкость и химическая стойкость, влияние на pH среду, а также низкие показатели теплопроводности и термического расширения, диспергируемость. В качестве наполнителей в ОАО «ВНИПИэнергопром» были исследованы различные виды песков, цемента, перлита и сланцевой муки. Ниже в таблице 1 приведен химический состав исследуемых наполнителей с указанием процентного содержания, входящих в них элементов. Таблица 1 Элементный состав наполнителей, % SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO N2O K2O SO3 Андезит 60-61 15-16 6,5-7,5 5,5-6,5 2,5-3,5 7,0 8,5 Перлит 65-75 12-15 0,6-2,5 1,5-2,5 0,5-1,5 4,8 4-8 Кварцевый песок (Люберецкий) 97-98 1,7 0,1 следы 0,17 Песок строительный 92,74 2,03 1,2 1,08 0,3 0,47 0,02 0,89 Сланцевая мука 56,0 22,0 7,3 0,2 1,6 1,0 4,5 Цемент М-400 23,7 5,7 0,53 66,0 2,8 ≥1,0 Наименование наполнителя Установлено, что лучшая структура ППМИ достигается при использовании фракционных наполнителей, что указывает на то, что при выборе наполнителя важны как гранулометрический состав, так и удельная поверхность наполнителя. Для получения ячеистой структуры, снижения усадки, температурных деформаций, как показали проведенные эксперименты, предпочтительнее использовать две фракции – мука:песок в соотношении 1,5:2. При отсутствии мелкодисперсной фракции ухудшается плотность структуры ППМ, при отсутствии средней фракции ухудшается удобоукладываемость пеноминеральной смеси и, следовательно, увеличивается расход химкомпонентов. Опыты по исследованию влияния дисперсности наполнителей на прочность, твердость материала, реологические и термомеханические свойства ППМ изоляции показали, что средние размеры частиц микронаполнителя должны быть порядка нескольких единиц микрона, а максимальная – не превышать 40-50 мк. С повышением дисперсности наполнителей ППМ изоляция при прочих равных условиях увеличивает свою твердость, упругость, прочность. Установлено, что порошкообразные наполнители, вводимые в ППМ изоляцию в стадии ее полимеризации, увеличивают степень полимеризации. Так, введение, например окисей кремния и окиси алюминия изменяют скорость и глубину отверждения и влияют на свойства получаемых изделий. Следует добавить, что ускорение процесса полимеризации в присутствии наполнителей объясняется тем, что активные центры на их поверхности играют роль зародышей образования новой полимерной фазы. Применение различных наполнителей и разработанная в ОАО «ВНИПИэнергопром» технология получения ППМ изоляции позволили получить конструкционно-теплоизоляционную композицию с широким диапазоном физикомеханических и влаготеплофизических свойств, которые приведены в таблице 2. Таблица 2 Показатель ППМ изоляция на основе андезитовой строительного муки песка 350-450 220-350 5,0-8,0 2,0-6,0 Плотность, кг/м3 Предел прочности при сжатии, МПа Водопоглощение за 24 часа, % по 1,8 массе Термостойкость, °С 150-160 Теплопроводность, Вт/м°С 0,05-0,08 керамзитовой гравия 400-600 4,0-6,0 1,0-2,0 4,0-6,0 150-160 0,042-0,05 150-160 0,07-0,11 муки и керамзитового В заключение следует отметить, что для получения ППМ изоляции, в зависимости от требований, предъявляемых к ней, возможно использование различных минеральных наполнителей. Так в частности, для производства теплопроводов в ППМ изоляции в НПП «Пенополимер» используется строительный песок, при этом готовые изделия отвечают требованиям таблицы 2. ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И МОНТАЖА ТРУБ ППМ В конце 2005 года специалисты ОАО "Теплоэнергетическая компания" впервые применили пенополимерминеральную изоляцию (ППМИ). На техническом совете было принято решение проложить 2 экспериментальных участка теплосетей, чтобы оценить достоинства новой изоляции. Один участок – 400 м – вдоль ул. Щорса к строящемуся жилому дому (диаметр трубы 200 мм), второй – при реконструкции теплосетей по ул. Горького. Специалисты, осуществлявшие монтаж трубопровода, отмечают его простоту, отсутствие дополнительных капитальных затрат. Это особенно важно в летний межотопительный период, когда каждый день на счету, а возникает необходимость заменить как можно больше ветхих сетей. В отличие от других видов ППМИ является универсальной и используется для всех видов прокладки теплотрасс: надземной, канальной и бесканальной. Если используется бесканальный тип, то в вырытой траншее делается песчаное основание (около 150 мм), затем укладывается труба, которая после окончания монтажа трубопровода вновь засыпается обычным песком, необязательно мытым. При прокладке надземной тепловой сети требуется лишь дополнительная защита от ультрафиолетовых солнечных лучей в виде окраски, чтобы изоляция не старела и не разрушалась. Для этого используется специальная краска. В целом этот вид изоляции очень неприхотлив при любом виде прокладки. Основное преимущество данного вида изоляционного материала заключается в надежной защите теплосетей от наружной коррозии. Как известно, порядка 80-85% труб подвержены ржавчине из-за условий эксплуатации: в подземном канале, где проложена теплосеть, повышенная температура воздуха и 100%-ная влажность, а значит, создается агрессивная среда. ППМ изоляция надежно защищает от ржавчины благодаря своей трехслойной монолитной тепло- и гидроизоляционной структуре. Условно ППМИ по толщине можно разделить на три слоя. Внутренний, антикоррозионный слой, обладает высокой адгезией и плотно прилегает к трубе. Средний слой – теплоизоляционный, и наружный, защищающий от механических повреждений и проникновения воды. Основной компонент нового изоляционного материала – химические вещества изоционаты, а также наполнитель – обычный кварцевый песок и добавки – пластификаторы, отвердители, т.е. промышленная технология. По техническим данным, при испытании этого вида изоляции ее влагонасыщение составляет 1,5% при полном погружении материала в воду в течение месяца. В то же время труба в ППМИ не боится увлажнения, обладает паропроницаемостью (эффектом самовысыхания), т.е. при эксплуатации теплопровода влага испаряется из изоляционного слоя. После этого характеристика ППМИ практически не изменяется: ее теплопроводные и другие свойства остаются прежними. Второе преимущество нового вида изоляционного материала – при монтаже трубопроводов не требуется наличие контрольных проводников, которые используются при прокладке труб в ППУ изоляции ("труба в трубе") для определения состояния изоляции. Монтаж трубопровода в ППМИ производится легко. Наличие защитной поверхностной гидрооболочки не требует особых условий к прокладке, достаточно прочной поверхности. По сравнению со стоимостью ППУ изоляции, новый изоляционный материал также выигрывает около 30% за счет отсутствия контрольных проводников и простоты монтажа стыков тробопровода, углов поворота, компенсаторов. В то же время по эксплуатационным качествам ППМИ превосходит ППУ: максимальная температура теплоносителя +150°С (+130°С для трубы в ППУ изоляции). Технология позволяет проводить ремонтные работы по восстановлению изоляционного слоя в месте повреждения без замены трубы. Причём возможно получение в полевых условиях сплошного изоляционного слоя с качеством, аналогичным заводскому. В 2003 году конструкция теплопроводов в ППМИ включена в строительные нормы и правила СНиП 41-02-2003 "Тепловые сети", введенные в действие с 1 сентября 2003 года постановлением Госстроя РФ от 24.06.03 №110. Опытные образцы ППМИ применяются более 30 лет, первые конструкции были опробованы в Ленинграде из-за свойств гидрологических условий (постоянная влажность, наличие грунтовых вод, затопляемость и т.п.). В настоящее время она прошла все необходимые испытания, зарегистрирована как изобретение. Опыт эксплуатации и монтажа трубопроводов в ППМИ во Владимире, Дубне, Ижевске, Казани, Коломне, Курске, Орле, Санкт-Петербурге, Рязани, Туле, Твери, Ярославле и других городах показал, что этот вид изоляции практически не подвержен старению и сохраняет свои свойства через 20 и более лет неизменными. Технические условия пенополимерминеральной изоляции стальных труб и фасонных изделий Настоящие технические условия распространяются на трубы и фасонные изделия стальные наружным диаметром от 20 до 1020 мм в пенополимерминеральной изоляции, предназначенных для подземной и надземной прокладки тепловых сетей, согласно СНиП 41-02-2003, с максимальной рабочей температурой до 150 ºС. 1.1 Пенополимерминеральная изоляция (ППМИ) – монолитный высоконаполненный композиционный материал на основе полиуретана и минерального наполнителя. 1.2 Пенополимерминеральная изоляция характеризуется переменной по сечению плотностью, получаемой в едином процессе. Конструкцию ППМИ условно можно поделить на три зоны (рисунок 1): Рисунок 1. Конструкция ППМ изоляции I. Наружный корковый слой – плотностью 400 – 600 кг/м3, толщиной 10 – 15 мм – защищает изоляцию от механических повреждений и проникновения капиллярной влаги; II. Теплоизоляционный слой – плотностью до 200 кг/м3 – обладает низким коэффициентом теплопроводности (до 0,041 Вт/м×К), является теплоизоляционным слоем; III. Внутренний антикоррозионный корковый слой – плотностью 300 – 400 кг/м3, толщиной 5 – 10 мм – защищает наружную поверхность трубы от коррозии. 1.3 Примеры условных обозначений Труба стальная электросварная по ГОСТ 10705-80* наружным диаметром 219 мм, толщиной стенки 6,0 мм, в ППМИ наружным диаметром 309 мм: Труба ППМИ ГОСТ 10705-80*; Отвод крутоизогнутый 90°стальной по ГОСТ 17375-01 наружным диаметром 57 мм, толщиной стенки 3,5 мм, в ППМИ наружным диаметром 150 мм: Отвод 90° ППМИ ГОСТ 17375-01; Неподвижная опора из трубы стальной бесшовной по ГОСТ 8733-74* наружным диаметром 426 мм, толщиной стенки 10,0 мм, в ППМИ наружным диаметром 514 мм: НО ППМИ ГОСТ 8733-74*; 2 ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ 2.1 Основные параметры и характеристики (свойства) 2.1.1 Сальные трубы и фасонные изделия с пенополимерминеральной изоляцией должны соответствовать требованиям настоящих технических условий. 2.1.2 Максимальная рабочая температура теплоносителя – не более 150 °С. 2.1.3 Конструкция предизолированной стальной трубы должна соответствовать рисунку 2 и представлять собой стальную трубу наружным диаметром от 20 до 1020 мм, длиной до 12 м с нанесенной на ее поверхность пенополимерминеральной изоляцией. 2.1.4 Конструкция предизолированного отвода должна соответствовать рисунку 3 и представлять собой крутоизогнутый или сварной стальной отвод с приваренными к нему стальными патрубками наружным диаметром от 20 до 1020 мм, с нанесенной на конструкцию пенополимерминеральной изоляцией. 2.1.5 Конструкция предизолированной неподвижной опоры должна соответствовать рисунку 4 и представлять собой стальную трубу наружным диаметром от 20 до 1020 мм, длиной 1,5 м в стальном футляре с приваренными к нему стальными упорными щитами. Пространство между стальной трубой и футляром должно быть заполнено пенополимерминеральной изоляцией. 2.1.6 Размеры предизолированных пенополимерминеральной изоляцией стальных труб и фасонных изделий приведены в приложении 1. 2.1.7 Размеры фасонных изделий, кроме размеров стальной трубы являются рекомендуемыми и определяются проектным решением. 2.1.8 Допускается изготавливать фасонные изделия по нормативно-технической документации проектной организации и завода-изготовителя, согласованной в установленном порядке. 2.1.9 Толщина теплоизоляционного слоя, указанная в приложении 1, является справочной и может быть уточнена расчетом по СНиП 41-03-2003 в зависимости от конкретных условий проектирования и техникоэкономического обоснования. 2.1.10 Длина свободных от изоляции участков стальных труб и фасонных изделий должна быть 200±10 мм. 2.1.11 Торцы труб должны быть ровными и перпендикулярными к оси трубы. 2.1.12 Изделия в ППМ изоляции должны иметь правильную геометрическую форму. 2.1.13 В изделиях с ППМ изоляцией не допускается: Отбитость и притупленность углов, наличие сколов ребер длиной и глубиной более 5 мм; Поверхностные трещины, видимые на глаз; Искривления поверхности ребер более 5 мм; Царапины глубиной более 2 мм. 2.1.14 Пенополимерминеральная изоляция должна соответствовать требованиям ГОСТ 16381-77*. 2.1.15 Физико-механические и теплофизические свойства пенополимерминеральной изоляции должны соответствовать требованиям, указанным в таблице 1. 2.1.16 Пенополимерминеральная изоляция в разрезе должна иметь однородную мелкоячеистую структуру и прочный наружный корковый слой. Рисунок 2. Конструкция предизолированной стальной трубы. (1 – стальная труба, 2 – пенополимерминеральная изоляция) Рисунок 3. Конструкция предизолированного отвода. (1 – крутоизогнутый отвод, 2 – стальной патрубок, 3 – пенополимерминеральная изоляция) Рисунок 4. Конструкция предизолированной неподвижной опоры. (1 – стальная труба, 2 – футляр, 3 – стальной упорный щит, 4 – пенополимерминеральная изоляция) Таблица 1. Физико-механические свойства пенополимерминеральной изоляции. № 1 2 3 4 Наименование показателя Плотность, кг/м3 Предел прочности: При сжатии, МПа, не менее При сдвиге в осевом направлении, МПа, не менее Водопоглощение при полном погружении по объему, %, не более Коэффициент теплопроводности в сухом состоянии при t=50 ºC, Вт/(м·0C), не более Норма 300±50 1,5 0,5 0,5 0,041 2.2 Требования к сырью, материалам, покупным изделиям 2.2.1 Стальные трубы и фасонные детали должны соответствовать техническим условиям: ГОСТ ГОСТ ГОСТ ГОСТ ГОСТ 10705-80* для электросварных, прямошовных, термически обработанных труб; 8733-74* для стальных бесшовных, термически обработанных труб; 20295-85* для электросварных прямошовных, термически обработанных труб; 3262-75 для прямошовных, водопроводных, оцинкованных труб для горячего водоснабжения; 17380-01 для бесшовных, приварных деталей трубопроводов. 2.2.2 Допускается использование труб и материалов по другим ГОСТ и ТУ при условии их соответствия требованиям ПБ 10-573-03 Ростехнадзора РФ. 2.2.3 Диаметры трубопроводов должны соответствовать ГОСТ 10704-91, ГОСТ 20295-85, ГОСТ 8733-74*, ГОСТ 3262-75, ТУ 14-3-808-78, ТУ 14-3-1138-82, ТУ 14-3-620-77. 2.2.4 Толщина стенки трубы и фасонных деталей должна выбираться на основании соответствующих расчетов. 2.2.5 Поверхность стальных труб и фасонных деталей должна быть высушена и очищена от масла, жира, ржавчины, окалины и пыли. 2.2.6 Сварные швы на трубах ПБ 10-573-03 Ростехнадзора РФ. и фасонных изделиях должны соответствовать требованиям 2.3 Комплектность 2.3.1 Стальные трубы и фасонные изделия с пенополимерминеральной тепловой изоляцией поставляют в комплекте по группам и размерам в соответствии с заявкой потребителя. 2.3.2 Каждая партия сопровождается техническим паспортом. 2.4 Маркировка 2.4.1 Стальные трубы и фасонные изделия с пенополимерминеральной тепловой изоляцией, принятые отделом технического контроля, должны иметь штамп ОТК завода (цеха) и маркировку в соответствии с указанными выше условными обозначениями. 2.4.2 Маркировку выполняют на типографском бланке (приложение 2) и размещают на свободном от изоляции участке трубы, фасонного изделия. 2.5 Упаковка 2.5.1 Специальная упаковка стальных труб и фасонных изделий с пенополимерминеральной тепловой изоляцией не требуется. 3 ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ 3.1 При выполнении работ с изолированными стальными трубами и фасонными изделиями необходимо соблюдать требования безопасности согласно ГОСТ Р 12.3.048-2002, ГОСТ 12.3.016-87, СНиП 12-03-2001, СНиП12-04-2002. 3.2 Пенополимерминеральная теплоизоляция при нормальных условиях не выделяет в окружающую среду токсичных веществ и не оказывает вредного воздействия на организм человека при непосредственном контакте с ней. Ее применение не требует специальных мер предосторожности. 3.3 Класс опасности 4 по ГОСТ 12.1.007-76. 3.4 Пенополимерминеральная теплоизоляция относятся к группе горючих Г4 по ГОСТ 30244-94. 3.5 При горении пенополимерминеральной изоляции выделяются высокотоксичные продукты. В случае загорания пламя необходимо тушить в фильтрующем противогазе. Тушение нужно производить воздушномеханической пеной. 3.6 На тепловую изоляцию не допускается воздействие огня в виде открытого пламени или искр, а также воздействие температуры выше 150 °С. 3.7 При проведении монтажных работ должны соблюдаться мероприятия по пожарной безопасности, согласно ГОСТ 12.1.004-91. 3.8 При проведении погрузочно-разгрузочных работ должны соблюдаться мероприятия по технике безопасности, согласно ГОСТ 12.3.009-76. 4 ТРЕБОВАНИЯ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 4.1 Отходы пенополимерминеральной теплоизоляция подлежат утилизации в соответствии СанПиН 2.1.7.1322-03 Минздрава России или могут использоваться повторно в производственном цикле. с 4.2 Отходы пенополимерминеральной изоляции могут утилизироваться на общих свалках по согласованию с территориальными органами Госсанэпиднадзора России. 4.3 Класс опасности V, согласно приказа МПР №511 от 15.06.01. 5 ПРАВИЛА ПРИЕМКИ 5.1 Стальные трубы и фасонные изделия с пенополимерминеральной теплоизоляцией принимает служба технического контроля предприятия (ОТК), которая осуществляет контроль технологического процесса производства всех изделий на всех стадиях. 5.2 Стальные трубы и фасонные изделия в пенополимерминеральной изоляции принимают партиями. Партией считают объем суточной выработки, но не более 500 п.м. изолированных стальных труб или 250 шт. фасонных изделий. 5.3 Качество выпускаемой продукции должно соответствовать требованиям настоящих технических условий. 5.4 Стальные трубы и фасонные изделия в пенополимерминеральной изоляции подвергают приемосдаточным и периодическим испытаниям по правилам, изложенным в разделе 6 «Методы контроля», обязательный перечень которых приводится в таблице 2. 5.5 При приемосдаточных испытаниях проверке подвергают каждую партию. Периодические испытания проводят один раз в квартал или по требованию заказчика. 5.6 При соответствии изолированной стальной трубы и фасонных изделий в пенополимерминеральной изоляции требованиям настоящих технических условий партию считают принятой. При неудовлетворительных результатах осмотра или физико-механических испытаний хотя бы по одному из показателей испытания проводятся повторно. В случае неудовлетворительных результатов повторных испытаний вся партия бракуется. Таблица 2. Перечень физико-механических испытаний при приемке стальных труб и фасонных изделий в пенополимерминеральной изоляции. Вид испытаний приемопериодические сдаточные Показатель Метод испытаний Плотность п. 6.8. + + не менее 3 образцов Пределы прочности при сжатии п. 6.10. + + не менее 3 образцов п. 6.12. – + не менее 3 образцов п. 6.14. + + не менее 3 образцов п. 6.5. + + не менее 3 образцов Визуально + – 100% п. 6.1 + – не менее 10 шт. Пределы прочности при сдвиге в осевом направлении Водопоглощение при полном погружении по объему Коэффициент теплопроводности Качество поверхности изолированной трубы Основные геометрические характеристики Объем выборки от партии «+» - испытания проводят; «–» - испытания не проводят; 5.7 Завод-изготовитель должен сопровождать каждую выпускаемую партию техническим паспортом, в котором указывается: Наименование предприятия-изготовителя или его товарный знак; Номер партии; Количество поставляемых изделий; Дата изготовления изделия; ГОСТ или ТУ на стальные трубы и фасонные изделия; Результаты лабораторных испытаний ППМ изоляции (плотность, прочность при сжатии, водопоглощение, теплопроводность). 6 МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ 6.1 Проверку геометрических размеров отобранных изделий производят металлическим измерительным инструментом (штангенциркулем, линейкой или рулеткой) с точностью до 1 мм. Измерительный инструмент должен соответствовать ГОСТ 166-89, ГОСТ 427-75 или ГОСТ 7502-98. 6.2 Качество прилегания пенополимерминеральной изоляции к стальной трубе необходимо проверять осмотром изделия с торца и простукиванием ее поверхности деревянными молотками весом до 0,5 кг. 6.3 Плотность, водопоглощение и прочность при сжатии определяют по результатам лабораторных испытаний образцов – кубиков 100 х 100 х 100. 6.4 Прочность при сдвиге в осевом направлении определяют на образце, отрезанном под прямым углом к оси стальной трубы, длина которого составляет 2,5 толщины изоляции, но не менее 200 мм, согласно ГОСТ 17177-94, ГОСТ 25.504-82, ГОСТ 28840-90, ГОСТ 30732-2006. 6.5 Коэффициент теплопроводности определяют по ГОСТ 7076-99 или ГОСТ 30256-94 или методом «трубы» (приложение 3). 6.6 Образцы пенополимерминеральной изоляции изготавливаются в специальных формах, состав пенополимерминеральной смеси для изготовления образцов должен быть идентичным составу, используемому для нанесения изоляции на трубы и фасонные изделия. 6.7 Образцы для испытания пенополимерминеральной изоляции должны быть предварительно высушены при температуре 80 ºC до достижения ими постоянного веса. 6.8 Величину плотности rв кг/м3 определяют с точностью до 1 кг/м3 после обмера и взвешивания образцов по формуле: , (1) где: m– масса образца, кг; V – объем образца, м3. 6.9 Плотность вычисляют как среднее арифметическое значение результатов испытаний трех образцов. 6.10 Прочность при сжатии sсжв МПа при нормальной температуре определяют на лабораторных прессах и вычисляют с точностью до 0,1 МПа по формуле: , (2) где: P – разрушающая нагрузка, Н; F – площадь сечения образца, м2. 6.11 Пределы прочности при сжатии вычисляют как среднее арифметическое значение результатов испытаний трех образцов. 6.12 Прочность при сдвиге в осевом направлении при температуре 23 ± 2 ºC s сдвв МПа определяют также на лабораторных прессах и вычисляют с точностью до 0,1 МПа по формуле: , (3) где: P– разрушающая нагрузка, Н; l – длина образца, м; d– наружный диаметр трубы, м; 6.13 Прочность при сдвиге вычисляют как среднее арифметическое значение результатов испытаний трех образцов. 6.14 Водопоглощение wоб.в % по объему определяют из соотношения: , (4) где: m0– масса сухого образца, кг; m1– масса образца после пребывания в кипящей дистиллированной воде в течение 90 минут и затем в дистиллированной воде при температуре 20 ºC в течение 60 минут, кг; V0– объем сухого образца, м3; rв– плотность воды, кг/м3; 6.15 Водопоглощение вычисляют как среднее арифметическое значение результатов испытаний трех образцов. 6.16 Перечень оборудования, приборов и инструментов необходимых для контроля продукции, приведен в приложении 4. 7 ТРАНСПОРТИРОВКА И ХРАНЕНИЕ 7.1 Перевозку изолированных труб и фасонных изделий осуществляют автомобильным, железнодорожным и водным транспортом в соответствии с правилами перевозки грузов, обеспечивающими сохранность изоляции и исключающими возникновение продольного прогиба. 7.2 Перевозку труб и фасонных изделий, погрузочно-разгрузочные работы осуществляют в интервале температур, указанных для проведения строительно-монтажных работ. 7.3 Для погрузки и разгрузки труб и фасонных изделий следует применять специальные траверсы и мягкие полотенца шириной 50 - 200 мм. Не допускается использовать цепи, канаты и другие грузозахватные устройства, вызывающие повреждение изоляции. Для труб диаметром более 108 мм возможно использование торцевых захватов со специальными траверсами. 7.4 Строго запрещается сбрасывание, скатывание, соударение труб, волочение их по земле. 7.5 Укладку труб в транспортные средства необходимо производить ровными рядами, не допуская перехлестов. В качестве амортизатора между трубами с целью исключения повреждения покрытия следует использовать поролон, резину и т.п. Для обеспечения свободного пропуска обвязок между трубами и дном кузова автомашины укладывают прокладки. Не допускается раскатывание нижнего ряда труб при транспортировании. 7.6 Трубы и фасонные изделия должны храниться на ровных горизонтальных площадках, очищенных от камней и других посторонних предметов, которые могут привести к повреждению пенополимерминеральной изоляции. 7.7 Складирование труб производят штабелями высотой не более 2 м. Для предотвращения раскатывания труб в штабелях должны быть установлены боковые опоры. В штабеле должны быть уложены трубы одного типоразмера. 7.8 Фасонные изделия хранят в специально отведенных для них местах, рассортированными по виду и диаметрам. 7.9 Трубы и фасонные изделия при хранении более 2 недель на открытом воздухе должны быть защищены от воздействия прямых солнечных лучей (в тени, под навесом или прикрыты рулонными материалами). 7.10 На строительных площадках трубы следует укладывать на песчаные подушки шириной до 1,2 м и высотой не менее 300 мм, отсыпанные перпендикулярно длине труб, под концы и середину трубы. 7.11 Не допускается складирование и хранение труб и фасонных изделий в местах, подверженных затоплению водой. 8 УКАЗАНИЯ ПО МОНТАЖУ И ЭКСПЛУАТАЦИИ 8.1 Изолированные ППМИ трубы, комплектующие изделия перед укладкой в траншею проверяют визуально на сохранность изоляции. Все повреждения должны быть устранены. 8.2 Допускается устранять повреждения ППМ изоляции на месте монтажа теплопроводов (или при их изготовлении), если площадь поврежденной на одной трубе не превышает 5 % от площади внешней поверхности ППМ изоляции. Изделия, имеющие повреждения ППМ изоляции более 5 % площади наружной поверхности монтажу не подлежат. 8.3 Повреждения ППМ изоляции устраняют путем заливки пенополимерминеральной смеси, приготовляемой на месте в инвентарную опалубку, установленную на повреждение, аналогично изоляции стыков трубопровода (п. 8.6). 8.4 При монтаже запрещается: сбрасывать трубы и изделия в траншею; перемещать трубу волоком по грунту. 8.5 Изоляцию сварных стыков производят после проверки сварных соединений методами неразрушающего контроля и гидравлических испытаний трубопровода, согласно ПБ 10-573-03. 8.6 Изоляцию стыков трубопроводов выполняют методом заливки пенополимерминеральной смеси в передвижную инвентарную опалубку, согласно инструкции, приведенной в приложении 5. 8.7 Не допускается выше 150 ºC. эксплуатация труб и фасонных изделий стальных при температуре 9 ГАРАНТИИ ИЗГОТОВИТЕЛЯ 9.1 Трубы стальные и фасонные изделия в пенополимерминеральной изоляции должны быть приняты техническим контролем предприятия – изготовителя, иметь маркировку (п. 2.1.4) и технический паспорт (п. 5.6). 9.2 Изготовитель гарантирует соответствие труб стальных и фасонных изделий в пенополимерминеральной изоляции требованиям настоящих технических условий при соблюдении потребителем условий применения, транспортировки, хранения и монтажа, установленных настоящими техническими условиями, а также при качественном выполнении строительно-монтажных работ в строгом соответствии с проектом. 9.3 Гарантированный срок хранения труб стальных и фасонных изделий в пенополимерминеральной изоляции – 2 года со дня изготовления. 9.4 Гарантийный срок эксплуатации – 5 лет со дня отгрузки изготовителем. 9.5 Расчетный срок эксплуатации – 25 лет. Анализ эффективности современных теплоизоляционных конструкций трубопроводов тепловых сетей Автор: Мишина Александра Михайловна Строящиеся тепловые сети, как и любой другой проект энергетического строительства, должны иметь экономическую целесообразность. То есть, по истечении определенного времени после строительства и ввода в эксплуатацию тепловая сеть должна приносить доход ее собственнику. Существенный вклад в положительный экономический эффект, помимо снижения капитальных вложений, при строительстве тепловых сетей вносит долговечность и надежность применяемых конструкций, которые, как известно, в значительной степени зависят от типа и качества теплогидроизоляции. Минеральная вата используется в качестве тепловой изоляции для труб тепловых сетей более 30 лет. Опыт эксплуатации показывает, что данный тип изоляции не может в полной мере обеспечивать надежную и долговечную работу трубопроводов. Гидрофильность материала приводит к попаданию влаги на поверхность стальных трубопроводов, что интенсифицирует процессы коррозии. Уже через 5-10 лет эксплуатации на 50% труб в изоляции из минеральной ваты присутствуют коррозионные процессы, а в 24 случаях из 100 возникает аварийная ситуация. Важным фактом при работе теплопроводов в минеральной вате является увеличение тепловых потерь. При увлажнении изоляции потери тепла могут возрасти в 2 и более раз сверх нормы. Однако минеральная вата остается незаменимым материалом при изоляции высокотемпературных трубопроводов и в случаях, когда требования пожарной безопасности не позволяют использовать другие типы изоляции. Самыми высокими теплоизолирующими способностями обладает изоляция из вспененного полиуретана (ППУ). Процессы старения, свойственные ППУ, приводят к постоянному увеличению коэффициента теплопроводности. Однако изменение теплопроводности не влечет за собой значительного роста тепловых потерь. Старение, а также недостаточно высокая теплостойкость ППУ при качественном регулировании в сетях теплоснабжения вызывают снижение прочностных характеристик пены (прочность на сдвиг в осевом и тангенциальном направлениях), снижение адгезии и могут привести даже к подгоранию изоляции в слоях, прилегающих к стальной трубе. Трубопроводы в ППУ изоляции являются герметичной системой и не позволяют влаге проникать к поверхности стальной трубы. При этом следует отметить, что герметичность системы в условиях эксплуатации, возможно поддерживать только при качественно выполненном монтаже и полностью герметичных стыках. Стыковые соединения в системе «труба в трубе» являются проблемным участком ППУ изоляции. Конструкции стыковых соединений не в полной мере отвечают всем предъявляемым к ним в настоящее время требованиям, а те которые соответствуют, применяются крайне редко из-за высокой стоимости. По мнению автора, самые стабильные показатели по всем параметрам имеют трубопроводы в пенополимерминеральной (ППМ) изоляции. Теплоизоляционные свойства ППМ изоляции значительно лучше, чем у минеральной ваты. Теплопроводность ППМИ со временем практически не изменяется (до настоящего времени признаки старения, связанные с изменением теплопроводности ППМ не обнаружены). На коэффициент теплопроводности изоляции в незначительной степени оказывает влияние повышенная температура и влажность. При длительной эксплуатации при температуре теплоносителя 150ºС прочностные параметры ППМ не изменяются. Структура и строение ППМ изоляции препятствуют попаданию влаги на поверхность стального трубопровода. За последние несколько лет исследования конструкций теплопроводов в ППМ изоляции не было обнаружено ни одного повреждения от наружной коррозии. Однако, следует отметить, что на ППМ изоляции в некоторых случаях могут появиться трещины. Причина появления трещин в подавляющем большинстве случаев связана с нарушением технологии при изготовлении на заводах-изготовителях. Наиболее эффективное применение, по мнению автора, конструкции в ППМ изоляции будут иметь при бесканальной прокладке. В последние годы широкое распространение получили предизолированные трубы в пенополимерминеральной (ППМ) изоляции. Как и для любого другого теплоизоляционного материала, наиболее важной теплофизической характеристикой для ППМ изоляции является ее теплопроводность. Так как данный материал существует на рынке сравнительно недавно, то сведений о его свойствах недостаточно для полной оценки теплоизоляционной способности трубопроводов в ППМ изоляции. С целью восполнить этот пробел был проведен ряд лабораторных испытаний образцов ППМ изоляции. Исследования были направлены на выявление зависимостей коэффициента теплопроводности ППМ изоляции от различных параметров, и в первую очередь от плотности и влажности. Технология изготовления ППМ изоляции позволяет получать материал различной плотности. С ростом плотности вспененного материала уменьшается объемная доля пор в образце, что приводит к увеличению коэффициента теплопроводности и одновременно к улучшению прочностных свойств. Более ранние исследования ОАО «ВНИПИэнергопром» показали, что наиболее оптимальная плотность для прокладки тепловых сетей находится в диапазоне 270-320 кг/м3. Такое значение плотности позволяет изоляции иметь высокие прочностные свойства и одновременно низкую теплопроводность. В связи с этим исследуемые образцы имели значение плотности в указанном диапазоне. Теплопроводность образцов измерялась в сухом состоянии при температуре 50ºС. Результаты исследований представлены на рисунке 1. После проведения аппроксимирующей кривой видно, что зависимость коэффициента теплопроводности от плотности ППМ изоляции является линейной (Ф.1). Уравнение для расчета теплопроводности ППМ изоляции в зависимости от плотности в сухом состоянии при 50 ºС в диапазоне плотностей 270-320 кг/м3 имеет вид: λ= 8,5 · 10-2 · ρ + 14,6 мВт/(м·К) (Ф.1) При исследованиях также рассматривались образцы, имеющие плотность более 500 кг/м 3. При таком значении плотности теплопроводность ППМ изоляции составляет более 0,07-0,08 Вт/м·К. Следует отметить, что измерение теплопроводности осуществлялось на образцах, имеющих наружные защитные корки высокой плотности, поэтому уравнение Ф.1 реально отражает характер зависимости теплопроводности от среднеинтегральной плотности ППМИ. Результаты исследования образцов изоляции в лабораторных условиях при выявлении зависимости теплопроводности материала от плотности подтверждаются результатами испытаний образцов, взятых с производства при изготовлении предизолированных труб на НПП «Пенополимер» в г. Коломна и образцов, взятых на анализ при вскрытиях действующих тепловых сетей. Рисунок 1.Зависимость теплопроводности ППМ изоляции от плотности. ЛИТЕРАТУРА 1. ГОСТ 7076-99 «Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления стационарным методом»; 2. Витальев В. П. «Бесканальные прокладки тепловых сетей», М.: Энергоатомиздат, 1983; 3. Филимонов С.С., Хрусталев Б.А., Мазилин И.М. «Теплообмен в многослойных и пористых теплоизоляциях», М.: Энергоатомиздат, 1990 Причины выбора труб в ППМ изоляции: 2. Трубы в ППМ изоляции производства НПП «Пенополимер» обладают эксплуатационными характеристиками, которые выгодно отличают их от других, аналогичных по предназначению видов теплопроводов: паропроницаемость изоляции(способность к самовысушиванию после увлажнения); простота монтажа теплопроводов, изоляции участков сварных стыков и высокая ремонтопригодность; не требуют предварительного нанесения на трубы специальной антикоррозионной защиты; не требуют согласно СНиП41-02-2003 "Тепловые сети" системы контроля увлажнения изоляции (СОДК); имеют высокие пределы прочности при изгибе и сжатии, адгезию, рабочую температуростойкость (+150оС) и показатель соотношения эффективность-стоимость. 3. Высокое качество и однородность теплоизоляционного слоя (без раковин и пустот, присущих технологии производства ППУ изоляции), устойчивость к старению и изменению во времени эксплуатационных характеристик и свойств. 4. Высокая прочность наружного (механо-гидрозащитного)коркового слоя изоляции придаёт ей необходимую долговечность и надёжность в эксплуатации и не требует дополнительной защиты теплопроводов от механического воздействия и повреждений. При длительной эксплуатации в различных гидрогеологических условиях сохраняются все исходные свойства ППМ изоляции. Преднамеренное разрушение наружного коркового слоя ППМИ изоляции не приводит к значительному росту её увлажнения. Кроме того, внутренний (антикоррозионный) корковый слой изоляции надежно герметизирует поверхность трубы и функционирует как дополнительная (вместе с наружным механо-гидрозащитным слоем) антикоррозионная защита. Паропроницаемость конструкции остается неизменной. 5. При бесканальной прокладке независимо от режима работы теплопровода, его контакта с грунтом не происходит разрушения ППМ изоляции или образование трещин. Тепловые потери даже при наличии локальных повреждений изоляции минимальны и при доставке теплоносителя до потребителя не превышают 2…3%. 6. При надземной прокладке поверхность ППМ изоляции защищается от воздействия ультрафиолетовых лучей только с помощью кремний органических или фасадных акриловых красок светлых тонов. 7. Существенным преимуществом труб в ППМ изоляции является тот факт, что изолированный в полевых условиях участок сварного стыка не уступает по свойствам и качеству теплогидроизоляции, нанесенной на трубу в заводских условиях, и образует по срезу аналогичную ей однородную, 3-х слойную конструкцию. 8. Любые неисправности теплопроводов в ППМ изоляции, связанные с утечкой теплоносителя, устраняются в месте утечки заменой участка изолированной трубы длиной не более 1м. Ремонтные работы по восстановлению изоляционного слоя в местах его повреждения производятся без замены трубы. 9. Суммарные затраты на приобретение элементов теплопроводов в ППМ изоляции и строительно-монтажные работы при их прокладке (реконструкции) на 20...25% меньше, чем у аналогичных конструкций труб в ППУ изоляции. 10. По совокупности всех свойств, физико-механических и теплотехнических характеристик срок службы теплопроводов в ППМ теплогидроизоляции составляет не менее 30 лет. Несколько доводов в пользу выбора ППМИ. Выдвигаемый обычно аргумент о высоких теплоизоляционных свойствах в защиту ППУ изоляции основан на весьма распространенном заблуждении, что показатель теплопроводности является, чуть ли не главным критерием при выборе теплоизоляционного материала для тепловых сетей. Это справедливо в отношении теплопроводов, прокладываемых в помещениях. Для теплопроводов, прокладываемых бесканально в грунте, важно, чтобы их конструкция обладала физико-техническими характеристиками, позволяющими обеспечивать защиту стальной трубы от коррозии и теплопотерь, одновременно освобождая теплопровод от восприятия внешних нагрузок. В новый ГОСТ "Трубы и фасонные изделия стальные с тепловой изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке, введенного в действие Госстроем России с 1 июля 2001 года, включены рекомендации по применению типов ППУ- изоляции по областям и регионам России в зависимости от среднегодовой температуры. В большинстве случаев для Северо-Западного региона страны приведены требования по использованию не стандартного, а усиленного типа указанной изоляции. Например, для теплопроводов диаметром 325 мм вместо стандартной ППУ изоляции толщиной 55 мм требуется оболочка толщиной 79,5 мм, для труб диаметром 820 мм вместо 72,5 мм -122,5 мм. В среднем для распространенных диаметров трубопроводов требуется увеличение толщины ППУ оболочки приблизительно на 50%. Это напрямую ведет к удорожанию себестоимости теплопроводов. Важным в новом стандарте является и требование обязательной установки на трубопроводах с ППУ изоляцией линейных проводников-индикаторов и в целом системы оперативного дистанционного контроля (ОДК) состояния влажности пенополиуретана. Безусловно, благодаря своим высоким характеристикам пенополиуретан находится в числе лидеров теплоизоляционных материалов. Однако следует неукоснительно соблюдать технологию установки труб в ППУ изоляции и их обслуживание должно осуществляться более подготовленным персоналом. Все это ведет к удорожанию труб с ППУ- изоляцией. ВАЖНО! В случае попадания влаги в межтрубное пространство в ППУ-трубе создается «эффект субтропиков» и стальная труба может выйти из строя из-за коррозии в течение нескольких месяцев; - необходим постоянный контроль за влажностью в межтрубном пространстве. Всем хорошо известно, что “культура производства” и “технологическая дисциплина” российского строительства далеко отстают от западных понятий и зачастую не соответствуют нормам Российского строительного законодательства. Если в Москве и в центральных регионах строительные фирмы уделяют данному вопросу должное внимание и проявляют требовательность, то на периферии и в глубинке это отходит на задний план. Очень наглядно это проявляется в сельской местности и в малых городах. Из-за отсутствия необходимой техники, оборудования, нехватки квалифицированных кадров и, главное, материальных средств, просто невозможно вести работы по монтажу теплотрасс на основе передовых технологий. Все это приводит, в конечном счете, к несоблюдению технологического процесса, и, следовательно, к браку в работе – сильному разрушению наружной гидроизоляционной оболочки и теплоизоляционного слоя трубопровода. Ремонт же изоляции в ППУ в “ полевых условиях” очень неэффективен и дорого стоит. Говоря о предположительном сроке службы ППУ-теплопроводов, исходя из материалов испытаний по линии датской "Программы энергетических исследований", необходимо отметить, что срок службы зависит от процесса наружной и внутренней коррозии стальной трубы, температурного сопротивления и прочности на сжатие теплоизоляционного слоя, строгого выполнения требований при укладке тепловой сети. Низкая прочность на сжатие и низкая аксиальная и тангенциальная прочность на сдвиг изоляционного слоя ограничивают предел максимального заглубления при прокладке ППУ-труб. Для пенополиуретана также ограничена прочность на растяжение и на сдвиг, особенно в местах врезок и отводов. Все это приводит к принятию дополнительных мер предосторожности. При осевых перемещениях теплопроводов, давление грунта в местах отводов и поворотов создает высокое напряжение в самом изоляционном слое, предел прочности которого недостаточен. Требуемое минимальное значение прочности на сжатие для европейских стран составляет 0,3 МПа, а для России - 0,4 МПа. Фактические данные этого показателя для ППУ и пенобетона -0,36 и 0,7 МПа соответственно. Так часто упоминаемый срок службы ППУ теплопроводов в течение 30 лет возможен при эксплуатации системы с температурой теплоносителя не более 120°С и рассчитанным количеством циклов температурных нагрузок теплосети. Установлено, что при воздействии температуры +140 °С предел прочности на сжатие пенополиуретана с плотностью 75 кг/м3 падает до нуля в течение приблизительно 15 месяцев. Все это диктует ограничения как по температуре теплоносителя, так и по заглублению укладываемых теплопроводов. К отрицательным последствиям приводит и недооценка важности хорошей адгезии ППУ к стальной трубе и полиэтиленовой оболочке. Для нее требуется качественная подготовка поверхностей (обработка поверхности металла с помощью пескоструйных машин, а пластиковой трубы коронным разрядом). Адгезионные связи на практике уменьшаются в два с лишним раза от норматива - с 0,12 МПа (по европейским нормам) до 0,05 МПа. Конечно, нужно приветствовать различные конструкции теплопроводов там, где они наиболее эффективны. Все знают достоинства и недостатки той или иной изоляции, но то, что реально делается, существенно отличается от того, что должно быть. В городах, где трубы в ППУ-изоляции появились у различных организаций 5-9 лет назад (Москва, Санкт-Петербург, Иваново), уже поняли, что при некачественном изготовлении и прокладке, при отсутствии контроля говорить о 30-летнем сроке эксплуатации несерьезно, так как на некоторых участках сквозные коррозионные повреждения появляются через 2-4 года эксплуатации. Перечисленные и некоторые другие недостатки не позволяют однозначно говорить о решении проблемы надежности в эксплуатации трубопроводов и увеличении срока службы до 40-60 лет. Об этом свидетельствуют и статистические данные аварийности после нескольких лет эксплуатации трубопроводов с ППУ- изоляцией в г. Москве. (Доложено 14 ноября 2000 года на семинаре в г. Москве на тему «Опыт строительства, монтажа и эксплуатации трубопроводов тепловых сетей бесканальной прокладки с пенополиуретановой изоляцией в полиэтиленовой оболочке»). В сообщении представителя тепловых сетей Мосэнерго приведена статистика по дефектности новых тепловых сетей с ППУ- изоляцией: 37% дефектов относятся к повреждению сторонними лицами элементов системы операционно-дистанционного контроля (ОДК); 30% дефектов связано с механическими повреждениями оболочек и самих труб строителями; 13% - дефекты стыковых соединений, связанные с нарушением технологического регламента монтажа; 6% - за счет внутренней коррозии; 2% - за счет некачественной сварки трубопровода на монтаже. Кстати, высокая дефектность на трубопроводах с ППУ изоляцией отмечается и в зарубежной печати. Абсолютно герметичную наружную оболочку по всей длине теплопровода создать невозможно при приемлемых экономических затратах. Но можно сократить доступ влаги к трубе, либо создать такую изоляцию, которая была бы паропроницаемой. 30-летняя успешная эксплуатация теплопроводов, в которых отсутствует сплошная герметизация полиэтиленовой оболочкой и где оболочка обладает гидрофобностью, подтверждает что такие конструкции имеют преимущества перед ППУ- конструкцией. В новом СНиПе 41-02-2003 «Тепловые сети» в разделе «тепловая изоляция» говорится, что «для бесканальных прокладок тепловых сетей следует рассматривать две принципиально отличные группы конструкций теплопроводов: группы А и группы В». ПРЕДСТАВИТЕЛЬНАЯ КОНСТРУКЦИЯ-ТЕПЛОПРОВОД ЗАВОДСКОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ В ПЕНОПОЛИМЕРМИНЕРАЛЬНОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ (ППМИ группа В). Вот их отличие: Наименование показателей ППМИ (гр. В) ППУ (гр.А) Термостойкость, до °С 150 110 Гидрозащита изоляции Не требуется Обязательна Защита изоляции от механических повреждений Не требуется Обязательна Предварительная обработка труб перед нанесением изоляции Не требуется Обязательна Устройство системы контроля влажности Не требуется Обязательно 1,2 0,8 Предел прочности при сжатии, Мпа не менее Предел прочности при изгибе, Мпа не менее 1,7 0,8 7 20 и более минимальны значительны 0,4 0,15 Водопоглощение при полном погружении за 30 суток по массе в % Тепловые потери при локальных повреждениях Адгезия к стальной трубе, Мпа не менее Изоляция ППМИ Опыты использования теплопроводов, в которых отсутствует сплошная герметизация полиэтиленовой оболочки, обладающей гидрофобностью, намного лучше и устойчивее от воздействия наружной коррозии, нежели теплопроводы со сплошной герметизацией. Изоляция пенополимерная (ППМИ) - является монолитной конструкцией* с переменной плотностью по сечению. Пенополимерную изоляцию изготавливают методом формования – смешивают нужные компоненты, заливают полученную массу в форму, вспенивают и через определенное время смесь отвердевает. В течение одного процесса формования, образуются три пенополимерных изолирующих слоя: 1. Внутренний или его называют антикоррозийным*, его толщина составляет 3-6мм., он плотно прилегает к трубе, его объемная масса 400-500 кг/м.куб. 2. Средний или промежуточный (теплоизоляционный*), его объемная масса 70-80 кг/м.куб. 3. Наружный (гидрозащитный*), толщиной 5-6мм., объемной массой 400-700 кг/м.куб. Стыки труб на месте монтажа, также заливают изоляционным материалом, с применением опалубки*. Благодаря этому, образуется монолитная конструкция изоляции трубопровода, что дает возможность сохранению тепла в места соединения труб. Монолитная конструкция*- конструкция выполненная непосредственно на строительном объекте ввиде единого целого (монолита). Антикоррозийный слой*- слой защищающий поверхность от самопроизвольного разрушения металла в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Теплоизоляционный слой*- это элементы конструкции, уменьшающие передачу тепла Гидрозащитный слой* - слой защищающий поверхность от проникновения воды (грунтовых вод, дождя) Опалубка* - форма, в которую укладывают арматуру и бетонную смесь при возведении бетонных и железобетонных конструкций изготовляется из дерева, металла, железобетона, пластмасс и других материалов, наиболее распространены разборно-переставная, объемно-блочная и скользящая( подвижная) опалубка.
