Монтаж предизолированных трубопроводов. Предварительно изолированные трубопроводы

Журнал «Новости теплоснабжения» № 5, 2005 г., www.ntsn.ru

В.И. Манюк, президент; к. т.н. И.Л. Майзель, исполнительный директор, Ассоциация производителей и потребителей трубопроводов с индустриальной полимерной изоляцией, г. Москва

28 февраля 2005 г. в Москве прошла конференция, посвященная опыту производства, проектирования, строительства и эксплуатации трубопроводов тепловых сетей с пенополиуретановой изоляцией, организованная Ассоциацией производителей и потребителей трубопроводов с индустриальной полимерной изоляцией. В конференции приняли участие более 60 организаций из различных регионов России. Это, прежде всего, производители предизолированных труб, строительные организации, активно применяющие их при прокладке тепловых сетей, производители сырья, оборудования, а также крупнейшие научно-исследовательские и проектные институты, в т.ч. и зарубежные партнеры. На конференции состоялся заинтересованный обмен мнениями по проблемам, существующим в данной области последнее десятилетие, когда массово развивалось это направление в теплоснабжении.

Общим мнением участников конференции было следующее - для обеспечения надежности, долговечности и энергоэффективности конструкций тепловых сетей следует максимально широко применять трубопроводы с пенополиуретановой изоляцией как для подземной бесканальной прокладки, так и для надземной прокладки. Альтернативы этому направлению в теплоснабжении на сегодняшний день практически нет.

В своем докладе «Опыт массового производства и применения трубопроводов с пенополиуретановой изоляцией в России» исполнительный директор Ассоциации, к.т.н. И.Л. Майзель, подвел итоги более чем десятилетнего опыта производства и применения таких трубопроводов в строительстве. Если в 1994 г. в России было всего несколько предприятий, производящих предизолированные пенополиуретаном трубы, то к началу 2005 г. их насчитывалось около 70. Так, в Центральном федеральном округе существует около 30 таких предприятий (в т.ч. в г. Москве и Московской области - 21 предприятие), в Северо-Западном - 8, в Поволжском - 9, в Уральском - 9, в Сибирском - 9, в Южном - 4. Общая мощность предприятий составляет около 10 тыс. км в год как магистральных, так и разводящих трубопроводов (от 57 мм и ниже, до 1200 мм). Однако, из-за недостатка в финансировании, мощности предприятий используются в среднем на 30-60%.

Было подчеркнуто, что для успешного применения трубопроводов с ППУ-изоляцией Ассоциацией и ее членами разработана нормативная документация. Основные документы следующие:

Межгосударственный стандарт ГОСТ 30732-2001 «Трубы и фасонные изделия стальные с тепловой изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке»;

СТ 4937-001-18929664-04 «Трубы и фасонные изделия стальные с тепловой изоляцией из пенополиуретана со стальным защитным покрытием»;

СП 41-105-2002 «Проектирование и строительство тепловых сетей бесканальной прокладки из стальных труб с индустриальной тепловой изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке»;

РД 10-400-01 «Нормы расчета на прочность трубопроводов тепловых сетей»;

Компьютерные программы «СТАРТ»;

СНиП 41 -02-2003 «Тепловые сети»;

СНиП 41-03-2003 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов»;

СП 41-107-2004 «Проектирование и монтаж подземных трубопроводов горячего водоснабжения из труб ПЭ с тепловой изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке» и др.

Для того, чтобы применение новой продукции проходило успешно, необходимо уделять самое пристальное внимание качеству выпускаемых изделий, повышению уровня проектирования и монтажа с обязательным использованием систем оперативного дистанционного контроля (ОДК) в процессе эксплуатации.

И.Л. Майзель подчеркнул, что для повышения уровня проектирования и строительства теплотрасс в Ассоциации созданы учебные центры, через которые прошли сотни специалистов проектировщиков и строителей (каждый год в учебных центрах НПО «Стройполимер» и ЗАО «МосФлоулайн» обучается около 700-800 человек).

О новых подходах при разработке СНиП 41-02-2003 «Тепловые сети» сообщил в своем докладе начальник отдела ОАО «Объединение ВНИПИЭнергопром», д.т.н. Г.Х. Умеркин. Особое внимание уделялось таким понятиям как вероятность безотказной работы системы, коэффициенту готовности (качества) системы, живучести системы и т.д.

Повышению надежности работы тепловых сетей был посвящен доклад директора тепловых сетей ОАО «Ленэнерго» Е.Г. Хачатурова. Он отметил, что в тепловых сетях ОАО «Ленэнерго» применение труб в ППУ-изоляции началось в 1993 г. и уже проложено 123 км.

Ранее использовались трубы без систем оперативного дистанционного контроля (ОДК). И только с 2003 г. на предприятии приняли однозначное решение - ни одного метра трубопровода в ППУ-изоляции не должно быть проложено без системы контроля. Появился реальный инструмент, позволяющий контролировать качество продукции на всех этапах, начиная от входного контроля поставляемой продукции. Монтажники теперь знают, что сдать объект смогут, только если сопротивление изоляции отвечает нормативному.

В процессе хранения и укладки трубопроводов изоляция может быть повреждена, поэтому после монтажа трубы в траншее, перед тем как изолировать стык, обязательно вновь измеряется ее сопротивление. Если оно в норме, то металл стыка обрабатывается антикоррозийным покрытием, стык изолируется пеной и опять измеряется сопротивление. С 2004 г. все стыки обязательно обрабатываются антикоррозийным покрытием. Для этого используется мастика производства ЗАО НПК «Вектор». Мастикой этой же фирмы покрываются и торцы теплоизоляции для защиты от увлажнения при неблагоприятных погодных условиях и даже при затоплении шурфов.

Начальник службы эксплуатации предприятия «Теплосетьсервис» В.И. Кашинский остановился на опыте эксплуатации стальных трубопроводов с пенополиуретановой изоляцией в тепловых сетях ОАО «Мосэнерго» за период с мая 1996 г. по март 2004 г. За этот период были отмечены следующие неисправности, выявленные при эксплуатации 218,4 км трубопроводов с ППУ-изоляцией:

Повреждение стальных труб от внутренней коррозии - 4%;

Дефекты сварных швов - 5%;

Дефекты заделки стыковых муфтовых соединений - 23%;

Ошибки при монтаже систем оперативного дистанционного контроля (СОДК) - 5%;

Разрушение элементов для подключения СОДК (терминалы, контактные коробки, соединительные кабели и т.д.) - 26%;

Механические повреждения при проведении земляных работ - 3%;

Выход из строя приборов СОДК - 1 %.

Таким образом, повреждения от наружной коррозии отсутствуют (для старых традиционных конструкций тепловых сетей в непроходных каналах с тепловой изоляцией из минераловатных материалов повреждения от этого вида коррозии составляли около 75%), от внутренней коррозии - не более 4%. Основной вид повреждений - это вандализм и отсутствие координации между различными организациями, производящими земляные работы.

После обучения и накопления опыта специалистами монтажных организаций дефекты при заделке муфтовых соединений постепенно снижаются. Удельная повреждаемость стальных трубопроводов (число повреждений в год, отнесенных к одному км) за период с 1999 по 2003 гг. для бесканальных прокладок в ППУ-изоляции составила 0,0107, а для остальных типов прокладки - 1,244, т.е. отличается на два порядка. (Докладчик согласился с замечанием, что сравнение не совсем корректное, т.к. оценивалась повреждаемость относительно новых бесканально проложенных трубопроводов в ППУ-изоляции и «старых» теплотрасс традиционных типов, имеющих к тому же значительно большую протяженность - прим. ред.).

Директор ОАО «Объединение ВНИПИЭнергопром» и президент НП «Российское теплоснабжение» В.Г. Семенов подчеркнул необходимость повышения качества выпускаемой продукции. Остановившись на безусловных преимуществах прокладки тепловых сетей трубами с ППУ-изоляцией, особенно в существенной экономии тепла, докладчик рекомендовал усилить контроль на всех стадиях проектирования, производства и строительства тепловых сетей.

С докладом об опыте проектирования тепловых сетей выступил главный специалист ОАО «Моспроект» А.В.Фишер. Он отметил, что в Москве широко используются гибкие трубы из сшитого полиэтилена с пенополиуретановой изоляцией при реконструкции и новом строительстве тепловых сетей после ЦТП в системах горячего водоснабжения и отопления, что в значительной степени (до 50 лет и более) увеличивает срок службы и надежность тепловых сетей и всей системы теплоснабжения в целом. Для возможности более широкого использования таких труб необходимо разработать «Свод правил по проектированию тепловых сетей с использованием труб из полимерных материалов», в котором узаконить отмену использования отключающей и спускной арматуры на ответвлениях к отдельным зданиям и ряд других вопросов, существенно облегчающих и удешевляющих монтаж и дальнейшую эксплуатацию тепловых сетей на основе сшитого полиэтилена.

Вопросы расчета на прочность трубопроводов тепловых сетей с ППУ-изоляцией были затронуты в докладе заместителя директора НТП «Трубопровод» В.Я. Магалифа. Он коснулся использования компьютерных программ «СТАРТ» в этих расчетах. Острую дискуссию вызвала скорректированная методика расчета толщины стенок тройниковых ответвлений, приводящая к их существенному увеличению. По заявлению В.Я. Магалифа в методику заложены нормы расчета на прочность, изложенных в РД 10-400-01, утвержденных Госгортехнадзором. Однако эти толщины не корреспондируются с ГОСТ 30732-2001 «Трубы и фасонные изделия стальные с тепловой изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке».

О достижениях в производстве и применении стальных труб с ППУ-изоляцией сообщалось в докладах главного инженера ЗАО «Мос-Флоулайн» В.Г. Кухтина и директора ЗАО «Сибпромкомплект» (г. Тюмень) Г.А. Размазина. Отмечалась необходимость полной комплектации тепловых сетей (производства фасонных элементов, запорной арматуры, материалов для изоляции стыков, СОДК и т.д.). Так, например, ЗАО «МосФлоулайн», кроме труб и фасонных изделий, производит и поставляет на монтаж шаровую запорную арматуру и с 2005 г. компенсаторы (стартовые и сильфоновые).

Ряд докладчиков представили выпускаемую их организациями продукцию для производства и монтажа тепловых сетей трубами с ППУ-изоляцией.

Директор ПК «Полимер-Комплекс» В.И.Тимохин и руководитель представительства «Каннон» (Италия) А.Ю. Бобков рассказали о заливочных машинах, генеральный директор ООО «НПП «Изолан» (г. Владимир) М.Я. Царфин и представитель ООО «ВИКОРД» А.В.Шаповалов (г. Тольятти) о сырьевых системах для ППУ, президент фирмы «ЭНЭКОС» (г. Санкт-Петербург) - о шаровой запорной арматуре Д у 300-800 мм, представитель ООО «Ольмакс» - о ручных экструдерах для сварки полиэтиленовых оболочек.

В.А.Поляков (ЗАО «МосФлоулайн») подчеркнул в своем сообщении необходимость установки систем оперативного дистанционного контроля за состоянием увлажнения пенополиуретана и рассказал о новых многоуровневых детекторах для фиксации увлажнения.

В заключение президент Ассоциации В.И.Манюк рекомендовал участникам конференции шире использовать опыт, накопленный членами Ассоциации в производстве и применении труб с ППУ-изоляцией в тепловых сетях.

Трубы ИЗОПРОФЛЕКС 0,6 МПа
КАСАФЛЕКС
Трубы ИЗОПРОФЛЕКС 75А 1,0 МПа
Трубы стальные в ППУ изоляции
Трубы стальные в ВУС изоляции
Трубы ИЗОПРОФЛЕКС Квадрига и Тандем
Конвекторы
Стальные панельные радиаторы
Подвижные опоры по ГОСТ 14911-82, ОСТ 36-94-83
Подвижные опоры тепловых сетей серия 5.903-10-13 выпуск 8-95
Неподвижные опоры тепловых сетей серия 5.903-10-13 выпуск 7-95
Подвижные опоры серия 4.903-10 выпуск 5
Неподвижные опоры серия 4.903-10 выпуск 4

Экономическая составляющая применения труб для централизованного теплообеспечения в наших городах определяется качеством и долговечностью трубопроводов и теплоизоляции. В России все предизолированные трубы, которые выпускаются, можно поделить на два типа - полимерные трубы и стальные. Теплоизолирующий слой - пенополиуретан ППУ. Он обладает структурой мелкоячеистой с замкнутыми порами. Достоинства ППУ - низкая теплопроводность и маленькое поглощение влаги. Слабая сторона - горючесть.

Основные виды предварительно изолированных труб, которые используются для тепловых сетей:

1. Стальные трубы в изоляции ППУ . Теплоизолированные трубы выпускаются согласно ГОСТ 30732-2006 «Трубы и фасонные изделия стальные с тепловой изоляцией из пенополиуретана с защитной оболочкой». Трубы стальные в ППУ эксплуатируются при давлении до 1,6 МПа и температуре теплоносителя - до 1400 градусов (возможно повышение температуры не более, чем до 1500 градусов). Диаметр стальных труб - до 1420 мм. Защитная оболочка теплоизолированных труб изготавливается из ПЭ (для прокладки бесканальной), а также из стали оцинкованной (для прокладки надземной). Качество выпускаемой продукции определяется не только качеством стальных труб и её оболочки, но и технологией изготовления изоляции из ППУ.

Приоритет в использовании стальных предварительно изолированных труб обусловлен большим ассортиментом типоразмера, высокой термостойкостью, возможностью применения при высоком давлении, наличием в строительных и эксплутационных компаниях высококвалифицированных кадров. Самым главным недостатком стальных труб является низкая коррозионная стойкость. Применение проводников-индикаторов в системе оперативного дистанционного контроля (СОДК) необходимо при борьбе с коррозией. Их располагают в ППУ. Использование СОДК предоставляет возможность обнаружить участок с излишней влажностью изоляции, что способствует оперативному выполнению работ по ремонту теплоизолированных труб. Срок эксплуатации (согласно ГОСТ 30732-2006) предварительно изолированного трубопровода из стали (не меньше 30 лет) возможен только при очень качественном монтаже данного трубопровода, который соответствует всем нормативам по водоподготовке и при обязательном наличии СОДК. Одна и основных причин раннего износа стальных труб в ППУ - это намокание теплоизолятора, вследствие плохой герметичности внешней изоляции, при некачественном выполнении работ по изоляции стыков. Ещё одной причиной износа является технологический брак при проведении сварочных работ труб в ПЭ оболочках.

2. Полимерные трубы "Изопрофлекс" - это трубы из сшитого полиэтилена (РЕХ) в ППУ изоляции. Эти теплоизолированные трубы обладают хорошей гибкостью (радиус изгиба - приблизительно 1 м) и теплостойкостью до 95°С. Максимальное давление рабочее - до 1,0 МПа. Возможность использования длинномерных отрезков позволяет быстро произвести монтаж. Главные положительные особенности труб "Изопрофлекс" - гибкость, высокая химическая стойкость. Это дает возможность исключить СОДК. Но есть и недостатки - это большая толщина стенки трубы а, значит и, высокая стоимость. Эксплуатировать пластиковые трубопроводы дешевле, чем стальные. Нет необходимости в проведении ремонтных работ, вызванных коррозией, как у стальных труб. Отсутствуют затраты на обслуживание систем ОДК.

При сборке транспортировочных сетей разного назначения, к примеру, отопительных коммуникаций или магистралей, предназначенных для перегонки нефти и газа, до недавнего времени использовались в основном обычные трубы, изготовленные из стали. Со своей работой изделия этого типа в большинстве своем и поныне справляются неплохо. Однако у таких труб все же имеется один довольно-таки серьезный недостаток. Какой бы ни была толщина их стенок, защитить перегоняемую жидкость от холода в зимний период они не могут.

Результатом же замерзания воды или теплоносителя в магистралях обычно становится выход последних из строя. При этом в коммунальных стальных сетях в холодное время года наблюдаются, помимо всего прочего, еще и значительные теплопотери, что делает их эксплуатацию гораздо более дорогой.

Что такое трубы ППУ

Чтобы исключить перемерзание транспортируемых по магистралям жидкостей, последние при сборке сети на улице или прокладывают очень глубоко под землей, или же дополнительно утепляют с использованием специальных материалов. И та и другая методики отличаются трудоемкостью и технологической сложностью. Поэтому в последнее время все более популярными становятся трубы особой конструкции — предизолированные.

Изделия этого типа утепляются еще на этапе производства с использованием современного изолятора, отличающегося очень низкой степенью теплопроводности — пенополиуретана. Стоят такие трубы дороже обычных. Однако собранные из них магистрали могут прослужить в последующем без необходимости ремонта десятилетия.

Конструкция труб ППУ

Внешне такие изделия очень похожи на хорошо известные многим сэндвич-дымоходы. То есть состоят они из трех основных слоев:

собственно стальной трубы, по которой в дальнейшем будет производиться перекачка жидкости;

слоя пенополиуретана;

внешней защитной оболочки.

В слое пенополиуретана в таких трубах проходят специальные сигнальные кабели. Благодаря их наличию, всегда можно с высокой точностью определить место аварии на магистрали и быстро произвести ремонтные работы.

Какие могут иметь технические характеристики

На рынок предизолированные трубы сегодня поставляются в широком ассортименте. Различаться такие изделия могут по:

диаметру;

толщине стенок;

толщине изоляционного слоя;

количеству проложенных сигнальных кабелей и т. д.

Стоимость изделий этой разновидности напрямую зависит от их диаметра и толщины изоляционного слоя. По последнему показателю трубы ППУ выбирают с учетом климата того региона, в котором предполагается сборка сети, а также глубины заложения последней. В теплых районах обычно собирают магистрали с толщиной утепляющего слоя в 5 см. В северных регионах используют трубы с изоляционным слоем на 10 см и более.

Сигнальных кабелей в утепляющем слое таких изделий, в зависимости от диаметра, может прокладываться два или три.

Нормативы ГОСТ

Производятся предизолированные трубы у нас в стране со строгим соблюдением предписаний ГОСТ. Утеплитель, используемый при изготовлении таких изделий, в любом случае должен отвечать следующим требованиям:

водопоглощение по объему — 10%;

упругость на сжатие — не менее 0.3 МПа (деформация во всех направлениях — до 10%);

плотность — до 60 кг/м 3 .

При нагревании до 110 °С длина используемого при сборке труб ППУ изолятора не должна превышать 3%.

Изготавливаться пенополиуретан для утепления труб может по разным технологиям. Но чаще всего такой материал делают на основе углекислого газа и фреона. В большинстве случаев при изготовлении труб ППУ используется пенополиуретан таких хорошо зарекомендовавших себя марок, как «Дау», «Изолан», «Хантсмен», «Элостокам».

Типы по конструкции

На настоящий момент на рынке существует две основных разновидности предизолированных труб:

Изделия первой разновидности изготавливаются из обычной или оцинкованной стали с утеплением пенополиуретаном. Снаружи такие трубы обшиваются листами из жесткой стали или нержавейки.

Гибкие изделия этого типа изготавливают по схожей технологии. Однако такие трубы покрываются оболочкой не из стали, а из гофрированного пластика. Конечно, слишком уж большой гибкостью такие изделия не отличаются. Ведь пенополиуретан — материал сам по себе достаточно жесткий и не слишком эластичный. Однако немного сгибать трубы этой разновидности при укладке все же можно.

Конечно же, при изготовлении пластиковых оболочек предизолированных труб ГОСТы также соблюдаются в обязательном порядке. Используется для их сборки обычно самый качественный светостабилизированный материал.

Иногда защитные оболочки с утепляющим слоем могут поставляться по отдельности от самих труб. В этом случае перед их монтажом при сборке предварительно проверяются на герметичность, а затем покрываются антикоррозийным составом.

Каким образом на ППУ-трубу наносится утепляющий слой

Выпускают такие изделия многие отечественные заводы. Предизолированные трубы поставляют на российский рынок также, конечно же, и зарубежные компании.

Если судить по отзывам, то отечественная продукция этого типа по качеству на сегодняшний день при меньшей стоимости практически ничем не уступает импортной. К примеру, просто отличные отзывы от потребителей заслужили такие изделия, выпущенные «Новосибирским заводом предизолированных труб», «Орловским трубоизоляционным заводом», заводом «Стройизоляция» (Северск) и пр.

В любом случае при изготовлении таких изделий специалисты в обязательном порядке, помимо всего прочего, следят и за тем, чтобы сцепление между пенополиуретаном и стальной трубой было максимально прочным. Чтобы утеплитель не скользил по стали и держался как можно надежнее, перед его нанесением основу тщательно зачищают до образования шероховатой поверхности с одновременным удалением ржавчины.

При вспенивании самого пенополиуретана должен в точности поддерживаться заданный тепловой режим. Улучшить сцепление между внутренней оболочкой с пенным наполнителем можно также путем обработки последней разрядом.

Чтобы еще не застывший изолятор не вытекал наружу, с торца трубы крепят специальную металлическую заглушку. После затвердевания материала этот элемент с трубы предизолированной ППУ снимают. В продажу такие изделия поступают с ничем не закрытым торцом пенополиуретанового слоя.

Сфера использования

Наиболее широкое распространение трубы ППУ на настоящий момент получили, конечно же, в первую очередь в промышленности. Используются такие изделия при сборке в основном:

нефтепроводов;

газопроводов;

паропроводов.

Очень часто применяются предизолированные трубы и для тепловых сетей, предназначенных для перекачки разогретых жидкостей. Такие коммуникации обычно монтируются в горячих цехах предприятий разной специализации.

В последнее время предизолированные трубы начали завоевывать огромную популярность и у коммунальщиков. Организации такой специализации используют эти изделия при прокладке централизованных отопительных систем и водопроводов городов и поселков. Использование таких труб в данном случае позволяет значительно повысить качество обслуживания населения.

Основные преимущества

Предизолированные трубы для теплотрасс, водопроводов, нефтепроводов и т. д, а вернее, для из сборки, используются у нас в стране, таким образом, достаточно часто. Но чем же объясняется такая популярность современных изделий этого типа?

К безусловным плюсам труб ППУ, в сравнении с обычными, можно отнести:

возможность монтажа любых коммуникаций в максимально сжатые сроки и с минимальными трудозатратами;

снижение теплопотерь (обычно с 40% до 2%);

значительное повышение КПД трубопроводов;

повышение сроков эксплуатации сетей в 2-5 раз;

снижение затрат на ремонт трубопроводов.

Благодаря наличию защитной оболочки, такие магистрали практически не боятся воздействия агрессивных сред. Прокладывать трубопроводы ППУ разрешается без заземления и предварительного обустройства дренажа. Пенополиуретан отличается, помимо всего прочего, и тем, что не пропускает влагу. Следовательно, и стальные трубы, изолированные с использованием этого материала, гораздо меньше подвержены ржавлению.

Недостатки

Минусов у труб ППУ практически нет. Пожалуй, единственным недостатком таких изделий является их довольно-таки высокая стоимость. Однако и этот минус с лихвой компенсируется долгим сроком службы магистралей ППУ и отсутствием необходимости в их частых ремонтах.

Особенности монтажа

Изготавливаются трубы ППУ, таким образом, из качественной стали. Следовательно, и монтаж их производится с использованием сварки. Конечно же, прокладка предизолированных труб при сборке разного рода промышленных и коммунальных сетей выполняется по особой технологии. Пенополиуретан — материал, к сожалению, не переносящий слишком уж высоких температур. Поэтому при сварке таких труб в обязательном порядке используются специальные защитные экраны.

После соединения отрезков мастера, выполняющие сборку магистрали ППУ, в обязательном порядке проверяют качество выполненных швов. После полного остывания металла в местах соединения на трубы, помимо всего прочего, накладываются специальные муфты. Особенностью таких элементов конструкции ППУ-магистралей является то, что изготавливаются они из термоусадочного материала. После остывания такая муфта уменьшается в размерах и плотно облегает сварной шов, обеспечивая тем самым полную герметичность. При использовании стыковочных элементов этого типа в местах соединения труб остается небольшая полость, в которую в последующем заливается монтажная пена или же пенополиуретан.

Описанная выше технология применяется как при сборке крупных промышленных магистралей, так и небольших бытовых инженерных коммуникационных сетей.

В России самый высокий уровень централизованного теплоснабжения (около 80 %). Общая протяженность тепловых сетей в двухтрубном исчислении с диаметрами труб от 57 до 1400 мм составляет около 260 тыс. км. Преобладающий способ прокладки тепловых сетей — в непроходных каналах с минераловатной теплоизоляцией.

Бесканальная прокладка, выполняемая из конструкций заводского изготовления с использованием изоляции из армопенобетона и битумосодержащих масс (битумоперлит, битумовермикулит, битумокерамзит), составляет 10 % от общей протяженности тепловых сетей. Около 90 % экономии топлива, полученной за счет комбинированных методов выработки тепла, теряется в тепловых сетях.

Срок службы тепловых сетей в полтора-два раза ниже, чем за рубежом, и не превышает 12-15 лет. Наиболее эффективным решением проблем является широкое внедрение в практику строительства тепловых сетей трубопроводов с пенополиуретановой теплоизоляцией типа «труба в трубе». Идея не нова. Еще в 1960х годах в СССР осуществлялись опытные работы по использованию полиэтиленовых труб и вспененных полимерных материалов для изоляции подземных тепловых сетей. Но тогда это направление не получило широкого распространения из-за ограниченного производства и дороговизны используемых полимерных материалов.

Технические требования к тепловой изоляции

Применяемые материалы должны обладать высокими теплоизоляционными свойствами (коэффициент теплопроводности материала не должен превышать 0,06 Вт/(м⋅°С), долговечностью (стойкостью к действию воды, химической и биологической агрессии), морозостойкостью и механической прочностью, пожарной и экологической безопасностью. Наиболее полно отвечает этим требованиям пенополиуретан.

Пенополиуретановая теплоизоляция обычно наносится на трубы в заводских условиях, а места стыков теплоизолируются на месте строительства после сварки и испытания трубопровода. В Западной Европе такие конструкции применяются с середины 1960х годов и отвечают европейским стандартам EN 253:1994, а также EN 448, EN 488 и EN 489.

Они обеспечивают следующие преимущества перед существующими конструкциями: повышение долговечности (ресурса) трубопроводов в два-три раза; снижение тепловых потерь в два-три раза; снижение эксплуатационных расходов в два раза (удельная повреждаемость снижается в 10 раз); снижение капитальных затрат в строительстве в два-три раза; наличие системы оперативного дистанционного контроля за увлажнением теплоизоляции.

Предварительно изолированные трубы изготавливаются из различных материалов в зависимости от условий эксплуатации. Для строительства теплотрасс наиболее широко используются стальные трубы.

Соответствие предварительно изолированных труб государственным стандартам

Для изготовления изолированных труб используют стальные трубы наружными диаметрами 57-1020 мм, длиной до 12 м, соответствующие ГОСТ 550, 8731, 8733, 10705, 20295, требованиям действующих нормативных документов на тепловые сети и Правилам устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды. Стальные отводы, тройники, переходы и другие детали должны соответствовать требованиям ГОСТ 17375, 17376 и 17378.

Главная причина широкого применения стальных труб объясняется их сравнительно низкой стоимостью, легкостью обработки в сочетании с высокой прочностью и возможностью использования традиционной сварки в качестве метода соединения труб. Чтобы избежать коррозии труб, необходимо использовать обработанную воду. Обработка воды зависит от местных условий, но обычно рекомендуется соблюдать следующие требования:

• рН = 9,5-10;
• отсутствие свободного кислорода;
• общее содержание солей 3000 мг/л.

Стандартная длина труб 6-12 м, но технология позволяет наносить теплоизоляцию на трубы любой длины и изготовленные из других материалов. Технические требования к изолированным трубам и деталям трубопровода зафиксированы в ГОСТ 30732-2001 «Трубы и фасонные изделия стальные с тепловой изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке», введенном в действие 01.07.01.

Стандарт распространяется на стальные трубы и фасонные изделия с тепловой изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке, предназначенные для подземной бесканальной прокладки тепловых сетей со следующими расчетными параметрами теплоносителя: рабочим давлением до 1,6 МПа и температурой до 130 °C (допускается кратковременное повышение температуры до 150 °C). ГОСТ 30732-2001 составлен с учетом европейских стандартов:

• EN 253-1994 «Трубопроводы сварные, предварительно изолированные для подземных систем горячего водоснабжения. Система трубопроводов, состоящая из стального магистрального трубопровода с полиуретановой теплоизоляцией и наружной оболочки из полиэтилена»;
• EN 448-1994 «Трубопроводы сварные, предварительно изолированные, для подземных систем горячего водоснабжения. Сборная арматура из стальных разводящих труб с полиуретановой теплоизоляцией и наружной оболочкой из полиэтилена».

Тип и размерность

Для обеспечения максимальной эффективности (стоимость изоляции/тепловые потери) устанавливаются определенные диаметры наружной изоляции трубопроводов из пенополиуретана для различных климатических поясов. Трубы и фасонные изделия могут быть с толщиной изоляции двух типов: тип 1 — стандартный, тип 2 — усиленный. Защитные кожухи изготавливаются в виде тонкостенных труб из полиэтилена высокой плотности.

Они предназначены для трубопроводов, расположенных непосредственно в земле, обеспечивая их водонепроницаемость и механическую защиту (табл. 2). Для трубопроводов, расположенных над поверхностью земли, применяют защитную оболочку из оцинкованной стали с толщиной цинкового покрытия не менее 70 мкм. Размеры фасонных изделий (кроме диаметров стальной трубы и полиэтиленовой трубыоболочки) являются рекомендуемыми и определяются проектным решением.

Проектные решения обычно базируются на рекомендациях заводов-изготовителей. Например, некоторые компании сопровождают свою продукцию руководством по проектированию и строительству «Стальные трубопроводы с заводской теплоизоляцией». Толщину стенки трубы и фасонных деталей определяют расчетом и округляют ее до рекомендуемых толщин, которые приведены в приложении к стандарту.

Для изготовления гидроизолирующих трубоболочек используется полиэтилен высокой плотности марок 273-79, 273-80и 273-81, классифицируемый как ПЭ63. Европейские фирмы также используют полиэтилен ПЭ80, имеющий более высокие показатели по минимальной длительной прочности и стойкости к распространению трещин. Применяемый для тепловой изоляции жесткий полиуретановый пенопласт изготавливается из высокомолекулярных спиртов — полиола и изоцианата.

Пенопласт представляет собой однородную массу, имеющую среднюю величину пор 0,5 мм. Срок службы тепловой изоляции труб и фасонных изделий должен составлять не менее 25 лет. Пенополиуретан не оказывает вредного влияния на окружающую среду и обеспечивает высококачественную изоляцию при температурах до 130 °С.

Практика монтажа

Изолирование участков труб со сварными стыками или ремонт изоляции может производиться по одной из указанных схем:

1. Установка изолирующих накладок из жесткого пенополиуретана с дальнейшим нанесением гидроизолирующего материала.
2. Установка полиэтиленовых муфт с заливкой в полость муфты пенополиуретана.

Для гидроизоляции стыков широкое применение получили термоусаживающиеся полиэтиленовые оболочки, отличающиеся низкой стоимостью и простотой монтажа. Для изоляции стыков теплоизолированных труб с защитной оболочкой из оцинкованной стали применяются специальные стальные муфты. Они используются на прямых участках трубопровода, на отводах и ответвлениях для труб с диаметрами внешней оболочки 63-450 мм, а также при горячей врезке, когда ответвление устанавливается без отключения подачи.

Технология установки муфт проста и при этом используется минимум инструментов. Стык состоит из двух частей, скрепляемых с помощью специальных конусов или винтов. Герметик, расположенный между внешней оболочкой трубы и муфтой, делает стык влагонепроницаемым. Теплоизоляция производится с помощью пенопакетов, они просты в обращении и дают при заливке точную дозировку и однородность пенополиуретана.

Для изоляции и ремонта стыков труб диаметрами 90-1300 мм используются бандажные муфты из полиэтилена с закладной электроспиралью. Бандажные муфты выпускаются трех типов и отличаются способом фиксации на внешней оболочке в процессе сварки. Маленькие бандажные муфты применяются для труб с диаметрами внешней оболочки 90-200 мм. Бандажные муфты средних размеров применяются для диаметров 225-800 мм.

Для внешней оболочки диаметрами 800-1200 мм используются бандажные муфты, состоящие из двух частей. Все муфты поставляются со всеми необходимыми компонентами. Во время сварки муфты малых размеров прижимаются к полиэтиленовой оболочке трубы с помощью механических зажимов, а муфты средних и больших размеров — с помощью пневматических. Во всех случаях процесс сварки производится автоматически и контролируется с помощью специального сварочного компьютера.

Для обеспечения оптимальной адгезии между стальной трубой и пеноизоляцией все стальные трубы предварительно подвергаются пескоструйной обработке. Внешняя оболочка изготовлена из полиэтилена высокой плотности, а ее внутренняя поверхность обрабатывается коронным разрядом для получения оптимальной адгезии между полиэтиленом и пеноизоляцией.

Срок службы предварительно изолированных труб в системах ЦТ зависит от процесса старения самой трубы, включая возможную коррозию стальной трубы, температурное сопротивление пенополиуретанового изоляционного материала, а также полиэтиленовой оболочки. Другие критические факторы включают изменения прочностных характеристик вышеназванных материалов на протяжении длительного периода, влияние температур и давления, а также условия деформации в системе трубопроводов. Коррозия стальной трубы зависит от того, насколько система герметично закрыта от проникновения воды извне, поскольку внутренняя коррозия рабочей стальной трубы едва ли может наблюдаться в системах, эксплуатируемых на подготовленной воде.

Следовательно, непременным условием является соблюдение герметичности стыков трубы-оболочки. Напряжения и деформации зависят от условий эксплуатации, температурных режимов и давления, а также от технологии укладки труб и состояния окружающего грунта. В связи с тем что именно свойства материала (пенополиуретановая изоляция и полиэтиленовая оболочка) оказывают решающее влияние на срок службы предварительно изолированных труб в системах ЦТ, рассматривались характеристики двух свойств пенополиуретана, а именно: температурное сопротивление и прочность на сжатие.

Температурное сопротивление

В соответствии с требованиями европейского стандарта EN 253 срок службы предварительно изолированных труб должен составлять минимум 30 лет при условии постоянной эксплуатации системы с теплоносителем температурой 120 °C. В системе, где температура менее 95 °C, срок службы практически может быть неограниченным. На протяжении испытаний температура подаваемой воды варьировалась в диапазоне 100-115 °C, а температура 115 °C поддерживалась на протяжении трех самых холодных зимних месяцев.

Если предположить, что максимальная температура подаваемой воды будет 110 °C на оставшийся срок до конца года, то система будет иметь общий срок службы 75 лет, а это соответствует стандарту EN 253. Срок службы 75 лет не означает, что трубы не нуждаются в ремонте вообще. Это значит, что пенополиуретановый изоляционный материал, как предполагается, сохранит свои прочностные характеристики на протяжении указанного периода.

При проектировании системы ЦТ просчитывается определенное число циклов нагружений — температурные колебания от рабочих температур до температур грунта и обратно до рабочих температур на протяжении 30 лет, что используется при расчете усталостных характеристик. В России срок службы тепловой изоляции из пенополиуретана определяют по ГОСТ Р 30732, приложение Д — методика интегральной оценки срока службы пенополиуретановой изоляции тепловых сетей при переменном температурном графике теплоносителя.

Число циклов нагружений остается, хотя пенополиуретановый изоляционный материал сохраняет свои свойства и далее.

Прочность на сжатие

Предел прочности на сжатие для пенополиуретанового изоляционного материала ограничен и определяет условия максимального заглубления укладываемых труб и технологию укладки труб для систем ЦТ. Установлено, что при воздействии температуры 140 °C на протяжении длительного периода предел прочности на сжатие пенополиуретана с плотностью 75 кг/м3 падает до нуля на протяжении 15 месяцев.

При температуре, превышающей 125 °C, предел прочности на сжатие останется таким же, как и у нового пенополиуретана, приблизительно после двух лет эксплуатации. Ограниченный предел прочности на сжатие изоляционного материала диктует ограничения по максимальному заглублению укладываемых труб в системах ЦТ, особенно в случаях, когда требуется изменение направления трассы трубопровода. Для снижения давления грунта при горизонтальном перемещении труб в качестве альтернативы должны использоваться другие меры предосторожности.

Экономические обоснования

Данные в табл. 5 и 6 дают представление об экономической эффективности применения различных видов теплоизоляции. Видны преимущества ППУ-изоляции, которые подтверждены многолетним опытом эксплуатации тепловых сетей в России и зарубежных странах. Проектирование тепловых сетей осуществляется на основании действующих норм с использованием «Типовых решений прокладки трубопроводов в ППУ-изоляции», «Технологических карт для строителей», разработанных во ВНИПИ-энергопроме, и методических рекомендаций заводов-изготовителей.

Методики проектирования и расчета не отличаются от традиционной бесканальной прокладки. Максимально использованы существующие типовые строительные конструкции. Существует возможность отказаться от дренажа или перейти к его облегченным типам.

Для нормального функционирования любого трубопровода необходима защита от механических повреждений и негативного воздействия окружающей среды, чаще всего от низких температур. По статистике причиной большинства аварий является холод. Теплоизоляция из минеральной или базальтовой ваты обеспечивает достаточно надежную защиту. Но ее монтаж и обслуживание связаны с большими трудозатратами. Поэтому были разработаны предварительно изолированные трубы с синтетическим теплозащитным слоем.

Эти изделия похожи на дымоходы, выполненные по технологии «сэндвич». В общем виде предизолированные конструкции выглядят как один или несколько цилиндров, помещенных в оболочку большего диаметра. Пространство между ними залито синтетическим наполнителем. Чаще всего используется пенополиуретан (ППУ).

Центральная труба изготавливается из стали, но есть разновидности с одной или несколькими из пластика. Для защиты пенополиуретановой прослойки от намокания и механических повреждений применяется металлическая оцинкованная лента или полиэтилен. Внутри находится специальный провод, позволяющий контролировать состояние системы и оперативно выявлять возникающие дефекты. За счет применения специальных технологий обеспечивается прочное соединение слоев между собой. В итоге получается цельное изделие, а не набор элементов.

Преимущества предизолированных труб с ППУ

Благодаря высоким эксплуатационным характеристикам эти изделия начали теснить другие виды. Рост популярности обеспечивается следующими достоинствами:

1. Благодаря простоте укладки и отсутствию необходимости устройства колодцев сроки монтажа и трудозатраты сокращаются в 2-3 раза.
2. Потери тепла снижены до 2 %. У обычных труб они доходят до 40 %.
3. Увеличен в 3-5 раз срок службы по сравнению со старыми технологиями.
4. Высокая надежность предизолированных изделий и их соединений снижает затраты на ремонт.
5. Встроенный дистанционный контроль позволяет своевременно выявлять неисправности.
6. Не нужно заземление и дренаж.
7. Надежная защита от коррозии и негативных воздействий.

Технология и конструкция

Чтобы обеспечить высокую прочность соединения трубы с теплоизолирующим слоем, ее поверхность подвергается дробеметной обработке. Помимо удаления ржавчины и грязи, это позволяет получить шероховатую текстуру. С этой же целью защитная оболочка с внутренней стороны обрабатывается коронарным разрядом.

Затем трубу кладут на монтажный стол, контролируя ее положение центраторами и СОДК. После чего с помощью лебедки перемещают внутрь внешней оболочки и по конвейеру отправляют в термокамеру. Горячим воздухом, подаваемым вентилятором, труба нагревается до 350 ⁰C. Для равномерного распределения температуры ее заставляют вращаться. С обоих концов устанавливаются заглушки с отверстиями для выхода воздуха. Их закрепляют винтами, чтобы жидкий состав не просачивался из пространства между труб.

Параметры формирования теплоизолирующего слоя устанавливаются на пульте заливочной машины. Их значения зависят от вида сырья, длины и формы изделия. Жидкий ППУ быстро впрыскивается с помощью лейки. После его отвердения конструкция отправляется на проверку качества. По окончании сертификации трубы маркируются, упаковываются.

Свойства пеноизола

По внешнему виду он похож на пенопласт, но обладает совершенно другими качествами. По основным характеристикам практически не уступает ППУ, но стоит дешевле и технология создания теплоизолирующего слоя проще, так как не требуется нагрев. Состав готовят из карбамидной смолы, пенообразователя, отвердителя, воды. После вспенивания сжатым воздухом его под давлением заливают в пространство между трубами.

Пеноизол часто используется в производстве предизолированных изделий, так как обладает массой достоинств:

1. Высокой прочностью. По нему можно ходить, не создавая повреждений.
2. Малым весом.
3. Низкой теплопроводностью.
4. Хорошей паропроницаемостью, поэтому на нем не образуется плесень.
5. Сохранением формы и качества при намокании и последующем высыхании.
6. Длительным сроком эксплуатации – от 70 лет.

Иногда встречаются трубы, утепленные пенопластом, гибкие разновидности, покрытые вспененным полиэтиленом, и прочие. Однако они по всем параметрам уступают рассматриваемым типам, а стоят дороже, поэтому широкого распространения не получили.

Виды предизолированных труб

Производители выпускают три модификации. Предварительно изолированные изделия бывают:

1. Жесткие. Стандартный вариант, у которого толщина теплозащитного слоя зависит от условий применения. Для северных регионов его делают от 10 см, в теплых районах – до 5 см. Защитный слой изготавливается из металлической ленты, иногда используется нержавейка. Трубы этого вида применяются для монтажа магистральных и высоконапорных коммуникаций в промышленности, стояков в высотных зданиях.
2. Гибкие. Изделия отличаются от предыдущего вида тем, что вместо металлической ленты для выполнения защитного слоя применяется гофрированный пластик. Это позволяет прокладывать стальные плети с небольшим радиусом. Гибкие пластиковые трубы допускается гнуть под нужным углом и даже выкручивать. Если утеплительный слой будет поврежден, это существенно не повлияет на функционирование системы. Они выпускаются в бухтах длиной до 100 м.
3. С комбинированной разводкой. У этих разновидностей под общим теплоизоляционным слоем размещено несколько полимерных труб. В такой конструкции они надежно защищены от замерзания и механических повреждений. Объединение нескольких труб позволяет монтировать компактные разветвленные системы со значительной экономией утеплителя. Но в случае повреждения одной из них нужно снимать защитный слой со всех. И сначала придется повозиться с определением места порыва.

Солидные производители к своим предизолированным трубам выпускают полный ассортимент защищенных соединительных элементов.

Сферы использования

Изделия применяются для монтажа канализаций, водопроводных и отопительных сетей. Благодаря хорошей защищенности их часто используют для транспортировки газа и нефтепродуктов. В период капитального ремонта теплосетей ими заменяются старые трубы.

Внутренний монтаж выполняется пластиковыми разновидностями, если температура воды не превышает 95 ⁰C. Воздушные трассы, магистральные коммуникации большого диаметра и сети с температурой теплоносителя до 150 ⁰C монтируются из стальных видов. Бесканальным подземным методом могут прокладываться оба типа.

Гибкие длинномерные изделия из пластика стоят дороже, чем стальные разновидности. Однако строительство из них трубопровода малого диаметра с большим количеством поворотов обойдется дешевле. Это объясняется тем, что при монтаже не потребуются дорогостоящие фитинги и компенсаторы. За счет ускорения установки сокращаются трудозатраты, отпадает надобность в ремонтных работах, вызванных коррозией.

Особенности монтажа

Для изменения направления прокладки от 15 до 90⁰ используются предизолированные отводы. Если угол поворота меньше 15⁰, производится подрезка трубы в нескольких местах не более 5⁰ в каждом. Компенсация температурного расширения выполняется L, Z, U-элементами или предварительным нагревом труб во время прокладки.

При соединении или резке элементов электро- и газосваркой торцы теплоизоляции и защитного слоя должны защищаться экранами от попадания искр и пламени. Стыки герметизируют муфтами с термоусадочными кольцами, предварительно одетыми на трубопровод. В их полость заливается монтажная смесь или пенополиуретан. Сверху место соединения закрывается специальной оболочкой из полиэтилена. Сварку допускается производить при температуре не менее 0 ⁰C, а герметизацию – не ниже 10 ⁰C. Во время дождя работа осуществляется под навесом.

При укладке коммуникации в траншее на ее дно насыпается песчаная подушка толщиной 10 см. Провода сигнализации должны находиться сверху. При глубине траншеи меньше 0,5 м ее накрывают бетонными плитами. После завершения монтажа и испытания на наличие протечек производится гидравлическая изоляция конца трубопровода термоусадочным рукавом.

Нормативы ГОСТ

Предизолированные изделия и комплектующие для них должны проходить проверку на соответствие стандартам. В зависимости от марки материала трубы изготавливаются по ГОСТ:

• 8731;
• 8733-77;
• 10704;
• 107106;
• 20295 и прочих.

Основные характеристики утеплителя ППУ по ГОСТ 16330:

• после отвердения размер его пор должен быть в интервале от 0,2 до 1 мм;
• тепловое расширение при нагреве до 110 ⁰C не должно быть меньше 3 %;
• водопоглощение может составлять не больше 10 % от объема после 90 минут кипячения;
• предел плотности – 60 кг/м³;
• упругость при сжатии – от 0,3 МПа, но не выше 10 % деформирования по любому направлению.

Для других видов утеплителя может применяться ГОСТ 18599. За рубежом производство ППУ изоляции регулируется европейским стандартом EN253. Эта информация должна указываться в сопроводительных документах.

Качественные защитные оболочки из полиэтилена по ГОСТ 16330 выдерживают растяжение на 350 % при разрыве. Стойкость при температуре 80 ⁰C и стабильном давлении – 165 (если первоначальное напряжение 4,6 МПа), а при 4 МПа – не меньше 1000. Устойчивость к равномерным нагрузкам на растяжение величиной 4 МПА при 80 ⁰C в растворе поверхностно-активных веществ – не менее 2000. Указанные значения действительны для термосветостабилизированного полиэтилена темной окраски. Изготовление из иных материалов нормируется другими стандартами.

Требования, предъявляемые к предизоляционным изделиям российского производства, указаны в ГОСТ 30732-2001. В их маркировку включены следующие обозначения:

• наименование: труба, отвод и прочее;
• вид материала: Ст.;
• наружный диаметр;
• толщина стенки;
• тип изоляции: стандартная – 1, усиленная – 2;
• сокращенное название теплоизоляционного слоя: пенополиуретан – ППУ;
• материал защитной оболочки: полиэтилен – ПЭ, оцинкованная стальная лента – ОЦ;
• номер регламентирующего документа.

Маркировкой Труба Ст. 76×3,5-2-ППУ-ПЭ ГОСТ 30732-2001 обозначается стальное изделие с внешним размером 76 мм, толщиной стенки 3,5 мм, усиленной ППУ изоляцией в оболочке из полиэтилена.

Заключение

Поскольку у предизолированных труб из-за небрежной доставки могут деформироваться внешние слои, их нужно перевозить на автомобилях с удлиненным прицепом. Использование неприспособленного транспорта приводит к повреждению теплоизоляционного слоя. На дно кузова рекомендуется положить деревянные бруски и принять меры по защите труб от раскатывания. Перевозка при температуре воздуха ниже 18 ⁰C запрещена. Подъем и опускание должны производиться специальными траверзами с мягкими полотенцами. Применение тросов и цепей исключается.