Статьи

Новак В. А., к.т.н., Директор ООО НВП «ВЛАДИПУР», г. Владимир
Тимофеева Е. П., Cпециалист ООО НВП «ВЛАДИПУР», г. Владимир

Сегодня проблема энергосбережения ставится все более остро, это связано с общемировой тенденцией удорожания энергоносителей. Вследствие этого во всех отраслях отдается предпочтение энергосберегающим технологиям. Не секрет, что значительную долю в общее количество теплопотерь вносят потери при транспортировке. В наибольшей мере это справедливо для России. Это связано с тем, что Россия является страной с самым высоким уровнем централизованного теплоснабжения в Европе, общая протяженность теплотрасс составляет около 260 тыс. км. Необходимо также учесть, что почти половина трубопроводов нуждается в ремонтах разного уровня сложности. Суммарные потери в тепловых сетях по статистическим данным достигают 30 % (около 80 млн. т условного топлива в год). Это колоссальные затраты, причем, если обратиться к опыту ряда европейских стран, количество потерь в России превышает аналогичные показатели в несколько раз. Одной из причин такой ситуации становится теплоизоляция трубопроводов, для которой используются неэффективные и быстроразрушающиеся при эксплуатации теплоизоляционные материалы на основе стекловаты.
Для уменьшения теплопотерь, связанных с плохой теплоизоляцией, наиболее эффективным является использование при строительстве тепловых сетей трубопроводов с пенополиуретановой изоляцией в полиэтиленовой оболочке типа «труба в трубе».
В качестве преимуществ такой технологии можно выделить:

• больший срок службы;
• снижение тепловых потерь;
• уменьшение капитальных расходов, а также затрат на эксплуатацию и ремонт;
• меньшие сроки строительства трубопроводов и др.

В статье рассмотрены физико-механические показатели пенополиуретановых жестких скорлуп ВЛАДИПУР^® и рассмотрена теплоизоляция трубопроводов с их помощью.

Производство и транспортировка скорлуп ППУ
Скорлупы представляют собой жесткие полуцилиндры или сегменты длиной около 1 м различного диаметра с замками в четверть по всему периметру скорлупы. Изделия получают в заводских условиях (это объясняется требованиями к производственному участку) методом формования, используя два жидких компонента ВЛАДИПУР А 3017/1П (полиол) и Б (полиизоцианат). Смесь компонентов в определенном соотношении, как правило, 100 к 130 по массе, выливают в нижнюю часть металлической пресс-формы (пресс-форма предварительно смазывается антиадгезионной смазкой) и закрывают крышку. Для заливки используют машины высокого или низкого давления. Скорлупы небольшого диаметра возможно заливать вручную, перемешивая компоненты с помощью механической мешалки. Через 15-20 мин вынимают готовую скорлупу (сегмент). Металлические пресс-формы различаются по размерам, в зависимости от необходимости получения того или иного диаметра скорлуп.
Пенополиуретановые скорлупы диаметром до 108 мм упаковывают в пакеты 1 × 1 × 1 м, изделия большего диаметра транспортируют россыпью. По условиям перевозки скорлупы диаметром до 620 мм изготавливают в виде полуцилиндров, а скорлупы диаметром 720 мм и более — из трех-четырех сегментов. Транспортируют скорлупы авто- и железнодорожным транспортом в контейнерах и вагонах.

Физико-механические свойства скорлуп ППУ ВЛАДИПУР^®
Выпускают скорлупы (сегменты) двух типов - с покрытием и без покрытия. В качестве покрытия используют стеклопластик, фольгу, крафтбумагу. Покрытия дополнительно защищают скорлупы от непогодных воздействий, в том числе и от воздействия ультрафиолетовых лучей, и придают изоляции улучшенный внешний вид. Скорлупы в разрезе имеют однородную пеноструктуру, состоящую из мелких закрытых ячеек. Такая структура обеспечивает низкий коэффициент теплопроводности (при вспенивании фреоном 141в) ≤0,025 Вт/мК, что значительно ниже средних значений указанного показателя для других изоляционных материалов, включая экструдированный пенополистирол. Однородная закрытая пеноструктура скорлуп обеспечивает им также низкое водопоглощение. Испытания, проведенные по определению водопоглощения скорлуп путем полного их погружения в воду с температурой 25 °С на сутки, 7 суток и 30 суток показали следующие значения водопоглощения – соответственно 0,09; 0,7 и 1,2 % от общего объема материала. Эти данные показывают, что скорлупы имеют незначительное водопоглощение даже в незащищенном (без покрытия) виде. Скорлупы обладают высокой механической прочностью – выдерживают нагрузку не менее 20 тонн на квадратный метр (обычно 30-35 тн). Скорлупы химически стойки к большинству строительных материалов (например, к битуму и растворителям), экологически безопасны. В таблице 1 приведены физико-механические свойства пенополиуретановых жестких скорлуп.
Физико-механические характеристики скорлуп ВЛАДИПУР^®:

Параметры	Значения
Кажущаяся плотность, кг/м3, не менее	50
Разрушающее напряжение при сжатии, кПа, не менее	200
Разрушающее напряжение при изгибе, кПа , не менее	300
Температура размягчения по Вика при нагрузке 10Н, °С, не менее	180
Коэффициент теплопроводности, Вт/м·К, не более	0,028

Необходимо обратить внимание, что особое значение для свойств скорлуп имеет так называемая технологическая корка (слой монолитного ПУ толщиной 0,1-1,5 мм, образующийся на внутренней и внешней поверхности скорлуп в процессе их формования). Толщина корки зависит от рецептуры компонентов и условий формования. Технологическая корка существенно увеличивает плотность ППУ, его физико-механические свойства и в 10-20 раз повышает гидроизоляционные свойства. При плотности сердцевины 50 кг/м3 общая плотность скорлупы равна 60 кг/м³.

Монтаж скорлуп (сегментов) на «тело» трубопровода
Скорлупы монтируют на тело стального трубопровода после предварительно выполненной антикоррозионной обработки. Крепление скорлуп на теле трубы является несложной технологической операцией и производится с помощью ПЭТ-ленты, проволоки, стяжек, хомутов и однокомпонентного клея Випол ПК 200 (производство НВП ВЛАДИПУР), отверждаемого влагой воздуха.
Монтаж скорлуп на тело трубы можно проводить в любое время года при сухой погоде. При монтаже скорлуп необходимо соблюдать следующие правила и последовательность:

• металл трубопровода должен быть защищен от коррозии (скорлупы не вызывают коррозии, но и не защищают трубопровод от коррозии);
• скорлупы должны тесно по пазам прилегать друг к другу, как в продольном, так и в поперечном направлении;
• скорлупы можно располагать на теле трубопровода по часовой стрелке 9-15 или 12-18 (это зависит от метода гидрозащиты стыков скорлуп);
• стяжки (хомуты) должны воспрепятствовать «ползучести» скорлуп вдоль трубы и их провисанию под силой тяжести. Необходимо соблюдать правило – чем больше диаметр скорлупы, тем должно быть больше стяжек;
• поперечные швы скорлуп желательно промазать однокомпонентным клеем Випол ПК 200 для дополнительной гидрозащиты.
• выполнить защиту скорлуп от внешнего воздействия.

Известно, что ППУ подвергается разрушению под действием ультрафиолетовых лучей со скоростью до 0,08 мм/год, проявляющемуся в охрупчивании поверхности скорлуп. Поэтому требуется защита скорлуп от ультрафиолетовых лучей, также необходима дополнительная гидрозащита от внешних осадков. При этом следует отметить, что скорлупы при наличии технологической корки довольно успешно противостоят проникновению влаги. Слабым звеном скорлуп являются стыки. Дождь, снег попадают в стыки и проникают внутрь скорлуп, а повышенная температура (за счет теплоносителя в трубопроводе) приводит к «кипячению» скорлупы в воде. Особенно это характерно для скорлуп, смонтированных по часовой стрелке 9-15. В скорлупах, смонтированных по стрелке 12-18, вода не накапливается внутри скорлуп, так как вытекает через нижний стык. Также вода, попадающая в стыки, может превращаться при знакопеременных температурах в лед и деформировать скорлупы (снег на изолированных скорлупами трубопроводах не тает).

Защита скорлуп от внешнего воздействия
Пенополиуретановые скорлупы подвержены внешнему воздействию, в связи с этим изделия необходимо защитить. Для этих целей проводится ряд мероприятий, таких как:

• «одевание» скорлупы в металлическую оболочку;
• использование для защиты от влаги и ультрафиолетовых лучей пропитанную стеклоткань или непропитанную стеклоткань с последующей ее обработкой полиуретановой мастикой-раствором типа Випол ПК 197 (производство НВП ВЛАДИПУР);
• пропыление стыков напыляемым ППУ ВЛАДИПУР 3017/ПН (корка);
• обработка поверхности скорлуп и стыков полимер-битумной мастикой;
• проармирование смонтированные скорлупы металлической сеткой с последующим нанесением цементно-песчаной штукатурки.

Все перечисленные способы используются на практике. Можно также использовать упрощенный метод:

• скорлупы монтируются по часовой стрелке 12-18 часов;
• поперечные стыки скорлуп промазываются клеем Випол ПК 200;
• изолируется верхний продольный стык лентой из пропитанной стеклоткани шириной равной ≥0,05 внешнего диаметра скорлупы. Можно предварительно на поверхность скорлуп нанести тонкий слой клея Випол ПК 200. Лента прижимается хомутами;
• изолируется поперечный стык скорлуп лентой из пропитанной стеклоткани длиной равной ≥0,3 и шириной ≥0,05 внешнего диаметра скорлуп. Ленту закрывается хомутом, имеющим ширину равную ≥½ ширины ленты.

Этот метод предотвращает попадание влаги внутрь скорлуп и в большей мере устраняет проблему охрупчивания поверхности скорлуп. Для придания красивого внешнего вида теплоизолированного скорлупами трубопровода его можно покрасить красками на основе ПВХ.

Эксплуатационные показатели скорлуп
Срок эксплуатации скорлуп зависит от условий эксплуатации и условий монтажа скорлуп. При отсутствии воздействия влаги срок службы скорлуп — не менее 10 лет. Максимальная температура эксплуатации – 120 °С. При длительном воздействии высоких температур (больше 100 °С) наблюдается потемнение пограничного слоя скорлуп, связанное с карбонизацией пеноструктуры. Изменение цвета не влияет на свойства скорлуп. Скорлупы допускают кратковременные воздействия более высоких температур (до 140-150 °С), но при условии, что скорлупы ранее подвергались длительному воздействию температур порядка 100-120 °С. При изоляции трубопроводов с температурой 120-150 °С необходимо трубу предварительно изолировать стеклотканью или слоем утеплителя на основе базальта. Далее монтируют скорлупы подобранного диаметра.

Преимущества и недостатки использования пенополиуретановых скорлуп
Преимущества использования скорлуп:

• возможность проведения теплоизоляционных работ на трубопроводе в течение всего года;
• высокая производительность теплоизоляционных работ (до 300 пог.м трубопровода за смену силами двух рабочих);
• стойкость к растворителям;
• экологическая безопасность;
• длительный срок службы (не менее 10 лет);
• возможность быстрого доступа к поврежденным участкам трубопровода;
• самый низкий (из известных материалов) коэффициент теплопроводности, что обеспечивает возможность применения тонкостенных скорлуп.

Недостатки использования скорлуп:

• относительно высокие транспортные расходы на единицу продукции. Поэтому сегменты невыгодно поставлять малыми партиями на большие расстояния;
• существует ограничение температуры эксплуатации скорлуп – максимальная температур 120 °С, допускается кратковременное воздействие температур до 140-150 °С. В связи с этим невозможно использовать скорлупы для изоляции паропроводов.

Выводы
Жесткие пенополиуретановые скорлупы ВЛАДИПУР^® с учетом срока их эксплуатации являются наиболее надежным и высокоэффективным теплоизоляционным материалом для наружных и проложенных внутри помещений теплопроводов с температурой до 120 °С, а также для холодильной техники, в том числе криогенной. Срок службы скорлуп, защищенных от попадания влаги, не менее 10 лет. Скорлупы можно монтировать на теле трубопровода в течение года. Снег на изолированном скорлупами теплопроводе не тает. Производят скорлупы на специализированных участках производительностью 10-20 пог.км/месяц. Транспортируют любым видом транспорта. Изделия выпускают с замками в четверть длиной 1 м, толщиной от 30 мм, диаметром от 17 до 1220 мм.
Технико-экономические показатели скорлуп ППУ делают практически непревзойденным материалом для теплоизоляции трубопроводов. Как уже говорилось выше, проблема энергосбережения становится все более актуальной. Затраты на производство, перевозку и монтаж окупаются значительной экономией энергоресурсов. Безусловно, сегодня существует ряд факторов, тормозящих процесс внедрения такой технологии теплоизоляции трубопроводов, однако объемы применения ППУ скорлуп неуклонно растут.