Изоляция — это элемент конструкции или материал который снижает передачу тепла окружающей среде. Изоляция стальных труб является основным методом увеличения срока эксплуатации трубопроводов, а так же способствует снижению теплоотдачи водопроводных и отопительных систем.
Стоит отметить тот факт, что трубы с изоляцией способны дольше сохранить свои эксплуатационные характеристики. Это особенно важно для внешних систем, которые наиболее подвергаются влиянию окружающих факторов.
Что касается теплоизоляции трубопрокатного сортамента из стали, то она дает возможность сохранить их от замерзания, предохраняет их от разрывов, а этим самым избегают аварийных проблем. Получается, что заблаговременно приобрести защиту существенно экономнее, чем заниматься экстренными ремонтными мероприятиями в зимнее время.
Все материалы для защиты производят в строгом соответствии к нормативным требованиям, и допускаются для установки в таких сетях:
- газовая и нефтяная;
- различные инженерные коммуникации;
- с повышенной влажностью в грунте;
- с низкими показателями температуры и частыми ее перепадами.
Изолированные стальные трубопрокатные материалы применяют в таких сферах:
- Водоподведение. Утепление таких горячих систем делают исходя не только из побуждений экономии, но и в целях безопасного использования.
- Обогревательная система. Такие сети теплоизоляция защищает от прорыва. Он может произойти из-за большого различия между внутренним и внешним показателями температуры.
- Дымоотводы. Производя теплоизоляцию дымохода, нужно брать для работы нетоксичные и термоустойчивые материалы. Потому, что температура перед топкой приблизительно -25 градусов и больше, а возле самой топки она поднимается больше 55 градусов.
Стоимость изоляционных материалов зависима от ее типа. Цена на них начинается с порога в 160 рублей для труб объемом на 5,7 см.
Покрытие из пенополиуретана (ППУ)
Стальная труба в ППУ изоляции используется для прокладки теплосетей бесканальным и наземным способом. ППУ изоляция изготавливается путем новейших технологий и материалов высокого качества.
Пенополиуретан (ППУ) создают их пары экологически безвредных компонентов. Это Воратек CD 100 и Изолан-345. Отличительная характеристика данного продукта – это высокие (на 97%) теплоизоляционные свойства.
В равнении с минеральной ватой, которую используют очень часто, пенополиуретан теряет меньше тепла. При обычной влажности коэффициент проводимости тепла ППУ намного ниже, чем у минеральной ваты.
Если рассмотреть преимущества ППУ, то они такие:
- Температура, при которой можно использовать от 85 до 135 градусов.
- Длительный период использования (до тридцати лет).
- Свойства теплоизоляции до 97 – 98%.
- Снижение расходов на монтаж теплотрассы.
- Сниженные затраты на ремонтные работы водопроводной сети.
- Возможность использования в разных климатических условиях.
- Легкость определения аварийного участка.
И самое важное достоинство – это то, что пенополиуретан не оказывает вредного влияния на окружающую среду. Так же при этом уменьшаются утечки рабочей среды, потому, что повышается дополнительная антикоррозийная защита.
- Толщина стенок стальных труб и высоту поверхностного покрытия из ППУ на фирмах, продающих данные товары, корректируют в соответствии пожеланиям заказчиков.
- Видео: изоляция труб, сравнение видов
Теплоизоляция труб: сравнение видовДлина стальных вариантов в теплоизоляции отвечает специфике изготовителя и имеет косвенную связь с объемом. Трубы из стали, которые ставят в теплосети, объемом до 10,8 см в длину составляют 10 метров. Изделия объемом от 13,3 до 72 см отличаются нестандартной длиной, это от 114 до 118 см.
На сегодняшний день варианты с применением ППУ изоляции признаны наиболее современным и эффективным видом решения в сфере сокращения затрат энергии и защиты трубопрокатных материалов от агрессивного влияния окружения.
Трубы стальные в пенополиуретановой изоляции используют для строительства различных теплотрасс. Нормы при изготовлении определяет ГОСТ 30732-2006.
Рассмотрим их технические особенности:
- Показатель плотности не меньше 60.
- Прочность при сжатии не менее 0,3.
- Поглощение воды при полтора часовом кипячении не больше 10.
- При температуре +50 градусов проводимость тепла не больше 0,033.
Такие варианты подходят для следующих параметров носителя тепла:
- Рабочее давление в пределах 1,5 МПа.
- Температура носителя тепла не выше 140 градусов.
Главные достоинства изделий с ППУ:
- Длительное время использования, больше 30 лет.
- Уменьшение потерь тепла.
- Возможность работы при высокой температуре.
- Уменьшение растрат на использование теплосетей в 10 раз.
Ленточная защита
Усиленная изоляция стальных труб по госту относится к 9.602-89. Такая защита на ленточной основе из полимера эффективно справляется со своей функции на внешней поверхности.
Такое утепление наносят посредством наматывания ленты методом нахлеста. Выполняют это после грунтовки битумно-полимерным слоем.
К такому внешнему утеплению ставят целый список требований:
- Высоконадежная и постоянная адгезия к стальным трубопрокатам.
- Высокий уровень механических характеристик.
- Устойчивость к ультрафиолету.
- Большой показатель диэлектрических возможностей.
- Устойчивость к катодным отслаиваниям.
Усиленная защита, основанная на этих лентах, имеет такие преимущества:
- технологичность;
- высокая защищенность.
Видео: теплоизоляция трубопроводов
Толщина покрытия в данном случае составляет не меньше 0,18 см для трубы объемом от 5,7 до 53 см.
Она отличается высоким качеством, и позволяет предотвратить внешние коррозийные образования и возможность механических повреждений. Так же позволяет использовать стальные трубопроводы в местах большой влажности и в обширном диапазоне температурных показателей.
Такое усиленное покрытие стало самым распространенным видом изоляции. В данное время очень часто берут в работу прилипающие ленты из полиэтилена, которые способны создать долговременный уровень защищенности стальным трубам.
Трубы с такой оболочкой обширно используют при прокладке магистралей коммунального назначения (водоподводящих систем, ливневых сливов). Также такие материалы можно встретить в магистралях нефтепромыслов.
Весьма усиленная изоляция (ВУС)
Труба стальная в изоляции ВУС используется для прокладки газового и нефтяного трубопровода и обогревательных систем.
Весьма усиленная изоляция (ВУС) производится по ГОСТ стандартам и расширяет границы использования трубопровода из стали. Она повышает уровень его надежности и длительность срока использования. Такие изделия не теряют свои свойства даже в неблагоприятных условиях.
Данная защита является одним из вариантов сохранить сеть от воздействия агрессивной химической среды и коррозийных образований.
Производят ВУС посредством плоскощелевой экструзии. Защитной прослойкой служит экструдированный полиэтилен.
Видео: внутренняя изоляция (ВУС) стальных трубопрокатов
внутренняя изоляция стальных трубМеталлопрокат из стали укрывают двойным или тройным уровнем оболочки, которая состоит из таких компонентов:
- Первичная прослойка – это грунтовка, которая заполняет мелкие трещинки.
- Промежуточная прослойка состоит из адгезивного клеевого состава. Он служит для скрепления праймера и создания внешнего покрытия.
- Завершающий слой этой изоляции – это нанесение эструдера. Он позволяет равномерно распределить защищающий слой по поверхностной части.
Преимущества ВУС:
- Срок использования трубопроводов становиться больше и составляет полвека.
- Абсолютная экологическая безвредность.
- Уменьшение потерь тепла до тридцати процентов.
- Легкая переносимость температурных перепадов.
- Внушительный срок работы без аварий, а соответственно экономия на ремонтных мероприятиях.
- Их можно использовать для подводной установки.
- Эксплуатировать такие изделия можно при температуре от -25 до +65 градусов.
- Устойчивость к механическим влияниям.
- Высокие водоотталкивающие характеристики металлопроката.
Пенополимерминеральная (ППМ) защита
Стальные трубы с ППМ изоляцией являются монолитной конструкцией, которая по сечению имеет переменный показатель плотности. Эта структура характеризуется высоким качеством и мономерностью слоя теплоизоляции, который не имеет пустот и ржавых образований.
Применяют изделия с пенополимерминеральной изоляцией в магистралях под землей и над ней. Стальные трубы под такой изоляцией находятся под тремя такими слоями:
- Антикоррозийным, который защищает от коррозии.
- Теплоизоляционным. Он является пористым, и его толщь зависит от климатических особенностей конкретного региона.
- Механическая и гидрозащита. Этот слой придает сооружению прочность и защищает от воздействия влаги.
Преимущества их очевидны, это:
- Не нужно дополнительно защищать систему от коррозии и влаги. Такие материалы герметичны на сто процентов.
- Изделия в ППМ изоляции не боятся механических повреждений.
- Устойчивость к воздействию влаги.
Изготовления трубопрокатного сортамента в ППМ изоляции успешно решает такие проблемы:
- Уменьшает срок, затраченный на строительство.
- Исключает теплопотери в большом объеме, даже при условии распада внешнего слоя.
- Не меняется паропроницаемость и увлажнение не становится больше. А это дает возможность сэкономить средства обслуживание сооружения.
- Длительный срок использования, это больше тридцати лет. Данный период использования достигается благодаря химическим реакциям наполнителя и полиизоцианата.
Внутренняя изоляция трубопроводов из стали
Внутренняя изоляция труб из стали широко применяется в различных трубопроводных магистралях. Внушительные прочностные показатели трубопрокатов с внутренней изоляцией решают такой недостаток, который существует у всех металлических изделий — подверженность коррозийным процессам.
Покрытие внутри решает одновременно две задачи: защищает стальные трубопрокаты от коррозийных образований и снижает гидро сопротивления.
Материалы, используемые для внутреннего покрытия, отличаются гладкостью поверхности, при этом уменьшаются потери на трение в середине системы. Наиболее перспективное из используемых вариантов – это эпоксидное.
Также часто применяют цементно — песчаную смесь с невысоким водоцементным взаимоотношением. На поверхность этот состав наносят центросбережным методом. Благодаря такой технологии получается однородный слой и нужная плотность.
Слой, который выходит в результате, имеет толщину от 0,4 до 1,6 см. Он хорошо защищает металл от внешнего влияния. Под таким защитным слоем металл пассивируется, так действует раствор гидроокиси кальция, который создается при гидрационном процессе цемента.
Самоклеящаяся теплоизоляция для труб Energoflex® Super SKПленка, которая образуется на верхнем слое металлического изделия, является водонепроницаемой для влаги. Также при этом происходит закупорка микротрещин.
Защита ЦПИ представляет собою не только антикоррозийное покрытие. Отсутствие ржавых проявлений на трубе обеспечивает ее невысокую шероховатость в середине. Кроме этого гелевый слой уменьшает трение жидкости при стальной поверхности и снижает обрастание изнутри.
Даже появление на верхней части ржавчины не снижает эксплуатационных характеристик магистрали, и они имеют возможность продлить срок своей службы на несколько десятилетий.
Изоляция стальных труб, которую проводят современными материалами, эффективно защищает трубопроводные системы. Они дают возможность свести к минимуму потери тепла и увеличить срок эксплуатации трубопроводной системы. За счет этого становятся ниже затраты на носитель энергии и, соответственно, снижаются расходы на его оплату.
Сравнительный анализ ППУ и ППМ изоляции трубопроводов
На страницах профильных журналов и конференциях продолжается дискуссия о двух применяемых в настоящее время технологиях прокладки тепловых сетей с использованием трубопроводов в заводской пенополиуретановой (ППУ) изоляции с защитной оболочкой и пенополимерминеральной (ППМ) изоляции. В ряде статей и на Интернет-сайтах производителей приводятся аргументы о предпочтительности ППМ изоляции, обладающей всеми положительными качествами ППУ изоляции, но имеющей ряд технологических особенностей. Хотелось бы продолжить дискуссию и проанализировать опубликованные данные.
Основу как ППУ изоляции, так и ППМ изоляции составляет пенополиуретан. В той и другой изоляции пена образует 3 слоя: внешний и внутренний корковые с большей плотностью, чем средний – теплоизоляционный. Разница – в количестве пены и разнице слоев по плотности. ППМ изоляция состоит на 90% из пены повышенной плотности и около 10% — наполнителя (по объему).
Основные достоинства ППМ, как это описывают его сторонники, – высокая механическая прочность, хорошие теплоизоляционные свойства (сопоставимый с ППУ коэффициент теплопроводности), паропроницаемость и низкое водопоглощение [2].
ППМ изоляция, имея более высокую механическую прочность, в тоже время менее стойка к повреждениям, чем ППУ в полиэтиленовой (ПЭ) оболочке, что отмечается в статье [3], при этом делается вывод об одинаковой защищенности обоих типов изоляции от повреждений.
И как подтверждение этого в технических условиях изготовителей требования к осторожному обращению с трубами ППМ аналогичны требованиям для труб ППУ. В руководящем документе завода «Пенополимер» 012.РД-001.
000 этот раздел практически повторяет соответствующие разделы руководств производителей труб в ППУ изоляции.
Сравнение ППУ и ППМ по теплоизоляционным свойствам однозначно не в пользу ППМ. По данным [4] для ППУ коэффициент теплопроводности составляет 0.024-0.033 Вт/мК, а для ППМ– 0.044. В ТУ изготовителей указываются величины 0.043-0.047. В статье [3] – 0.041. Сошлемся на статью [2], приведя рисунок, описывающий структуру ППМ (рис.1).
Как мы видим, значение 0.041 относится только к внутреннему теплоизоляционному слою. Но тепловые потери будут определяться также внутренним и внешним корковыми слоями, т. е. суммарной тепловой изоляцией. Для определения коэффициента теплопроводности корковых слоев обратимся к опубликованным данным.
В статье [5] приводятся данные о теплоизоляционных свойствах ППМ при различной плотности. Учитывая влияние корковых слоев (внутренний толщиной 12мм с λ=0.045 и наружный толщиной 8мм с λ=0.07 – все данные взяты из статьи [5]), интегральный коэффициент для изоляции толщиной 50 мм составит не менее 0.044 Вт/мК.
Если взять λ для среднего слоя по [2], то интегральное значение составит 0.048. Это означает, что для одинаковой толщины тепловые потери ППМ изоляции в 1.5 раза больше, чем в ППУ. Как правильно указано в [3], тепловые потери определяются не только коэффициентом теплопроводности, но и толщиной изоляции.
В случае ППМ для получения одинаковых тепловых потерь необходимо пропорционально увеличивать толщину изоляции.
Однако, если посмотреть на толщины изоляции, указанные в ТУ заводов –изготовителей ППМ, то лишь на диаметрах труб, меньших 100мм, есть превышение толщины ППМ на 15-30% перед толщиной изоляции ППУ по ГОСТ 30732-2006, а начиная с диаметра 273мм, толщина ППМ меньше толщины ППУ в среднем на 15%. Соответственно и тепловые потери в ППМ на средних и больших диаметрах будут значительно выше.
Следующее важное преимущество ППМ в изложении его сторонников – паропроницаемость и низкое водопоглощение [2,3]. В статье [3] отмечается, что «Водопоглощение при одних и тех же условиях у ППМ в 20 раз меньше, чем у ППУ.
При таких значениях водопоглощения наличие гидроизоляционного слоя не требуется — вся конструкция целиком защищает материал изоляции и наружную поверхность трубы от проникновения влаги». Низкое водопоглощение нормируется в большинстве ТУ на ППМ на уровне не более 1.5% по массе или 0.5% по объему.
Испытания на водопоглощение производились путем погружения образцов в воду на 24 часа при 20 °С. Паропроницаемость этой изоляции связывается с возможностью высыхания увлажненной ППМ изоляции [3]. Вопрос о высыхании в свое время был исследован в работе [6]. Эксперименты проводились в установке (см. рис.2, взятый из работы [6]). Образцы ППМ плотностью 300 кг/куб.
м, предварительно увлажненные до 12%, затем помещались в установку, где производился нагрев торцов образцов при Т=70-90 °С (левых на рисунке), а противоположные торцы были обращены в климатическую камеру с температурой 25 °С. Через 6 суток достигалось снижение влажности до 1-3%.
Результаты понятные, снижение влажности в образцах достигалось за счет диффузии водяных паров через объем образцов в климатическую камеру. Но условия, смоделированные в экспериментах, не имеют ничего общего с работой бесканальной тепловой сети во влажном грунте.
Если влажность грунта выше влажности изоляции, то, как будет происходить процесс высыхания? К этому можно добавить, что разводящие (вторичные) сети с мая по сентябрь отключены. То, что высыхание ППМ не происходит, подтверждает и информация, приведенная в статьях [2,6].
В статье [2] приведена влажность образцов, взятых при обследовании теплосети д89мм, находившейся в эксплуатации 6 лет в г. Рязань, — 3.1%. В статье [6] приводятся данные по массовой влажности образцов ППМ, взятые из актов осмотра распределитель-ных сетей в ППМ изоляции в Санкт-Петербурге – влажность среднего слоя составила 4.7% через 4 года эксплуатации, внешнего слоя – 11.
5%, прилегающего к стальной трубе слоя – 3% при влагосодержании грунта 18%. Судя по этим результатам, гипотеза о высыхании изоляции в случае бесканальной прокладки ППМ не подтвердилась. Вообще, сам термин паропроницаемость относится к переносу водяных паров через теплоизо-ляционный материал за счет градиента концентрации (от большей к меньшей).
Как может осуществляться этот перенос влаги из ППМ изоляции с меньшей концентрацией в грунт с большей влажностью, непонятно. Если сравнивать водопоглощение ППУ и ППМ, то ввиду похожей структуры (доля закрытых ячеек около 90%), эти величины должны быть сравнимы.
Для сопоставления водопоглощения ППУ и ППМ по методике, указанной в ТУ на ППМ, нами были проведены соответствующие испытания образцов ППУ изоляции и получены величины водопоглощения 0.5- 1.1% (по объему) для плотности ППУ 110-75 кг/куб.м. В образцах ППМ, взятых из работающих теплотрасс [6], указывают на низкую влажность изоляции вблизи стальной трубы -3% по массе и менее.
Для иллюстрации того факта, что ППУ имеет сравнимое водопоглощение, можно сослаться на работу шведских ученых [7], которые для эксперимента на одной из теплотрасс д150/280 закопали 2 участка ППУ изоляции длиной по 1м без внешней оболочки (см. рис.3).
После 4-х лет эксплуатации трассы в условиях высоких грунтовых вод (частый подъем воды выше уровня труб), влажность образцов, взятых около стальной трубы, не превысила 2% по массе. Мы видим, что свойство водопоглощения обоих видов изоляции имеет аналогичные величины и при отсутствии гидрозащитной оболочки имеет место постепенное увлажнение изоляции при бесканальной прокладке. Увлажнение ППМ изоляции с учетом срока службы (25-30 лет) приводит к росту коэффициента теплопро-водности и, соответственно, тепловых потерь. Учет этого фактора по методике МДС 41-7.2004 [8] дает увеличение коэффициента теплопроводности для ППМ в конце срока службы на 16% по сравнению с начальной величиной. Очевидно, преимущества ППМ изоляции, связанные с паропроницаемостью и низким водопоглощением, сохранением теплоизолирующих свойств, очень сильно преувеличены.
В связи с намоканием ППМ изоляции необходимо обратить внимание на следующий аспект этой проблемы. При изоляции стыков на трубах в ППМ уязвимыми местами с точки зрения проникновения влаги к стальной трубе являются границы заводской изоляции и изоляции стыков.
В ранее упомянутых шведских экспериментах с ППУ изоляцией было показано [7], что эта граница часто служит каналом быстрого переноса влаги к стальной трубе. Заливка стыков на трассе с ППМ изоляцией не может обеспечить необходимую монолитность и водонепроницаемость этой границы, а, значит, в этих местах влага может проникать к несущей трубе.
В случае труб в ППУ изоляции проверка герметичности установки муфт при изоляции стыков является обязательным требованием в соответствии с п.4.22 ГОСТ 30732-2006.
К достоинствам ППМ изоляции относят простоту монтажа и ремонтопригодность. Если обратиться к РД завода «Пенополимер», набор работ и условия монтажа практичес-ки одинаковые для ППМ и ППУ изоляции за некоторым исключением.
Монтаж стыковых соединений представляется более сложным и с большими ограничениями, чем на трубах с ППУ изоляцией — при температуре ниже +15° следует прогреть опалубку до 40°С, смешивание 3-х компонентов ручной дрелью занимает время, большее чем перемешивание двух компонентов ППУ.
Удаление ППМ изоляции на торцах труб (как указано в инструкции завода «Пенополимер») представляется трудоемкой задачей ввиду прочности ППМ и не упрощает изоляцию стыковых соединений. При сравнении ППМ и ППУ часто указывается более высокая ремонтопригодность ППМ – замена 0.5м изоляции ППМ вместо замены целой трубы 10м в ППУ изоляции.
На практике имеющийся опыт строительства тепловых сетей в ППУ изоляции показывает, что ремонт повреждений определяется характером и размерами повреждений и может носить как косметический характер (ремонт малых повреждений оболочки и изоляции), так и предусматривать замену изоляции протяженных участков в случае ее намокания или обширных повреждений. В любом случае ремонта критерий объема – это удаление поврежденной (намокшей) изоляции и восстановление целостности оболочки с обеспечением параметров, требуемых нормативными документами.
К одному из «достоинств» труб в ППМ изоляции его сторонники относят отсутствие системы дистанционного контроля. В статье [3] приводится интересная аргументация – «наличие систем контроля – это не достоинство труб ППУ, а необходимость из-за герметичности внешней оболочки».
А в трубах с ППМ «влага из изоляции удаляется задолго до разрушения материала и контроль за увлажнением не требуется». Как происходит «высыхание» изоляции, мы уже выше рассматривали – практика подтвердила, что увлажнение ППМ имеет место, но оно происходит бесконтрольно.
Влага из грунта, сетевая вода из возможных дефектов в стальных трубах и сварных швах проникают в изоляцию, ухудшают ее теплоизоляционные свойства и могут со временем вызывать коррозию несущей трубы и серьезные утечки.
Опыт показал, что именно бесконтрольность работы тепловых сетей при традиционных типах изоляции приводит к многочисленным авариям с тяжелыми последствиями и к серьезным экономическим потерям, в т.ч. и на трубопроводах в армопенобетоне, предыдущем аналоге ППМ изоляции.
В трубах в ППУ изоляции появление даже малых утечек из трубы может быть обнаружено и выполнен ремонт на ранней стадии.
Применяемая в трубах с ППУ изоляцией система контроля основана на простых физических принципах (измерение электрического сопротивления между сигнальным проводником и стальной трубой) и использует приборы широкого применения, в ее работе несложно разобраться любому специалисту КиПа. Стоимость системы не превышает единиц процентов от стоимости изолированных трубопроводов.
В России в настоящее время накоплен значительный опыт эксплуатации систем контроля [9]. Именно эта система резко повышает надежность эксплуатации тепловых сетей, своевременно сигнализируя о появлении повреждений, особенно при использовании в варианте с диспетчеризацией. Благодаря наличию системы контроля эксплуатирующая организация имеет также информацию о качестве труб, их монтажа и изоляции стыков, чего нет в ППМ изоляции. Реальная статистика, полученная при 15-летней эксплуатации магистральных сетей Москвы в ППУ изоляции с системой контроля, свидетельствует о снижении повреждаемости стального трубопровода более, чем в 20 раз по сравнению с канальной прокладкой того же срока службы [9,10].
Часто к преимуществам труб в ППМ изоляции относят их меньшую стоимость по сравнению с ППУ. При этом не говорится о том, что для получения необходимой плотности требуется в 2 раза больше компонентов пены, чем для ППУ изоляции.
Учитывая, что доля ПЭ оболочки в стоимости материалов менее 50%, нетрудно понять, что ППМ изоляция не может быть дешевле ППУ. В [3] сделан вывод о практически одинаковой стоимости строительства теплосетей для обоих видов изоляции.
Необходимо отметить, что эти оценки сделаны для толщин ППМ изоляции, которые имеют большие тепловые потери по сравнению с ППУ изоляцией и потребуют больших эксплуатационных расходов.
При выборе того или иного типа изоляции теплоснабжающая компания, исходя из целей обеспечения надежности и экономичности теплоснабжения, должна ориентировать-ся на такие критерии, как теплоизоляционные показатели и их изменение в процессе эксплуатации, появление повреждений трубопровода и изоляции и их своевременное обнаружение и устранение. Вышеприведенный анализ показывает, что с этих точек зрения трубы в ППМ изоляции трудно рассматривать как эффективную и перспективную технологию, которая может обеспечить реальное энергосбережение и надежность эксплуатации тепловых сетей, особенно в случае бесканальной прокладки.
Список литературы
1. Умеркин Г.Х. Конструкция теплопроводов в пенополимерминеральной изоляции. Новости теплоснабжения №4 (апрель) 2001 г., с.18-19. 2. Мишин М.Е. Трубы в ППМ изоляции – современный способ строительства тепловых сетей. Новости теплоснабжения №3(март) 2010 г., с.34-37. 3. Силаев Д.А. ППУ и ППМ изоляции. Взгляд с другой стороны. Новости теплоснабжения №7(июль) 2009 г., с.32-36. 4. Новиков И.Е.Особенности прокладки трубопроводов тепловых сетей в России – сегодняшние тенденции в повышении надежности теплоснабжения. — Новости теплоснабжения №6 (июнь) 2011 г., с.42-45. 5. Мишина А.М., Кулешов А.С., Силаев Д.А. Теплоизоляционные свойства пенополимерминеральной изоляции. — Новости теплоснабжения №6 (июнь) 2008 г., с.45. 6.Умеркин Г.Х. Исследование процессов высыхания пенополимерминеральной теплогидроизоляции. Новости теплоснабжения №11(ноябрь) 2005 г., с.45-46. 7.Sallberg S.-E., Nilsson S., Bergstrom G. Leakage ways for ground-water in PUR-foam.10th Intern.Simposium on District Heating and Cooling 3-5 Sept.2006, Hannover, Germany. 8. Методика оценки влияния влажности на эффективность тепловой изоляции оборудования и трубопроводов. МДС 41-7.2004. 9. Кашинский В.И., Липовских В.М., Ротмистров Я.Г. Опыт эксплуатации трубопроводов в пенополиуретановой изоляции в ОАО «Московская теплосетевая компания» Теплоэнергетика, №7 2007, с.28-30. 10. Поляков В.А. Трубопроводы с ППУ: надежно и экономично. — Коммунальный комплекс России, №3-4 (57-58) 2009, с.56-58. Рис.1.Конструкция ППМ изоляции (статья Мишина). Рис.2. Схема разрезной неизотермической колонки. 1- Нагреватель (70-90 °С); 2 – образец ППМ; 3 — климатическая камера (25°С); 4 — теплоизоляционный слой; 5 — металлический лист.
Сравнительный анализ ППУ и ППМ изоляции
Эффективная защита труб от негативных факторов окружающей среды — задача достаточно актуальная.
С одной стороны, на данном рынке существует множество конкурирующих между собой технологий, большая часть из которых показывает незавидную эффективность (если говорить об их массовом применении).
Но и большинство традиционных материалов являются морально устаревшими и уже не соответствуют тем требованиям, которые предъявляют в наши дни к качеству.
Между тем, Российская промышленность уже давно освоила производство современных, эффективных и доступных материалов, в числе коих доминируют ППУ (пенополиуретан) и ППМ (пенополимерминерал).
Пенополиуретан или ППУ является неплавкой термореактивной пластмассой, имеющей ярко выраженную ячеистую структуру и уникальные физико-химическими свойства, благодаря чему он обладает высочайшими эксплуатационными характеристиками.
Попросту говоря, это, по сути, вспененный пластик, который не подвергается гниению и разложению и подходит для использования в качестве утеплителя. Структура его такова, что всего лишь 3% объёма составляет твёрдый материал, который образует каркас.
Всё остальное — это поры, которые заполнены фторхлорметаном, представляющим собой газ с низким коэффициентом теплопроводности.
Система ППУ является двухкомпонентной, и собственно сам вспененный пенополиуретан образуется в процессе реакции поликонденсации изоционатов с полиолами — после смешивания двух жидких частей: компонента «А» — «полиол», который успешно изготавливается многими отечественными предприятиями, и компонента «Б» — «полиизоцианат», который увы в России не производится (из-за запретов на законодательном уровне), и экспортируется к нам исключительно из-за границы (преимущественно из Европы, Японии и Южной Кореи), что делает его цену крайне нестабильной из-за постоянно плавающего курса рубля.
Этот материал пытались получить в тридцатые годы прошлого века в Соединенных Штатах Америки. Тем не менее впервые пенополиуретан появился в Германии в 1937 году. Он был синтезирован известным немецким химиком и промышленником Отто Байером, который и начал его производить впервые в промышленных масштабах.
ППУ быстро получил распространение в США, Канаде и западноевропейских странах в качестве теплоизоляции, используемой в строительной отрасли. В России этот материал был не так распространён и до недавнего времени применялся лишь в ВПК, а также для решения каких-либо узких задач, к примеру, для теплоизоляции холодильных камер.
Только последние пару десятков лет ППУ занял своё место среди теплоизолирующих материалов.
Пенополимерминеральная изоляция — ППМ представляет собой тепловую изоляцию на основе вспененного полимера и минерального наполнителя. Основные компоненты ППМ изоляции — это, как правило, пенополиуретан (ППУ) и введённый в него для придания механической прочности минеральный наполнитель, в качестве которого как правило выступает песок, зола или другие материалы.
Не так давно ППМ начал активно использоваться в качестве теплоизоляционного материала при изготовлении труб в ППМ изоляции. В целом изоляция ППМИ труб является крайне недорогим методом, о чем не скрывая заявляют производители стальных труб в ППМ изоляции. И с этим сложно поспорить.
Стоимость изготовления и монтажа сравнительно мала, пенополимерминеральные трубы прокладывать значительно легче, чем, к примеру, ППУ-ПЭ. При изготовлении отсутствует необходимость монтажа системы ОДК, а затем контроля над ней.
Не нужно обучать монтажников методикам дистанционной диагностики, оборудовать коверы системы ОДК, нет необходимости тестировать провода — смонтировал и забыл, о чем ещё можно мечтать эксплуатирующим теплотрассы муниципальным предприятиям!?
Получается, что цена ППМ изоляции действительно низкая, однако рассмотрим сравнение технических характеристик ППМ и ППУ подробнее:
Базу как ППМ изоляции, так и ППУ изоляции составляет пенополиуретан. В обоих случаях изоляция образует 3 слоя: внешний и внутренний корковые с большей плотностью, чем средний — теплоизоляционный. Разница — в количестве материала и разнице слоев по плотности. ППМи на 90% состоит из пены повышенной плотности и ориентировочно 10% — наполнителя (по объему).
Основные достоинства ППМ, — высокая механическая прочность, хорошие теплоизоляционные свойства (сопоставимый с ППУ коэффициент теплопроводности), паропроницаемость и низкое водопоглощение.
ППМи, имея более высокую механическую прочность, в то же время менее стойка к повреждениям, чем ППУ в полиэтиленовой (ПЭ) оболочке, при этом делается вывод об одинаковой защищенности обоих типов изоляции от повреждений.
И как подтверждение этого в технических условиях изготовителей требования к осторожному обращению с трубами ППМ аналогичны требованиям для труб ППУ.
Вопреки всей своей схожести, они обладают различными физико-химическими свойствами, исходя из этого вопрос оптимального выбора не так прост, как может показаться.
Одной из основных характеристик сравниваемых типов теплоизоляций является — Теплопроводность. Единица измерения: Вт/мС (при температуре 50°C).
ППУ — изоляция чуть лучше препятствует потере тепла (ее показатель — 0,033Вт/мК против 0,047Вт/мК у ППМ). В случае ППМи для получения одинаковых тепловых потерь необходимо пропорционально увеличивать толщину изоляции.
Тем самым ППУ имеет небольшое преимущество при прокладке труб в коммунальной сфере, где подобные расходы напрямую сказываются на экономической эффективности, однако в данном преимуществе есть «но», для предварительно изолированных ППУ-труб в заводской полиэтиленовой оболочке требуется качественная изоляция стыков с использованием термоусаживающихся муфт или лент. Если этим пренебречь, то ППУ-изоляция будет набирать влагу, и все теплозащитные свойства будут резко снижаться, а также начнутся коррозийные процессы на теле трубы, которые протекают очень стремительно при высоких температурах теплоносителя.
Следующим параметром является плотность. Показатель, от которого зависит вес готовых изделий, удобство монтажа и требования к среде, в которой будет находиться труба.
Для этого обратимся к результатам лабораторных испытаний, представленным компанией BASF на ежегодной международной конференции «Тепло России» в 2010 году в Санкт-Петербурге.
- ППУ, заливочная плотность не менее 60 кг/м3.
- ППМ, заливочная плотность 200-260 кг/м3, доля песка по массе 41,3%.
- При такой плотности прочность ППМ при сжатии практически втрое превосходит ППУ, что гарантирует существенное снижение затрат на эксплуатацию и установку.
- Термостойкость, здесь можно констатировать примерный паритет обоих материалов, сохраняющих гарантированную работоспособность трубы при температурах до 150°.
- Следующей довольно важной характеристикой является — водопоглощение.
Здесь у ППМ крайне важное преимущество это его паропроницаемость и низкое водопоглощение, отмечается: «Водопоглощение при одних и тех же условиях у ППМи в 20 раз меньше, чем у ППУ.
При таких значениях наличие гидроизоляционного слоя не требуется — вся конструкция целиком защищает материал изоляции и наружную поверхность трубы от проникновения влаги». Низкое водопоглощение нормируется в большинстве ТУ на ППМи на уровне не более 1,5% по массе или 0,5% по объему.
Испытания на водопоглощение производились путем погружения образцов в воду на 24 часа при 20°c. Паропроницаемость этой изоляции связывается с возможностью высыхания увлажненной ППМ изоляции. Вопрос о высыхании в свое время был исследован в работе Умеркина Г.Х.
«Исследования процессов высыхания пено-полимерминеральной теплогидроизоляции». ППУ — изоляция при условии качественной изоляции стыков так же практически не впитывает воду и является замечательной защитой как от атмосферной, так и от грунтовой влаги.
Предел прочности при сжатии и изгибе, здесь ППМи оказывается более предпочтительной (0,4), чем пенополиуретан (1,2-1,7), но с рядом существенных оговорок.
Во-первых, оба значения полностью укладываются в нормы, прописанные в СНиПе и ГОСТе. Во-вторых, следует учитывать тот факт, что трубы относятся к той категории технических изделий, которые практически не демонтируются.
В-третьих, даже 0,4 МПа на практике оказываются вполне достаточными для эффективной работы.
Толщина изоляционного слоя при Ø 273 мм у ППМи-43 мм., а ППУ-57 мм.
Кроме всего прочего стоит обратить внимание на то, как выглядит изоляция ППМ стыков, ведь как утверждают изготовители труб в ППМи — это одно из их главных преимуществ перед ППУ-трубопроводами в заводской оболочке. Подумать только, стоимость заделки стыка в 3 раза дешевле стыка ППУ-трубы. Вряд ли можно придумать что-то более дешевое.
В подведение итога хотелось бы сказать, действительно выбор типа изоляции между пенополиуретановой и пенополимерминеральной — вопрос сложный, и неоднозначный оба типа изоляции (с наружным гидроизоляционным слоем и безоболочная) рекомендованы СНиП 41-02-2003 «Тепловые сети».
Но тем не менее, при выборе того или иного типа изоляции теплоснабжающая компания, исходя из целей обеспечения надежности и экономичности теплоснабжения, должна учитывать такие критерии, как теплоизоляционные показатели и их изменение в процессе эксплуатации, появление повреждений трубопровода и изоляции и их своевременное обнаружение и устранение. Вышеприведенный анализ показывает, что трудно однозначно рассматривать ППМи либо ППУ как эффективную и перспективную технологию, которая может обеспечить реальное энергосбережение и надежность эксплуатации тепловых сетей, особенно в случае без канальной прокладки. На практике картина может существенно отличаться. Качество заводского изготовления теплопроводов как в ППУ, так и в ППМ изоляции может быть и хорошим, и плохим. То же относится и к качеству монтажа. Однако, трудоемкость и степень сложности монтажа разные. Имеет значение и необходимость или же её отсутствие, в системе ОДК. Возможно, с учетом данных обстоятельств, теплоснабжающие организации все чаще предпочитают ППМ изоляцию, но, не по всем диаметрам. По нашим наблюдениям в теплоснабжающих организациях на сегодня сложилась следующая практика: магистральные сети укладываются в ППУ изоляции, а распределительные сети — в ППМи.
Загрузка...
