М.Е. Мишин, Трубы в ППМ изоляции - современный способ строительства тепловых сетей. Трубы в ппм изоляции

Основной функцией тепловых сетей является доставка к потребителям горячего теплоносителя с минимальными температурными потерями. Обеспечить выполнение непростой задачи помогает надежная теплоизоляция труб в момент их укладки в проектное положение. Данный этап значительно осложняет монтажные работы и значительно увеличивает сроки прокладки теплотрасс. Появившиеся сравнительно недавно т рубы в изоляции ППМ помогли избавиться от многих проблем при сооружении сетей, подающих тепло в дома граждан, а также на промышленные и административные объекты.

Сегодня нанесение пенополимерминерального защитного покрытия производится в промышленных условиях, что отражается на качестве утепления и быстроте укладки трубопроводов большой протяженности. Стыки и поврежденные участки обрабатываются непосредственно на площадке строительства.

Чем привлекательны трубы в ППМ изоляции

Сравнивая традиционную защиту тепловых сетей минераловатными материалами с ППМИ, можно отметить ряд преимуществ:

мономерность защитной оболочки – толщина изоляции остается постоянной по всей длине;
высокие показатели теплосбережения – потери составляют не более 2-4%;
отсутствие оперативного дистанционного контроля теплопровода, связанного с увлажнением изолирующей оболочки, в отличие от ППУ изоляции, что связано с хорошей паропроницаемостью, способностью к самовысушиванию и гидрофобностью ППМ;
наличие антикоррозийной и противоударной защиты;
присутствие диэлектрических свойств в защитной оболочке, что ограждает металлические трубы от воздействия блуждающих токов;
экономичность – меньшая стоимость по сравнению с трубами в ППУ изоляции;
быстрый монтаж теплотрасс;
простое решение проблем по защите стыков – достаточно их просто залить пеной в полевых условиях;
низкая цена на фасонные изделия, положительно влияющая на общую сметную стоимость работ;
продолжительный срок службы изделий с сохранением первоначальных свойств (стойкость к старению) относительно трубопроводов, изолированных традиционными материалами. Гарантия не менее 30 лет, что проверено на практике;
хорошая адгезия теплоизолирующего материала к поверхности трубы и отсутствие химической реакции между соседними поверхностями;
необходимость окраски лишь наземных участков труб, контактирующих с ультрафиолетовыми лучами;
ремонтопригодность – восстановление слоя утеплителя по месту.

Трубы ППМ изоляции уже успели зарекомендовать себя с положительной стороны. Теплопроводы из них эксплуатируются во многих крупных городах страны, не вызывая полномасштабных проблем, связанных с прорывами и износом верхнего слоя. Широко распространенная изоляция ППУ сегодня уходит в прошлое, а альтернативная ППМ поднимается на первые позиции. Стоимость и тепловые потери более современного материала ниже, а защита по разным направлениям – выше.

Как показывает практика, пенополимерминеральная изоляция успешно оберегает металлические трубы в условиях влажных грунтов, так как имеет низкий показатель сорбционного увлажнения. Изделия считаются намного перспективнее аналогов с ППУ оболочкой.

Проектирование теплотрасс из труб и фасонных частей с ППМ изоляцией выполняется с учетом требований СНиП 41-02-2003.

Что представляет собой ППМИ

ППМ считается одним из лучших материалов, использующихся для теплоизоляции. Его предшественником был полимербетон, разработанный сотрудниками отечественного института «ВНИПИэнергопром». В конце 70-х годов прошлого столетия была выпущена промышленная партия труб в ПБ изоляции и созданы опытные производственные предприятия.

Но дело застопорилось из-за банальной причины – тотального дефицита, распространенного явления советских времен. А все потому, что один из компонентов полимербетона выпускался всего лишь на двух предприятиях необъятной страны, поэтому приобрести его было сложно даже в минимальных количествах. В связи с этим опытные цеха работали с существенными перерывами.

ППМ изоляция появилась почти через 20 лет благодаря оснащению предприятий импортными линиями, предназначенными для изготовления жестких полиуретанов. Специалистами был предложен измененный вариант полимербетона – пенополимерминерал. Но наряду с изменением состава компонентов и технологии производства материала, принцип изоляции остался прежним, а ее свойства улучшились в разы.

Основой пенополимерминерала является:

масса вспененного полимера – чаще всего используется пенополиуретан;
минеральный наполнитель – допускается применять песок, золу и др. доступные для отдельно взятого региона материалы.

Минеральный наполнитель требуется для придания изоляционному слою механической прочности. Дозировка составляющих производится с соблюдением технологического процесса. Отступление грозит вероятностью появления изменений в свойствах ППМ в худшую сторону. Результатом становится повышение показателей теплопроводности и водопоглощения.

Одним из важных свойств ППМИ считается паропроницаемость материала. Это означает, что изоляция практически не поглощает капельную влагу, то есть является гидрофобной. Данный фактор положительно влияет на сохранение первоначальных характеристик утеплителя и позволяет говорить об уникальных свойствах пенополимерминералов.

Трубы в ППМ изоляции допускается использовать при монтаже наземных и подземных (канальных или бесканальных) теплопроводов.

Производство трубных изделий

Монолитная ППМ оболочка толщиной 32-88мм накладывается на стальные трубы диаметром 57-820мм. Высокая адгезия полимерного материала позволяет создавать надежную изоляцию тепломагистралей, не сравнимую с традиционным методом обмотки труб минеральной ватой или со сплошной ППУ герметизацией трубопроводов. В процессе формирования ППМ слоя, с внешней стороны трубы образуются сразу три обволакивающих пласта разной плотности:

антикоррозийный, примыкающий непосредственно к трубе – толщина 3-5мм при плотности 400-500кг/м3;
теплоизоляционный, располагающийся посередине – расчетная толщина при плотности 70-100кг/м3;
гидроизоляционный, находящийся снаружи – толщина 3-5мм при плотности от 400 до 800кг/м3.

Подобная конструкция справляется с самыми жесткими эксплуатационными условиями.

В производственный процесс по изготовлению изолированных труб входит несколько участков:

подготовки наполнителя и полимерного компонента;
подготовки стальных труб и фасонных частей под заливку;
формовки ППМ изоляции;
приемки и контроля качества готовой продукции.

Цикл заливки состоит из целого ряда рабочих этапов. Прежде всего производится расчет количества составляющих изоляционной композиции. Он зависит от толщины оболочки, длины и диаметра труб. По полученным результатам компоненты дозируются, попадая в специальный миксер, после чего смешиваются. Готовая масса заливается в формы. После отверждения выполняется распалубка, что происходит достаточно быстро.

Весь процесс занимает около часа рабочего времени.

Формы представляют собой разъемный кожух в виде полого цилиндра. С одной из продольных сторон половинки соединяются между собой петлями. Нижняя часть является неподвижной. Она устанавливается на станину. Верхняя часть кожуха открывается и закрывается. Полость формы герметизируется посредством уплотнителей, расположенных на обеих половинках цилиндра.

Стоимость труб в ППМ изоляции зависит от их габаритных размеров, плотности пенополимерминерала и ценовой политики производителя. За утеплитель придется заплатить, исходя из толщины оболочки и диаметра трубы. В прайс-листах устанавливается стоимость одного погонного метра ППМИ. Она варьирует от 550 до 9500руб. Некоторые компании с целью привлечения клиентов выставляют цены без учета НДС. В этом случае цифры оказываются ниже.

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 . ППМ изоляция, имея более высокую механическую прочность, в тоже время менее стойка к повреждениям, чем ППУ в полиэтиленовой (ПЭ) оболочке, что отмечается в статье , 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 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 – 0.041. Сошлемся на статью , 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 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 ), интегральный коэффициент для изоляции толщиной 50 мм составит не менее 0.044 Вт/мК. Если взять λ для среднего слоя по , 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 , 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 . В статье 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 . Вопрос о высыхании в свое время был исследован в работе . Эксперименты проводились в установке (см. рис.2, взятый из работы ). 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 . В статье приведена влажность образцов, взятых при обследовании теплосети д89мм, находившейся в эксплуатации 6 лет в г. Рязань, - 3.1%. В статье 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 , 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 , 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 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 , 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 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 . 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 .

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 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.

Сразу же, после заливки трубы, в наглухо закрытой форме, пенополимер начинает интенсивно пениться и обволакивает трубу, распределяясь на три слоя:

Нижний слой - антикоррозийный, предназначен для «мертвого» сцепления, склеивания с металлом трубы. Его толщина 3-8 мм, с высокой адгезией плотно прилегающий к трубе с объёмной массой 400-500 кг/м3;

Средний слой - теплоизоляционный слой, требуемой по расчёту толщины, с объёмной массой 80-100 кг/м3. Он толстый - похож на губку с огромным количеством воздушных пузырьков внутри. Он удерживает тепло, пропуская - не только сотые доли ватта на погонном метре (в то время, как обычные стальные трубы теряют на пути от котельной до потребителя 10-12 процентов энергии).

Верхний слой изоляции - механо-гидрозащитный слой толщиной 5-10 мм с объёмной массой 400-600 кг/м3. Это прочный корковый слой, предназначенный выдержать тяжесть грунта и предохранить от механических повреждений. Причем с годами она становится все прочнее.

Естественно, что изолированная труба стоит дороже металлической, но в будущем такие трубы себя окупают.

Во - первых - трубы в пенополимерминеральной изоляции имеют более длительный срок службы, чем трубы, произведенные с другими изоляционными покрытиями;

Во - вторых - происходит экономия огромного количества тепловой (см. диаграмму) энергии, а это, в наше время, ценное качество трубопроводов.

В третьих - отличительное качество труб ППМИ - ремонтнопригодность, что обуславливается технологией их изготовления. Изоляция имеет ряд качеств, которыми она выгодно отличаются от других видов изоляции. Если ковш экскаватора случайно повредил оболочку, можно той же самой пенной смесью залить раковину - и изоляция будет восстановлена. Монтаж стыков труб также менее трудоемкий, доставляет меньше хлопот, чем стыковка труб с другими изоляционными покрытиями. Стык в полевых условиях заливается пеной, как описано в предыдущем абзаце, причем его изоляция для покупателя стоит ровно столько же, сколько изоляция прямого погонного метра. Возможно использование другого способа - метода отливки скорлуп на предприятии. В ООО «Медиум-строй» имеются формы для изогнутых участков труб. Сразу же, после заливки трубы, в наглухо закрытой форме, пенополимер начинает интенсивно пениться и обволакивает трубу, распределяясь на три слоя:

В - четвертых - трубы в ППМИ необязательно укладывать на полутораметровую глубину, где грунт менее промерзает. Низкая теплопроводность полимера позволяет укладывать трассу на глубине 40-50 сантиметров, что не требует крупногабаритной техники в виде экскаваторов. ППМИ трубу можно пустить и по поверхности, предварительно выкрасив мастикой, либо укрыв металлосодержащими средствами защиты, чтобы предотвратить разрушение от воздействия ультрафиолетовых лучей.

Cравнительная характеристика ремонтопригодности теплопроводов в ППМ и ППУ изоляции при локальных повреждениях

Заинтересованность в покупке труб проявили многие жилищно-коммунальные хозяйства Московского региона и прилегающих к Московской области регионов, а также Ленинградская область.

Основные достоинства трубопроводов с ППМ-изоляцией

ППМ-изоляция на стальной трубе представляет собой монолитную теплоизоляционную конструкцию с переменной плотностью по сечению. За один цикл формирования одновре¬менно образуются три слоя:

Внутренний - антикоррозионный слой исключает коррозионный процесс как при присутствии, так и отсутствии влаги;
Средний - теплоизоляционный слой ;
Наружный - механо-гидрозащитный слой .

По сравнению с другими конструкциями теплопроводов (в частности ППУ), теплопроводы в ППМ-изоляции отличаются:

дешевизной (средние и крупные диаметры, фасонные части, комплект для изоляции стыков, отсутствие системы ОДК, которая в данном случае не требуется);
простотой изготовления: не требуется специальной подготовки и обработки поверхности труб перед укладкой в формы;
отсутствием необходимости специальной антикоррозионной защиты труб;
паропроницаемостью коркового слоя;
высоким качеством и мономерностью теплоизоляционного слоя (без раковин и пустот, присущих технологии производства теплопроводов в ППУ-изоляции);
ремонтопригодностью: практически любые дефекты легко устраняются неразрушающими конструкцию методами;
стойкостью к старению (в результате химической реакции между полиизоцианатом и наполнителем повышается термостойкость ППМИ и прочность изделия в целом).
многолетняя успешная эксплуатация теплопроводов в ППМ-изоляции в различных регионах России (особенно в зонах с увлажненными грунтами) полностью подтвердила, что паропроницаемые конструкции перспективнее, надежнее и долговечнее сплошной герметизации полиэтиленовой оболочкой (ППУ-изоляцией).

В 2003 году конструкция теплопроводов в ППМ изоляции включена в СНиП 41-02-2003 «Тепловые сети», введенные в действие с 1 сентября 2003 года постановлением Госстроя РФ от 24. 6.03 №110, наравне с теплопроводами в ППУ изоляции. Для нее разработаны технические условия производства, типовые решения прокладки трубопроводов тепловых сетей, имеются необходимые сертификаты соответствия и санитарно-эпидемиологические заключения.

Пенополиуретан – ППУ является неплавкой термореактивной пластмассой, имеющей ярко выраженную ячеистую структуру и уникальные физико-химическими свойства, благодаря чему он обладает высочайшими эксплуатационными характеристиками. Проще говоря, это, по сути, вспененный пластик, который не подвергается гниению и разложению и отлично подходит 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 к большому сожалению в России не производится (из-за законодательных запретов), и завозится к нам исключительно из-за границы (преимущественно из Европы, Японии и Южной Кореи), что делает его цену нестабильной из-за большой волатильности курса рубля.

Этот материал пытались получить в тридцатые годы прошлого столетия в Америке. Однако впервые пенополиуретан появился в Германии в 1937 году. Он был синтезирован известным немецким химиком и промышленником Отто Байером (на фото), который также впервые и начал его производить в промышленных масштабах. ППУ быстро получил распространение в США, Канаде и западноевропейских странах в качестве теплоизоляции, применяемой в строительной отрасли. В нашей стране этот материал был не так распространён и до недавнего времени применялся лишь в военной промышленности, а также для решения каких-либо узких задач, к примеру, для теплоизоляции холодильных камер. Только последние пару десятков лет ППУ занял своё достойное место среди теплоизолирующих материалов.

Сравнительная теплоизоляционная характеристика строительных материалов:

Свойства ППУ впечатляют. Коэффициент теплопроводности этого материала составляет от 0.019 до 0.03 Вт/мК, что значительно ниже, чем у других термоизоляционных материалов, таких как минеральная вата, пенополистирол, керамзит. К примеру, для обеспечения определённого уровня теплоизоляции слой ППУ толщиной 50 мм эквивалентен слою минеральной ваты толщиной 90.

Сегодня ППУ-изоляция широко применяется для теплотрасс в качестве:

– теплоизолятора предварительно изолированных ППУ-трубопроводов, имеющих полиэтиленовую или оцинкованную защитную оболочку:

– изоляции стыков ППУ-трубопроводов при помощи смешивания двух компонентов непосредственно на объекте строительства и заполнения термоусаживающейся муфты или оцинкованного кожуха:

– для изготовления формованных ППУ-скорлуп – полностью готовых теплоизоляционных изделий для труб:

Следует отметить, что при простоте монтажных работ с использованием труб с ППУ, их доступной ценой, надёжностью и долговечностью и, как следствие, невысокой стоимостью эксплуатации получаемых теплотрасс, необходима надежная гидроизоляционная защита пенополиуретана.

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.

Для теплотрасс наружного пролегания применение ППУ-скорлуп с последующей гидроизоляцией термоусаживающимися изоляционными материалами позволяют с одной стороны предоставлять коммунальные услуги стабильно высокого качества, избегая лишних теплопотерь и ремонтов, а с другой – существенно экономить средства.

ППМ изоляция

Пенополимерминеральная изоляция – ППМ (ППМИ) 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 обычно выступает песок, зола или другие материалы.

Не так давно ППМ начал активно применяться в качестве теплоизоляционного материала при строительстве труб в ППМ изоляции. В целом изоляция ППМИ труб является совсем 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-трубы в полиэтиленовой оболочке. При строительстве отсутствует необходимость монтажа системы ОДК, а затем контроля над ней. Нет нужды обучать персонал методикам дистанционной диагностики, оборудовать коверы системы ОДК, не надо прозванивать провода - закопал и забыл, о чем ещё можно мечтать эксплуатирующим теплотрассы муниципальным предприятиям? Выходит, что цена ППМ изоляции действительно низкая, однако рассмотрим сравнение технических характеристик ППМ и ППУ подробнее:

Для этого обратимся к результатам лабораторных испытаний, представленным компанией BASF на ежегодной международной конференции "Тепло России" в 2010 году в Санкт-Петербурге.

Снимки, выполненные при помощи электронного микроскопа с 63-кратным увеличением:

ППУ, заливочная плотность 80 кг/м3.

ППМ, заливочная плотность 260 кг/м3, доля песка по массе 41,3%.

Прочность ППУ и ППМ при сжатии:

Сравнение теплопроводности ППУ и ППМ:

Водопоглощение ППУ и ППМ:

Как видно из приведенных графиков – свойства и характеристики ППМ-изоляции сопоставимы со свойствами ППУ. Но! Все эти измерения проводились и проводятся в лабораториях при сухом теплоизоляционном материале, а что же происходит в реальности? На практике, производители ППУ-труб зачем-то защищают пенополиуретан надежной полиэтиленовой оболочкой, долго и тщательно изолируют ППУ-стыки проводя опрессовку и контроль каждого стыка, монтируют и отслеживают намокание ППУ через сложную систему ОДК. Зачем?

Всё дело в том, что и ППУ и ППМ при контакте с водой медленно, но верно набирают влагу, причем водопоглощение ППМ даже несколько выше (см.график). Влага распространяется по всему теплоизоляционному слою, достигая металла трубы, который при сверхвысокой температуре теплоносителя коррозирует и разрушается со стремительной скоростью. То же самое можно сказать о теплопроводности, которая у обоих материалов более-менее сопоставима при сухом материале:

График изменения теплопроводности при старении для сухого ППУ и ППМ:

Но если ППУ или ППМ намокнет – то коэффициент теплопроводности возрастает многократно. И вот, чтобы этого не случилось, производители ППУ-труб надежно защищают свои трубопроводы оболочкой, контролируют намокание системой ОДК и при первом же сигнале откапывают трубу и восстанавливают гидроизоляционную защиту.

Во время изготовления ППМ изоляции вместе с улучшением механических характеристик, ухудшаются теплоизоляционные свойства материала, увеличивается показатель водопоглощения всей конструкции (ведь гидроизоляционная защита отсутствует в принципе), а технические характеристики мокрой ППМ изоляции труб и отводов оставляют желать лучшего.

В реальности происходит вот что: изоляция ППМ труб быстро набирает влагу, активно впитывает её, следовательно, теплопроводность резко увеличивается, а когда вода достигает металла трубы, возникает стремительная коррозия, от которой уже никуда не деться, а высокая, до 150 градусов, температура теплоносителя выступает мощнейшим катализатором коррозионного процесса.

Получается, что трубы стальные в ППМ изоляции гораздо быстрее разрушаются под воздействием коррозии. Намокший теплоизоляционный материал сильно греется и, активно отдавая тепло, хорошо прогревает землю и топит снег на поверхности пролегания трубопроводов при бесканальной прокладке. Теплопотери превышают все мыслимые и немыслимые пределы, а коррозия при этом не знает границ.

Отдельно стоит взглянуть, как выглядит изоляция ППМ стыков, ведь как утверждают изготовители ППМ-труб – это одно из их главных преимуществ перед ППУ-трубопроводами в заводской оболочке. Подумать только, стоимость заделки стыка в 3 раза дешевле изоляции стыка ППУ-трубы. С этим сложно поспорить, вряд ли можно придумать что-то более дешевое:

Трубы ППУ и ППМИ что выбрать?

Выбор типа изоляции между пенополиуретановой (ППУ) и пенополимерминеральной (ППМ) - вопрос сложный.

Действительно, оба типа изоляции (с наружным гидроизоляционным слоем и безоболочная) рекомендованы СНиП 41-02-2003 «Тепловые сети», но конечное решение принимается эксплуатирующей организацией исходя из современных данных о свойствах и опыте применения изоляций обоих типов. В обсуждении целесообразности использования того или иного типа изоляции, в первую очередь, должны участвовать представители эксплуатирующих организаций (главный инженер, начальник ПТО), а представители производителей - только как консультанты, готовые предоставить интересующую информацию для анализа.

Основные преимущества труб в ППУ изоляции представляем в таблице.

Показатели	Сравниваемые конструкции теплоизоляции		Преимущества ППУ
	ППУ	ППМ
Нормативный документ для производства изделия	ГОСТ 30732-2001	ТУ	Изделие произведено в соответствии с требованиями ГОСТ
Теплопроводность, Вт/мС, при t=50С	0,033 По СНиП 41-03-2003 при расчете толщины теплоизоляции применяется коэфф-т увлажнения=1, тогда теплопроводность 0,033	0,047 (в сухом состоянии) По СНиП 41-03-2003 при расчете толщины теплоизоляции применяется к-т увлажнения=1,05, тогда теплопроводность 0,049	Меньше на 0,016 Вт/мС – основной показатель теплоизоляционного материала
Плотность, кг/м3	80-100	200-250	Небольшая масса изолированных труб и фасонных частей, что обеспечивает простоту монтажа
Термостойкость, °С	150	150	Выдерживает максимальный температурный график тепловых сетей 150-70°С
Водопоглощение при полном погружении за 30 суток по массе, %	Водопоглощение конструкции отсутствует т.к. в качестве гидрозащитного покрытия используется полиэтиленовая труба	7% Испарение влаги из теплоизолирующего слоя отнимает энергию теплоносителя; циклическая сезонная пропитка и выпаривание влаги разрушает ППМ слой.	Качественная гидроизоляция, работа которой контролируется на протяжении срока эксплуатации системой ОДК
Наличие системы оперативного дистанционного контроля	есть	Невозможность установки системы диагностики из-за постоянного наличия влаги в ППМ слое	Возможность в любое время контроля над состоянием тепловой изоляции
Наличие попутного дренажа	Не требуется по СНиП 41-02-2003 п. 12.3	Необходимо устройство
Дополнительная наружная антикоррозийная защита	Не требуется по СНиП 41-02-2003 п. 13.5	Необходимо устройство	Удешевление конструкции ППУ, по сравнению с ППМ
Предел прочности при сжатии, МПа при изгибе, МПа	0,4, что соответствует СНиП 41-03-2003, ГОСТ 30732-2001 0,4, что соответствует требованиям ГОСТ 30732-2001	1,2; 1,7Эти показатели должны быть высоки, т.к. слой ППМ должен выдерживать нагрузки, которые в ППУ конструкции приходятся на полиэтиленовую трубу-оболочку	Соответствует требованиям СНиП и ГОСТ
Защита от механических повреждений	Гидрозащитная оболочка из полиэтилена является хорошей защитой от механических повреждений, изготавливается в заводских условиях и проходит ОТК	Такой защитой является корка из песка и пенополиуретана, которая в процессе производства получается неоднородной и разной толщины по длине трубы	Качественная защита предусмотрена конструкцией
Адгезия к трубе, МПа	Не менее 0,12, что соответствует требованиям ГОСТ 30732-2001	0,4 и не должна быть меньше, т.к. в противном случае, при отрыве изоляции от рабочей трубы влага, находящаяся в теплоизоляционном слое будет проникать к поверхности рабочей трубы, вызывая ее коррозию	Соответствует требованиям ГОСТ
Способ прокладки	Надземная, бесканальная	Бесканальная, надземная. При надземной прокладке требуется дополнительная защита от улитрофиолетовых лучей
Толщина изоляции, мм	По ГОСТ:	По ТУ:	При меньшей теплопровод-ности ППУ толщина изоляции по ГОСТ больше, чем у ППМ, что обеспечивает меньшие тепловые потери
Дн 273мм	57	43
Дн 426мм	58	44
Дн 630мм	72,5	60
Срок службы	По ГОСТ не менее 25 лет. По опыту западных стран доказано, что срок службы около 35 лет	Предполагается 30 лет	Изоляция зарекомендовала себя 40 летним опытом эксплуатации в мире и 20 летним опытом в России
Изоляция арматуры, тройников, тройниковых ответвлений	ГОСТ 30732-2001 предусматривает изоляцию всех фасонных частей, технологической мощности производителей хватает укомплектовать заказываемый теплопровод всеми необходимыми фасонными изделиями	Типовыми решениями не предусмотрена изоляция запорной арматуры. Многие производители не поставляют тройники и тройниковые ответвления, т.к. формы для их изготовления дороги, что ведет к удорожанию изготовления ответвлений в полевых условиях	Изоляция не только труб, но и всех фасонных частей трубопровода сводит тепловые потери трубопровода к минимуму

Целью применения трубы ППМ является создания надежной защиты для трубопроводной конструкции от любых негативных воздействий извне. Подобные результаты достигаются благодаря отличным эксплуатационным характеристикам и хорошей продолжительности службы, что характеризует данный композитный материал.

Цели применения ППМ трубы

Назначением теплосетей является осуществление транспортировки тепла к потребителю, с минимально возможными теплопотерями. Для этого применяется теплоизоляционная защита. В былые времена такой слой делал процесс укладки трубопровода довольно неудобным: именно это и послужило причиной разработки труб с ППМ изоляцией. Пенополимерминеральная теплоизоляция – это слой материала высокой жесткости, для которого характерна закрытоячеистая структура. Сырьем для его изготовления выступает пенополиуретан и минеральные добавки. В настоящее время ППМ трубы производятся на промышленном уровне. Разработчики постоянно улучшают уровень качества пенополимерминеральной защиты, что заметно повышает ее эксплуатационные характеристики.

За счет минеральных добавок ППМ труба получает повышенные прочностные качества: это делает ее способной хорошо справляться с механическими нагрузками. Одним из самых важных качеств, которым обладают пенополимерминеральные материалы – это хороший уровень паропроницаемости, что позволяет теплоизоляции не накапливать в себе влагу. Это дает возможность избегать угрозы слеживания и потери технических характеристик с течением времени. Используемые для изготовления данной теплоизоляции компоненты стоят довольно дешево, что совсем не сказывается на их прочности и надежности. Формируются трубные оболочки в специальных разборных формах, с которых перед этим методом обжига удаляются все окислы и загрязнения: это позволяет уберечься от возникновения различных дефектов.

Сильные и слабые стороны теплоизоляции из пенополимерминералов

Для пенополимерминеральной теплоизоляции характерны некоторые эксплуатационные преимущества, в сравнении с другой трубной изоляцией. В основном это проистекает из ее особенных качеств.

Перечень основных преимуществ применения ППМ изоляции:

ППМ изоляция труб не боится старения. Время эксплуатации никак не влияет на параметры толщины материала.
Коэффициент водопоглощения материала находится на очень низком уровне.
Очень слабая теплопроводность. Это дает возможность свести потери тепла в магистральных теплосетях и водопроводах к минимуму: в основном процент теплопотерь не превышает 4%. По этому показателю ППМ изоляция в несколько раз превосходит минеральную вату.
Дешевизна материала, если сравнивать с другими вариантами утепления труб (к примеру, с ППУ).
Благодаря пенополимерминеральной оболочке примерно на 30 лет увеличивается продолжительность эксплуатации трубопроводов.
При обустройстве этой изоляции значительно удешевляется обслуживание магистрали. Также это ведет к уменьшению числа аварийных ситуаций.
В случае возникновения протечек в трубопроводе это никак не повлияет на качество пенополимерминеральной оболочки: после высыхания она снова будет готова к эксплуатации.
Нет нужды в установке системы оперативного дистанционного контроля СОДК, которая контролирует состояние теплоизоляции.

Также стоит упомянуть об отдельных недостатках пенополимерминеральной изоляции:

По причине большого веса материала возрастают цены на его перевозку. Чтобы установить оболочки, приходится задействовать спецтехнику.
Уровень тепловых потерь превышает аналогичные системы, где используются пенополиуретановые оболочки.
ППМ изоляция не в состоянии обеспечить полную герметичность, поэтому для защиты трубопровода от воздействия коррозии потребуется использование специальных антикоррозийных средств.

Специфика ППМ изоляции

Состоит данный материал из вспененного полимера и дополнительных наполнителей – золы, песка и шлаков. За счет них достигается увеличение прочностных качеств пенополимерминеральной изоляции, что позволяет создавать надежную защиту для труб от механических повреждений.

Укладывают ППМ изоляцию по внешней стороне трубы в три слоя:

Антикоррозийный слой толщиной 5-10 мм.
Основная теплоизоляция.
Обечайка, которая размещается снаружи всей оболочки. Благодаря хорошей прочности она способна предохранить трубы от различных внешний повреждений: толщина такой защиты может достигать 10-15 мм.

Концы трубы, на которые пенополимерминеральную изоляцию не наносят, обычно имею длину 15 см (для трубы диаметром до 219 мм) и 20 см (для диаметра 273-820 мм). Подобной изоляцией могут оснащаться трубы, имеющие диаметр 32-820 мм, длинной до 12 м: это касается как сварных, так и бесшовных изделий. Для регламентации данной продукции применяется ГОСТ 8731, 10704, 8733 и 20295. Кроме труб, ППМ изоляцией могут оснащаться переходники, отводы, тройники и прочая фасонная продукция: обычно ими комплектуются коммуникации, для обустройства которых применяется трубы с аналогичной защитой.

Стальные трубы в ППМ изоляции нередко применяются в теплотрассах и горячих водопроводах. Как сказано в СНиП 41-02-03, данная продукция может использоваться для организации транспортировки теплоносителей различного типа с температурой до +140 градусов. Прокладываться ППМ трубопроводы могут тремя основными методами: бесканальным закрытым (подземным), канальным закрытым и открытым надземным.

Над разработкой ППМ труб трудились отечественные специалисты, которые провели обязательный учет климатических особенностей различных регионов. Как результат, была получена продукция, полностью адаптированная для нашей страны.

Как производятся трубные изделия

Пенополимерминеральная оболочка имеет монолитную структуру, и накладывается на трубы во время изготовления. Трубы, имеющие размеры сечения 57-820 мм, оснащаются оболочками толщиной 32-88 мм. За счет адгезионных качеств этот полимерный материал обеспечивает отличный уровень теплоизоляции для магистралей. Производство данных труб характеризуется образованием трех изоляционных слоев, для каждого из которых характерны определенные качества. Плотность у этих слоев также разная. При помощи ППМ защиты трубопроводы способны переносить самые непростые рабочие условия.

Труба с пенополимерминеральной защитой производится в следующей поэтапности:

Подготовка вспененного полимера и минеральных добавок (зола, песок или шлак).
Подготовка стальной трубы или фасонного элемента, который будет оснащаться теплоизоляционным слоем.
Проведение заливки пенополимерминерального вещества в форму, куда заранее установили отцентрированную стальную трубу.
По окончанию нанесения ППМ изоляции готовая труба проходит тестирование.

При заливании ППМ вещества в заготовку также соблюдается некоторая поэтапность. Вначале проводится определение и измерение процентного соотношения составляющих компонентов. При произведении расчета требуется брать во внимание целый ряд факторов – толщину изоляции, параметры сечения трубы и т.п. Когда расчеты проведены, отдельные компоненты тщательно дозируются и смешиваются, после чего готовая масса может заливаться в форму, где уже находится отцентрированная труба.

По завершению застывания пенополимерминеральной массы форму можно снять, а готовое изделия отправить на проверку тестированием. На всю процедуру изготовления обычно уходит один час.

Нюансы производства

Форма для заливания массы представляет собой полый цилиндр с неподвижной нижней частью, и открывающейся верхней. Обе половинки оснащаются специальными уплотнителями, которые обеспечивают необходимый уровень герметичности. Стоимость ППМ труб может колебаться, на что влияют их размеры, толщина и плотность теплоизолирующего слоя. Также продукция известных производителей обычно обладает более высокой ценой, при отличном уровне качества изделий. Во время расчета стоимости изоляционного материала в расчет берется его толщина, диаметр трубы и длина изделия. Кроме того, отдельной статьей расхода будет идти перевозка и укладка материла, для чего потребуется специальная техника.

Для пенополимерминеральных труб характерна очень высокая эффективность: с их помощью обустраиваются самые разные теплосети и водопроводы, осуществляющие транспортировку горячей воды к потребителю. Цена на эту продукцию может меняться, на что влияют конструктивные особенности трубы и пенополимерминеральной изоляции. Организация магистральных трубопроводов данным способом несет отличный экономический эффект. Также важно понимать, что ППМ коммуникациям не нужны профилактические осмотры, при очень высоком эксплуатационном сроке. При этом теплоизоляционные характеристики трубы ППМИ совершенно не зависят от того, сколько времени прошло от момента ее укладки.

Обустраиваются данные коммуникации могут при помощи как открытого, так и отрытого метода. За счет гидрофобности и отличных прочностных свойств пенополимерминеральные трубы пользуются огромной популярностью, что позволяет им удерживать в рейтинге подобной продукции очень высокую позицию. При покупке изделий важно требовать сопроводительную документацию и сертификат качества, с указанием тестирования после изготовления. Что касается монтажных работ, то по причине значительного веса лучше прибегнуть к помощи специальной укладочной техники и бригады опытных специалистов. Если укладка проведена с соблюдением всех необходимых норм, то особых затрат на уход и ревизию магистрали не потребуется.