Трубы в ППУ изоляции, виды, характеристики, применение

Тепловые потери – обширная проблема, знакомая каждому, которая сопровождается растратой энергетических ресурсов, тепла, денежных средств. Таких потерь достаточно, чтобы задуматься и принять эффективные меры для их предотвращения. На сегодняшний день разработано и успешно применяется множество технологий по сбережению тепла с использованием теплоизоляционных материалов.

Трубы в ППУ изоляции — современный материал для устройства теплотрасс, водопроводов и прочих магистралей

Что такое ППУ изоляция?

Пенополиуретановая изоляция труб (ППУ) представляет собой двухслойное покрытие, состоящее из пенообразного пластикового теплоизолятора – пенополиуретана (его эластичная модификация называется поролон), покрывающего трубу и внешней оболочки из полиэтилена высокой плотности (ПНД) в качестве защиты. Есть варианты в три слоя, два корковых из полиэтилена и между ними пенополиуретан. Покрытие не имеет продольных швов и стыков. Эффективность такой изоляции признана во всем мире и считается одним из лучших способов избежать теплопотери трубопровода. Ее основные задачи: сохранение целостности трубы (защита от коррозии, повреждений) и уменьшение показателя теплопроводности. Коэффициент теплопроводности изоляции варьируется в пределах 0,025 – 0,032 Вт/(м·К) (минеральная вата – 0,070 Вт/(м·К), стекловата – 0,050 Вт/(м·К)).

Основная составляющая изоляционного покрытия – пенополиуретан. Это пластмасса, полученная из продуктов нефтехимической промышленности на 80-95% состоящая из газа, заполняющего мелкоячеистую структуру. Остальной объем пластика занимают стенки изолированных друг от друга ячеек, которые составляют жесткий каркас пены. Именно такой состав пенополиуретана широко применим в строительных работах благодаря своим свойствам:

• отсутствие теплопроводности;
• высокая адгезия к различным типам поверхностей;
• очень легкий, упрочняет трубу не утяжеляя ее;
• рабочая температура от -180оС до 200оС, металлическая труба в ППУ изоляции может эксплуатироваться в условиях от -85оС до 140оС;
• температура теплоносителя 130оС – 150оС;
• целостность покрытия без стыков и швов при напылении;
• отличные изолирующие качества, водонепроницаем, поглощение влаги 1% в сутки от начального объема;
• стойкость к агрессивной среде кислот, спиртов, нефтепродуктов, химическим парам и эфирам;
• звукоизоляция;
• отсутствие слёживания, коррозии, гниения, заражения грибком. ППУ изоляция в десятки раз снижает процесс коррозии системы из металла;
• низкий показатель горючести за счет фосфоросодержащих и галогеновых наполнителей, имеет три группы: С – самозатухание, ТВ – трудновоспламеняемые, ТС – трудносгораемые;
• экологически чист, безопасен после застывания, так как во время распыления большое количество частиц концентрируется в воздухе. Выделение угарного газа начинается при нагревании до 600оС;
• срок эксплуатации 30+ лет.

Пенополиуретановый изолирующий слой находится посередине между рабочей трубой и внешним защитным покрытием

Производство труб в ППУ изоляции

Предприятия, специализирующиеся на производстве труб благодаря установке заливочной лини по изготовлению ППУ оболочек обеспечивают полный цикл выпускаемой продукции, снижая ее себестоимость. Изготовление сопровождается четким соблюдением ГОСТа, контролем всех стадий производства. Сам процесс заливки происходит быстро и экономично, труба в изоляции получается литой цельной конструкцией. Пенополиуретановая прослойка не предполагает использования большого количества исходного вещества. Для этого пропорционально сбалансированные жидкие составляющие (полиол и полиизоциант) поступают под давлением в пустоту между трубой и наружной корковой ПНД оболочкой. Там компоненты затвердевают, образуя слой изоляции. При этом происходит полное сцепление контактирующих материалов.

Поверхность стальной трубы перед этим обрабатывается дробеструем, затем внешне оснащается по всей длине несколькими центрирующими опорными кольцами из полиэтилена и кабелем дистанционного контроля герметичности (ОДК), на торцы трубы устанавливаются специальные заглушки. В одной ППУ оболочке может размещаться от 1 до 6 труб (многотрубные инженерные системы).

Защитное ПНД покрытие приспособлено для укладки трубопровода в грунт на глубину от 2 м до 8 м. Наружную (воздушную) магистраль покрывают слоем оцинкованной стали. По толщине ППУ изоляции они бывают двух типов: тип 1 – стандартная (умеренные широты) и тип 2 – усиленная (широты с морозным климатом).

ГОСТ 30732-2006: стандартная конструкция ППУ ПЭ

Изделия ППУ собираются по принципу «труба в трубе»: жидкая теплоизоляция впрыскивается в зазор между стальной основой и полиэтиленовой оболочкой. Компоненты отвердевают в межтрубном пространстве, заполняя все промежутки. Для улучшения адгезии стальные трубы предварительно обрабатывают дробеструйной установкой и покрывают защитными составами. Адгезия ППУ с ПЭ-оболочкой обеспечивается за счет коронарного электрического разряда.

Под покровный слой монтируются сигнальные линии системы ОДК, изготовленные из неизолированной меди марки ММ (сечение — 1,5 мм). В изделия диаметром до 426 мм встраиваются 2 проводника, в трубы диаметром от 530 мм — 3 проводника. Индикаторы располагаются параллельно оси основы. Сигнальные линии позволяют оперативно обнаружить и устранить протечки на теплотрассе.

ППУ и ППМ изоляция

На основе жесткого пенополиуретана также производят пенополимерминеральную тепловую изоляцию (ППМ) несколько изменив состав добавлением мелкодисперсных минеральных наполнителей (песок, зола). В итоге получается прочное покрытие со свойствами полимербетона и ППУ, у которого значительно снижен расход входящих компонентов и стоимость при увеличении механических, тепловых характеристик.

ППМ изоляция — более дешевый, но не менее эффективный материал, чем ППУ

Изготавливают ППМ изоляцию также в три слоя, однако все слои выполнены из однородного состава разной плотности. Первый наружный слой высокопрочный 10-15 мм плотностью 400-600 кг/м3 позволяет сохранять целостность всей изоляции, устойчив к механическим повреждениям, нагрузкам и водонепроницаем. Второй более пористый слой может быть разной толщины, зависимо от показателей теплопотери, плотностью 80-200 кг/м3. Третий 5-10 мм, плотностью 300-400 кг/м3 прилегает к трубе, надежно защищая ее от коррозии.

Изолированные трубы ППУ ППМ при эксплуатации в качестве тепловых сетей показали сравнительные характеристики, представленные в таблице.

Таблица 1

Трубы в ППУ изоляции обладают меньшей теплопроводностью, а для уменьшения этого показателя у изделий с ППМ увеличивается толщина среднего слоя на 15-25%. Водопоглощение обоих покрытий совершенно незначительное, таким образом, стальная труба полностью защищена от окислений. Об этом свидетельствуют исследования образцов тепловых сетей, эксплуатируемых в нормальных условиях на протяжении 20-ти летнего периода. После удаления изоляции внешняя поверхность стального трубопровода сохранила свою целостность.

Есть проблема увлажнения стыковочной зоны на границах ППМ изоляции, при заливке стыков не удается достичь абсолютной монолитности, а это приводит к просачиванию вод к металлической трубе. Такой фактор может быть самоустранен паропроницаемостью ППМ (способность к высыханию после намокания), но только в период движения теплоносителя при условии канальной укладки. При укладке в грунт, влажность которого изменчива, без дополнительного прогревания просушки не будет.

Трубы в ППУ изоляции оснащаются системой ОДК, которая позволяет контролировать влажность изолирующего слоя

Наличие протечек в трубопроводе из-за дефектов стенок, шва трубы сильно снижает теплоизоляционные свойства ППМ, в то время как установленная в пенополиуретановой оболочке система контроля герметичности (электропроводность меняется за счет превышения уровня влажности изоляции) позволяет выявить малейшую утечку и провести ремонт, предотвратив тем самым дальнейшие аварийные ситуации.

Важно! Пористая структура ППМ (25% всей поверхности покрытия) в условиях влажного солесодержащего грунта снижает скорость коррозии стальной трубы вчетверо, в то время как антикоррозийные свойства в условиях водопроводной воды в 100 раз выше. При 45оС солевая жидкость из грунта достигает стальной поверхности за период, не превышающий одних суток.

В сравнении с ППУ, ППМ изоляция обладает такими качествами как простота ремонтных и монтажных работ. Поврежденный участок трубы ремонтируется без применения фасонных частей, стыки заполняются изолирующими компонентами, которые можно приготовить прямо на месте ремонта. Все работы проводятся, не удаляя трубу целиком, что существенно сокращает затраты.

Главным преимуществом ППМ является его прочность. Корковый слой не содержит пустот и раковин, выдерживает нагрузки, повреждения, значительно увеличивая долговечность трубопровода. При воздушной укладке требуется защита от ультрафиолетового излучения путем нанесения светлой отражающей краски.

Сортамент труб в ППУ изоляции

Изолированные части магистрали ППУ и фасонные изделия сделали процесс строительства тепловых сетей более практичным, существенно сократили сроки и бюджет монтажа. Сам трубопровод, пропускающий теплоноситель, может быть выполнен из различных материалов с применением различных технологий производства. Разнообразие включает стальные электросварные или бесшовные трубы, а так же пластиковые ПНД жесткие или гибкие изделия с широким размерным выбором.

Теплоизолированные пенополиуретаном трубы выпускаются в разных диаметрах и с разной толщиной стенки

Стальные трубы для тепловых сетей – самый испытанный и распространенный материал. Для подземных коммуникаций выпускают ППУ изолированные трубопроводы специальной конструкции, состоящей из:

• стальной трубы, черной или оцинкованной;
• центрирующих опорных колец;
• слоя изоляционного пенополиуретана, с проложенным в нем медным кабелем ОДК;
• защитной ПНД оболочки;
• специального канала с греющим кабелем (оборудуется при необходимости).

С увеличением диаметра рабочей трубы, количество индикаторных проводов может возрастать от 1 до 3. Для надземных сетей та же конструкция покрывается оцинкованной сталью вместо полиэтилена, а кабель ОДК можно исключать ввиду открытого доступа для осмотра и ремонтных работ. Трубопровод надежен, отличается высокой прочностью, выдерживает температуру жидкости 150оС при давлении 1.65 МПа, в нормальных условиях при надлежащем контроле эксплуатируется 30 лет.

Длина стальной составляющей обычно составляет 8-12 м (наружный Ø 32-219 мм), 10-12 м (наружный Ø 219-1420 мм). Длина оголенных концов трубы составляет 150 мм (наружный Ø 32-315 мм), 250 мм (наружный Ø 400-1420 мм).

Размеры стальных труб (бесшовных, электросварных), изолированных ППУ в полиэтиленовой оболочке (ПЭ), представлены в таице №2.

Таблица 2

Размеры стальных труб (бесшовных, электросварных), изолированных ППУ в оцинкованной оболочке (ОЦ), указаны в таблице №3.

Таблица 3

Слой ППУ может производиться различной толщины по требованиям заказчика, исходя из показателей расчета тепловых потерь при определенных условиях укладки трубопровода. Согласно ГОСТ, для транспортировки воды, газа, нефтепродуктов применимы не только бесшовные, но и трубы электросварные в ППУ изоляции: электросварные прямошовные и электросварные спиралешовные.

Согласно ГОСТу, основой для труб ППУ могут служить и бесшовные, и сварные изделия

Не так давно стала применяться стальная гибкая труба в ППУ изоляции. Ее используют для бесканальной грунтовой укладки в качестве тепловых сетей, холодного и горячего водопроводов. Особенно удобно использовать такие экземпляры в непроходных каналах, местах плотной застройки, где нужно огибать препятствия, к тому же длина (от 55 м до 720 м в зависимости от диаметра) предполагает монтаж с минимальным количеством стыков без применения сварки, стационарных опор и устройств компенсирования тепловых перемещений. Затраты времени и труда земельных и монтажных работ уменьшаются в 5 раз. Применяется укладка методом горизонтально-направленного бурения, позволяющая сохранять дорожное полотно. Соединение выполняется с помощью фитингов.

Несмотря на свою податливость, стальные гибкие трубопроводы в ППУ зарекомендовали себя надежным, прочным материалом с устойчивыми характеристиками, абсолютно не подверженным коррозии.

В состав данной конструкции входят: напорная гофрированная гибкая труба из нержавеющей стали, слой пенополиуретана, корковая гофрированная полиэтиленовая оболочка. Возможно дополнение греющим кабелем и системой ОДК. Диаметр напорной трубы от 54 мм до 163 мм, толщина стенки от 0,5 мм до 1 мм. Диаметр с теплоизоляцией от 115 мм до 226 мм. Радиус изгиба от 1 м до 2, 2 м. Работает гибкая труба в ППУ с жидкими средами температурой 120оС — 150оС и давлением 1,6 МПа.

Длина труб по ГОСТ 30732-2006

Габариты труб ППУ ПЭ нормируются ГОСТ 30732-2006: при диаметре до 219 мм длина составляет 8-12 метров, при диаметре от 273 мм минимальный размер увеличивается до 10 м. Максимальная длина неизолированных концов ограничена 150 мм для диаметров оболочки до 315 мм включительно и 210 мм — для диаметров оболочки от 400 мм. Допускается минусовое предельное отклонение в 20 мм.

Внешняя полиэтиленовая труба должна полностью закрывать теплоизоляцию, плюсовой допуск по длине составляет 50 мм. При необходимости на торцы ППУ наносится гидроизоляционное покрытие.

Труба в ППУ изоляции с греющим кабелем

Есть еще один фактор, возникающий в зимний период, который учитывается при изготовлении труб ППУ. Жидкие вещества, проходящие по трубам, меняют свои свойства при снижении температуры, так, например, вода при нулевой отметке градусника замерзает, а нефтепродукты приобретают вязкость. Чтобы обеспечить их нормальную проходимость следует поддерживать определенный температурный режим. Это предотвращает поломку насосного оборудования и разрыв трубы ледяными заторами. Так же есть необходимость перед пуском жидкости нагреть стенки рабочего трубопровода, чтобы они не остужали содержимое.

Трубы с ППУ изоляцией могут дополнительно оснащаться греющим кабелем

Все эти задачи решаются оснащением конструкции изолированного трубопровода греющим кабелем, работа которого заключается в поверхностном нагревании (скин-эффект). Переменный ток высокой частоты проходит по поверхности сечения нагревателя (стальная труба-канал Ø 50 мм, толщина стенки 2 мм с изолированным медным кабелем внутри) вызывая его интенсивное вырабатывание тепла. На конце изделия кабель соединяется со стальным каналом. Проводя переменный ток, нагревание осуществляется только во внутреннем (1 мм) слое стального канала, без нагревания кабеля. Поверхность канала снаружи имеет нулевой потенциал и полностью безопасна. Крепится она к поверхности основной трубы. Количество проводников зависит от площади нагревания. Рабочие показатели установки с греющим кабелем:

• электропитание 220-6000 В 50Гц;
• мощность на один метр магистрали 5-120 Вт;
• напряжение до 5000 В;
• постоянная рабочая температура 56оС, кратковременная 85оС;
• сечение 32-50 мм2.

Установка терморегулятора сократит электропотребление нагревающей системы, сделает ее экономичней. На основании показателей термодатчика, установленного на поверхности трубы в самом охлаждаемом участке, термостат поддержит необходимую температуру. Утепленный трубопровод с греющим кабелем можно укладывать локально, тем самым обогревать отдельные участки сетей, подземным, надземным способами, а так же под водой.

Труба в ППУ изоляции, усиленная бандажом

Для укладки утепленного трубопровода под землю бесканальным способом в местах, где требуются дополнительные меры по обеспечению защиты, устойчивости, герметичности и сохранности рабочей трубы (автомобильные и ж/д переезды) применяют специальные футляры и бандажи, которые крепятся снаружи по всей длине ППУ оболочки. Бандаж представляет собой пластиковые ПЭ кольца-оболочки толщиной 5-43 мм, увеличивающие прочность утеплительной конструкции, при этом обеспечивая свободный доступ во время ремонтных работ.

Усиленная бандажом ППУ изоляция обеспечена:

• защитой от нагрузок и повреждений внешней ПНД оболочки;
• сокращением подвижности в грунте;
• устойчивостью к истиранию, износу.

Для прокладки в грунте и прочих сложных условиях используются трубы с усиленной изоляцией

Пластиковые трубы в ППУ

Использование пластмассовых материалов для сооружения тепловых сетей и утепленных трубопроводов других предназначений на наших просторах началось сравнительно недавно. Их широкое распространение и многолетний опыт применения в европейских странах вызвали доверие. Полимерные трубы изолированные ППУ приспособлены для устройства систем горячего и холодного водоснабжения, канализации, отопления, пожаротушения, технологических, газо и нефтепроводов в условиях сурового климата и затопления территорий с укладкой выше уровня грунтового промерзания, что значительно сокращает сроки и стоимость сооружения коммуникаций.

В конструкцию теплоизолированного пластмассового изделия входит:

• основная труба из полиэтилена (ПНД, ПВД, РЕ-Х – сшитый ПЭ), так же она может быть из поливинилхлорида (ПВХ), полипропилена (РР), многослойных полимерных комбинаций;
• пенополиуретановое покрытие толщиной, соответствующей обычному 1 или усиленному 2 типу;
• защитная оболочка из оцинкованной стали или пластика. ППУ оболочка может быть без защитного слоя, так как конструкция обладает антикоррозийными свойствами. Для усиления конструкции корковый слой часто бывает гофрированным, увеличивая кольцевую жесткость.

Характеристики трубы ПНД в ППУ изоляции:

• эффективная теплоизоляция, за счет минимальной теплопроводности;
• рабочая температура от -140оС до 150оС. Пенополиуретановая изоляция устраняет температурные ограничения полиэтилена во внешней среде;
• температура рабочей среды 90оС, кратковременно 100оС;
• рабочее давление 1,6 МПа;
• нет текучести в условиях повышенной температуры;
• полное отсутствие коррозии, окисления, гниения;
• устойчивость к химическим веществам;
• нет гидравлического сопротивления и засорения благодаря гладкой внутренней поверхности пластиковой трубы;
• высокая прочность конструкции при минусовой температуре (не разрушается при замерзании воды);
• устойчивость к нагрузкам, изнашиванию, гидроударам;
• легкий вес;
• срок эксплуатации 50 лет.

Трубы из полимеров также выпускаются с теплоизолирующим слоем ППУ

Теплопроводность полиэтилена составляет 0,36 Вт/(м·К), стали 58 Вт/(м·К). Труба ПЭ по сути без дополнительной изоляции имеет теплосберегающие свойства.

Пластиковые трубопроводы так же могут оснащаться греющим кабелем с саморегулировкой. К рабочей ПНД трубе крепится канал, куда закладывается термокабель, подключаемый к электропитанию через выключатель. Полимерные составляющие кабеля создают эффект параллельного снижения сопротивления и температуры, при этом увеличивается движение тока (в полтора раза превышающего номинал) и соответственно выработка тепла. С повышением температуры получается обратный эффект, затем следует стабилизация процесса и трубопровод обогревается постоянным теплом, выделяемым греющим кабелем. Данная система не перегревается и не перегорает. Длина кабеля не должна превышать 75 м от одного источника питания.

Важно! Период времени от момента остановки жидких веществ внутри полимерного трубопровода в ППУ изоляции, находящегося в промерзающем грунте, до момента образования льда, занимает несколько дней.

Полимерные трубы ППУ бесшовные, их конструкция монолитна, монтаж надежен, укладка, нарезка просты и удобны. Есть ограничение по температуре и диаметру (диаметр теплового несущего трубопровода свыше 160 мм должен быть стальным).

Сортамент утепленных пластиковых трубных изделий стремительно расширяется. Среди наиболее востребованных материалов одно или многотрубные ППУ изолированные трубопроводы из полиэтилена гибкие и жесткие. Длина составляет 5-6 м, гибкие трубы поставляются в бухтах от 10 м до 400 м длиной.

Размеры ПНД (полиэтилен низкого давления) труб, изолированных ППУ в оцинкованной оболочке (ОЦ), указаны в таблице №4.

Пластиковые трубы бесшовные, они отличаются прочностью и долговечностью

Таблица 4

Характеристики труб и оболочек

Элементы ППУ ПЭ должны соответствовать следующим требованиям:

• Рабочая стальная труба
  — материалы по ГОСТ 10705-80, 3262-78, 8732-78 и СНиП 3.05.03-85.
• Изоляция
  — ППУ заливочного типа группы горючести Г3 или Г4 по ГОСТ 30244, с плотностью не менее 60 кг/м³ и теплопроводностью до 0,0033 Вт/м°С.
• Оболочки
  — черный полиэтилен ПНД трубных марок не ниже ПЭ-80 по ГОСТ 18599, светостабилизированный, с содержанием сажи 2-2,5%.

Характеристики труб-оболочек (ГОСТ 30732-2006):

Размеры в мм

В условном обозначении труб с изоляцией ППУ указывается:

• сокращенное наименование материала основы (Ст — сталь),
• наружный диаметр (мм),
• толщина стенки (мм),
• тип изоляции (1 — стандартный, 2 — усиленный);
• сокращенное обозначение теплоизоляции (ППУ — пенополиуретан),
• защитная оболочка (ПЭ — полиэтиленовая оболочка),
• номер действующего ГОСТа.

Например, обозначение «труба Ст 89×4-1-ППУ ПЭ ГОСТ 30732-2006» расшифровывается как стальная труба диаметром 89 мм с толщиной стенки 4 мм, стандартной изоляцией (тип 1) и оболочкой из полиэтилена.

Пластиковые гибкие трубы ППУ

Утепленная пластиковая гибкая конструкция полностью изготовлена из полимерных компонентов, сочетая в себе наилучшие рабочие качества. Используется при сооружении тепловых сетей, магистралей горячей, холодной воды, технических систем пищевой и химической промышленности. Гибкие трубы обладают характеристиками пластиковых труб ППУ, их особенность в упрощенной укладке и монтаже за счет длины (до 400 м в бухте). Трубопровод требует меньше стыковочных, поворотных деталей, можно формировать линию магистрали любой сложности без компенсаторов и опор даже в сейсмически опасных зонах. Возможный радиус изгиба 800-1200 мм. Укладка подземная в канал и бесканальная.

Утепленные гибкие трубы также изготавливаются из полимеров

Основная труба изготовлена из сшитого полиэтилена, основой которого является полиэтилен высокой плотности (ПНД). Его молекулярная структура подвергается поперечной сшивке от воздействия пероксидов (РЕ-Ха) или силанидов (РЕ-Хb) в момент экструзии, при этом формируется трехмерная структура пластика с уникальными свойствами: высокая прочность, термостойкость, эластичность, молекулярная (температурная) память (восстановление первоначального состояния после деформации и нагревания). Таких изделий в одной ППУ изоляции может быть от 1 до 4. Диаметр от 16 мм до 110 мм, рабочее давление 6, 10 бар.

Так же возможно покрытие слоями армирующего волокна и полимерной оболочкой для защиты системы от кислорода. Противокислородный барьер (гидроксид-этилвиниловая прослойка) препятствует прониканию паров кислорода через стенки пластика в систему отопления, снижая коррозию и продлевая срок службы труб.

Пенополиуретановая оболочка благодаря сочетанию компонентов приобретает эластичные свойства, снижая показатель жесткости. Полужесткая ППУ изоляция придает гибкость трубам, не теряя своего теплосбережения. Надежное сцепление с поверхностью ПЭ не допускает расслоения при тепловом удлинении. Намотка трубных изделий бухтой или барабаном не нарушает их монолитность и целостность. Толщина слоя ППУ может определяться заказчиком исходя из проекта или условий среды укладки (обычная, усиленная). Наружный гидрозащитный полиэтиленовый слой выпускается в форме гофры. Гибкая конструкция дополняется греющим кабелем. Диаметр трубы в оболочке от 90 мм до 160 мм.

Норма загрузки