Трубопроводы с пенобетонной изоляцией для тепловых сетей как эффективный способ энергоресурсосбережения

Пенобетонная теплоизоляция прочна и обеспечивает снижение теплопотерь более чем в 2 раза по сравнению с ранее выпускаемой модификацией армопенобетона.

Выдвигаемый обычно аргумент о высоких теплоизоляционных свойствах в защиту ППУ изоляции основан на весьма распространенном заблуждении, что показатель теплопроводности является чуть ли не главным критерием при выборе теплоизоляционного материала для тепловых сетей.

Это справедливо в отношении теплопроводов, прокладываемых в помещениях. Для теплопроводов, прокладываемых бесканально в грунте, важно, чтобы их конструкция обладала физико-техническими характеристиками, позволяющими обеспечивать защиту стальной трубы от коррозии и теплопотерь, одновременно освобождая ее от восприятия внешних нагрузок.

В новый ГОСТ «Трубы и фасонные изделия стальные с тепловой изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке. Технические условия», введенного в действие Госстроем России с 1 июля 2001 года, включены рекомендации по применению типов ППУ изоляции по областям и регионам России в зависимости от среднегодовой температуры. В большинстве случаев для Северо-Западного региона страны приведены требования по использованию не стандартного, а усиленного типа указанной изоляции. Например, для теплопроводов диаметром 325 мм вместо стандартной ППУ оболочки толщиной 55 мм требуется оболочка толщиной 79,5 мм, для труб диаметром 820 мм вместо 72,5 мм -122,5 мм. В среднем для распространенных диаметров трубопроводов требуется увеличение толщины ППУ оболочки приблизительно на 50%. Это напрямую ведет к удорожанию себестоимости теплопроводов. Важным в новом стандарте является и требование обязательной установки на трубопроводах с ППУ изоляцией линейных проводников-индикаторов и в целом системы оперативного дистанционного контроля (ОДК) состояния влажности пенополиуретана. Безусловно, благодаря своим высоким характеристикам пенополиуретан находится в числе лидеров теплоизоляционных материалов. Однако следует неукоснительно соблюдать технологию установки труб в ППУ изоляции и их обслуживание должно осуществляться более подготовленным персоналом. Все это ведет к удорожанию труб с ППУ изоляцией. Сверхлегкий пенобетон для распространенных диаметров трубопроводов теплосетей по своим теплоизоляционным качествам не уступает ППУ изоляции, сохраняя при этом высокую надежность, долговечность, экологическую безопасность и простоту эксплуатации.

Конечно, большую роль для обеспечения надежности конструкций теплопроводов играет качество гидрозащитного покрытия. Помимо покрытия на основе битумно-резиновых мастик, на «Изоляционном заводе» производится полиэтиленовая изоляция методом боковой экструзии. В настоящее время совместно с ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева и Институтом химии силикатов РАН создана коллоидная цементная гидроизоляция пенобетонной оболочки. Данное покрытие является паропроницаемым и одновременно водонепроницаемым. Такая конструкция наиболее полно отвечает всем требованиям надежности и долговечности теплопроводов, так как она «дышит» и процесс самовысыхания в ней осуществляется даже при нарушении герметичности стальной трубы. Гидросиликаты кальция, входящие в состав пенобетона, образуют защитную пленку (двуокись железа) на поверхности стальной трубы, которая действует пассивирующе на процесс коррозии. Исключение составляют участки труб вблизи камер и проходов в здания. Они требуют усиленной защиты, выбор которой производится на стадии проектирования.

Очень часто в публикациях и отчетах упоминается, что АПБ изоляция служит 10−15 лет. Безусловно, нарушение некоторыми организациями технологии строительно-монтажных работ приводит к преждевременному выходу из строя тепловых сетей. Но нельзя забывать положительный опыт, наработанный десятилетиями, и бросаться в другую крайность, утверждая, что альтернативой для решения всех проблем в тепловых сетях является применение ППУ изоляции.

Многолетний опыт эксплуатации пенобетонной изоляции показал свою жизнеспособность на практике: на 01.02.2002 г. только в ГУП «ТЭК Санкт-Петербурга» более 25 лет находится в эксплуатации около 1000 км тепловых сетей и порядка 1350 км — примерно 15−25 лет.

Базовые научно-исследовательские институты страны — ОАО «ВНИПИэнергопром», ОАО «Теплопроект» — после многочисленных исследований и испытаний рекомендуют применение пенобетонных конструкций теплопроводов, что подтверждается Изменением № 2 к СНиП 2.04.07−86 «Тепловые сети», принятым Госстроем РФ 12 октября 2001 года.

Говоря о предположительном сроке службы ППУ теплопроводов, исходя из материалов испытаний по линии датской «Программы энергетических исследований», необходимо отметить, что срок службы зависит от процесса наружной и внутренней коррозии стальной трубы, температурного сопротивления и прочности на сжатие теплоизоляционного слоя, строгого выполнения требований при укладке тепловой сети.

Низкая прочность на сжатие и низкая аксиальная и тангенциальная прочность на сдвиг изоляционного слоя ограничивают предел максимального заглубления при прокладке ППУ труб. Для пенополиуретана также ограничена прочность на растяжение и на сдвиг, особенно в местах врезок и отводов. Все это приводит к принятию дополнительных мер предосторожности. При осевых перемещениях теплопроводов, давление грунта в местах отводов и поворотов создает высокое напряжение в самом изоляционном слое, предел прочности которого недостаточен. Требуемое минимальное значение прочности на сжатие для европейских стран составляет 0,3 МПа, а для России — 0,4 МПа. Фактические данные этого показателя для выпускаемых ППУ и пенобетона -0,36 и 0,7 МПа соответственно.

Так часто упоминаемый срок службы ППУ теплопроводов в течение 30 лет возможен при эксплуатации системы с температурой теплоносителя не более 120РС и рассчитанным количеством циклов температурных нагружений теплосети. Установлено, что при воздействии температуры +140°С предел прочности на сжатие пенополиуретана с плотностью 75 кг/м3 падает до нуля в течение приблизительно 15 месяцев. Все это диктует ограничения как по температуре теплоносителя, так и по заглублению укладываемых теплопроводов.

К отрицательным последствиям приводит и недооценка важности хорошей адгезии ППУ к стальной трубе и полиэтиленовой оболочке. Для нее требуется качественная подготовка поверхностей. Адгезионные связи на практике уменьшаются в два с лишним раза от норматива — с 0,12 МПа (по европейским нормам) до 0,05 МПа.

Известно, что одной из главных причин, вызывающих повреждение тепловых сетей, является коррозия металла труб. В многочисленных российских публикациях и отчетах фигурируют две цифры: примерно в 25% случаев дефекты появляются из-за внутренней коррозии, в 75% -из-за наружной коррозии. Тогда почему при применении совершенно разных видов теплогидроизоляции в тепловых сетях Кемерова или Санкт-Петербурга, Читы или Москвы эти цифры примерно одинаковы? Скорее всего, это вызвано применением минераловатной изоляции в условиях канальной прокладки. Такое соотношение повреждений при использовании монолитной конструкции теплопроводов из пенобетона невозможно.

Вот выдержка из отчета ГУП «ТЭК СПб»: «За период 1997;2000 гг. среднегодовая удельная линейная повреждаемость тепловых сетей предприятия увеличилась почти в 1,5 раза и достигла 1,5 шт./п.км. Из актов внешнего осмотра дефектных труб следует, что большая часть повреждений (73−77%) обусловлена наружной коррозией. Но по данным наших исследований можно сделать иные выводы. Если роль наружной коррозии так велика, то повреждаемость сетей в 4 группах (районные котельные, квартальные котельные, групповые котельные, ТЭЦ) должна была бы быть схожей, поскольку явных различий в протекании внешней коррозии нет; все сети в целом одинаково теплогидроизолированы, не имеют существенных отличий в сроках эксплуатации, проложены в одних и тех же грунтах, работают по одному температурному графику и т. д. То, что количество поврежденных участков в этих условиях различается в несколько раз, свидетельствует о преимущественно внутренних причинах разрушения сетей. На доминирование внутренней коррозии в повреждаемости сетей указывает сама возможность ее стабилизации с помощью коллоидно-углеродного ингибирования (группа 1 — «Районные котельные»).

Существенное завышение роли наружной коррозии в повреждаемости сетей вызвано трудностью выявления истинной картины разрушения трубопровода в полевых условиях. Действительно, большая часть устраняемых дефектных участков трубопроводов окончательно разрушена наружной коррозией. Однако ее появление может быть вызвано внутренними повреждениями. Эти повреждения обычно имеют вид небольших сквозных лунок или щелей в сварных швах. Протечки через них невелики, их трудно обнаружить, и поэтому они своевременно не устраняются. Из-за намокания на наружной поверхности трубы (через щели) создаются условия, приводящие к интенсивному развитию наружной коррозии на значительной площади. Следы первоначального внутреннего дефекта при этом часто исчезают". теплопроводность полиэтиленовый пенобетонный Следовательно, АПБ или ППУ теплопроводы одинаково незащищены перед внутренней коррозией.

В концепции реконструкции систем теплоснабжения Приморского района («Петербургский строительный рынок» .-2001.-№ 11.)сделан безапелляционный вывод, что раз в 2000 г. на тепловых сетях было 585 дефектов, то «существующие тепловые сети не обеспечивают необходимую надежность теплоснабжения» .

А может быть, надо не доводить сети до такого состояния? Может быть, нужно организовывать независимый контроль качества строительства? Возможно приоритет в распределении средств должен отдаваться не замене тепловых сетей, а внедрению профилактических мероприятий, повышающих их ресурс (обеспечение водно-химического режима, электрохимзащита, предотвращение гидроударов, диагностика и контроль скорости коррозии и т. д.)?

В АО «Мосэнерго» благодаря выполнению комплекса мероприятий (прекращение подачи сырой воды для подпитки тепловых сетей, ужесточение норматива жесткости подпиточной воды, налаживание режима деаэрации подпиточной воды на ТЭЦ, устранение присосов сырой воды на во-доподогревателях и т. п.) средняя скорость коррозии уменьшилась с 0,14 мм/год (1991 г.) до 0,06 мм/ год (2000 г.), а число повреждений из-за внутренней коррозии уменьшилась с 36% (1994 г.) до 26% (2000 г.). И это при закрытой московской системе теплоснабжения! Все это говорит о том, что причина большинства дефектов на тепловых сетях не в АПБ изоляции (как это многие хотят представить), а в недостаточном выполнении комплекса мер по уменьшению попадания кислорода в сетевую воду, повышению ее рН, применению эффективных ингибиторов. Также следует отметить, что мало изучены процессы коррозии при простое теплосети и бактериальной коррозии.

Конечно, нужно приветствовать различные конструкции теплопроводов там, где они наиболее эффективны. Все знают достоинства и недостатки той или иной изоляции, но то, что реально делается, существенно отличается от того, что должно быть. В городах, где трубы в ППУ изоляции появились у различных организаций 5−9 лет назад (Москва, Санкт-Петербург, Иваново), уже поняли, что при некачественном изготовлении и прокладке, при отсутствии контроля говорить о 30-летнем сроке эксплуатации несерьезно, так как на некоторых участках сквозные коррозионные повреждения появляются через 2−4 года эксплуатации.

Прямое использование зарубежных норм недопустимо из-за значительных климатических, гидрологических, организационных, экономических отличий. Нужны дополнительные требования к физико-техническим характеристикам труб и материалов, используемых для изоляции, а также к условиям организации ремонта и эксплуатации.

В заключение следует отметить, что АПБ изоляция честно служит уже более 50 лет в тепловых сетях Ленинграда — Санкт-Петербурга, и при возможности выбора конструкции теплопровода экономически оптимальное техническое решение о применении того или иного вида его изоляции должно приниматься на основе сопоставления минимальных затрат, приведенных к сроку эксплуатации при выполнении всех условий поддержания работоспособности тепловых сетей в российских условиях.