В результате страдает конечный потребитель, и дискредитируется не «дилетантский» подход к изготовлению и монтажу теплоизоляции, а сам материал — пенополиуретан.
Долговечность теплоизоляционной конструкции из ППУ скорлуп зависит от ряда факторов. К таковым относятся: качество сырья, из которого изготовлены скорлупы; соблюдение технологии производства и температуры эксплуатации; качество монтажа с соблюдением всех рекомендаций; изоляция стыков, исключающая попадание влаги в пространство между скорлупой и трубой; применение качественного покровного слоя скорлуп, соответствующего условиям, в которых эксплуатируется объект.
Этой статьей мы открываем серию публикаций о пенополиуретановых скорлупах. Какие бывают виды скорлуп, чем стоит руководствоваться при выборе того или иного вида и каковы наиболее уязвимые места при их эксплуатации, — вот неполный перечень вопросов, на которые мы попытаемся ответить.

Температуростойкость
Разговор о пенополиуретановых скорлупах стоит начать с температуростойкости. Под температуростойкостью (по СНиП 41-03-2003, стр.2) понимается способность материала длительное время сохранять основные свойства при воздействии на него температуры. Температуростойкость скорлуп напрямую зависит от качества и характеристик применяемых материалов, а также соблюдения технологии производства и условий эксплуатации.
Существует зависимость температуростойкости теплоизоляционного пенополиуретана от его плотности (удельного веса). Подробнее об этом мы поговорим позже. Вместе с тем, температуростойкость ППУ имеет свой предел и ограничена самой природой материала. Так, при плотности 60 кг/м³ нам не известен скорлупочный ППУ, температуростойкость которого в изделии превышала бы 130°С. Большая же часть российских магистральных сетей построена, исходя из температурного графика до 150°С. Соответственно, срок службы такой изоляции на тепловых сетях не велик. При длительном воздействии на пенополиуретан температурой более 130°С, он начинает обугливаться, при этом разрушаются поры, материал становится хрупким, гигроскопичным, ухудшаются теплофизические характеристики.
Повысить температурный порог помогает введение в конструкцию скорлупы дополнительного, более температуростойкого слоя. Такими слоями могут быть базальтовые плиты и асбестовые прокладки. Наше предприятие в этом качестве использует пенополиизоцианурат (ПИР).
ПИР — это модифицированный пенополиуретан, с преобладанием в системе изоционатной группы. Внешне ПИР сложно отличить от ППУ. При этом, температуростойкость ПИР превышает 160°С. Сочетание в одном изделии этих двух материалов, плотного и теплоэффективного ППУ и температуростойкого ПИР, дает надежную конструкцию, отвечающую современным требованиям энергоэффективности.
Сегодня нередки случаи, когда производители пенополиуретановой изоляции настаивают на возможности использования на теплотрассах собственных однослойных ППУ скорлуп при температурах теплоносителя 150°С. В качестве подтверждения этому предъявляются протоколы сертификационных испытаний, в которых максимальная температура применения ППУ определяется на основе «Метода определения температуры размягчения термопластов по ВИКА» (ГОСТ 15088-83). Применение данной методики испытаний к пенополиуретанам некорректно, поскольку она (методика) разработана для термопластов, коим ППУ не является.
Что такое термопласт? Это полимерный материал, способный обратимо переходить при нагревании в пластичное, либо вязкотекучее состояние. Пенополиуретан же является газонаполненным реактопластом. То есть пластмассой, переработка которой в изделии сопровождается необратимой химической реакцией, приводящей к образованию неплавкого и нерастворимого материала. При воздействии высоких температур ППУ начинает необратимо «стекловаться» и обугливаться (карбонизироваться).
Действительно, с повышением температуры, перед «стеклованием», возникает короткий момент, когда поверхность материала «плывет», что и используется в методике, но этот параметр не является показателем долговременной температуростойкости.
Есть еще один нюанс, о котором должны знать покупатели ППУ скорлуп. Сущность метода определения температуры размягчения по ВИКА (ГОСТ 15088-83), заключается в определении температуры, при которой образец под действием силы сжимается на 1 мм. При этом прикладываемое усилие может быть по способу А — 10 Ньютонов, по способу Б — 50 Ньютонов. Если испытывать жесткий ППУ по способу А, то можно добиться значений температуры размягчения по ВИКА на уровне 150°С — 180°С.
Итак, что мы имеем? В РФ сегодня нет гостированной методики испытаний температуростойкости ППУ, как и самого ГОСТа на ППУ скорлупы.
Для того чтобы все-таки понять, что же происходит с пенополиуретаном при воздействии высоких температур, нами была изготовлена установка для испытаний теплоизоляционных изделий. Установка представляет собой конструкцию, помещенную в металлический прямоугольный каркас (рисунок 2).

Внутри него находится стальная «труба в трубе», заваренная с торцов. Внутреннее пространство трубы заполнено теплоносителем — термостойким маслом, максимальная температура разогрева которого 160°С. Внешний диаметр трубы 1020 мм. Длина трубы стенда 2,4 м, что позволяет установить на стенд два погонных метра скорлупы, либо другого теплоизоляционного материала. Имеется возможность орошения под давлением скорлупы водой, с последующим нагревом поверхности (имитация ливня и солнечной радиации). Установка позволяет наблюдать за процессом карбонизации внутренних слоев скорлупы, образованием конденсата в процессе перепадов температур и проверять эффективность антикоррозийных составов. Предусмотрена видеофиксация процесса испытаний.
Проведенные на установке испытания на данном этапе имели цели:
1. Сравнить изменение свойств двухслойных скорлуп ПИР/ППУ и однослойных скорлуп ППУ на разных компонентах при одинаковых условиях эксплуатации.
2. Определить стабильность геометрических размеров скорлуп в различных температурных условиях.
3. Выяснить эффективность слоя ПИР.
Во время испытаний мы использовали однослойные скорлупы на основе нескольких систем — Изолан А-213 с температуростойкостью до 120°С и некой высокотемпературной системы (НВТС), с заявляемой температуростойкостью до 160°С, а также наши двухслойные скорлупы (слой ПИР — Изолан А-360, основа — Изолан А-213).
В начале испытаний использовалось по одному п.м. однослойных скорлуп следующих видов: СК 1020/70-ст. (покрытие из стеклопластика) и СК 1020/70-ф. (покрытие из фольма-ткани), все на системе Изолан А-213. Перед монтажом на стенд скорлупы были взвешены и замерены их геометрические размеры.
Для изучения поведения скорлупы на стенде было проведено несколько этапов исследований с изменением режимов тестирования.
На первом этапе в течение 120 часов имитировались нормальные условия эксплуатации скорлуп при температуре трубы 120°С. Изменений при этом не наблюдалось. Геометрические размеры также не изменились.
Затем, через 120 часов, от температуры 120°С начато плавное повышение температуры до 150°С. По истечении 120 часов такого нагрева отмечено ослабление бандажей вследствие сильной карбонизации и, связанной с этим, усадки скорлуп (рисунок 3).

Как видно из фотографии, произошло значительное обугливание прилегающего к трубе слоя пенополиуретана.
На следующем этапе эксперимента использовались однослойные скорлупы постороннего производителя на НВТС и двухслойные скорлупы системы Изолан А-213 со слоем пенополиизоцианурата (ПИР). Перед монтажом на стенд скорлупы были взвешены и замерены их геометрические размеры. В течение первых 120 часов имитировались нормальные условия эксплуатации скорлуп при температуре трубы 120°С. По истечении 120 часов перешли к плавному повышению температуры до 150°С. После выхода режима на температуру в 150°С проявились первые отличия скорлуп на НВТС и системе А-213 со слоем ПИР. Через 69 часов нагрева скорлупу на НВТС повело (рисунок 4).

По завершению экспериментов геометрические размеры двухслойных скорлуп со слоем ПИР остались прежними, а скорлупы на НВТС значительно изменили геометрические размеры. Разница составила от 11% до 17%, что, в трассовых условиях неприемлемо. Демонтированные скорлупы на НВТС имели изменение геометрии и перестали образовывать правильный круг.
Таким образом, испытания температуростойкости показали, что однослойные скорлупы (рабочая температура до 120°С) не деформируются и не изменяются до 120°С. При повышении температуры до 150°С происходит значительная карбонизация и усадка изделий. Однако двухслойные скорлупы со слоем ПИР при таких температурах ведут себя без изменений, справляясь с поставленной перед ними задачей. Скорлупы на НВТС при температуре до 150°С меняют свои геометрические размеры и не могут быть использованы в качестве теплоизоляции магистральных трубопроводов на «подаче».
Поэтому, приобретая однослойные скорлупы, с указанными в сертификатах высокотемпературными свойствами изделий, потребитель должен понимать, что его могут дезинформировать и под видом теплостойких и высокотемпературных скорлуп предложить обычные изделия, температуростойкость которых не превышает 120°С. Срок службы таких изделий может быть коротким.
Подводя итог сказанному, прежде всего, хотелось бы отметить то, что нам неизвестны системы компонентов ППУ для производства скорлуп, позволяющие изготавливать теплоизоляционные изделия, соответствующие проектным параметрам российских тепловых сетей (до 150°С). На сегодняшний день указанным параметрам соответствуют только пенополиуретановые скорлупы с дополнительным температуростойким слоем, например, из пенополиизоцианурата.
Кроме того, стоит отметить, что организациям, использующим теплоизоляционные ППУ скорлупы, следует крайне осторожно относиться к предъявляемым производителями протоколам испытаний температуростойкости на такие изделия в связи с несоответствием цели испытаний методике.
В следующей статье мы рассмотрим значимость качественного монтажа ППУ скорлуп на трубопроводах. Обратим внимание, на что нужно ориентироваться при выборе покровного слоя скорлуп. Предложим наше видение защиты скорлуп от сезонных пожогов травы.

"Промышленные страницы Сибири" №8 (56) сентябрь 2011 г.

скачать pdf

Кузьмин С.С. Генеральный директор ООО «ГК Сибирский ориентир».