Несоблюдение этих правил приводит к нарушению целостности конструкции. В результате этого, в пространство между скорлупой и трубой через стыки попадает атмосферная вода. Разогреваясь от трубы, вода закипает, разрушает (распечатывает) закрытые поры пенополиуретана, проникая все глубже и глубже, и остается в них, конденсируясь обратно в воду. Это вызывает деформацию изделия, что приводит к расхождению швов и еще большему попаданию влаги в конструкцию. Высушить пенополиуретан и вернуть скорлупе первоначальное состояние после этого будет уже почти невозможно. Такую теплоизоляцию придется менять, чтобы избежать усиленной коррозии трубы. Иначе, помимо демонтажа и утилизации скорлуп, придется зачищать поверхность трубы от ржавчины, заново наносить антикоррозийное покрытие и устанавливать новую теплоизоляцию.
Для защиты теплотрасс от попадания влаги применяются различные конструкции. Функциональность их сводится к тому, чтобы не допустить проникновения влаги к трубе, а в случае ее попадания (подтопление, прорыв) обеспечить максимально быстрое выведение воды и высушивание теплоизоляции.
Наше предприятие разработало, запатентовало и предлагает покупателям для этих целей комплект герметизации стыков (КГС) (рисунок 1). В него входит козырек из оцинкованной стали, защищающий горизонтальные стыки скорлуп от проникновения влаги, а также специальный герметик для гидроизоляции вертикальных стыков. Конструкция вентилируема. Не позволяя влаге свободно проникать в пространство между трубой и скорлупой, в тоже время обеспечивается свободный выход пара. При необходимости, в зависимости от ситуации, потребитель может увеличить или уменьшить степень вентилируемости конструкции.

Данная разработка тестировалась нами на установке по испытанию скорлуп ППУ (см. рисунок 2).
Проверка герметичности стыков проводилась путем орошения скорлуп водой под давлением. Имитация дождя осуществлялась через форсунки в трубах, расположенных в верхней и боковой частях испытательной установки. Испытания имели следующие задачи:
1. Выяснить эффективность КГС в качестве защиты теплоизолирующей конструкции от атмосферной влаги.
2. Определить возможность высушивания конструкции, не разбирая ее, в случае попадания воды под скорлупу.
На первом этапе проводилось шестичасовое орошение скорлуп водой при температуре трубы 130°С. В процессе эксперимента попадания влаги под теплоизоляцию не обнаружено.
На следующем этапе эксперимента (температура трубы 130°С) в пространство между скорлупой и трубой было принудительно, троекратно, через каждые два часа введено по 200 грамм воды. Это было сделано для имитации аварийного попадания влаги на поверхность трубы. Через двенадцать часов с момента последнего введения порции воды конструкция была разобрана и взвешена. Увеличения веса скорлуп не произошло. Введенная вода благополучно в виде пара вышла через козырьки КГС, не оставшись в порах ППУ.

Выводы и рекомендации
При попадании влаги в пространство между трубой и скорлупой, состояние изоляции значительно ухудшается. В частности, скорлупы из пенополиуретана деформируются под воздействием накопившейся в их порах воды. Поэтому, приобретая ППУ скорлупы, спрашивайте у поставщиков о том, как ими решена проблема гидроизоляции стыков.

Защитное покрытие
Следующим важным фактором, влияющим на срок службы теплоизоляции из пенополиуретановых скорлуп, является наружное (защитное) покрытие. Оно необходимо для защиты от негативного воздействия внешних факторов, таких как: УФ излучение, дождь, снег, весенние пожоги и др.Самым эффективным защитным покрытием скорлуп при наружной прокладке трубопроводов является оцинкованная сталь. Она не горит, не пропускает влагу, защищает пенополиуретан от солнечной радиации, не требует окрашивания. Кроме того, придает дополнительную жесткость сегментам, препятствуя их деформации. Другими распространенными материалами с менее надежными защитными свойствами являются фольмоткань и стеклопластик.

Дабы установить, какое из альтернативных покрытий эффективнее, мы провели еще одно исследование. В ходе эксперимента моделировались осадки и нагрев поверхностей скорлуп. Необходимо сразу отметить, что во время испытаний нами целенаправленно были созданы экстремальные условия эксплуатации, способствующие ускоренному старению материалов. Это позволило за короткое время зафиксировать изменения, которые происходили бы со скорлупами в течение длительной эксплуатации на объекте.
На первом этапе на испытательной установке было проведено внешнее орошение скорлуп при температуре теплоносителя 130°С. Через 53 часа после начала эксперимента, замечены первые вздутия на фольмоткани, видны отслоения фольги от основы. Через 96 часов после начала эксперимента многие пузыри вскрылись, произошло значительное разрушение поверхностного слоя из фольги. Стеклопластик выдержал аналогичное испытание с незначительным подмоканием (рисунок 3).
На фото видно, что внутренний разогрев скорлупы с внешним орошением негативно повлиял на покровный слой из фольмоткани. Состояние стеклопластика почти не изменилось. Температура окружающего воздуха колебалась на протяжении эксперимента от 22 до 23°С.

Следующим этапом эксперимента стала имитация воздействия на скорлупы солнечной радиации. Для этих целей использовались мощные прожекторы. Температура внутри трубы составляла 130°С. Температура покровного слоя колебалась в пределах 69-75°С. Уже с первых часов эксперимента продолжилось отслоение и лоскутирование фольгированного слоя (рисунок 4). Изменений поверхности  стеклопластика не наблюдалось.
На заключительном этапе опыта была увеличена температура трубы до 150°С. В качестве защитного покрытия использовался стеклопластик. Экспериментом не зафиксировано дальнейших негативных изменений поверхности стеклопластика.
Мы не стали дальше проверять фольмоткань, т.к. она была значительно повреждена во время предыдущих испытаний, причем в более щадящих условиях.
На основании полученных данных можно заключить, что в сравнении с фольмотканью стеклопластик показал себя более надежным защитным покрытием скорлуп. Однако, для длительной эксплуатации изделий в стеклопластике необходима его периодическая окраска на трубопроводе. Применять же в качестве покрытия скорлуп фольмоткань мы бы не рекомендовали, поскольку она быстро разрушается под воздействием внешних факторов.
Уже отмечалось выше, что самым эффективным защитным покрытием скорлуп при наружной прокладке теплотрасс является оцинкованная сталь. Как показывает опыт, она незаменима и в качестве защиты ППУ при весенних пожогах травы.
Известно, что процесс горения может протекать только при наличии и определенном соотношении трех элементов: свободного кислорода, горючего материала и источника тепла. Оцинкованный лист во время весенних палов, в большей степени, ликвидирует все эти три параметра, а именно:
• предотвращает доступ кислорода к ППУ;
• защищает ППУ от открытого пламени (горючего материала);
• охлаждает ППУ, распределяя тепло по поверхности скорлупы за счет высокой теплопроводности стали.
Условия, при которых возникают весенние пожоги, специфичны. Это длительно сухая и теплая погода, зачастую ветреная. Горючим материалом является мусор, оставшийся после таяния снега, прошлогодняя и более поздняя трава — так называемая «травяная ветошь». Пожар может занимать значительные площади, распространяться по кромке с большой скоростью и, натыкаясь на преграду, переходить от беглого к устойчивому. Такой преградой иногда являются конструкции надземных теплотрасс. На этих участках не редки огненные вихри, поскольку сооружение часто создает эффект конвекционной колонки (печного поддувала).
Будет ошибкой считать такие пожары низкотемпературными. Мы были свидетелями, когда огонь легко расплавлял алюминиевые заклепки бандажей (температура плавления чистого алюминия 658°С), а ветер разносил обугленные скорлупы с покровным слоем из стеклопластика по полю. Скорлупочный ППУ — материал, не поддерживающий горения (класс огнестойкости Г-4). Он способен сгорать лишь в огне активных в пожарном отношении материалов. Однако весеннего пала часто хватает для того, чтобы, как минимум, испортить внешний вид теплотрассы.
На участках, подверженных весенним пожогам, мы рекомендуем или использование скорлуп с покровным слоем из оцинкованной стали, или обработку почвы гербицидами для предотвращения зарастания травой.
Наши длительные наблюдения и эксперименты показывают эффективность оцинкованной стали в качестве защиты ППУ скорлуп от весенних пожогов.
Существует опасность обугливания пенополиуретана под оцинковкой в местах нагревания, но, по нашему опыту, ущерб от этого ничтожен. Во-первых, защищенная оцинковкой скорлупа обугливается на незначительную глубину за счет низкой теплопроводности ППУ. Во-вторых, обугливаясь, ППУ практически не ухудшает функциональных характеристик (сопротивление теплопередаче ППУ в нормальном состоянии 0,03 Вт/м*К, а обугленного 0,034 Вт/м*К). Не ухудшаются также и прочностные характеристики (прочность на сжатие при 10% линейной деформации стандартного скорлупочного ППУ 0,48 МПа, а перегретого и обугленного 0,51 МПа, т.е. даже выше на 6,2%).

Немного экономики
ППУ скорлупы с покровным слоем из фольмоткани и стеклопластика дешевле скорлуп в оцинковке лишь на 15% и 10%, соответственно. В сентябре текущего года нами автоматизирован раскрой оцинкованной стали при подготовке покровного слоя скорлуп. За счет повышения производительности труда планируется дальнейшее снижение цен на скорлупы в оцинковке.
Как уже указывалось, альтернативным вариантом защиты теплотрасс от огня при весенних палах является гербицидная обработка прилегающих земель. Применение гербицидов очень глубоко изучено специалистами многих стран, химически и технически обеспечено. Тем не менее, нам не известен ни один случай, когда бы это применялось на участках под теплотрассами на практике. Так, в мае 2006 года после обгорания части скорлуп в результате весеннего пала на одной из теплотрасс пригорода, мы с помощью специалистов Красноярского агроуниверситета составили расчет затрат на химическую обработку земли под данной магистралью. В ценах 2006 года, при балансовой стоимости теплотрассы в 120 млн рублей и ущербе в 1,6 млн рублей (сюда входил демонтаж сгоревших скорлуп, монтаж и стоимость новой теплоизоляции), затраты на обработку участка земли под всей теплотрассой не превышали 0,07 млн рублей (семьдесят тысяч).
К сожалению, расчеты делались по факту случившегося и, не взирая на нашу пропаганду, данное мероприятие не нашло дальнейшего применения.

Выводы и рекомендации
Завершая разговор о пенополиуретановых скорлупах, хотелось бы обратить внимание уважаемых читателей на следующее:
1. При выборе ППУ скорлуп изучите характеристики материала, заявленные производителем. Помните, что срок службы однослойных скорлуп при пиковых нагрузках может быть невелик.
2. Соблюдайте рекомендации по монтажу изделий. Даже самые качественные скорлупы быстро придут в негодность при неправильном их монтаже. Обратите особое внимание на материалы и технологию гидроизоляции стыков.
3. Применяйте наружное покрытие, соответствующее условиям эксплуатации изделий. При надземном способе прокладки лучшим защитным материалом скорлуп является оцинкованная сталь.
4. В случае использования скорлуп в стеклопластике (при наружной прокладке) рекомендуется его периодическая покраска, а также химическая обработка почвы под трассой.
Будем рады, если данная информация окажется полезна или просто интересна читателям.

"Промышленные страницы Сибири" №10 (58) ноябрь 2011 г.

скачать pdf

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