И. А. Королев, начальник технического отдела завода «Изоляционные технологии»
Выпуск качественной продукции является важной целью любого предприятия, и для ее достижения требуется выполнение ряда условий, таких как техническая возможность соблюдения технологии, квалифицированные кадры, качественное сырье и т.п.
Требования к трубам в изоляции из пенополиуретана (ППУ) устанавливают российский стандарт ГОСТ 30732-2006 и европейский EN253. Но для повышения надежности тепловых сетей в 2012 году в Санкт-Петербурге были приняты территориальные нормы РМД 41-11-2012, в соответствии с которыми обязательными являются периодические испытания труб по показателям осевого и тангенциального сдвига.
Необходимо отметить, что эти параметры являются крайне важными для безаварийной эксплуатации трубопровода, поскольку именно они характеризуют способность конструкции «оболочка-ППУ-труба» воспринимать нагрузки, возникающие при тепловом расширении стальной трубы. Для нормальной работы трубопровода необходимо, чтобы сила теплового расширения от стальной трубы передавалась через слой ППУ на оболочку, при этом скольжение должно происходить по границе оболочка-грунт. В случае недостаточной прочности происходит нарушение целостности конструкции, что приводит к неправильной работе компенсаторов, разрушению изоляции стыков и намоканию обширных участков ППУ изоляции и коррозионному разрушению трубопровода. В 2011 году была успешно запущена и аттестована установка для испытания труб диаметром 57-1020мм по показателю прочность на сдвиг в тангенциальном направлении. Проведенные испытания образцов труб показали, что многие из них по этому показателю не соответствуют ГОСТ 30732-2006, хотя остальные характеристики (в основном связанные с качеством исходных материалов - плотность ППУ, прочность при сжатии, водопоглощение) были в пределах нормы. В результате детального обследования образцов был сделан вывод, что вероятной причиной неудовлетворительных результатов было нарушение технологии производства.
При производстве труб в ППУ изоляции основными этапами, определяющими качество продукции,
являются: очистка стальной трубы, активация внутренней поверхности оболочки, заполнение компонентами ППУ. На этих этапах качество продукции
определяется наличием оборудования, позволяющего
соблюдать требуемую технологию производства. На
это следует обращать внимание при проектирова-
нии нового производства, а также при обследовании
производства в рамках сертификации продукции
или выбора поставщика. Некоторые требования к
оборудованию могут быть включены в тендерную
документацию.
На этапе очистки стальной трубы с ее поверхности должна быть удалена ржавчина, окалина, масло и прочие загрязнения. У труб с изоляцией, произведенных без надлежащей очистки, слой ППУ в испытании на тангенциальный сдвиг полностью, без следов, отслаивается от стали. Требования ГОСТ 30732 к очистке поверхности (степень 3 по ГОСТ 9.402) не являются чрезмерно жесткими - на трубе до- пускается наличие 5% окалины. Однако качественная очистка может быть достигнута только при обработке абразивом - дробеметной очистке труб в проходных камерах и пескоструйной (дробеструйной) очистке фасонных изделий. В этом способе очистки наряду c удалением загрязнений обеспечивается требуемая шероховатость поверхности, необходимая для проч- ной адгезии ППУ к стальной трубе. Другие методы очистки, например вращающимися щетками, не обеспечивают требуемой подготовки поверхности за счет того, что не удаляют окалину и не могут создать требуемой шероховатости.
Важным этапом является активация внутренней поверхности ПЭ оболочки, за счет чего при нанесении изоляции обеспечивается адгезия между разнородными материалами – неполярным полиэтиленом и содержащим полярные группы пенополиуретаном. Активация оболочки может производиться за счет обработки коронным разрядом или газопламенной обработки как непосредственно в экструзионной линии, так и после, при наличии специального оборудования. Степень активации поверхности может быть легко проконтролирована по величине поверхностного натяжения полиэтилена с использованием специальных растворов. Без соответствующей обработки поверхности часто происходит полное отслоение пенополиуретана от оболочки (щели с торцов труб), а в некоторых случаях оболочка при хранении труб может сместиться относительно слоя ППУ на 10-20 см.
Следующим этапом, на который надо обратить внимание, является прогрев трубосборки перед заливкой до температуры, рекомендованной производителем пенополиуретана (обычно 25-350 С). Экзотермическая реакция между компонентами ППУ протекает при температурах 50-700 С и резкое охлаждение смеси при контакте с холодной трубой или оболочкой приводит к появлению хрупкого пограничного слоя, состоящего из недоотвержденного ППУ. Такой слой характеризуется низкой прочностью и разрушается при значительно меньших нагрузках.
Заполнение трубы компонентами ППУ и их отверждение является ключевым этапом. Для качественной изоляции необходимо, чтобы производительность используемого смесительного оборудования соответствовала типоразмерам изолируемых труб. В общем случае производительность заливочной машины должна удовлетворять требованию, что время дозирования компонентов ППУ не превышает времени начала активного вспенивания системы (как правило, это время старта плюс 2¸5сек.). При продолжении заливки после этого времени струя компонента из смесительной головки будет повреждать образующуюся пену. Следствиями превышения максимально допустимого времени дозирования являются: разрывы и пустоты в слое ППУ, плохая адгезия ППУ к стальной трубе и оболочке, смещение поясов центраторов, обрыв сигнальных проводов и т.п. При выборе заливочной машины следует помнить, что производители оборудования часто указывают максимальную производительность машины при соотношении компонентов 1:1, т.е. оба насоса работают с максимальной производительностью. Для большинства же трубных систем ППУ соотношение компонентов составляет 1:(1.4-1.8) и реальная производительность машины снижается на 15%-25%. После нанесения пенополиуретана важным является соблюдение требований к выдерживанию трубы для завершения процесса полимеризации и набора минимальной прочности слоем ППУ. Выдержка должна производиться при температуре не менее +100С для труб оболочкой из полиэтилена и не менее +150С для труб с покрытием из оцинкованной стали. Требуемое время выдержки зависит от применяемых компонентов и температуры снаружи цеха и, как правило, составляет 6-8 часов. Соответственно, при проектировании производства следует предусмотреть наличие стола выдержки или наличие дополнительной площади в цехе для хранения готовой продукции. Следствием вывоза свежей продукции в условия с температурой ниже +50С часто является усадка слоя ППУ и его отслоение от оболочки и стальной трубы. Особенно этот процесс заметен на трубах с покрытием из оцинкованной стали.
Все рассмотренные аспекты являются необходимыми условиями производства качественной продукции и должны учитываться при проектировании
и оснащении производственных участков. Приобретение современного оборудования, соответствующего
требованиям технологии производства, является за-
логом успешной длительной работы предприятия и
снабжения потребителей качественной продукцией.
В свою очередь сторона заказчика может предусматривать процедуру обследования производства и
подтверждения технической возможности выпуска
производителем продукции надлежащего качества,
особенно при комплектовании таких потенциально
опасных объектов, как тепловые сети.
Технологический аспект обеспечения качества труб в ППУ изоляции
