Трубы в изоляции ППУ

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ПЕНОПОЛИУРЕТАН (ППУ)

Главной проблемой сегодняшних сетей отопления и ГВС в России является крайне высокая степень изношенности трубопроводных систем и преобладание в общей массе теплоизоляционных материалов, не отвечающих по своим теплофизическим характеристикам современным требованиям. Результатом этого положения является крайне высокий процент тепловых потерь (по некоторым оценкам до 30%) отпускаемого тепла на изношенных сетях, что эквивалентно примерно 60 - 80 млн. тонн у.е.т. в год, или сотням млрд. рублей потерь ежегодно.

В связи с этим особую актуальность приобретает проблема выбора современного теплоизоляционного материала для строящихся новых трубопроводов.

Мировая практика применения трубопроводов с длительным сроком эксплуатации и низкими показателями теплопотерь в странах, климатические условия в которых схожи с российскими, свидетельствует об эффективности применения в России именно предварительно изолированных пенополиуретаном трубопроводов.

Пенополиуретан является неплавкой термореактивной пластмассой с ярко выраженной ячеистой структурой. Только 3% от объема пенополиуретана занимает твердый материал, образующий каркас из ребер и стенок. Эта кристаллическая структура придает материалу механическую прочность. Остальные 97% объема занимают полости и поры, заполненные газом фторхлорметаном с чрезвычайно низкой теплопроводностью, причем доля замкнутых пор достигает 90-95%.

Благодаря широкому спектру полезных и уникальных свойств полиуретан признан во всем мире полимером № 1. Пенополиуретан - двухкомпонентная система, состоящая из:

1) полиольного компонента (компонент А), содержащего полиолы, катализаторы, стабилизаторы и вспениватель,

2) изоционатного компонента (компонент Б), содержащего полимерный дифенилметандиизоционат (ПМДИ).

В 1990 году объем производства полиуретанов в мире составил 5 млн. тонн. При этом производство жестких пенополиуретанов составило примерно 1,5 млн. тонн, из которых 40% пошло на изготовление изоляционных плит, 30% - на изготовление строительных панелей и еще 30% - на теплоизоляцию трубопроводов и напыление.

 

Впервые разработкой полимерных материалов полиуретанов занялись ученые Германии в 1935 году, а в 1937 году Отто Байером был получен первый жесткий полиуретановый пенопласт. Промышленное производство пенополиуретанов на основе сложных полиэфиров было организовано в Германии в 1944 году, а их аналогов на основе более дешевых простых полиэфиров - в США в 1957 году. С 1955 года в Европе началось массовое производство эластичных ППУ.

Пенополиуретан обладает уникальным свойством предотвращения распространения огня: он плавится только в зоне открытого воздействия пламени. Именно эта способность ППУ стала причиной широкого применения данного материала в 50-х годах XX столетия в сфере ВПК развитых стран. Разветвленная ячеистая структура ППУ использовалась в военной авиационной промышленности для облегчения конструкций и защиты топливных систем боевых самолетов от возгорания и взрыва при их поражении.

Сегодня пенополиуретан активно используется в танках, БТР, БМП, где под броней располагают защитный слой ППУ. Это позволяет наиболее эффективным способом защитить экипаж как от морозов, так и от зноя. Одновременно ППУ служит в качестве пассивной защиты от воздействия зажигательных снарядов. Изоляция оплавится в месте поражения, но распространения огня по плоскости не произойдет.

Резкое повышение цен на нефть в 1974 и 1976 гг. и последовавший за этим энергетический кризис заставил европейские страны и США разработать национальные энергетические программы, стимулирующие рациональное использование энергоресурсов в большинстве областей деятельности. Наряду с развитием традиционных и альтернативных источников энергии на первый план были поставлены меры по экономии энергоресурсов.

С этого времени в США и Западной Европе широкое применение получают системы теплоизоляции трубопроводов пенополиуретаном конструкции «труба в трубе». Данная теплоизоляция на почти 40-летнем опыте применения на трубопроводах теплоснабжения и ГВС, магистральных нефтегазопроводов, конденсатопроводов и иных системах доказала свою экономическую и технологическую эффективность. Долговечность ППУ оценивается в 25 - 30 лет. На практике же в Германии, США, Канаде, Швеции, Японии специалисты разбирают конструкции стен, крыш, фундаментов, срезают образцы ППУ с труб, залитых в 70-х годах прошлого века, и корректно формулируют - «свойства не изменились». Так, в научно-исследовательском институте теплоизоляционных материалов (Мюнхен, ФРГ) подвергли испытаниям три кровельные конструкции, утепленные жестким ППУ (слой утеплителя составлял на одной конструкции 60 мм и 30 мм на двух других, кажущаяся плотность ППУ 30-35 кг/м3). Как следует из данных этих испытаний, после 10-летней эксплуатации ни теплопроводность, ни влагосодержание пенопластов практически не увеличились.

 

Начиная с периода энергетического кризиса в 1970-х годах, Дания проводит огромную работу по внедрению энергоэффективности и в жилищном секторе и в промышленности. Первый энергетический план Дании был опубликован в 1976 г. Основные идеи этого плана заключались в усилении гарантированности энергосбережения путем создания очень гибкой и разнообразной энергетической системы, в стимулировании энергоэффективности и в организации научно-технического развития на основе государственной поддержки.

С тех пор был разработан ряд планов для соответствия изменяющимся требованиям общества. За последние 25 лет были осуществлены интенсивные исследовательские программы. Полученные результаты были использованы в датской промышленности, консультантами, плановиками и политиками, при разработке технологий, стандартов, методов, законодательства, при составлении схем по энергоаудиту, схем финансовой поддержки и во время проведения интенсивных информационных компаний среди населения. С самого начала данного процесса ключевое место в обеспечении комплексного процесса энергосбережения отводилось техническому совершенствованию системы теплоснабжения, внедрению самых современных и экономичных материалов.

В результате Дания сейчас занимает ведущее место в мире по эффективности использования топлива и энергии. В течение уже более 20 лет годовой объем потребления страной энергоресурсов остается практически неизменным. В то же время производство ВВП возросло за эти годы более чем в 1,5 раза. При увеличении за последние 25 лет доли централизованного теплоснабжения с 30 до 50%, произошло одновременное абсолютное снижение потребления на эти цели первичных энергоресурсов. При этом наилучшие результаты были достигнуты в отоплении жилых зданий, где наряду с повышением надежности и комфортности теплоснабжения, потребление первичной энергии на единицу отапливаемого объема снизилось на 45%.

В Россию технология широкого применения теплоизоляции трубопроводов пенополиуретаном конструкции «труба в трубе» пришла в начале 90-х годов именно из Дании.

Потребление ППУ на душу населения - один из признанных в мире показателей развитости экономики. Сев. Америка потребляет 5 кг полиуретанов на душу населения, Япония - 4 кг, Европа - в среднем около - 4 кг, Азия - 0,6 кг, Россия - около 1 кг.

 

Основными причинами тепловых потерь в теплосетях и последующего их выхода из строя являются увлажнение, быстрое старение и разрушение практически всех применявшихся ранее теплоизоляционных материалов и как следствие, наружная коррозия и разрушение труб. Применение предизолированных ППУ труб позволяет резко снизить данные негативные факторы и в значительной степени решить вопрос эффективного функционирования теплоизолированных трубопроводных систем.

Технология изоляции трубопроводов ППУ основана на уникальных физико-механических свойствах этого материала:

• Самая низкая из современных теплоизоляторов теплопроводность, составляющая в зависимости от плотности 0,019 - 0,033 Вт/моС и обусловленная этим минимальная толщина изоляции (5 см ППУ по теплопроводности равнозначны примерно 10 см минеральной ваты). Это свойство ППУ позволяет достичь при его применении максимально возможных тепло и энергосберегающих характеристик на промышленных и хозяйственных системах самого широкого назначения.
• Высокая долговечность (срок эксплуатации ППУ составляет свыше 30 лет с полным сохранением свойств).
• Рабочая температура эксплуатации ППУ до 130оС, при кратковременных воздействиях - до 150оС.
• Устойчивость к воздействию влаги (водопоглащение по массе всего 2%).
• Высокая и долговечная адгезия (сцепляемость) с поверхностью трубы и гидрозащитной оболочкой.
• Высокая механическая прочность материала.
• Изоляция из ППУ монолитная, бесшовная, не образует «мостиков холода».
• Пенополиуретан инертен к щелочным и кислотным средам, защищает трубу от наружной коррозии и химически агрессивных сред, существенно продлевая срок службы трубопровода.
• ППУ нетоксичен и безопасен для человека.

 

По данным проведенной на XII всемирной энергетической конференции в 1983 г., затраты энергии на производство единицы валового национального продукта в СССР были выше в 2,5 раза, чем в Японии, в 1,9 - 2 раза выше, чем в странах ЕЭС и в 1,4 раза выше, чем среднемировые показатели.

Доля энергии, расходуемой на отопление, составляет в РФ не менее 30% от общего энергопотребления. Одним из направлений экономии энергоресурсов в этой сфере является сокращение потерь энергии при транспортировке.

Эффект предварительно изолированных трубопроводов по сравнению с трубопроводами с традиционной изоляцией в каналах достигается за счет:

Резкое снижение тепловых потерь	с 30 - 40% до 2 - 4%
Повышение долговечности изоляции трубопроводов	в 2 - 3 раза (до 30 лет)
Снижение капитальных затрат в строительстве	в 1,3 раза
Снижение расходов на ремонт теплотрасс	в 3 раза
Снижение эксплуатационных расходов	в 9 раз
Срок окупаемости	до 2-х лет

Благодаря очевидности своих технико-экономических и технологических преимуществ теплоизоляция ППУ находит все более широкое применение как в России, так и в странах бывшего СССР. Так, согласно постановлению Совета Министров Республики Беларусь № 1820 от 27.12.2002 г. «О дополнительных мерах по экономному и эффективному использованию топливно-энергетических ресурсов», с 1 января 2003 года строительство тепловых сетей и систем теплоснабжения в республике, а также их реконструкция и капитальный ремонт производятся только с применением предварительно изолированных труб.

Согласно же официальным данным ОАО «Мосэнерго» за счет внедрения энергосберегающих технологий в 2005 году планируется сэкономить около 440 млн. рублей. Программа энергосбережения, принятая в ОАО «Мосэнерго», рассчитана на период с 2004 по 2010 годы. В прошлом году в ходе ее реализации энергетикам удалось сэкономить электро- и тепловую энергию на сумму около 200 млн. рублей.

Программа предусматривает проведение мероприятий, направленных на повышение эффективности работы энергооборудования и внедрение новых технологий. В частности, в 2005 году в рамках ремонтной кампании энергетики планируют проложить 17 км труб в пенополиуретановой (ППУ) изоляции. Так как ППУ-изоляция снижает процессы коррозии на наружной поверхности трубы, это продлевает срок их службы (он составляет около 30 лет) и сводит к минимуму теплопотери.

Общая экономия электроэнергии и тепла от реализации программы энергосбережения с 2004 г. по 2010 г. составит, по расчетам «Мосэнерго», 126,2 млн. кВт/ч и 309 тыс. Гкал соответственно. Этого электричества хватит чтобы осуществить проект электроснабжения всех московских квартир в течение четырех месяцев.

Качественные характеристики ППУ как теплоизолятора подтверждаются сегодня тем, что данный материал широко применяется для теплоизоляции магистральных нефтегазопроводов как в России, так и за рубежом.

Так, распоряжением № 1737-р от 31.12.2004 г. Правительство РФ поддержало предложение Минпромэнерго России и компании «Транснефть» о проектировании и строительстве трубопроводной системы «Восточная Сибирь - Тихий океан». Предусматривается строительство линейной части трубопровода диаметрами от 1067 до 1220 мм общей протяженностью более 4100 км.

В качестве теплоизоляции из всех имеющихся на рынке материалов для участков надземной прокладки данного магистрального нефтепровода запроектировано использование именно ПЕНОПОЛИУРЕТАНА.