Главная \ Инфоблок \ Статьи \ ТРУБЫ И ФИТИНГИ В ППУ, ВУС и ЦПП ИЗОЛЯЦИИ \ Современные требования к пенополиуретановой (ППУ) изоляции

Современные требования к пенополиуретановой (ППУ) изоляции

Современные требования к пенополиуретановой (ППУ) изоляции

При прокладке теплопроводов часто используется конструкция «труба в трубе», т.е. трубы изолируются слоем ППУ перед укладкой. Выдерживая температуру носителя до 150 0С, трубы, изолированные таким образом могут прослужить до 25 лет. Традиционный метод предварительногопокрытия металлических труб пенополиуретаном является эффективным и надежным. В кольцевое пространство между внутренней стальной трубой и защитной оболочкой заливается пена. Положение трубы при заполнении зазоров между трубами реакционной смесью, может быть горизонтальным, наклонным или  вертикальным. При этом необходимо выполнение некоторых требований к свойствам изоляции ППУ, технологии его переработки и соблюдению эконорм.

Для западноевропейских стран действует стандарт качества подземных труб EN253. В России же, при существенном росте производства предварительно изолированных труб, до недавнего времени не существовало четко сформулированных требований к данному продукту, что значительно усложняло оценку его качества. По началу, отечественными производителями за основу оценки качества были взяты внутренние технические требования, строительные нормы и правила (СНиП) и международные стандарты. Позже, 01.07.2001 в силу вступил общероссийский стандарт, устанавливающий критерии оценки качества предварительно изолированных труб, ГОСТ 30732-2001.

ОСОБЕННОСТИ ППУ ИЗОЛЯЦИИ

Ниже приведен перечень основных требований к ППУ, предназначенному для предварительной изоляции труб:

 

  • высокая теплостойкость ППУ (до 150°С);
  • достаточно высокая плотность используемых пенопластов (в среднем от 60 до 100 кг/м³);
  • высокие механические свойства пенопласта;
  • сохранение термомеханических свойств пенопласта в течение десятилетий эксплуатации;
  • достаточная текучесть ППУ композиций, необходимая для равномерного заполнения внутренней полости трубы длиной до 12 метров;
  • отсутствие разрушающих озоновый слой фреонов  в ППУ системах;
  • соблюдение требований к безопасности, при использовании  в производстве вспенивающих агентов легковоспламеняющейся жидкости

 

ТИПЫ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ВСПЕНИВАЮЩИХ АГЕНТОВ

При производстве ППУ до начала 90-х годов, предпочтение отдавалось вспенивающемуся агенту фреон 11, обладающему рядом преимуществ, таких как: невоспламеняемость, химическая инертность и низкая теплопроводность. Среди преимуществ фреона 11 можно также назвать сохранение качеств при старении и низкую степень просачивания из пенопласта. Однако в 2001 году производство данного вспенивающего агента было прекращено по причине его отрицательного воздействия на озоновый слой. Фреон 11 был заменен альтернативными вспенивающими агентами.

В таблице 1 приводится сравнительная характеристика некоторых из них.

 

Таблица 1. Сравнительная характеристика вспенивающих агентов.

Тип вспенивателя

Температура кипения, °C l, Вт/м. 0К (25°C) Основные преимущества Основные недостатки
1. F11 24 0,0089

самая низкая теплопроводность

негорюч

хорошие показатели при старении

разрушает озоновый слой

выпуск будет прекращен

2. F-141b 32 0,0107

низкая теплопроводность

хорошая текучесть композиции

относительно низкая стабильность при температурах >140°C

более высокая стоимость

имеет потенциал деструкции озонового слоя

в перспективе будет запрещен

3. Пентаны:

n-

пентанизопентанци- 

клопентан

 36  0,0151 0,0120

озонобезопасные

хорошая текучесть композиции

образуют взрывоопасные смеси с воздухом

пожароопасен

требуются высокие затраты на переоборудование

высокая теплопроводность при температурах >110°C

4. CO2 -78 0,0166

озонобезопасен

более высокая прочность на сжатие

более высокая теплостойкость

не огнеопасен

повышение вязкости композиции

снижение текучести

несколько более низкая адгезионная прочность

Опираясь на данные, приведенные в «Таблице 1», можно сравнить показатели теплопроводности ППУ, изготовленных на различных вспенивающих агентах. Наблюдается существенная разница в показателях теплопроводности паров вспенивателей при комнатных температурах.

Теплопроводность газов вспенивателей увеличивается в условиях повышения температуры от 20°С  до 150°С. Это должно учитываться при применении различных вспенивателей для ППУ, используемых при прокладке предизолируемых труб на тепломагистралях.

При сравнении вспенивающего агента СО2  с n-пентаном, отмечается более высокая теплопроводность СОпри комнатной температуре и понижение коэффициента теплопроводности  при температуре выше 1000С. Тенденция к уменьшению разницы между коэффициентами теплопроводности паров с ростом температуры является общей для различных вспенивателей. Это значит, что в данном случае природу вспенивающих агентов при проведении теплотехнических расчетов можно не учитывать.Следует также отметить, что процессу диффузии вспенивателя препятствует высокая плотность ППУ и полиэтиленовая оболочка. Вышеуказанные факторы надолго продлевают теплоизоляционные свойства пенополиуретана. Поэтому в России широко используются ППУ системы на основе СО2  и фреона 141b (F-141b). Единственное, что ограничивает использование вспенивателей пентанов это их взрывоопасность и легковоспламеняемость, которые требуют повышенного контроля над безопасностью и дополнительных расходов на приобретение нового оборудования. Остальные вспениватели удовлетворяют всем требованиям ГОСТа 30732-2001 к трубам с предварительной ППУ изоляцией.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Экспериментальные образцы пенополиуретана были получены перемешиванием в механической мешалке с количеством оборотов 3000 в минуту. Образцы труб с ППУ изоляцией получали с использованием заливочной машины высокого давления.

Физико-механические показатели были установлены на испытательных машинах ZWICK-1445 и Instron, коэффициент теплопроводности определили с помощью прибора FOX-200. Обязательным требованием к физико-механическим свойствам ППУ изоляции центрального отопления в соответствии с п.5.2 ГОСТ 30732-2001 озонобезопасность. В таблице 2 показаны требования к физико-механическим свойствам тепловой изоляции труб согласно ГОСТ 30732-2001.

 

Таблица 2. Значения показателей тепловой изоляции труб.

Показатель Значение Виды испытаний
Приемосдаточные Периодические
Плотность тепловой изоляции, кг/м3, не менее 60 + -
Прочность при сжатии при 10%-нойдеформации в радиальном направлении,МПа, не менее 0,3 + -
Объемная доля закрытых пор, %, не менее 88 - +
Водопоглощение при кипячении в течение90 мин, % по объему, не более 10 + -
Прочность на сдвиг в осевом направлении,МПа, не менее, при температуре:(23±2) 0С(140±2) 0С * 0,120,08 - +
Прочность на сдвиг в тангенциальномнаправлении, Мпа, не менее, притемпературе*:(23±2)0С(140±2)0С 0,20,13    
Радиальная ползучесть теплоизоляциипри температуре испытания 1400С, мм,не более, в течение*:100 ч1000 ч 2,54,6    
Теплопроводность при средней температуре50 0С, Вт/м 0С, не более  0,033  -  +

Часть показателей определяют при приемосдаточных испытаниях каждой партии, вторую – не менее 2-х раз в год, третью – по желанию заказчика. ГОСТ 30732-2001 предъявляет довольно высокие требования к ППУ, ни чем не уступающие требованиям европейских стандартов. Компания «Изолан» предлагает следующие системы Изолан-345 (вспениватель СО2) и Изолан-345/1М (вспениватель F-141b) для ППУ изоляции труб центрального отопления.

Показатели прочности на сжатие этих двух пенопластов превышают установленные ГОСТ 30732-2001нормы даже при минимальной плотности 60 кг/м3, а при увеличении плотности до 80 кг/м3 возрастают почти в 2 раза. Учитывая некоторую субъективность методов определения, предлагаемых различными производителями, водопоглащение пенопластов Изолан-345 и Изолан-345/1М колеблется в пределах 3,5- 7,5%.

Разница между коэффициентом теплопроводности системы на F141b (Изолан-345/1М) и на CO2 (Изолан-345) уменьшается с повышением температуры.В таблице 3 представлены типичные значения объемной доли закрытых пор и прочности на сдвиг в осевом направлении.

 

 

Таблица 3. Типичные показатели пенопластов Изолан-345, Изолан-345/1M.

 

 Показатель

 Единица измерения Типичные значения для плотностей 60-80 кг/м³
Изолан-345 Изолан-345/1М
Объемная доля закрытых пор % 90-94 90-95
Прочность на сдвиг в осевом направлении при температуре 23±2°С МПа 0,25-0,45 0,30-0,50

Показатели прочности пенопласта по всей длине трубы должны соответствовать требованиям ГОСТ. При заливке труб малого диаметра довольно часто возникает проблема снижения прочности и неравномерного распределения плотности. Системы, разработанные компанией «Изолан»,  имеют достаточную растекаемость и гарантируют равномерное распределение прочности на сжатие ППУ даже по длине труб с малым диаметром.

«Изолан» полностью соответствует всем критериям систем компонентов для изоляции трубопроводов ГОСТу 30732-2001, т.к. прочностные характеристики по всей длине трубы выше 0,3 МПа. При этом ГОСТ не рассматривает теплостойкости ППУ, т.к. в соответствии с ГОСТ механические показатели (такие как прочность, при осевом и тангециальном сдвигах), определяемые при повышенных температурах, измеряются только по требованию заказчиков. Производители изолированных труб просто не располагают оборудованием для таких испытаний. Однако по ГОСТ 15088-83 для определения теплостойкости ППУ существует такой способ характеристики как температура размягчения по Вика при постоянной нагрузке. Это довольно простой способ, часто используемый специалистами.

Суть метода в следующем, определяется температура, при которой образец под действием нагрузки сжимается на 1 мм. Данный метод, при использовании нагрузки не меньше 50 Н, смог бы отбраковать ППУ системы, удовлетворяющие требования большинства характеристик нового ГОСТ, но не пригодные для работ при температурах превышающих 120 0С. Плотность ППУ, необходимая для эксплуатации при температуре 150 0С должна составлять как минимум 75-80 кг/м. Способ характеристики температуры размягчения по Вика при постоянной нагрузке 50 Н даст возможность «отсеять», т.н. «ППУ-суррогаты»,  не отвечающие требованиям долговременной температурной стабильности изоляции. В России при проектировании теплоизолированных труб пиковая температура принимается равной 150°C, следовательно, такой «отсев» очень важен.

Указанные же в ГОСТ 30732-2001 испытания на прочность при осевом и тангенциальном сдвигах при повышенных температурах, разумнее проводить только при изменении поставщика исходных сырьевых компонентов или при сертификации продукции. Следует заметить, что такой показатель, как «объемная доля закрытых пор», не отражает какое-либо потребительское свойство ППУ, а значит, его можно или перевести в число показателей, определяемых по требованию заказчика, либо совсем исключить. Тем более, свойства продукции, с которыми может ассоциироваться данный показатель (прочность при сжатии, водопоглощение и теплопроводность), определяются во время периодических испытаний.

ВЫВОДЫ

Новый ГОСТ способствовал унификации требований к ППУ изоляции для предварительно изолированных труб тепловых сетей. Однако мы считаем, что необходимо внести ряд изменений, относительно свойств изоляции из ППУ, чтобы они в большей мере соответствовали условиям современности. Достаточно многие российские производители успешно используют системы компонентов Изолан-345 и Изолан-345/1М (НПП «Изолан»), которые полностью соответствуют нормам ГОСТа.