Полиэтиленовые трубы давно и прочно вошли в практику строительства газораспределительных и водопроводных сетей. Их применение позволяет исключить проблему коррозии и тем самым существенно увеличить надежность и долговечность трубопроводов, а также сократить сроки их строительства и свести к минимуму эксплуатационные расходы. Появление технологии производства труб из сшитого полиэтилена (ПЭХ) позволило внедрить полимерные трубы в строительство сетей отопления и горячего водоснабжения.

      Их принципиальное отличие от традиционно используемых стальных труб заключается не только в материале напорной трубы, устойчивого ко всем видам коррозии. Высокая гибкость труб позволяет выпускать их длинномерными отрезками и поставлять на объекты в бухтах. Однако для того, чтобы новая труба вошла в практику строительства, разработчикам пришлось создать новый продукт, адаптированный под потребности данного сектора рынка - обеспечить трубу качественной и надежной теплоизоляцией, разработать систему соединений и т.д. Ведущими производителями гибких полимерных теплоизолированных труб являются европейские фирмы Brugg Rohrsysteme, Uponor, Logstor, Isoplus, Microflex и др.

       Все они разрабатывали не просто гибкие теплоизолированные трубы, а целые системы гибких полимерных теплоизолированных теплопроводов. Понятие системы в этом случае является довольно емким. В него входят не только фитинги, комплектующие и специализированное оборудование для монтажа таких теплопроводов на трассе. Не менее, а, возможно, и более важным здесь является сама конструкция труб и система их сопряжения с традиционными (металлическими) трубами и с запорной арматурой, система гидроизоляции, система тепловой самокомпенсации и система ОДК (если мы говорим о трубах типа "Касафлекс" с несущими спирально-гофрированными трубами из нержавеющей стали). Сюда же следует отнести и целый набор технических решений по прокладке гибких труб в сложных условиях плотной городской застройки, систему расчета тепловых потерь и систему гидравлических расчетов, сильно отличающихся от применяемых для металлических труб в ППУ изоляции. Отдельно следует отметить систему тепловой самокомпенсации гибких полимерных теплоизолированных труб. Несмотря на то, что коэффициент теплового расширения полиэтиленовых труб существенно выше, чем у металлических, благодаря низкому значению модуля упругости в трубах возникают незначительные напряжения, которые существенно ниже прочностных показателей материала труб и не могут привести к потере устойчивости труб.

       Ведущие европейские фирмы по-разному подошли к конструированию своих систем гибких полимерных теплопроводов. У каждой из этих систем есть свои положительные и отрицательные стороны. Но объединяет их одно - все они являются законченными системами, в которых решены все перечисленные выше вопросы и на разработку которых были потрачены значительные финансовые и людские ресурсы. И слепое копирование части этих систем (например, только труб) либо применение данных систем в не предназначенных для них условиях эксплуатации, о чем будет сказано ниже, часто приводит к нежелательным последствиям и большим финансовым рискам. Кроме того, при неграмотном подходе при копировании подобных систем дискредитируется сама идея применения гибких полимерных теплоизолированных трубах, на тепловых сетях на новых перспективных рынках, каким, например, является российский рынок. При всех положительных моментах использования хороших европейских систем гибких полимерных теплоизолированных труб следует отметить, что все они без исключения были разработаны для весьма специфических европейских условий. Как известно, в европейских странах практически отсутствуют системы единых централизованных сетей в масштабе больших городов и тем более мегаполисов. Как правило, распределительные тепловые сети там обслуживают несколько небольших кварталов с небольшими тепловыми станциями. Кроме того, во многих европейских странах последовательно реализуется программа по снижению температуры теплоносителя, что сильно понижает нагрузку на тепловые распределительные сети.

       Шесть лет назад, когда российские производители полимерных труб были поставлены перед задачей освоения производства новых типов труб для распределительных тепловых сетей российских городов, вопросы применимости европейских систем были еще Terra Incognita. Первым российским производителем гибких полимерных теплоизолированных труб стал московский завод "АНД Газтрубпласт", который начал освоение данной продукции по заданию Управления Топливно-энергетического хозяйства Правительства Москвы (в настоящее время ДТЭХ). Именно перед этим заводом встала задача выбора одной из европейских систем и проблема адаптации этой системы к условиям российских городов. Тогда, шесть лет назад, коллектив завода понимал только одно - что подобные гибкие тепло-' проводы являются сложной системой и для того, чтобы строить здание новой системы со своими специальными требованиями, необходимо иметь прочный фундамент ранее разработанной системы. И именно поэтому было принято решение о покупке нескольких лицензий на одну из хорошо отработанных европейских систем гибких полимерных теплоизолированных труб. Как показал шестилетний опыт развития этой системы и опыт ее эксплуатации в российских, и особенно в московских условиях, данное решение было тогда единственно верным, позволившим избежать многих ошибок, которых, к сожалению, не смогли избежать другие российские производители. В 2000 году специалистами завода "АНД Газтрубпласт" и УТЭХ (в настоящее время ДТЭХ) Правительства г. Москвы был проведен тщательный технико-экономический анализ технологий, используемых в мировой практике. Специалисты завода изучили опыт компаний Rehau (Германия), Uponor (Финляндия), Dizayn Group (Турция), Brugg Rohrsysteme (Швейцария), Isoplus (Австрия). В результате была выбрана технология производства труб CALPEX компании Brugg Rohrsysteme - не уступая по техническим характеристикам трубам других производителей, они оказались более технологичными и допускали возможность использования российского сырья и комплектующих.

       В 2001 году первые километры труб CALPEX были проложены в сетях горячего водоснабжения и отопления на нескольких объектах УТЭХ г.Москвы. Пока они "отрабатывали" свой первый отопительный сезон, на заводе шел монтаж технологической линии для производства гибких полимерных теплоизолированных труб "Изопрофлекс" (российский аналог швейцарских труб CALPEX) в рамках лицензионного соглашения с Brugg Rohrsysteme. Весной 2002 года линия была введена в эксплуатацию. Теплоснабжающие организации Москвы быстро переложили 50 км тепловых сетей с использованием труб "Изопрофлекс". В этом же году в Москве проложены первые километры тепловых сетей с использованием труб "Касафлекс" с напорной трубой из спирально-гофрированной нержавеющей стали с рабочей температурой до 135°С. В 2003 году завод начал собственное производство труб из сшитого полиэтилена ПЭХ-а в рамках лицензионного соглашения с одним из ведущих их производителей - израильской компанией Golan Plastic. Тем самым была существенно снижена зависимость производства от импортных поставок. Однако для широкого внедрения новых труб в практику строительства было необходимо адаптировать швейцарскую технологию к специфике крупных российских городов. Чем же не устраивали российские муниципальные теплоснабжающие организации, а именно они являются основными заказчиками гибких полимерных теплоизолированных труб, те системы, которые предлагали европейские производители? В первую очередь, это, конечно, диаметры несущих труб. Если в стандартной номенклатуре европейских заводов последний диаметр несущих гибких теплоизолированных труб был 110 мм (трубы использовались для замены металлической трубы диаметром 108 мм), то для теплоснабжающих российских организаций требовались трубы, по крайней мере до 150 мм (для замены металлической трубы 159 мм), а лучше трубы 203 мм (для замены трубы 219 мм). Поэтому уже в 2004 году на заводе было освоено производство труб "Изопрофлекс" с диаметром напорной трубы 140 и 160 мм. Подобные трубы не имеют аналогов в мировой практике и предназначены для тепловых сетей крупных российских городов.

       Одновременно для транспортировки труб такого диаметра по заданию Завода на одном из подмосковных предприятий были сконструированы и изготовлены полуприцепы для транспортировки барабанов с гибкими теплоизолированными трубами. Однако этого было недостаточно. Оказалось, что трубы больших диаметров нужны российским тепловикам еще и на давление 1,0 МПа. Это и понятно - большие диаметры предполагают большой расход воды, а это применение в высотном строительстве. Хотя в Европе такие трубы практически не применяются, в европейской практике есть техническое решение для производства гибких теплоизолированных труб на такое давление - это применение несущих труб РЕХ с увеличенной толщиной стенки (SDR 7,4). Именно по такому механистическому пути и пошли большинство европейских фирм, пытаясь завоевать емкий российский рынок. Надо сказать, что даже для диаметров ПО мм такие гибкие тепловые трубы с увеличенной толщиной стенки несущих труб ПЭХ больше похожи на стволы артиллерийских орудий, чем на трубы для транспортировки теплоносителя. Понятно, что сечение подобных труб оказывается сильно занижено (примерно на 20%), а об их гибкости даже для диаметра 110 мм говорить довольно трудно, а для диаметров 140 мм и 160 мм - просто невозможно. Но и это еще не все. Оказалось, что в Европе все гибкие теплоизолированные трубы с несущими трубами из сшитого полиэтилена используются либо на рабочие температуры до 95°С и рабочее давление до 0,6 МПа (district heating pipe), либо до температуры 70°С и давление до 1,0 МПА (hot water sanitary pipe). И при этом никогда гибкие полимерные теплоизолированные трубы не используются на температуру 95°С и давление 1,0 МПа одновременно. Это крайне неприятное ограничение, которое практически закрывает дорогу в применении стандартных гибких тепловых труб для систем отопления на высотном строительстве (17 этажей и выше). Последний факт никогда не отрицался европейскими производителями, и из их технической документации это легко понять. Для тепловых распределительных сетей европейских стран подобное применение гибких тепловых труб и не очень актуально - в Европе практически нет высотных домов, подключенных к муниципальным тепловым сетям. Другое дело - российские города с многоэтажными спальными районами.

       Учитывая, что европейские гибкие тепловые трубы поступают в Россию через торгующие организации, уровень технического сопровождения проектов по прокладке этих труб оказывается довольно низким. Вот и появляются в сетях отопления в районах массовой жилой застройки с этажностью домов 22 этажа и выше гибкие тепловые трубы известных европейских брендов. При этом в некоторых каталогах российских дилеров появлялись фразы об использовании гибких полимерных труб при температурах 105°С и даже 110°С. Повторю мысль, высказанную в начале статьи - подобные случаи неграмотного использования полимерных технологий в тепловых распределительных сетях могут привести к потере доверия к самой идее использования полимеров в этой области. Таким образом, завод "АНД Газтрубпласт" столкнулся с тем, что существующие апробированные европейские системы гибких полимерных теплоизолированных труб плохо подходили для российских условий эксплуатации. Не соответствовали требуемым значениям ни диаметры труб, ни рабочее давление. Другими словами, для российских, более жестких условий эксплуатации нужна была другая система. Принимая во внимание, что классические трубы из сшитого полиэтилена при таких предельных нагрузках имеют ограниченный срок эксплуатации, изменение системы означало изменение самой конструкции несущей трубы. В 2003 году заводом был разработан и освоен в серийном производстве принципиально новый тип труб - "Изопрофлекс А", с напорной трубой, армированной нитью из арамидного волокна (кевлара). Армирование обеспечивает увеличение прочности трубы без увеличения толщины стенки.

       По сравнению со своим европейским аналогом - трубой РЕХ-а с увеличенной толщиной стенки - армированная напорная труба обладает большей пропускной способностью, более удобна в монтаже и самое главное, существенно дешевле. Дальнейшее совершенствование конструкции армированных труб из сшитого полиэтилена привело к созданию в 2005 году нового вида продукции - 8-слойной армированной теплоизолированной трубы, заменившей выпускаемую ранее трубу "Изопрофлекс А". Последовательность и толщины всех технологических слоев подобраны таким образом, чтобы полученная в итоге труба представляла собой монолитную конструкцию, выдерживала все необходимые испытания, а армирующий слой находился внутри тела трубы. При этом суммарная толщина стенки трубы оказалась меньше толщины стенки традиционной трубы из сшитого полиэтилена на 0,6 МПа, что позволило очень существенно увеличить гибкость трубы. Увеличение гибкости трубы позволило, в свою очередь, создать гибкую трубу на 1,0 МПа до диаметра 160 мм. Но самое главное, что разработанная труба выдерживает испытания на требуемые максимальные нагрузки - 95°С и 1,0 МПа одновременно.

       Именно эта задача ставилась перед коллективом, создававшим новый тип трубы. Разработанная многослойная конструкция несущей трубы позволяет довольно просто вносить дополнительные слои, необходимые для производства труб со специфическими свойствами. Так, по требованию заказчика в конструкцию трубы был внесен барьерный слой, препятствующий диффузии кислорода извне. В настоящее время в разработке находится целый ряд дополнительных слоев, которые позволят выпускать трубу по новым европейским нормам, разработка которых ведется в настоящее время. За те шесть лет, в течение которых осваивалось производство стандартных гибких тепловых труб и шло освоение труб новой конструкции, не стояли на месте и европейские производители. В конструкции их систем появился целый ряд усовершенствований, способствующих значительному увеличению срока службы теплоизолирующего слоя. В частности, фирмы Brugg Rohrsysteme и Logstor стали выпускать гибкие тепловые трубы со специальным слоем, препятствующим диффузии вспенивающего газа из слоя ППУ и замещению его атмосферным кислородом. Дело в том, что, как показали многочисленные исследования последних лет, вследствие эффекта замещения коэффициент теплопроводности теплоизоляции в течение 10 лет эксплуатации падает на 15%. Очевидно, что ухудшение теплоизолирующих свойств в этом случае оказывается довольно существенным. Именно поэтому при разработке труб "Изопрофлекс-АМ" данные усовершенствования также были внесены в новую конструкцию труб. Таким образом, можно сделать вывод о том, что изменился сам подход к разработке гибких полимерных теплоизолированных труб. Новый подход позволяет конструировать трубы со специфическими свойствами в соответствии с требованиями потребителя. Количество слоев и их комбинация может быть любым. Это позволяет перевести новый вид труб в разряд инженерных полимерных многослойных конструкций и говорить о рождении целого класса гибких многослойных полимерных теплоизолированных труб.

       Итак, за 5 лет в Москве построено порядка 610 км тепловых разводящих сетей с применением гибких теплоизолированных труб "Изопрофлекс" и "Касафлекс". Много это или мало? Это, видимо, немного, если сравнивать с полной протяженностью разводящих сетей в Москве. С другой стороны, это составляет всего лишь около 15% всего парка тепловых разводящих сетей. Если учесть, что среди адресов, по которым прокладывались гибкие трубы, попадались такие, где металлические трубы были проложены в 1996 г., то выходит, что каждые 10-15 лет в Москве перекладывалась значительная часть всех разводящих тепловых сетей. Какова же аварийность на тепловых сетях, в которых применены гибкие теплоизолированные трубы? Ведь первые трубы "Изопрофлекс" простояли уже 5 отопительных сезонов, а эксплуатирующие организации знают, что в случае применения стальных труб выезд аварийных бригад на аварии начинается иногда в первый отопительный сезон после капитального ремонта. 5 лет - это тот срок, за который успевают накопиться репрезентативные статистические данные по аварийным ситуациям. Вернемся к цифре 610 км гибких теплоизолированных труб, лежащих в московской земле. Учитывая трассы тепловых сетей как в двух-, так и в 4-трубном исполнении, трубы "Изопрофлекс" и "Касафлекс" лежат по более чем 4500 московским адресам. Очевидно, что даже в самых надежных трубопроводных системах самым уязвимым местом являются стыки. В случае гибких теплоизолированных труб стыки в середине трассы практически отсутствуют (за исключением редких случаев применения тройников из нержавеющей стали, срок службы которых достаточно высок), и говорить, видимо, нужно о концевых фитингах - переходах на металлическую трубу. Попутно заметим, что несмотря на то, что сами фитинги изготавливаются из черного металла, они никоим образом не влияют на срок жизни всего отрезка трубопровода из сшитого полиэтилена. Это связано с тем, что стальная труба, с которой соединяется полимерный трубопровод, выйдет из строя раньше, чем фитинг, а при замене металлической трубы заменяется и сам фитинг. И тем не менее, абсолютное количество фитингов, лежащих в земле, и относительное количество фитингов на единицу длины трубопровода, являются важными величинами, характеризующими долговременную надежность всей трубопроводной системы. Как показал анализ небольшого количества аварийных ситуаций (о которых будет сказано ниже), практически все они случались на концевых соединениях. Статистическая обработка данных о комплектации московских объектов трубами "Изопрофлекс" и "Касафлекс" показала, что на всех московских объектах лежит порядка 14 500 отрезков гибких теплоизолированных труб. Соответственно, количество фитингов (в подавляющем большинстве переходов на металл), лежащих в земле - порядка 29-30 тыс. штук. Попутно можно заметить, что если бы все эти московские объекты были смонтированы с применением металлических труб, то количество стыков (то есть сварных швов, находящихся в земле вдоль всей трассы и наиболее подверженных коррозии) было с учетом компенсаторов в 4 раза больше, т.е. порядка 120 тыс. стыков. За все пять лет было зафиксировано 32 аварийные ситуации, с которыми московские теплоснабжающие организации обращались на завод. Из них в 20 случаях протечки были обнаружены в первые 1-2 дня после опрессовки и вызваны неквалифицированным монтажом фитингов и нарушением инструкций завода-изготовителя. Причины остальных 12 аварийных случаев распределились следующим образом: 1. Проведение строительных работ в месте прохождения теплосети без соответствующих мер предосторожности - 2 случая; 2. Повреждения трубы при погрузочно-разгрузочных работах - 3 случая; 3. Наличие крупного строительного мусора в траншее и отсутствие строительных матов на поворотах в каналах - 3 случая; 4. Некачественные фитинги - 2 случая; 5. Пропуск стыков напорной трубы по вине завода-изготовителя - 2 случая (оба случая произошли в первый год выпуска продукции и после отладки технологического процесса не встречались).

        Таким образом, аварийность трубопроводных систем "Изопрофлекс" и "Касафлекс" по приведенным данным составляет 1 случай на 51 км за 5 лет или в среднем, с учетом неравномерного распределения аварийности по годам, 1 случай на 95 км трубопроводов в год. Приведенная цифра оказалась очень близкой к той, что приводится в статистике аварийных случаев при использовании гибких теплоизолированных труб в Европе. Следует отметить, что такая низкая аварийность на тепловых сетях была достигнута в результате очень напряженной работы всех участников проекта - завода-производителя, Московской объединенной энергетической компании и эксплуатирующих организаций. В результате совместной работы специалистов всех организаций, на основе швейцарских технологий было разработано целое семейство гибких полимерных теплоизолированных труб, способных заменить металлические трубы практически во всем диапазоне температур, давлений и диаметров, применяемых на разводящих сетях ГВС и отопления. Фактически была разработана новая трубопроводная система, полностью адаптированная для условий такого мегаполиса, как Москва. О степени новизны новой системы говорит хотя бы тот факт, что фирма Brugg Rohrsysteme (Швейцария), по чьей технологии изготавливались первые трубы, в настоящее время ведет переговоры о поставках из Москвы напорных труб новой конструкции для дальнейшей их теплоизоляции в Швейцарии. В заключение коллектив Холдинга "Евротрубпласт" хотел бы выразить свою благодарность всем участникам Проекта и пожелать родному городу в ближайшие годы максимально эффективно использовать имеющиеся в нашем распоряжении возможности и поднять надежность городских сетей на принципиально новый уровень, чтобы стать примером для всех российских городов.

А.Ю. ШМЕЛЕВ, ММ. КУЗИН, А.В. САЗОНОВ Источник: Журнал «Пластические массы»

Подробнее о текущей ситуации и прогнозе российского рынка труб из сшитого полиэтилена смотрите в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок труб из сшитого полиэтилена (PEX) в России».