Стальные трубы подвержены коррозии и для их защиты для разных типов трубопроводов могут использоваться различные антикоррозионные составы, в том числе на рынке существует выбор изоляционных материалов для повышения надежности трубопроводов в ППУ изоляции. Один из вариантов защиты стальной трубы, далее используемой для теплоизоляции предизолированных трубопроводов по технологии «труба в трубе» - использование антикоррозионного грунта на полиуретановой основе.

Для начала необходимо остановиться на основных причинах протекания коррозионных процессов труб тепловых сетей при использовании современной тепловой изоляции пенополиуретаном (ППУ). Несомненные достоинства современной технологии теплоизоляции «труба в трубе» - прежде всего долговечность ППУ, минимальные тепловые потери, обеспечивающиеся данным теплоизоляционным материалом, низкие затраты при капитальном строительстве (поскольку отсутствует необходимость строительства ЖБИ каналов), а также снижении постоянных эксплуатационных издержек при ремонте старых типов изоляции, запорной арматуры и компенсационных устройств.

Обязательным условием реализации данных преимуществ, заложенных изначально в качественный современный теплоизоляционный материал и реализуемый посредством детально отработанной технологии ее нанесения в заводских условиях, когда возможна системная организация как входного, так и текущего контроля за используемыми материалами, этапами производства и готовой ППУ продукции, является соблюдение всех требований, заложенных в ГОСТ 30732-2020 и Технологических Регламентах соответствующих производств. Основная задача, которая в результате должна быть достигнута для производства трубы ППУ требуемого качества – достижение в трубной конструкции полностью герметичной системы «стальная труба - пенополиуретан - защитная труба-оболочка из полиэтилена или оцинкованной стали».

Если требования к технологии или качеству используемых в процессе переработки полимера ППУ (например, низкой теплостойкости используемой композиции пенополиуретана), а также правила доставки, хранения и монтажа предизолированных ППУ трубопроводов (прежде всего качества сварки соединений труб и фасонных изделий, а также запенивания стыков трубопровода) не соблюдаются полностью. В итоге происходит преждевременный выход из строя или резкое падение качества теплоизоляции, то есть теряются преимущества, присущие данной технологии изначально.

Опыт, накопленный в процессе эксплуатации ТГИ труб в ППУ изоляции, показывает, что на практике приходится сталкиваться со случаями нарушения их герметичности в местах расположения термоусаживаемых муфт, концевых заглушек изоляции, а также при механических повреждениях трубы-оболочки из полиэтилена в процессе прокладки трубопровода или при несанкционированных случаях повреждения изоляции.

Статистика причин нарушения герметичности ППУ трубопроводов, собранная в 2005-2006 гг. и относящаяся преимущественно к проложенным в начале 2000-х годов ППУ теплопроводов:

• применение некондиционных материалов для изоляции стыков и заливочных ППУ компонентов;
• низкий уровень и качество монтажных работ при прокладке и герметизации стыков трубопроводов;
• недостаточная адгезия пенополиуретана (ППУ) к стальной трубе и защитной ПЭ оболочке, чаще всего вызванной нарушением правил складирования и хранения теплоизолированных ППУ труб – оставление их в траншеях, которые периодически заполняются дождевыми водами в летне-осенний период монтажных работ и приводят к намоканию пенопласта ППУ;
• низкое качество полиэтилена (ПЭНД), применяемого для изготовления наружной трубы-оболочки (нестабильный полимер, высокий процент использования вторичного полимера, «недопустимое «смешивание» разных марок ПЭ).

Нужно отметить, что со временем часть из вышеназванных причин преодолевается – это связано прежде всего с повышением уровня технологической оснащенности фирм-поставщиков ППУ изоляции, доминирования на рынке комплектующих сырья и материалов крупных иностранных и отечественных производителей, а также существенным улучшением качества строительно-монтажных работ (система обучающих семинаров, накопленный опыт).

Таким образом, меры по достижению выпуска и монтажа качественной трубной ППУ продукции, лежат в плоскости мер, обеспечивающих герметичность и отсутствие проникновения влаги в теплоизолятор ППУ. Как и любой теплоизоляционный материал, пенополиуретан при увлажнении заметно снижает свои прочностные и теплоизоляционные характеристики, а использование пенополиуретанов с низкой термостойкостью неизбежно приводит к деструкции структуры полимера в процессе эксплуатации трубы ППУ. Это, в свою очередь, приводит к образованию мостиков холода в зазорах между стальной трубой, пенопластом ППУ и оболочкой и резко снижает теплоизоляционные характеристики системы.

Влага, проникающая в теплоизоляционный слой из ППУ и выделяемые в результате этого ионы галогенов (в основном хлора), могут являться источником коррозии стальной трубы (преимущественно полиизоцианаты), поскольку возникает коррозионно-активная среда.

Таким образом, существует несколько негативных факторов, проявление которых приводит к нарушению герметичности конструкции «труба в трубе» ППУ трубопровода, увлажнению (а в отдельных случаях разрушению) тепловой изоляции и созданию условий, способствующих началу процесса коррозии. Соответственно, возникновение и протекание процессов наружной коррозии на участках трубопроводов в ППУ изоляции будет приводить к значительному сокращению сроков их службы и, как следствие, отсутствию необходимого экономического эффекта, определяющего возможность перехода на данный тип изоляции (высокий экономический эффект достигается при 25-летнем сроке службы трубопровода данного типа).

В качестве предложения по снижению рисков предлагается усовершенствованная конструкция трубы ППУ.

Одним из основных предлагаемых изменений, вносимых в конструкцию, является замена трубы из углеродистой стали на трубу из материала, не подверженного коррозии (нержавеющая сталь, полимерный материал, керамика, силикатноэмалевые покрытия стальных труб и фитингов). Обоснованность такой замены не ставится под сомнение при производстве предизолированных труб для продуктопроводов химических и добывающих отраслей промышленности, трубопроводов горячего водоснабжения, подверженных интенсивной внутренней коррозии. В тоже время весьма ограниченный ассортимент производимых из нержавеющих сталей и полимерных материалов труб (мелкие и средние диаметры), особенности монтажа и высокая для большинства потребителей стоимость не позволяют надеяться, что данная конструкция в обозримом времени получит доминирующее положение.

Сложившаяся на данный момент ситуация подсказывает, что решение проблемы повышения надежности следует искать в области взаимного пересечения интересов как производителей, так и потребителей предизолированных труб. Основные меры по улучшению:

• меры по повышению надежности конструкции «труба в трубе» должно быть простыми и дешевыми;
• технология должна быть легко реализуема в существующей промышленной поточной технологической цепи;
• правила монтажа предизолированных труб улучшенной конструкции не должна принципиально отличаться от ранее разработанных правил.

Материалом, вполне отвечающим данным требованиям, может быть антикоррозионное лакокрасочное покрытие, наносимое на наружную поверхность стальной трубы и препятствующее интенсивному протеканию коррозионных процессов металла трубы. Данное покрытие легко наносится, даже при работе с габаритными конструкциями и изделиями сложной конфигурации, невысокой стоимостью материала и хорошей сочетаемостью с другими методами защиты трубопроводов. Широко применяется в настоящее время для данных целей антикоррозионный состав на полиуретановой основе «Вектор 1025», рекомендованный к применению для защиты трубопроводов тепловых сетей в качестве грунта, и состав «Вектор 1025М» (модифицированный). Перед нанесением поверхность метала должна быть очищена от продуктов коррозии (ржавчины), масел и иных загрязнений – возможна щеточная, дробеметная, дробеструйная механическая очистка поверхности или ручная зачистка металлической щеткой. Полимерное покрытия может наноситься как вручную (трубы малых диаметров, фасонные элементы, так и автоматически. Толщина покрытий на металлических трубках должна составлять 50-60 микрон.

Для определения коррозионной стойкости конструкции трубы в ППУ изоляции с антикоррозионными покрытиями были проведены стендовые испытания и разработана методик, согласно которой образцы, представляющие собой модель участка теплопровода, помещались в среду, моделирующую химические параметры, аналогичные нагретой и влажной среде зоны расположения ППУ, оболочки и стальной трубы.

Продолжительность испытаний составила 1500 часов, а температурный режим - режиму работы тепловой сети в весенне-осенний период.

Оценка результатов испытаний проводилась с использованием данных, полученных при инструментальном контроле адгезии пенополиуретановой изоляции к поверхности трубы и визуальной оценке состояния поверхности металла и защитного покрытия на каждом из испытываемых образцов.

На основе результатов стендовых испытаний образцов в индустриальной ППУ изоляции с антикоррозионным покрытием было установлено, что предварительное окрашивание поверхности труб (перед их заливкой пенополиуретаном) составами «Вектор 1025» или «Вектор 1025М» в один слой позволяет обеспечить стабильную адгезию теплоизоляционного слоя к поверхности трубы и исключить протекание коррозионных процессов на концевых участках труб, не имеющих пенополиуретановой изоляции и предотвратить развитие коррозионных процессов в случае проникновения агрессивной среды к поверхности металла трубопровода при возникновении механических повреждений защитной полиэтиленовой оболочки и образовании сквозных повреждений.

Таким образом, нанесение на поверхность труб и фасонных изделий модифицированной мастикой «Вектор 1025М», содержащей специальные добавки, позволяет:
1. Увеличить прочность сцепления пенополиуретановой тепловой изоляции с поверхностью трубы в два раза по сравнению с неокрашенной металлической поверхностью.
2. Увеличить прочность сцепления пенополиуретановой тепловой изоляции с поверхностью трубы на 50% по сравнению с поверхностью, окрашенной мастикой «Вектор 1025».
3. Сохранять стабильные показатели адгезионных характеристик пенополиуретановой тепловой изоляции к поверхности трубы в процессе ее эксплуатации.

Однослойные покрытия «Вектор 1025М» и «Вектор 1025» толщиной 50-60 микрон рекомендуется применять:

• для антикоррозионной обработки (окраски) поверхности стальных труб перед их заливкой пенополиуретаном с получением монолитной теплоизоляционной конструкции;
• для антикоррозионной защиты стыков трубопроводов в ППУ изоляции в полевых условиях перед установкой на них герметизирующих термоусаживаемых муфт;
• для защиты трубопроводов перед изготовлением на них сборных теплоизоляционных конструкций из пенополиуретановых скорлуп;
• для защиты мест переходов «трубопровод в ППУ изоляции - трубопровод с другим типом изоляции.