Технология тепловой изоляции трубопроводов пенополиуретаном (ППУ) «труба в трубе», разработанная в 70-80-х года прошлого столетия в странах Западной Европы и США, предусматривает использования в качестве наружной трубы-оболочки трубопроводов подземной бесканальной прокладки тонкостенные полиэтиленовые трубы из полиэтилена низкого давления высокой плотности (ПНД). Практика применения предизолированных ППУ трубопроводов данного типа прокладки, насчитывающая в развитых странах более 30 летний опытный период, позволяет на основе многочисленных исследований и работающих несколько десятилетий трубопроводов в ППУ изоляции утверждать об их высокой надежности и эффективности.

Конструкция трубы в ППУ изоляции подземной бесканальной прокладки рассчитана на прочную гидроизоляционную защиту стального трубопровода как на прямых его участках, так и в местах расположения фитингов, арматуры, компенсационных устройств, отводов, тройников и мест сварки элементов трубопровода друг с другом (стыки труб). Долговечность работы трубы ППУ в грунте обеспечивается прочностными и стойкостными свойствами полиэтилена, который при долговременном нахождении под землей не разрушается и защищает теплоизоляционный ППУ слой и стальную часть трубопровода от попадания влаги. Тонкостенные трубы-оболочки из полиэтилена имеют разную толщину в зависимости от диаметра стального трубопровода. Толщина полиэтиленовой оболочки от 2,2 до 2,5 мм предусмотрена для диаметров 90 – 125 мм, толщина 3,0 – 3,9 мм для оболочек 140 – 250 мм, толщина стенки 4,4 – 5,6 мм требуется для диаметров полиэтиленовой трубы 280 – 450 мм. Толщина трубы-оболочки 6,2 – 8,9 мм используется на диаметрах 500 – 710 мм, а для диаметров оболочек от 800 до 1600 мм предусмотрена толщина стенки полиэтиленовой трубы 10 – 19,6 мм. Предельные отклонения толщины стенок составляют 0,4 – 3,9 мм для полиэтиленовых труб всех диаметров.

Для прокладки трубопроводов в ППУ изоляции для тепловых сетей преимущественно используются трубы-оболочки для стальных труб диаметрами от 32 до 820 и реже до 1020 мм, поскольку в магистральных сетях теплоснабжения в нашей стране с увеличением диаметра трубопровода как правило возрастает рабочая температура, значительно превышая уровень в 140 градусов С, предельной для использования в качестве тепловой изоляции пенополиуретана (ППУ).

Труба-оболочка полиэтиленовая для предизолированных труб ППУ по ГОСТ 30732-2020 изготавливается типоразмерами от 90 до 1600 мм, что позволяет производить трубы ППУ по технологии теплоизоляции «труба в трубе» как труб мелких диаметров, так и магистральных трубопроводов диаметром до 1420 мм. Полиэтиленовые трубы-оболочки изготавливаются из полиэтилена низкого давления высокой плотности по ГОСТ 16338-85 «Полиэтилен низкого давления. Технические условия» методом непрерывной экструзии. Согласно требований новой редакции ГОСТа на трубы ППУ для производства полиэтиленовых труб допускается использовать полиэтилен трубных марок не ниже ПЭ-80 (ПЭ-80, ПЭ-100). Технологические линии и входящие в их состав экструдеры прежде всего, как правило, рассчитаны на производство полиэтиленовых оболочек мелких и средних диаметров (от 90 до 560 или 630 мм) и больших диаметров (от 630 до 1200 мм и более). В качестве исходного сырья используется термо- и свето- стабилизированный полиэтилен обязательно черного цвета (черный цвет достигается за счет добавок к полимерной полиэтиленовой крошке 2 – 2,5% сажи).

Произведенные для ППУ труб оболочки из полиэтилена по своим свойствам и эксплуатационным характеристикам должны отвечать требованиям ГОСТ 18599 "Трубы напорные из полиэтилена. Технические условия" и ГОСТ 30732-2020 «Трубы и фасонные изделия стальные с тепловой изоляцией из пенополиуретана с защитной оболочкой».

Процесс производства полиэтиленовых труб в общих чертах выглядит следующим образом. Полиэтилен марок ПЭ-80 или ПЭ-100 подается из бункеров, проходя фильтры очистки сырья от посторонних включений, в экструдер, где происходит его расплавление из жесткого состояния в вязкое и пластичное. Экструдер планомерно подает ровный поток полиэтиленового расплава в формующую головку определенного диаметра в зависимости от настройки оборудования (от 90 до 1600 мм для разных линий), который затем поступает в кольцевую щель формующей форму и диаметр трубы головки.

Выходящая из формующей головки пластичная полиэтиленовая масса в виде трубы-оболочки заданного размера и толщины далее поступает в охлаждаемый трубчатый калибратор, который прикрепляется к вакуумной калибровочной ванне. Здесь полиэтиленовая труба принимает законченную готовую форму и постепенно охлаждается (как правило, в охлаждаемой за счет циркуляции воды ванной). Движение полиэтиленовой трубы от экструдера к отрезному устройству производится за счет протяжного устройства. В конечной стадии прохождения на отрезном устройстве труба-оболочка режется мерными отрезками из расчета последующего нанесения тепловой изоляции пенополиуретаном по длине теплоизолированных стальных труб.

Для обеспечения прочностных и износостойких качеств полиэтиленовые трубы-оболочки должны обладать следующими физическими характеристиками (требования ГОСТ 30732-2020). Относительное удлинение полимерной основы трубы при ее разрыве должно составлять (%) не менее 350. Изменение длины полиэтиленовой тонкостенной трубы после ее нагрева при 110°С (%) должно составлять не более 3. Стойкость оболочки полиэтиленовой при температуре 80°С и постоянном давлении должна составлять не менее 165 (при начальном напряжении в стенке оболочки 4,6 МПа). При начальном напряжении в стенке оболочки 4,0 МПа данный показатель должен быть не менее 1000. Стойкость полиэтиленовой трубы-оболочки при постоянной нагрузке растяжения в 4,0 МПа и температуре 80°С в водном растворе ПАВ должна быть не менее 2000. Используемые в процессе производства трубы ППУ оболочки полиэтиленовые должны иметь гладкую наружную поверхность и наоборот – внутренняя поверхность трубы оболочки должна иметь шероховатость, которая может достигаться механическим путем или прохождением трубы-оболочки в процессе ее изготовления через коронатор, обеспечивающий неровность внутренней поверхности трубы-оболочки. Данное требования важно для достижения высокого показателя адгезии пенопласта ППУ к полиэтилену в конструкции «труба в трубе», что важно для прочности всей конструкции и стабильности теплоизоляционного слоя.

В процессе изготовления полиэтиленовой оболочки могут допускаться незначительные продольные полосы и волнистость, не выводящие толщину стенки за пределы требуемых параметров и допускаемых отклонений. На наружной, верхней и торцевой поверхностях полиэтиленовой оболочки не допускаются пузыри, трещины, раковины и посторонние включения. Концы оболочек полиэтиленовых не должны иметь заусенцев.

Сварные швы полиэтиленовых труб-оболочек при их сварке и изготовлении фасонных элементов после заполнения сборного фасонного элемента пенополиуретаном должны быть герметичны. Толщина теплоизоляции и, соответственно, тип изоляции и применяемой по диаметру полиэтиленовой оболочки (первый тип - стандартный и второй тип - усиленный) рассчитываются согласно СНиП 41-03-2003 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов» с учетом региональных климатических условий проектирования и строительства теплотрасс тепловых сетей.