Предложения по повышению надёжности трубопроводов ЖКХ

Е.В. Сампара, технический директор, АО «Сибпромкомплект», г. Тюмень.

По материалам семинара «Организация ремонта и повышения ресурса тепловых сетей», 28-29 мая 2019 г., Москва

Ситуация в отрасли ЖКХ не самая радужная: в России, помимо всего прочего, очень сложные условия эксплуатации трубопроводов: незначительная глубина залегания, значительные температурные деформации из-за характера климата и особенностей центрального теплоснабжения в России, грунтовые воды и российские реалии.

Как показывает статистика повреждения теплосетей, основная масса повреждений приходится на первые два года эксплуатации (рис. 1). Это говорит о плохом качестве исходных трубопроводов и низком уровне его монтажа.

Рисунок 1. Статистика повреждений тепловых сетей в ППУ изоляции по годам (по данным НП «Российское теплоснабжение»).

Основные причины катастрофического состояния теплосетей:

1. Низкие требования нормативно-технической документации, которые при прочих равных условиях позволяют безответственным фирмам производить дешёвые, но некачественные трубопроводы. Как пример – труба, произведённая по ГОСТ 30732-2006 (Трубы и фасонные изделия стальные с тепловой изоляцией из пенополиуретана с защитной оболочкой. Технические условия). Внешне никаких повреждений, но сама труба уже в плачевном состоянии после нескольких лет эксплуатации (рис. 2, 3).

Рисунок 2. Трубы, произведённые в соответствии с требованиями ГОСТ 30732-2006, после изготовления (здесь и далее – представленные фотоматериалы взяты из открытых источников в сети Интернет).

Рисунок. 3. Трубы, произведённые в соответствии с требованиями ГОСТ 30732-2006, после нескольких лет эксплуатации.

2. Несоблюдение технологии производства теплоизоляции, в т.ч. с целью демпинга и победы в тендерах (экономия, использование б/у трубы, дешёвых материалов-заменителей). Приводит к тому, что такая труба обойдётся гораздо дешевле, но через год она выйдет из строя (рис. 4).

Рисунок 4. Несоблюдение технологии производства ППУ изоляции.

3. Низкое качество монтажа трубопроводов. Имея на руках качественный продукт, но при попустительстве руководства или отсутствии знаний и опыта, можно получить то же ужасное состояние (рис. 5).

Рисунок 5. Несоблюдение строителями технологии монтажа тепловых сетей.

Что же делать? Велосипед изобретать не надо – в России уже разработаны и успешно применяются технологии, позволяющие достичь срока эксплуатации трубопроводов в 50 лет.

Технические решения, применяемые для трубопроводов в нефтегазовой отрасли

Буквально 7 лет назад нефтегазовый комплекс начал осваивать Крайний Север – Ямал, Восточную Сибирь и т.д. Добыча и транспортировка нефти и газа на материковую часть осуществляется в условиях вечной мерзлоты, поэтому нефтяники начали заниматься нехарактерной для себя задачей – теплоизоляцией. До этого момента в нефтегазовой отрасли приходилось заниматься лишь вопросами антикоррозионной защиты. При этом разработки шли в двух направлениях – разработка коррозионностойких сталей и внешней защиты. За 7 лет практически у каждой нефтяной компании была разработана своя уникальная нормативно-техническая база в части коррозионного покрытия и теплоизоляции, которая основывалась в основном на ГОСТ-30732, поскольку до этого подобных технологий вообще не существовало. По прошествии года начались испытания в условиях Крайнего Севера, и из реестра трубно-нефтяных компаний исчезли все, которые специализировались на ЖКХ.

Серьёзная работа была проведена с производителями и пенополимерных покрытий, и изоляции, и антикоррозионных покрытий. В результате на сегодняшний день ни один из крупных изоляционных заводов, которые занимаются ЖКХ, у нефтяников заказы не выполняет.

Причины, в первую очередь, – низкое качество продукции, низкий уровень производственной дисциплины и, в принципе, нежелание заводов меняться – требования нефтяники заложили серьёзные. Любой завод проходил через жёсткую аттестацию, которая включала и нормативную документацию (аудит производства, контроля, систем менеджмента качества), периодические и опытно-производственные испытания, включая всю инфраструктуру трубопроводного транспорта, логистику и т.д. Отрабатывалась система доставки, к которой также выдвигались высокие требования потому, что довезти трубу до места в условиях ж/д транспорта и плохих российских дорог – серьёзное испытание.

Основные требования нефтяных компаний: это, безусловно, хладостойкость, ударопрочность, антикоррозионное покрытие двух видов: наружная трёхслойная полиэтиленовая изоляция или один-два слоя эпоксидного покрытия. Теплоизоляция труб в нефтяной отрасли отличается от ЖКХ двумя требованиями – или повышенная плотность, или теплопроводность. Ещё пожеланием нефтяников было улучшение качества пены – чтобы она была одновременно и эластичная, и прочная. Были изобретены уникальные пены, которые действительно обладали этими свойствами.

Все предизолированные трубы проходят обязательный операционный контроль – от входного до приёмо-сдаточного на всех этапах производства. Инспекционный контроль принятия продукции – внутренний и независимый, и авторский надзор на всем пути транспортировки и монтажа с чётко прописанными инструкциями. Все производители формировали свои бригады, которые несли ответственность за качество монтажа и впоследствии на период гарантийного срока. При соблюдении условий производства и монтажа заявленный гарантийный срок эксплуатации должен выдерживаться. Чтобы это не было голословным утверждением, проводились, так называемые, ускоренные климатические испытания, которые моделировали условия эксплуатации в условиях Крайнего Севера или любой другой экстремальной с точки зрения климата территории с высчитыванием гарантийного срока. И все адекватно это воспринимали.

Так как в условиях Крайнего Севера средняя температура монтажа –40 оС, следовательно, использование пенопакетов и любого другого пластика невозможно, поэтому используются скорлупы, произведённые тем же заводом, что и трубопроводы, с учётом овальности трубы, толщины теплоизоляции и т.д. Под каждую инженерную конструкцию трубопровода разрабатывается форма и сегмент изоляции – в отличие от ЖКХ, где изоляцию просто подбирают по каталогу типоразмеров.

В результате совместных усилий на выходе получился продукт, который занял достойное место в российской трубопроводной индустрии (рис. 6).

На сегодняшний день производители ППУ труб для нефтяной промышленности ушли с рынка ЖКХ, хотя возможность обрабатывать некоторые запросы в области ЖКХ существует. Пример – магистральный трубопровод с Ямала (400 км надземной части и 100 км – подземной). Проект уникальный, все технические решения были разработаны как раз примерно 7 лет назад.

а) б) в)

Рисунок 6. Технические решения, применяемые для трубопроводов в нефтегазовой отрасли: а) эпоксидное покрытие стальных труб ППУ; б) изоляция в оцинкованной оболочке для надземной прокладки; в) ППУ изоляция в металлополимерной оболочке для надземной прокладки (фотоматериалы представлены АО «СИБПРОМКОМПЛЕКТ»).

Пять простых шагов для решения проблемы ЖКХ

Шаг № 1. Использование только новых качественных стальных труб.

Не секрет, что в отрасли ЖКХ имеет место применение труб, бывших в употреблении. Любые, даже качественно восстановленные трубы, уже ослаблены стресс-коррозией, имеют микроповреждения структуры металла и не смогут гарантировать длительную безаварийную эксплуатацию трубопровода

Технология процесса производства антикоррозионного покрытия подразумевает полноценную (дробемётную) подготовку поверхности трубы перед заливкой изоляции. При этом в обязательном порядке необходим контроль качества, т.к. даже на новой продукции обнаруживают до 10% дефектов поверхности, из которых 1% выводит трубу в брак (утонение стенки, раковины, трещины и т.д.).

Мы для себя ведём такую статистику по разным видам труб (бесшовной, электросварной) и даём её заводам, чтобы они совершенствовали свой контроль. Если есть соответствующее оборудование, то новые трубы проходят ультразвуковую и рентген-диагностику стопроцентно два раза. Первый – после формовки/сварки, второй – после калибровки, гидроиспытаний и т.д. Конечно, у себя иметь эти дорогостоящие установки необязательно – нужно лишь знать производителя, который сам его проводит, и проводить грамотный входной ТК.

В процессе изготовления стальных труб возможно обеспечить квалифицированный контроль процесса производства, что гарантирует необходимое качество. Контроль ставится во главу угла – здесь работает чистая экономика: если ты хочешь зарабатывать деньги, ты должен выпускать качественный продукт.

Сейчас многие заводы начали внедрять 100% ультразвуковой контроль штрипса ещё перед производством трубы, и, хотя любой металлургический комбинат обязан проводить этот контроль, тем не менее, проблемы остаются.

Шаг № 2.  Обязательное применение труб и деталей с антикоррозионным покрытием (АКП) заводского нанесения (эпоксидное покрытие с областью температур применения до 150 оС).

ППУ изоляция сама по себе является видом такой защиты, но только барьерным. Если каким-то образом вода всё-таки попадёт на трубу, то неизбежна быстрая коррозия.

К тому же ППУ при вспенивании образует интегральную корку, а это – повышенная плотность материала, следовательно, повышенная хрупкость, поэтому и такие небольшие показатели адгезии (осевого сдвига). Адгезия достигается опять же за счёт подготовки поверхности. При этом никаких строгих требований на этом этапе нет – подготовка осуществляется по ГОСТ 30732: удаление грязи, ржавчины и – всё. Чистят металлическими щётками, об обеспыленности речи вообще не идёт.

Поэтому необходимы покрытия, которые имеют намного большую адгезию, чем пенополиуретан. Таким является эпоксидная, акриловая основа.

Заводское эпоксидное покрытие обеспечивает надёжную защиту от любых видов коррозии;

Срок службы данного покрытия составляет не менее 50 лет;

Современные материалы обеспечивают защиту стальной трубы при температурах эксплуатации до 150 оС;

В процессе нанесения покрытия на стальные трубы возможно обеспечить квалифицированный контроль процесса производства, что гарантирует необходимое качество;

Шаг № 3. Применение для наружного покрытия оцинкованной оболочки (ОЦ) с классом покрытия не ниже 1 по ГОСТ 14918. Казалось бы, что может быть проще? В России есть два стандарта: первый – ГОСТ 14918-80 (Сталь тонколистовая оцинкованная с непрерывных линий. Технические условия), регламентирующий первый и второй класс оцинкованных покрытий. Первый класс – толщина до 23 микрон, второй – до 10. Второй, более поздний ГОСТ 52246 (Прокат листовой горячеоцинкованный. Технические условия) определяет более широкий спектр толщин. Специалисты нефтяной отрасли упрощённо считают: микрон в год оцинкованного покрытия. В результате обсуждения и консультаций с финскими специалистами определилась оптимальная величина ОЦ в 23 микрона.

Однако, при проверке толщины оцинкованных листов в ходе закупки выявляются показатели: где – 10, где – 0, а где и 50. С отбраковкой производитель не согласился и предоставил протоколы, из которых следует, что испытания проводились методом травления через массу пластинки размером 200х200, и, при соответствии массы выдавалось положительное заключение на всю партию. А мы потом удивляемся, почему через пару лет у нас дырки в поверхности?

Когда мы начали работать со всеми металлургами, мы отбраковывали до 60% металла. После внедрения проекта в результате долгих объяснений и работы наших специалистов-контролёров брак снизился до 10% (рис. 6б).

Оцинкованная оболочка с классом покрытия 1 по ГОСТ 14918 сохраняет защитные свойства на протяжении всего срока эксплуатации (не темнеет и не подвержена коррозии более длительное время);

Надёжная и долговечная наружная оболочка предохраняет слой тепловой изоляции от механических воздействий и попадания влаги.

Шаг № 4. Применение для подземной прокладки труб с металлополимерной оболочкой (взамен полиэтиленовой).

Так называемая полиэтиленовая оболочка, заложенная в ГОСТ 30732, представляет из себя экструдированный полиэтилен, отформованный по трубе определённой толщины. По своим химическим свойствам у полиэтилена нет ни химической, ни физической адгезии, соответственно, его очень трудно склеивать. То же самое с ППУ изоляцией: несмотря на то, что полиуретановый клей самый сильный в мире, но, поскольку ППУ-изоляция не имеет адгезионной основы, соответственно, нужно создавать её искусственно – освобождением водородных связей. Например, используемый у нас метод коронации – коронный разряд освобождает молекулярные связи и вызывает хорошую адгезию. Но: во-первых, экструдеров с коронаторами в России очень мало, и во-вторых, через сутки от этой адгезии не остаётся и следа. Поэтому экструдеры должны работать непосредственно перед нанесением изоляции. И в-третьих, при существенных морозах (ниже –15 оС) полиэтиленовая оболочка очень легко лопается.

Учитывая вышеперечисленное, была разработана металлополимерная (МП) оболочка, изготовленная из обычного холодно-катанного штрипса 0,7-1,5 мм толщиной, на который навивается каркас и наносится многослойное полиэтиленовое покрытие.

МП оболочка обладает рядом преимуществ перед полиэтиленовой:

•       допускаемая температура транспортировки, хранения и монтажа труб с МП оболочкой до –50 оС (полиэтиленовая оболочка, выполненная из первичных марок полиэтилена, только до –18 оС).

•       МП оболочка обеспечивает более высокую статическую прочность тепловой изоляции, менее подвержена вмятинам и отслоениям;

•       МП оболочка не требует особой подготовки внутренней поверхности для обеспечения адгезии со слоем тепловой изоляции для формирования монолитной конструкции (полиэтиленовая оболочка должна проходить обработку коронным разрядом, что зачастую на заводах производится формально и не имеет влияния).

В результате мы имеем прекрасную адгезию, условия эксплуатации до –60 оС и возможность проектировать толщину теплоизоляции не по ГОСТам и типоразмерам, зависящим от диаметра экструдеров, а такую, какая требуется. Это опять же большая экономия – даже разница в несколько миллиметров на длину трубопровода экономит миллионы рублей. Само покрытие также достаточно прочное, а эпоксидный праймер имеет свойства саморемонта в случае микроповреждений. Также уже давно разработаны качественные материалы по заделке стыков – адгезионные ленты и т.д.  Например, в зимних условиях монтажа для изоляции стыка и нанесении ППУ используется т.н. монтажный комплект стыка – металлический бандаж, обечайка из оцинкованной стали и для гидроизоляции шва – плавкая адгезионная лента.

Шаг № 5. Ужесточение требований к контролю готовой продукции и проведению строительно-монтажных работ. Введение независимого инспекционного контроля. Введение обязательной системы сертификации всех изготовителей, а ещё лучше – лицензирование всех производителей.

Для реализации предыдущих четырёх шагов необходимо ужесточение требований к нормативно-технической документации, в частности, необходимо внесение изменений в ГОСТ 30732-2006.

Ужесточение требований стандарта позволяет:

•       исключить вольные трактовки требований стандарта;

•       задаёт определённую однозначную конструкцию трубопровода с фиксированными показателями качества;

•       позволяет производителям конкурировать на равных без уменьшения цены за счёт снижения качества;

•       гарантирует качество поставляемой продукции.

И при проведении тендеров необходимо учитывать не только цену, но и качество продукции компании, живущей в условиях жёсткой конкуренции.

Да, тогда произведённый продукт будет стоить дороже, но он будет работать те самые 20, 30, 50 лет, о которых говорилось выше, но, с учётом современных затрат на ремонт и т.п., это обойдётся в разы дешевле.