Контроль качества монтажа соединений предизолированных трубопроводов

Эрнст Ван-дер-Сток (E.J.W. van der Stok), Kiwa Technology, Апелдорн, Голландия (Доклад на 14-ом Международном симпозиуме по центральному теплоснабжению и охлаждению, 7-9 сентября 2014 г., Стокгольм, Швеция, публикуется в сокращении, перевод на русский Е.А. Левченко)

На основе выборки из более 70 соединений предизолированных трубопроводов различных диаметров, смонтированных поставщиком тепловой энергии в Голландии и отобранных лабораторией Kiwa Technology, проведено исследование по оценке качества монтажа и типичных ошибок различных типов соединений, выявление их слабых мест. Для этого применялись как неразрушающие, так и разрушающие методы исследования.

Введение

Теплопроводы систем централизованного теплоснабжения имеют сложную конструкцию. На рис. 1 показана схема типичной предизолированной трубы, применяемой в трубопроводах систем теплоснабжения. Для труб, произведенных в соответствии со стандартом EN 253, важно, чтобы стальная рабочая труба была защищена от воды во избежание коррозии. На ППУ изоляцию воздействие воды также губительно, т.к. влага, попавшая в пространство между рабочей трубой и теплоизоляцией, ускоряет процесс деградации пенополиуретана.

Слабым местом в системах теплоснабжения с предизолированными трубопроводами являются места соединений труб, т.к. их монтаж производится непосредственно по месту прокладки. Зачастую установка соединений вынуждена производиться в неблагоприятных условиях окружающей среды. В Голландии основным негативным фактором, влияющим на качество соединений, является повышенная влажность - результат небольшой глубины залегания водоносных слоев, а также неблагоприятных погодных условий.

Из-за того, что монтаж соединений вынужден производиться во влажной среде, эти соединения являются элементом трубопровода, наиболее подверженным влиянию внешней среды. Наибольшему риску к проникновению влаги подвержены края соединительных муфт. Для предотвращения пропускания влаги через края соединений применяется система из нескольких водных барьеров. При попадании влаги внутрь муфты, значительно увеличиваются тепловые потери участка теплосети, что сказывается на эффективности всей системы теплоснабжения. О неисправностях такого рода должна оповещать система оперативного дистанционного контроля (СОДК).

Тем не менее, если не предпринимать своевременных действий, нарушения изоляции могут привести к большим последствиям, которые в итоге скажутся на тарифе за тепловую энергию для конечного потребителя. Однако «болезнь легче предотвратить, чем лечить», поэтому особое внимание должно уделяться качеству работ по монтажу соединений труб, чтобы в дальнейшем не прибегать к дорогостоящему ремонту.

Для исследования качества и ошибок монтажа в лаборатории Kiwa Technology было отобрано более 70 соединений различных диаметров, смонтированных поставщиком тепловой энергии в Голландии. Демонтаж производился сразу же после установки муфт на трубопроводы. В данной работе рассматриваются три типа соединительных муфт (рис. 2):

■ термоусаживающаяся из сшитого полиэтилена (СПЭ). После сварки стальной рабочей трубы (1, 4) две ППУ скорлупы накладываются на рабочую трубу и оборачиваются усаживаемой пленкой 3 с мастикой. Так как пленка обхватывает ПЭ оболочку трубы, это создает первый водный барьер против грунтовых вод. СПЭ рукав 7 надевают поверх, что является вторым барьером. Третьим барьером являются усаживаемые хомуты 6, которые устанавливаются поверх краев СПЭ рукава;

■ термоусаживающаяся полиэтиленовая (ПЭ). После сварки рабочей стальной трубы и покрытия оболочки 5 грунтом, ПЭ рукав используется для соединения двух труб. В качестве первого водного барьера используется бутилкаучуковая лента, которая наматывается под ПЭ рукав 7. Пространство между рабочей трубой и ПЭ рукавом заполняется пенополиуретановой (ППУ) пеной. Для этого в рукаве делается два отверстия, которые после заполнения теплоизоляцией закрываются пробками. Бутил каучуковой лентой обматываются пробки и края ПЭ рукава, что яв

ляется вторым водным барьером. Вся конструкция обматывается бутилкаучуковой лентой с фольгой 6;

■ сварное соединение. ПЭ рукав 7 приваривается к ПЭ оболочке 5 сразу после сварки рабочей трубы 1, 4. Под рукав устанавливается либо ППУ скорлупа, либо закачивается жидкая ППУ пена. На сварные ПЭ швы накладываются усаживаемые хомуты, что является вторым водным барьером. Третьего барьера в данном типе соединения не предусмотрено.

Цель исследования заключалась в оценке качества монтажа и типичных ошибок различных типов соединений, выявление их слабых мест. Для этого применялись как неразрушающие, так и разрушающие методы исследования.

Методика исследования

Сперва в соединениях были измерены сопротивления проводов СОДК и качество контакта между ними. Плохой контакт может негативно повлиять на показания системы контроля утечек, что делает систему бесполезной. Далее, был проведен визуальный осмотр на предмет нарушения инструкций по монтажу, т.е. была ли труба предварительно отшлифована до монтажа соединения, правильно ли применялась лента, были ли верно отцентрированы рукава и т.д.

Следующим шагом была проверка герметичности соединений. Между внешней оболочкой муфты и ППУ теплоизоляцией нагнетался воздух. Для этого к корпусу муфты приваривались две полиэтиленовые трубки. Одна для подачи воздуха, другая - для измерения давления (рис. 3).

Если падения давления не наблюдалось - утечки не было. Для контроля качества на предмет герметичности давление поднимали не выше, чем на 1,5 атм.

Далее, по четыре полосы были отрезаны от рукавов каждого типа соединений для оценки прочности склеивания. Каждое место склейки было проинспектировано визуально. Также была осмотрена ППУ изоляция или скорлупа и бутилкаучуковая лента, если такая применялась. С помощью Фурье-спектрометра был исследован грунт с целью выявить, не связано ли различие в качестве приклеивания ленты с различиями в грунте.

Результаты

В одном из проинспектированных соединений между проводами СОДК отсутствовал контакт. Хотя имело место только нарушение контакта проводов, эта ошибка являлась критичной для возможного обнаружения утечки на всем участке трубопровода. Чаще наблюдалась ситуация, когда медные провода соединялись с лужеными медными, т.е. контрольный провод и провод обратной связи меняли местами. Так как имело место соединение двух разнородных проводников, что само по себе некритично, обнаружение утечек по диаграмме сопротивления становилось более сложным из-за неоднородного сопротивления участка.

В 50% случаев полиэтиленовая оболочка трубы была недостаточно тщательно отшлифована, либо не была отшлифована вовсе. Иногда направление шлифовки совпадало с направлением оси трубы, что создавало потенциальные места образования каналов, по которым влага может попасть под рукав. Кроме того, на нескольких СПЭ рукавах и воротниках были найдены складки (рис. 4, 5).

У 10% соединений наблюдались признаки недостаточного прогрева во время монтажа, например, отсутствие мастики рядом с хомутами. Наложение ленты в 50% ПЭ сочленений производилось с нарушением. В основном, обмотка производилась недостаточно туго, из-за чего наблюдались замятия и пузыри воздуха под лентой. Также часто применялись короткие отрезки ленты, такие, что обмотка оканчивалась на полпути (рис. 6).

Пять из 20 ПЭ муфт не прошли опрессовку. Другие же типы соединений полностью прошли тест. В этих пяти дефектных ПЭ муфтах течь была обнаружена в пробках, через которые производилось заполнение пеной. В одном из этих случаев бутилкаучуковая лента надулась как воздушный шар и лопнула (рис. 8). В четырех других случаях лента не имела достаточной адгезии, что привело к протечке. Слабая адгезия была далее подтверждена разрушающими исследованиями.

В более чем 50% ПЭ соединений одна или несколько лент были срезаны с оболочки трубы или/и ПЭ рукава. Там, где имела место недостаточная шлифовка поверхности оболочки, лента отходила от поверхности практически без сопротивления (сравните рис. 9 и рис. 10).

Только около 15% хомутов в СПЭ соединениях возможно было очистить вручную от корпуса и/или СПЭ рукава (рис. 11). В 20% случаев СПЭ рукав мог быть снят с корпуса вручную (рис. 12, 14). Причинами плохой адгезии были недостаточный прогрев, нарушения шлифовки поверхности и наличие загрязнений, таких как песок. В остальных случаях СПЭ рукав и усадочная пленка плотно прилегали к ПЭ корпусу. В каждом из этих вариантов требовалось приложить значительные усилия, чтобы разделить компоненты соединения.

Удивительно, но более 60% сварных соединений могли быть также просто отделены вручную от ПЭ корпуса (рис. 13, 15). В сварном соединении ПЭ корпус и рукав сплавляются вместе. Тот факт, что их возможно разделить голыми руками, является признаком нарушения технологии сварки. Такие соединения используются в самых тяжелых условиях и для самых важных участков систем теплоснабжения, а также этот тип соединения имеет только два водных барьера (в некоторых случаях даже не используются хомуты), поэтому качество сварного шва определяет качество всего соединения в целом.

В двух ПЭ муфтах под рукавом (рис. 16) была обнаружена вода, что могло быть вызвано конденсацией влаги из воздуха или осадками во время установки. Независимо от причины, трубы и остальные элементы не были должным образом высушены перед соединением, несмотря на то, что это прямо указано в инструкции по установке. Риск деградации ППУ изоляции в данном случае был значительно увеличен.

Осмотр ПЭ соединений показал, что в некоторых случаях полиуретановая пена затекала за ленту (рис. 17). После соединения стальных труб по технологии кольцевое пространство между рабочей трубой и ПЭ рукавом заполняется пеной. Оказалось, что пена может затечь за ленту, которая является первым барьером от воды.

Дополнительно также было проинспектировано качество ППУ скорлупы. Примерно в 10% случаев скорлупа недостаточно плотно прилегала к ППУ изоляции самой трубы (рис. 18). Наличие таких промежутков крайне нежелательно, т.к. они приводят к большим тепловым потерям, нагреванию мастики в соединениях СПЭ, в результате чего становится возможно перемещение рукава и хомутов вдоль трубы. При попадании воды в промежуток между изоляцией она нагревается от тепла трубы, что вызывает очень быструю реакцию гидролиза ППУ, таким образом ухудшая теплоизоляцию участка и подвергая рабочую трубу коррозии.

Около 20% СПЭ термоусаживаемых рукавов были смонтированы с нарушением. Основная причина - недостаточный прогрев при установке. В половине случаев бутил каучуковая лента недостаточно плотно прилегала к оболочке. Верно выполненная шлифовка в тангенциальном направлении, являясь важной частью подготовки, могла бы исправить ситуацию.

Кроме того, было обнаружено, что пробки, которые устанавливаются в отверстия для подачи пены в ПЭ рукава, являются самым слабым местом конструкции, особенно при плохом контакте с поверхностью ленты, которая накладывается на них сверху.

Выводы

Большинство ошибок в установке были обнаружены в ПЭ соединениях. Тщательный надзор на всех этапах монтажа соединений мог бы предотвратить такие ошибки как недостаточная шлифовка поверхности или шлифовка в неверном направлении, загибы и вмятины рукавов или колец и промежутки между скорлупой и теплоизоляцией трубопровода. Для повышения качества выполненной работы необходимо более тщательно проводить подготовку персонала и информировать подрядные организации о возможных ошибках.