Сегодня в стране эксплуатируются сотни разноэтажных зданий с внутренними напорными системами (холодное и горячее водоснабжение, водяное отопление) с трубопроводами из метало-полимерных труб (МПТ) как отечественного, так и зарубежного производства. Большинство из них нормально функционируют уже более десяти лет. Однако, имеются и такие системы, в которых отдельные участки МПТ были разрушены практически сразу же после введения в эксплуатацию внутренней напорной системы. Другие отдельные участки МПТ близки к этому. Ни теоретического, ни практического инструмента, позволяющего обосновать в каждом конкретном случае, по какой причине произошло то или иное разрушение МПТ в конкретной внутренней напорной системе, к сожалению, до сих пор нет не только у нас в стране, но и за рубежом. Публикаций как в печати, так и в Интернете очень мало, хотя в кулуарах, да и на форуме [1] в Интернете эта проблема обсуждается как потребителями, так и некоторыми специалистами. К тому же, отдельные авторы [2, 3] предпринимают попытки объяснить, с некоторой степенью реальности, те или иные дефекты в трубопроводах из МПТ. Нередко сообщается, что в процессе эксплуатации МПТ, например, в системах водяного отопления на их поверхности иногда образуются пузыри. Однозначного ответа на вопрос о причинах появления пузырей в стенках МПТ, к большому нашему сожалению, в настоящее время дать не представляется возможным. Ведь поведение МПТ в процессе эксплуатации водяных систем отопления практически не изучено. В одной из работ [2] известный российский ученый, к.т.н. А.Н. Афонин отмечает, что пузыри в стенках МПТ (рис. 1) начинают наблюдаться, главным образом, уже после первого зимнего периода эксплуатации здания. С целью выяснения причин, приводящих к этому, им исследовались образцы напорных труб из полипропилена рандомсополимера (PPR), армированных алюминиевой фольгой и зачищаемых перед сваркой: 1й — Firat Therm, DN 20 мм, SDR 6, (Турция); 2й — Sanpolimer, DN 40 мм, SDR 7,4, (Турция) и 3й — ASB, DN 32 мм, SDR 6 (Китай). Все МПТ характеризовались положительными результатами испытаний, произведенных в разных испытательных центрах, что подтверждено имеющимися на них сертификатами соответствия. Исследуемые МПТ в процессе функционирования отопительных систем подвергались воздействию на них чрезмерных (выше 95 °C) температур (до 105 °C) в течение нескольких часов. На основании проведенных испытаний автор называет причины образования пузырей в стенках МПТ: ❏ при производстве всех МПТ была нарушена технология их изготовления, например, из-за повышенной влажности фольги в момент формования; ❏ при производстве всех МПТ использовались некачественные материалы (полипропилен рандом-сополимер «нетрубных» марок, с повышенными значениями ПТР для внутреннего слоя); ❏ использовался некачественный адгезив (для первого образца). Отмечено, что характерной особенностью образования пузырей на поверхности метало-полимерных труб было расслаивание без разрушения наружных слоев алюминиевой фольги и полимерного слоя (не несущего нагрузку) от внутреннего слоя (несущего нагрузку).Полностью согласиться с такой формулировкой нельзя. И вот почему. Деление стенки в композитной, пусть даже всего лишь пятислойной («полимер–клей–алюминий–клей–полимер») МПТ на несущие и не несущие нагрузку слои является условным, можно сказать, бытовым. На самом деле, в МПТ все слои как при кратковременном, так и при долговременном нагружениях в трубопроводе внутренним давлением, независимо от температуры [3], являются несущими нагрузку [4]. Исключением является момент, когда какой-либо слой уже разрушен, а остальные все еще продолжают испытывать растягивающие напряжения, обычно это отмечается в конце срока эксплуатации трубопровода отопительной системы [5].После визуального осмотра исследователем вскрытых пузырей (в них обнаружилась вода) и испытанных внутренним давлением образцов МПТ (внутренний слой не имел нарушения конструкционной целостности) указывается, что одна из возможных причин образования пузырей — диффузионное появление воды между слоями. В реальных условиях эксплуатации, по мнению автора, в системе отопления водяные испарения диффундируют через полимерную стенку внутреннего слоя трубы и собираются под алюминиевой фольгой в зонах недостаточно прочного сцепления слоев. Такое экстравагантное объяснение причины появления воды в пузырях стенок МПТ на данном этапе исследованности вопроса можно принять только, разумеется, в качестве рабочей гипотезы, которую, естественно, следует в дальнейшем подтвердить. Ведь нельзя забывать о том, что алюминиевый слой, по мнению многих специалистов, в стенке полимерной трубы служит для исключения диффузии кислорода в отопительную систему из теплоносителя. Хотя у нас другое мнение на этот счет [4–6]. К тому же, как сообщает автор, испытания показали, что стойкость к расслаиванию клеевого соединения внутреннего и алюминиевого слоев стенок первого образца МПТ оказалось ниже нормы (50 Н/10 мм) на 10 %. Материал по изменению показателя текучести расплава ПТР не соответствовал норме (не более 30 % от величины 0,5 г/10 мин., определенной при 230 °C/2,16 кг) — установленные значения составили 192 %, 392 % и 92 % для первого, второго и третьего образцов МПТ, соответственно. Относительное удлинение при разрыве стенок третьего образца МПТ оказалось меньше нормы (200 %) в пять раз. Здесь следует обратить внимание на то, что не совсем ясно, какого слоя касается параметр «относительное удлинение», к тому же, непонятно, откуда взялась «норма» для б/у МПТ. В работе указывается, что на всех образцах были проведены исследования, которые включали необходимые для данного случая испытания на соответствие ряду требований ГОСТ Р 52134–2003 «Трубы напорные из термопластов и соединительные детали к ним для систем водоснабжения и отопления. Общие технические условия» и СП 41102–98 «Проектирование и монтаж систем отопления с использованием метало-полимерных труб». Здесь следует заметить, что проведение таких испытаний можно считать условными, т.к. ГОСТ Р 52134–2003 не распространяется на трубы с армированной стенкой, пусть даже и из термопластов. Ведь НДС (напряженно-деформированные состояния) МПТ в любой момент времени отличаются от НДС труб со сплошными стенками [5–7]. Что касается испытаний на соответствие упомянутому Своду Правил, то в нем нет никаких сведений о трубах рассматриваемой конструкции. Зато в нем есть целый ряд проектных, монтажных и эксплуатационных требований, отступление от которых и могло вполне явиться причинами образования дефектов в МПТ, проявившихся в виде пузырей. Можно не сомневаться в том, что через некоторое время пузыри были бы прорваны и стенки МПТ разрушены, а отопительная система была бы в аварийном состоянии. Во-первых, СП 41102–98 разрешает использовать МПТ (табл. 1), изготовленные по техническим условиям, в системах отопления при температуре 90 °C, давлении ≤ 1 МПа, сроке службы ≥ 25 лет. Ведь одной из причин появления дефектов в МПТ, которую следует относить к качеству эксплуатации трубопроводов, может являться воздействие перегретой воды. При этом внутренний полимерный слой размягчается настолько, что при снятии давления в трубопроводе она постепенно отслаивается от алюминиевого слоя [3]. Клеевая прослойка между ними разрушается, а внутренний полимерный слой коробится под действием собственного веса. Затем, охладившись до окружающей температуры, он принимает какую-то произвольную новую форму и в дальнейшем практически полностью сохраняет ее. Тем самым перекрывается поперечное сечение трубопровода (рис. 2). Это создает повышенное гидравлическое сопротивление движению жидкости в трубопроводе. Такой вид дефекта был выявлен, например, на одной из радиаторных подводок из МПТ диаметром 10 мм и длиной около 60 см с внутренним полиэтиленовым слоем в системе водяного отопления, находящейся в эксплуатации около четырех лет с помощью зонда, используемого при затяжке электрических кабелей в защитные трубы [3]. Изначальным поводом для оценки состояния МПТ явилось существенное снижение нагревательной способности радиатора, к которому теплоноситель поступал по указанной подводке. К причинам, которые следует относить к качеству используемых материалов для изготовления труб и способствующим реализации такого вида дефектов МПТ, можно отнести существенные различия в значениях коэффициентов термического расширения (для полимеров этот коэффициент примерно в 10 раз больше, чем для алюминия). При температурных перепадах (суточные либо сезонные нагрев и охлаждение) во всех пяти слоях МПТ возникают растягивающие напряжения различной величины. Они-то и приводят к отрыву полимерных слоев от алюминиевого слоя с разрушением клеевых прослоек. Этот негативный процесс интенсифицируется еще и из-за более быстрого старения клеевой прослойки под воздействием, к примеру, газов, растворенных в воде, либо чрезмерного ее размягчения даже в пределах установленной температуры эксплуатации. Во-вторых, с целью защиты МПТ от чрезмерных температур и давлений в системах теплоснабжения должны быть приборы автоматического регулирования параметров теплоносителя (нельзя применять МПТ в системах отопления с элеваторными узлами).На трубопроводах из МПТ диаметром 15 мм с внутренней и наружной оболочкой из сшитого полиэтилена (на рабочую температуру до 95 °C и кратковременную до 110 °C), соединенных со штуцерными латунными фитингами посредством опрессовываемых обойм, эксплуатируемых в системе радиаторного отопления (температура подаваемой от источника тепла воды до 90 °C) было замечены визуально следующие дефекты [3]. В некоторых местах МПТ внутренний полиэтиленовый слой отслоился от алюминиевого слоя незначительно (рис. 3а), в других местах отслоение произошло практически по всей окружности поперечного сечения МПТ (рис. 3б), а в отдельных случаях отслоение произошло только на части внутренней поверхности, однако имело место выпучивание полиэтиленового слоя внутрь и, тем самым, было значительно перекрыто внутреннее сечение МПТ (рис. 3в).Согласно СП 41102–98 МПТ должны иметь физико-механические показатели не ниже данных, указанных в ТУ (табл. 2), подтвержденные сертификационными испытаниями. Ведь причиной появления дефектов в МПТ, которую следует относить к качеству используемых технологий при изготовлении труб, может являться некачественно сваренный (не имеет значения встык или внахлестку) алюминиевый слой. Этот дефект — вздутие стенки — может проявиться не только при превышении установленных допустимых значений рабочих давлений и температур, но и даже при их соблюдении. Просто дефект проявится значительно позже, через некоторое время после начала эксплуатации трубопроводной системы и, естественно, с разрушением стенки МПТ. Разрушению будет предшествовать появление отдельных участков, наружные диаметры поперечных сечений которых будут превышать исходные наружные диметры самих труб. Вначале это будет еле заметно на глаз. Затем с течением времени разница между указанными диаметрами будет все время увеличиваться, порой до нескольких процентов (рис. 4). Процесс может продолжаться сколько угодно долго (в зависимости от соотношения фактических эксплуатационных температур и внутренних давлений с допустимыми рабочими значениями) до тех пор, пока стенка МПТ не разрушится. Весьма важно для эксплуатационников не упустить момента, когда наступит критическое состояние, в противном случае при разрушении трубопровода наступят негативные последствия в виде протечек и т.д. В-третьих, МПТ должны поставляться в комплекте с соединительными деталями отечественного или импортного производства, имеющими сертификат соответствия. Замечено [3], что, если даже большинство соединений сохраняют водонепроницаемость, то в некоторых соединениях клеевые слои были выдавлены из-под опрессованных обойм в направлении корпуса фитинга (рис. 5). В других соединениях полимерные розетки (шайбы), которые предназначены для недопущения контакта между торцом среднего алюминиевого слоя МПТ и корпусом латунного фитинга с тем, чтобы исключить коррозию металла (за счет создания термопары между алюминием и латунью), раскрошились или лопнули (рис. 6). Третьи соединения утратили водонепроницаемость, т.к. произошел сдвиг МПТ со штуцера фитинга: все слои, составляющие стенку МПТ, сместились друг относительно друга, при этом внутренний полиэтиленовый слой оставался все еще на штуцере, алюминиевый и наружный полиэтиленовый слои вместе с опрессованной гильзой соскользнули с него (рис. 7). В-четвертых, с тем, чтобы исключить любые механические повреждения МПТ, манипуляции с ними (погрузка с обязательным использованием строп из мягкого материала, перевозка на транспортных площадках без острых граней и выступов, разгрузка без сбрасывания с транспортных средств или волочения по любой поверхности) могут производиться только при температурах выше –20 °C, а храниться трубы должны в горизонтальном положении (на ровном полу, настиле, щитах — высота штабеля не должна превышать 2 м) в закрытых помещениях или под навесами, исключающими попадание на них прямых солнечных лучей. МПТ в бухтах, хранившиеся или транспортировавшиеся при температуре ниже 0 °C, должны быть выдержаны в течение 24 ч при температуре не ниже +10 °C перед размоткой, при производстве которой необходимо исключить ее продольное скручивание. В-пятых, монтировать трубопроводы из МПТ разрешается только при положительных температурах (≥ +10 °C) с использованием инструментов и технологических процессов, полностью исключающих сплющивание и/или переломы их стенок, а устранять небольшой излом МПТ допускается осуществлять лишь один раз на каком-либо ее участке: деревянным или резиновым молотком выпрямить и затем придать ей кругло-цилиндрическую форму. В-шестых, прокладку МПТ по трассе следует производить с максимальным использованием гнутья на необходимый по проекту угол с допустимым радиусом изгиба (вхолодную: < 5 наружных диаметров Dн — с использованием спиральной пружины и ≥ 5Dн — без спиральной пружины). В-седьмых, для обеспечения свободного перемещения трубопроводов вдоль продольной оси МПТ должны пропускаться через строительные конструкции только по гильзам с внутренним диаметром на 5–10 мм > Dн с заделкой зазора между ними мягким несгораемым материалом. В-восьмых, трубопроводы из МПТ должны быть закреплены на поворотах и ответвлениях, причем с целью недопущения передачи усилий на трубопровод в процессе эксплуатации распределительные коллекторы и запорно-регулирующая арматура должны закрепляться отдельно и неподвижно. Чтобы исключить возможность превышения предельно допустимых напряжений в материале МПТ от линейных температурных удлинений трубопроводов, расстояния Lк между установленными на них скользящими креплениями не должны превышать нормативных значений (табл. 3).Здесь следует обратить внимание на то, что формулировка, приведенная в СП41102–98 («превышение предельно допустимых напряжений в материале МПТ от линейных температурных удлинений») неточна, т.к. стенка МПТ устроена из разных материалов, например, по слоям, начиная с наружного слоя [3]:ПНД–ПЭ–Al–ПЭ–ПЭС. В заключение следует отметить, что рассмотренные в статье возможные причины разрушения трубопроводах из метало-полимерных труб могут позволить специалистам своевременно принимать соответствующие меры для снижения аварийности систем водяного отопления. ГУП «НИИ Мосстрой» приступил к сбору и анализу сведений о разрушениях на системах водяного отопления как малоэтажных, так и высотных зданий с целью подготовки норматива, который позволит повысить качество отопительных трубопроводов из МПТ. О ходе работ широкая научно-техническая общественность будет информироваться авторами в последующих статьях. 1. Диалог специалистов АВОК на www.forum.abok.ru. 2. Афонин А.Н. Проблема образования пузырей на поверхности метало-полимерных труб // Сантехника, №3/2010. 3. Интернет-сайт www.elcobre.com. 4. Отставнов А.А., Устюгов В.А. К проблеме температурно-временного поведения МПТ // Журнал С.О.К., №4/2010. 5. Отставнов А.А., Устюгов В.А., Обухов А.С. Конструкционно-прочностная специфика метало-полимерных труб // Журнал С.О.К., №6/2010. 6. Отставнов А.А., Устюгов В.А. Прогнозирование сроков службы напорных трубопроводов из метало-полимерных труб // Сантехника, №3/2010.