На главную Обратная связь Карта сайта

Статьи по теплоизоляции

Предварительно изолированные трубопроводы для систем централизованного теплоснабжения
Журнальчик "Анонсы теплоснабжения", № 3, (19), март, 2002, С.25 - 31,
к.т.н. В.Е. Бухин, старший научный сотрудник, НПО «Стройполимер»
Наша родина является государством с высочайшим уровнем централизованного теплоснабжения (до 80%). Страну пронизывают около 280 тыс. км тепловых сетей (в двухтрубном исчислении) с поперечниками труб от 57 до 1400 мм, десятую часть которых составляют магистральные, другие – распределительные теплосети.
Преобладающим методом прокладки тепловых сетей в Русской Федерации является прокладка в непроходных каналах с минераловатной теплоизоляцией (80%). Бесканальная прокладка, выполняемая из конструкций промышленного производства с внедрением изоляции из армопенобетона и битумосодержащих масс (битумоперлит, битумовермикулит, битумокерамзит), составляет 10% общей протяженности тепловых сетей.
Из-за увлажнения применяемых материалов в процессе эксплуатации теплозащитные характеристики теплоизоляционных конструкций резко понижаются, что приводит к потерям тепла, в 2-3 раза превосходящим нормативные.
Общие утраты тепла в системах централизованного теплоснабжения составляют около 20% от отпускаемого тепла (78 млн т условного горючего в год), что в 2 раза превосходит аналогичный показатель передовых государств Западной Европы.
Системы централизованного теплоснабжения в Русской Федерации обеспечивают в текущее время теплопотребление в объеме 2171 млн Гкал в год, что приблизительно соответствует годовому теплопотреблению всех государств Западной Европы и практически в 10 раз превосходит теплопотребление, обеспечиваемое системами централизованного теплоснабжения в этих странах. Являясь пионером в области централизованного теплоснабжения и владея самой большой в мире системой тепловых сетей, Наша родина значительно отстала от передовых забугорных государств в техническом уровне — в использовании современных материалов и технологий при прокладке теплопроводов.
Около 90% экономии горючего, приобретенной за счет комбинированных способов выработки тепла, «теряется» в тепловых сетях. Долговечность тепловых сетей в 1,5-2 раза ниже, чем за рубежом, не превосходит 12-15 лет. Не лучше обстоят дела в системе горячего водоснабжения.
Объемы планового ремонта и реконструкции тепловых сетей по Русской Федерации составляют в текущее время 10-15% от общей потребности, но из-за экономических заморочек практически выполняется менее 4-6%.
Более действенным решением поставленных выше заморочек является обширное внедрение в практику строительства тепловых сетей трубопроводов с пенополиуретановой теплоизоляцией типа «труба в трубе».
Эта мысль не нова. В газете «Вечерняя Москва» от 10 декабря 1963 г. сообщалось, что институтом «Мосинжпроект» были проведены бывалые работы по использованию полиэтиленовых труб и вспененных полимерных материалов для изоляции подземных тепловых сетей. Но в те годы это направление не получило широкого распространения.
Беря во внимание расширяющееся применение в Рф предварительно изолированных труб в системах централизованного теплоснабжения и большой энтузиазм, проявляемый к данной дилемме спецами проектных, строй и эксплуатационных организаций, в истинной статье рассмотрены главные положения новейшей технологии.
Применяемые теплоизоляционные материалы должны обладать высочайшими теплоизоляционными качествами (коэффициент теплопроводимости материала не должен превосходить 0,06 Вт/(м
.
°С)) долговечностью (стойкостью к действию воды, хим и био злости), морозостойкостью, механической прочностью и экологической сохранностью, т.е. быть безопасными для жизни и здоровья людей и окружающей природной среды. Пенополиуретан более много отвечает сиим требованиям.
Пенополиуретановая термоизоляция традиционно наносится на трубы в промышленных критериях, а места стыков теплоизолируются на месте строительства, опосля сварки и тесты трубопровода. Схема трубы с теплоизоляцией из пенополиуретана и защитной оболочкой из полиэтиленовой трубы приведена на рис. 1.
К примеру, в Западной Европе такие конструкции удачно используются с середины 60-х годов и нормализованы Европейским эталоном EN 253:1994, также EN 448, EN 488 и EN 489. Они обеспечивают последующие достоинства перед существующими конструкциями:
· понижение капитальных издержек в строительстве в 1,3 раза;
· наличие системы оперативного дистанционного контроля за увлажнением термоизоляции.
· нефтепроводов.
Сами трубы делаются из разных материалов в зависимости от критерий эксплуатации. В текущее время для строительства теплотрасс более обширно употребляются железные трубы, главные физико-химические характеристики которых приведены в табл.1.
Таблица 1.
Для производства изолированных труб употребляют железные трубы внешними поперечниками 57 – 1020 мм, длиной до 12 м, надлежащие ГОСТ 550, ГОСТ 8731, ГОСТ 8733, ГОСТ 10705, ГОСТ 20295, требованиям работающих нормативных документов на термо сети и «Правилам устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды».
Железные отводы, тройники, переходы и остальные детали должны соответствовать требованиям ГОСТ 17375, ГОСТ 17376 и ГОСТ 17378.
Чтоб избежать коррозии труб, нужно применять обработанную воду. Обработка воды зависит от местных критерий, но рекомендуется соблюдать последующие требования:
· рН=9,5-10;
· общее содержание солей менее 3000 мг/л.
Обычная длина труб 6,0-12,0 м, но разработка дозволяет наносить теплоизоляцию на трубы хоть какой длины и сделанные из остальных материалов (см., к примеру, журнальчик «Трубопроводы и экология» 1997, №1, с. 5 о трубах из полипропилена PPR с теплоизоляцией для горячего водоснабжения).
В Рф предварительно изолированные железные трубы с теплоизоляцией из пенополиуретана и полиэтиленовой гидроизолирующей оболочкой используются с 1993 г. Выпуск их организован на пары предприятиях (ЗАО «МосФлоулайн», Москва; АОЗТ «Корпорация ТВЭЛ»,. Санкт-Петербург; ОАО НПО «Стройполимер», Москва; ЗАО «Теплоизолстрой», Мытищи; 000 Завод теплоизолированных труб «Александра», Нижний Новгород; ЗАО «Сибпромкомплект», Тюмень и др.), объединенных в Ассоциацию производителей и потребителей трубопроводов с индустриальной полимерной изоляцией.
Технические требования к изолированным трубам и деталям трубопровода нормализованы в ГОСТ 30732-2001 «Трубы и фасонные изделия железные с тепловой изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке», введенном в действие с 1 июля 2001 г. постановлением Госстроя Рф от 12.03.2001 №19.
Эталон на трубы и фасонные изделия железные с тепловой изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке составлен с учетом последующих европейских стандартов, разработанных Европейским Комитетом по Стандартизации (CEN):
EN 253-1994. Трубопроводы сварные, предварительно изолированные для подземных систем горячего водоснабжения – Система трубопроводов, состоящая из железного магистрального трубопровода с полиуретановой теплоизоляцией и внешной оболочки из целофана;
EN 448-1994. Трубопроводы сварные, предварительно изолированные для подземных систем горячего водоснабжения – Сборная арматура из железных разводящих труб с полиуретановой теплоизоляцией и внешной оболочкой из целофана.
В новеньком эталоне, объединившем технические условия русских производителей, значения характеристик, касающиеся кажущейся плотности, прочности при сжатии при 10% деформации, теплопроводимости, водопоглощения, большой толики закрытых пор соответствуют указанным в европейских нормах. Не считая того, требования к пенополиуретану исходя из убеждений требований сохранности и охраны окружающей среды также соответствуют требованиям европейских норм: класс угрозы, категория взрывоопасное™ производства, группа горючести пенополиуретана, требования по утилизации отходов, образующихся при производстве труб, их вывозу и захоронению.
Эталон распространяется на железные трубы и фасонные изделия с тепловой изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке (дальше – изолированные трубы и изделия), созданные для подземной бесканальной прокладки тепловых сетей с расчетными параметрами теплоносителя: рабочим давлением до 1,6 МПа и температурой до 130 °С (допускается кратковременное увеличение температуры до 150 °С).
С целью обеспечения наибольшей эффективности (стоимость изоляции/термо утраты) устанавливается определенная толщина тепловой изоляции из пенополиуретана для разных погодных поясов. Потому трубы и фасонные изделия могут быть 2-ух типов по толщине изоляции: тип 1 – обычный, тип 2 – усиленный. Размеры изолированных труб показаны в табл. 2, конструкция – на рис. 1.
Таблица 2.
Размеры теплоизолированных труб, мм.
Защитные кожухи традиционно делаются в виде тонкостенных труб (оболочек) из целофана высочайшей плотности. Они созданы для трубопроводов конкретно расположенных в земле, обеспечивая их водонепроницаемость и механическую защиту (табл. 3). Для трубопроводов, расположенных над поверхностью земли, используют защитную оболочку из покрытой цинком стали с шириной цинкового покрытия более 70 мкм.
Таблица 3.
Размеры полиэтиленовых труб-оболочек, мм.
Размеры фасонных изделий (не считая поперечников металлической трубы и полиэтиленовой трубы-оболочки) являются рекомендуемыми и определяются проектным решением. Проектные решения традиционно базируются на наставлениях заводов-изготовителей. К примеру, НПО «Стройполимер» сопровождает свою продукцию управлением по проектированию и строительству «Стальные трубопроводы с заводской теплоизоляцией».
Толщину стены трубы и фасонных деталей определяют расчетом и округляют ее до рекомендуемых толщин, которые приведены в приложении к эталону.
Изоляция соединительных деталей трубопровода (отводов, тройников) делается раскроем полиэтиленовой оболочки с следующей их контактной либо экструзионной сваркой.
Для производства гидроизолирующих труб-оболочек употребляется целофан высочайшей плотности марок 273-79, 273-80 и 273-81, классифицируемый как ПЭ 63. Европейские компании также употребляют целофан ПЭ 80, имеющий наиболее высочайшие характеристики по малой долговременной прочности и стойкости к распространению трещин. Главные свойства труб-оболочек из целофана приведены в табл. 4.
Таблица 4.
Применяемый для тепловой изоляции твердый полиуретановый пенопласт делается из высокомолекулярного спирта – полиола и изоцианата. Пенопласт представляет собой однородную массу, имеющую среднюю величину пор 0,5 мм и владеет физико-механическими чертами, приведенными в табл. 5.
Таблица 5.
Тепловую изоляцию наносят на всю длину железных труб и фасонных изделий кроме концевых участков, равных 150 мм при поперечнике труб до 219 мм, и 210 мм при поперечнике 273 мм и поболее.
Срок службы тепловой изоляции труб и фасонных изделий должен составлять более 25 лет. Пенополиуретан не оказывает вредного влияния на окружающую среду и обеспечивает высококачественную эксплуатацию изоляции при температурах до 130 °С.
1. Установка изолирующих накладок (скорлупы) из твердого пенополиуретана с предстоящим нанесением гидроизолирующего материала.
2. Установка полиэтиленовых муфт с заливкой в полость муфты пенополиуретана.
Для гидроизоляции стыков обширное применение получили термоусаживающиеся полиэтиленовые оболочки, отличающиеся низкой стоимостью и простотой монтажа.
Для изоляции стыков теплоизолированных труб с защитной оболочкой из покрытой цинком стали используются особые железные муфты. Они употребляются на прямых участках трубопровода, на отводах и ответвлениях для труб с поперечниками наружной оболочки 63-450 мм, также при горячей врезке, когда ответвление устанавливается без отключения подачи тепла.
Разработка установки муфт проста и при всем этом употребляется минимум инструментов. Стык состоит из 2-ух частей, которые скрепляются при помощи особых конусов либо винтов. Герметик, расположенный меж наружной оболочкой трубы и муфтой, делает стык влагонепроницаемым. Термоизоляция делается при помощи пенопакетов, которые просты в обращении и дают при заливке точную дозу и однородность пенополиуретана по всему размеру.
Для изоляции и ремонта стыков труб поперечниками 90-1300 мм употребляются бандажные муфты из целофана с закладной электроспиралью. Бандажные муфты выпускаются 3-х типов и различаются методом фиксации на наружной оболочке в процессе сварки.
Мелкие бандажные муфты используются для труб с поперечниками наружной оболочки 90-200 мм. Бандажные муфты средних размеров используются для поперечников 225-800 мм. Для наружной оболочки поперечниками 800-1200 мм употребляются бандажные муфты, состоящие из 2-ух частей. Все муфты поставляются со всеми необходимыми компонентами. Во время сварки муфты малых размеров прижимаются к полиэтиленовой оболочке трубы при помощи механических зажимов, а муфты средних и огромных размеров – при помощи пневматических. Во всех вариантах процесс сварки делается автоматом и контролируется при помощи специального сварочного компа.
Бандажные муфты отвечают самым высочайшим требованиям прочности и надежности. В 1993 г. была протестирована труба центрального отопления длиной 2,5 м, поперечником 200 мм. Стык с бандажной муфтой удачно прошел тесты, включающие в себя 1000 осевых колебаний в ящике с песком и 600 ч в емкости с водой при завышенном давлении. Этот тест соответствует 30 годам эксплуатации. В текущее время в мировой практике установлено наиболее 350 000 бандажных муфт. Особые инструменты и сварка, контролируемая компом, гарантируют скорую и надежную установку изоляции стыков. Нужное для сварки оборудование установлено на авто прицепах и включает генератор, компрессор и компьютеризованный сварочный агрегат.
Описанная система тепловых сетей с полимерной теплоизоляцией создана для конкретной прокладки в грунте. Система является «связанной», т.е. железная труба, термоизоляция и наружная оболочка крепко соединены меж собой. Изоляция стыков делается с внедрением соединительных деталей, обеспечивающих 100%-ную плотность.
Такие системы удовлетворяют всем требованиям СНиП по проектированию и строительству тепловых сетей. Для обеспечения хорошей адгезии меж металлической трубой и пеноизоляцией все железные трубы предварительно подвергаются пескоструйной обработке. Наружная оболочка сделана из целофана высочайшей плотности, а ее внутренняя поверхность обрабатывается коронным разрядом для получения хорошей адгезии меж полиэтиленом и пеноизоляцией.
Каковой предположительный срок службы предварительно изолированных трубопроводов? Этот вопросец является значимым для всех компаний централизованного теплоснабжения (ЦТ).
В статье «Испытания по определению срока службы предварительно изолированных труб в системах централизованного теплоснабжения», размещенной в журнальчике «Трубопроводы и экология», 2000, №1, рассмотрены результаты исследований и наблюдений, проведенных в Дании на сети магистральных трубопроводов, включающей подающий и обратный трубопроводы длиной 100 км поперечниками 100-800 мм. Тесты проводились с 1987 г.
Срок службы предварительно изолированных труб в системах ЦТ зависит от процесса старения предварительно изолированной трубы, включая возможную коррозию металлической трубы, температурное сопротивление пенополиуретанового изоляционного материала, также полиэтиленовой оболочки. Остальные критические причины включают конфигурации прочностных черт названных выше материалов в протяжении долгого периода, влияние температур и давления, также условия деформации в системе трубопроводов.
Коррозия металлической трубы зависит сначала от того, как система герметично закрыта от проникания воды извне, так как внутренняя коррозия рабочей металлической трубы чуть ли может наблюдаться в системах, эксплуатируемых на приготовленной воде. Следовательно, непременным условием является соблюдение плотности стыков трубы-оболочки.
Полимерные материалы, используемые в предварительно изолированных трубах, диктуют введение ограничений на температурный режим подаваемой воды и таковым образом влияют на срок службы труб. Технические действия на систему в протяжении всего срока ее службы предъявляют завышенные требования к изоляционному материалу (пенополиуретану), его прочности на сжатие и адгезии (сцеплению) меж металлической трубой и гидроизолирующей оболочкой.
Напряжения и деформации зависят от критерий эксплуатации, температурных режимов и давления, также от технологии укладки труб и состояния окружающего грунта. В связи с тем, что конкретно характеристики материала (пенополиуретановая изоляция и полиэтиленовая оболочка) оказывают решающее влияние на срок службы предварительно изолированных труб в системах ЦТ, рассматривались свойства 2-ух параметров пенополиуретана, а конкретно: температурное сопротивление и крепкость на сжатие.
Температурное сопротивление.
В согласовании с требованиями евро эталона EN 253 срок службы предварительно изолированных труб должен составлять по наименьшей мере 30 лет при условии неизменной эксплуатации системы с температурой 120 °С. В системе, где температура наименее 95 °С, срок службы фактически быть может неограниченным. В протяжении испытаний температура подаваемой воды варьировалась в спектре 100-115 °С, а температура 115 °С поддерживалась в протяжении 3-х самых прохладных зимних месяцев. Ежели представить, что наибольшая температура подаваемой воды будет 110 °С на оставшийся срок до конца года, то система будет иметь общий срок службы 75 лет, и это соответствует эталону EN 253. Срок службы 75 лет не значит, что предварительно изолированные трубы на определенном участке трубопровода не нуждаются в ремонте вообщем. Это лишь означает, что пенополиуретановый изоляционный материал, как предполагается, сохранит свои прочностные свойства в протяжении указанного периода. При проектировании системы ЦТ просчитывается определенное число циклов нагружений — температурные колебания от рабочих температур до температур грунта и обратно до рабочих температур в протяжении 30 лет, что обязано употребляться при расчетах усталостных черт. (В Рф срок службы тепловой изоляции из пенополиуретана определяют по ГОСТ Р 30732, приложение Д – Методика интегральной оценки срока службы пенополиуретановой изоляции тепловых сетей при переменном температурном графике теплоносителя.). Указанное число циклов нагружений остается, хотя пенополиуретановый изоляционный материал сохраняет свои характеристики в протяжении наиболее долгого периода. Таковым образом, чрезвычайно принципиально обеспечить условие, при котором трубы для систем ЦТ при неизменной каждодневной эксплуатации подвергались бы наименьшему числу циклов нагружений, чем допускается в согласовании с расчетами, чтоб можно было на сто процентов применять наиболее высочайший срок службы пенополиуретанового изоляционного материала.
Предел прочности на сжатие для пенополиуретанового изоляционного материала ограничен и описывает условия наибольшего заглубления укладываемых труб и технологию укладки труб для систем ЦТ. Было установлено, что при действии температуры 140 °С в протяжении долгого периода предел прочности на сжатие пенополиуретана с плотностью 75 кг/м
падает до нуля в протяжении приблизительно 15 месяцев. При температуре, превосходящей 125 °С, предел прочности на сжатие остается таковым же, как и у новейшего пенополиуретана, приблизительно опосля 2-ух лет эксплуатации. Ограниченный предел прочности на сжатие изоляционного материала диктует ограничения по наибольшему заглублению укладываемых труб в системах ЦТ, в особенности в вариантах, когда требуется изменение направления трассы трубопровода. Для понижения давления грунта при горизонтальном перемещении труб в качестве кандидатуры должны употребляться остальные меры предосторожности.
Приведенные ниже табл. 6 и 7 дают приятное представление о экономической эффективности внедрения разных видов термоизоляции.
Таблица 6. Стоимость прокладки 1 км двухтрубной теплотрассы
Таблица 7. Оценка экономической эффективности 1 км двухтрубной теплотрассы в USD
Из приведенных таблиц видны достоинства ППУ изоляции, которые доказаны долголетним опытом эксплуатации тепловых сетей в Рф и забугорных странах.
Проектирование тепловых сетей осуществляется на основании работающих норм с внедрением «Типовых решений прокладки трубопроводов в ППУ изоляции», «Технологических карт для строителей», разработанных в институте ВНИПИЭНЕРГОПРОМ, и методических советов заводов-изготовителей. Методики проектирования и расчета фактически ничем не различаются от традиционной бесканальной прокладки. Очень применены имеющиеся типовые строй конструкции. Также существует возможность отказа от дренажа либо переход к его облегченным типам.
Рекомендуем еще поглядеть по теме .
      
Наши филиалы: Челябинск / Ростов-на-Дону / Уфа / Волгоград / Пермь / Красноярск / Москва /