НОВОСТИ
 

Здесь Вы можете прочитать статью Ю.И.  Максимова, технического директора                                   ООО «Полимерстрой», г. Оренбург.  28.01.2003г.

 

Введение

            Основное внимание в настоящих заметках уделено двум, актуальным на сегодня, вариантам устройства подземных тепловых сетей. Первый – это сети, строящиеся канальным способом (как правило, в непроходных каналах из сборного железобетона), теплоизолированные  минераловатными матами и гидроизолированные одним из традиционных материалов. Второй – бесканальные сети, теплоизолированные жестким пенополиуретаном и гидроизолированные трубной оболочкой из полиэтилена высокой плотности.

            Актуальность первого варианта состоит в том, что по нему построено и эксплуатируется – 80% существующих в России теплотрасс. Актуальность второго – в его все более широком применении взамен первого, чему есть свои причины, о которых и пойдет речь ниже.

            В конце заметок бегло сравниваются варианты надземной прокладки теплопроводов с теми же теплоизолирующими материалами.

Критерии сравнительной оценки

1.      Индустриальность теплоизоляции

2.      Срок строительства теплотрасс.

3.      Стоимость тепловых сетей.

4.      Срок эксплуатации.

5.      Возможность устройства системы контроля.

6.      Ремонтные расходы.

7.      Тепловые потери на трубопроводах.

            Некоторые из представленных критериев связаны между собой, поэтому аргументация по ним частично совпадает. В таких случаях, во избежании повторов, в тексте даны соответствующие указания и отсылки к другим разделам

1.      Индустриальность теплоизоляции.

            Степень индустриализации работ в значительной степени определяет уровень строительства вообще, и строительства тепловых сетей, в частности. Как мы знаем, минераловатная теплоизоляция может производиться только в монтажных условиях. Напротив, технология теплоизоляции пенополиуретаном по методу «труба в трубе» является высокоиндустриальной. Она позволяет в заводских условиях изолировать кроме прямых трубных сегментов, любые, в том числе нестандартные, фитинги и запорную арматуру. На строящихся объектах, в аспекте изоляции, остаётся произвести только стыковочные операции. Существует множество методов и материалов для заделки стыков, в том числе таких, которые обеспечивают качество не ниже характеристик промышленной изоляции.

            Индивидуальность изоляционных работ позволяет резко улучшить качество, уменьшить сроки строительства, повысить надёжность и срок эксплуатации трубопроводов.

2.Срок строительства теплотрасс.

            Минимизация сроков строительства является одним из главных условий его успешных экономических показателей. Имеется и другая сторона этого вопроса: строительство новых тепловых сетей или капитальный ремонт существующих, как правило, сопряжены с большими неудобствами для близ расположенных предприятий и жителей окрестного микрорайона. Главным из них является временное прекращение подачи горячей воды. Практически каждый из нас может вспомнить о связанных с этим напряженных моментах социального характера, которым он был свидетель.

            На практике, строительство бесканальных тепловых сетей в индустриальной полиуретановой изоляции происходит приблизительно в три раза быстрее, чем традиционным способом. Причины этому следующие:

            1.Исключаются на 90% изоляционные работы в монтажных условиях. Здесь имеет место только теплогидроизоляция стыков смонтированных изделий.

            2.Не тратится время на устройство каналов из сборного железобетона, которые полностью исключаются.

            3.В случае применения специальной запорной арматуры для бесканальной прокладки с удлиненными шпинделями и парубками под сварку, изолируемой в заводских условиях, отпадает необходимость в устройстве тепловых камер из сборного или монолитного железобетона. Вместо них над шаровыми кранами устраиваются  небольшие, обетонированные в верхней части, коверы с крышками. Назначение коверов – обеспечить возможность оператору, находящемуся на поверхности земли, манипулировать кранами с помощью Т – образных ключей или специальных переносных планетарных устройств, если он имеет дело с типоразмерами > Ду 150.

            4.В большинстве случаев на трассе уменьшается количество неподвижных опор, соответственно уменьшается объем строительно-монтажных работ по устройству их железобетонных щитов.

            Дело в том, что физика работы бесканально проложенных теплопроводов иная, чем при канальной прокладке. Здесь им приходится взаимодействовать с грунтом. На этом основываются специальные методы их проектирования и монтажа. Проектирование, подразумевающее  любой способ бесканальной прокладки оперирует таким понятием как «естественно неподвижная точка» на трассе (другое название: «мнимая неподвижная опора»). Во многих ситуациях, принимая их во внимание, удается обходиться без настоящих (конструктивных) неподвижных опор. В активе ООО «Полимерстрой» имеется целый ряд теплотрасс, спроектированных как обычные компенсированные системы, но с такими заданными конфигурациями, которые позволили обойтись при их монтаже без единой конструктивной неподвижной опоры.

            5.Существуют методы проектирования и монтажа бесканальных тепловых сетей, делающие возможным в значительной степени спрямлять трассы и уменьшать таким образом объемы строительно-монтажных работ. Кроме того, здесь можно предельно минимизировать количество не только указанных выше неподвижных опор, но и специальных компенсирующих устройств (для компенсации температурных расширений трубопроводов). К ним относятся: способ предварительного термического напряжения и способ «холодной» прокладки теплопроводов. В обоих случаях допускаются расчетные защемления грунтом очень протяженных прямых участков трубопроводов, которые в период эксплуатации остаются неподвижными.

            Первый из указанных способов, как и его разновидность с применением стартовых компенсаторов, - не нашел пока массовой реализации в России, в частности, по причине отсутствия на отечественном рынке экономичного оборудования для разогрева трубопроводов в монтажных условиях.

            «Холодная» прокладка трубопроводов теплоснабжения в России на сегодня практически не применяется, хотя именно она позволяет предельно сжать сроки строительства тепловых сетей и добиться максимального экономического эффекта по сравнению с традиционными методами монтажа. 

            Объясняется это тем, что здесь напряжения в стальных трубопроводах могут превышать предел текучести, и основная, защемленная грунтом, часть теплотрассы в процессе эксплуатации подвергается периодическим пластическим деформациям. Понятно, что реализация этого способа связана со строжайшим соблюдением требований к качеству всех без исключения компонентов тепловых сетей, а также к качеству строительно-монтажных работ.

            Нужно отметить, что в настоящее время, в Европейском Союзе указанный метод является основным. Для нас – это большой резерв на будущее, будем надеяться, достаточно близкое. И его обязательно нужно иметь в виду.

            6.В связи с изложенным в п.п. 2,3,4,5 данного раздела уменьшаются объемы земляных работ, как минимум на четверть.

3.Стоимость тепловых сетей.

            Время от времени, мы сталкиваемся с ситуацией, когда потенциальный заказчик, впервые вступивший с нами в контакт, бывает неприятно удивлен ценами, указанными в прайс-листе предприятия. Ему с ходу кажется, что строительство с применением продукции ООО «Полимерстрой» обойдется ему чрезмерно дорого. Приходится его убеждать, что опасения напрасны, что сумма «на круг» будет приблизительно такая же как по известному варианту канальной прокладки, но, при этом, он получит совсем другое качество тепловых сетей. Лучшими аргументами являются конкретные примеры проектов, планировавшихся в одном, а реализованных в другом варианте.

            С одним из таких проектов можно ознакомиться в одном из приложений к настоящим заметкам (две схемы теплотрассы и три варианта смет). Представленная в документах сеть теплоснабжения и горячего водоснабжения – это объект, построенный осенью минувшего года в одном из  микрорайонов г. Оренбурга (температурный график теплосети -105˚С - 70˚С, трубопроводов ГВС - 65˚, средняя глубина заложения – 1,3 м.) Первоначально она проектировалась в канальном варианте институтом «Оренбурггражданпроект». Затем, по просьбе заказчика, тем же институтом проект был переработан на бесканальную прокладку. При этом, были учтены наши предложения, в частности, по изменению в некоторых местах трассировки. Их реализация позволила улучшить условия компенсации температурных расширений на ряде участков, убрать П-образный компенсатор К 3,4 (см. схемы 1,2), уменьшить количество конструктивных групповых неподвижных опор с семи до четырех. Правда, общая длина трассы увеличилась ~ на 24 метра, что, вообще говоря, не характерно.

            Теплосеть предназначена, прежде всего, для снабжения теплом и горячей водой домов № 10 и № 11. Дом № 10 – строящийся, поэтому врезка в него пока не выполнена.

            В камерных тепловых узлах УТ 8,9,10 размещены заглушенные ответвления для будущего расширения тепловой сети. Если бы, предположим, их не было, то осталась бы только одна неподвижная опора (около УТ 11), притом, что в канальном варианте общее их количество не изменилось бы.

            В общем, конечно, бывают проекты, где преимущество бесканального метода выглядит гораздо эффектнее. Мы специально не стали их предлагать к рассмотрению, а выбрали вполне обычный, «средний» в этом смысле, объект.

          Строительство теплосети фирма – заказчик вела собственными силами. ООО «Полимерстрой» осуществлял шефмонтаж, монтаж системы сигнализации и теплогидроизоляцию стыков. Заметим, что на 90 % объектов, которые наше предприятие комплектует предизолированными изделиями, указанные выше работы выполняют наши специалисты.

            Для удобства приведем здесь округленные результаты сметных расчетов с учетом НДС (20%).

            I вариант (канальный)                                                                     - 2.724,7 тыс. руб.

            II вариант (бесканальный, с термолентой фирмы «Терма»)       - 2.854,5 тыс. руб.

            III вариант (бесканальных, с термолентой фирмы «Canusa»)     - 3.010,9 тыс. руб.

            Как мы уже указывали, бесканальная трасса получилась ~ на 24 метра длиннее. Полезно иметь в своем распоряжении данные о стоимости строительства одного километра теплотрассы (без трубопроводов ГВС). Оценив долю строительства трубопроводов теплоснабжения в общем объеме затрат равной 65%, сделаем пересчет:

            I вариант –     х1000х0,65                                                                    =5.713 (тыс. руб.),

            II вариант –    х1000х0,65                                                                   =5.559 (тыс. руб.),

            III вариант –   х1000х0,65                                                                  =5.864 (тыс. руб.),

            Итак, подтверждается наша вышеприведенная информация о приблизительном паритете стоимости сравниваемых вариантов. Вариант III является предпочтительным по сравнению с вариантом II, ввиду несравнимо лучшего качества материалов для гидроизоляции стыков (хотя реализован был вариант II).

            Короткая справка: в вариантах II, III подразумевается заливная технология теплоизоляции стыков в монтажных условиях, когда отдозированные и смешанные компоненты пенополиуретана заливаются в заранее установленную на стыке и сшитую несъемную опалубку из тонколистового дюралюминия. После реакции полимеризации производится обертывание дюралюминиевого кожуха (с заходом на полиэтиленовые оболочки стыкуемых труб) термоусаживаемой лентой из радиационно сшитого полиэтилена, наложение клейкого ленточного замка на край нахлёста ленты самой на себя и последующее усаживание основной ленты (с клеевым составом на внутренней стороне) с помощью прогревочных пропановых горелок. Лента, усаживаясь, плотно сжимает стык. Её клеевой слой, нагреваясь, приклеивается по всей поверхности прилегания. Это суть технологии, на самом деле последняя сложнее. Как уже отмечалось выше, существует множество способов и материалов для заделки стыков. В России большое ограничение по применению налагает стоимостной фактор.

            Обычно стоимость всех теплогидроизолированных изделий, материалов для заделки стыков и монтажа СОДК, составляет половину от общей сметной стоимости строительства. Колебания бывают, но обычно незначительные. Например, стоимость такой комплектации варианта II, даже с включением стоимости заделки стыков и монтажа СОДК на трассе, составила 1,250 тыс. руб. То есть, здесь получилось меньше половины.

            Здесь не рассматривается вариант с применением импортной запорной арматуры (шаровых кранов), поддающейся заводской гидротеплоизоляции. В нем тепловые камеры исключаются. Вместо них в расчет берутся коверы над удлиненными шпинделями кранов. Этот вариант соответствует западноевропейской практике, и в перспективе обязательно должен стать основным в применении.

            Чтобы быстрее привыкнуть к мысли о стоимости паритетности бесканального и канального вариантов, советуем еще раз обратится к предыдущему разделу.

4. Срок эксплуатации.

            Главным, что определяет долговечность подземных стабильных трубопроводов, является сочетание их коррозийной стойкости, понимаемой как физико-химическое качество, присущее конкретной марке стали, и степени защищенности от агрессивной среды.

            Известно, что марки трубных сталей, широко применяемых в строительстве тепловых сетей, обладают низкой коррозионной стойкостью. Для теплопроводов ситуация усугубляется температурными условиями их работы.

            Многочисленными исследованиями установлено, что с ростом температуры интенсивность коррозионных процессов увеличивается, достигая максимума при (70÷80)ºС. Именно в этом опасном диапазоне температур работают ~70% времени отопительного сезона большинство подающих теплопроводов. Ясно, что в таких условиях качество антикоррозийных покрытий и изоляционных конструкций имеет исключительно важное значение.

            Транспортные стальные трубы тепловых сетей подвержены наружной и внутренней коррозии. Основным направлением борьбы с внутренней коррозией является улучшение качества теплоносителя. Хорошая водоподготовка стоит дорого, и на сегодня в России, повсеместно, качество теплоносителя намного уступает уровню, достигнутому в Европейском Союзе. Там внутреннюю коррозию давно не принимают во внимание при прогнозировании сроков службы, ввиду ее крайней незначительности. Мы же, конечно, не можем себе этого позволить.

            Теперь о наших сравниваемых вариантах. Очень много споров, на всех уровнях, происходит по поводу прогнозируемых сроков эксплуатации тепловых сетей в пенополиуретановой изоляции в российских условиях. Ссылки на зарубежный, почти сорокалетний и весьма позитивный опыт, не принимаются, что вполне объяснимо, в частности, по вышеуказанной причине.

            Попытаемся найти точку опоры для более или менее достоверной оценки предмета спора. С этой целью обратим наше внимание на трубопроводы в минераловатной теплоизоляции. Накоплен большой опыт их эксплуатации. Общеизвестно, что минвата на практике перманентно подвергается увлажнению. По имеющимся в нашем распоряжении информации, полученной из самых разных источников, срок службы таких теплосетей, как правило, не превышает 10 лет. В зависимости от местных условий, имеются отклонения от указанного значения, очень часто в меньшую и редко в большую стороны. Причиной выхода трубопроводов из строя, как уже отмечалось, является совместное действие наружной и внутренней коррозии. Поскольку подготовка теплоносителя, в той или иной степени, всегда производится, скорость наружной коррозии превышает скорость внутренней.

            Логично предположить, что зависимость срока службы тепловых сетей в любой изоляции от скорости коррозии стальных трубопроводов носит обратно пропорциональный характер. В этом случае, она будет иметь следующий вид:

                                                            К

                                         Т =   —————                                       (1)

                                                  ∆S +∆S                                                                          

где: Т - срок службы теплотрассы в минераловатной изоляции,

       ∆S +∆S – скорость наружной и внутренней коррозии,

       К – коэффициент пропорциональности (const).

            Для теплосетей в пенополиуретановой изоляции (при условии их качественной комплектации и качественного грамотного строительства):

                                                            К

                                          Т =  —————                                                         (2)

                                                          ∆S

          Поделив (2) на (1) получим следующее выражение:

                   Или:      Т                                                               (3)

            Итак, если в нашем распоряжении есть среднестатистическое значение срока службы тепловых сетей в минераловатной изоляции для конкретного города или района (с примерно одинаковыми в их пределах гидрогеологическими условиями, качеством водоподготовки), а также экспериментально определенное соотношение скоростей коррозии, то можно вычислить приблизительный срок службы трубопроводов в ППУ – изоляции в этих условиях.

            Определить  можно путем проведения замеров толщин стенок стальных труб, например ультразвуковыми толщиномерами, на специально для этого вскрытых участках трассы, в том числе под максимально сохранившимися фрагментами антикоррозионного покрытия, и последующих вычислений. Замеров толщин должно быть столько, чтобы получить результат, заслуживающий доверия. Кроме того, указанные замеры необходимо производить на тепловой сети со сроком эксплуатации больше половины среднестатистического (Т) срока службы. Вычисленные значения толщин, «съедались» за одинаковое время (с момента первоначального пуска тепловой сети).

            Конечно, в действительности, в отличие от внутренней коррозии, наружная вступает в действие после звена запаздывания (равного сроку службы антикоррозийного покрытия). Надо заметить, что формула (3) имеет свойство частичной самокомпенсации указанной погрешности, так как больший срок службы протекторного покрытия влечет собой больший срок эксплуатации (Т), но одновременно, соотношение, будет меньшим. Тем не менее, рекомендовать указанную формулу можно, в основном,  для мест с неблагоприятной гидрогеологической обстановкой (где «жизнь» этого покрытия коротка).

            К ним относится, например, наш город. В Оренбурге подземные тепловые сети находятся под периодическим воздействием высокоуровневых грунтовых вод. Срок службы тепловых сетей в минераловатной изоляции до максимального приемлемого уровня отказов составляет не более восьми лет. По нашим оценкам скорость наружной коррозии опережает внутреннюю примерно в 1,5 раза. Отсюда прогнозируемый срок эксплуатации бесканальных сетей в пенополиуретановой изоляции составит:

Т=8(1,5+1)=20 (лет)

Результат вполне правдоподобен. Ещё раз подчеркнем: здесь подразумеваются безупречно выполненные сети и неизменное в течение всего времени эксплуатации качество водоподготовки. В последнее трудно поверить, поэтому вполне можно надеяться на реальное увеличение найденного выше срока.

            Может показаться, что предложенный способ оценки срока эксплуатации бесканальных теплопроводов в ППУ – изоляции обременителен. Это не совсем так. Сейчас многие предприятия тепловых сетей производят периодические замеры толщин стенок действующих трубопроводов в минераловатной изоляции для определения их остаточного ресурса. Здесь достаточно, просто по-другому, оценить имеющуюся информацию.

            Не исключен вопрос: не проще ли напрямую определить Т из выражения (2)? Коротко заметим, что в определении абсолютного значения ∆ существует большая неопределенность. Кроме того, нужно как-то определять коэффициент «К». В предлагаемом же методе нам нужно отношение скоростей. Его в реальности легче оценить.

5. Возможность устройства системы контроля.

            Промышленная изоляция стальных труб по методу «труба в трубе», и сама конструкция теплогидроизоляции, позволяют просто и технологично внедрять в пенополиуретановый слой медные сигнальные провода, пронизывающие теплоизоляцию изделия на всем его протяжении (в любом изолированном изделии находятся два медных провода, один из которых облужен и имеет серебристый цвет). При монтаже изделий, по определенному регламенту, производят сращивание сигнальных проводов стыкуемых изделий. В начале теплосети и в её конце устанавливают специальные измерительные терминалы, размещаемые в наземных или навесных футлярах (коверах), и подсоединяемые к проводам с помощью кабелей и специальных выводных устройств. Таким образом, вся теплосеть оказывается пронизана проводной системой, обычно называемой системой оперативно-дистанционного контроля (СОДК).

            Цель СОДК – это с помощью стационарно установленных или переносных детекторов осуществлять постоянный или периодический контроль увлажнения теплоизоляционного слоя. Причиной увлажнения могут быть внутренними (утечка) или внешними (повреждение гидроизолирующего слоя). В случае обнаружения или обрыва одного из сигнальных проводов, - с помощью специальных переносных приборов определяют место повреждения и производят устранение неисправности.

            ООО « Полимерстрой» - единственное предприятие в России, которое систематически комплектует свои поставки монтажными элементами и приборами СОДК немецкой фирмы «Изоплюс». Их определители мест повреждений не имеют себе равных по разрешающей способности. По желанию заказчика, предприятие может обеспечить его объект отечественными монтажными элементами  и приборами СОДК фирмы «Вектор», Москва.

            По требованиям ГОСТ 30732-2001 на нашу продукцию, предизолированные изделия должны быть обязательно снабжены упомянутыми сигнальными проводами. Оперативный контроль делает возможным всегда иметь свежую информацию о состоянии тепловой сети.

            Представляемая здесь технология промышленной теплоизоляции является единственной, легко сочетаемой с системой сигнализации. Для минераловатной изоляции СОДК абсолютно неприемлема, поскольку заведомо известно, что изоляция будет увлажняться, система будет срабатывать, а что после этого делать, никому не известно. Точно то же самое можно сказать о любой другой изоляции, например бесканально применяемых армопенобетоне, полимерпенобетоне и других, так как все они принципиально влагопроницаемы.

6. Ремонтные расходы.

            Качественно выполненные бесканальные теплопроводы в ППУ – изоляции закрывают доступ влаге к наружной поверхности стальных труб и исключают процесс её коррозии. Если произошло повреждение (незначительное) полиэтиленовой оболочки, и внутрь её попала влага, то СОДК об этом просигнализирует. Обычно количество попавшей влаги невелико, так как пенополиуретан, находящийся под оболочкой, плохо для неё проницаем (его поры на 90% являются закрытыми). Поскольку подпорное давление грунтовых вод в большинстве случаев невелико, то, как правило, ремонтные работы относят на окончание отопительного сезона.

            Если же обнаружена утечка теплоносителя, то меры предпринимаются немедленно. В подавляющем большинстве случаев, утечка теплонесущей трубы начинается с малых количеств через небольшую каверну, образовавшуюся в недостаточно качественном сварном шве. Со временем она может увеличиться, а ситуация усугубиться. Вода подпираемая большим избыточным давлением в теплопроводе, начинает распространяться по теплоизоляции, ломая перегородки пор. Скорость обычно невелика, но уповать на это нельзя. Быстрое обнаружение утечки, и затем быстрое определение её местонахождения на трубопроводе, позволяют максимально быстро провести ремонтные работы и ликвидировать течь. При этом, объем ремонта, невелик.

            Там, где нет ОСДК, - как в минераловатной изоляции, - утечка нарастает, ситуация становится аварийной, но об этом долгое время может никто не знать. А когда узнают, например по падению давления в теплосети, или по промоинам, то ещё какое-то, неопределённое, время будут искать её место. Объем ремонта в такой ситуации резко возрастает.

            В целом, по опыту западных фирм, расходы на ремонт трассы в бесканальном варианте уменьшаются почти на порядок. Такие ситуации, когда автомобили проваливаются на улицах сквозь дорожные покрытия, здесь полностью исключены, то есть значительно увеличивается безопасность подземных тепловых сетей.

7.Тепловые потери в трубопроводах.

            Выше отмечалась проблема постоянного увлажнения минераловатной изоляции в связи с оценкой срока службы теплопроводов. Не менее, если не более, острая проблема возникает из-за увлажнения в аспекте теплопотерь. Всем понятно, что влияние влаги неблагоприятное, но вопрос о том, насколько именно, служит предметом постоянных дискуссий.

            Оптимистические результаты расчетов тепловых потерь, осуществляемых в соответствии с действующим нормативным документом (1), трудно соотнести с практикой, которая позволяет, практически повсеместно, в зимнее время определять расположение тепловых сетей в минераловатной изоляции по проталинам на снежном покрове.

            Между тем, ещё в семидесятые годы минувшего века, были опубликованы результаты исследований (2,3,4), в которых ясно указывалось на необходимость учета массобмена в расчетах тепловых потерь через увлажненный теплоизоляционный слой. Влажностный массобмен создает дополнительный канал для теплообмена и влечет за собой значительное увеличение суммарных тепловых потерь трубопроводов. На результаты этих исследований недавно вновь было обращено внимание публикацией в одном из номеров журнала «Новости теплоснабжения» (5) (мы прилагаем копию статьи к настоящим заметкам).

            Определим разницу теплопотерь для рассматриваемых здесь вариантов на примере двухтрубной теплосети с наружным диаметром стального трубопровода dт=133 мм. Такой диаметр является приблизительно эквивалентным для всех коммунальных тепловых сетей, подведомственных МУП «Оренбурггортепло», а также и для трассы теплоснабжения, о которой шла речь в разделе 3. Другие исходные данные помещены ниже:

Коэффициент теплопроводности пенополиуретана (λu),

максимальный, допускаемый ГОСТ 30732-2001, Вт/м град.                               0,033

Глубина заложения трубопроводов (h), м                                                              1,300

Межосевое расстояние подающего и обратного

трубопроводов для обоих вариантов (b),м                                                             0,400

Средняя температура за отопительный сезон в подающем

трубопроводе (t), град.                                                                                             +70

Средняя температура за отопительный сезон в обратном

трубопроводе (t), град.                                                                                             +50

Средняя температура грунта на глубине заложения для

отопительного сезона, (t), град.                                                                                +2

Продолжительность отопительного сезона в г. Оренбурге (Н), час                     5500

Высота канала (для канального варианта), в свету (h), мм                                   600

Ширина канала (то же) в свету (s), мм                                                                    980

Коэффициент теплопроводности влажного грунта (λ), и

элементов канала (λ), вт/м град.                                                                                2,0

Наружный диаметр пенополиуретановой изоляции (d), мм                                  218

Наружный диаметр минераловатной изоляции  (d), мм                                         213

            Расчет ведем по методикам, приведенным в [6,7] с учетом положений  [5] для канального варианта. Поскольку h/d >2, то применяем формулы для трубопроводов глубокого заложения.

А. Бесканальный вариант.

            1. Термическое сопротивление подающего и обратного трубопроводов, с учетом грунта:

                                    (4)

            2. Условное термическое сопротивление, учитывающее взаимное влияние соседних труб:

              , [м ·град/Вт]                                                                (5)

              [м ·град/Вт]

            3.Удельные тепловые потери подающего и обратного трубопроводов:

               [Вт/м]                                                                       (6)

               [Вт/м]                                                                       (7)

             (Вт/м)

             (Вт/м)

            4.Суммарные удельные тепловые потери для подающего и обратного трубопроводов:

             (Вт/м)

Б. Канальный вариант.

            1. Поскольку в этом варианте между трубопроводами и стенками канала имеется воздушный зазор, и в действие вступают лучистый конвективный теплообмены, - порядок расчета несколько меняется. Для простоты примем равенство интегральных коэффициентов теплоотдачи от поверхности изоляции к воздуху (αu) и от воздуха к внутренним стенкам канала (αст), и зададимся их средним численным значением αu = αст =12 Вт/м град из диапазона, рекомендованного для сходных условий [6,7].

            2. Эквивалентный внутренний диаметр канала:

, [м]                                                                              (8)

где:      F – площадь поперечного сечения канала «в свету», м,

            P – периметр канала «в свету», м.

            (м)

            3. Примем для расчета массовую влажность изоляционного минераловатного слоя (u) равной 4%. Такое её значение, как минимум, присутствует в каналах. Тогда теплопроводности минераловатной изоляции для подающего и обратного трубопроводов будут равны [5]:

, [Вт/м град]                                                  (9)

, [Вт/м град]

где:      λ – теплопроводность абсолютно сухой изоляции. Для определённости примем маты минераловатные прошивные по ГОСТ21880-86, марки 125. Согласно [1, прил.1],

(Вт/м град) и

 (Вт/м град).

             (Вт/м град)

             (Вт/м град)

4. Термическое сопротивление подающего и обратного трубопроводов:

            ,  [м град/Вт]                                                          (10)

            ,  [м град/Вт]

            (м град/Вт)

             (м град/Вт)

            5. Термическое сопротивление канала и грунта:

            ,  [м град/Вт]                                                      (11)

             (м град/Вт)

            6.  Температура воздуха в канале:

            ,  [град]                                                                        (12)

              (град)

            7. Удельные тепловые потери подающего и обратного трубопроводов:

            ,  [Вт/м]                                                                                                    (13)

            ,  [Вт/м]

             (Вт/м)

              (Вт/м)

            8. Суммарные удельные тепловые потери для подающего и обратного трубопроводов:

              (Вт/м)

            Итак, расчёты по двум сравниваемым вариантам принесли результаты, различающиеся более чем в три раза. Подчеркнём ещё раз: увлажнение для минераловатной изоляции принималось нами минимальным. Кроме того, можно с уверенностью утверждать, что принятые, в не рассчитанные значения коэффициентов теплоотдачи, на самом деле должны быть выше, вследствие упомянутого влажностного массотеплообмена, который, естественно, имеет место не только в изоляционном слое, но и в воздушном зазоре.

При больших увлажнениях теплоизоляционного слоя теплопотери быстро нарастают, а вместе с ними увеличивается разница этого параметра для сравниваемых вариантов. Заинтересованный читатель может в этом убедиться, самостоятельно проделав приведенный выше расчёт для канального варианта при других значениях массовой влажности теплоизоляции.

Определим годовые тепловые потери на один километр двухтрубной сети 2хØ133:

            ,       [ккал/км]

где:      - переводной коэффициент,   (1Вт=0,86ккал/час)

            - переводной коэффициент,   (1км=1000м)

            Q  (Гкал/км год)

            Q  (Гкал/км год)

Разница в теплопотерях для двух вариантов:

            ∆Q=Q=592,7-196,3=396,4  (Гкал/км год)

            Средний из числа действующих в городе с начала 2003 года тарифов на тепловую энергию – для коммунального жилья – составляет 388,8 руб/Гкал (с НДС). С учётом этого разница теплопотерь в двух вариантах на один километр трассы в стоимостном выражении составит:

            ∆С(1)=388,8=154.120,32  (руб/км)

            В ведении МУП «Оренбурггортепло» находится 380 километров теплосетей в двухтрубном исчислении. Общая стоимостная разница потерь на это количество составит:

            ∆С (млн.руб/год)

            Это очень большая величина. В Оренбурге, помимо указанных коммунальных сетей, существуют магистральные и распределительные сети ОАО «Оренбургэнерго», сети других ведомств. Кроме того, реальное состояние большей части тепловых сетей в минераловатной изоляции гораздо хуже, чем это подразумевалось в наших расчётах: имеются старые участки с полностью или частично разрушенной изоляцией, имеются прямые утечки тепловой энергии вместе с теплоносителем, увлажнение, конечно, выше 4%. То есть, реальная разница потерь, безусловно, много выше расчетной. Экстраполяция же её на масштаб всей страны создаёт картину, поражающую воображение, и освобождает нас от дальнейших комментариев.

Надземная прокладка теплосетей.

            В случае надземных теплотрасс мы имеем в качестве сравниваемых вариантов тробопроводы в минераловатной теплоизоляции, гидроизолированной одним  из известных способов, - с одной стороны, и трубопроводы, смонтированные из предизолированных изделий ( в пенополиуретановой изоляции, в гидроизолирующей оцинкованной спирально-фальцевой оболочке), - с другой.

            По общей стоимости строительства первый вариант здесь дешевле. По всем другим показателям остаётся в силе все сказанное о подземной прокладке, причем разница в реальных сроках эксплуатации ещё более разительна, поэтому и здесь второй вариант, по совокупности факторов, предпочтителен.

Заключение.

            Новая технология сейчас находится, что называется «на слуху». Известны и её преимущества. Однако для тех, кто вплотную не сталкивается со строительством и эксплуатацией трубопроводов из промышленно изолированных пенополиуретаном труб, - эти преимущества могут представляться чисто декларативными. Всегда хочется получить какие-то разъяснения, так или иначе проверить поступающую информацию, в той мере, в какой это доступно сделать, прежде чем переходить к практическому применению. Именно это обстоятельство побудило нас к написанию настоящих заметок.

            В завершение хотелось бы подчеркнуть, что мы открыты для диалога с каждым, кому окажется близка затронутая здесь тематика.

Список литературы.

1.СниП 2.04.14-88*. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. М.Госстрой России, 1999г.

2. Витальев В.П. Бесканальные прокладки тепловых сетей. М.Энергоатомиздат, 1983г.

3. Дубницкий В.И. Теплофизические свойства некоторых влажных строительно-изоляционных материалов и трунтов. Сб.тр. ВЗПИ. Сер. Строительство, 1974г.

4. Дубницкий В.И.. Задачи тепловлажностного расчета подземных теплопроводов. Сб. тр. ВЗПИ. Сер. Строительство, 1978г.

5. Мунябин Л.И., Арефьев Н.Н.  К вопросу о методике расчета тепловых потерь при различных вариантах тепловой изоляции. В журнале «Новости теплоснабжения» №4, 2002г.

6. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. М.Издательство МЭИ. 1999г.

7. Сафонов А.П. Сборник задач по теплофикации и тепловым сетям. М. Энергоатомиздат, 1985г.

Официальный представитель

ООО «ПОЛИМЕРСТРОЙ»

в Саратовской области –

ООО «Объект-Сервис»

Тел. (845 2) 96-36-16; 

факс  96-20-05