Теплопроводы из полипропиленовых труб с заводской теплогидроизоляцией
Тепловые сети являются одним из самых ответственных и технически сложных элементов системы трубопроводов в городском хозяйстве и промышленности. Высокие рабочие температуры и давление теплоносителя (воды) определяют повышенные требования к надежности сетей теплоснабжения и безопасности их эксплуатации. Традиционные технологии и материалы, применяемые сегодня при строительстве и ремонте тепловых сетей, приводят к необходимости проведения капитального ремонта с полной заменой труб и теплоизоляции через каждые 10–15 лет, потерям до 25% транспортируемого тепла, а также требуют постоянного проведения профилактических работ, что связано с огромными затратами материалов, денежных средств и времени.
В настоящее время благодаря развитию энергосберегающих технологий сроки безаварийной эксплуатации сетей теплоснабжения могут достигать 30 лет и более. При этом отпадает необходимость в затратах на устройство каналов и проведение профилактических ремонтных работ, а потери тепла составляют не более 2–3%.
Чтобы добиться максимального результата в обеспечении долговечности, экономии средств и ресурсов, необходимо рассматривать весь комплекс технологических операций, связанных с доставкой тепла потребителю.
Конечная стоимость тепла складывается из всего ряда затрат на строительство и содержание тепловых сетей. Благодаря применению современных технологий значительно сокращается стоимость эксплуатационных расходов на всех технологических этапах транспортировки тепла. При этом капитальные вложения оказываются на 10–15% ниже, чем при использовании традиционных технологий. Новые технологии и материалы — эффективное решение проблемы длительной и безаварийной эксплуатации тепловых сетей.
В последние годы в практике отечественного строительства все большее место занимают тепловые сети, выполненные из стальных труб в теплоизоляции из пенополиуретана и в гидрозащитной оболочке из полиэтилена или из оцинкованной стали. В этих случаях решается вопрос о защите наружной поверхности стальных труб от коррозии.
К сожалению, в большинстве случаев участки теплосети такой конструкции находятся в составе давно эксплуатируемых и достаточно изношенных трубопроводов, теряющих до 40% подготовленной воды. Подпитка же сырой или недостаточно подготовленной водой приводит к коррозии внутренней поверхности новых стальных труб и достаточно быстрому образованию в их стенках сквозных отверстий.
В связи с этим более оптимальной является индустриально изготовленная конструкция теплопровода с применением труб из полимерных материалов, которые не подвержены коррозии и зарастанию внутренней поверхности различными отложениями.
В частности, для систем горячего водоснабжения и отопления допустимо применение труб из статистического сополимера пропилена с этиленом (рандом сополимера — PPR), имеющих термоизоляционный слой из пенополиуретана (ППУ) и гидрозащитное покрытие (оболочку).
При бесканальной прокладке таких труб в земле гидрозащитная оболочка выполняется из полиэтиленовой трубы, при канальной или открытой прокладке — из оцинкованной стали.
Пространство между наружной поверхностью полипропиленовой трубы и внутренней поверхностью трубы гидрозащитной оболочки образуется за счет центраторов, установленных на полипропиленовых трубах.
В межтрубное пространство в заводских условиях впрыскиваются два компонента А и Б (полиол и изоцианат), которые при смешении образуют пенополиуретан. Последний плотно охватывает полипропиленовую трубу и соединительные муфты, способствуя созданию «скрепленной» конструкции трубопровода.
При оценке оптимальности проекта теплотрассы необходимо учитывать такие параметры, как: стоимость материалов и строительства теплотрассы, гарантийный срок службы, периодичность ремонтов, затраты на ремонт, потери тепла и др.
Такая оценка в финансовом выражении позволяет минимизировать расходы по обеспечению теплом некоторой группы потребителей на длительный период (20–30 лет) и является наиболее правильной.
Преимущество теплопроводов бесканальной прокладки по сравнению с традиционной канальной прокладкой для типовой внутриквартальной городской теплотрассы наглядно показано в табл. 1. Даже не переводя данные этой таблицы в денежный эквивалент, видно, что бесканальная теплосеть имеет явные преимущества.
Табл. 1. Сравнительные показатели канальной и бесканальной прокладок теплопроводов
|
Показатель
|
Значение показателя при прокладке
|
|
|
канальной
|
бесканальной
|
|
|
Срок службы (лет)
|
10–15
|
не менее 30
|
|
Сроки монтажа стен
|
15
|
6
|
|
Потери тепла (%)
|
до 25
|
2–3
|
Несмотря на явные преимущества бесканальной прокладки, предприятия, желающие построить теплосеть, часто оценивают проект только по величине первоначальных затрат, включающих стоимость проекта, материалов и строительных работ. Практика показывает, что величина этих затрат для бесканальной прокладки почти в 2 раза ниже по сравнению с канальной.
Повышение долговечности, качества и надежности трубопроводных систем в ППУ изоляции определяется конструкцией этих систем, допускающих применение специализированных технологических линий, обеспечивающих высокое качество и стабильность технологических режимов при устройстве тепло- и гидроизоляции в заводских условиях, а также более высокими потребительскими свойствами применяемых материалов.
Надежная работа теплопровода гарантируется, если возникающие в нем напряжения не превышают допустимые значения.
Для исключения возможности образования внутренней коррозии трубопроводов теплоснабжения освоено производство теплогидроизолированных в заводских условиях труб из полипропилена PPR (статистический сополимер пропилена с этиленом — рандом сополимера, тип 3).
Табл. 2. Зависимость срока службы трубопроводов из PPR-63 от температуры и давления транспортируемой среды (по данным СП 40-101-96)
|
t 0С
|
Срок службы (лет)
|
Рабочее давление (МПа) для труб PN 20
|
|
20
|
10
|
2,71
|
|
25
|
2,64
|
|
|
50
|
2,59
|
|
|
75
|
5
|
1,07
|
|
10
|
0,93
|
|
|
25
|
0,75
|
|
|
80
|
5
|
0,87
|
|
10
|
0,79
|
|
|
15
|
0,73
|
|
|
85
|
5
|
0,79
|
|
10
|
0,61
|
|
|
90
|
5
|
0,66
|
|
95
|
5
|
0,54
|
Примечание. При транспортировании горячей воды используются трубы и детали с PN 20 и SDR 6
Табл. 3. Зависимость срока службы трубопроводов из PPR-80 от температуры транспортируемой воды (по данным DIN 8077:1997-12 Rohre aus Polypropylen PP H100, PP B80, PP R-80)
|
Температура, (0С)
|
Срок службы (лет)
|
Рабочее давление (бар) для труб серии S 2,5 с размерным соотноше-нием SDR6
|
|
10
|
1
|
35
|
|
5
|
33,2
|
|
|
10
|
32,1
|
|
|
25
|
31,1
|
|
|
50
|
30,3
|
|
|
100
|
29,5
|
|
|
50
|
1
|
18,3
|
|
5
|
17
|
|
|
10
|
16,5
|
|
|
25
|
15,9
|
|
|
50
|
15,4
|
|
|
100
|
14,9
|
|
|
70
|
1
|
13
|
|
5
|
11,9
|
|
|
10
|
11,7
|
|
|
25
|
10,1
|
|
|
50
|
8,5
|
|
|
80
|
1
|
10,9
|
|
5
|
9,6
|
|
|
10
|
8
|
|
|
25
|
6,4
|
|
|
95
|
1
|
7,7
|
|
5
|
5
|
Примечание. Для трубопроводов, транспортирующих горячую воду, коэффициент запаса прочности принимается равным 1,5
Трубы изготавливаются из полипропилена марки RA 130E (Borealis), который согласно испытаниям фирмы Studsvik классифицирован как PPR-80, т. е. имеющий MRS (Minimum required strength, определенным согласно DIN EN IS0 12162), равное 8 H/кв. мм. Если в маркировке или сопроводительной документации не подтверждена сертификация полипропилена как PPR-80, то считается, что эти трубы или детали изготовлены из PPR-63. Зависимости срока службы трубопроводов из PPR от температуры и давления транспортируемой среды приведены в табл. 2 и 3.Из этих таблиц следует, что трубы из PPR-80 могут эксплуатироваться при более высокой температуре, чем изготовленные из PPR-63. Размерные характеристики труб из полипропилена PPR приведены в табл. 4.
Табл. 4. Размеры труб из полипропилена (мм)
|
Наружный диаметр
|
Толщина стенки трубы S 2,5 SDR 6 PN 20
|
|
12
|
2
|
|
16
|
2,7
|
|
20
|
3,4
|
|
25
|
4,2
|
|
32
|
5,4
|
|
40
|
6,7
|
|
50
|
8,3
|
|
63
|
10,5
|
|
75
|
12,5
|
|
90
|
15
|
|
110
|
18,3
|
|
125
|
20,8
|
Примечание. Размеры труб гармонизированы с DIN 8077:1997-12 (с. 3, разд. 6.1, табл. 3)
Соединительные детали из полипропилена включают: муфты, муфты переходные, угольники на 900 и 450, тройники равнопроходные и неравнопроходные, пробки. Соединение деталей производится сваркой враструб. Соединение полипропиленовых деталей со стальными трубами осуществляется комбинированными соединительными деталями с наружной и внутренней резьбой. Номенклатура комбинированных деталей включает муфты, угольники, тройники.
Полипропилен, используемый для изготовления труб и деталей, имеет предел текучести при растяжении не менее 19,2 MПа, относительное удлинение при разрыве — не менее 350%, показатель текучести расплава — не более 0,3–0,6 г/10 мин. (при 230 0С и нагрузке 2,16 кг), коэффициент линейного теплового расширения — 0,15 мм/(м•0С).
Качество тепловой изоляции из пенополиуретана и гидроизолирующей оболочки из полиэтилена принято по ГОСТ 30732-2001.
Трубопроводы тепловых сетей при эксплуатации работают в условиях знакопеременных нагружений: при повышении температуры транспортируемой среды трубопровод сам стремится увеличить длину, а при понижении — уменьшить.
Строгий расчет перемещений и напряжений в полипропиленовых теплопроводах является в настоящее время весьма сложной задачей по ряду причин, в том числе из-за отсутствия каких-либо исследований этого вопроса. Однако анализ закономерностей работы теплогидроизолированных полипропиленовых труб в условиях знакопеременных нагружений и некоторый опыт их эксплуатации позволяют сформулировать следующие допущения.
1. Четыре элемента рассматриваемой конструкции трубопровода, а именно: полипропиленовая труба, соединительные детали, пенополиуретан и гидрозащитная оболочка из полиэтиленовой трубы, — представляют собой конструкцию, которая при эксплуатации работает как единое целое, т. е. деформации и перемещения всех компонентов трубопровода одинаковы и равны деформациям и перемещениям полипропиленовой трубы.
2. При заливке пенополиуретана в межтрубное пространство, сопровождающейся повышением температуры до 70–80 0С, звено теплогидроизолированной трубы принимает форму «змейки».
З. Сложный процесс взаимодействия трубопроводной конструкции с грунтом достаточно точно учитывается коэффициентом трения между оболочкой и грунтом.
4. В местах естественных поворотов трассы (г-, z- или п-образные повороты) вся скрепленная конструкция трубопровода может перемещаться в осевом направлении.
5. Окружные напряжения в трубе равны 10% осевых напряжений и учитываются при расчетах.
Надежная работа теплопровода гарантируется, если возникающие в нем напряжения не превышают допустимого значения.
Для открытой (наземной, надземной) или канальной прокладки применяются трубопроводы, гидрозащитная оболочка которых выполняется не из полиэтилена, а из оцинкованной стали толщиной до 1 мм. В целях предотвращения провисания такого трубопровода, особенно в тех случаях, когда он проложен не на сплошном основании, необходимо применение опор, поддерживающих трубопровод, но не препятствующих его осевым перемещениям, — так называемых «скользящих опор».
Максимальные напряжения, которые могут возникнуть в неподвижном полипропиленовом трубопроводе, значительно ниже допустимых, поэтому он не требует компенсации и должен работать в «неподвижном» состоянии. Следовательно, и конструкция опор должна в максимальной степени способствовать созданию требуемых условий работы трубопровода.
Гидравлический расчет полипропиленовых трубопроводов горячего водоснабжения выполняется в соответствии с СП 40-102-2000 «Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжение и канализации из полимерных материалов. Общие требования».
В заводских условиях обычно изготавливаются теплогидроизолированные полипропиленовые трубы плетями длиной, как правило, 12 м. Плеть такой длины собирается из полипропиленовых труб длиной по 4 м, т. е. имеет как минимум два соединения.
Полипропиленовые трубы соединяются между собой с помощью муфт сваркой враструб. Таким образом, на длине 12 м расположены две соединительные муфты. При последовательном соединении из плетей теплогидроизолированных полипропиленовых труб зазор между торцами теплогидроизоляции двух плетей после сварки составляет несколько миллиметров.
В условиях строительства он изолируется от наружной влаги полосой термоусаживающейся ленты. Повороты трассы и ответвления от нее выполняются с помощью монтажных узлов, изготовленных в заводских условиях.
Присоединение к металлическим трубам, деталям и узлам, имеющим резьбу, выполняются с помощью комбинированных деталей. Следует, однако, помнить, что к резьбовым соединениям должен быть обеспечен доступ.
В связи с этим резьбовые соединения на трассе теплопровода допускается размещать в колодцах, а при вводе в здание таким образом, чтобы к ним был обеспечен свободный доступ.
Резьбовые соединения не рекомендуется заливать пенополиуретаном. Для теплоизоляции такого соединения следует применять пенополиуретановые полуцилиндры (скорлупы), которые при необходимости могут быть легко разобраны.
Присоединение полипропиленовых труб и деталей трубопроводов к фланцевой арматуре или оборудованию выполняется с помощью втулки под фланец. Технология соединения заключается в следующем: фланец надевается на гладкий конец полипропиленовой буртовой втулки, после чего она приваривается к полипропиленовому трубопроводу. Затем фланец перемещается к бурту и с помощью болтов присоединяется к ответному фланцу стальной трубы или арматуры.
Организационно-техническая подготовка к строительству тепловых сетей должна осуществляться в соответствии с требованиями СНиП 3.01-85*.
Разработку траншей и котлованов и работы по устройству оснований для бесканальной прокладки теплопроводов с изоляцией из ППУ следует производить с учетом требований СНиП 3.02.01-87 «Земляные сооружения. Основания и фундаменты». В водонасыщенных грунтах устраивают сопутствующий дренаж несовершенного вида, сооружаемый только на время строительства. Наименьшую ширину (К) траншей по дну при двухтрубной бесканальной прокладке тепловых сетей следует принимать равной 2 d1 + 0,75, где d1 — наружный диаметр оболочки теплоизоляции (м). На дне траншеи следует устраивать песчаную подушку толщиной не менее 10 см.
При обратной засыпке теплопровода обязательно устройство над верхом теплоизоляции защитного слоя из песчаного грунта толщиной не менее 15 см, не содержащего твердых включений (щебня, камней, кирпичей и пр.), с подбивкой пазух между теплопроводами и основанием и послойным уплотнением грунта как между трубами, так и между трубами и стенками траншеи.
После сварки труб, герметичной заделки соединений гидроизолирующей оболочки и испытания теплопровода на бровке траншеи он опускается на дно траншеи, после этого засыпается песком на высоту 10–15 см над верхом трубы вручную, а затем местным грунтом с помощью механизмов. Трубы и монтажные узлы раскладывают на бровке траншеи с помощью крана или трубоукладчика с применением текстильных «полотенец» (или стропов).
Разложенные на бровке траншеи теплоизолированные плети и элементы трубопровода подвергаются тщательному осмотру с целью обнаружения трещин, сколов, надрезов, проколов, вырывов и других механических повреждений оболочки гидроизоляции.
Обнаруженные в полиэтиленовой оболочке трещины и глубокие надрезы заделывают с помощью экструзионной сварки или путем наложения термоусаживающихся манжет.
Трубы с полиэтиленовой оболочкой, имеющие сколы, вырывы, проколы и другие дефекты, не подлежащие ремонту, а также трубы с поврежденной стальной оцинкованной оболочкой отбраковываются.
Сопряжение бесканальных участков теплопроводов с каналом должно осуществляться путем устройства торцевой стенки с сальниковым уплотнением вокруг изолированных теплопроводов и песчаной обсыпки.
Проход теплопроводов сквозь стенки камер и фундаменты осуществляется с помощью установки манжет из полиуретана с последующим бетонированием в строительной конструкции.
В связи с незначительной величиной зазора между торцами тепловой изоляции и гидроизолирующих оболочек двух свариваемых плетей трубопровода (либо плети трубопровода и монтажного узла с соединительной деталью) тепловая изоляция стыковых соединений не производится.
Гидроизоляция стыков выполняется после гидравлического испытания трубопровода на герметичность, осуществляемого на бровке траншеи.
Гидроизоляция стыковых соединений выполняется с помощью термоусаживаюшейся ленты, на поверхность которой нанесен термоплавкий адгезив. Лента должна перекрывать шов стыкового соединения на 10 см по обе стороны от него. Длина ленты должна быть равна длине окружности оболочки, увеличенной на 5 см.
Стыковое соединение можно подвергать механическим нагрузкам после остывания ленты до температуры 36–37 0С.
С помощью описанной конструкции можно осуществлять прокладку трубопроводов горячего водоснабжения и централизованного теплоснабжения, работающих в водогрейном режиме.
| Автор: В. Е. Бухин Дата: 30.01.2005 Журнал Стройпрофиль 1-05 Рубрика: теплоснабжение. жкх. отопительные системы Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |