Строительные материалы и технологии
Выпуск от 27.12.2005

Индустриальные полносборные конструкции тепловых сетей.
Система оперативного дистанционного контроля и тепловая изоляция.

Игорь НИКОЛЬСКИЙ
доцент кафедры градостроительства МГСУ, к.т.н.

Перспективные индустриальные конструкции для тепловых сетей типа «труба в трубе». Производство и технические характеристики. Особенности применения и эксплуатации. Оперативный диспетчерский контроль эксплуатационных параметров конструкций.

Сегодня наиболее разработанными и перспективными индустриальными изделиями тепловых сетей являются конструкции типа «труба в трубе» с использованием вспененного полиуретана и полиэтиленовой оболочкой в качестве защитно-покровного слоя.

Первые опытные работы с применением вспененного полиуретана для изоляции стальных труб теплоснабжения были проведены в Москве в 1963 году. В Западной Европе подобные конструкции так же стали применяться с середины 60-х годов. Вспененные полимерные композиции для индустриальной изоляции теплопроводов позволяют получать конструкции тепловых сетей, обладающие высокими тепло- и влагозащитными свойствами, улучшить технологию производства работ на трассе, повысить срок службы теплопроводов.

Промышленное производство тепловых сетей с пенополиуретановой изоляцией в России началось с середины 90-х годов. Ныне в этом задействованы крупные промышленные предприятия в Москве и Московской области («МосФлоулайн», «Стройполимер», «Теплоизолстрой»), Санкт-Петербурге («Корпорация “ТВЭЛ”»), Нижнем Новгороде (ООО «Завод теплоизолированных труб “Александра”»), Тюмени (ЗАО «Сибпромкомплект»).

Пенополиуретаны (ППУ) получаются в результате реакции между жидкими изоцианатами и полиолами. При определенном соотношении компонентов получаются жесткие ППУ плотностью 25 - 100 кг/м³ с закрытыми порами, обладающие хорошими изоляционными свойствами, адгезией, прочностными показателями, термической стойкостью в определенных пределах.

Для сохранения высоких теплоизолирующих качеств ППУ нуждаются в надежной защите от внешних атмосферных воздействий. Для повышения их огнестойкости в строительных конструкциях используются модифицированные галогенпроизводные полиолы и полиизоциануратные пены.

Нормативными актами предусмотрен выпуск полносборных индустриальных конструкций тепловых сетей, элементов инженерного оборудования городских территорий с использованием полимерных материалов, в том числе пенополиуретана и полиэтиленовых оболочек, гофрированных двухслойных трубопроводов, комплектующих изделий полной заводской готовности для тепловых сетей.

Для подземных конструкций теплопроводов, закрытых от постоянного наблюдения, очень важен оперативный диспетчерский контроль состояния основных эксплуатационных параметров конструкций. С этих позиций индустриальные конструкции тепловых сетей в ППУ изоляции и ПЭ оболочке имеют безусловные преимущества. Разработана и применяется система оперативно-дистанционного контроля коррозионно-влажностного состояния теплопроводов СОДК. Изолированные в заводских условиях трубы для тепловых сетей представляют собой жесткую конструкцию «труба в трубе», состоящую из стальной рабочей трубы, слоя теплоизоляции из жесткого пенополиуретана (ППУ) и внешней защитной оболочки из полиэтилена высокой плотности (ПВП).

Изолированная труба является жесткой монолитной конструкцией благодаря хорошей адгезии ППУ к металлу трубы и полиэтиленовой оболочке. Прочное сцепление слоев изолированной трубы достигается за счет предварительной дробеструйной обработки наружной поверхности стальной трубы и обработки высоковольтным коронным электрическим разрядом внутренней поверхности ПЭ оболочки.

Техническими требованиями (ГОСТ 30732-2001) предусмотрен и реально осуществляется выпуск изолированных полносборных конструкций теплопроводов: неподвижных опор, отводов, переходов, ответвлений, задвижек (шаровых кранов), компенсаторов. Строительно-изоляционные конструкции теплопроводов выпускаются двух видов:

• для бесканальной прокладки;
• для прокладки наземным способом.

Основным изоляционным материалом в этих конструкциях является пенополиуретан ППУ, отвечающий требованиям ТУ 4936-001 и Европейского стандарта ЕN 253. Его основные характеристики приведены в табл. 1, а свойства полиэтиленовых оболочек - в табл. 2.

Таблица 1. Основные характеристики теплоизоляционного материала ППУ

Таблица 2. Основные характеристики полиэтиленовой оболочки ПВП

В конструкциях с применением полимерных материалов решающее влияние на долговечность изделий оказывают свойства полимерных материалов и условия их эксплуатации. Применительно к тепловым сетям это означает ограничение по температуре теплоносителя и глубине заложения трубопровода. Большое значение имеет технология производства строительно-монтажных работ, гарантирующая соблюдение заданных технических требований. Поскольку основным конструктивным элементом индустриальных конструкций теплопроводов остается стальная труба, требования теплостойкости и механической прочности полимерных изоляционных материалов необходимо дополнить условиями электрохимической защиты стальных элементов теплопровода в жестких эксплуатационных температурно-влажностных условиях.

В соответствии с требованиями европейского стандарта EN 253 срок службы предварительно изолированных труб и элементов должен составлять минимум 30 лет при условии постоянной эксплуатации системы при температуре теплоносителя 120°C. В системах, где температура теплоносителя не превышает 95°C, срок службы, согласно стандарту ЕN 253, практически неограничен.

Но это не означает, что при соблюдении перечисленных условий эксплуатации уложенный трубопровод не нуждается в ремонте вообще. Опасность теплового старения полимерных материалов ограничивает область их применения по температурным характеристикам, а наличие блуждающих токов в условиях городской застройки накладывает дополнительные требования диэлектрической защиты основных элементов трассы /1/.

В данном случае ППУ изоляция и ПЭ оболочка сохраняют свои эксплуатационные свойства, в том числе механическую прочность, водостойкость, теплоизолирующую способность (сопротивление теплопередаче) на протяжении указанного периода. При этом обязательно учитывать число циклов температурных колебаний (от рабочей температуры теплоносителя до температуры грунта и обратно) для расчетов усталостных характеристик полимерных материалов.

В ГОСТ 30732 (приложение Д) приведена методика интегральной оценки срока службы ППУ изоляции тепловых сетей при переменном температурном графике теплоносителя. Техническими условиями заводов-изготовителей гарантирован срок службы ППУ изоляции 25 лет при расчетной рабочей температуре теплоносителя 130°C /3/ и даже допускается пиковый режим теплоснабжения при температуре 150°C на суммарный расчетный срок эксплуатации до 12 месяцев. Однако экспериментально установлено, что при воздействии температуры 140°C на протяжении 15 месяцев предел прочности ППУ с плотностью 75 кг/м³ падает до нуля /4, с. 10/. Это обстоятельство следует учитывать при выборе глубины прокладки тепловых сетей, особенно в местах поворотов трассы и устройства гибких компенсаторов.

Рис. 1. Система оперативного дистанционного контроля (ОДК) в виде местных шин устанавливается по всей длине трубопровода на специальных фиксаторах.

Безусловным достоинством теплопроводов с ППУ изоляцией и ПЭ оболочкой является разработка и внедрение системы оперативного дистанционного контроля (СОДК) (рис. 1). Эта система не ограничивается лишь прямыми участками теплопроводов, а последовательно пронизывает все индустриальные элементы трассы.

Система ОДК предназначена для контроля состояния ППУ изоляции и обнаружения участков тепловых сетей с повышенной влажностью изоляции. Увеличение влажности тепловой изоляции может быть вызвано повреждением защитной ПЭ оболочки, в том числе при плохой заделке стыков либо повреждением стального теплопровода (например, при некачественном выполнении сварочных работ).

Рис. 2. Положение шин ОДК строго контролируется по толщине изоляции.

Система ОДК, применяемая в частности «МосФлоулайн», основана на измерении электрической проводимости теплоизоляционного слоя ППУ (рис. 2). Эта система обеспечивает высокую точность определения увлажненных участков изоляции в сравнении с методами, основанными на измерении активного омического сопротивления изоляции.

Для контроля состояния влажности используются сигнальные медные проводники, устанавливаемые в слое ППУ изоляции всех производимых элементов трубопроводов (трубы, отводы, тройники, задвижки).

Система ОДК включает в себя:

• сигнальные проводники в теплоизоляционном слое индустриальных трубопроводов и изделий, проходящие по всей длине теплотрассы;
• терминалы для подключения приборов в точках контроля и коммутации сигнальных проводников и соединительные кабели к ним;
• стационарный или переносной детектор, фиксирующий электрическую проводимость теплоизоляции;
• локатор - импульсный рефлектометр для определения мест повреждения изоляции;
• тестер изоляции для измерения параметров системы ОДК при наладке и сдаче системы ОДК в эксплуатацию.

Один детектор позволяет контролировать состояние изоляции на трубе длиной 10 км или две трубы длиной по 5 км. Система ОДК обеспечивает высокую точность определения увлажненных участков с погрешностью в пределах 1%. Стоимость системы ОДК, по данным изготовителя, не превышает 1,5% стоимости обслуживаемого участка теплопровода.

Рис. 3. Крутоизогнутые отводы с приваренными удлиненными плечами проходят контроль сварных швов и оборудуются системой ОДК перед нанесением ППУ изоляции.

Индустриальные изолированные элементы тепловых сетей - отводы, переходы, ответвления, задвижки, компенсаторы, неподвижные опоры - имеют конструктивные решения тепловой защиты и ПЭ оболочки, подобные основной строительно-изоляционной конструкции теплопровода (рис. 3 - 6). Они также снабжены сигнальными проводниками и включаются в общую систему ОДК. Монтаж и эксплуатация теплопроводов с системой ОДК требует определенных профессиональных навыков для выполнения качественных монтажных работ.

Рис. 4. Узел врезки разводящих (внутриквартальных) теплопроводов также выполняется в ППУ изоляции и ПЭ оболочке и снабжается системой ОДК.

Высокое качество выпускаемых индустриальных полносборных конструкций теплопроводов с ППУ изоляцией и оболочкой из ПВП обеспечивается постоянным входным контролем исходных материалов, сварных стыков изделий и выборочным контролем качества тепловой изоляции и защитной оболочки.

Строительно-изоляционая конструкция теплопроводов на основе пенополимербетонной композиции (ППБ) разработана для условий бесканальной прокладки /2/. В состав композиции входят следующие основные ингредиенты: одна из марок полиизоционатов, применяемых для получения пенополиуретана, минеральный наполнитель, диэтиленгликоль.

Технология устройства изоляционной конструкции предусматривает создание на теплопроводе трехслойной изоляции из одного и того же вспененного материала с разными показателями удельной плотности. Непосредственно на металлической трубе и в поверхностном слое - прочных защитных корок толщиной 8 - 10 мм с плотностью 800 - 1000 кг/м³, среднего слоя теплоизоляции толщиной 35 - 40 мм с плотностью 200 - 300 кг/м³.

Рис. 5. Шаровые краны на трассе (1) и ответвлениях (2), а также воздушные клапаны (3) полностью готовы к установке на трассе.

Рис. 6. Индустриальные элементы неподвижных опор в заводской изоляции полностью готовы к установке в проектное положение на трассе.

Процесс нанесения ППБ изоляции включает в себя следующие основные операции: подготовку форм, дозировку исходных компонентов, приготовление заливочной смеси, укладку труб в формы и заливку в них смеси, термообработку в термокамере. Вспенивание среднего слоя происходит в строгом температурном режиме, его нарушение может привести к браку. ППБ изоляция имеет жесткую структуру и хорошее сцепление со стальной трубой. Теплопроводы с ППБ изоляцией прошли лабораторные, стендовые испытания, были протестированы практическим путем на опытных участках бесканальной прокладки. Однако сложная технология изоляции труб и дефицит полимерных материалов помешали в свое время наладить массовое производство этой перспективной продукции m

Литература, использованная при подготовке материала:

1. Сурис М.А., Липовских В.М. Защита трубопроводов тепловых сетей от наружной коррозии. - М.: Энергоатомиздат, 2003
2. Красовицкий А.С. Новый теплоизоляционный материал для бесканальных теплопроводов. - Энергетическое строительство № 2, 1980.
3. Руководство по применению труб с индустриальной изоляцией и ППУ производства ЗАО «МосФлоулайн», 2004.
4. Трубопроводы центрального теплоснабжения для бесканальной прокладки. Опыт строительства, монтажа и эксплуатации. - М.: Учебный центр НПО «СТРОЙПОЛИМЕР», 2004.
5. Манюк В.И., Майзель И.Л. Индустриальные предизолированные пенополиуретаном трубы для тепловых сетей. - Новости теплоснабжения № 5, 2005.

Cтатья основана на материалах сайта http://www.stroing.ru/