Мир инженера
информация для инженеров и проектировщиков
Трубопроводы тепловых сетей
Приветствую Вас, дорогие и уважаемые читатели сайта «world-engineer.ru». итак, мы продолжаем наш цикл лекций и начнем углублять свои знания в теме “ Трубопроводы, арматура, оборудование для тепловых сетей”. Так как тема очень обширная, то придется разбить ее на 4 статьи. В этой статье №1 поговорим про трубопроводы тепловых сетей.
Тепловые сети – это элемент системы центрального теплоснабжения, через которые тепловая энергии от источника теплоснабжения доставляется потребителям теплоты.
Назначение тепловых сетей – обеспечение эффективной и надежной подачи теплоты, а также точность ее распределения между потребителями. При этом потери теплоты и утечки теплоносителя должны быть минимальными.
Тепловые сети включают:
— запорная и регулируемая арматура;
Трубопроводы для тепловых сетей должны соответствовать следующим требованиям:
— высокая механическая прочность, герметичность (в заданном диапазоне изменения температуры и давления теплоносителя;
— стойкие к наружной и внутренней коррозии;
— материал трубопроводов должен иметь высокие теплоизоляционные свойства;
— материал трубопроводов должен иметь малый коэффициент температурной деформации;
— соединение трубопроводов, а также соединения между деталями трубопроводов должны быть надежны и герметичны;
— трубопроводы должны быть удобны для транспортировки, монтажа, хранения;
— трубопроводы должны иметь не высокую стоимость и должны быть доступны на рынке.
Для тепловых сетей применяются следующие виды трубопроводов:
1.1. Стальные, электросварные, прямошовные, спиральношовные или бесшовные трубы. Эти трубопроводы обладают хорошими механическими свойствами, выдерживают давление теплоносителя 16-25 атм. и температуру до 200 0 С. Соединение стальных трубопроводов просты, надежны, герметичны.
dВ ГОСТ = 14-1400 мм
Нормативный срок службы стальных трубопроводов составляет от 20 до 25 лет.
В последнее время в тепловых сетях используются гофрированные гибкие трубопроводы, изготавливаемые из нержавеющей стали. Такие трубы выдерживают давление до 25 атм. и температуру до 120 0 С.
Недостатки стальных труб:
— стальные трубы подвержены внутренней и наружной коррозии. Этот фактор приводит к сокращению фактического срока службы трубопровода в 3-4 раза меньше по сравнению с нормативными требованиями.
— внутренние поверхности стальных трубопроводов подвержены зарастанию продуктами коррозии и отложениям. Это обстоятельство приводит к уменьшению площади поперечного сечения и снижения пропускной способности.
— материал стальных трубопроводов отличается высоких коэффициентов теплопроводности. Этот фактор объясняет значительные теплопотери и обуславливает обязательное применение теплоизоляции λСТ = 50-70 Вт/м 0 С.
— большой вес трубопроводов. Масса в зависимости от величин внутреннего и наружного диаметра равна от 1 до 492 кг.
1.2. Трубы из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (Трубы ВЧШГ)
В отличие от серого чугуна, в котором графит существует в виде хлопьев, в трубопроводах из ВЧШГ графит входит в сферический фактор, этот фактор исключает образование трещин на чугуне, и повышает его прочность и пластичность.
ГОСТ на трубы ВЧШГ: ГОСТ ISO 2531-2012 Трубы, фитинги, арматура и их соединения из чугуна с шаровидным графитом для водо- и газоснабжения. Технические условия.
Трубы ВЧШГ выдерживает давление до 16 МПа и температуру до 150 0 С.
Трубопроводы из ВЧШГ имеют следующие сортамент dВ ГОСТ = 100-1000 мм.
Нормативный срок службы труб ВЧШГ – 45-50 лет.
Увеличение нормативного срока службы трубопроводов из ВЧШГ обусловлено тем фактором, что чугунные трубы гораздо меньше подвержены коррозии.
Недостатки труб ВЧШГ:
— стоимость труб ВЧШГ выше стоимости стальных трубопроводов приблизительно на 50-60 процентов;
— стоимость монтажных работ для трубопроводов из ВЧШГ выше, чем трубопроводов из стали приблизительно в 2,5-3 раза;
— у труб ВЧШГ более сложная технология сварки по сравнению со стальными трубопроводами.
1.3. Трубы из полимерных материалов (пластиковые)
Для труб из полимерных материалов используются следующие материалы:
— ”сшитый” полиэтилен (РЕХ – трубопроводы);
Под “сшивкой” понимается процесс обработки полиэтилена под давление с целью образования дополнительных поперечных связей между молекулами. Цель процесса сшивки – это получение возможности использования полиэтилена при более высоких давлениях и температуры.
Достоинства пластиковых труб:
— высокая стойкость к наружной и внутренней коррозии. Этот фактор приводит к увеличению нормативного срока службы (25-50 лет);
— трубы из полимерных материалов имеют более гладкую внутреннюю поверхность по сравнению со стальными трубами и как следствие обладают более низким гидравлическим сопротивлением;
— материалы обладают высоким коэффициентом теплопроводности λП = 0,3-0,5 Вт/м 0 С. Этот фактор обуславливает небольшие потери теплоты через стенки пластиковых труб не более 2-3 % от количества транспортируемой теплоты;
— малый вес труб из полимерных материалов. Масса 1 метра пластикового трубопровода в зависимости от величины внутреннего и наружного диаметра составляет от 0,66 до 9,4 кг;
— удобны для транспортировки и монтажа.
Как правило пластиковые трубопроводы поставляются в бухтах с определенным диаметром и длиной. По сравнению со стальными трубопроводами пластиковые трубы имеют довольно узкий сортамент от 50 до 150 мм.
На предприятиях производящие пластиковые трубы планируется расширить сортамент до 500 мм.
Недостатки пластиковых труб:
— большое линейное тепловое расширение пластиковых труб – это когда при увеличении температуры теплоносителя трубопровод начинает расширяться и тем самым увеличивает свою длину и объем, это фактор может привести к возникновению напряжения на стенках, и, следовательно, происходит деформация трубопроводов.
Для трубопроводов из полиэтилена и ”сшитого” полиэтилена коэффициент расширения 0,16-0,17 (мм/м* 0 С). Для трубопроводов из полипропилена 0,15 (мм/м* 0 С). Для стальных трубопроводов 0,0127 (мм/м* 0 С).
— имеются существенные ограничения по величине рабочего давления и температуры теплоносителя в пластиковых трубопроводах.
Допустимые рабочие давление и температуры теплоносителей в пластиковых трубах
| Температуры теплоносителя | Рабочее давление для трубопроводов в МПа | Срок службы трубопровода | |
| Из полиэтилена и ”сшитого” полиэтилена | Из полипропилена | ||
| 20 | 1,25-2,12 (12,5-21,2) | 2,59-2,71 | 50-5 |
| 30 | 1,16-1,9 (11,6-11,9) | — | 50-5 |
| 40 | 1,04-1,7 | — | 50-5 |
| 50 | 0,91-1, | 1,54-1,7 | 50-5 |
| 60 | 0,81-1,38 | — | 50-5 |
| 70 | 0,71-1,19 | 0,75-1,19 | 50-5 |
| 80 | 0,63-1,02 | 0,64-0,96 | 25-5 |
| 90 | 0,57-0,92 | 0,61-0,79 | 10-5 |
| 95 | 0,54-0,88 | 0,5-0,77 | 10-5 |
Из анализа данных таблицы видно, что для обеспечения нормативного срока службы пластиковых труб рабочее давление теплоносителя должно быть на уровне 0,6-1 МПа, а температура теплоносителя не должна превышать 80 0 С. При увеличении давление и при увеличении температуры теплоносителя уменьшается долговечность пластиковых труб и сокращается фактический срок службы на 5-10 лет. Все эти факторы ограничивают применение пластиковых трубопроводов в тепловых сетях.
— стоимость труб из полимерных материалов выше стоимости стальных трубопроводов.
1.4. Металлополимерные трубы (МПТ). В этих трубопроводах между слоями полимера приклеивается слой металла, как правило, алюминий толщиной 0,2-0,4 мм. Основные задачи металлической прослойки, следующие:
— сокращение проникновение кислорода в теплоноситель через стенки трубопровода;
— частичная компенсация линейного теплового расширения трубопроводов. Для металлополимерных трубопроводов коэффициент линейного теплового расширения в 3-5 меньше по сравнению с пластиковыми.
— увеличение прочности трубопровода.
В остальном достоинства металлополимерных труб такие же, как и у пластиковых трубопроводов. Также, как и у пластиковых трубопроводов у металлополимерных труб имеются ограничения по величине рабочего давление и температуре теплоносителя. Помимо этого, у металлополимерных трубопроводов возможны естественные подвижки слоев пластика и металла, из-за различных коэффициентов теплового расширения. Результатом этого фактора является расслоение пластика и металла, следовательно, нарушение монолитности и пластичности конструкции и как следствие разрушение трубопровода.
1.5. Стеклопластиковые трубы (СПТ).
Стеклопластик – это специальный композитный конструкционный материал, который имеет высокую прочность и относительно небольшую плотность. Как правило, стеклопластиковые трубопроводы изготавливаются методом намотки стекловолокна на стержень с определенным диаметром. После намотки трубопровод затвердевает, затем снимается со стержня, испытывается и отгружается заказчику.
Стеклопластиковые трубы (СПТ) выдерживают давление до 1-1,6 МПа и температуру до 75-95 0 С. Сортамент стеклопластиковых трубопроводов довольно обширен dВ ГОСТ = 50-1000 мм. Нормативный срок стеклопластиковых труб составляет 25-50 лет.
Достоинства стеклопластиковых труб:
— высокая стойкость к внутренней и наружной коррозии;
— стеклопластиковые трубы имеют более высокую гладкую внутреннюю поверхность по сравнению с остальными трубопроводами и, следовательно, обладают более низким гидравлическим сопротивлением;
— малый вес стеклопластиковых труб (в 4-6 раз меньше веса стальных трубопроводов);
— невысокий коэффициент теплопроводности λСП = 0,25-0,3 (Вт/м* 0 С). Этот фактор обуславливает небольшие потери теплоты через стенки трубопровода;
— коэффициент линейного теплового расширения у стеклопластиковых трубопроводов приблизительно в 10 раз меньше по сравнению с трубопроводами из полимерных материалов 0,018-0,021 (мм/м* 0 С) для СПТ, для пластиковых трубопроводов 0, (мм/м* 0 С);
— стеклопластиковые трубы соединяются между собой высокопрочными резьбовыми соединениями вместе с отвердевшим герметиком;
— время монтажа 1 клей-резьбового стыка составляет 5 минут;
— соединение стеклопластиковых труб (СПТ) не требует сварочной техники и не требует расхода электроэнергии на соединение труб;
— стоимость стеклопластиковых труб сопоставима со стоимостью стальных трубопроводов.
Виды труб, используемых при прокладке тепловых сетей
С AFSAFLEX – гибкая труба для внутриквартальных сетей. Труба предназначена для использования в небольших и средних отопительных сетях местного и районного назначения, в промышленности и сельском хозяйстве, плавательных бассейнах.
Труба для горячего водоснабжения С AFSAFLEX имеет гофрированную подающую трубу, изготовленную изнержавеющей стали. Гофрированная труба разработана на основе гидродинамических расчетов трубопровода.
Теплоизоляция трубы выполнена из пенополиуретана.
Труба С AFSAFLEX поставляется на объекты одной секцией нужной длины (обычно в бухтах).
Труба С AFSAFLEX может укладываться в землю, что позволяет значительно сузить траншеи для прокладки трубопровода.
Физические свойства гофрированной подающей трубы позволяют производить монтаж трубопровода без учета теплового расширения.
Монтаж участков трубопровода осуществляется с помощью специальных соединительных деталей — муфт С AFSAFLEX.
Сфера применения труб С AFSAFLEX:
— рабочая температура до 130 *С;
— рабочее давление до 25 бар.
Напорные асбоцементные трубы и муфты (ГОСТ 539-80)
Асбоцемент — один из видов армированного бетона , асбест в нем играет роль арматуры равномерно распределенной по всему объему материала, а затвердевший цементный камень образует плотную матрицу, в которую заключен асбест. Соотношение асбеста и портландцемента составляет 15/85. Асбест в таком материале находится в связанном состоянии и практически не выделяется в окружающую среду.
Вопрос о расширенном применении асбоцементных труб для трубопроводов различного назначения рассматривался еще в 60-е годы, в частности в институте Мосинжпроект и МИСИ им. Куйбышева.
По данным представленным в [1 ] и [2 ], в системе горячего водоснабжения (г.в.с.) напорные асбоцементные трубы (ТУ5786-055-028-1588-98) применяются уже более 15 лет.
По сравнению со стальными трубами они обладают рядом преимуществ:
— высокой коррозионной стойкостью;
— стойкостью к длительному воздействию горячей воды до 130 *С;
— линейные деформации асбоцементных труб от воздействия температуры не превышают в интервале рабочих температур 2,15мм на 1 пог. метр;
— коэффициент теплопроводности асбоцементных труб при температуре до 150 *С равен 0,8 ккал/( ч.*м*С), против 50 ккал/( ч.*м*С) для стальных труб;
— в несколько раз уменьшаются затраты на капитальный ремонт и капитальное строительство, поскольку асбоцементные трубы дешевле стальных, не требуются затрат на прокладку каналов тепловых сетей;
— простота монтажа сокращает сроки строительства и капитального ремонта трубопроводов;
— использование самоуплотняющихся асбоцементных муфт типа ТМ (ТУ 5786-055-00281588-98)с уплотнительными теплостойкими резиновыми кольцами (ТУ2531-015-00152106-98) для сборки данных трубопроводов позволяет исключить наиболее слабые участки трубопровода – сварные стыки.
Кроме того, муфтовые соединения эластичны, способны выдерживать вибрацию и угловые смещения труб до 3-5 градусов без нарушения герметичности.
Данные трубы выпускают диаметром от 100 до 500 мм , для давлений 0,6; 0,9 и 1,2 Мпа. Рабочий интервал температур до 115*С.
На заседании секции «Водоснабжение, водоотведение и энергоресурсосбережение в жилищно-коммунальном хозяйстве» и секции «Строительных материалов и изделий» Научно-технического совета Госстроя России 29 мая 2001 года, рекомендовано руководителям предприятий жилищно-коммунального комплекса активнее использовать имеющийся опыт применения и эксплуатации специальных асбоцементных труб в системах отопления и горячего водоснабжения в Курской, Белгородской и Московсакой областях.
Научно-исследовательским институтом « НИИасбоцемент» разработана и утверждена Инструкция по прокладке, испытанию и приемке в эксплуатацию асбоцементных теплотрасс.
Данные трубопроводы соответствуют гигиеническим нормативам «Перечень асбоцементных материалов и конструкций, разрешенных к применению в строительстве» ГН 2.1.2/2.2.1.1009-00, утвержденных Главным государственным санитарным врачем Российской Федерации, Первым заместителем Министра здравоохранения Российской Федерации Онищенко Г. Г. Дата введения 1 марта 2001 года.
Однако, как отмечается в [3 ], на применение асбоцементных труб в тепловых сетях не разработаны строительные нормы (Свод правил), в результате чего нет возможности производить типовое проектирование тепловых сетей, а также не проработаны вопросы по выбору коэффициента запаса прочности в зависимости от условий прокладки трубопровода и условий эксплуатации.
Кроме того, в прайс-листе завода-изготовителя Воскресенского комбината «Красный строитель» предлагаются только трубы и муфты с уплотнительными резиновыми кольцами. Вопросы о комплектации трубопровода соединительными деталями: тройниками, отводами, соединениями с запорной арматурой и др. не рассмотрены.
Документом, регламентирующим проектирование теплотрасс из асбоцементных труб является нормативный документ ВУ-1-81 Московского областного производственного теплоэнергетического Управления Мособлэнерго «Временные указания по проектированию и строительству бесканальных тепловых сетей из асбестоцементных труб». Данный документ был разработан и внесен Всесоюзным заочным инженерно-строительным институтом ВЗИСИ Минвуза РСФСР, и утвержден Мособлисполкомом 28 сентября 1981 года, решением №1315/19.
1. Филиппович Н.И. Оценка эффективности строительства тепловых сетей из асбоцементных труб.//Строительные материалы № 5, 1999, С.17.
2. Каддо М. Б., Попов К. Н., Трубы для локальных систем. //Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. № 3, 2001, С.16.
3. Отклик на статью Филипповича Н. Н. от редакции журнала «Трубопроводы и экология» №3, 1999, С. 24-25.
Биметаллические шовные трубы, разработанные ГНЦ ЦНИИ « Чермет», изготовляются из листовой стали с односторонней (ГОСТ10885-75) или двухсторонней плакировкой. Толщина защитного слоя трубы составляет от 5 до 15% толщины стенки трубы (материал плакировки – 08Ю+08Х18Н10, сочетание основного и защитного слоев отмечены знаком «+»).
Контролируемая горячая совместная пакетная прокатка основого слоя из низколегированной стали и плакирующего слоя из коррозионностойкого сплава формирует мелкодисперсную структуру биметалла. Данная структура металла обеспечивает высокие механические свойства уже в горячекатанном состоянии, что устраняет необходимость длительной термической обработки, обязательной для других способов получения биметалла. Отказ от длительных выдержек при термической обработке позволяет подавить направленную диффузию углерода и хрома в зоне контакта слоев. Это сохраняет высокие антикоррозийные свойства плакирующего слоя высокую прочность изделий из биметалла.
Биметаллические коррозионностойкие трубы применяются взамен труб из нержавеющей стали или труб из углеродистых низколегированных сталей. В первом случае экономическая эффективность применения биметаллических труб вытекает из значительного снижения стоимости по сравнению с трубами из нержавеющих моносталей, во втором случае на порядок увеличивается срок службы труб, их надежность и долговечность.
В настоящее время производятся двух- и трехслойные сварные трубы диаметром до 530 мм с толщиной стенки 2-12мм. По оценке разработчиков
стойкость трубы по сравнению с обычной углеродистой выше на 2 – 3 порядка, увеличение стоимости составляет – 3 – 4 раза.
Оцинкованные стальные трубы из углеродистой стали
Из существующих металлических покрытий – цинковое покрытие – наиболее известное и широко распространенное покрытие стальных углеродистых труб.
Цинкованием называется химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали цинком, как правило, при температуре 300-500 0 С в соответствующей среде.
Применение оцинкованных стальных водогазопроводных труб ГОСТ3262-75 дает хорошие результаты при работе в холодной и теплой воде при температуре не выше 60 0 С. Однако при температурах 60 0 – 70 0 С происходит возникновение электрохимической коррозии покрытия, в интервале температур воды 60 0 – 85 0 С, а также в водяном паре скорость коррозии цинка может достигать 1 – 3 мм в год.
Цинковое покрытие нестойко в кислых и щелочных средах. Перед монтажом трубопровода необходимо проведение анализа состава воды. Если вода мягкая, содержит активную двуокись углерода, а также хлор и (или) сульфаты, оцинкованные трубы не рекомендуется использовать без катодной защиты. Вода с низким рН (6-7) приводит к относительно быстрому разрушению покрытия, в водах с рН, равным 7,4-7,9 покрытие оказывается более стойким за счет сохранения внутреннего промежуточного слоя железоцинковых сплавов, на котором образуется осадок с высокими защитными свойствами.
На стойкость покрытия в воде влияет химический состав воды, скорость ее течения: постоянный поток воды (желательно течение воды со скоростью 0,3-0,5м/ с, при которой защитный слой не столь быстро разрушается).
Толщина слоя цинкового покрытия отечественных водогазопроводных
труб составляет 43 мкм.
Существенное влияние на структуру и качество цинкового покрытия оказывают другие металлы, имеющиеся в цинковом покрытии. Например, покрытие, легированное никелем (0,1-0,4% по массе) и алюминием (0,04-0,01% по массе) намного повышает коррозионную стойкость труб.
Антикоррозийная стойкость цинковых покрытий повышается также пассивированием, фосфатированием или покрытием поверхностей труб различными лаками.
Cтраницы: 1 | 2 | читать дальше>>
