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:
— трубопроводы;
— запорная и регулируемая арматура;
— компенсаторы;
— опоры.
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 0С. Соединение стальных трубопроводов просты, надежны, герметичны.
dВГОСТ = 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 0С.
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/м0С.
— 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 0С.
Трубопроводы из ВЧШГ имеют следующие сортамент dВГОСТ = 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:
— полиэтилен;
— ”сшитый” полиэтилен (РЕХ – трубопроводы);
— полипропилен.
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 0С. 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*0С). Для трубопроводов из полипропилена 0,15 (мм/м*0С). Для стальных трубопроводов 0,0127 (мм/м*0С).
— 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 0С. 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 0С. Сортамент стеклопластиковых трубопроводов довольно обширен dВГОСТ = 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*0С). 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*0С) для СПТ, для пластиковых трубопроводов 0, (мм/м*0С);
— 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.