Обеспечение безопасности эксплуатации тепловых сетей

ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

А.Ю. Андрюшкин, кандидат технических наук, доцент. Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова. Е.О. Афанасьев;

Е.Н. Кадочникова, кандидат технических наук, доцент. Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России

Рассмотрены конструкции теплоизоляции стыков труб и технология их изготовления. Проведен анализ конструктивных и технологических причин возникновения дефектов теплогидроизоляции стыков. Предложена конструкция теплогидроизоляции стыка повышенной герметичности и надежности, в которую введено лакокрасочное покрытие.

Ключевые слова: теплоизоляция, гидроизоляция, пенополиуретан, тепловая сеть, герметичность, трубопровод

ENSURING THE SAFETY OF OPERATION OF HEATING NETWORKS

A.Yu. Andryushkin. Baltic state technical university «VOENMEH» them. D.F. Ustinov. E.O. Afanasiev; E.N. Kadochnikova.

Saint-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia

Structures of heat insulation of pipe joints and technology of their manufacturing are considered in the work. Analysis of structural and technological causes of defects of thermal and hydraulic insulation of joints was carried out. Proposed is design of heat-hydraulic insulation of joint of increased tightness and reliability, in which paint coating is introduced.

Keywords: thermal insulation, waterproofing, polyurethane foam, heating systems, airtightness, pipeline

Анализ текущего состояния систем теплоснабжения показывает, что необходимо существенное уменьшение потерь тепла, примерно на 60 %. Во многом такая ситуация сложилась из-за применения консервативных конструктивно-технологических решений при проектировании и прокладке тепловых сетей. Преимущественно прокладку тепловых сетей ведут в каналах, а в качестве теплоизоляции применяют минеральную вату. Минеральная вата является самым распространенным теплоизоляционным материалом, используемым на протяжении более 50 лет, однако ее теплоизоляционные свойства значительно уступают современным материалам. В результате срок службы таких трубопроводов не превышает 10 лет, а тепловые потери значительны. Поэтому многие тепловые сети требуют срочного капитального ремонта или полной замены, что требует значительных финансовых затрат [1-5].

Особое внимание при монтаже трубопроводов уделяют теплогидроизоляции стыков труб. Сначала формируют гидроизоляцию стыка из материала, подобного наружной защитной оболочке труб, а затем эту гидроизоляцию заполняют теплоизоляцией -пенополиуретаном (ППУ). Для формирования гидроизоляции используют термоусаживаемые муфты при полиэтиленовой защитной оболочке труб, а при оцинкованной защитной оболочке труб - оцинкованные кожухи. Для обеспечения приемлемого качества теплогидроизоляции стыка промышленность выпускает комплекты для заделки стыков труб, включающие необходимые материалы и приспособления. Использование качественных материалов и соблюдение технологии монтажа гарантирует надежную работу трубопровода [6-13].

Конструкция теплогидроизоляции стыков

После сварки стальных труб устанавливают гидроизоляцию - термоусаживаемую муфту (рис. 1) или разъемный оцинкованный кожух (рис. 2).

Рис. 1. Теплогидроизоляция стыка: 1 - оболочка полиэтиленовая; 2 - провод системы оперативно-дистанционного контроля (СОДК); 3 - ППУ трубы; 4 - труба стальная; 5 - шов сварной; 6 - адгезивная лента; 7 - манжета термоусаживаемая; 8 - ППУ стыка; 9 - муфта

термоусаживаемая; 10 - пробка

Для обеспечения герметичности нахлесточное соединение между защитной оболочкой и краем муфты (кожуха) уплотняют адгезивной лентой или герметиком. Края муфты термоусаживают, а края разъемного оцинкованного кожуха фиксируют заклепками или саморезами. Для повышения герметичности нахлесточное соединение дополнительно уплотняют термоусаживаемой манжетой.

Теплоизоляцию стыка из ППУ формируют заливкой внутрь муфты или кожуха реакционной смеси через отверстие, просверливаемое сверху. Рядом с первым отверстием выполняют второе отверстие для дренажа воздуха. После вспенивания и отверждения ППУ в отверстия термоусаживаемой муфты вваривают пробки (рис. 1), а отверстия в оцинкованном кожухе закрывают с помощью адгезивной ленты (герметика) и крышки, фиксируемой заклепками или саморезами (рис. 2).

Рис. 2. Теплогидроизоляция стыка: 1 - оболочка оцинкованная; 2 - провод СОДК; 3 - ППУ трубы; 4 - труба стальная; 5 - шов сварной; 6 - адгезивная лента; 7 - разъемный оцинкованный кожух; 8 - ППУ стыка; 9 - герметик; 10 - крышка; 11 - заклепка;

12 - отверстие

Технология теплогидроизоляции стыков

Типовой технологический процесс теплогидроизоляции стыка включает следующие операции:

1. Термоусаживаемую муфту устанавливают на трубу перед сваркой. Разъемный оцинкованный кожух может быть установлен после сварки.

2. Подготавливают стык к теплогидроизоляции. Очищают зону стыка от грязи, пыли, влаги и удаляют с торцов теплоизоляции наружный слой увлажненного ППУ на 20-50 мм. Стальную трубу со сварным швом зачищают до металлического блеска.

3. Соединяют провода СОДК, устанавливая их на некотором расстоянии от поверхности стальной трубы с помощью специальных держателей.

4. Подготавливают наружную поверхность защитной оболочки с обеих сторон стыка, ее зачищают и обезжиривают.

5. Нагревают газовой горелкой подготовленные поверхности защитных оболочек с обеих сторон стыка до 100-120 °С и наклеивают адгезивную ленту.

6. Перемещают и центрируют предварительно надетую на трубу термоусаживаемую муфту или устанавливают разъемный оцинкованный кожух симметрично относительно середины стыка. Равномерно по окружности усаживают с помощью газовой горелки края термоусаживаемой муфты. Нагретые нахлесточные соединения стягивают бандажными ремнями. Края оцинкованного кожуха также стягивают бандажными ремнями и фиксируют нахлесточные соединения саморезами или заклепками.

7. Просверливают сверху в термоусаживаемой муфте или оцинкованном кожухе одно отверстие, в которое устанавливают устройство для опрессовки воздухом внутренней полости стыка под давлением 0,05 МПа. Контролируют давление в течение пяти минут, падение давления недопустимо. Просверливают сверху термоусаживаемой муфты или оцинкованного кожуха второе отверстие для выхода воздуха.

8. Готовят заливочную реакционную смесь ППУ, заливают ее через одно из отверстий во внутреннюю полость стыка. Отметим, что возможна теплоизоляция стыка с помощью заводского пенопакета, состоящего из строго дозированных компонентов ППУ, перемешиваемых перед применением.

9. В термоусаживаемой муфте во время вспенивания и отверждения ППУ отверстия предохраняют пробками с дренажными каналами, через которые выходит незначительное количество пены, что свидетельствует о заполнении внутренней полости стыка ППУ. После отверждения ППУ удаляют дренажные пробки и обрабатывают отверстия конической фрезой, в конические отверстия вваривают полиэтиленовые пробки. На металлическом кожухе после вспенивания и отверждения ППУ места вокруг отверстий зачищают, обезжиривают и наносят герметик, устанавливают крышку. Крышку прижимают к оцинкованному кожуху бандажными ремнями и фиксируют по контуру саморезами или заклепками.

Опыт эксплуатации тепловых сетей показывает, что конструкция теплогидроизоляции стыков и технология ее формирования имеет ряд существенных недостатков. Конструктивные недостатки и технологические отклонения при формировании теплогидроизоляции приводят к появлению дефектов. В процессе эксплуатации трубопровода эти дефекты развиваются и приводят к повреждениям и авариям. Процессы деградации весьма быстротечны, долговечность трубопровода не превышает нескольких лет [14, 15].

Улучшение герметичности конструкции теплогидроизоляции стыка должно быть экономически приемлемым, при этом действующая технология не должна существенно усложняться. Перспективным решением, повышающим герметичность теплогидроизоляции стыков труб, является применение антикоррозионных лакокрасочных покрытий. Целесообразно нанесение лакокрасочного покрытия на наружную поверхность стальной трубы и торцы теплоизоляции труб (рис. 3).

3 7 6 10 8 5 11 9 4 2 1

Рис. 3. Теплогидроизоляция стыка: 1 - оболочка полиэтиленовая; 2 - провод СОДК;

3 - ППУ трубы; 4 - труба стальная; 5 - шов сварной; 6 - адгезивная лента; 7 - манжета термоусаживаемая; 8 - ППУ стыка; 9 - муфта термоусаживаемая; 10 - пробка;

11 - лакокрасочное покрытие

Лакокрасочные покрытия легко наносятся, возможна защита конструкций любых габаритов и сложной конфигурации. Нанесение лакокрасочного покрытия является достаточно простой технологической операцией и хорошо встраивается в технологию теплогидроизоляции стыка труб.

Рационально применение системы лакокрасочного покрытия, состоящего из двух слоев: грунтовочного слоя, обеспечивающего высокую адгезию покрытия к стальной трубе, изоляционного слоя, обеспечивающего герметичность. Высокими герметизирующими свойствами и хорошей адгезией к ППУ обладают антикоррозионные покрытия на полиуретановой основе.

Введение в конструкцию теплогидроизоляции стыка лакокрасочного покрытия улучшает герметичность и повышает долговечность конструкции. Однако увлажненная теплоизоляция стыка обуславливает большие теплопотери, а лакокрасочное покрытие лишь частично препятствует теплоотводу от стенки стальной трубы.

Таким образом, лакокрасочное покрытие значительно повышает надежность гидроизоляции стыка труб, что снижает опасность возникновения аварийных отказов, связанных с полной потерей работоспособности трубопровода и разливом теплоносителя, а предложенная улучшенная конструкция теплогидроизоляции стыка труб снижает опасность возникновения аварийных отказов, связанных с полной потерей работоспособности тепловой сети и разливом теплоносителя.

Литература

1. Павлова Д.В. Анализ и проблемы исследований труб централизованного теплоснабжения с предварительной изоляцией из ППУ и ППМ // Современные научные исследования и инновации. 2016. № 5. С. 70-76.

2. Гарбер Ю.И. Эффективность изоляционных покрытий, нанесенных в трассовых условиях // Строительство трубопроводов. 1992. № 7. С. 21-24.

3. Слепченок В.С., Петраков Г.П. Повышение энергоэффективности теплоизоляции трубопроводов тепловых сетей северных и северо-восточных регионов России // Инженерно-строительный журнал. 2011. № 4 (22). С. 26-32.

4. Петраков Г.П. Срок службы пластиковых труб в пенополиуретановой изоляции, применяемых для систем теплоснабжения // Инженерно-строительный журнал. 2012. Т. 29. № 3. С. 54-62.

5. Ковалевский В.Б. Энергоэффективность тепловых сетей бесканальной прокладки // Новости теплоснабжения. 2010. № 1. С. 40-43.

6. Ботвин А.Н., Баранов М.А., Лейтман А.И., Агапов Р.В., Логунов В.В., Юдин М.Ю. Устройство для изоляции стыков трубопроводов: пат. № 138576 МПК F16L 1/024; заяв. и патентообл. ЗАО «Санкт-Петербургский завод гальванических покрытий № 1»; заявка: 2013122437 от 15.05.2013; опубл. 20.03.2014, Бюл. № 8 // Официальный сайт ФИПС. URL: www1.fips.ru (дата обращения: 04.11.2019).

7. Энтони Коста, Бент Якобсен, Кухтин В.Г. Теплоизоляционный стык предварительно теплоизолированных трубопроводов и способов его выполнения: пат. № 2145688 МПК F16L 59/20; заяв. и патентообл. ЗАО «МосФлоулайн»; заявка 99114861 от 12.07.1999; опубл. 20.02.2000, Бюл. № 5 // Официальный сайт ФИПС. URL: www1.fips.ru. (дата обращения: 04.11.2019).

8. Багдасарян Э.П., Калантарян С.Ш., Романов В.Д. Комплекс для изоляции сварных стыков труб: пат. № 2267692 МПК F16L 58/16; заяв. и патентообл. Багдасарян Э.П; заявка 2004118809 от 23.06.2004; опубл. 10.01.2006, Бюл. № 1 // Официальный сайт ФИПС. URL: www1.fips.ru. (дата обращения: 04.11.2019).

9. Пахомов А. А., Гнидин А.П. Способ изготовления пенополимерной теплоизоляции на трубах: пат. № 2374552 МПК F16L 59/00; заявка: 2007143288 от 21.11.2007; опубл. 27.11.2007, Бюл. № 33 // Официальный сайт ФИПС. URL: www1.fips.ru. (дата обращения: 04.11.2019).

10. Сапсай А.Н., Ревин П.О., Суриков В.И., Фридлянд И.Я., Павлов В.В., Шотер П.И. Способ теплоизоляции сварных соединений предварительно изолированных труб при надземной прокладке трубопровода: пат. № 2575522 МПК F16L 59/20; заяв. и патентообл. ОАО «АК «Транснефть», ООО «НИИ ТНН»; заявка: 2014110675 от 20.03.2014; опубл. 20.02.2016, Бюл. № 5 // Официальный сайт ФИПС. URL: www1.fips.ru. (дата обращения: 04.11.2019).

11. Сапсай А.Н., Скуридин Н.Н., Суриков В.И., Фридлянд И.Я., Павлов В.В., Шотер П.И. Способ теплоизоляции сварных соединений предварительно изолированных труб при подземной прокладке трубопровода: пат. № 2575528 МПК F16L 59/20; заяв. и патентообл. ОАО «АК «Транснефть», ООО «НИИ ТНН»; заявка: 2014110676 от 20.03.2014; опубл. 27.09.2015, Бюл. № 27 // Официальный сайт ФИПС. URL: www1.fips.ru. (дата обращения: 04.11.2019).

12. Сапсай А.Н., Суриков В.И., Фридлянд И.Я., Павлов В.В., Шотер П.И., Ревин П.О. Способ противопожарной и тепловой изоляции сварных соединений предварительно изолированных труб при надземной прокладке трубопровода: пат. № 2575533 МПК F16L 59/20; заяв. и патентообл. ОАО «АК «Транснефть», ООО «НИИ ТНН»; заявка: 2014110677 от 20.03.2014; опубл. 27.09.2015, Бюл. № 27 // Официальный сайт ФИПС. URL: www1.fips.ru. (дата обращения: 04.11.2019).

13. Павлюк Е.С., Наркевич С.Л. Способ герметизации стыка предварительно изолированных труб с использованием термоусаживаемой муфты: пат. № 2610980 МПК F16L 13/00; заяв. и патентообл. ЗАО «СМИТ-ГРУПП»; заявка: 2015144711 от 19.10.2015; опубл. 17.02.2017, Бюл. № 5 // Официальный сайт ФИПС. URL: www1.fips.ru. (дата обращения: 04.11.2019).

14. Шойхет Б.М. Проектирование тепловой изоляции трубопроводов тепловых сетей // Энергосбережение. 2015. № 1. С. 50-55.

15. Мухаметрахимов Р.Х., Панченко А.А. Особенности технологии изготовления, монтажа и контроля качества трубопроводов в ППУ ПЭ изоляции // Известия КГАСУ. 2018. № 2 (44). С. 246-254.

References

1. Pavlova D.V. Analiz i problemy issledovanij trub centralizovannogo teplosnabzheniya s predvaritel'noj izolyaciej iz PPU i PPM // Sovremennye nauchnye issledovaniya i innovacii. 2016. № 5. S. 70-76.

2. Garber Yu.I. Effektivnost' izolyacionnyh pokrytij, nanesennyh v trassovyh usloviyah // Stroitel'stvo truboprovodov. 1992. № 7. S. 21-24.

3. Slepchenok V.S., Petrakov G.P. Povyshenie energoeffektivnosti teploizolyacii truboprovodov teplovyh setej severnyh i severo-vostochnyh regionov Rossii // Inzhenerno-stroitel'nyj zhurnal. 2011. № 4 (22). S. 26-32.

4. Petrakov G.P. Srok sluzhby plastikovyh trub v penopoliuretanovoj izolyacii, primenyaemyh dlya sistem teplosnabzheniya // Inzhenerno-stroitel'nyj zhurnal. 2012. T. 29. № 3. S. 54-62.

5. Kovalevskij V.B. Energoeffektivnost' teplovyh setej beskanal'noj prokladki // Novosti teplosnabzheniya. 2010. № 1. S. 40-43.

6. Botvin A.N., Baranov M.A., Lejtman A.I., Agapov R.V., Logunov V.V., Yudin M.Yu. Ustrojstvo dlya izolyacii stykov truboprovodov: pat. № 138576 MPK F16L 1/024; zayav. i patentoobl. ZAO «Sankt-Peterburgskij zavod gal'vanicheskih pokrytij № 1»; zayavka: 2013122437 ot 15.05.2013; opubl. 20.03.2014, Byul. № 8 // Oficial'nyj sajt FIPS. URL: www1.fips.ru (data obrashcheniya: 04.11.2019).

7. Entoni Kosta, Bent Yakobsen, Kuhtin V.G. Teploizolyacionnyj styk predvaritel'no teploizolirovannyh truboprovodov i sposobov ego vypolneniya: pat. № 2145688 MPK F16L 59/20; zayav. i patentoobl. ZAO «MosFloulajn»; zayavka 99114861 ot 12.07.1999; opubl. 20.02.2000, Byul. № 5 // Oficial'nyj sajt FIPS. URL: www1.fips.ru. (data obrashcheniya: 04.11.2019).

8. Bagdasaryan E.P., Kalantaryan S.Sh., Romanov V.D. Kompleks dlya izolyacii svarnyh stykov trub: pat. № 2267692 MPK F16L 58/16; zayav. i patentoobl. Bagdasaryan E.P; zayavka 2004118809 ot 23.06.2004; opubl. 10.01.2006, Byul. № 1 // Oficial'nyj sajt FIPS. URL: www1.fips.ru. (data obrashcheniya: 04.11.2019).

9. Pahomov A.A., Gnidin A.P. Sposob izgotovleniya penopolimernoj teploizolyacii na trubah: pat. № 2374552 MPK F16L 59/00; zayavka: 2007143288 ot 21.11.2007; opubl. 27.11.2007, Byul. № 33 // Oficial'nyj sajt FIPS. URL: www1.fips.ru. (data obrashcheniya: 04.11.2019).

10. Sapsaj A.N., Revin P.O., Surikov V.I., Fridlyand I.Ya., Pavlov V.V., Shoter P I. Sposob teploizolyacii svarnyh soedinenij predvaritel'no izolirovannyh trub pri nadzemnoj prokladke truboprovoda: pat. № 2575522 MPK F16L 59/20; zayav. i patentoobl. OAO «AK «Transneft'», OOO «NII TNN»; zayavka: 2014110675 ot 20.03.2014; opubl. 20.02.2016, Byul. № 5 // Oficial'nyj sajt FIPS. URL: www1.fips.ru. (data obrashcheniya: 04.11.2019).

11. Sapsaj A.N., Skuridin N.N., Surikov V.I., Fridlyand I.Ya., Pavlov V.V., SHoter PI. Sposob teploizolyacii svarnyh soedinenij predvaritel'no izolirovannyh trub pri podzemnoj prokladke truboprovoda: pat. № 2575528 MPK F16L 59/20; zayav. i patentoobl. OAO «AK «Transneft'»,

000 «NII TNN»; zayavka: 2014110676 ot 20.03.2014; opubl. 27.09.2015, Byul. № 27 // Oficial'nyj sajt FIPS. URL: www1.fips.ru. (data obrashcheniya: 04.11.2019).

12. Sapsaj A.N., Surikov V.I., Fridlyand I.Ya., Pavlov V.V., Shoter P.I., Revin P.O. Sposob protivopozharnoj i teplovoj izolyacii svarnyh soedinenij predvaritel'no izolirovannyh trub pri nadzemnoj prokladke truboprovoda: pat. № 2575533 MPK F16L 59/20; zayav. i patentoobl. OAO «AK «Transneft'», OOO «NII TNN»; zayavka: 2014110677 ot 20.03.2014; opubl. 27.09.2015, Byul. № 27 // Oficial'nyj sajt FIPS. URL: www1.fips.ru. (data obrashcheniya: 04.11.2019).

13. Pavlyuk E.S., Narkevich S.L. Sposob germetizacii styka predvaritel'no izolirovannyh trub s ispol'zovaniem termousazhivaemoj mufty: pat. № 2610980 MPK F16L 13/00; zayav.

1 patentoobl. ZAO «SMIT-GRUPP»; zayavka: 2015144711 ot 19.10.2015; opubl. 17.02.2017, Byul. № 5 // Oficial'nyj sajt FIPS. URL: www1.fips.ru. (data obrashcheniya: 04.11.2019).

14. Shojhet B.M. Proektirovanie teplovoj izolyacii truboprovodov teplovyh setej // Energosberezhenie. 2015. № 1. S. 50-55.

15. Muhametrahimov R.H., Panchenko A.A. Osobennosti tekhnologii izgotovleniya, montazha i kontrolya kachestva truboprovodov v PPU PE izolyacii // Izvestiya KGASU. 2018. № 2 (44). S. 246-254.