3. ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И КОНСТРУКЦИИ БЕСКАНАЛЬНЫХ ПРОКЛАДОК
Применение бесканальных прокладок привлекаем более простой конструкцией и меньшей стоимостью по сравнению с прокладкой в каналах, однако, в этом случае требуется более тщательная гидроизоляция поверхности теплопровода вплоть до помещения изолированной трубы в герметичную оболочку Следует различать конструкции бесканальных прокладок, засыпные, монолитные (литые) и прокладки в предварительно изолированных трубах с герметичными защитными оболочками [5]
Засыпные конструкции характеризуются тем, что смонтированные трубопроводы с антикоррозийным покрытием, уложенные в трап- шею, засыпаются теплоизоляционной массой В качестве засыпок используют керамзитовый гравий, перлит, асфальтоизол Последний характеризуется тем, что при разогреве трубы теплоносителем вокруг поверхности трубы создается тройной слой: оплавившийся материал, который обволакивает поверхность трубы, являясь антикоррозионным слоем, далее идет пористая спекшаяся масса, являющаяся теплоизоляционным слоем, и пссюырависобразнын периферийный слой засыпки, не изменяющий своих свойств (рис 2) При эксплуатации увлажняется, в основном, наружный слой, и к поверхности трубы влага не проникает. Перемещение трубопровода вследствие температурного удлинения происходит в вязком расплавленном слое Теплопроводность асфальтоизола колеблется от 0,085 Вт/(м*°С) в сухом состоянии до 0,2 Вт/(м*°С) в увлажненном [5]
Для приготовления засыпки в виде асфальтоизола могут применяться отходы от переработки нефти
Засыпная теплоизоляция из керамзита и перлита рекомендус!- ся при сухих и маловлажных грунтах с низким уровнем грунтовых вод Для защиты от поверхностных вод обсыпку рекомендуется покрывать полиэтиленовой пленкой, изолом, рубероидом и другими рулонными материалами
Находит применение засыпка гидрофобизировапным мелом Перед обработкой в шаровой мельнице мел смешивается с гидро — фобизатором.
Засыпка мела производится в инвентарную опалубку, в которую предварительно укладывается полиэтиленовая пленка После обсыпки трубопровода и уплотнения пленкой внахлест укрывают изолированный трубопровод. Коэффициент теплопроводности гидрофобизированного мела в среднем 0,086 Вт/(м*°С).
Монолитные теплоизоляционные конструкции получили самое широкое распространение.
Примером такой конструкции является армопенобетонная оболочка, разработанная и широко применяемая в Ленинграде с 1948 г. Изготовление ее и покрытие труб производится индустриальным способом на специализированных заводах. Армирование, заливка пенобетоном в формы и автоклавная обработка производится на поточной линии. В бетон добавляют пенообразователь (столярный клей, канифоль и кальцинированная сода). Гидрозащитное покрытие выполняется в виде трех слоев бризола на битум- но-резиновой мастике. Защитный слой — асбсстоцементная штукатурка по проволочной сетке В других случаях защитный слой выполняется из двух-трех слоев стеклоткани по битумно-резино — вой мастике (рис. 3).
Тепловое удлинение труб в изоляции из армопенобегона происходит вместе с изоляцией.
Стыки труб изолируют по месту монтажа скорлупами или сегментами из пенобетона, фенольного норопласта или газобетона.
Рис 2 Тепловая изоляция из самоспекающегося порошка (асфальтоизола) 1 — плотный слой, 2 — пористый слой, 3 — порошкообразный слой
/ г з
Теплопроводность пенобетона составляет 0,093.. .0,116 Вт/(м*°С).
8 9
Рис 3 Прокладка трубопроводов в изоляции из монолитного армопенобетона 1 — изолируемый трубопровод; 2 — спиральная арматура, 3 — армопенобетон, 4 — почуцилиндр ичи сегмент из пенобетона дпя изоляции мест стыков, 5 — гидроизоляционный слой, б — штукатурный спой, 7 — грунт.
8 — щебеночная подготовка, 9 — стержневая арматура
Высокая индустриальность изготовления изоляции в монолит нон оболочке из армопенобетона явилась результатом широкого внедрения этою метода строительства бескапальных теплопроводов
Другим, широко распространенным способом индустриального строительства тепловых сетей являются бесканальныс прокладки в битумоперлитной оболочке. Изготовление бигумоперлптной смеси, нанесение на поверхность трубы, уплотнение и покрытие рулонным материалом осуществляется на поточной линии
Вследствие малого сцепления бтумоперлига с поверхностью трубы тепловые удлинения происходят внутри изоляции
При этом способе изоляции необходимо осуществляв усиленное антикоррозийное покрытие груб с учетом возможности проникновения влаги к поверхности труб через изоляцию Невысокая стоимость изоляционной конструкции и индустриальность се изготовления явились следствием широкого применения битумоперлитной теплоизоляции
Теплопроводность материала зависит также от плотности и колеблется в пределах 0,08…0,15 Вт/(м*°С)
Разработано и применяется большое количество материалов для монолитной теплоизоляции при бескапальных прокладках пенобетон, пснополимербстон, перлитобетоп, керамзитобетон, асфаль — токерамзитобетон, газосиликат, пеностекло и др
Пснопласты Применение пенопластов для тепловой изоляции трубопроводов теплосетей сдерживалось вследствие их низкой
17
Температуроустойчивости и высоким водопоглощением. Разработаны и применяются композиционные полимерные органические материалы с различными добавками, значительно улучшающие их теплотехнические качества.
Например, ЛенЗНИИЭП предложил фенольный поропласт ФЛ на основе фенолформальдегидной смолы, керосинового контакта Петрова, мочевины, поверхностно-активного вещества ОП-7 алюминиевого порошка и ортофосфорной кислоты [5, с. 100]. Однако из-за высокого водопоглощения требуется хорошая гидроизоляция поверхности труб. Разработанная технология механизированного покрытия труб изоляционным и гидроизоляционным слоем позволяет достичь высокой степени индустриализации строительства теплосетей. Благодаря высокой адгезии поро — пласта с поверхностью трубы тепловые удлинения происходят совместно с изоляцией.
ВНИПИэнергопромом налажено производство теплопроводов в изоляции из пенополимербстона (ППБИ) методом формования и напыления ППБИ представляет собой новый вид теплогидроизо — ляции на основе химических органических продуктов и минеральных наполнителей. Предназначается для изоляции бесканально проложенных теплопроводов с температурой теплоносителя до 150°С.
Конструкция изоляции монолитная трехслойная: антикоррозионный слой, плотностью 800.. .1000 кг/м3, толщиной 3.. .8 мм, средний теплоизоляционный плотностью 200.. .300 кг/м3, X = 0,07 Вт/(м*°С) (толщина определяется расчетом) и наружный гидрозащитный слой высокой прочности. Все три слоя образуются одновременно при формовании за один цикл.
Высокая индустриальность изготовления конструкции позволяет вести монтаж трубопроводов "с колес".
4. БЕСКАНАЛЬНЫЕ ПРОКЛАДКИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ИЗОЛИРОВАННЫХ ТЕПЛОПРОВОДОВ В ОБОЛОЧКЕ ИЗ ПЛАСТМАССОВЫХ ТРУБ
Бесканальные прокладки получили развитие с применением предварительно изолированных труб в заводских условиях по типу "труба в трубе", те. в полиэтиленовую трубу-оболочку соосно помещают стальную трубу, кольцевое пространство заполняют пеноизоляцией с достаточно низким коэффициентом теплопроводности. Разработанные герметичные конструкции прсднзоли — рованных труб предохраняют изоляцию и поверхность трубы от проникновения почвенной влаги Таким образом, поверхность трубы надежно защищена от наружной коррозии (рис. 4)
Принимая защитные меры против внутренней коррозии — в виде противокоррозионной обработки сетевой воды, срок службы теплосети бесканальных прокладок с предизолированными трубами в оболочке из полиэтиленовых труб увеличивается до 30 лег и более.
Мед провс
Рис 4 Общий вид предварительно изощюваипой трубы
В [8] приведены основные положения по применению, проектированию и монтажу тепловых сетей с предварительно изолированными трубами. В частности, допускается прокладывать нре — дызолированные трубы в канале и надземным способом, причем
При надземной прокладке необходимо выполнять покровный слой в соответствии с требованиями [3].
С целью контроля состояния изоляции (увлажнения), прокладки с предизолированными трубами оборудуются системой аварийной сигнализации, так называемой системой оперативного дистанционного контроля (ОДК) состояния изоляции.
Компенсация температурных удлинений производится за счет использования углов поворота ("П", "Z" и "Г" — образных компенсаторов), путем предварительного нагрева теплопроводов с использованием одноразовых компенсаторов и, частично, за счет увеличения внутреннего продольного напряжения в стенках труб при их защемлении в грунте.
В Беларуси с каждым годом увеличивается внедрение бесканальных прокладок тепловых сетей с предизолированными трубами. Существует несколько предприятий и фирм по изготовлению и монтажу предизолированных труб. Среди них наиболее известной является СП "Бел-Изолит", которое изготавливает и поставляет комплектное оборудование и трубопроводы диаметром до 600 мм, а для квартальных сетей горячего водоснабжения применяет предизолированные трубы и фасонные части из стеклопластика и полипропилена.
Большую популярность в мире по внедрению бесканальных прокладок с предызолированными трубами имеет фирма АББ И. Ц. Мюллер, которая имеет представительства более чем в 20 странах. Рассмотрим подробнее систему фирмы АББ.
Строительство теплосетей по разработанной фирмой технологии проектирования, изготовления и монтажа всех элементов конструкции отличается высокой индустриальностыо и надежностью. Изготавливаются предизолированные трубы и вся оснастка для строительства тепловых сетей диаметром от Ду 20 до Ду 1000 (табл. 3.8.1) [6].
Стальные бесшовные трубы изготавливаются в соответствии с международным стандартом ISO 4200/DIN 2458. Допускаются к применению сварные трубы по стандарту DIN 1626. Трубы испы — тываются под давлением не менее 5 МПа.
Рабочее давление теплоносителя — до 1,6 МПа, максимальная температура — 130°С, допустимая кратковременная температура 140°С.
Наружная защитная оболочка изготавливается из полиэтилена низкого давления плотностью р = 950 кг/м3.
Теплоизоляция — пенополиуретан плотностью р = 80 кг/м3 с коэффициентом теплопроводности Хнл = 0,027 Вт/(м*°С) (рис. 4).
Для увеличения адгезии (сцепления с теплоизоляцией) поверхность трубы подвергается дробеструйной обработке. С этой же целью внутренняя поверхность полиэтиленовых труб обрабатывается электрическим коронным разрядом
Взамен традиционных поворотов применяются гнутые трубы больших радиусов гнутья, причем трубы Ду 25.. .85 изгибаются с помощью приспособлений на месте монтажа, а Ду 100 и более изготавливаются на заводе.
Изготовление криволинейных участков с диаметром Ду 500 и более производится сваркой отдельных частей труб со скошенным срезом с последующей изоляцией в сваренной оболочке Длины гнутых участков, радиусы гнутья и углы определяются расчетом при проектировании.
Тепловые сети по системе АББ могут проектироваться и монтироваться с применением следующих технологий:
-предварительный подогрев;
-самокомпенсация;
-с применением разработанных Е-компснсаторов,
-холодный монтаж.
При монтаже с предварительным тепловым напряжением теплопровод подвергается предварительному нагреванию до 70°С, что соответствует изменению температуры на 60°С (тМ1К = 130°С, тМ111| = 10°С). Первое перемещение после засыпки теплосети вследствие охлаждения ДЬ^ (рис 5) ограничивается трением на наружной поверхности оболочки участков теплопровода, ближайших к поворотам. Это так называемые фрикционные отрезки Ь()0, а участки трубопровода, находящиеся от поворота на расстоянии более чем Ь60, блокируются за счет сил трения оболочки о грунт и не имеют температурных перемещений за счет увеличивающегося внутреннего напряжения в стенках труб. Сила трения поверхности оболочки о грунт равна 12.. 15 Н/мм по диаметру оболочки на метр длины трубы.
При монтаже с естественной компенсацией (самокомпенсацией) осевые напряжения принимают "Г", "П" и "2"-образные ком-
Leo
+ 150 Н/мм2/10°C И——————————————— W
-150 Н/мм2/130°С
I
А’бо
Рис 5 Схематическое изображение тепловых напряжений, возникающих на участке трубопровода при монтаэ/се "с предварительным тепловым напряжением "
Пенсаторы Если длина участка трубопровода между компенсаторами равна величине 2Ь60, то максимальное осевое напряжение составит амак = ±150 Н/мм2.
При нагревании от температуры монтажа тЫЛК = 10°С до расчетной
ТЫ11Н = 130°С первое суммарное перемещение составит ЗД^60. Последующие перемещения будут равны 2Д^60 5 как и в теплопроводах с предварительным тепловым напряжением (рис. 6).
При применении Е-компенсаторов осевое напряжение в трубах после нескольких перемещений составит ±150 Н/мм2, как и в трубах с предварительным тепловым напряжением. При разогревании теплопровода от тмнп = 10°С до тмак = 130°С первое перемещение, как и при самокомпенсации, будет равным ЗД^60, последующие перемещения буду г равны, как и в теплопроводах с предварительным тепловым напряжением, 2Д^60 (рис.7).
3 х Д! бо
А! бО
Рис 6 Схематическое изображение тепловых напряжений, возникающих на участке с естественной компенсацией (2 г-образных компенсатора)
]
0,5 х Ртах Цо М———————————- И
+150 Н/мм2 / 10°С
—ПЛ/
-150 Н/мм2 / 130°С
3 х Д1б0
А1б0~
Рис 7 Схематическое изобраэ/сение тетовых напряжений, возникающих на участке с Е-компенсатором
По технологии холодного монтажа максимальные осевые напряжения в трубах после разогрева теплопровода от тммм = 10°С
До = 130°С составят ст = 300 Н/мм2
1-60
Цо
+150 Н/мм2/10°С
-150 Н/мм2/130°С
Мс1К МыК
При последующем охлаждении до 10°С осевое напряжение будет равно 0, за исключением участков длиной 2L60, примыкающих к поворотам. На этих участках осевые напряжения будут изменяться от 0 до + 150 Н/мм2 (рис. 8).
L-60
-300 Н/мм2/130°С
Рис 8 Схематическое изображение тепловых напряжений, возникающих на участке при технологии "холодного монтажа "
При нагревании теплопровода от 10°С до 130°С первое перемещение у поворотов будет равно 4Д^60 , а последующие перемещения составят 2а?60 , как и при предыдущих методах.
На рис. 9 показан пример использования углов поворота для самокомпенсации, здесь на участке и между условными неподвижными опорами расположен Е-компенсатор.
Е-компенсатор (Е-муфта) (рис. 10) представляет собой устройство, срабатывающее только один раз, когда он поглощает (компенсирует) удлинение, соответствующее данному участку при средней температуре. При первом пуске горячей воды после монтажа теплопровода с неподвижными опорами теплопровод удлиняется, Е-компенсатор сжимается до тех пор, пока не сомкнутся внутренние концы труб 2 (рис. 11).
-W
+150 Н/мм2/10°С
После этого Е-компенсатор сваривается (рис. 10, а-место сварки на стальном кожухе компенсатора). 24
•й-
0 Е -+Н——————————— И,
ЗЭ
Рис 9 Пример использования углов поворота для самокомпенсации и установки Е-компенсатора (белыми крестиками показаны условные неподвижные опоры)
Рис 10 Е-компенсатор Буквой "а" показано место сварки кожуха компенсатора после его сжатия
В (Н/мм2)
¦ ® ¦ ® .
Рис 11 Схема возникающих напряжений на участке трубопровода с Е-компенсатором
Участок теплопровода зафиксирован, и в предварительно-напряженном состоянии последующие температурные изменения будут преобразовываться в предварительные и допустимые напряжения (3). После нескольких температурных циклов напряжение в стенках трубы стабилизируется (4).
Предварительный подогрев сети при монтаже производи гея горячей водой, водяным паром или электричеством от источника постоянного тока.
Работа участков естественной компенсации, т. е. "П", "Г"-образных компенсаторов осуществляется за счет уплотнения грунта и обертывания участков перемещения специально изготавливаемыми матами из гранулированного мягкого пенополиуретана плотностью р = 100 кг/м3.
На рис. 12 показаны штрихами места обертывания матами толщиной, принимаемой по расчету.
А
А
Рис 12 Схема теплосети (штрихами показаны участки, которые необходимо обертывать пеноматами)
Места свариваемых стыков труб соединяются полиэтиленовыми муфтами, состоящими из 2-х или 3-х частей с коническим соединительным замком.
На рис. 13 показана соединительная муфта для труб Ду 90.. .200.
Рис. 13. Сборная муфта с коническим соединительным замком
В зазор между наружной поверхностью трубы и внутренней поверхностью муфты устанавливается уплотнительная прокладка в виде ленты.
Уплотнительная лента также накладывается в местах соединений обеих половин муфты.
После установки и фиксации замков муфт их опрсссовываюг под давлением 200 кПа. Через специальное отверстие в муфгс пространство между муфтой и трубой заполняется приготовленной на месте монтажа полиурстановой теплоизоляцией в виде пено — образующей двухкомпонентной жидкости При смешивании обоих компонентов в изолируемом пространстве образуется изоляционный вспененный материал, который, расширяясь, выдавливает воздух через другое отверстие.
Двухкомпонентная жидкость (исходный теплоизоляционный материал) поставляется в специальных пакетах в виде заранее дозируемых наборов для изоляции всех типов соединений в зависимости от диаметров труб.
Е-компенсаторы после их предварительного разогрева, приварки кожуха к поверхности и опрессовки также закрывают полиэтиленовыми муфтами.
Отводы для труб всех диаметров, изготавливаемые на заводе вместе с теплоизоляцией, применяют для углов поворота 90° и 45° Сборные отводы с изоляцией на месте монтажа применяют для углов поворота на 7,5°; 15°; 45°; 90°, что дает широкие возможности для проектирования и монтажа На рис 14 показана сборная муфта для покрытия и изоляции отвода 90°. Заполнение изоляцией производится так же, как и на местах соединений труб.
Рис 14 Сборная муфта для отвода
Для ответвлений труб применяют сборные ответвления, изготавливаемые по той же технологии, что и муфты с коническими замками. Применяются отводы на 45°, 90° и седловые муфты (рис. 15 а, б, в).
Рис 15 Сборные муфты
А) ответвление на 45°,
Б) ответвление на 90°, в) седловая муфта
В качестве запорной арматуры применяются шаровые клапаны диаметром Ду 25…Ду 300. Клапаны Ду 40…300 изготавливают вместе с воздушным и сливным кранами (рис. 16).
0 48,3-323,9 мм
Рис 16 Шаровой клапан с двумя воздушными и сливными кранами
Шаровые краны изготавливают вместе с изоляцией и покрытием из полиэтилена. Присоединяются к трубопроводу на сварке, стыки изолируются на монтажной площадке. Для обеспечения доступа к арматуре устанавливается железобетонная камера в виде усеченного конуса, закрываемая крышкой. Открытис-закрыше крана осуществляется специальным ключом с удлинителем шпинделя. Также могут открываться-закрываться спускникп и воздушники (рис. 17).
Рис 17 Открытие-закрытие запорной арматуры
В необходимых местах могут устанавливаться отдельно воздушники и спускники. Их изоляция и покрытие оболочкой осуществляется в виде седловых муфт. Так как спускники устанавливаются на верхней части трубы, полный слив воды из трубы осуществляется сжатым воздухом с присоединением сливного шланга к спускнику.
Неподвижные опоры изготавливаются в виде железобетонного щита с закладными деталями, привариваемыми к трубопроводу.
Переходы диаметров труб также изготавливаются на заводе с предварительной их изоляцией.
Для присоединения отдельных потребителей к теплосети применяются легкогнущиеся трубы с предварительной их изоляцией, которые поставляются на катушках (рис. 18). Диаметр труб 20/63 и 28/90 (в числителе наружный диаметр трубы, в знаменателе диаметр оболочки в мм). Трубы изготавливаются из стали Ст 30, изоляция из пенополиуретана, наружная оболочка из стойкого полиэтилена высокой плотности, гофрированная. Запорная арматура на ответвлениях к потребителям от магистральной или распределительной сети не устанавливается.
Рис 18 Предизолированная легкогнущаяся труба
Система аварийной сигнализации предназначена для подачи соответствующего сигнала о месте увлажнения теплоизоляционного слоя, что позволяет своевременно устранить повреждение. Механизм действия системы основан на изменении сопротивления при увлажнении изоляции.
Два неизолированных медных провода помещены в слой изоляции. Один провод оголенный, другой — луженый оловом. Первый провод является сигнальным, луженый — для подачи сигнала тревоги. Соединяют провода отдельных труб обжимкой с последующей пайкой, в местах соединений под луженый провод под — кладывают сухие фетровые подкладки, являющиеся индикатором увлажнения изоляции.
Готовые детали теплопроводов с изоляцией (отводы, клапаны) имеют заложенные в изоляционный слой два провода.
Монтаж системы аварийной сигнализации производится одновременно с монтажом теплопроводов. Качество сборки по участкам контролируется испытательным прибором с автономным питанием.
Сигнальные провода выводятся в специальные коробки, которые устанавливаются в котельной, подвалах или помещениях, куда осуществляются вводы теплосети.
Детектор — прибор для непрерывного контроля трубопроводов длиной до 1000 м, регистрирует разрывы и увлажнение изоляции, в этом случае загорается красный свет. Место повреждения определяется с помощью специального обслуживающего устройства. Детектор присоединяется к системе труб через устанавливаемые коробки. Пример монтажной схемы системы аварийной сигнализации на рис. 19.
Прибор для централизованного контроля и обнаружения мест повреждений контролирует участок сети до 1000 м по 4 линиям Устанавливается постоянно, подключается к сети переменного тока 220 В. Прибор постоянно посылает закодированные импульсные сигналы по луженому проводу. Если сигналы встречают неисправности в виде коротких замыканий или обрывов проводов, а также увлажнения фетровых прокладок и, соответственно, изоляции, сигналы будут отражаться и поступать обратно в прибор Здесь отраженные сигналы преобразовываются в метраж с указанием номера участка схемы.
Г
6770 6713 6779 6748
6718 6743 х 2 6760 х 2 6759 6716 6736
^ ч
, 6760×2
I 6736 х 2
6715×2 6723
Рис 19 Монтажная схема системы аварийной сигнализации