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



.