X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Одной из основных проблем энергосбережения в России является использование некачественных и устаревших изоляционных материалов при строительстве тепловых трасс.

Существующая статистика показывает, что 82% тепловых сетей требует срочного капитального ремонта или полной замены, а количество потерь тепла такими сетями составляет 30%. [1]

Структурно и качественно новое состояние энергетического сектора страны, улучшение и повышение эффективности сферы теплоснабжения – основная цель энергетической стратегии России до 2030 года, принятой в настоящее время. [2]

Применение современных предварительно изолированных труб и ежегодный контроль над их состоянием позволит рационально использовать энергетический потенциал страны, сократить потери теплоносителя, снизить тарифы на тепловую энергию и увеличить срок эксплуатации систем централизованного теплоснабжения (ЦТС). [4] Именно поэтому, анализ современных изоляционных материалов, способствующих долговременной и эффективной работе тепловых сетей, является актуальной задачей.

В настоящее время значительная часть тепловых сетей имеет теплоизоляцию из устаревших изоляционных материалов, имеющих высокие показатели теплопроводности (около 0,1 Вт/м∙К), что, в свою очередь, является основной причиной больших теплопотерь в системах ЦТС. Как правило, это изоляция из армопенобетона или битумоперлита (при бесканальной прокладке), либо из стекловаты по ГОСТ 10499–78 (при надземной и подземной канальной прокладке).

Для того, чтобы экономить на теплоснабжении до $12–13 млрд в год, достаточно перейти на высокоэффективные теплоизолирующие материалы в изоляции теплосетей, даже без замены существующей системы. Данную сумму можно сопоставить с доходами от экспорта нефти и газа. [5]

В настоящее время в теплоизоляционных конструкциях трубопроводов тепловых сетей широкое применение нашли такие эффективные изоляционные материалы, как пенополиуретан (ППУ) и пенополимерминерал (ППМ). На сегодняшний день они часто применяются при бесканальной прокладке тепловых сетей в городских условиях. Коэффициент теплопроводности этих материалов не превышает 0,05 Вт/м∙К, а срок службы равен сроку эксплуатации самого трубопровода (25 лет по нормативным требованиям). [7]

Кроме того, данные изоляционные материалы обладают следующим рядом свойств, которые соответствуют требованиям СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов»:

– устойчивость к воздействию температур до 150°C (а иногда и до 350°C);

– высокое электрическое сопротивление (для исключения воздействия блуждающих токов на трубопровод);

– отсутствие в материалах веществ, способных во влажной среде вызывать коррозию трубопровода;

– биостойкость;

– гидрофобность;

– пожарная безопасность (при наружной прокладке). [3]

Труба в ППУ изоляции (рисунок 1) представляет собой стальную трубу, которая помещается в оболочку из оцинкованного металла или полиэтилена и покрывается слоем пенополиуретана. Такая наружная оболочка позволяет защищать трубу от внешних воздействий. Теплопроводность ППУ изоляции составляет 0,033 Вт/м∙К, а рабочий диапазон температур от -180°C до +140°C.

Рисунок 1 – Труба в ППУ изоляции

Толщина ППУ слоя зависит от диаметра самой трубы и от местности, где планируется прокладывать трубопровод.

Внутри пенополиуретана проходит сигнальный кабель системы ОДК, который позволяет предотвратить аварию, обнаружив участки, нуждающиеся в ремонте. Благодаря применению пенополиуретана в качестве изоляции снижаются тепловые потери, требуется меньше времени на монтаж, увеличивается срок эксплуатации трубопровода, а также снижаются затраты на ремонт и обслуживание. ППУ изоляция инертна к щелочным и кислым средам, что защищает трубу от наружной коррозии и химически агрессивных сред, а также устойчива к воздействию влаги и обладает прочной адгезией между поверхностью трубы и гидрозащитной оболочкой. Долговечность ППУ изоляции составляет более 30 лет, она нетоксична и безопасна для человека.

К недостаткам пенополиуретановой изоляции можно отнести невозможность ее использования при больших тепловых нагрузках (она не подходит для изоляции паропроводов), необходимость постоянного оперативно-дистанционного контроля, а также полную паропроницаемость конструкции, в случае повреждения гидрозащитной оболочки.

Пенополимерминеральная (ППМ) изоляция (рисунок 2) представляет собой массу вспененного пенополиуретана – 90%, с введенным в неё минеральным наполнителем – 10% (песок, зола и т.п.) и относится к классу жестких пенополиуретанов. [6]

Рисунок 2 – Труба в ППМ изоляции

ППМ изоляция состоит из трех основных слоев:

– внутреннего – антикоррозийный слой, плотно прилегающий к трубе, толщиной от 3 до 6 мм, с объемной массой от 400 до 500 кг/м³;

– среднего – теплоизоляционный слой расчетной толщины с объемной массой от 70 до 80 кг/м³;

– наружного – гидрозащитный слой толщиной от 5 до 8 мм, с объемной массой от 400 до 700 кг/м³, защищающий одновременно от влажности и от механических повреждений.

Теплопроводность пенополимерминеральной изоляции составляет 0,044 Вт/м∙К, а рабочий диапазон температур от -200°C до +150°C. Использование пенополимерминеральной изоляции позволяет создавать монолитную конструкцию трубопровода, так как сварные стыки труб и отводов на месте монтажа заливаются изоляционным материалом аналогичным основному покрытию трубопроводов. Это создает монолитную конструкцию тепловой изоляции трубопровода и исключает тепловые потери в местах соединения и на опорах. ППМ изоляция отличается простотой изготовления (не требуется специальной подготовки и обработки поверхности труб перед укладкой в формы), высоким качеством и однородностью теплоизоляционного слоя (без раковин и пустот), хорошей ремонтопригодностью и стойкостью к старению. [4]

К недостаткам пенополимерминеральной изоляции можно отнести невозможность установки системы диагностики и оперативного контроля из-за постоянного наличия влаги в ППМ слое, которая при испарении отнимает около 7% энергии теплоносителя и ухудшает защитные свойства.

Наиболее перспективным и, возможно, единственным способом получения дополнительной тепловой энергии на сегодняшний день является энергосбережение. Для реализации стратегии по увеличению энергоэффективности и надежности систем теплоснабжения России необходимо создать общую базу данных по проведенным исследованиям и результатам испытаний различных видов изоляции.

Это позволит применять для изоляции теплосетей только современные и качественные материалы, благодаря которым будут сокращаться потери тепловой энергии, а также расходы и на монтаж и эксплуатацию трубопроводов.

Список литературы:

1. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года: утверждена распоряжением Правительства РФ от 13 ноября 2009 года №1715-р // Собрание законодательства РФ. 2009. № 48. Ст.5836.

2. Энергетическая стратегия России на период до 2020 года: утверждена распоряжением Правительства РФ от 28 августа 2003 года №1234-р // Собрание законодательства РФ. 2003.

3. СП 61.13330.2012. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. Актуализированная редакция СНиП 41-03-2003. Введен с 01 января 2013 г. – Москва: Минрегион России, 2012 – 52с.

4. Павлова Д.В. Анализ и проблемы исследований труб централизованного теплоснабжения с предварительной изоляцией из ППУ и ППМ // Современные научные исследования и инновации. 2016. № 5 [Электронный ресурс]. URL: web.snauka.ru/issues/2016/05/67651 (дата обращения: 11.01.2018)

5. Поликарпов В.А. Повышение энергоэффективности в ЖКХ // Сантехника, отопление, кондиционирование. 2012. № 9 (129). С. 92-94.

6. Кольчатов Е.Ю., Кочева М.А. Прочностные характеристики конструкции тепловой пенополиминеральной изоляции // Международный студенческий научный вестник. 2015. № 3-1. С. 163-164.

7. Кочева Е.А., Кольчатов Е.Ю., Макарова Е.Г., Шаров А.В. Энергосберегающие мероприятия в системах теплогазоснабжения // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 5-1. С. 172-174.

Код для цитирования: Скопировать