В.П. Кащеев, консультант, В.А. Поляков,
руководитель отдела развития, ЗАО «Мосфлоулайн», г. Москва
Проблеме энергосбережения в России сейчас уделяется большое внимание. Значительная экономия топливно-энергетических ресурсов может быть достигнута за счет широкого применения передовых технологий прокладки тепловых сетей. На сегодняшний день системы предварительно изолированных трубопроводов с пенополиуретановой (ППУ) изоляцией признаны в мире самой экономичной технологией прокладки — тепловые потери составляют от 2 до 5% в зависимости от диаметра трубы при коэффициенте теплопроводности менее 0,033 Вт/м.К. Рассматривая проблемы применения таких трубопроводов в нашей стране полезно проанализировать опыт европейских стран, в частности Германии.
История централизованного теплоснабжения в Германии берет начало в 1880 г Протяженность теплосетей в настоящее время составляет примерно 100 тыс. км в двухтрубном исчислении. Внедрение новых технологий прокладки тепловых сетей в ППУ изоляции началось около 40 лет назад. Сегодня около 50 тыс. км теплосетей — это стальные трубопроводы в ППУ изоляции, около 25 тыс. км — гибкие трубы, остальные 25 тыс. км — традиционная прокладка (канальная, надземная и т.п.). Ежегодный объем строительства новых и замены старых сетей по технологии прокладки труб в ППУ изоляции составляет около 3000 км. За это время в Германии накоплен колоссальный опыт изготовления предизолированных систем, их проектирования, строительства и эксплуатации. Аккумулятором этих знаний является Ассоциация AGFW. Направлениями деятельности Ассоциации являются многочисленные вопросы, начиная с технологий производства и монтажа оборудования, нормативно-технической и энергетической политики, экономии тепла и заканчивая проблемами надежности систем, организации и безопасности труда, а также менеджмента знаний. Каждый этап внедрения труб с ППУ изоляцией регламентируется специальными документами Ассоциации AGFW, едиными для всей страны и обязательными для исполнения.
Обеспечение качества и как итог эффективное энергосбережение, является в Германии комплексным процессом, охватывающим все фазы создания теплосети:
■ проектирование;
■ проведение конкурса и размещение заказа;
■ заводское изготовление конструктивных элементов системы;
■ транспортировка и хранение;
■ монтаж;
■ приемка строительно-монтажных работ;
■ ввод в эксплуатацию;
■ эксплуатация.
При этом перед началом реализации необходимо выявить квалификацию поставщиков и строительных организаций. Персонал этих организаций должен быть обучен и обладать достаточным опытом, так же как и органы технического надзора и персонал эксплуатационных предприятий. Особое внимание надо обратить на документирование всего процесса — от проектирования до ввода в эксплуатацию.
Основу расчета статики предизолированных трубопроводов составляет выбор схемы прокладки трубопроводов, среди которых:
1. Условная прокладка — с ограничением протяженности участка между углами поворота. Данная прокладка удобна тем, что позволяет раскапывать трубопровод в любое время в процессе эксплуатации.
2. Горячая прокладка (с предварительным прогревом). Протяженность между углами и диаметр трубопровода не ограничены. Траншея засыпается при достижении температуры прогрева, определяемой проектом (приблизительно половина от рабочей температуры).
3. Холодная прокладка (без предварительного прогрева). Способ применим, если в процессе эксплуатации возникающие напряжения не превышают предел текучести стальной трубы. Ассоциация AGFW рекомендует применять этот метод для труб диаметром не более 400 мм и температуре не выше 120 ОС. При этом способе, как правило, применяют компенсационные подушки (предназначены для защиты полиэтиленовой оболочки трубопровода от возможных повреждений, которые могут возникнуть в результате линейных удлинений и сжатий труб в процессе их эксплуатации; эти подушки используют при бесканальном подземном способе прокладки трубопроводов. — Прим. ред.). При прокладке на малой глубине существует опасность выпучивания трубопроводов.
4. Прокладка с применением стартовых компенсаторов для ограничения продольных перемещений трубопровода.
Согласно руководящим документам Ассоциации AGFW в вариантах 1 и 3 допускается прокладка трубопроводов методом изгиба трассы с углами не более 3О, при этом расстояние между изгибами не должно превышать 20 диаметров трубы.
Анализируя проекты на тепловые сети, разработанные российскими институтами, к сожалению, приходится делать вывод, что многолетний опыт наших западных коллег слабо учитывается в России. Практически все отечественные проекты выполняются по схеме холодной прокладки, что приводит к большим осевым нагрузкам. Трубопровод имеет большие смещения в областях скольжения. Тройники и тройниковые ответвления приходится усиливать. Строительство теплосети должно быть выполнено без отступлений от проекта по высотным отметкам, компенсирующие подушки должны быть предварительно напряжены. Очень высоки требования к геологическим изысканиям и качеству используемого для засыпки песка. При существующем отношении к строительству тепловых сетей в нашей стране это весьма проблематично.
Напрашивается естественный вывод — проекты должны выполняться с учетом всех особенностей, названных выше, и при этом должна выбираться оптимальная схема прокладки.
Одним из самых проблемных узлов тепловых сетей, наиболее часто выходящих из строя из- за коррозии стальной трубы, является неподвижная опора. В Европе уже более 20 лет назад отказались от применения таких опор, предпочитая естественную компенсацию. Врезки делаются в так называемых естественных точках крепления. У нас их принято называть «мнимыми опорами». Мало того что неподвижная опора — удовольствие достаточно дорогое, она даже в предизолированных системах является местом проникновения блуждающих токов на стальной трубопровод и, как следствие, трубопровод преждевременно выходит из строя. Наша же задача, чтобы тепловые сети работали без замены в течение 50-60 лет.
С 1996 г. Ассоциация AGFW проводит сбор данных от теплоснабжающих предприятий о повреждениях на трубах с ППУ изоляцией с целью анализа тенденций развития причин неисправностей и при необходимости введения мер по их устранению. В сборе информации участвует все возрастающее число членов Ассоциации (в 2008 г. — 90%), данные охватывают около 10% всех тепловых сетей страны. Почти 80% всех повреждений были обнаружены с помощью систем оперативного дистанционного контроля (ОДК) изоляции. В остальных случаях повреждения выявлялись визуально или по результатам тепловизионной съемки.
Одной из основных составляющих строительства является монтаж теплосети и муфт. Следует обратить внимание на следующие особенности, отмеченные в Руководстве, подготовленном Ассоциацией AGFW.
1. В процессе монтажа рекомендуется маркировка зон крепления и скольжения трубопроводов, определяемых проектом с обозначением зон их предварительного напряжения.
2. Компенсационные подушки как важная составляющая проекта рассчитываются по своим правилам в зависимости от схем и условий прокладки. Основное правило — температура поверхности полиэтиленовой оболочки не должна превышать 50 ОС во избежание снижения усталостной прочности, что приводит к ограничению толщины подушек до 100-120 мм в зависимости от способа установки (кругового или бокового). Крепление подушек к трубе скотчем с защитой от проникновения песка полиэтиленовой пленкой (рис. 3).