На главную Обратная связь Карта сайта

Статьи по теплоизоляции

Влияние разных эксплуатационных причин на термо утраты в бесканальных подземных трубопроводах тепловых сетей
 Журнальчик "Анонсы теплоснабжения", № 6(22), июнь, 2002, С. 18 – 23, 
В.С.Слепченок, ГУП «ТЭК СПб»; А.Н.Рондель, генеральный директор, Н.Н.Шаповалов, генеральный директор ООО «ДИсСО», г. Санкт-Петербург
Введение Термо сети, являясь составной частью системы централизованного теплоснабжения современных городов, представляют собой сложные инженерные сооружения, предназначенны для транспортировки тепловой энергии от источников тепла к потребителям. Срок эксплуатации источников тепла и объектов, к которым оно подается, составляет 50-100 лет. Потому и теплопровод, являющийся связывающим звеном меж ними, должен накрепко работать в течение этого же периода времени (кроме случаев его морального старения, к примеру, по мере необходимости роста его пропускной возможности).
Но, качество конструкции и теплоизоляционные свойства подземных теплопроводов, применяемых в текущее время в отечественной практике строительства, в основном не удовлетворяют современным требованиям эффективности и долговечности.
В процессе эксплуатации разные физико-химические действия окружающей среды вызывают деструктивные процессы в гидро-теплоизоляционных конструкциях подземных теплопроводов, которые значительно изменяют пористую структуру материала, увеличивая количество сквозных пор и их размеры, содействуя возникновению трещин и остальных дефектов. Подобные конфигурации структуры фактически не оказывают влияния на теплопроводимость изоляции в сухом состоянии, но, в чрезвычайно большой степени влияют на коэффициент переноса водянистой воды, увеличивая его на несколько порядков, что приводит к повышению эксплуатационной влажности изоляции и, вследствие этого, к резкому понижению ее теплозащитных параметров. На участках увлажнения термоизоляции, обычно, возникает внешняя коррозия труб.
Предпосылки возникновения и действия внешной коррозии наподземные трубопроводы довольно отлично исследованы спецами и обширно представлены в спец литературе. Более существенными факторами, определяющими коррозионную активность вмещающей среды, является структура, гранулометрический состав, влажность, воздухопроницаемость, окислительно-восстановительный потенциал, общественная кислотность и общественная щелочность почв и грунтов. Кроме почвенной коррозии, подземные теплопроводы подвержены электрокоррозии, вызываемой блуждающими токами, и внутренней коррозии.
В критериях г. Санкт-Петербурга и его пригородов предпосылки возникновения и действия внутренней коррозии на трубопроводы, а, следовательно, понижение надежности транспортировки тепла также были проанализированы и размещены.
Реальная статья в большей мере посвящается анализу и оценке влияния инженерно- геологических критерий Санкт-Петербурга на величину тепловых утрат с остыванием в подземных теплопроводах бесканальной прокладки.
Конструкции теплопроводов Главные объемы строительства тепловых сетей в городке на Неве соединены с массовой постройкой жилых кварталов в 60-70-е годы. С начала 60-х годов вплоть до 1976 г. включительно, в связи с резким расширением размера жилищного строительства и недостаточной мощностью изоляционно-сварочного завода в г. Ленинграде, ежегодными распоряжениями Ленгорисполкома давалось разрешение на прокладку теплопроводов последующей конструкции:
· Подающий трубопровод с изоляцией из армопенобетона (АПБ), состоящий из пары слоев тепло- и водоизоляционных материалов в последующей последовательности: автоклавный армопенобетон (термоизоляция), битумная мастика, армированная железной сетью, изол, бризол, битумная мастика и асбоцементная штукатурка по железной сетке (гидроизоляция).
· Обратный трубопровод с усиленной гидроизоляцией, состоящей из пары слоев материалов в последующей последовательности: битумная мастика, изол, битумная мастика, асбоцементная штукатурка по железной сетке.
С 1977 г. прокладка тепловых сетей осуществлялась трубопроводами, теплоизолированными армопенобетоном (АПБ) вне зависимости от направления движения и температуры теплоносителя.
В текущее время, из 5061 км трубопроводов тепловой сети в однотрубном исчислении, находящихся на балансе ГУП «ТЭК СПб», около 80% трубопроводов проложены в АПБ термоизоляции; 563 км имеют ППУ изоляцию, около 500 км (9,84%) трубопроводов (обратные трубопроводы со сроком эксплуатации наиболее 25 лет) – имеют лишь гидроизоляционное покрытие «Тип 5».
Армопенобетон(АПБ) относится к теплоизоляционным изделиям из ячеистых бетонов. Главным сырьем служат: цемент, известь, кварцевый песок и др. Вводя в их консистенция клееканифольную мыльную пену, получают пенобетон, в который для увеличения прочности в период производства закладывают арматуру в виде проволочных каркасов. Повреждения асбоцементных покрытий появляются, сначала, под влиянием вод с чрезвычайно низкой карбонатной жесткостью, находящихся в кислых почвах (болотистые земли, торф) с переменным вентилированием. Армопенобетон представляет собой капиллярно-пористую (время от времени капиллярно–пористую коллоидную) систему, поры и капилляры которой заполнены воздухом и водой. Пористыми материалами именуют тела, содержащие достаточное количество пустот, соответствующий размер которых мал по сопоставлению с соответствующим размером тела. Пустоты могут быть сообщающимися либо не сообщающимися меж собой, и распределены снутри тела упорядоченным либо неупорядоченным образом. Незамкнутые либо сквозные поры определяют так именуемую «открытую пористость», обеспечивающую доступ воды и кислорода к поверхности трубы. Наличие пор и капилляров в стенах ячеек пенобетона увеличивает значение его «открытой пористости». Неоднородность структуры термоизоляции, содержание комплекса хим реагентов в критериях температурно-влажного режима эксплуатации предопределяют возможность развития в широком спектре интенсивности коррозионного процесса сплава труб.
Процессы растворения и вымывания усиливаются при наличии пор и трещин, также отслаивании покрытия, безизбежно возникающих при изменении температуры в теплопроводе и трения о грунт. При всем этом понижается величина показателя рН воды, содержащейся в порах бетона. В армопенобетоне возникает коррозия арматурной стали и ее разрушение. Нарушение внешной асбоцементной оболочки значительно ослабляет водоизоляционную конструкцию, в какой изол приклеивается с помощью битумных мастик, которые размягчаются при температурах чуток огромных 70-80 єС, битумная мастика стекает вниз и отслаивается. Температурные перемещения трубопровода наращивают трение о грунт. Остатки водоизоляционного слоя на сто процентов отслаиваются от теплоизоляционного слоя. Почвенные воды попадают к внешной поверхности термоизоляции.
Санкт-Петербург находится в дельте р. Нева, город нередко подвергается наводнениям, что приводит к интенсивному намоканию тепловой изоляции. В зоне завышенного уровня грунтовых вод в весенне-осенний период находится выше 60% трубопроводов тепловой сети компании.
Основная часть трубопроводов, эксплуатируемых предприятием, находится под действием кислых почв.
На сохранность тепло- и водоизоляционного покрытия огромное влияние оказывают термо напряжения, разрушающие тепло- и водоизоляционные покрытия и защитные пленки на поверхности сплава из-за различных их коэффициентов термического расширения сплава и пленки. Механические напряжения ускоряют коррозионное разрушение металлов, т.к. они разрушают целостность защитных пленок на поверхности труб и покрытий теплопроводов при трении о грунт.
Механической предпосылкой разрушения водоизоляционного слоя является также его повреждение техникой при разгрузке, монтаже, засыпке во время капитального строительства либо ремонта трубопроводов тепловой сети. Повреждение при капитальном ремонте и ликвидации отказов нередко происходит из-за недостаточной точности обнаружения покоробленного участка, что приводит к раскапыванию огромных участков тепловых сетей с повреждением водоизоляционного слоя трубопроводов.За крайние 5 лет (1996-2000 годы) средняя годовая повреждаемость трубопроводов составляет 7031 отказов/год. В 2001 г. на тепловых сетях компании зафиксировано 8109 отказов.
Определение тепловых утрат В согласовании с «Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ», теплопроводы, находящиеся на балансе ГУП «ТЭК СПб», подвергаются повторяющимся испытаниям с целью определения величины тепловых утрат.
Основой для определения величины тепловых утрат на остывание теплоносителя (при транспортировке и распределении) в водяных тепловых сетях является периодическое проведение особых испытаний на термо утраты в соответствие с «Методическими указаниями по определению тепловых утрат в водяных тепловых сетях: РД 34.09.255-97», также применением в отдельных вариантах расчетно-аналитических способов (для участков тепловых сетей, не являющихся соответствующими и подобными испытываемым по типу прокладки и конструкции тепловой изоляции, также для участков тепловых сетей, вводимых в эксплуатацию опосля монтажа, реконструкции либо капитального ремонта). Пересчет моментальных (часовых) значений тепловых утрат в величину тепловых утрат в хоть какое другое время (в том числе для среднегодовых, среднемесячных критерий) делается пропорционально разности температуры теплоносителя и температуры грунта.
Таковым образом, при измерении тепловых утрат в согласовании с «Методическими указаниями по определению тепловых утрат в водяных тепловых сетях: РД 34.09.255-97» допускаются последующие упрощения:
- термическое сопротивление грунта в течение года (отопительного сезона) считается неизменным,
- влияние теплоотдачи с поверхности грунта не учитывается,
- в каждый рассматриваемый отрезок времени (месяц, сезон) температурное поле от подземного теплопровода рассматривается как стационарное для средней температуры сетевой воды и грунта.
Но, в естественных природных критериях термическое сопротивление грунта из-за разной его влажности меняется в течение года. Термо утраты (в стационарном режиме – тоже), в конечном счете, обоснованы теплоотдачей атмосферному воздуху. Реальное температурное поле от подземного теплопровода является нестационарным из-за влияния метеорологических причин. Долгие интервалы времени (месяц, сезон) в среднем можно обрисовывать стационарным действием теплопроводимости и теплоотдачи. Но при изменении режима теплоснабжения нужно учесть переходные процессы. Так, ежели ступенчато возрастает температура сетевой воды, а позже, через долгое время, снова миниатюризируется до начального значения, то транспортируемое тепло, затраченное на разогрев грунта, только в чрезвычайно незначимой мере ворачивается обратно (нагрев грунтом теплопровода). Крупная часть тепла отдается атмосферному воздуху (крупная площадь теплоотдачи и крупная «мощность теплоотдачи» – плотность теплового потока). Потому, настоящие термо утраты при увеличении температуры сетевой воды значительно больше рассчитанных по энергетической характеристике.
Термо утраты являются величиной персональной для определенной тепловой сети не могут впрямую применяться в качестве аналогов для остальных тепловых сетей, т.к. включенные в тесты участки тепловых сетей значительно различаются по поперечнику, глубине прокладки и условиям эксплуатации от основной массы теплосетей. Условия эксплуатации меняются в зависимости от времени года, также различаются по влиянию потребителей (резкое отличие температуры воды в обратной трубе и ступенчатое изменение данной температуры по отрезкам теплосети в настоящих критериях эксплуатации).
Измерить термо утраты по имеющейся методике можно лишь в межотопительный сезон, лишь в определенных гидрологических критериях (лето, ранешняя осень), лишь для очень протяженного отрезка теплопроводов (наиболее 3 км) и лишь на неких участках теплосети, представленных в основном магистральными теплопроводами. Из общего размера тепловых сетей, состоящих на балансе ГУП «ТЭК СПб», квартальные сети (с трубами поперечником наименее 200 мм) составляют по протяженности огромную часть. Фактическая величина тепловых утрат в квартальных тепловых сетях не поддается прямому измерению по имеющейся методике по техническим причинам.
Не считая того, проведение тепловых испытаний по определению количественных значений тепловых утрат через изоляцию трубопроводов по имеющимся методикам требуют огромных предварительных работ, материальных ресурсов и прекращение теплоснабжения потребителей на время проведения испытаний. Разумеется, теплоснабжающей организации, имеющей на собственном балансе наиболее 5000 км тепловой сети, провести подобные тесты на всех трубопроводах компании, с учетом инженерно-геологических критерий функционирования и эксплуатации трубопроводов, не реально. Следовательно, нереально установить величины поправочных коэффициентов, которые, в согласовании с нормативными документами, предлагается применять при определении тепловых утрат.
Вероятный метод определения тепловых утрат с остыванием при помощи устройств учета тепловой энергии у потребителей в текущее время не реален, из-за их отсутствия у большинства потребителей. В то же время, расчетные термо утраты, выполненные по нормативным документам, не учитывают утраты с остыванием теплоносителя в трубопроводах, связанных с естественным «старением» теплогидроизоляции и, как следствие, с уменьшением ее термического сопротивления. Они также не учитывают реально наиболее больших значений теплопроводимости термоизоляции и грунта вследствие явлений массопереноса (газо-, паро- и водопроводности), влияние состава грунта, фактическую глубину заложения трубопроводов, природных критерий местности. Вследствие этого, отсутствие достаточного технического и правового обоснования, которые нужны для введения поправочных коэффициентов, приводят к тому, что теплоснабжающая организация на основании имеющихся нормативных документов не учитывает настоящие условия эксплуатации и указывает заниженные термо утраты при транспортировке тепла.
Для повсеместной свойства тепловой сети (либо отдельных теплопроводов) по величине тепловых утрат в различное время отопительного сезона целенаправлено применять способы и средства инструментального контроля, дозволяющие выявлять главные причины, приводящие к возрастанию тепловых утрат, и количественно учесть действие настоящих критерий эксплуатации при определении величины тепловых утрат.
В течение долгого времени комплексное обследование тепловых сетей в филиалах ГУП «ТЭК СПб» выполняет Санкт-Петербургское предприятие «ДИсСО». Основной целью проводимых работ является оперативное обнаружение дефектных участков тепловых сетей, к которым сначала следует отнести участки с значительными разрушениями гидро-теплоизоляционного покрытия, подверженные существенному коррозионному износу. Для этих целей спецы «ДИсСО» употребляют комплекс дистанционных способов неразрушающего контроля, сформированный на базе долголетнего опыта работы по оценке технического состояния теплопроводов подземной прокладки. По мере скопления базы статистических данных о техническом состоянии и критериях эксплуатации имеющихся трубопроводов тепловой сети, у компании возникла возможность применять при оценке тепловых утрат новейшие способы, которые разрешают учесть старение тепловой изоляции и инженерно-геологические условия функционирования и эксплуатации трубопроводов тепловой сети.
Результаты неоднократного, сплошного обследования тепловых сетей ГУП «ТЭК СПб» в режиме мониторинга, модельные расчеты и скопленная статистическая информация дозволили выявить главные инженерно-геологические причины, приводящие к возрастанию тепловых утрат, которые, обычно, не учитываются при проведении испытаний на термо утраты. К ним следует отнести:
1. намокание термоизоляции в периоды высочайшего уровня грунтовых вод, в местах разрушения водоизоляционного покрытия (плохая изоляция, несоблюдение технологии укладки труб, нарушения сплошности изоляции при ремонтных работах);
2. сезонное увлажнение грунтов на уровне прокладки трубопроводов теплотрассы;
3. влияние стоячих и проточных грунтовых вод, также техногенных стоков.
1 фактор – намокание тепловой изоляции : оказывает влияние на все трубопроводы с изоляцией АПБ, которые эксплуатируются выше 3 лет. Интенсивное увлажнение тепловой изоляции трубопроводов тепловой сети наблюдается в периоды увлажнения грунта.
2 фактор – влияние мокроватого грунта на повышение тепловых утрат: оказывает на трубопроводы с изоляцией АПБ в периоды сезонного подъема грунтовых вод и мощных, затяжных дождиков. В зависимости от увлажнения грунта стоячими либо проточными грунтовыми водами термо утраты будут иметь разные величины.
Оба этих фактора оказывают действие на повышение тепловых утрат на трубопроводы с изоляцией АПБ, находящихся в зонах высочайшего уровня грунтовых вод в периоды увлажнения грунта. Гидрогеологические условия Санкт-Петербурга являются очень неблагоприятными для эксплуатации и сохранности подземных трубопроводов тепловых сетей. Город построен в дельте Невы, грунты владеют высочайшей влажностью. Наибольший уровень грунтовых вод отмечается в весенний период, во время таяния снежного покрова. Наименее интенсивное увеличение уровня имеет место в осеннюю пору. Влияние увеличения уровня грунтовых вод проявляется двояко. Во-1-х, повышение влажности грунтов приводит к повышению их теплопроводимости. Во-2-х, применяемые для гидроизоляции трубопроводов материалы с течением времени начинают пропускать воду, что приводит к намоканию термоизоляции и соответственно повышению ее теплопроводимости также.
Результаты обработки материалов тепловых аэросъемок, выполненных в различные периоды времени, демонстрируют мощное влияние фактора подтопления грунтовой водой подземных теплопроводов на величину тепловых утрат. Для иллюстрации на рис. 1 приводятся два начальных тепловых аэроснимка магистрального трубопровода от Обуховского завода в районе перекрестка улиц Шелгунова и Седова. Левый снимок указывает состояние теплового поля над трубопроводами в конце декабря 1999 г. (зимний минимум уровня грунтовых вод). Результаты компьютерной обработки демонстрируют среднее превышение тепловых утрат с данного участка над нормативными потерями в 2,8 раза. Правый тепловой аэроснимок (рис. 1) получен в конце марта 2000 г., в период весеннего максимума уровня грунтовых вод. В данном случае за счет насыщения влагой изоляции и грунта термо утраты превосходят нормативные в 3,2 раза.
3 фактор – влияние стоячих и проточных грунтовых вод на повышение тепловых утрат: влияние этого фактора проиллюстрируем рисунком 2. На этом рисунке приведен тепловой снимок участка  магистрали по ул. Коммуны, на котором зафиксировано подтопление участка грунтовой водой с следующим стоком по каналам телефонных кабелей.
Наличие проточных вод в зоне расположения трубопроводов тепловой сети оказывает действие на повышение тепловых утрат через тепловую изоляцию трубопроводов тепловой сети (т.н. «радиаторный эффект»).
Все эти предпосылки оказывают наибольшее влияние на участках тепловых сетей с неудовлетворительной работой системы сопутствующего дренажа.
Кроме этого, при определении поправочных коэффициентов, следует учесть и такие предпосылки, как:
- конструктивные индивидуальности, вызывающие возрастание тепловых утрат.
Старение изоляции: оказывает влияние на все трубопроводы с изоляцией АПБ независимо от остальных причин.
            Из графика (рис. 3), приобретенного ВНИПИэнергопромом при проведении экспериментальных работ, видно изменение коэффициента старения разных типов изоляции в зависимости от сроков их эксплуатации.
Конструктивные индивидуальности, вызывающие возрастание тепловых потерь
– к таким относятся участки теплосети без тепловой изоляции на обратной трубе (10% от общей протяженности) и конструкционные элементы (футляры, гильзы, короба под дорожными «подушечками» из щебня и гравия, участки воздушной прокладки), для которых сопротивление теплопередаче оказывается значительно наименьшим.
Влияние перечисленных выше причин быть может учтено средством использования поправочных коэффициентов, численные значения которых должны определяться на основании имеющихся экспериментальных и статистических данных.
Термо утраты на участках теплопроводов с внедрением труб «Тип 5» могут быть оценены последующим методом.
 ,     (1)
R – термическое сопротивление грунта, определяется из выражения:
,          (2)
d =159 мм – внешний поперечник эквивалентного поперечника трубопровода тепловых сетей компании, определяемый из выражения ( d
.
= 1,5 Вт/ (м
.
.
h =1,4 – глубина заложения оси трубопровода;
 = 3,56 : 9,42 =0,37 Вт/м,
 = (323 – 278) / 0,37 = 121,6 Вт/м.
=159 мм q = 17 Вт/м (СНиП 2.04.14-88* Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов).
q / = 121,6 : 17 =7,2 раза.
Расчеты, выполненные по вышеприведенной методике, проявили, что термо утраты за счет роста тепловых утрат через тепловую изоляцию бесканальных подземных трубопроводов растут по сопоставлению с нормативными потерями в пару раз.
Рис. 1. Термо аэроснимки магистрального трубопровода
Рис. 2. Тепловой снимок участка магистрали, на котором зафиксировано подтопление участка грунтовой водой с следующим стоком по каналам телефонных кабелей.
Рекомендуем еще поглядеть по теме .