УДК 620.9ББК 31
© Паневчик В.В., Ковалев А.Н., Самойлов М.В., 2007 © УО " Белорусский государственный экономический университет", 2007 isbn 978-985-484-381-5 ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ Работа 1. РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛОПРОВОДОВ Цель работы: изучить систему теплоснабжения и конструкции теплопроводов, рассчитать коэффициенты тепловых потерь для различных теплопроводов, определить влияние физических свойств теплоизоляционных материалов на коэффициент тепловых потерь. Содержание отчета: краткие теоретические сведения, раскрывающие тему в соответствии с целью, порядок и результаты расчетов, анализ расчетов и выводы.
Общие положения 1.1.1. Транспортирование тепловой энергии
Основными потребителями тепловой энергии (ТЭ) являются промышленные предприятия и жилищно-коммунальное хозяйство. Для производственных и коммунальных потребителей тепловая энергия необходима в виде пара (насыщенного или перегретого) либо горячей воды. Системой теплоснабжения называется комплекс устройств по выработке, транспортировке и использованию теплоты. Снабжение тепловой энергией потребителей (систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологических процессов) состоит из трех взаимосвязанных процессов: передачи теплоты теплоносителю, транспортировки теплоносителя и использования теплового потенциала теплоносителя. Системы теплоснабжения могут быть децентрализованными (местными) и централизованными. К децентрализованным относятся системы, в которых три основных звена объединены и находятся в одном или смежных помещениях. При этом получение теплоты и передача ее воздуху помещения происходят в устройстве, расположенном в отапливаемых помещениях. В централизованных системах теплота от одного источника подается в здания кварталов, районов. Транспортирование тепловой энергии от источника до потребителей производится по тепловым сетям (ТС), суммарная длина которых в Республике Беларусь в однотрубном исчислении равна более 10 тыс. км*. Основными элементами тепловых сетей являются: · трубопровод, состоящий из стальных труб, соединенных между собой с помощью сварки; · изоляционная конструкция, предназначенная для защиты трубопровода от наружной коррозии и тепловых потерь; · несущая конструкция, воспринимающая вес трубопровода и нагрузки, возникающие при его эксплуатации. К наиболее важным элементам относятся трубы, которые должны быть достаточно прочными и герметичными при максимальных давлениях и температурах теплоносителя, стойкими, с высоким термическим сопротивлением стенок, способствующим сохранению теплоты, неизменностью свойств материала при длительном воздействии высоких температур и давлений. В настоящее время в системе холодного и горячего водоснабжения все большее применение находят пластмассовые трубы. Срок их службы для холодного водоснабжения составляет 50 лет, для горячего — 30 лет. Стальные трубы могут быть пригодными для эксплуатации 7-15 лет, чугунные — 15-20 лет. При этом трудоемкость монтажа пластмассовых труб в 2-3 раза ниже, чем стальных или чугунных. Пластмассовые трубы эластичны, устойчивы к коррозии, обладают высокими гидравлическими свойствами и не требуют ухода, сохраняя необходимую теплоту*. Тепловая изоляция накладывается на трубопроводы для снижения потерь теплоты при транспортировке теплоносителя. Потери тепловой энергии в магистральных и квартальных эксплуатируемых теплосетях во многом определяются качеством изоляционных материалов, технологией их применения и условиями эксплуатации трубопроводов. Широкое применение в качестве изоляционного материала для теплосетей имеют стекловата и минеральная вата в виде матов. Они используются для утепления труб, на которые не передаются механические нагрузки (внутри помещений и в канальной прокладке). Для утепления труб или конструкций, подверженных вибрациям, необходимы маты, усиленные металлической сеткой. В местах, где возможно увлажнение, применяют исключительно минеральную вату и дополнительную изоляцию в виде алюминиевой фольги, штукатурки по металлической сетке и т.д. Температура на поверхности изоляционной конструкции не должна быть выше 60 оС. Толщина слоя изоляции определяется на основании расчетов. На рис. 1.1 представлен элемент современного теплопровода, изготовляемого в заводских условиях, который включает водопроводную стальную трубу 1 для транспортировки энергоносителя, тепловую изоляцию 2 из пенополиуретана и защитный кожух 3 из пластмассы.
Рис. 1.1. Элемент предварительно изолированного (ПИ) теплопровода: 1 — труба; 2 — изоляция; 3 — кожух
Данные теплопроводы являются перспективными и прокладываются непосредственно в грунте, что сокращает затраты на их монтаж и эксплуатацию. Сведения об экономической эффективности применения таких труб приведены в табл. 1.1. Таблица 1.1 Усредненная оценка стоимости прокладки 1 пог. км двухтрубной теплотрассы с различными видами теплоизоляции, у.е.
В канальных трубопроводах каналы сооружаются из сборных железобетонных элементов. Проходные каналы (коллекторы) строят при наличии большого числа трубопроводов и оборудуют их другими подземными коммуникациями — электро- и телефонными кабелями, водо-, газопроводом, вентиляцией, электроосвещением низкого напряжения. Основное их достоинство — возможность доступа к трубопроводу, его ревизии без вскрытия грунта. Полупроходные каналы применяются при прокладке небольшого числа труб (2-4) в тех местах, где по условиям эксплуатации недопустимо вскрытие фунта, и при прокладке трубопроводов больших диаметров (800-1400 мм). Изоляцию трубопроводов в проходных и полупроходных каналах производят следующим образом: наружная поверхность покрывается антикоррозионным слоем (эмаль, изол, бризол и др.), поверх которого накладываются теплоизоляционный слой, асбоцементные футляры, закрепленные стальными бандажами на трубопроводе. Непроходные каналы изготавливают из унифицированных железобетонных элементов. Они представляют собой корытообразный лоток с перекрытием из сборных железобетонных плит. Наружная поверхность стен лотка покрывается рубероидом на битумной мастике. В качестве изоляции устраиваются сетки из проволоки. Сверху кладут антикоррозионный защитный, теплоизоляционный (минеральная вата или пеностекло) слои, защитное механическое покрытие в виде металлической асбоцементной штукатурки. Из-за технического несовершенства в наших ТС потери тепловой энергии по мере старения теплопроводов доходят до 25 % от количества транспортируемой теплоты (в том числе 3-5 % с утечками теплоносителя через неплотности). Удельная повреждаемость на два порядка выше, чем у современных индустриальных конструкций теплопроводов, и не всегда ее можно удержать на приемлемом уровне из-за ограниченности финансовых средств и слабой ремонтно-восстановительной базы предприятий ТС. Средний срок службы традиционных подземных теплопроводов на практике составляет 12-15 лет (а иногда и меньше) при нормативном расчете на 25 лет. Опыт проектирования и строительства ПИ-теплопроводов, накапливаемый в Беларуси с 1994 г., создание отечественных заводов, выпускающих ПИ-трубы, присутствие на рынке зарубежных производителей и наличие нормативной и методической базы определяют в настоящее время возможность повсеместного применения ПИ-труб при прокладке новых теплотрасс и замене изношенных. Действующие нормативные документы рекомендуют прокладывать ТС бесканально с использованием ПИ-теплопровода. При этом не исключаются применяемость и конкурентоспособность других конструкций и технологий подземных и надземных тепловых сетей. Например, теплоизоляции из пенополиуретановых (ППУ) элементов. Диаметр труб колеблется от 50 до 1400 мм. Основную долю ТС составляют распределительные и квартальные сети диаметром 50-300 мм. Большая часть тепловых сетей эксплуатируется 15-25 лет. Около 96 % общей протяженности ТС занимают сети с традиционной теплоизоляцией из минеральной ваты. До появления новейших материалов (в частности, ППУ) она применялась как основная. Однако за долгий срок эксплуатации утратила нужные свойства (не соответствует современным требованиям, предъявляемым к теплоизоляционным материалам ТС), а в ряде случаев изношена физически. Минераловатная изоляция имеет следующие недостатки: · сравнительно высокий коэффициент теплопроводности; · возможное превышение норматива по фактическим теплопотерям уже через 7-12 мес. с начала эксплуатации; · высокая паровлагопроницаемость; · необходимость менять трубы дважды за расчетный реновационный срок службы ТС (25 лет) из-за коррозийного износа; · высокое значение плотности изоляции; · большие трудозатраты при монтаже (в 2-3 раза выше, чем у ПИ-трубопроводов), низкая производительность (в 3-4 раза ниже); · сезонность проведения работ по устройству изоляции. По укрупненным оценкам, для обеспечения надежной работы ТС, прослуживших более 15 лет, следует обновлять их в течение 10 лет, ежегодно перекладывая по 100-120 км. Выбор наиболее предпочтительной конструкции такой теплоизоляции зависит от конкретных условий прокладки и эксплуатации. Расчетный срок службы ППУ-изоляции ТС определяется Европейским стандартом EN 253 по времени ее разрушения под воздействием рабочей температуры теплоносителя: · до 120 °С — 30 лет; · до 130 °С — 9 лет; · до 150 °С — 3…5 лет. Многолетние наблюдения с учетом климатического фактора (продолжительности стояния температур наружного воздуха) в Беларуси показывают: даже при проектном графике в 150 °С максимальная температура прямой сетевой воды не превышает 130 °С (при среднегодовой температуре 90…95 °С). Однако нельзя забывать про следующие недостатки ПИ-теплопровода, которые в определенных условиях делают более конкурентоспособными (цена, конструкция, технология прокладки) при бесканальной прокладке ТС другие конструкции заводского изготовления (например, теплопроводы в пенополимерминеральной и пенополимербетонной теплоизоляции) и даже традиционную канальную прокладку: · покровный слой ПИ-теплопровода, выполненный из полиэтилена (r = 950 кг/м3), не может (в отличие от железобетонных каналов) играть роль несущей конструкции и защищать трубопровод от внешних нагрузок грунта и транспорта, что ужесточает требования к бесканальной прокладке; · наружная полиэтиленовая труба представляет собой паронепроницаемый покровный слой, который не позволяет влаге, проникшей в результате нарушения его целостности во время строительства и эксплуатации, испариться, из-за чего при наличии в составе ППУ коррозийно-активных веществ (изоцианата, огнезащитных добавок) процесс коррозии внутренней (металлической) трубы будет более активным. Тем не менее, теплоизоляция фасонными изделиями из ППУ имеет существенные преимущества перед традиционными вариантами (минеральная вата, стекловолокно), поскольку позволяет: · в несколько раз сократить трудозатраты при монтаже изоляции; · производить монтаж в любое время года; · обеспечить быстрый демонтаж фасонных изделий и доступ к поврежденным участкам трубопровода; · использовать демонтированные фасонные изделия повторно; · продлить расчетный срок эксплуатации до 30 лет; · значительно снизить эксплуатационные затраты. Применяемые для реконструкции ТС, проложенных подземно, ППУ-изделия могут составлять около 25 % в общем объеме тепловых сетей (в эту долю входят в основном магистральные ТС). Квартальные теплосети диаметром до 200 мм включительно должны как при новом строительстве, так и при реконструкции прокладываться бесканально с использованием ПИ-труб. Согласно расчетам, выполненным специалистами РУП " БелНИПИэнергопром", ППУ-теплоизоляция на каждом километре трубопровода диаметром 159 мм позволит сэкономить в год не менее 26000 Гкал, или порядка 4500 т у.т., что полностью оправдывает применение фасонных изделий из ППУ в ТС, отвечает всем требованиям, предъявляемым к инновационным проектам, и в наибольшей степени соответствует реальным условиям развития систем теплоснабжения на основе современных технологий и материалов в Республике Беларусь.
|
