Особливості споруди трубопроводів.

Російська економіка є однією з найбільш енергоємних у світі. За оцінками IFC (Міжнародної фінансової корпорації), Росія могла б заощаджувати 45%. Така марнотратство оцінюється в розмірі 84-112 мільярдів доларів недоотриманих доходів від експорту нафти і газу. Тим часом, видобуток ресурсів падає, енергетика вже не справляється з забезпеченням внутрішнього попиту: в ряді регіонів зафіксовано дефіцит електроенергії при пікових навантаженнях в зимовий період.

У червні 2008 року Дмитро Медведєв підписав Указ «Про деякі заходи щодо підвищення енергетичної та екологічної ефективності російської економіки», що передбачає зниження до 2020 року енергоємності ВВП Росії не менш ніж на 40% в порівнянні з 2007 роком, однак системні заходи по його реалізації поки не вжито.

Найбільш жалюгідний стан справ в нашій країні склалося в сфері ЖКГ. «Комунальна інфраструктура - це« чорна діра », де безслідно зникають величезні енергетичні ресурси ... Втрати в системі теплопостачання досягають 60%», - зазначив Президент РФ Дмитро Медведєв.

Вирішуючи завдання скорочення тепловтрат, основну увагу приділяють зазвичай теплоізоляції огороджувальних конструкцій. Однак більше половини з названих президентом 60% тепла йде не через стіни і дах, а через трубопроводи опалення та гарячого водопостачання. Таким чином, вирішивши проблему енергозбереження в інженерних мережах, можна домогтися подвійний економії коштів.

Чим вище температура теплоносія, тим більш важливим стає застосування ефективної теплоізоляції. Якщо для гарячого водопостачання температура часто не перевищує 60 градусів, то для квартальних мереж опалення вона доходить вже до 95-ти, а в магістралі, що веде до ЦТП від ТЕЦ, може досягати 150 градусів.

Використання неякісної або недостатньої теплоізоляції, особливо в останніх двох випадках, призводить до того, що буквально на повітря (або в землю) викидається величезна кількість тепла і, відповідно, коштів. Частка втрат в теплових мережах досягає зараз 17% від загального споживання теплової енергії в країні, відзначає ЦЕНЕФ, що складає більше 170 000 000 Гкал, або мінімум 50 мільярдів рублів на рік.

Такий стан речей обумовлено двома об'єктивними причинами. Перша - фізичний знос теплоізоляції. За оцінками Міністерства промисловості та енергетики, в середньому по Росії за рік на кожну сотню кілометрів комунікацій доводиться 200 аварій. Знос тепломереж в деяких регіонах досягає деколи 75%. Набагато раніше сталевих труб і технологічних апаратів виходить з ладу традиційна теплоізоляція, виконана з застарілою скловати по ГОСТ 10499-78, при надземної і підземної канальної прокладки, а також з армопенобетонних або бітумоперліта - при безканальної прокладці. Середній термін служби цих матеріалів складає всього 10 років. У той же час передбачений термін експлуатації трубопроводів дорівнює 25 рокам.

Будучи відносно гідрофільними, старі матеріали вбирають вологу і тим самим ще більш прискорюють корозію металу. Чималі додаткові витрати стають неминучі: або на позапланову заміну теплотраси, або на постійне латання окремих ділянок з попутним ліквідацією трапилися повеней і фонтанів.

Друга причина полягає в невідповідності теплоізоляції сучасним вимогам. Покриття, що використовуються при безканальної прокладці, є за сучасними мірками швидше просто захисними, ніж теплоізоляційними. Теплопровідність армопенобетонних і бітумоперліта навіть в сухому стані становить близько 0,1 Вт / м * град., А при неминучому і швидкому зволоженні збільшується ще в 3-5 разів. У той же час у ефективних матеріалів цей показник не перевищує 0,05 Вт / м * град.

Усім знайомі безсніжні, сухі доріжки-проталини, «позначають» взимку теплову магістраль. Скловата, що випускається за радянським ГОСТом, не задовольняє вимогам не тільки довговічності, але і безпеки - особливо для монтажників.

При використанні сучасних видів теплоізоляції виникає інша проблема. Забезпечити необхідну товщину оболонки деякими матеріалами виявляється занадто дорого. Тому, незважаючи на низьку теплопровідність ізоляційного шару, тепловтрати залишаються високими.

Теплоізоляція трубопроводів проводиться не тільки для скорочення теплових втрат, але й для зниження температури поверхні труб з метою безпечної експлуатації. Зокрема, відповідно до п. 2.1.8 «Правил будови і безпечної експлуатації трубопроводів пари та гарячої води» (ПБ-10-573-03), «... всі елементи трубопроводів з температурою зовнішньої поверхні стінки вище 55 градусів, розташовані в доступних для обслуговуючого персоналу місцях, повинні бути покриті тепловою ізоляцією, температура зовнішньої поверхні якої не повинна перевищувати 55 градусів ». Тому розрахунок товщини теплоізоляції при прокладці в приміщенні може вироблятися як за нормами щільності теплового потоку, так і по заданій температурі на поверхні ізоляції.

Зрозуміло, що і в останньому випадку теплоізоляція виконує обидві функції, однак практично товщина, розрахована по температурі на поверхні, не забезпечує необхідних енергозберігаючих характеристик.

На жаль, орієнтація на безпечну температуру поверхні часто виявляється більш привабливою, оскільки дозволяє обійтися більш тонким шаром теплоізоляції і таким чином «зекономити» кошти. До того ж багато популярні види сучасної ізоляції просто не виробляються достатньої товщини. Наприклад, вироби з спінених полімерів (поліетилену, синтетичного каучуку) випускаються товщиною не більше 13-25 мм - особливості технології роблять виробництво продукції більшої товщини невиправдано дорогим. Така теплоізоляція прекрасно справляється із завданням забезпечення безпечної температури поверхні, однак не задовольняє сучасним поняттям про енергоефективність.

Ставлячи завдання енергозбереження, слід проводити розрахунок теплоізоляції по нормам щільності теплового потоку, регламентованим СНиП 41-03-2003.

Необхідна товщина теплоізоляції визначається відповідно до формул, представленим в СП 41-103-2000. Як приклад можна розглянути трубопровід опалення діаметром 42 мм, з температурою теплоносія 90 градусів, що проходить в приміщенні з температурою повітря 10 градусів, що працює понад 5000 годин на рік. Теплопровідність ізоляції приймемо за 0,04 Вт / м * град, що приблизно відповідає значенню цього параметра для сучасних матеріалів (полімерних і волокнистих) при підвищеній температурі. Результат такого приблизного розрахунку показує, що мінімальна товщина теплоізоляції в цьому випадку складає 38 мм.

Необхідну товщину - від 30 мм - мають вироби з мінеральної вати. Їх застосування дозволяє забезпечити відповідність теплових втрат сучасним вимогам по енергоефективності. Циліндри - найбільш зручна форма продукції для монтажу на трубопроводах - випускаються досить великих діаметрів. Наприклад, кам'яна вата виробляється з внутрішнім діаметром до 273 мм.

Однак теплоізоляція необхідної товщини - ще не гарантія енергоефективності. Поширені помилки можуть привести до значного збільшення тепловтрат. Серед них виділимо дві:

1) Застосування теплоізоляції без обліку монтажного ущільнення волокнистих матеріалів. СНиП 41-03-2003 встановлює, що товщину теплоізоляційного вироби до установки на ізольовану поверхню слід визначати з урахуванням коефіцієнта ущільнення Kc. Для циліндричної поверхні використовується формула:



Де δ1 - товщина теплоізоляційного вироби до установки на ізольовану поверхню (без ущільнення), м;
δ - розрахункова товщина теплоізоляційного шару з ущільненням в конструкції, м;
d - зовнішній діаметр ізолюються обладнання, трубопроводу, м;
Kc - коефіцієнт ущільнення теплоізоляційних виробів.

У цьому ж документі наведені значення коефіцієнта ущільнення для різних матеріалів. Наприклад, для каменноватних виробів ROCKWOOL ТИХ МАТ цей показник дорівнює 1,35-1,2, а для деяких матів зі скляного штапельного волокна доходить до 3,6, що пов'язано з різною орієнтацією волокон всередині матеріалу. У першому випадку вони розташовуються хаотично, а в другому - переважно вздовж підстави мату. Тому утеплювач із скловолокна більше схильний ущільненню. Якщо не враховувати цей фактор, реальна товщина теплоізоляції трубопроводу незабаром виявиться істотно менше розрахункової, що стане причиною непередбачених енерговитрат. І, відповідно, щоб забезпечити розрахунковий показник, необхідно використовувати більший обсяг теплоізоляції.

2) Неправильний монтаж. При установці сталевого захисного покриття слід передбачити відсутність навантаження на шар теплоізоляції. Для цього використовуються спеціальні кріплення, що приймають вага покриття на себе і перерозподіляють на опори. Наприклад, система бандажів і підвісок, що має варіанти для різних діаметрів трубопроводів і товщини теплоізоляції. Ігнорування такого підходу призводить до серйозних деформацій утеплювача і ще більшого збільшення тепловтрат.

Не можна не згадати і ще одну помилку, яка часто зустрічається навіть при дотриманні всіх проектувальних і технологічних правил. При теплоізоляції трубопроводів з усіх прийнятних матеріалів вибираються найбільш дешеві - з очевидною метою заощадити кошти. Але, як це зазвичай буває, невиправдана економія обертається додатковими витратами. В даному випадку - на монтаж. Реальне заощадження ресурсів не тільки в процесі експлуатації, але і в процесі монтажу може бути забезпечено застосуванням найбільш якісних матеріалів. Наприклад, мати мінераловатні прошивні, що випускаються багатьма підприємствами, мають теплопровідність, що досягає граничного значення, вказаного в ГОСТ 21880-94 - 0,044 Вт / м * град. Показник в 0,036 Вт / м * град, яким характеризується продукція високої якості, дозволяє використовувати продукти меншої товщини і, відповідно, скоротити витрати при монтажі.

Наочно побачити всі статті економії можна з кошторису-порівняння. У ній наведено дані по теплоізоляції трубопроводу з зовнішнім діаметром 273 мм, з температурою теплоносія 100 градусів, розташованого на відкритому повітрі, з числом годин роботи в рік більше 5000. Щільність теплового потоку, згідно СНиП 41-03-2003, повинна бути не більше 57 Вт / м. Виходячи з цього, обчислюється необхідна товщина теплоізоляції: матами ROCKWOOL ТИХ МАТ (лямбда = 0,036 Вт / м * град) - 90 мм, матами прошивними по ГОСТ 21880-94 - 110 мм (за рахунок більшої теплопровідності), матами зі скловолокна - 120 мм (за рахунок більшого монтажного ущільнення). Відповідно, обсяг теплоізоляції на 100 метрів довжини трубопроводу дорівнює: 10,25, 13,22 і 14,80 м3 відповідно. Видно, що завдяки меншому обсягу теплоізоляції скорочуються витрати по всіх позиціях монтажних робіт (праця робітників і машиністів, установка бандажних кілець, автотранспорт), а також витрата стали на захисне покриття. В результаті, незважаючи на найбільшу вартість ТИХ МАТ, підсумкові витрати при їх застосуванні виявляються найменшими.

Таким чином, енергозбереження в ЖКГ взагалі і в трубопровідних мережах зокрема нерозривно пов'язане з ефективним використанням теплоізоляції.

Вже на стадії проектування необхідно передбачити товщину ізолюючого шару, що забезпечує відповідність нормам щільності теплового потоку. Далі, для волокнистих теплоізоляційних матеріалів слід враховувати коефіцієнт ущільнення, а при монтажі в обов'язковому порядку застосовувати елементи, що запобігають навантаження на утеплювач з боку захисного покриття. Нарешті, повинні застосовуватися тільки сучасні, якісні і довговічні матеріали, завдяки яким скорочуються витрати не тільки на експлуатацію, але й на спорудження трубопроводів.