Попередньо ізольовані полімерні трубопроводи: особливості конструкції і застосування

Попередньо теплоізольовані полімерні трубопроводи є гідною альтернативою для заміни частини застарілих і неефективних теплових мереж. Розглянемо особливості їх конструкції та застосування

Рис. 1. Наочні наслідки поганої ізоляції теплотраси. У центрі Києва на перехресті вулиць Шота Руставелі та Саксаганського прорвало трубу

Для вітчизняного житлово-комунального господарства дуже актуальною є проблема зношеності теплотрас. Близько 70% з них відпрацювали свій ресурс і потребують заміни, а теплові втрати в таких трубопроводах за різними оцінками становлять від 15% до 45% (рис. 1).

Почасти це пов’язано з технологіями, які застосовувалися кілька десятиліть тому, при їх масовому виробництві і укладанні. Зокрема, це погана ізоляція.
При канальному укладанні, яке застосовувалася раніше, труби прокладалися в бетонних лотках. В якості ізоляції металевих конструкцій застосовувалася мінеральна вата.

З плином часу цей матеріал приходить в непридатність через намокання. Адже в лотки часто (під час інтенсивного випадання атмосферних опадів, а також внаслідок підмивання ґрунтовими водами) потрапляє вода. Вона, в деяких випадках, навіть може затікати по лотках в теплопункти (в разі їх розташування нижче рівня землі).

Волога не тільки прискорює процеси теплообміну і, як наслідок, втрат тепла в трубопроводах, а й прискорює корозію. Таким чином, конструкції швидше приходять в непридатність. Це, в свою чергу, призводить до проривів і аварій, які особливо часто спостерігаються на початку опалювального сезону.

У зв’язку з усім цим більшої актуальності набуває заміна трубопроводів на нові, попередньо теплоізольовані, з полімерів. Принаймі, там, де це можливо за необхідним технічним параметрам.

Особливості ізольованих трубопроводів

До головних особливостей полімерних труб можна віднести те, що вони не схильні до корозії і легші. Це спрощує доставку та монтаж. Немає необхідності укладати їх в лотки, якщо це не прокладка під автодорогами.

У випадку з попередньо теплоізольованими в заводських умовах трубопроводами є надійна герметична оболонка також із пластику, яка перешкоджає проникненню всередину води. Відповідно, утеплювач завжди залишається сухим, і його теплофізичні властивості не змінюються з плином часу. Подібні труби в світі застосовуються вже більше 20 років і понад 10 років – в Україні.

Основні області застосування ізольованих труб обмежені їх робочою температурою (для труб з поліетилену PE-Xa – до 115 °С, короткочасно – 120 °С). Це сфера теплокомуненерго, зокрема, при реконструкції старих підключень від квартальних теплопунктів до будівель. У магістральних мережах комунальних теплопостачальних компаній температури вище – до 140 °С, тому полімерні труби не використовуються в принципі.
Крім того, ізольовані полімерні труби часто застосовуються у внутрішньомайданчикових мережах промислових підприємств, в котеджних містечках, у великих садибах, обладнаних окремо стоячої котельні (газової, твердопаливної), В готелях, пансіонатах і базах відпочинку.

Термін служби попередньо теплоізольованих полімерних трубопроводів, в залежності від умов, – до 50 років. Тривалість залежить, перш за все, від температури.

Конструкція ізольованих трубопроводів

Труби для теплотраси різних виробників, продукція яких представлена ​​на українському ринку, відрізняються, перш за все, товщиною шару утеплювача і матеріалом, використовуваним для його створення. Від цього залежить не тільки теплопровідність, а й загальні фізичні характеристики самих труб.

В якості ізоляційного шару, як правило, застосовується спінений поліетилен або пінополіуретан. У першому випадку властивості, що впливають на енергозбереження, трохи менше, однак труба більш гнучка в силу відповідних властивостей матеріалу, і при її укладанні знадобиться робити менше з’єднань, що підвищує надійність трубопроводу. Беручи до уваги характеристики ізоляційних матеріалів, виробники іноді комбінують їх: гнучкі попередньоізольовані труби для теплових мереж випускаються із застосуванням спіненого поліетилену, а жорсткі елементи систем, такі, як коліно, – з пінополіуретану.

Основою для попередньо ізольованої системи найчастіше служать труби із зшитого пероксидним методом поліетилену PE-Xa. Найбільш затребувані внутрішні діаметри – 25, 32 мм. Однак на ринку представлені і великі розміри для великих теплотрас – до 160 мм.
В ізольованій оболонці може розташовуватися не одна, а дві труби паралельно. Це дозволяє відразу прокладати подаючу і зворотню лінії, що знижує витрати на монтаж.

Рис. 2. Ізольовані системи з однією і двома внутрішніми трубами

Герметичність і захист ізольованих теплотрас від механічних зовнішніх впливів і проникнення вологи забезпечує зовнішнє пластикове покриття. Компанії-виробники застосовують різні технології посилення герметичності і боротьби з проникненням небажаної вологи. Наприклад, у виробах компанії Ізоком Україна – системах ГПІ-Ізоком використовуються передові технології. Гнучкі трубопроводи ГПІ-Ізоком в своїй основі містять трубу з PE-Xa з киснево захисним шаром. Вона розрахована на експлуатацію при температурах до 115 °C і тиску до 1,6 бар. Ізоляція – з структурованого спіненого пінополіуретану на основі c-pentane (в трубах одинарних і тандем), яка характеризується коефіцієнтом теплопровідності 0,027-0,029 Вт / м · К. Зовнішня захисна оболонка з поліетилену марки ПЕ 100 – хвиляста, бесшовно екструдована, чорного кольору, гарантує, що пошкодити зовнішнє покриття дуже складно, гідроізоляція надійна що запобігає попадання вологи під оболонку.

Трубопроводи пропонуються в двох варіантах виконання (рис. 2) – одинарні (діаметр внутрішнього трубопроводу від 25 до 125 мм) і подвійні (від 2 × 25 мм до 2 × 63 мм). Довжина бухт в залежності від діаметра становить до 450 м. Мінімальний радіус вигину при температурі зовнішньої оболонки 10°С – від 0,7 до 1,6 м, в залежності від діаметру.

З’єднання і герметичність ізольованих трубопроводів

Системи попередньо ізольованих трубопроводів тому і називаються системами, що, крім труб, як правило, включають безліч різних додаткових компонентів. Зокрема, це фітинги для поворотів (відводи), муфти рівнопрохідні для з’єднань, трійники для виконання відгалужень, латунні перехідники із зовнішнім різьбленням для підключення попередньо ізольованих труб до систем опалення або джерел тепла, прес-фітинги зі сталі або ж нержавіюча сталь, а також затискні фітинги. Для великих теплових мереж (з діаметром труб понад 63 мм і температурним графіком до 95 ° C) як правило використовують прес-фітинги для зварювання, а з температурним графіком до 115 °C використовують затискні фітинги.

При виконанні будь-яких з’єднань внутрішніх труб (зокрема, за допомогою насувних гільз) у випадку з ізольованими трубопроводами виникає питання якісної ізоляції фітингів. Адже тепловтрати в них можуть істотно погіршити загальні енергозберігаючі характеристики системи. Особливо при укладанні безпосередньо в грунт. Ізоляція досягається шляхом застосування муфт термоусадкових або рукавів кінцевих.

Останні являють собою готовий виріб, котрий закриває місце закінчення трубопроводу для гідрозахисту теплоізоляції.

Крім того, деякі виробники пропонують в якості компонентів для систем герметичні вузли введення трубопроводу в будинок. Їх тип і конструкція відрізняються в залежності від небезпеки проникнення води в приміщення зовні. Зокрема, від глибини залягання грунтових вод. Уведення дозволяють запобігти затопленню приміщень будинку.

Рис. 5. Комплект введення теплової мережі в будівлю

Вузол вводу для теплових мереж з високим рівнем грунтових вод компанії Ізоком Україна включає сталеву гільзу, в яку вкладається трубопровід. Між гільзою і трубою розташоване кільце ущільнювача, а також каболка для гідроізоляції. Зовні будівлі на закінчення гільзи і оболонку труби накладається манжета для футляра, що дає ще більшу і надійну ізоляцію стику і запобігає попадання вологи і газів всередину приміщення.

Вузол вводу для випадків відсутності небезпеки підтоплення ґрунтовими водами простіше по конструкції. Він являє собою гумову манжету, яка після монтажу закладається будівельним розчином на основі цементу. До речі, подібні рішення з вузлами введення в західноєвропейських країнах застосовують не тільки для труб систем опалення, але і для інших комунікацій (водо- і електропостачання). У випадку з попередньо ізольованими трубопроводами систем опалення пропонується також така деталь, як коліно будинкового введення (рис. 5). Вона дозволяє вивести трубопровід максимально близько до зовнішньої стіни. Є також термоусадкові кінцеві ковпаки та інші елементи. В цілому, наявність великої кількості компонентів систем дозволяє реалізувати рішення для різних випадків і запитів.

Розрахунок теплових мереж

Принцип проектування теплових мереж на базі ізольованих трубопроводів не відрізняється від звичайних подібних систем. В його основі лежить класичний розрахунок сумарних гідравлічних опорів, виходячи з яких згодом підбирається насосне обладнання. Втрати тиску в трубопроводах наводяться виробниками в табличному вигляді в супровідній документації. Як правило, пропонуються для зручності і комп’ютерні програми для розрахунку.
Втрати тиску, швидкість руху теплоносія і його об’ємна витрата, температура, а також потужність пов’язані між собою (табл.). Так, чим вище перепад температур виходу та повернення води (зазвичай від 15 °С для «теплої підлоги» до 30 °С для радіаторних систем опалення), тим більше можна передати енергії при незмінному об’ємної витрати. Наприклад, по трубопроводу ГПІ-Ізоком з діаметром внутрішньої труби 32 мм і об’ємною витратою 1,4 м3 / год при ΔT = 15 °C можна передати 25,1 кВт потужності, а при ΔT = 30 °C – вже 50,2 кВт , тобто в 2 рази більше.

Об’ємна витрата Потужність при різниці температур між прямим і зворотним потоком 20×1,9 25 х 2,3 32 х 2,9
15 К 20 К 25 К 30 К V R V R V R
1 [л/с] 3/ч] [кВт] [кВт] [кВт] [кВт] [м/с] [Па/м] [м/с] [Па/м] [м/с] [Па/м]
0,06 0,2 3,8 5,0 6,3 7,5 0,29 75,1 0,18 25,0
0,07 0,3 4,4 5,9 7,3 8,8 0,34 98,6 0,21 32,7
0,08 0,3 5,0 6,7 8,4 10,0 0,39 124,9 0,24 41,4
0,09 0,3 5,7 7,5 9,4 11,3 0,44 154,0 0,28 50,9
0,10 0,4 6,3 8,4 10,5 12,6 0,49 185,8 0,31 61,4
0,11 0,4 6,9 9,2 11,5 13,8 0,53 220,3 0,34 72,6
0,12 0,4 7,5 10,0 12,6 15,1 0,58 257,4 0,37 84,8
0,13 0,5 8,2 10,9 13,6 16,3 0,63 297,2 0,40 97,7 0,24 29,4
0,14 0,5 8,8 11,7 14,7 17,6 0,68 339,5 0,43 111,5 0,26 33,6
0,15 0,5 9,4 12,6 15,7 18,8 0,73 384,4 0,46 126,2 0,28 37,9
0,16 0,6 10,0 13,4 16,7 20,1 0,78 431,9 0,49 141,6 0,30 42,5
0,18 0,6 11,3 15,1 18,8 22,6 0,87 534,5 0,55 174,9 0,33 52,4
0,20 0,7 12,6 16,7 20,9 25,1 0,97 647,1 0,61 211,3 0,37 63,2
0,22 0,8 13,8 18,4 23,0 27,6 1,07 769,6 0,67 250,9 0,41 74,9
0,24 0,9 15,1 20,1 25,1 30,1 1,16 902,0 0,73 293,5 0,45 87,5
0,26 0,9 16,3 21,8 27,2 32,7 1,26 1044,1 0,80 339,3 0,48 101,0
0,28 1,0 17,6 23,4 29,3 35,2 1,36 1196,0 0,86 388,1 0,52 115,4
0,30 1,1 18,8 25,1 31,4 37,7 1,46 1357,6 0,92 439,9 0,56 130,7
0,35 1,3 22,0 29,3 36,6 44,0 1,07 582,4 0,65 172,5
0,40 1,4 25,1 33,5 41,9 50,2 1,22 743,5 0,74 219,6
0,45 1,6 28,3 37,7 47,1 56,5 1,38 922,9 0,83 272,0

В якості контрольної цифри при визначенні падіння тиску приймається значення в діапазоні від 200 до 250 Па/м.
Незважаючи на те, що труби добре теплоізольовані, в них відбуваються (хоч і в значно меншій мірі, ніж в старих зношених трубах) втрати тепла. Особливо це відчутно в системах великої протяжності. Величина тепловтрат залежить від температури зовнішнього середовища і теплоносія в трубі. Відповідні дані також наводяться виробниками труб.

Монтаж ізольованих трубопроводів

Укладання гнучких полімерних трубопроводів здійснюється, як правило, в відкриту траншею. Глибина – нижче точки промерзання грунту. Рекомендований рівень прокладки становить, наприклад, 0,8 м. Допускається і зовнішня прокладка, якщо мінімізований ризик замерзання. Втім, варто зазначити, що для трубопроводів з поліетилену це не настільки критично, як для сталевих. Навіть в разі розморожування вони зберігають цілісність.
Безпосередньо монтаж ізольованих трубопроводів може здійснювати вручну бригада з двох-трьох чоловік. При цьому гнучкість труб для теплотраси дозволяє виконувати повороти малого радіусу без застосування фітингів, що знижує трудомісткість робіт.
Важливо дотримуватися техніки безпеки, а в процесі укладання залежить сигнальну стрічку для того, щоб згодом не пошкодити труби під час розкопок.

Автор | 2020-12-17T14:01:39+00:00 14 Грудня, 2020|Проектування|0 коментарів