Предварително изолирани тръби за топлопроводи
Начало > В и К > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 6, 2008
Надеждно и дълговечно решение в областта на топло- и водоснабдяването
В последните години при изпълнението на проекти за реконструкция на топлопреносни мрежи все по-често се използват предварително изолирани тръби. Причините тези тръби да са все по-предпочитани пред традиционно използваните не са една и две. Сред основните са лесният им монтаж и добрите им експлоатационни характеристики. Предварително изолираните тръби се монтират посредством безканален метод, който се приема за един от най-надеждните и изгодни от икономическа гледна точка. Тези тръби се отличават и с по-дълъг експлоатационен живот и минимални топлинни загуби и по-малки разходи за експлоатация и ремонт.
По-малък разход на енергия за топлопренос
Предварително изолираните тръби (фиг. 1) представляват системи, състоящи се от работна тръба, изолационен слой и външна защитна обвивка, свързани в обща конструкция. Обикновено вътрешната тръба е стоманена, покрита с топлинна изолация, а външната обвивка е от изкуствен материал. При изменение на температурата на преминаващия през тръбата топлоносител, термичните разширения на стоманената тръба се предават на външната обвивка през изолацията.
Използването на предварително изолирани тръби води до по-малък разход на енергия за пренасяне на топлоносителя, което се дължи на по-малките топлинни и хидравлични загуби. Също така се осигурява висок процент на плътност без течове и загуби, обемът на изкопните работи е сравнително по-малък, а съответно и срокът на изпълнение. Тези тръби се отличават с висока експлоатационна надеждност и дълготрайност, а преносните мрежи с вградени системи за наблюдение позволяват 24-часов контрол по цялото трасе, като евентуалните повреди се откриват с точност до 0,5 метра. Доставката на предварително изолирани тръби с дължина над 6 метра, обаче, изисква специализиран транспорт. От своя страна, присъединителните елементи за тръби с големи диаметри налагат използването на специална техника за монтаж.
Произвеждат се три основни вида тръби
Предварително изолираните тръби намират приложение предимно в топлоснабдителни и водоснабдителни системи. Подходящи са също и за транспорт на нефтопродукти. Произвеждат се основно в три модификации - прави, огънати и гъвкави.
В изграждането на правите тръбопроводи се използват безшевни или правошевни стоманени тръби. Условният им диаметър обикновено варира в диапазона от 20 до 10 000 мм. Тръбите се произвеждат с дължина от 6, 12, 16 или 24 м. Срещат се и конструкции с поцинковани тръби с диаметър от 20 до 150 мм и дължина от 6 м, но те се използват предимно за вътрешно водоснабдяване.
Огънатите тръби се използват за монтаж по начупени терени. Те се класифицират в два основни вида. Първият е т.нар. тръби, които се огъват на място. Обикновено това са тръби за диаметри от 20 до 80 мм. Вторият вид включва тръби, които са фабрично огънати за диаметри от 100 до 600 мм. Те се произвеждат с дължина до 12 м, а радиусът на дъгата се определя при поръчката.
Гъвкавите тръби се използват предимно за изграждане на топло- и водопроводни отклонения към сгради, тъй като обикновено се произвеждат с малки диаметри от ф20 до ф25 мм. Доставят се прави, когато са с дължина 6 м, и навити - за тръби с дължина до 200 м. Вътрешната тръба на гъвкавите предварително изолирани тръби може да бъде безшевна стоманена с висока пластичност, както и медна или полиетиленова. Обшивката обикновено е от гладка полиетиленова или гофрирана тръба, която лесно се огъва.
В последно време, при изграждането на топлопреносните мрежи все повече се използват предварително изолирани тръби, в изолацията на които предварително са вградени медни проводници, с помощта на които се осъществява непрекъснат мониторинг на състоянието на тръбопровода.
Във функцията на свързващи елементи в топлопреносни мрежи
с предварително изолирани тръби се използват предимно различни колена, муфи и отклонения.
Колената са елементи, използвани за промяна на посоката на топлопровода. Те обикновено се произвеждат с ъгли 7,5о, 15о, 45о и 90о. Разделят се основно на два вида - фитинги и предварително изолирани колена. Колената-фитинги се изпълняват на място по подобие на стоманените муфи за свързване на тръби и елементи. Състоят се от два основни елемента - стоманена дъга и разглобяема външна обвивка. След монтаж кухината между двата елемента се запълва с експандиращ пенополиуретан. Конструкцията на предварително изолираните колена е подобна на характерната за фитингите, с тази разлика, че колената са с променена геометрия. Свързването им към останалите елементи се осъществява чрез обикновени муфи, които могат да бъдат стоманени, термосвиваеми или лентови.
Муфите са основни свързващи елементи при изграждането на топлопреносни мрежи с предварително изолирани тръби. Използват се за свързване на отделните тръби или на тръбите с другите елементи на мрежата. Основно са два вида - стоманени с пластмасово покритие и от термосвиваема пластмаса. Термосвиваемите муфи се приемат за един от най-надеждните методи за присъединяване. От друга страна, стоманените муфи с катодна защита се приемат като по-надеждно решение в сравнение с термосвиваемите. Лентовите муфи се използват предимно за свързване на тръби и елементи с диаметри на външния изолационен кожух над 450 мм. Свързването им е сравнително по-сложно. Процесът се осигурява от специализиран агрегат и компютърно контролиран процес на стопяване на двата полиетиленови слоя - на кожуха на тръбата и на муфата.
Три са и конструкциите отклонения
Друг основен елемент от топлопреносната мрежа това са отклоненията. Чрез тях се реализира разклонената топология на мрежата. При изграждане на топлопреносната мрежа се използват основно три вида конструкции на отклонения - отклонения на фитинги, за монтаж по време на експлоатация и предварително изолирани.
Отклоненията на фитинги се изпълняват на място от стоманен тройник с коляно и разглобяема външна обшивка. След като се извърши монтажът, получилата се между тя кухина се запълва с топлоизолационен материал. С подобна конструкция са и отклоненията, предназначени за монтаж по време на експлоатация, т.е. без да е необходимо да се изпразва тръбопроводът. В конструкцията на този тип отклонения е включен и спирателен вентил. Те се врязват в тръбопровода с помощта на специализирани инструменти. Тройниците обикновено са с ъгъл 45о или 90о. Позволява се отклонение до 15о от нормалата на оста на тръбопровода. За присъединяване на предварително изолираните отклонения се използват муфи.
За осигуряване на необходимата експлоатационна надеждност
на системата се използват спирателни органи, обезвъздушители и дренажи. При топлопроводите от предварително изолирани тръби, спирателните органи, които намират приложение са предимно сферични кранове със заварен корпус и сфера от легирана стомана. Обикновено се използват сферични кранове със специално седло от тефлон, с което се осигурява плътност, която не зависи от налягането на водата.
Обслужването на арматурата, която е под земята, се извършва през шахти, подобни на тези от градските водоснабдителни системи.
При монтажа на предварително изолираните тръби се използват само неподвижни опори (фиг. 3). Те не позволяват премествания на тръбопровода под действието на усилията, действащи върху него. Обикновено производителите предлагат неподвижни опори с различен вид изолация, в зависимост от начина на полагане на тръбопровода (надземно или подземно). С неподвижните опори тръбата се фиксира така, че мястото на закрепване на опората към тръбопровода да не се влияе от термичните разширения. Предлагат се предварително изолирани елементи със заварена пластина, които се бетонират на мястото на монтажа. От двете страни на опората тръбите се свързват посредством муфи. При монтажа на тръбите се използват и редица спомагателни елементи. В групата на спомагателните елементи се включват елементи за преход на тръби с различен диаметър, елементи за пресичане на стени, за свързване към съществуваща топлопреносна мрежа, монтирана в проходими или непроходими канали. Когато трасето на тръбопровода преминава през бетонна стена, за да се предпази полиетиленовият кожух на тръбата от нараняване, се нахлузват два предпазни гумени пръстена, между които се навива гресирана лента.
Точно изработване на монтажните планове
Предварително изолираните тръби са подходящи за изграждане на топлопроводи с максимална температура на топлоносителя 130 оС при непрекъсната експлоатация и работно налягане до 1,6 MРa. Допустимата температура при пиково натоварване е 140 оС.
Характерна особеност на топлопроводите, изградени от предварително изолирани тръби, е изпълнението им единствено от елементи, изработени в заводски условия. Това налага при проектиране на мрежата, наред с точното определяне на трасето, с анализа на термичните разширения, с избора на елементи и с хидравличното и топлинното оразмеряване да се изготвят и точни монтажни планове, в съответствие с данни от каталог на фирмата-производител.
Анализът за компенсирането на термичните разширения включва изследване на предварителното топлинно напрягане, тръбните компенсатори, Е-муфите (линзов компенсатор), както и студен монтаж. Целта на топлинното оразмеряване е да се определят топлинните загуби и понижението на температурата на топлоносителя.
Под въздействието на различните работни температури на топлоносителя тръбите са подложени на напрежения на натиск и опън. Якостните изчисления на тръбите определят най-натоварените участъци и сечения. Техният монтаж е разрешен без използването на неподвижни опори или други компенсиращи елементи, при условие че напреженията надвишават максимално допустимото натоварване на металната част от тръбата. За предварително изолираните тръби, монтажни дължини са тези, в които при наличие на колена или чупки на трасето от 90о не е необходимо използването на компенсатори. Монтажните дължини се дефинират в метри във функция от диаметъра.
Монтажът на предварително изолирани тръби се основава предимно на методите - предварителното топлинно напрягане, студен монтаж и т.нар. Е-система. Независимо от избрания метод, следва да се има предвид, че той има определяща роля върху максималните осови напрежения, възникващи в тръбната система.
Предварително топлинно напрягане
При използване на метода на предварителното топлинно напрягане се гарантира, че при средни температури тръбният участък няма да бъде подложен на напрежения, както и че температурните колебания в системата ще бъдат преобразувани в напрежения вместо в движение. Този метод, обаче, изисква наличие на топлинен източник на мястото на монтаж с цел подгряване на участъците, контрол на предварителното напрягане, както и открит изкоп през периода на предварително напрягане, за осъществяването на което се използва вода, пара или електрическа енергия. При този метод на монтаж, в ролята на тръбни компенсатори намират приложение колена, дъги и чупки на тръбите, които са съобразени с трасето и спецификите на терена. Използват се предимно огънати тръби, а за изграждане на отклоненията - и гъвкави тръби. Не се препоръчва използването на колена с ъгъл, по-малък от 60о.
Методът, наречен Е-система, представлява опростен метод за монтаж, при които температурните колебания се поемат от стоманената тръба като напрежения, вместо да се преобразуват в разширения. При този метод за поемане на разширенията се използва единствено линзов компенсатор, който поема движение, съответстващо на напрегната тръба при средна температура на топлоносителя.
Третият монтажен метод - т.нар. студен монтаж, се използва често в практиката. Максималното осово напрежение, действащо върху тръбите, покрити с необходимия земен слой, е 300 N/mm2 при нагряване от 10 до 130 оС.
Монтажни специфики на тръбопроводите
Отклоненията от топлопровода обикновено създават натоварване на огъване. За да се ограничи големината на натоварването, намират приложение различни технически решения, сред които монтаж на неподвижната опора в близост до отклонението, вграждане на две последователни колена, Z-компенсатор, използване на гъвкави тръби за отклонението и др.
В случаите, при които диаметърът на отклонението е близък като размер до диаметъра на основната тръба, се препоръчва отклонението да бъде защитено от претоварване под действието на аксиални напрежения. Възможно е това да се постигне чрез заваряване на отклонението върху армираща рамка. Обикновено производителите посочват минималната отдалеченост от коляното в зависимост от диаметъра на отклонението.
При полагането на предварително изолирани тръби размерите на напречното сечение на изкопа се определят в зависимост от диаметъра на тръбите и вида на използваните допълнителни елементи. Необходимо е да се осигури 100 mm слой от трамбован пясък около тръбите. Също така, минималната дебелина на земния слой над външния изолационен кожух следва да е 400 mm. При невъзможност да се спази това условие, върху пясъчния слой над тръбите се полагат армирани стоманобетонни плочи, които имат за задача земната повърхност да поеме евентуални възникнали натоварвания.
Система за дистанционен контрол
Голяма част от предварително изолираните тръби се произвеждат с вградени в топлоизолацията сензори и медни проводници, с помощта на които е възможно да се изградят системи за непрекъснат дистанционен мониторинг и контрол на техническото състояние на топлопровода.
Чрез електронен уред за индентификация е възможно да се открие повишаване на влажността в изолацията на топлопровода, като мястото на теча, предизвикал сигнала, се локализира с висока точност.
Вижте още от В и К
Новият брой 9/2024
