Теплосети из гибких теплоизолированных труб

Информация может быть не достоверна

    В течение вот уже более 10 лет на российском рынке присутствуют гибкие полимерные теплоизолированные трубы для внутриквартальных сетей (ГВС) и отопления. Первые трубы этого типа завозились из-за границы.  Сегодня трубы нового образца производят в России...

 Гибкие системы: первые «ласточки» из Европы

   Ведущими производителями гибких полимерных теплоизолированных труб считаются именно европейские фирмы, т. к. именно в Европе идеи энергосбережения в теплоснабжении были наиболее востребованны. Для сравнения можно сказать, что на таком потенциально емком рынке, как американский, гибкие теплоизолированные трубы практически отсутствуют. Нет ни одного американского производителя этого вида труб, в то время как металлические трубы в ППУ-изоляции представлены довольно широко.

  Говоря о применении гибких труб в тепловых разводящих сетях, нужно иметь в виду, что европейские фирмы разрабатывали не просто трубы такого вида, а целые системы гибких полимерных теплоизолированных теп­лопроводов. Понятие системы в этом случае является довольно емким. Наряду с фитингами, комплектующими и специализированным оборудованием для монтажа теплопроводов на трассе, сюда также входят: сама конструкция труб и система их сопряжения с традиционными (металлическими) тру­бами и с запорной арматурой, система гидроизоляции, система тепловой самокомпенсации и система ОДК (если мы говорим о трубах с несущими спирально-гофрированными трубами из нержавеющей стали). Сюда же следует отнести и целый набор технических решений по прокладке гибких труб в сложных условиях плотной городской застройки, систему расчета тепловых потерь и систему гидравлических расчетов, сильно отличающиеся от применяемых для металлических труб в ППУ-изоляции.

  Отдельно нужно сказать о системе тепловой самокомпенсации гибких полимерных теплоизолированных труб. Несмотря на то, что коэффициент теп­лового расширения полиэтиленовых труб существенно выше, чем у металлических, тем не менее благодаря низкому значению модуля упругости в трубах возникают незначительные напряжения, которые, однако, существенно ниже прочностных показателей материала труб и не могут привес­ти к потере их устойчивости.

  Ведущие европейские фирмы по-разному подошли к конструированию своих систем гибких полимерных теп­лопроводов. У каждой из этих систем есть свои положительные и отрицательные стороны. Но объединяет их одно: все они - это законченные системы, которые благодаря значительным людским ресурсам и финансовым вливаниям, направленным на их разработку, сочетают в себе решения всех означенных вопросов. И слепое копирование части этих систем (например, только труб) либо применение данных систем в не предназначенных для них условиях эксплуатации часто приводит к нежелательным последствиям и большим финансовым рискам. Кроме того, при неграмотном копировании подобных систем дискредитируется сама идея применения гибких полимерных труб в тепловых сетях.

  При всех достоинствах европейских систем этих труб необходимо учитывать, что все они без исключения были разработаны для весьма специфических европейских условий. Как известно, в европейских странах практически отсутствуют системы единых централизованных сетей в масштабе больших городов. В основном распределительные тепловые сети там обслуживают несколько небольших кварталов с небольшими тепловыми станциями. Кроме того, во многих европейских странах последовательно реализуется программа по снижению температуры теплоносителя, что сильно понижает нагрузку на тепловые распределительные сети.

Национальный колорит: аршином общим не измерить

  Итак, чем же не устраивали российские муниципальные теплоснабжающие организации те системы, которые предлагали европейские производители? В первую очередь, конечно, диаметрами несущих труб. Если в стандартной номенклатуре европейских заводов наибольший диаметр, несущих гибких теп­лоизолированных труб составлял 110 мм (трубы использовались для замены металлической трубы диаметром 108 мм), то для теплоснабжающих российских организаций требовались трубы диаметром, по крайней мере, до 150 мм (для замены металлической трубы - 159 мм), а лучше - 203 мм (для замены трубы - 219 мм). Казалось бы, чего проще - надо попробовать теплоизолировать несущие трубы из сшитого полиэтилена (РЕХ) диаметром 140 и 160 мм.

  Но на практике реализовать это оказалось совсем не просто. И если трубы диаметром 140 мм еще как-то можно было намотать на барабан, то для труб диаметром 160 мм такой вариант был практически неприемлем. Можно было бы пойти по пути уменьшения толщины стенки трубы, чтобы сделать ее более гибкой, но что тогда делать с рабочим давлением трубы?

  Дальше - больше. Трубы больших диаметров нужны российским тепловикам еще и на давление 1 МПа. Это и понятно: большие диаметры предполагают и большой расход воды, но надо учитывать, что трубы такого формата применяются в высотном строительстве. Хотя в Европе такие трубы практически не применяются, в западной практике есть техническое решение для производства гибких теплоизолированных труб на такое давление - это применение несущих труб РЕХ с увеличенной толщиной стенки (SDR 7,4). Именно по такому механистичному пути и пошло большинство европейских фирм, пытаясь завоевать российский рынок.

  Надо сказать, что даже для диаметров 110 мм такие трубы с увеличенной толщиной стенки представляют собой, мягко говоря, необычное зрелище. Они скорее похожи на стволы артиллерийских орудий, чем на трубы для транспортировки теплоносителя. Понятно, что сечение подобных труб оказывается сильно занижено (примерно на 20%), а об их гибкости, даже для диаметра 110 мм, говорить довольно трудно, для диаметров же 140 и ­160 мм - просто невозможно. Но и это еще не все. В Европе все гибкие теплоизолированные трубопроводы с несущими трубами из сшитого полиэтилена используются либо на рабочие температуры до 95°С и рабочее давление до 0,6 МПа (district heating pipe), либо до температуры 70°С и давление до 1,0 МПа (hot water sanitary pipe). И при этом никогда гибкие полимерные теплоизолированные трубы не используются на температуру 95°С и давление 1 МПа одновременно. Это крайне неприятное ограничение, которое практически закрывает дорогу применению стандартных гибких тепловых труб для систем отопления в высотном строительстве (17 этажей и выше).

  Последний факт ни разу не отрицался европейскими производителями, и это легко понять из их технической документации. Для тепловых распределительных сетей европейских стран подобное применение гибких тепловых труб не очень актуально: в Европе практически нет высотных домов, подключенных к муниципальным тепловым сетям. Другое дело - российские города с многоэтажными спальными районами. Учитывая, что европейские гибкие тепловые трубы поступают в Россию через торгующие организации, уровень технического сопровождения проектов по прокладке этих труб оказывается довольно низким. Вот и появляются в каталогах некоторых российских дилеров фразы об использовании гибких полимерных труб при температурах 105 и даже 110°С. Подобные случаи неграмотного применения полимерных технологий в тепловых распределительных сетях могут привести к потере доверия не только к европейским маркам, но и к самой идее использования полимеров в этой области.

Многослойный «пирог», или «Наш ответ Чемберлену»

   Для российских, более жестких условий эксплуатации нужна была другая система. Принимая во внимание, что классические трубы из сшитого полиэтилена при таких предельных нагрузках имеют ограниченный срок эксплуатации, изменение системы означало изменение самой конструкции несущей трубы.

  Что представляет из себя современная гибкая теплоизолированная труба (на примере одного из ведущих российских производителей)?

 Труба представляет собой многослойный «пирог», основу которого составляет все та же труба из РЕХ‘а (но тонкостенная), армированная кевларовой нитью. Последовательность и толщина всех технологических слоев подобраны таким образом, чтобы полученная в итоге труба представляла собой монолитную конструкцию, выдерживала все необходимые испытания, а армирующий слой находился внутри ее тела. При этом суммарная толщина ее стенки оказалась меньше толщины стенки традиционной трубы из сшитого полиэтилена на 0,6 МПа, что позволило очень существенно увеличить ее гибкость. А это, в свою очередь, способствовало созданию гибкой трубы на давление 1 МПа до диаметра 160 мм. Но самое главное, что разработанная труба выдерживает испытания на требуемые максимальные нагрузки - 95°С и 1 МПа одновременно.

Игра в «догонялки»

  Однако за прошедшие годы не стояли на месте и европейские производители. В конструкции их систем появился целый ряд усовершенствований, способствующих значительному увеличению срока службы теплоизолирующего слоя. В частности, стали выпускаться гибкие тепловые трубы со специальным слоем, препятствующим диффузии вспенивающего газа из слоя ППУ и замещению его атмосферным кислородом. Дело в том, что, как показали многочисленные исследования последних лет, вследствие эффекта замещения коэффициент теплопровод­ности теплоизоляции в течение 10 лет эксплуатации увеличивается на 15%. Очевидно, что ухудшение теплоизолирующих свойств в этом случае оказывается довольно существенным. Но, при разработке российских труб данные усовершенствования также были внесены в новую конструкцию труб.

Московский опыт: языком цифр

 За первые 5 лет после начала производства российских гибких систем в Москве было построено около 610 км тепловых разводящих сетей с применением гибких теплоизолированных труб одного из российских производителей. 5 лет - это тот срок, за который успевают накопиться репрезентативные статистические данные по аварийным ситуациям.

 Очевидно, что даже в самых надежных трубопроводных системах самым уязвимым местом являются стыки. В случае гибких теплоизолированных труб стыки в середине трассы практически отсутствуют (за исключением редких случаев применения тройников из нержавеющей стали, срок службы которых достаточно высок), и говорить, видимо, нужно о концевых фитингах - переходах на металлическую трубу. Попутно заметим, что несмотря на то, что сами фитинги изготавливаются из черного металла, они никоим образом не влияют на срок жизни всего отрезка трубопровода из сшитого полиэтилена. Это связано с тем, что стальная труба, с которой соединяется полимерный трубопровод, выйдет из строя раньше, чем фитинг, а при замене металлической трубы заменяется и сам фитинг. И тем не менее абсолютное количество фитингов, лежащих в земле, и относительное количество фитингов на единицу длины трубопровода являются важными величинами, характеризующими долговременную надежность всей трубопроводной системы. Как показал анализ небольшого количества аварийных ситуаций (о которых будет сказано ниже), практически все они случались на концевых соединениях. Статистическая обработка данных о комплектации московских объектов рассматриваемыми трубами показала, что на всех объектах лежит около 14 500 отрезков гибких теплоизолированных труб. Соответственно, количество фитингов (в подавляющем большинстве переходов на металл), лежащих в земле, - около 29-30 тыс. штук. Попутно можно заметить, что если бы все эти объекты были смонтированы с применением металлических труб, то количество стыков (то есть сварных швов, находящихся в земле вдоль всей трассы и наиболее подверженных коррозии) было с учетом компенсаторов в 4 раза больше, т. е. порядка 120 тыс. стыков. За все пять лет зафиксировано 32 аварийные ситуации с официальными рекламациями к производителю. Из них в 20 случаях протечки были обнаружены в первые 1-2 дня после опрессовки и вызваны неквалифицированным монтажом фитингов и нарушением инструкций завода-изготовителя.

Причины остальных 12 аварийных случаев распределились следующим образом:

1. Проведение строительных работ в месте прохождения теплосети без соответствующих мер предосторожности - 2 случая.

2. Повреждения трубы при погрузочно-разгрузочных работах - 3 случая.

3.  Наличие крупного строительного мусора в траншее и отсутствие строительных матов на поворотах в каналах - 3 случая.

4.Некачественные фитинги -2 случая.

5. Пропуск стыков напорной трубы по вине завода-изготовителя - 2 случая (оба случая произошли в первый год выпуска продукции).

  Таким образом, аварийность гибких трубопроводных систем по приведенным данным составляет 1 случай на 51 км за 5 лет или в среднем, с учетом неравномерного распределения аварийности по годам, 1 случай на 95 км трубопроводов в год. Приведенная цифра оказалась очень близкой к той, что приводится в статистике аварийных случаев при использовании гибких теплоизолированных труб в Европе.

По материалам А. Ю. ШМЕЛЕВА, М. М. КУЗИНА, А. В. САЗОНОВА, журналов «Химия и бизнес» и «Пластические массы»