АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОКЛАДКИ ТРУБОПРОВОДОВ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ В ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ГРУНТАХ НИЖЕ ГЛУБИНЫ ПРОМЕРЗАНИЯ

АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОКЛАДКИ ТРУБОПРОВОДОВ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ В ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ГРУНТАХ НИЖЕ ГЛУБИНЫ ПРОМЕРЗАНИЯ

Калинин М. С., Варфоломеева О. И., Хворенков Д. А.

Ижевский государственный технический университет

tguug@istu.ru

На сегодняшний день в России эксплуатируется более 250 тыс. км тепловых сетей [1], из них большая часть проложена под землей в проходных, полупроходных и непроходных каналах. Основная проблема систем теплоснабжения — высокие теплопотери в процессе их эксплуатации, основными причинами которых являются намокание и разрушение тепловой изоляции. Намокание теплоизоляции в канале происходит в результате утечек в трубопроводах тепловых сетей, арматуре, сетях холодного водоснабжения, а также высокая влажность грунта.

По данным ООО «Удмуртские коммунальные системы», в г. Ижевске износ тепловых сетей достигает 70%, причем значительную часть износа составляет разрушение изоляции и дальнейшая наружная коррозия трубопроводов.

Сегодня существует множество альтернативных видов тепловой изоляции. Наиболее эффективные из них — пенополимерминеральная (ППМ) и пенополиуретановая (ППУ).

Целью работы является анализ эффективности применения бесканальной прокладки трубопроводов в ППМ и ППУ изоляции ниже глубины промерзания грунта в условиях повышенной влажности в сравнении с канальной прокладкой трубопроводов в минераловатной изоляции. Капитальные затраты на прокладку тепловых сетей с температурным графиком 130–70 оС были приняты по результатам сметного расчета. Расчеты производились для участка теплотрассы протяженностью 135 м в существующем районе г. Ижевска. Рассматривались следующие варианты прокладки тепловых сетей: канальная прокладка стального трубопровода в теплоизоляции «URSA» М25 на глубине 1 м, бесканальная прокладка на глубине 2,1 м предизолированных стальных трубопроводов в ППМ изоляции и трубопроводов «Casaflex». Расчет теплопотерь от двухтрубного теплопровода, проложенного в канале, производился по методике, описанной в [2].

При расчете термических сопротивлений всех рассматриваемых вариантов прокладки тепловых сетей, коэффициент теплопроводности грунта принят для водонасыщенного грунта по [3]. При канальной прокладке дополнительно учитывалось регулярное затопление канала грунтовыми водами и смежными коммуникациями коэффициентом Клямбда [там же]. Коэффициенты теплоотдачи от поверхности изоляции и стенки канала приняты по [4]. Так как стенка трубы и покровный слой теплоизоляции имеют очень маленькое термическое сопротивление, то при расчете они не учитываются.

Расчеты теплопотерь всех вариантов прокладки производились для каждого месяца отопительного периода, климатические данные приняты по [5]. Результаты расчетов представлены на рис. 1.

Из первого графика видно, что теплопотери в обоих случаях бесканальной прокладки (ППМ и «Casaflex») почти в 2 раза меньше, чем теплопотери при прокладке в канале. Например, удельные теплопотери одного метра трубы в феврале за час составят:

•при прокладке трубопроводов в канале — 0,000123 Гкал/ч•м;

•при бесканальной прокладке в ППМ изоляции — 0,000051 Гкал/ч•м;

•при бесканальной прокладке трубы «Casaflex» — 0,000056 Гкал/ч•м.

Кроме того, при канальной прокладке в условиях постоянного затопления теплоизоляционные свойства минераловатной изоляции сводятся к нулю.

При расчете материальных затрат не учитывались эксплуатационные затраты. Срок службы трубопроводов в ППМ изоляции и «Casaflex» приняты по данным производителя 20 и 50 лет соответственно. Срок службы тепловых сетей без текущих ремонтов при канальной прокладки для условий регулярного затопления канала принят — 8 лет (на основании опыта эксплуатации теплопроводов ООО «Удмуртские коммунальные системы»).

При рассмотрении длительного периода эксплуатации (рис. 2) видно, что за счет высоких теплопотерь стоимость прокладки трубы в канале приближается к стоимости прокладки трубы «Casaflex», а после восьми лет эксплуатации за счет стоимости капитального ремонта становится на порядок дороже.

По диаграммам можно сделать вывод, что оба варианта бесканальной прокладки более эффективны как с технической, так и с экономической стороны при прокладке теплопровода в водонасыщенных грунтах, по сравнению с распространенной прокладкой теплотрассы в лотковом канале с теплоизоляцией минераловатными материалами.

Литература

1. Кузнецов Г. В., Половников В. Ю. Численное моделирование теплового состояния трубопровода в условиях затопления с учетом нестационарности процесса насыщения теплоизоляции влагой // Теплоэнергерика. 2008. № 5. С. 60–64.

2. Соколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети. М. : Изд-во МЭИ, 1999.

3. РД 153-34.0-20.523-98 Методические указания по составлению энергетических характеристик для систем транспорта тепловой энергии.

4. СНиП 2.04.14-88 Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов.

5. СНиП 23-01-99 Строительная климатология.

6. СНиП 41-03-2003 Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. М. : Изд-во стандартов, 2004.

Материал предоставлен кафедрой

«Энергосбережение» УГТУ-УПИ