Создание самокомпенсирующихся трубопроводов теплосети

Создание самокомпенсирующихся трубопроводов теплосети

Д.т.н. Б.В. Яковлев, профессор,

заведующий сектором РУП «БелНИПИэнергопром»

Уязвимым и неэкономичным звеном наших тепловых сетей (ТС) являются широко распространенные сальниковые компенсаторы, воспринимающие температурные линейные удлинения трубопроводов. Для них необходимо устройство специальных дорогостоящих камер и постоянное сложное обслуживание. Устанавливаются они в зависимости от диаметра трубы через 80−160 м, что требует применения большого количества материалоемких неподвижных опор. На сальниковые компенсаторы приходится значительная доля утечек теплоносителя в ТС (в конце 90-х гг. XX в. получают распространение более совершенные, но дорогие сильфонные компенсаторы — прим. авт.).

Чтобы избавиться от этих недостатков, Украинским институтом электросварки им. Е. О. Патона на основании предварительных проработок [1, 2], совместно с ВНИПИэнергопромом была создана и впервые применена в 1985;1986 гг. в минских и витебских ТС новая конструкция труб с непрерывной по длине компенсацией температурных и других осевых деформаций трубопровода (СК-трубы) [3, 4], представляющая собой электросварную спиральношовную трубу, в стенке которой имеются предварительно сформированные на сворачиваемой полосе гофры (рис. 1а). Гофра — двухзаходная высотой 30−35 мм и шириной 110 мм. Наклон винтовой линии к оси трубы равен 70О.

Первая опытно-промышленная партия СК-труб диаметром 630×7 мм была изготовлена по разработанным техническим условиям на Ждановском металлургическом комбинате. Компенсирующая способность СК-труб из стали 17Г1С без учета предварительного растяжения (осуществляется между неподвижными опорами при монтаже с помощью внутреннего давления или механическим способом) при внутреннем диаметре труб 500−800 мм и толщине стенки 6−8 мм находится в пределах 3,4−2 мм/м. Линейные перемещения имеют место только в /У Ј промежутке между гофрами и не превышают 0,5 мм при нагреве трубы до 150 ОС, т.к. расстояние между витками гофр составляет 300−500 мм.

Компенсирующая способность СК-трубы должна удовлетворять условию: Д0К=б· ДГ, где б — коэффициент линейного расширения материала трубы, принимаемый равным 0,012 мм/(м.ОС); ATрасчетный температурный перепад, ОС.

Первые СК-трубы были рассчитаны на транспорттеплоносителя с температурой до 170 ОС и давлением до 2,5 МПа.

Для упрощения монтажа и сварки СК-труб на их концевых участках длиной 250 мм гофры отсутствуют (рис. 1а).

На 100 м прямолинейного участка СК-труб допускается не более 10 м вставок из гладкостенных труб. Они применяются в местах врезок отверстий, перемычек, зм 25 м спускников и должны быть длиной не менее 1,5 Ду (рис. 2).

На трубопроводах из СК-труб через каждые 20−25 м следует устанавливать направляющие подвижные опоры с ограничением поперечных перемещений трубы, а расстояние между неподвижными опорами может быть до 500 м. Неподвижные опоры устанавливаются на участках из гладкостенных труб длиной не более 3 м. В местах врезки ответвлений для исключения боковых усилий на СК-тру-бопроводе неподвижные опоры устанавливаются только на ответвлениях. Расстояние от точки врезки ответвления до направляющей опоры должно быть не менее 8 м. Задвижки устанавливаются у неподвижных опор.

В г. Минске на СК-трубопроводе канальной прокладки длиной 418 м установлены три неподвижные опоры (рис. 1б): две на концах и одна сборно-разборная посредине для проведения испытаний компенсирующей способности СК-трубы раздельно по двум участкам и в целом по всей длине. Как показали проведенные испытания, неподвижные опоры могут устанавливаться даже через 600−800 м и не применяться вообще при бесканальной прокладке. Экспериментальный СК-трубопровод бесканальной прокладки впервые был проложен в г. Ленинграде (ныне г. Санкт-Петербург — прим. ред.) в 1986 г. Проектирование и строительство ТС с применением СК-труб осуществлялось на основании специально разработанных указаний в виде дополнений к СНиП по тепловым сетям.

За прошедшее время СК-трубопроводы показали хорошую компенсирующую способность и высокую надежность. Одновременно с накоплением эксплуатационных данных периодически проводились натурные испытания по выявлению изменения свойств металла и гидравлического сопротивления СК-трубы в процессе работы. В итоге были сняты опасения о возможной активизации процесса коррозии металла в наиболее напряженных участках трубы — гофрах и выявлено реальное гидравлическое сопротивление СК-трубы. Установлено, что высокое первоначальное напряжение в гофрах не способствует проявлению и активизации локальной коррозии, а в процессе работы оно, напротив, уменьшается, что увеличивает компенсирующую способность гофр [5]. Что касается гидравлического сопротивления СК-труб, то оно оказалось в среднем в 1,7 раза выше, чем у гладкостенных труб. То же показали и испытания модельных образцов СК-трубы на описанном выше теплогидравлическом стенде. Это явилось следствием того, что СК-трубы первоначально создавались без учета энергетических показателей, связанных с транспортом теплоносителя. Однако выполненные в период 1988;1991 гг. БелНИПИэнергопромом совместно с ИТМО АНБ теоретические и экспериментальные исследования с использованием теп-логидравлического стенда позволили улучшить геометрические параметры СК-труб и снизить их гидравлическое сопротивление до величины, присущей традиционным трубопроводам из гладкостенных труб, оснащенным специальными компенсаторами осевых тепловых удлинений. Это означало, что при примерно одинаковых энергозатратах на перекачку теплоносителя и значительно меньших капитальных и эксплуатационных затратах СК-теплопроводы имели существенные преимущества и перспективу перед теплопроводами традиционной канальной прокладки. ВНИПИэнергопромом была создана установка по индустриальному нанесению на СК-трубы пенополимербетонной и пенополиуретановой в трубе — оболочке теплоизоляции. Выпуск СК-труб диаметром 300−800 мм с улучшенной геометрией гофра и гидравликой планировалось начать наХарцызском трубном заводе (Украина), для чего на Ижорском заводе (Россия) был заказан и изготовлен прокатный стан. Но в 1992 г. в связи с распадом СССР дальнейшее совершенствование и применение СК-трубопроводов остановилось.

Сейчас вновь проявляется интерес к СК-трубам и не исключено, что, если они будут иметь такую же теплои гидроизоляцию, как предизолированные теплопроводы в ППУ-изоляции, то они смогут составить конкуренцию последним, учитывая, что для СК-труб не требуется, как для труб в ППУ-изоляции высококачественная, а соответственно, и дорогостоящая сталь, проще технология их монтажа, снимается температурное ограничение по теплоносителю, не ограничивается число циклов нагрева — охлаждения трубопровода.

При незначительном удорожании изготовления СК-труб стоимость теплотрассы и эксплуатационные затраты оказываются на 20−25% ниже, чем в обычных канальных конструкциях (при минераловатной изоляции), за счет отказа от специальных компенсаторов (сальниковых и др.) и камер для их установки, сокращения количества неподвижных и подвижных опор, полного исключения потерь теплоносителя и теплоты с утечками, технологичности и прогрессивности монтажа, а также упрощения эксплуатации. Причем эффект в равной степени приходится как на составляющие энергосбережения, так и материалосбережения. Например, на 1 км подземной канальной теплотрассы из СК-труб диаметром 630 мм экономится 15−20 т металла, 18−20 т цемента, на производство которых требуется 9−11 т у.т. При бесканальной прокладке выигрыш еще больше.

Необходимо совместными усилиями энергетиков Украины, Беларуси и России продолжить работы по совершенствованию и применению предизолированных СК-трубопроводов в ТС и вновь организовать производство СК-труб различных диаметров.

сальниковый компенсатор тепловой сеть.

• 1. Раевский Г. В., Лось А. О., Иванцов О. М. Трубы для газо-и нефтепроводов, тепловых сетей // Автоматическая сварка. 1977. № 2. С. 16−19.
• 2. Новиков В. И., Лось А. О., Стариков Н. П. Самокомпенсирующиеся трубопроводы // Энергетическое строительство. 1986. № 1.С. 30−32.
• 3. Ковылянский Я. А., Лось А. О. Некоторые пути совершенствования и повышения надежности труб тепловых сетей // Задачи технического перевооружения, реконструкции и модернизации систем ЦТ: Сб. тр. ВЭП.-М., 1988. С. 52−60.
• 4. Опыт проектирования и эксплуатации теплотрассы из самокомпенсирующихся труб в г. Минске / В. В. Болку-нец, В. В. Белявский, Б. В. Яковлев и др. //Энергетика и электрификация (Экспресс-информация, серия: Сооружение ТЭС). 1988, вып. 5. С. 1−8.
• 5. Влияние эксплуатационных факторов на малоцикловую прочность самокомпенсирующихся трубопроводов / П. С. Юхимец, Б. В. Яковлев, А. П. Гусенков, Г. В. Москвитин // Изв. ВУЗов и энергетических объединений СНГ. Энергетика. 2001. № 4. С. 67−72.