Радикальне рішення проблем корозії теплових мереж ЖКГ України - максимальне використання в них труб не схильних до корозії (журнал: Полімерні труби-Україна)
Дуже просте і, на перший погляд, лежить на поверхні рішення. Чому ж у нас досі все так погано із станом теплових мереж?
Поряд із загальновідомими причинами економічного характеру, свою роль зіграли і, на жаль, продовжують відігравати фактори, пов'язані з необгрунтованими і не відповідними сучасному рівню розвитку трубопровідного транспорту нормативними обмеженнями.
В останні 5 років при ремонті та реконструкції (включаючи санування в місцях інтенсивної міської забудови) теплових мереж України (у тому числі і в мереж гарячого водопостачання) з'явилася реальна можливість використовувати високоекономічні і не кородує попередньо ізольовані труби з термостійких полімерних матеріалів. Однак, єдиною, але непереборною, перешкодою на шляху забезпечення населення теплом став, як це не парадоксально, завищений і який не відповідає дійсності температурний графік наших теплових мереж, встановлений чинними в Україні СНиП 2.04.07-86 «Теплові мережі» (які використовуються при проектуванні теплових мереж) на рівні 115 - 150 ° С для трубопроводу, що подає.
Достатньо ознайомитися з звітами практично будь-якого обласного Теплокомуненерго України, щоб усвідомити простий факт - «температура теплоносія в мережі не перевищувала 80 ° С за останні 10 років зважаючи на вимушену економію витрат газу» [1], і це в кращому випадку. Ситуація з вартістю газу, особливо загострилася останнім часом, дозволяє з високим ступенем достовірності зробити прогноз про збереження цієї тенденції ще, як мінімум, протягом наступних 20-30 років.
У зв'язку з відсутністю високих температур в теплових мережах, на сталеві труби, крім широко відомих раніше зовнішньої та електрохімічної корозії, обрушилася нова біда - мікробіологічна корозія внутрішньої поверхні трубопроводів під впливом тіонових, нитрифікуючих, залізо і сульфатредуцюючих бактерій. Кінцевий продукт життєдіяльності більшості цих мікроорганізмів, крім їх безпосередньої шкоди сталевим трубам, - сірчана кислота, яка створює агресивне середовище, ще більш посилює корозійний процес. Хлорування підживлювальної води не гарантує знищення цих бактерій. Багато хто з них здатні розвиватися при 70 ° С і зберігати життєздатність при нетривалому впливі більш високих температур [1].
Таким чином, динаміка процесу виходу з ладу сталевих теплових мереж стала істотно випереджати темпи робіт з їх ремонту та реконструкції. Мало того, що умови експлуатації теплових мереж стають причиною прояву ознак корозійного руйнування недавно прокладених попередньо ізольованих труб зі сталевою провідної трубою вже протягом 3-5 років подібної експлуатації, а не через 25 років, як планувалося.
Найбільш ефективним і можливо єдиним для України виходом із ситуації, що склалася, поряд з терміновим прийняттям заходів з утепління будівель та споруд, є нормативне зменшення, а, практично - легалізація, робочої температури до 80 ° С, що подає трубопровод теплових мереж з робочим тиском до 10 бар включно і масове використання при ремонті та реконструкції цих теплових мереж та мереж гарячого водопостачання попередньо ізольованих труб з термостійких полімерних матеріалів.
Рішення зазначеної вище проблеми істотно полегшує той факт, що нормативна база - ряд стандартів національного рівня, що встановлюють технічні умови до попередньо ізольованих трубопроводів з термостійких полімерних матеріалів в Україні вже розроблені і введені Мінбудом України в дію, це:
- прийнятий нещодавно і введений в дію c 01.08.2007 Національний стандарт України ДСТУ Б В.2.5-31: 2007 «Трубопроводи попередньо спіненим поліуретаном для мереж гарячого водопостачання та теплових мереж . Труби, фасонні вироби і арматура. Технічні умови »;
- ДСТУ Б В.2.5-21-2002 "Труби зі структурованого поліетилену з тепловою ізоляцією зі спіненого поліетилену і захисною гофрованою поліетиленовою оболонкою для мереж холодного, гарячого водопостачання та водяного опалення. Технічні умови ";
- ДБН В. 2.5-22-2002 "Кодекс сформованої практики. Звід правил. Зовнішні мережі гарячого водопостачання та водяного опалення з використанням труб зі структурованого поліетилену з тепловою ізоляцією зі спіненого поліетилену і захисною гофрованою поліетиленовою оболонкою. Том 1 "Проектування" і том 2 "Монтаж, приймання та експлуатація". Розглянемо найбільш перспективні з точки зору поєднання критеріїв надійності і довговічності варіанти використання труб з термостійких полімерів в теплових мережах України з урахуванням наведених вище нормативних документів України, стандартів країн Європейського Союзу, а також аналітичних оглядів і результатів досліджень ряду провідних за цим напрямком європейських фірм: Solvay Padanaplast SpA [2], Dow Europe GmbH [3], Rehau AG + Co [4] та ін. В останні десятиліття в країнах Європейського Союзу найбільш широко використовуються ( та легалізовані для використання в зовнішніх мережах гарячого водопостачання та розподільчих мережах водяного опалення України) три основні конструкції попередньо ізольованих трубопроводів з полімерною провідною трубою:
- провідна труба з РЕХ-а (зшита) / ізоляція зі спіненого ПЕ / оболонка з ПЕ 80 (труби PexInsulPE - по ДСТУ Б В.2.5-21-2002 та ДБН В.2.5-22-2002);
- РЕХ-а (зшитий) / пінополіуретан / ПЕ 80 (труби РЕХ / ПУ за новим ДСТУ Б В.2.5-31: 2007 );
- ПП 80 тип 3/пенополіуретан/ПЕ 80 (труби ПП / ПУ за новим ДСТУ Б В.2.5-31: 2007).
Також слід зазначити що з'явилися в останні три роки цікаві пропозиції конструкцій, що базуються на розробці фірми Solvay Padanaplast SpA: - провідна труба з TUX (РЕХ-b на базі ПЕ 100), зшивається в процесі контрольованого початкового процесу експлуатації / ізоляція зі спіненого ПЕ / оболонка з ПЕ (далі по тесту - TUX / ПЕ);
- провідна труба з TUX (РЕХ-b на базі ПЕ 100), зшивається в процесі контрольованого початкового процесу експлуатації / ізоляція з пінополіуретану / оболонка з ПЕ (далі по тексту - TUX / ПУ), та пропозиції фірми Dow Europe GmbH (розробника і виробника термостабілізованого поліетилену PERT), що дозволяють автору статті зробити висновки про можливість використання провідної труби, виготовленої з нового продукту фірми Dow - термостабілізованого поліетилену PERT тип 2 марки 2388, в якості заміни провідної труби з РЕХ-а і TUX з аналогічним поєднанням ізоляції і оболонки:
- провідна труба з PERT тип 2 марки 2388 / спінений ПЕ / оболонка з ПЕ (далі по тексту - PERT2/ПЕ);
- провідна труба з PERT тип 2 марки 2388 / пенополіруретан / оболонка з ПЕ (далі по тексту - PERT2/ПУ).
Порівняльну оцінку перспективності наведених вище конструкцій в температурному режимі зовнішньої мережі опалення з робочою температурою 80 ° С і робочим тиском 1,0 МПа (як приклад розглядаємо провідну трубу номінальним діаметром 110 мм з різними стандартними розмірними співвідношеннями SDR) проведемо за наступними критеріями:
1. Термомеханічні критерії довговічності і надійності.1.1. Прогнозований час експлуатації труб не менше 40 років при робочій температурі 80 ° С і робочому тиску 1,0 МПа з використанням правила Майнера за результатами випробувань гідростатичним тиском.
1.2. Відповідність регламентного терміну експлуатації труб з полімерів в системах холодного і гарячого водопостачання та водяного опалення з робочим тиском 1,0 МПа і температурним профілем для 5-го класу експлуатації (для високотемпературних радіаторів опалення) по EN / ISO 10508:
| 60 град.С | 80 град.С | 90 град.С | 100 град.С |
| 25 років | 10 років | 1 рік | 100 годин |
1.3. Відповідність регламентного терміну служби труб з полімерів зовнішніх теплових мереж з робочим тиском 1,0 МПа з температурним профілем, схваленим європейським технічним комітетом CEN TC 107:
| 80 град.С | 90 град.С | 95 град.С |
| 29 років | 1 рік | 100 годин |
2. Оцінка можливості використання труб без обмежень по максимальному діаметру.
3. Оцінка можливості використання при монтажі трубопроводу зварювання.
4. Оцінка можливості використання при експлуатації трубопроводу явища
самокомпенсації температурних подовжень труб (спосіб укладання «змійкою).
Термомеханічні критерії
Показником придатності попередньо ізольованої конструкції для експлуатації в трубопроводах зовнішніх мереж опалення є розрахунковий час безаварійної експлуатації T для труб систем опалення під впливом теплоносія з робочим тиском 1,0 МПа і температурних профілем згідно CEN TC 107 (критерій 1.3), поглинаючі температурні профілі згідно критеріїв 1.1, 1.2.
• Труби з конструкцією РЕХinsulPE по ДСТУ 2.5-21-2002 з параметрами провідної труби з РЕХ по ДСТУ Б В.2.5-17-2001 і труби РЕХ / ПУза новим ДСТУ:
Таблиця 1
 | Аналіз табл. 1 і діаграми тривалої міцності (рис. 1) показує, що для зовнішніх мереж опалення з номінальним робочим тиском 1,0 МПа і номінальною робочою температурою 80 ° С переважним є використання труб РЕХinsulPE по ДСТУ Б В.2.5-21-2002 і труб РЕХ / ПУ по ДСТУ Б В.2.5-31: 2007 з провідною трубою з РЕХ з розмірним співвідношенням SDR 9 (Мінімальна товщина стінки провідної труби, при якій попередньо ізольована конструкція відповідає термомеханічним критеріям 1.1, 1.2 і 1.3). Використання провідних труб розмірним співвідношенням SDR 7,4 не виправдано з точки зору оптимізації вартості трубопроводу. Використання провідних труб розмірним співвідношенням SDR 11 при заданих вище параметрах теплоносія недоцільно. Труби РЕХinsulPE по ДСТУ Б В.2.5-21-2002 і труби РЕХ / ПУ по ДСТУ Б В.2.5-31: 2007 з провідною трубою з РЕХ з розмірним співвідношенням SDR 11 можуть бути використані в зовнішніх мережах опалення з номінальним робочим тиском не більше 0,6 МПа. |
• Труби РЕRT2/ПЕ і РЕRT2/ПУ з геометричними параметрами провідної труби з РЕRT тип 2 по РЕХ по ДСТУ Б В.2.5-17-2001:
Таблиця 2
 | Аналіз табл. 2 і діаграми тривалої міцності (рис. 2) показує, що для зовнішніх мереж опалення з номінальним робочим тиском 1,0 МПа і і номінальною робочою температурою 80 ° С переважним є використання завчасно ізольованих конструкцій РЕRT2/ПЕ і РЕRT2/ПУ з провідною трубою з PERT тип 2 з розмірним співвідношенням SDR 7,4 (мінімальна товщина стінки провідної труби, при якій попередньо ізольована конструкція відповідає термомеханічним критеріям 1.1, 1.2 і 1.3). Використання провідних труб PERT тип 2 з розмірним співвідношенням SDR 11 при заданих вище параметрах теплоносія недоцільно. Труби РЕRT2/ПЕ і РЕRT2/ПУ з провідною трубою з PERT тип 2 з розмірним співвідношенням SDR 9 можуть бути використані в зовнішніх мережах опалення з номінальним робочим тиском 0,8 і 0,6 МПа. |
• Труби ПП / ПУ з параметрами провідної труби з ПП-80 тип 3 (PPR) по ДСТУ Б В.2.7-93-2000:
Таблиця 3
 | Аналіз табл. 3 і діаграми тривалої міцності (рис. 3) показує, що для зовнішніх мереж опалення з номінальним робочим тиском 1,0 МПа і номінальною робочою температурою 80 ° С використання труб ПП / ПУ по ДСТУ Б В.2.5-31: 2007 з провідною трубою з ПП-80 тип 3 розмірним співвідношенням SDR 6 (і тим більше SDR 7,4 і SDR 11) не є доцільним у зв'язку з низьким значенням довготривалої міцності провідних труб при 80 ° С (менше 40 років). Труби TUX / ПУ (або TUX / РЕ) змонтовані в не зшитому стані з геометричними параметрами провідної труби з TUX по ДСТУ Б В.2.5-17-2001: У зв'язку з відсутністю діаграми тривалої міцності для TUX в не зшитому стані, розрахунок довговічності НЕ зшитої провідної труби TUX при 80 ° С проводився за допомогою апроксимації даних таблиці 9 "Гідростатична міцність при-80 ° С повторні випробування» ISO 4427:1996 для труб з ПЕ 100, SDR 11 на труби з більшою товщиною стінки (SDR 9 і SDR 7 , 4), відповідної за значенням товщині стінки труб з РЕХ, які використовуються для зовнішніх мереж опалення (див. табл. 1). Розрахунок довговічності провідної труби з ПЕ 100 при 90 і 95 ° С не проводився у зв'язку з втратою матеріалом ПЕ 100 міцності властивостей при цих температурах. Час необхідний для 65% зшивання під впливом теплоносія з температурою 80 ° С визначалося аппроксимацією даних Solvay Padanaplast SpA (рис. 4) з коефіцієнтом, 1,5 за рахунок зниження температури при зшиванні з 95 до 80 ° С. |
Результати, наведених вище апроксимацій наведено в табл. 4.
Таблиця 4
Можливість використання в зовнішніх трубопроводах систем опалення труб з TUX з розмірними відношеннями SDR 9 потребує додаткового вивчення процесу зшивання труб TUX під впливом робочих параметрів теплоносія.
Використання в зовнішніх трубопроводах систем опалення труб з TUX з розмірними відношеннями SDR 11 є недоцільним (див. табл. 1).
Висновки: Оцінка термомеханических критеріїв довговічності і надійності наведених вище конструкцій попередньо ізольованих трубопроводів дозволяє зробити висновок про доцільність переважного використання для зовнішніх мереж опалення з робочим тиском 1,0 МПа і робочою температурою 80 ° С наступних видів попередньо ізольованих труб з полімерних матеріалів:
- Труби РЕХinsulPE по ДСТУ Б В.2.5-21-2002 і труби РЕХ / ПУ по ДСТУ Б В.2.5-31: 2007 з провідною трубою з РЕХ з розмірним співвідношенням SDR 9;
- Труби РЕRT2/ПЕ і труби РЕRT2/ПУ з провідною трубою з PERT тип 2 з розмірним співвідношенням SDR 7,4;
- Труби TUX / ПУ і труби TUX / РЕ, змонтовані в не зшитому стані, з провідною трубою з TUХ розмірним співвідношенням SDR 7,4.
Оцінка можливості використання провідних труб без обмежень по максимальному діаметру
Обмеження по максимальному діаметру характерно для труб з РЕХ і труб з ПП-80 тип 3 (PPR).
Для труб з РЕХ-а - максимальний діаметр обмежений низькою продуктивністю процесу (відомі труби з РЕХ-а з максимальним номінальним діаметром до 400 мм).
Для труб з РЕХ-в - максимальний діаметр обмежений низькою швидкістю зшивання при збільшенні товщини стінки труби. Кінетика зшивання труб з РЕХ-в (або TUX) з номінальним діаметром вище 160 мм і товщиною стінки вище 15,1 м потребує додаткового вивчення з точки зору обгрунтування можливості їх використання в не шитий стані в теплових мережах.
Для труб з PPR - діаметр обмежений процесом формувань труби у зв'язку із збільшеною в порівнянні з трубами з поліетилену та РЕХ товщиною стінки (відомі труби з PPR, SDR 6 з максимальним номінальним діаметром до 300 мм).
Для труб з PERT тип 2 обмеження по максимальному діаметру не характерні і відповідають трубам з ПЕ 80 або ПЕ 100 (відомі труби з ПЕ 100 з максимальним номінальним діаметром 1600 мм).
Для намотуваних в бухти і котушки, попередньо ізольованих конструкцій труб, існуючі сьогодні технології виробництва накладають обмеження щодо використання провідної труби з номінальним діаметром понад 160 мм.
Оцінка можливості використання при монтажі трубопроводу зварювання
Зварювання полімерних труб - найбільш надійний, що не вимагає технічного обслуговування в процесі експлуатації і дешевий спосіб їх з'єднання при монтажі трубопроводу.
Обмеження за способом з'єднання стосуються в першу чергу труб РЕХ. Це обумовлено змінами в структурі матеріалу, при яких монтаж трубопроводів за допомогою зварювання труб між собою і з сполучними деталями неможливий без застосування спеціальних технологій (робота над якими ведеться в даний час). У загальноприйнятому випадку, труби РЕХ з'єднують механічно за допомогою сполучних деталей з латуні і поліфенілсульфону.
Труби з PERT тип 2, PPR і TUX (до зшивання) зварюються аналогічно трубам з поліетилену ПЕ 80 або ПЕ 100.
Оцінка можливості використання при експлуатації трубопроводу явища самокомпенсації температурних подовжень труб (спосіб укладання «змійкою»)
Обмеження за способом можливості підземного укладання «змійкою» стосуються труб з усіх перерахованих матеріалів з номінальним діаметром понад 160 мм і труб з ПП-80 тип 3 (PPR) усіх типорозмірів.
Примітка: при підземній укладанні попередньо ізольованого трубопроводу «змійкою» можна не враховувати його температурні подовження в процесі роботи (див. ДБН В.2.5-22 -2002).
При монтажі трубопроводу змонтованого з прямих жорстких прямолінійних відрізків полімерних труб самокомпенсацією температурних подовжень попередньо ізольованого трубопроводу за рахунок взаємодії оболонки з грунтом, як правило, на практиці (і всупереч широко відомим розрахункам) не спрацьовує. В основі цього явища лежать низька адгезія ізоляції з пінополіуретану до провідних труб з полімерів і різниця в міцності властивості композицій пінополіуретану в порівнянні з композиціями, використовуваними в попередньо ізольованих трубопроводах з провідною сталевою трубою.
Для забезпечення надійної роботи такого підземного трубопроводу теплової мережі необхідно встановлювати компенсатори температурних подовжень провідних труб і проводити розрахунки максимально допустимих довжин прямих відрізків трубопроводу за аналогією з надземною прокладкою.
Заключна частина
У цій статті не розглядалася ефективність ізоляції попередньо ізольованих труб з полімерних матеріалів, оскільки ці дослідження для ізоляції зі спіненого поліетилену вже були проведені у свій час концерном UPONOR, а для «напівжорсткої» ізоляції з пінополіуретану - фірмою REHAU AG [4]. Отримані результати дозволяють стверджувати, що властивості ізоляції не є фактором, що лімітує можливість використання попередньо ізольованих труб з полімерних матеріалів в теплових мережах при розглянутих в цій статті параметрах теплоносія.
У таблицях цієї статті показано обмеження терміну експлуатації труб «не менше 40 років», не дивлячись на теоретично значно триваліший термін, виходячи з їх стійкості до дії внутрішнього тиску в розглянутих параметрах теплоносія. Зазначене обмеження, на думку автора, має враховувати всі інші, і в першу чергу хімічні (наприклад, вплив на труби хлору і кисню, розчинених у воді) фактори, хоча вплив їх на термін експлуатації трубопроводів не оцінюється як визначальне на відміну від термомеханических факторів [ 4], розглянутих у цій статті. Зазначена теза підтверджується також відсутністю даних про руйнування трубопроводів систем гарячого водопостачання та водяного опалення з PPR і РЕХ унаслідок хімічної деструкції за період їх експлуатації в Європейських країнах, наприклад, з 1970 року в Німеччині.
Уявімо результати порівняльного аналізу за наведеними вище критеріями у вигляді таблиці.
Умовні позначення, використані в таблиці:
«+» - Відповідність і відсутність обмежень за даним критерієм;
«+ / -» - Відповідність даним критерієм з урахуванням певних обмежень;
«-» - Не відповідність даним критерієм.
Висновки:
1. Всі розглянуті конструкції попередньо ізольованих трубопроводів, за винятком ПП / ПУ, можливо використовувати в теплових мережах України з робочим тиском до 10 бар включно, в разі прийняття Україною схваленого європейським технічним комітетом CEN TC 107 температурного профілю теплових мереж для попередньо теплоізольованих труб з полімерних матеріалів: 80 ° C - 29 років; 90 ° C - 1 рік; 95 ° C - 100 ч.
2. При виборі типорозміру труб з полімерних матеріалів вкрай важливо враховувати залежність між стандартним розмірним відношенням (SDR) і напругою, що виникають в стінці труби при інших рівних умовах.
3. З урахуванням перспективної можливості виробництва термостійких труб великого діаметру (наприклад, для санації теплових мереж) досить цікавим, з точки зору авторів, є організація виробництва в Україні попередньо ізольованих трубопроводів з провідною трубою, що дозволяє використовувати зварювання при монтажі трубопроводів.
4. Для теплових мереж з робочим тиском понад 10 бар необхідно використовувати попередньо ізольовані трубопроводи з провідною сталевою трубою.
Використана література
1. Микробиологическая коррозия внутренней поверхности трубопроводов одесских тепловых сетей. Коммунальное предприятие «Одессатеплоенерго». – Одесса, 2003.
2. Solvay Padanaplast S.p.A, Moscow Presentatuon Sept 04.
3. PERT, новый класс полиэтиленов для промышленных труб. Детлер Шрамм. Отдел иследований и разработки пластмасс the Dow Chemical Company.
4. Гибкие полимерные предизолированные трубы для теплофикационных сетей: Определение пронозируемых сроков службы. Dr. Alexander v. Bassewitz, Rehau AG + Co, Norbert Jansen, Borealis Deutschland GmbH, Volker Liebel, REHAU AG + Co.
5. EN ISO 15875-2:2003(E) Plastics piping systems for hot and cold water installation – Crosslinked polyethylene (PE-X) – Part 2: Pipes (ISO 15875-2:2003).
6. Е DIN 16833:2005-07 Polyethylene pippe of raised temperature resistance PE-RT Type 1, PE-RT Type 2 – General quality requirements, testing.
7. EN ISO 15874-2: 2003(E) Plastics piping systems for hot and cold water installation – Polypropylene (PP) - Part 2: Pipes.
Журнал "Полімерні труби-Україна"
Читайте також
- Новий клас гнучких багатошарових теплоізольованих труб для внутрішньоквартальних мереж ГВП та опалення (журнал: Полімерні труби-Україна)Технічні статті / 21.03.2007
- Критичні зауваження по способам зварювання труб з термопластичних полімерних матеріалів (журнал: Полімерні труби-Україна)Технічні статті / 16.03.2007
- Як вибрати і купити "правильні" поліетиленові труби (журнал: Полімерні труби-Україна)Технічні статті / 16.03.2007
