Эффективная теплоизоляция трубопровода как энергосберегающая технология при транспортировке тепла

И. В. Калачев, гл. инженер, к. т.н., (НПУ «ЗНОК и ППД», г. Бугульма),

В. В. Кунеевский, начальник отдела инженерных систем и оборудования, (Институт ТатНИПИнефть, г. Бугульма)

Р. М. Шаммасов, зав. лабораторией, (НПУ «ЗНОК и ППД», г. Бугульма),

В. Н. Блохин, инженер

(Институт ТатНИПИнефть, г. Бугульма)

В настоящее время в России находится в эксплуатации 30 тыс. км магистральных теплопроводов и более 190 тыс. км остальных теплосетей, которые обеспечивают теплопотребление в объеме 2171 млн. Гкал/год, что примерно соответствует годовому теплопотреблению всех стран Западной Европы 1. Большая часть тепловых сетей построена в 60-е годы, когда страна одна из первых начала широко осваивать системы централизованного теплоснабжения. Наиболее широко применяемая в тот период технология прокладки трубопроводов в непроходных каналах с теплоизоляцией преимущественно из минеральной ваты сохранилась и по сей день. Вследствие интенсивных термовлажностных и термохимических воздействий окружающей среды свойства заложенной теплоизоляционной конструкции снижаются, тем самым теплопотери превосходят нормативные в 2-3 раза. Из-за высокой интенсивности коррозионных повреждений срок службы существующих трубопроводов не превышает

12-15 лет, что в 1,5-2 раза ниже показателя Западных стран.

Развитие в России рыночных отношений и наметившаяся мировая тенденция энергетического дефицита требует разработки технических решений по снижению тепловых потерь в системах теплоснабжения. В НПО «ЗНОК и ППД» (защита нефтепромыслового оборудования от коррозии и поддержание пластового давления) ОАО «Татнефть» с начала 90-х годов ведется интенсивная работа по изучению данной проблемы. Проведен анализ новейших зарубежных и отечественных технологий по антикоррозионной и тепловой изоляции трубопроводов. Наибольший интерес вызвала широко применяемая в западных странах конструкция теплогидроизоляции теплопроводов типа «труба в трубе» с использованием пенополиурета-нового теплоизолятора. Пенополиуретан обладает наименьшей теплопро-водностью по сравнению с традиционными теплоизоляционными материалами. Закрыто-пористая структура (не менее 88% закрытых пор) препятствует увлажнению материала при контакте с влажной средой, тогда как увлажнение широко применяемой минеральной ваты ведет к снижению ее теплоизоляционных свойств в 2 раза. Низкая плотность пенополиуретана (60-80 кг/м3) и достаточно высокая механическая прочность (прочность на сжатие 0,4-0,6 Н/мм2) позволяют проводить теплоизоляцию труб в цеховых условиях, осуществлять их транспортировку, монтаж и эксплуатацию без повреждений.

На базе опытно-экспериментального производства НПУ «ЗНОК и ППД» разработана технология и введен в эксплуатацию цех по выпуску труб с монолитной теплогидроизоляцией. В качестве теплоизоляционного материала принята безфреоновая пенополиуретановая композиция марки

«Изолан-345» ТУ 2254-229-10480596-97 отечественного производства. Данный материал позволяет эксплуатировать трубы с температурой теплоносителя до 150 0С, которая соответствует проектному значению пиковых нагрузок российских тепловых сетей.

Технологический процесс формирования гидротеплоизоляции типа

«труба в трубе» включает следующие операции:

дробеметная очистка наружной поверхности стальных труб

(первая степень очистки по ГОСТ 9402-80);

установка на трубу центраторов и размещение ее в оболочке по принципу «труба в трубе»;

заполнение межтрубного пространства теплоизолятором.

Благодаря высокой адгезионной способности пенополиуретан защищает очищенную стальную трубу от коррозии, пассивируя активные центры на металле. Для трубопроводов подземной бесканальной прокладки в качестве гидроизоляции используют оболочку из полиэтилена высокой плотности. Для надземной прокладки используют оболочку из оцинкованной жести.

Параллельно с технологией гидротеплоизоляции труб была освоена технология гидротеплоизоляции сварных соединений и фитингов (отводов, тройников, задвижек и т. д.). Диапазон диаметров выпускаемых труб и трубопроводных элементов составляет от 57 мм до 530 мм. Номенклатура серийно выпускаемой продукции на производственной площади, равной 1790 м2, составляет более 50 единиц.

Расчет толщины изоляционного слоя для каждого типоразмера труб проведен по нормированному значению линейного теплового потока 2.

На рисунке представлены графики зависимости толщины теплоизоляции из пенополиуретана от линейной плотности теплового потока с поверхности 1 м длины трубы для каждого типоразмера. Точки пересечения кривой с графиками соответствуют выбранным значениям толщины изоляции для нормированного значения тепловых потерь. Выпускаемые трубы классифицируются по двум типам: с нормальной изоляцией и с усиленной, в зависимости от средней температуры окружающей среды за отопительный сезон в районе эксплуатации труб.

Экспериментальный трубопровод диаметром 159 мм с установленным узлом учета потребления тепла подтвердил расчетные значения экономической эффективности использования предложенной гидротеплоизоляции. Годовая экономия тепла с одного километра трубопровода составила 237 Гкал, что соответствует экономии 41 т условного топлива. Бесканальный метод прокладки трубопровода позволил сэкономить более 30% капитальных вложений при строительстве (см. таблицу). Надежная антикоррозионная защита трубопровода увеличивает его срок службы до 25 лет. Экономический эффект за расчетный период работы трубопровода составляет 1745 тыс. рублей на 1 км за счет экономии капитальных вложений, снижения теплопотерь, сокращений числа повторных замен трубопровода и его ремонтов. Срок окупаемости вложенных средств не более одного года.

к толщина изоляции, мм

(Т=-10 0С)

 

средняя температура за отопительный сезон

q линейная плотность теплового потока, Вт/м

Рис. Расчетная толщина теплоизоляции труб в зависимости от нормированного значения линейной плотности теплового потока

Начиная с 1996 года смонтировано более 100 км труб с пенополиуретановой теплоизоляцией, изготовленных в НПУ «ЗНОК и ППД». Такое количество сопоставимо с общей длиной тепловых сетей города с населением 100 тыс. человек. Заказчиками теплоизолированных труб являются городские хозяйства Республики Татарстан, Оренбургской

области и северных районов. За последние 2 года производилась реконструкция магистральных теплотрасс в г. Альметьевске (Республика Татарстан) и г. Покачи (Ханты-Мансийский АО) с использованием теплоизолированных пенополиуретановых труб с внутренним термостойким антикоррозионным покрытием, технология нанесения которого разработана специалистами НПУ «ЗНОК и ППД» и освоена на Бугульминском механическом заводе ОАО «Татнефть».

Таблица

Оценка стоимости прокладки 1 км теплотрассы  159 мм

Вид работы

Пенополиуретановая теплоизоляция

Теплоизоляция минераловатная

Объем работ

Стоимость,

тыс. руб.

Объем работ

Стоимость,

тыс. руб.

Строительно-монтажные работы, в том числе:

1 км

362,06

1 км

1073,5

Земляные работы

1000 м3

197,34

2940 м3

305,57

Прокладка трубопроводов

1 км

164,72

1 км

45,61

Устройство непроходных каналов

1 км

438,34

Железобетонные лотки

250 м3

283,98

Выпускаемые в НПУ «ЗНОК и ППД» теплоизолированные трубы по своим техническим характеристикам соответствуют европейским стандартам 253 и 448.

(Материал взят из книги Научнотехнический калейдоскоп Серия «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности» — Шарапов В. И.)