Теплоизоляционные конструкции при подземной прокладке тепловых сетей

Все подземные теплопроводы, и в пер­вую очередь теплопроводы бесканальные и в непроходных каналах, работают, как правило, в условиях высокой влажности и повышенной температуры окружающей среды, т.е. в условиях, весьма благоприят­ных для коррозии металлических сооруже­ний. Поэтому важнейшим элементом явля­ется изоляционная конструкция, назначение которой не только защита теплопровода от тепловых потерь, но, что еще более важно, защита трубопровода от наружной корро­зии.

От успешного решения этой задачи не­посредственно зависит долговечность теп­лопровода.

Высокое тепловое сопротивление изоля­ционной конструкции, что практически оз­начает низкий коэффициент теплопроводности изоляционного слоя, необходимо для снижения тепловых потерь теплопровода.

Требование низкого влагопоглощения также связано с задачей снижения тепловых потерь, так как при увлажнении изоляцион­ного слоя повышается его теплопровод­ность и возрастают тепловые потери. Одна­ко этим не исчерпывается роль низкого вла­гопоглощения изоляционной конструкции. От влагопоглощения изоляционной конст­рукции, так же как и от ее воздухопроницае­мости и электросопротивления, существен­но зависит долговечность подземных теп­лопроводов.

Наружная поверхность стальных под­земных трубопроводов подвержена воздей­ствию часто взаимосвязанных процессов электрохимической и электрической корро­зии. Основным агентом, вызывающим кор­розию подземных теплопроводов, является кислород, растворенный во влаге, посту­пающей из окружающего грунта через изо­ляцию к поверхности трубы. Процесс кор­розии интенсифицируется при наличии во влаге, поступающей из грунта, или в изоля­ционном слое, через который проходит вла­га, агрессивных веществ: диоксида углерода (С0₂), сульфатов (S0₄) или хлоридов (С1).

Другим источником поступления кисло­рода к наружной поверхности стального трубопровода является воздух. Обогащая влагу кислородом, воздух интенсифициру­ет коррозию. Поэтому для защиты наруж­ной поверхности стальных трубопроводов от электрохимической коррозии необходи­мо обеспечить не только низкое водопоглощение, но и низкую воздухопроницаемость изоляционной конструкции.

В том случае, когда изоляционный слой выполнен из пористого материала, напри­мер минеральной ваты, пенобетона, битумоперлита и др., необходимо защитить его от внешней влаги и воздуха наружным по­крытием из материала с низким водопоглощением и низкой воздухопроницаемостью, например из полиэтилена или изола. Основной метод защиты подземных теп­лопроводов от электрохимической корро­зии заключается в выполнении изоляцион­ного слоя из материала с высоким влаго-и электросопротивлением.

Другое возможное решение этой задачи заключается в электрической изоляции ме­талла от электролита путем наложения на наружную поверхность стальных трубо­проводов антикоррозионного покрытия, имеющего большое электрическое сопро­тивление, например путем эмалирования наружной поверхности или нанесения двухслойного покрытия температуроустойчивым изолом или трехслойного покрытия органосиликатной краской АС-8а.

Из современных антикоррозионных по­крытий наиболее надежным и долговечным при температуре теплоносителя до 200 °С яв­ляется стеклоэмалевое покрытие, выполняе­мое из рекомендованных Всероссийским на­учно-исследовательским институтом строи­тельства трубопроводов (ВНИИСТ) силикат­ных эмалей 105Т и 64/64, накладываемых на предварительно очищенную поверхность стальных труб, разогретых электроиндукци­онным или печным методом.

Возможным решением может быть так­же металлизационное алюминиевое покры­тие, предложенное Академией коммуналь­ного хозяйства имени К.Д. Памфилова.

Это покрытие наносится с помощью электродуговых или газопламенных аппа­ратов, в которых расплавляется проволока из технически чистого алюминия, и струей сжатого воздуха напыляется на наружную поверхность стального трубопровода, зара­нее очищенную от продуктов коррозии и за­грязнений.

Алюминиевое покрытие не защищает трубопровод от блуждающих токов. Поэто­му в зоне опасного влияния блуждающих токов должна осуществляться дополни­тельная защита этих трубопроводов от электрокоррозии.

Рис. 1 Схема коррозии подземного теплопровода блуждающими токами

Источниками электрической коррозии стальных подземных теплопроводов обыч­но служат установки постоянного тока, на­пример электрифицированные железные дороги и трамваи, с рельсовых путей кото­рых электрический ток стекает в землю. Принципиальная схема такого процесса по­казана на рис. 1. Электрический ток, поступающий с подвижного состава на рельсы и текущий далее к источнику тока, которым являются обычно шины электро­установок или питающей электроподстан­ции, разделяется на

а) ток ip, текущий по рельсам, и б) так называемый блуждающий ток iб, проходящий через грунт, в том числе и через подземные сооружения, проложен­ные в грунте. В анодных зонах, где ток стекает с ме­таллических трубопроводов в грунт, проис­ходит разрушение трубопроводов. Соотно­шение между током, текущим по рельсам, и блуждающим током определяется соотно­шением электрических сопротивлений рельсов и системы почва—подземные со­оружения. Для ограничения натекания блуждаю­щих токов на подземные теплопроводы мо­гут быть использованы разные методы или их комбинации, в том числе: 1) Создание высокого электрического сопротивления между металлическим тру­бопроводом и окружающей средой на всем его протяжении (выполнение теплоизоля­ционной конструкции из материала с высо­ким электрическим сопротивлением или наложение на наружную поверхность тру­бопровода покровного слоя, имеющего вы­сокое электросопротивление); 2) Увеличение переходного электриче­ского сопротивления на границе рельсы— грунт (укладка рельсовых путей на основа­ние из битумизированного гравия, имеюще­го повышенное электросопротивление); 3) Повышение электрического сопро­тивления грунта вокруг теплопровода; 4) Повышение продольного электриче­ского сопротивления теплопровода путем его электрического секционирования (уста­новка электроизолирующих прокладок ме­жду фланцами и электроизолирующих фут­ляров на болтах в местах соединения от­дельных секций трубопроводов); 5) увеличение продольной электропро­водности рельсового пути посредством ус­тановки электропроводящих перемычек между отдельными звеньями рельсов в мес­тах их стыковки. Возможны также чисто электрические методы защиты, например создание вокруг теплопровода контртока, равного по значе­нию, но направленного против блуждаю­щих токов. Наиболее распространенными конструк­циями теплопроводов являются подземные. Все конст­рукции подземных теплопроводов можно разделить на две группы: канальные и бес­канальные. В канальных теплопроводах изоляцион­ная конструкция разгружена от внешних на­грузок грунта стенками канала. В бесканальных теплопроводах изоля­ционная конструкция испытывает нагруз­ку грунта. Каналы сооружаются проходными и не­проходными. В настоящее время большинство ка­налов для теплопроводов сооружается из сборных железобетонных элементов, за­ранее изготовленных на заводах или специ­альных полигонах. Из всех подземных теплопроводов наи­более надежными, зато и наиболее дороги­ми по начальным затратам являются тепло­проводы в проходных каналах.