Бесканальные теплопроводы

Беска­нальные теплопроводы находят оправдан­ное применение в том случае, когда они по надежности и долговечности не уступают теплопроводам в непроходных каналах и даже превосходят их, являясь более эконо­мичными по сравнению с последними по начальной стоимости и трудозатратам на сооружение и эксплуатацию. Все конструкции бесканальных тепло­проводов можно разделить на три группы: в монолитных оболочках, засыпные, литые.

Требования к изоляционным конструк­циям бесканальных теплопроводов такие же, как и к изоляционной конструкции теп­лопроводов в каналах, а именно высокое и устойчивое в эксплуатационных услови­ях тепло-, влаго-, воздухо- и электросопро­тивление.

3.2.1. Теплопроводы в моно­литных оболочках.

Применение беска­нальных теплопроводов в монолитных обо­лочках — один из основных путей индуст­риализации строительства тепловых сетей. В этих теплопроводах на стальной трубо­провод наложена в заводских условиях обо­лочка, совмещающая тепло- и гидроизоля­ционные конструкции. Звенья таких эле­ментов теплопровода длиной до 12 м дос­тавляются с завода на место строительства, где выполняется их укладка в подготовлен­ную траншею, стыковая сварка отдельных Звеньев между собой и накладка изоляцион­ных слоев на стыковое соединение. Прин­ципиально теплопроводы с монолитной изоляцией могут применяться не только бесканально, но и в каналах.

Современные требования к надежности и долговечности достаточно полно удовлетворяют теплопроводы с монолит­ной теплоизоляцией из ячеистого полимерного материала типа пенополиуретана с замкнутыми порами и интегральной структурой, выполненной методом формо­вания на стальной трубе в полиэтиленовой оболочке (типа «труба в трубе»).

Применение полимерного материала по­зволяет создавать изоляционную конструк­цию с заранее заданными свойствами.

Особенность интегральной структуры теплогидроизоляционной конструкции за­ключается в том, что отдельные слои мате­риала распределены по плотности в соот­ветствии с их функциональным назначе­нием. Периферийные слои изоляционного материала, прилегающие к наружной по­верхности стальной трубы и к внутренней поверхности полиэтиленовой оболочки, имеют более высокую плотность и проч­ность, а средний слой, выполняющий ос­новные теплоизоляционные функции, име­ет меньшую плотность, но зато и более низ­кую теплопроводность.

Благодаря хорошей адгезии периферий­ных слоев изоляции к поверхности контак­та, т.е. к наружной поверхности стальной трубы и внутренней поверхности полиэти­леновой оболочки, существенно повышает­ся долговременная прочность изоляцион­ной конструкции, так как при тепловой де­формации стальной трубопровод переме­щается в грунте совместно с изоляционной конструкцией и не возникает торцевых за­зоров между трубой и изоляцией, через ко­торые влага может проникнуть к поверхно­сти стальной трубы.

Средняя теплопроводность пенополиуретановой теплоизоляции составляет в за­висимости от плотности материала 0,03— 0,05 Вт/(м • К), что примерно втрое ниже те­плопроводности большинства широко при­меняемых теплоизоляционных материалов для тепловых сетей (минеральная вата, армопенобетон, битумоперлит и др.).

Благодаря высокому тепло- и электросо­противлению и низким воздухопроницае­мости и влагопоглощению наружной поли­этиленовой оболочки, создающей дополни­тельную гидроизоляционную защиту, теплогидроизоляционная конструкция за­щищает теплопровод не только от тепловых потерь, но, что не менее важно, и от наруж­ной коррозии. Поэтому при применении этой конструкции изоляции отпадает необходимость в специальной антикорро­зийной защите поверхности стального тру­бопровода.

На базе пенополимерных материалов создан ряд модификаций изоляционных конструкций теплопроводов, проходящих в настоящее время стадию технологической доработки и опытной проверки.

К ним, в частности, относятся: а) полимербетонная изоляция, выполняемая мето­дом формования из полимерных материа­лов с неорганическими наполнителями, в которой гидроизоляционной оболочкой служит плотный полимербетон; б) изоля­ция, накладываемая на стальную трубу ме­тодом напыления, предназначенная в ос­новном для трубопроводов диаметром более 500 мм.

На рис. 5 показан разрез двухтрубного бесканального теплопровода в монолитных оболочках.

Рис. 5. Общий вид двухтрубного бесканального теплопровода в монолитных оболочках. 1 - подающий теплопровод; 2 – обратный тепло­провод; 3 - гравийный фильтр; 4 - песчаный фильтр; 5 - дренажная труба; 6 - бетонное основа­ние (при слабых грунтах)

Широкое применение в Санкт-Петер­бурге и некоторых других городах в 1960— 1970 годах нашла конструкция бесканаль­ного теплопровода в армопенобетонной изоляции, предложенная А.Н. Крашенинни­ковым и П.А. Лазаревым. На рис. 6 приведена конструкция мо­нолитной армопенобетонной изоляционной оболочки. Особенности армопенобетона как изоляционного материала: - высокая щелочность (рН > 8,5), что оп­ределяет его нейтральность по отношению к стали; - способность образовывать подсушен­ный слой около горячей трубы даже при от­носительно высокой средней влажности изоляции; - высокое электросопротивление.

Рис. 6. Конструкция монолитной армопенобетонной изоляцион-ной оболочки 1 - труба; 2 - автоклавный пенобетон; 3 - арматура; 4 - гидрозащитное трех-слойное покрытие из битумнорезино-вой мастики; 5 - стальная тканая сет­ка; 6 - слой асбоцементной штукатурки; 7 - деталь спирали.

В монолитной армопенобетонной изоля­ции создается хорошая адгезия (сцепление) изоляцион-ной оболочки к поверхности стального трубо-провода. Так как коэффици­енты линейного удлине-ния стали и пенобе­тона близки по значению, то адгезия не нарушается при изменении температуры теплоносителя в теплопроводе. Благодаря этому исключается появление зазора между трубой и оболочкой в процессе работы теп­лопровода и связанная с этим возможность коррозии наружной поверхности трубы из-за проникновения в зазор влаги и воздуха. Поскольку при тепловой деформации стальной трубопровод перемещается со­вместно с пенобетонной оболочкой, нахо­дящейся в массиве грунта, то возникающие при этом осевые усилия в трубопроводе су­щественно выше, чем при прокладке тепло­проводов в каналах. Другая модификация индустриальных конструкций бесканальных теплопроводов в монолитных оболочках, имеющих адге­зию к поверхности трубы, — теплопроводы с оболочками из фенольного поропласта марки ФЛ.

Слой изоляции накладывает­ся на трубопроводы из предварительно под­готовленной композиции способом литья в форму. После отвердения слоя изоляции на ее поверхность укладывается влаго- и воздухозащитное покрытие из полиэтилена, ар­мированного стеклотканью. В сухом состоя­нии, а также при низкой влажности фенольный поропласт является высокоэффектив­ным теплоизоляционным материалом [при р = 100 кг/м и относительной объемной влажности 30 %, λ = 0,05 Вт/(м · К)]. Основ­ной недостаток поропласта марки ФЛ как изоляционного материала — его гидрофильность, т.е. способность поглощать влагу. Наряду с конструкциями бесканальных теплопроводов с монолитными оболочка­ми, имеющими адгезию к поверхности стальных трубопроводов, сооружаются так­же теплопроводы с монолитными оболоч­ками без адгезии к поверхности трубопро­водов. При тепловой деформации таких те­плопроводов стальной трубопровод пере­мещается внутри изоляционной оболочки. Это обстоятельство при длительной работе теплопровода может привести к образова­нию зазора между трубой и изоляционной оболочкой, а при поступлении через зазор влаги и воздуха - к развитию коррозионных процессов на наружной поверхности трубы. Поэтому в конструкциях бесканаль­ных теплопроводов в монолитных оболоч­ках без адгезии к стальному трубопроводу необходимо наружную поверхность сталь­ных труб защищать от коррозии, например путем эмалирования, алюминирования и применения других материалов с высоки­ми антикоррозионными и диэлектрически­ми свойствами. Одним из типов индустриальных беска­нальных теплопроводов в монолитных оболочках без адгезии к наружной поверх­ности трубы (при диаметрах трубопроводов 400 мм и менее) является теплопровод в битумоперлитной изоляции (рис. 7).

Рис. 7. Монолитная битумоперлитная изоляция 1 - трубопровод; 2 - битумоперлит по анти-корро­зионному покрытию; 3 - бризол в два слоя.

Битумоперлит, битумокерамзит и дру­гие аналогичные изоляционные материалы на битумном вяжущем обладают сущест­венными технологическими преимущества­ми, позволяющими сравнительно просто индустриализировать изготовление моно­литных оболочек на трубопроводах. Но на­ряду с этим указанная технология изготов­ления оболочек нуждается в улучшении для обеспечения равномерной плотности и го­

могенности битумоперлитной массы как по периметру трубы, так и по ее длине. Кроме того, битумоперлитная изоляция, как и многие другие материалы на битум­ном вяжущем, при длительном прогреве при температуре 150 °С теряет водостой­кость из-за потери легких фракций, что приводит к снижению антикоррозионной стойкости этих теплопроводов. Для повы­шения антикоррозионной стойкости битумоперлита в процессе изготовления горячей формовочной массы вводят полимер­ные добавки в портландцемент, что повы­шает температуростойкость, влагостой­кость, прочность и долговечность конст­рукции. 3.2.2. Теплопроводы в засыпных порошках. Эти теплопроводы находят примене­ние главным образом при трубопроводах малого диаметра — до 300 мм. Преимущество бесканальных теплопроводов в засыпных порошках по сравнению с теплопро­водами с монолитными оболочками заключается в простоте изготовления изоляционного слоя. Для сооружения таких теплопроводов не требу­ется наличия в районе строительства тепловых сетей завода, на который должны предваритель­но поступать стальные трубы для наложения мо­нолитной изоляционной оболочки Изоляцион­ный засыпной порошок в соответствующей упа­ковке, например в полиэтиленовых мешках, лег­ко транспортируется на большие расстояния же­лезнодорожным или автотранспортом. Одной из конструкций такого типа, разрабо­танной в нашей стране Всесоюзным теплотехни­ческим институтом, является бесканальный теп­лопровод в засыпных самоспекаюшихся асфаль­титах. Основной компонент для изготовле­ния самоспека-ющегося порошка — природный битум-асфальтит или искусственный битум-про­дукт заводов нефтепереработки. Применяют также бесканальные теплопроводы с засыпной изоляцией из гидро-фобизированного порошкообразного мела. 3.2.3. Литые конструкции бесканальных теп­лопроводов. Из литых конструкций бесканаль­ных теплопроводов некоторое применение по­лучили теплопроводы в пенобетоином массиве. В качестве материала для сооруже­ния таких теплопроводов может быть использо­ван перлитобетон. Смонтированные в траншее стальные трубопроводы заливаются жидкой композицией, приготовленной непосредствен­но на трассе или доставленной в контейнере с производственной базы. После схватывания пенобетонный или перлитобетонный массив за­сыпается грунтом. Как известно, в двухтруб­ных тепловых сетях температурные режимы, а следовательно, и температурные деформации подающего и обратного трубопроводов неоди­наковы. В этих условиях адгезия

пенобетона или перлитобетона к наружной поверхности стальных трубопроводовнедо-пустима. Для за­щиты наружной поверхности стальных трубо­проводов от адгезии с изоляционным массивом они покрываются снаружи слоем антикоррози­онного мастичного материала, например ас­фальтовой мастикой, до заливки жидким пено-цементным раствором.

Конструкция имеет низкое влаго- и воздухосопротивление. Для повышения ее антикорро­зионной стойкости необходимо надежно защи­тить от коррозии наружную поверхность сталь­ных трубопроводов, например, путем предвари­тельного эмалирования или наложения на нее другого защитного слоя.