Сильфонные компенсаторы для бесканальной прокладки трубопроводов тепловых сетей

Сегодня специалисты, работающие в теплоэнергетической сфере России, все больше и больше понимают, что будущее отрасли – за комплексными решениями.

То есть с применением современных экономичных и эффективных технологий должна быть организована как генерация тепловой энергии, так и ее транспортировка к потребителю. И если для строительства источников тепловой энергии эффективных решений сегодня существует немало (даже те же когенерационные станции), то для ее передачи оптимальных вариантов, отражающих специфику российских условий, на сегодняшний день практически нет.

Именно это делает транспортировку теплоносителя по сути дела слабым звеном в комплексном подходе к теплоснабжению потребителей. Причина проста – применяя «западные» оборудование и материалы либо их аналоги, мы в силу сложившейся в России системы теплоэлектрогенерации не имеем возможности перенять саму технологию в целом. Результат – по оценкам специалистов, потери при транспортировке тепловой энергии достигают 25 процентов! Решение этой проблемы – завершающий этап перевода «их» опыта на «наши» рельсы.
Другая сторона вопроса – социальная: надежность, долговечность и экологическая безопасность трубопроводов тепловых сетей в значительной степени оказывают влияние на условия проживания граждан Российской Федерации. Но при этом новая направленность развития отрасли постоянно сталкивается со старыми причинами столь тяжелого состояния тепловых сетей:

• массовое применение подземной канальной прокладки трубопроводов и использование недолговечных (минеральных) теплоизоляционных материалов;
• применение морально устаревшего и неэффективного оборудования в связи со слабым информированием о достоинствах и возможностях новых материалов и конструкций;
• отсутствие должного финансирования работ по программам реконструкции, нового строительства и замены тепловых сетей.
Эффективным способом решения как экономической, так и социальной составляющей существующих проблем является использование предызолированных трубопроводов в пенополиуретановой (ППУ) изоляции и бесканального способа прокладки тепловых сетей. Данная технология решает многие задачи теплоэнергетики, такие, как:
• снижение тепловых потерь в тепловой сети;
• увеличение срока службы стальной трубы;
• сокращение сроков прокладки трубопровода;
• снижение расходов на эксплуатацию и капитальный ремонт.
 

Изначально теплопроводы в ППУ-изоляции появились в Европе и предназначались для прокладки тепловых сетей в системах с количественным регулированием отпуска тепловой энергии. В российских тепловых сетях в настоящее время применяется система с качественным регулированием отпуска тепловой энергии, соответственно, меняется и общее количество циклов (сжатие/растяжение) работы теплопроводов.
Серьезно тормозит массовое применение технологии ППУ-изоляции в России подверженность теплопроводов намного более жестким условиям эксплуатации и температурным нагрузкам.

Использование сильфонных компенсаторов для компенсации температурных расширений трубопроводов является самым оптимальным и эффективным методом решения данной проблемы. Однако конструкции сильфонного компенсатора в ППУ-изоляции, который мог бы работать в условиях бесканальной прокладки в течение всего срока службы теплопровода и при этом сохранять полную гидроизоляцию, не существовало.

Специалистам «Энергомаш (Белгород)-БЗЭМ» удалось решить данную проблему (Рис. 1).
Конструкция сильфонного компенсатора для бесканальной прокладки трубопровода должна сочетать в себе простоту, работоспособность, а главное, быть стойкой к воздействию многих неблагоприятных факторов, к которым относятся температура и давление среды, давление грунта, грунтовые воды, трение подвижных элементов компенсатора о грунт (в том числе и поверхностей, по которым происходит герметизация полостей компенсатора) и другое. Поэтому создание компенсатора для бесканальной прокладки было непростой инженерной задачей.
Для создания надежной конструкции сильфонных компенсаторов, работающих в составе трубопровода с теплоизоляцией ППУ в условиях бесканальной прокладки, ЗАО «Энергомаш (Белгород) – БЗЭМ» совместно с ОАО «ВНИПИэнергопром» разработали мероприятия и программу испытаний узла, предназначенного для герметизации внешней полости сильфона от проникновения грунта и воды.

Испытание узла герметизации и отработка конструкции выполнялись в несколько этапов:
1) отработка конструкции узла герметизации с испытанием направляющей на истирание;
2) испытание узла герметизации на герметичность;
3) испытание компенсатора с ППУ-изоляцией на герметичность.

Испытание узла герметизации на первом и втором этапах на истирание и герметичность в условиях, имитирующих реальные условия работы при бесканальной прокладке трубопровода, показало правильность принятых технических решений и работоспособность всех элементов.

Предложенная методика испытания герметичности узла сильфонного компенсатора позволила выполнить комплексные испытания узла – оценить ресурс в зависимости от глубины залегания в грунте при наличии гидростатического давления грунтовых вод.
На третьем этапе – испытании компенсатора с ППУ-изоляцией на герметичность – для приемочных испытаний сильфонного компенсатора с ППУ изоляцией, оснащенного проводниками системы ОДК, был спроектирован и изготовлен специальный стенд, имитирующий работу компенсатора, затопленного грунтовыми водами. По функциональным возможностям стенд позволяет испытывать на герметичность погруженные в воду компенсаторы Ду 80…1400 с раздельным заданием величины перемещения на сжатие и растяжение, раздельным заданием скорости сжатия и растяжения, установкой числа циклов перемещения (рис. 2).
Стенд работает в автоматическом режиме. Компенсатор закрепляется на стенде, ванна стенда заполняется водой до полного погружения компенсатора. В процессе работы компенсатор сжимается и растягивается приводом.

Были испытаны по два компенсатора Ду 125 и Ду 400 на трех режимах: 20 процентов амплитуды (40 650 циклов), 70 процентов амплитуды (610 циклов) и 100 процентов амплитуды (41 цикл) осевого перемещения. Скорость сжатия компенсатора – 10 мм/мин, скорость растяжения – 50 мм/мин. В процессе испытания контролировалась изоляция проводника и его целостность мегомметром напряжением 500 В.
Контроль герметичности полости сильфона производился путем измерения количества протечек, проникающих в эту полость. Для сбора протечек удалялась пробка в нижней точке компенсатора (рис. 3).

Результаты испытания:
• после отработки заданного количества циклов с заданной амплитудой протечки отсутствовали полностью;
• сопротивление изоляции составляло не менее 100 Мом;
• целостность проводников не была нарушена.

В результате комплексных испытаний узлов герметизации и компенсаторов получены объективные данные, позволяющие сделать выводы о надежности конструкции.

Испытания подтвердили заявленные характеристики компенсаторов и позволяют гарантировать работоспособность компенсаторов в течение всего срока эксплуатации в составе предызолированных трубопроводов бесканальной прокладки. Итогом проведенной работы стал патент на изобретение «Сильфонный компенсатор для бесканальной прокладки трубопровода», полученный ЗАО «Энергомаш (Белгород) – БЗЭМ».

Таким образом, специалистами нашего предприятия устранено последнее препятствие на пути применения комплексного энергоэффективного подхода к строительству тепловых сетей с использованием предызолированных трубопроводов в ППУ-изоляции при бесканальной прокладке трубопровода. Только теперь у предприятий, эксплуатирующих тепловые сети, появилась возможность применять технологии компенсации температурных деформаций трубопровода, которые надежны, долговечны и при этом весьма экономичны как в плане капитальных затрат, так и в отношении эксплуатационных расходов.
 

Дмитрий МОРОЗОВ, инженер-менеджер ЗАО «Энергомаш (Белгород) – БЗЭМ»