Causes of defects of the heating network

Abstract

The errors that occurred during the design of a channelless heat network and led to defects in the process of functioning of the heat supply system are considered and analyzed. To determine the cause of defects, the work performed was checked for compliance with the adopted design decisions, as well as an analysis of the design decisions themselves. It was found that the cause of defects during operation are errors in the adopted design decisions.

Full Text

В настоящее время в системах теплоснабжения все шире используются новые технологии и материалы, что связано как с удобством их применения, так и с меньшими затратами при их использовании по сравнению с традиционными [1–3]. Одной из подобных технологий является бесканальная прокладка тепловых сетей с применением сильфонных компенсаторов. Однако использование новых технологий требует тщательного проектирования, так как ошибки в расчетах могут привести к возникновению аварий или дефектов [4–6]. Так, при обследовании внутриквартальной тепловой сети были выявлены дефекты в виде разрывов сильфонных компенсаторов.

Обследуемая тепловая сеть имеет следующие параметры:

- диаметр подающего и обратного трубопроводов составляет 133х4,5 мм, общая длина тепловой сети равна 139 м;

- трубопроводы стальные с тепловой изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке по ГОСТ 30732-2006 «Трубы и фасонные изделия стальные с тепловой изоляцией из пенополиуретана с защитной оболочкой»;

- трубопроводы проложены в железобетонных непроходных каналах, в качестве основания устроена песчаная подсыпка (рис. 1);

- для компенсации температурных удлинений используются осевые сильфонные компенсаторы типа 125-25-50±25 по ГОСТ 27036-86 «Компенсаторы и уплотнения сильфонные металлические. Общие технические условия».

Рис. 1. Трубопроводы тепловой сети в непроходном канале с песчаной подсыпкой

В результате обследования было выявлено следующее:

- трубопроводы тепловой сети в непроходном канале смещены к краю канала, что отличается от центрального расположения, предусмотренного в проекте;

- после вскрытия кожуха компенсатора с обнаруженной утечкой на сильфоне компенсатора был обнаружен разрыв (рис. 2);

- на трассе тепловой сети в непроходном канале отсутствуют какие-либо опоры (см. рис. 1).

В связи с этим возникла необходимость определить причину возникновения дефектов, связанных с протечкой тепловой сети, провести анализ конструкций трубы, материалов изготовления компенсатора, дать заключение о предполагаемых причинах разрушения компенсаторов.

Для определения причины возникновения дефектов возникла необходимость проверить выполненные работы на соответствие принятым проектным решениям, а также провести анализ самих проектных решений.

В рамках обследования было проведено сравнение существующего состояния тепловой сети и проектных решений. Результат сравнения показал, что отступления от проекта при монтаже тепловой сети отсутствуют.

Рис. 2. Осевой сильфонный компенсатор с дефектом – разрывом сильфона

Для проверки компенсационной способности компенсаторов необходимо проверить расстояние между неподвижными опорами, для чего произвести поверочный расчет согласно требованиям [7, 8]. Длина участка теплопроводов, компенсируемых с помощью сильфонного компенсатора, рассчитывается по формуле

$L\le \frac{2·∆l·K}{\alpha \left(t_{max}-t_H\right)},$M,

где ∆l – амплитуда осевого хода сильфонного компенсатора, мм, ∆l=25 мм;

α – коэффициент линейного расширения трубной стали, мм/м°С, α =0,012;

t_max – максимальная температура трубопровода, принимаемая равной максимальной температуре транспортируемой сетевой воды, °С, t_max=150 (70) °С;

t_н – расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, °С, t_н= -30 °С;

К = 0,9 коэффициент запаса.

По результатам расчета проводилось сравнение фактического расстояния между неподвижными опорами и требуемой длины компенсируемого участка без учета величины растяжки и с учетом величины растяжки (13 мм). Результаты расчета представлены в табл. 1 и 2.

Таблица 1

Анализ расстояния между неподвижными опорами без учета величины растяжки

№ компенсатора	Фактическое расстояние между неподвижными опорами, м	Максимальная температура теплоносителя, °С	Расчетная длина компенсируемого участка, м	Соответствие требованиям [7, 8]
К1	36	150	20,8	Нет
К2	36	150	20,8	Нет
К3	27	150	20,8	Нет
К4	37,12	150	20,8	Нет
К1	36	70	37,4	Да
К2	36	70	37,4	Да
К3	27	70	37,4	Да
К4	37,12	70	37,4	Да

Таблица 2

Анализ расстояния между неподвижными опорами с учетом величины растяжки

№ компенсатора	Фактическое расстояние между неподвижными опорами, м	Максимальная температура теплоносителя, °С	Расчетная длина компенсируемого участка, м	Соответствие требованиям [7]
К1	36	150	31,1	Нет
К2	36	150	31,1	Нет
К3	27	150	31,1	Да
К4	37,12	150	31,1	Нет
К1	36	70	56,1	Да
К2	36	70	56,1	Да
К3	27	70	56,1	Да
К4	37,12	70	56,1	Да

В результате расчета были сделаны следующие выводы:

- при расчетной (максимальной) температуре теплоносителя 150 °С, что соответствует параметрам подающего трубопровода, фактическое расстояние между неподвижными опорами было больше, чем должно быть по расчету, что не соответствует требованиям [7, 8];

- при расчетной (максимальной) температуре теплоносителя 70 °С, что соответствует параметрам обратного трубопровода, фактическое расстояние между неподвижными опорами было больше, чем должно быть по расчету, что соответствует требованиям [7, 8];

Таким образом, компенсационной способности компенсаторов на подающем трубопроводе недостаточно для обеспечения заложенного в проекте расстояния между неподвижными опорами (длины компенсируемого участка).

Также установлено, что трубопроводы тепловых сетей в непроходных каналах уложены на песчаную подсыпку, что допускается требованиями [9], опоры (скользящие, направляющие) или засыпка трубопровода уплотненным грунтом отсутствуют. Так как примененные сильфонные компенсаторы являются осевыми, то они воспринимают и компенсируют только осевые усилия и не могут компенсировать боковую нагрузку. Для предотвращения сдвига необходима либо установка направляющих опор около компенсатора, либо засыпка уплотненным грунтом для предотвращения сдвига [7, 8].

Вывод. Причиной возникновения дефектов, а именно разрыва сильфона в компенсаторе является недостаточная компенсационная способность компенсатора – поверочный расчет согласно [7, 8] показал, что компенсационной способности компенсаторов недостаточно при имеющемся расстоянии между неподвижными опорами; отсутствие направляющих опор или обратной засыпки трубы, необходимых согласно [8], позволяет предотвратить боковой сдвиг трубопровода. При этом произведенные работы по монтажу тепловой сети соответствуют проектным решениям. Предполагаемой причиной разрушения компенсаторов являются ошибки в принятых проектных решениях, а именно: отсутствие направляющих опор в местах установки компенсаторов или обратной засыпки трубы, позволяющих предотвратить боковой сдвиг трубопровода [8]; недостаточная компенсационная способность компенсатора, подтвержденная расчетом необходимой компенсации согласно [7, 8].