Реферат. Опыт внедрения полимерных материалов в сетях горячего водоснабжения

• Название: Опыт внедрения полимерных материалов в сетях горячего водоснабжения
• Анкор: Опыт внедрения полимерных материалов в сетях горячего водоснабжения
• Дата: 23.11.2022
• Размер: 32.72 Kb.
• Имя файла: Реферат .docx
• Тип: Документы; #808953

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение

высшего образования

«КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На тему: Опыт внедрения полимерных материалов в сетях горячего водоснабжения

Казань – 2021 г.

Оглавление

Введение 2

Системы горячего водоснабжения 3

Использование полимерных материалов в тепловых сетях АО «Казэнерго» 5

Методы модернизации сетей горячего водоснабжения с использованием полимерных материалов 9

Вывод 13

Список используемой литературы: 14

Введение

Существует три вида теплоснабжения: отопление, вентиляция и горячее водоснабжение. Одним из важных является горячее водоснабжение. В настоящее время роль горячего водоснабжения возрастает, так как усиливается теплозащита зданий. В составе горячего водоснабжения находятся жилые здания и офисные. В данном типе зданий структура теплоснабжения на ГВС резко отличается от многоквартирных домов и вызвано это как графиком работы, так и праздничными и выходными днями, но, к сожалению, при проектировании этого не учитывается. Поэтому основной целью данной диссертационной работы является изучение горячего водоснабжения в зданиях, с учётом этих замечаний.

Одним из видов систем теплоснабжения является централизованное горячее водоснабжение, при котором теплоноситель от котельной подаётся потребителю и у потребителя в теплообменнике осуществляется подогрев холодной хозяйственно-питьевой воды по заданной температуре (как правило, 55 градусов). Такая схема централизованного горячего водоснабжения применяется на большинстве объектов теплоснабжения и имеет свои достоинства и недостатки. Одним из достоинств системы централизованного горячего водоснабжения является низкая удельная стоимость систем горячего водоснабжения.

Цель работы – изучить опыт использования полимерных материалов в тепловых сетях.

Задачи исследования - изучить методы модернизации сетей горячего водоснабжения с применением полимерных трубопроводов.

Системы горячего водоснабжения

Горячее водоснабжение - это подача горячей воды в здание, жилой дом для отопления и/или на хозяйственные нужды. Различают централизованное и местное ГВС. Вода для централизованного ГВС выдается из котельной, как специально предназначенной для нагрева воды, так и из котельных ТЭЦ, ГРЭС или из второго контура охлаждения АЭС. Далее она распределяется по жилым и производственным зданиям.

Местное ГВС устраивается для одного или небольшого количества домов, с подачей на небольшие расстояния, до десятки метров. Вода нагревается с помощью небольших котлов с электро- или газовым обогревом. Реже они работают на угле.

В зданиях (сооружениях), в зависимости от их назначения, следует предусматривать системы внутреннего горячего водоснабжения, предназначенные для обеспечения:

- питьевых и хозяйственных нужд населения и предприятий;

- производственных нужд предприятий.

Горячее водоснабжение представляет собой систему устройств и трубопроводов для подогрева воды до расчетной температуры и распределения ее потребителям. Системы горячего водоснабжения подразделяются на наружные и внутренние.

По своему качеству вода, подаваемая на хозяйственно-бытовые нужды, должна соответствовать требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования качества воды центральных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества». Холодная питьевая вода для нужд ГВС поступает из городского водопровода. Для дополнительной очистки воды перед оборудованием устанавливаются фильтры. Для контроля расхода воды устанавливают счетчики (расходомеры, водомеры). Подготовка горячей воды выполняется в различного типа подогревателях (кожухотрубных, пластинчатых). Подогрев холодной воды может осуществляться от двух источников энергии - электрической или тепловой. При подготовке горячей воды за счет тепловой энергии все необходимое оборудование может располагаться в ЦТП или МТП. Центральный тепловой пункт (ЦТП) располагается в одноэтажном нежилом сооружении, находящемся в том же микрорайоне, что и рассматриваемое здание. Оборудование, размещенное в ЦТП, подбирается с учетом возможности обслуживания нескольких зданий (220 зданий). Групповые подогреватели (в закрытых системах теплоснабжения) и смесительные устройства (в открытых системах тепло- снабжения) в ЦТП присоединяются к тепловым сетям по таким же схемам, как и в МТП. Из ЦТП горячая вода по квартальным сетям подается в МТП каждого здания в квартале. В МТП системы горячего водоснабжения зданий подающими и циркуляционными стояками врезаются в соответствующие трубопроводы, проложенные от ЦТП обычно в подвалах домов. Групповое приготовление горячей воды в ЦТП вместе с преимуществами имеет много недостатков. Наиболее серьезные недостатки вызваны непосредственным присоединением стояков местных систем горячего водоснабжения к квартальным трубопроводам от ЦТП. Непосредственное присоединение создает большое число перемычек между подающим и циркуляционным трубопроводами, которое затрудняет равномерное распределение горячей воды по стоякам в здании и между зданиями. Ввиду неравенства гидравлического сопротивления ближних и дальних перемычек расходы воды по мере удаления зданий от ЦТП по перемычкам уменьшаются, и иногда значительно. Для восстановления расчетных расходов горячей воды в каждом здании требуется установка в МТП дополнительной регулирующей арматуры, например регуляторов расхода, шайб. Это, в свою очередь, усложняет наладку системы и ее обслуживание. Стремление увеличить число обслуживаемых зданий и радиус действия ЦТП приводит также к существенному снижению температуры горячей воды у наиболее удаленных потребителей. Местные тепловые пункты (МТП) размещаются в подвалах или на первых этажах зданий, в непосредственной близости от ввода тепловой сети в здание. Площадь помещения должна быть достаточна для размещения оборудования теплового пункта (водомерный узел, подогреватель ГВС, циркуляционные насосы) и обеспечения безопасного обслуживания. В ЦТП и МТП оборудование (секционные подогреватели, насосы, клапаны, арматура) проектируют так, чтобы на высоте 2 м от уровня пола между оборудованием, выступающими конструкциями и трубопроводами оставался свободный проход для обслуживания и ремонта минимум 0,7 м. Существуют разные варианты организации горячего водоснабжения (ГВС). Например, установка специального двухконтурного котла, в котором один теплообменный узел обеспечивает работу отопительной сети, а второй «занят» приготовлением горячей воды. Повышение теплопередачи в однофазных и двухфазных проточных теплообменниках важно для таких промышленных применений, как энергетические установки.

Использование полимерных материалов в тепловых сетях АО «Казэнерго»

Протяженность трубопроводов горячего водоснабжения АО «Казэнерго» составляет 69,56 км (в однотрубном исчислении). Программой энергосбережения на 2020 году предусмотрена модернизация 1,7 км трубопроводов. Существующие трубопроводы ГВС выполнены из стальных водогазопроводных труб с тепловой изоляцией из минераловатных матов.

Полимерные трубы и фасонные изделия изготавливаются:

- для трубопроводов горячего водоснабжения с температурой воды до +75°С и рабочим давлением 1,0 МПа;

- для трубопроводов тепловых сетей, с температурой горячей воды до +95°С и рабочим давлением до 1,6 МПа.

Полимерные трубы из PE-RT – полиэтилена по сравнению со стальными трубами при равной прочности в 4 раза легче, не подвержены коррозии, в том числе электрохимической, стойки к химическим веществам, имеют не зарастающую гладкую внутреннюю поверхность, что позволяет использовать в трубопроводах меньший диаметр.

Общими преимуществами полимерных труб являются:

- высокая герметичность и прочность, нечувствительность к истиранию, высокая ремонтопригодность - аналогично свойствам стальных труб с однородной структурой стенки;

- высокоэффективная теплоизоляция исключает тепловые потери: не более 2ºС на километр;

- материал труб и конструкция соединений допускает повышение температур до 130ºС, рабочее давление регламентируется толщиной стенки;

-имеют малую массу, что снижает затраты при транспортировке и монтаже;

-имеют гладкую внутреннюю поверхность, что позволяет использовать в трубопроводах меньший диаметр;

-отсутствие любых видов коррозии, в том числе электрохимической, от воздействия блуждающих токов;

-снижение показателей длительной прочности при повышенных температурах не превышает 20% от показателей при нормальных условиях;

-стоимость теплоизолированной трубы с учетом затрат на монтаж практически равна стоимости теплоизолированной стальной трубы с учетом затрат на монтаж и ниже стоимости труб из термопластов в изоляции.

Срок службы трубопроводов ГВС из полимерных труб составляет не менее 30 лет.

Таким образом, за период эксплуатации полимерных труб необходимо 3 раза произвести замену стальных трубопроводов ГВС. Поэтому замена стальных трубопроводов ГВС на полипропиленовые трубы позволит снизить расходы предприятия на ремонты и их замену в будущем.

В соответствии с технической политикой, наряду с широко используемыми полимерными трубопроводами из материалов - PE-RT, с текущего года Общество переходит на применение при проектировании и монтаже для нужд горячего водоснабжения, полимерных трубопроводов из гибких теплоизолированных труб Изопрофлекс -75А.

Эксплуатационные характеристики труб Изопрофлекс -75А имеют следующие характеристики:

- максимальное рабочее давление 1.0 Мпа;

- максимальная рабочая температура 75°С;

Также, как и полимерные трубы из PE-RT, трубопроводы Изопрофлекс -75А не подвержены коррозии. Как следствие – ремонтные работы по восстановлению работоспособности трубопровода из-за нарушения его герметичности по причине коррозии трубопроводу из труб Изопрофлекс не грозят.

Трубопроводы из гибких теплоизолированных труб Изопрофлекс -75А, применительно к другим полимерным трубопроводам, используемым для горячего водоснабжения, имеют ряд преимуществ:

- простота в монтаже трубопровода (монтаж уменьшается в 5 и более раз) ввиду сокращения сварочных работ;

- скорость монтажа такого трубопровода ввиду сокращения необходимости применения тяжелой техники (трубы Изопрофлекс -75А намотаны на специальные барабаны, и могут быть подвезены непосредственно к рабочему месту);

- конструкция и физические характеристики используемых материалов обеспечивают трубам значительную гибкость, что позволяет создавать трубопроводы любой сложности практически без использования дополнительных фасонных изделий и дает возможность выбрать оптимальный маршрут теплотрассы, а также плавно обходить препятствия в условиях плотной городской застройки: строения, коммуникации, отдельно стоящие деревья;

- физические свойства труб Изопрофлекс -75А позволяют производить их укладку без учета их теплового расширения, при прокладке не требуется устройство компенсаторов, отводов и неподвижных опор.

Трубы Изопрофлекс -75А представляют собой многослойную конструкцию, состоящую из напорной трубы, теплоизолирующего слоя и защитной оболочки.

Напорная труба является основным элементом конструкции и обеспечивает непосредственную транспортировку теплоносителя от источника потребителю.

Напорная труба представляет собой многослойную конструкцию, состоящую из внутренней тонкостенной напорной трубы из полиэтилена повышенной термостойкости и стойкости к хлору (PE-RT тип II), армирующего слоя из высокомодульного синтетического волокна и наружного слоя из полиэтилена повышенной термостойкости и стойкости к хлору (PE-RT тип II).

Срок службы трубопроводов ГВС из гибких теплоизолированных труб Изопрофлекс -75А составляет 49 лет.

В соответствии с п. 3.4. приложения 3 «Методики определения потребности в топливе, электрической энергии и воде при производстве и передаче тепловой энергии и теплоносителей в системах коммунального теплоснабжения», утвержденной приказом Госстроя России от 12.08.2003 года, потери тепловой энергии при транспортировке горячей воды по наружным сетям определяются по среднечасовой нагрузке горячего водоснабжения и коэффициенту, учитывающему тепловые потери в трубопроводах ГВС (Кт.п.=0,15). Таким образом, потери тепловой энергии составляют 15% от общего количества транспортируемой тепловой энергии. При прокладке полимерных трубопроводов потери тепловой энергии составят 3-5%.

Как метод удаления кислорода из воды в годы проектирования существующих котельных и ЦТП повсеместно применялись вакуумные деаэрационные установки, которые в период эксплуатации неоднократно подвергались ремонту и к настоящему времени выработали все возможные ресурсы.

Учитывая громоздкость, технологическую и конструктивную сложность установки на сегодняшний день замена ее по затратам соизмерима с заменой котла мощностью 6500 кВт. При этом процесс деаэрации расточителен с точки зрения большого расхода электроэнергии, холодной воды, тепловой энергии, а так же короткого межремонтного цикла.

Учитывая вышеизложенное, в Обществе технической политикой предусмотрено по мере возникновения факта невозможности дальнейшей работы вакуумных деаэрационных установок по причине физического износа проводить обновление фонда путем модернизации:

- в котельных устанавливать оборудование для ввода в теплофикационную воду комплексонов, связывающих активный кислород;

- в ЦТП путем перехода в тепловых сетях и у потребителей на полимерные трубы, не подверженные кислородной коррозии.

Методы модернизации сетей горячего водоснабжения с использованием полимерных материалов

Из 133 котельных тепловую энергию на нужды горячего водоснабжения отпускает 67 котельных.

Приготовление и подача потребителям горячей воды на нужды горячего водоснабжения осуществляется следующими способами:

- централизованно от 59 котельных и 26 центральных тепловых пунктов;

- в 698 индивидуальных тепловых пунктах жилых домов и других объектов от котельных АО «Казэнерго».

Протяженность трубопроводов горячего водоснабжения АО «Казэнерго» составляет 66,96км (в однотрубном исчислении). Программой энергосбережения предусмотрена модернизация 3 230 погонных метров трубопроводов в 2017 году. Диаметр трубопроводов от 25 до 250 мм. Прокладка трубопроводов ГВС подземная канальная (совместно с сетями отопления). Трубопроводы проложены из стальных водогазопроводных труб с тепловой изоляцией из минераловатных плит.

Для продления срока службы трубопроводов ГВС применяются различные способы покрытия внутренней и внешней поверхностей трубы, в частности нанесение антикоррозионных мастик, эмалевых покрытий, силикатных пленок и т.д. Однако из-за повышения цен на материалы производство эмалированных трубопроводов (АО «Казэнерго») стало нерентабельно.

Для уменьшения количества свободного кислорода в воде применяются установки деаэрации. Однако из-за нестабильной работы вакуумных установок деаэрации получить хороший эффект удается не всегда. Применяются и химические методы удаления свободного кислорода из воды. Однако при этом необходимо учитывать то, что качество воды подаваемой на нужды горячего водоснабжения должно соответствовать ГОСТ «Вода питьевая» и санитарным нормам и правилам. Таким образом, можно сделать вывод, что на сегодняшний день не существует надежного и эффективного способа борьбы с коррозией металла в трубопроводах горячего водоснабжения.

Из-за высокой коррозионной активности воды срок службы трубопроводов ГВС не превышает 8-10 лет. В связи с этим для повышения надежности и качества снабжения потребителей города Казани горячей водой предлагается выполнить модернизацию сетей ГВС с применением трубопроводов из полимерных материалов (трубы из термостойкого полиэтилена PE-RT производства ООО «Техстрой» г.Казань).

Основные цели предлагаемого проекта по модернизации сетей горячего водоснабжения с применением полимерных трубопроводов следующие:

• повышение эффективности систем теплоснабжения;

• снижение себестоимости тепловой энергии;

• снижение загрязнения окружающей среды;

• повышение надежности и качества теплоснабжения

Полимерные трубы и фасонные изделия изготавливаются:

- для трубопроводов горячего водоснабжения с температурой воды до +75°С и рабочим давлением 1,0 МПа;

- для трубопроводов тепловых сетей, с температурой горячей воды до +95°С и рабочим давлением до 1,6 МПа.

Полимерные трубы из PE-RT –полиэтилена по сравнению со стальными трубами при равной прочности в 4 раза легче, не подвержены коррозии, в том числе электрохимической, стойки к химическим веществам, имеют не зарастающую гладкую внутреннюю поверхность, что позволяет использовать в трубопроводах меньший диаметр.

Эквивалентные внутренние диаметры полимерных труб, вследствие гладкой поверхности, отсутствия коррозии и зарастания внутреннего сечения трубопровода, определяются из соотношения: Дтсб = 0,77Дст, то есть расчетный внутренний диаметр стального трубопровода при применении полимерных труб может быть уменьшен на 20-25%.

Трубы PE-RT обладают достаточной жесткостью и в четыре раза легче стальных, в связи с чем допускают монтаж на облегченных опорах.

Трубы обладают свойством самокомпенсации, развиваемые температурные напряжения вызывают осевые усилия в пять раз меньшие, чем в трубопроводах из стальных труб, что облегчает условия устройства направляющих и неподвижных опор.

Насыщение грунта техногенными коммуникациями, блуждающими токами, электролитическими смесями способствует ускорению процессов коррозии стальных трубопроводов, а повышенные температуры, как известно, сами по себе ускоряют химические, в том числе коррозионные процессы.

Природа материала-стали, какие бы изоляционные схемы защиты не применялись, остается прежней, поэтому идет постоянное лечение «больного» трубопровода. Конечно, в трубопроводном транспорте вообще, на современном этапе, не возможно полностью исключить применение стальных труб. Там, где при больших диаметрах и температурах, требуется высокое давление, стальным трубопроводам нет альтернативы. Однако тысячи километров трубопроводов жилищно-коммунального комплекса могут быть изготовлены из композитных полимерных труб.

Стоимость трубопровода из PE-RT труб для систем низкотемпературного отопления при допускаемом рабочем давлении 1,6 МПа с учетом уменьшения требуемого диаметра, снижения стоимости монтажа меньше стоимости соответствующего трубопровода из стальных труб в теплоизоляции ППУ без защиты от коррозии, значительно меньше стоимости трубопровода из труб типа ПЭ-х «Профлекс», применение которых при температуре +90°С ограничивается рабочим давлением 0,8 МПа.

Высокая теплоизолирующая способность конструкции обеспечивает высокий коэффициент полезного действия теплопроводов, что может существенно - на 20-30 градусов снизить потребную температуру теплоносителя.

Общими преимуществами полимерных труб являются:

- высокая герметичность и прочность, нечувствительность к истиранию, высокая ремонтопригодность - аналогично свойствам стальных труб с однородной структурой стенки;

- высокоэффективная теплоизоляция исключает тепловые потери: не более 2ºС на километр;

- материал труб и конструкция соединений допускает повышение температур до 130ºС, рабочее давление регламентируется толщиной стенки;

-имеют малую массу, что снижает затраты при транспортировке и монтаже;

-имеют гладкую внутреннюю поверхность, что позволяет использовать в трубопроводах меньший диаметр;

-отсутствие любых видов коррозии, в том числе электрохимической, от воздействия блуждающих токов;

-снижение показателей длительной прочности при повышенных температурах не превышает 20% от показателей при нормальных условиях;

-стоимость теплоизолированной трубы с учетом затрат на монтаж практически равна стоимости теплоизолированной стальной трубы с учетом затрат на монтаж и ниже стоимости труб из термопластов в изоляции.

Срок службы трубопроводов ГВС из полимерных труб составляет не менее 30 лет.

Таким образом, за период эксплуатации полимерных труб необходимо 3 раза произвести замену стальных трубопроводов ГВС. Поэтому замена стальных трубопроводов ГВС на полипропиленовые трубы позволит снизить расходы предприятия на ремонты и их замену в будущем.

В соответствии с п. 3.4. приложения 3 «Методики определения потребности в топливе, электрической энергии и воде при производстве и передаче тепловой энергии и теплоносителей в системах коммунального теплоснабжения», утвержденной приказом Госстроя России от 12.08.2003 года, потери тепловой энергии при транспортировке горячей воды по наружным сетям определяются по среднечасовой нагрузке горячего водоснабжения и коэффициенту, учитывающему тепловые потери в трубопроводах ГВС (Кт.п.=0,15). Таким образом, потери тепловой энергии составляют 15% от общего количества транспортируемой тепловой энергии.

При прокладке полимерных трубопроводов потери тепловой энергии составят 3-5%.

Экономия тепловой энергии позволит снижать расходы на природный газ, необходимый для выработки тепловой энергии. Снижение расхода газа после реализации всего проекта по модернизации трубопроводов ГВС составит 245,62 тыс. м3 год.

Вывод

Учитывая вышеизложенное, замена стальных трубопроводов ГВС на полипропиленовые трубы позволит снизить расходы предприятия на ремонты и их замену в будущем.

В соответствии с п. 3.4. приложения 3 «Методики определения потребности в топливе, электрической энергии и воде при производстве и передаче тепловой энергии и теплоносителей в системах коммунального теплоснабжения», утвержденной приказом Госстроя России от 12.08.2003 года, потери тепловой энергии при транспортировке горячей воды по наружным сетям определяются по среднечасовой нагрузке горячего водоснабжения и коэффициенту, учитывающему тепловые потери в трубопроводах ГВС (Кт.п.=0,15). Таким образом, потери тепловой энергии составляют 15% от общего количества транспортируемой тепловой энергии.

Список используемой литературы:

1.СП 124.13330.2012 «Тепловые сети. Актуализированная редакция СНиП 41–02–2003». М., 2012.

2.https://www.e-zim.ru/assets/files/book_4.pdf

3.https://tesrf.ru/proektirovanie-teplovyx-setej/osnovy-proektirovaniya-teplovyx-setej.html

4. https://btp-cours.com/alimentation-en-eau-et-les-appareils/

5.Методические указания «Разработка рекомендаций по повышению эффективности систем коммунальной теплоэнергетики» сост.: Петринчик В.А., Мусинов Д.О. - Вологда: ВоГТУ, 2005. -36с.

6.Петринчик В.А. Технико-экономическая оценка инвестиций в совершенствование систем централизованного горячего водоснабжения зданий: методические указания к выполнению курсовых и дипломных работ

7. Heat exchanger desing handbook. Kuppan T 2000г.