Новое поколение тепловых сетей – высокоэффективные системы трубопроводов с пенополиуретановой изоляцией
В. И. Манюк, Президент Ассоциации производителей и потребителей трубопроводов с индустриальной полимерной изоляцией
И. Л. Майзель, канд. техн. наук, исполнительный директор Ассоциации производителей и потребителей трубопроводов с индустриальной полимерной изоляцией
Надежность, долговечность и энергоэффективность тепловых сетей может быть обеспечена массовым применением индустриальных конструкций трубопроводов с пенополиуретановой изоляцией. Потери тепла могут быть снижены в десять раз, эксплуатационные затраты – в девять раз.
В России сложившаяся система отопления и горячего водоснабжения многоэтажных жилых домов организована как система централизованного теплоснабжения (СЦТ). С помощью систем такого типа обслуживается 92% городских и 20% сельских жителей, т.е. примерно 73% населения страны.
Протяженность тепловых сетей в нашей стране составляет, по разным оценкам, от 180 до 280 тыс. км в двухтрубном исполнении. На сегодняшний день для 80% трубопроводов тепловых сетей превышен срок безаварийной службы, более 30% тепловых сетей находятся в ветхом состоянии и требуют ремонта.
В ряде регионов проблема износа теплопроводов стоит крайне остро. Так, в Санкт-Петербурге требуется заменить 23,1% теплосетей, в Камчатской области – 26,6%, в Красноярском крае – 27,4%, в Иркутской области – 32,0%. Не намного лучше обстоят дела и в других регионах России, причем с каждым годом состояние трубопроводов ухудшается. Если в 1997 году требовалось заменить 14,4% общей протяженности теплотрасс (каждый седьмой километр), в 2000 году эта цифра возросла до 16,2% (каждый шестой километр), то в 2003 году требует замены каждый пятый километр. Количество аварий и повреждений в тепловых сетях к 2003 году увеличилось с 0,1–0,2 в 1980-е годы до 3 на 1 километр в год. Однако в настоящее время заменяются не более 0,5–1% от общей протяженности сетей вместо 4–5% по нормативу. При этом плановый ремонт практически уступил место аварийно-восстановительному, что в 3–4 раза дороже и хуже по качеству.
В России традиционно основным способом создания тепловых сетей являлась подземная, т.н. канальная прокладка (84%), с помощью бесканальной подземной прокладки выполняется примерно 6%, а путем надземной прокладки – около 10% от общего объема работ.
 |
В качестве теплоизоляционных материалов в каналах, как правило (порядка 90%), используются изделия из минеральной ваты (маты и плиты). Применение для этих целей цилиндров из минеральной и стеклянной ваты составляет не более 0,1%.
На наш взгляд, основные причины катастрофического состояния российских тепловых сетей заключаются в массовом применении подземной канальной прокладки трубопроводов и использовании недолговечных теплоизоляционных материалов. Действительно, никакая гидроизоляция (защитные покрытия из стеклопластиков, гидроизола, полимерных пленок, штукатурки), а также гидрофобизация волокнистых материалов не защищают их от увлажнения при длительной эксплуатации, а, следовательно, и от ухудшения их теплофизических характеристик, прежде всего, от увеличения коэффициента теплопроводности. Фактический срок службы таких трубопроводов для магистральных сетей составляет 12–15 лет, распределительных и квартальных сетей – 7–8 лет, т.е. значительно ниже нормативного, равного 25 годам.
По мнению многих специалистов, поддерживаемых Госстроем России, выходом из кризисной ситуации в теплоснабжении, сложившейся в нашей стране, является широкое использование при строительстве и ремонте тепловых сетей трубопроводов с пенополиуретановой изоляцией.
Конструкции теплопроводов с пенополиуретаном и гидроизоляционным защитным слоем применяются в Америке и Западной Европе, особенно в северных странах, уже более 40 лет. Такой способ реализации тепловых сетей помог ряду стран развить систему централизованного теплоснабжения (Дания, Норвегия, Швеция и др.) и преодолеть энергетический кризис 1970-х годов.
 |
В России трубы с индустриальной пенополиуретановой изоляцией производятся и успешно эксплуатируются более 10 лет. Безусловно, более надежная конструкция труб приводит к несколько большей первоначальной стоимости тепловых сетей. Однако за счет высокого качества трубопроводов затраты на их техническое обслуживание снижаются более чем в 9 раз, вследствие чего стоимость тепловых сетей, приведенная к одному году эксплуатации, уменьшается на 20–30% по сравнению с аналогичной тепловой сетью, выполненной традиционным методом. Поэтому одним из основных факторов экономической эффективности применения новых конструкций следует считать не их первоначальную стоимость, а стоимость, приведенную к одному году эксплуатации. При бесканальной прокладке тепловых сетей трубами с пенополиуретановой изоляцией в полиэтиленовой оболочке не требуется устраивать дорогостоящие каналы и камеры для установки запорной арматуры. В конструкции трубопроводов предусматривается система оперативного дистанционного контроля (СОДК), стоимость которой не превышает 1,5% от стоимости тепловой сети. Эта система позволяет своевременно выявлять и устранять возникающие дефекты (в первую очередь, увлажнение пенополиуретана), тем самым предотвращать аварии, типичные для тепловых сетей других конструкций. Кроме того, нет необходимости в защите трубопровода от блуждающих токов, а также в устройстве дренажа.
 |
Таким образом, технико-экономические расчеты, проведенные для новых конструкций теплопроводов, показывают, что их применение позволяет:
• увеличить срок службы до 30–40 лет (старые типы трубопроводов 5–10 лет);
• снизить тепловые потери в 10 раз до 2% (старые типы трубопроводов 20-40%);
• снизить капитальные затраты на 15–20%; эксплуатационные – в 9 раз; ремонтные – в 3 раза;
• уменьшить время прокладки в 3–4 раза;
• исключить влияние блуждающих токов;
• исключить аварийность благодаря обязательной установке системы оперативного дистанционного контроля.
К недостаткам трубопроводов с пенополиуретановой изоляцией для канальной и надземной прокладки иногда относят их горючесть и ограниченную предельную температуру применения – 130–150 °С. Но, как показали исследования, проведенные органами пожарной безопасности, при использовании оцинкованной стали в качестве защитного покрытия такие трубопроводы не являются пожароопасными. Это отражено в СНиПах 41-02-2003 «Тепловые сети» и 41-032003 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов». Наличие предельной температуры также не является серьезным препятствием для применения трубопроводов такого типа, т.к. по многолетним данным Мосэнерго температура носителя более 130 °С в тепловых сетях держится не более 10 суток в году, а 150 °С – не более 30 часов, что допускается ГОСТ 30732 на трубопроводы с ППУ-изоляцией.
Итак, достоинства современного метода строительства тепловых сетей настолько очевидны, что сегодня в нескольких регионах России (Москва, Ханты-Мансийск, Екатеринбург, Вологодская область, Татарстан, Бурятия и др.) приняты постановления об обязательном использовании труб с пенополиуретановой изоляцией при прокладке тепловых сетей. Следует отметить, что по данным УТЭХ г. Москвы благодаря внедрению трубопроводов с пенополиуретановой изоляцией в нескольких районах города (Южное Бутово, отчасти Люблино) уже четыре года не производится отключение горячего водоснабжения на гидравлические испытания, что создает более комфортные условия жизни наших граждан.
Для сетей горячего водоснабжения с трубами диаметром до 160 мм, а также для тепловых сетей с температурным графиком 95–70 °С, строящихся путем бесканальной прокладки, организовано производство гибких теплоизолированных пенополиуретаном полимерных труб. Срок службы полимерных труб превышает 50 лет. Длина полимерных труб в бухте может достигать при диаметре 32 мм 1240 м, а при диаметре 110 мм – 420 м и 185 м соответственно.
Замена полимерных труб на гибкие гофрированные нержавеющие стальные трубы позволит повысить температуру применения такого комбинированного трубопровода до 130 °С при диаметре труб до 127 мм. Эти трубы также выпускаются промышленностью.
Существенным преимуществом гибких труб является необходимость минимального количества неподвижных опор, практически полное отсутствие стыковых соединений, компенсаторов, отводов. Все это делает трассу из гибких труб конкурентоспособной с теплопроводами из традиционных стальных труб.
Область применения гибких труб – низкотемпературные внутриквартальные сети, протяженность которых существенно превышает протяженность первичных сетей.
Очевидно, что заменить все износившиеся трубы в тепловых сетях на надежные и долговечные современные конструкции в ближайшие годы нереально, но стремиться к использованию для нового строительства, реконструкции и при больших объемах ремонтных работ труб с индустриальной пенополиуретановой изоляцией необходимо. Это – единственная возможность избежать «подземного Чернобыля».
 |
Госстрой России поддерживает применение новых прогрессивных трубопроводов. С 1 июля 2001 года введен в действие ГОСТ 30732 «Трубы и фасонные изделия стальные с тепловой изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке», а постановлением Госстроя России №168 от 26 декабря 2002 года утвержден Свод правил 41-105-2002 «Проектирование и строительство тепловых сетей бесканальной прокладки из стальных труб с индустриальной изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке». С сентября 2003 года введен в действие СНиП 41-02-2003 «Тепловые сети» и с ноября 2003 года СНиП 4103-2003 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов», в которых указывается на предпочтительность применения при строительстве и ремонте тепловых сетей труб с пенополиуретановой изоляцией.
В 2004 году Ассоциацией, в соответствии с новым законом о техническом регулировании, подготовлен и выпущен стандарт СТ 4937001-18929664-04 «Трубы и фасонные изделия стальные с тепловой изоляцией из пенополиуретана со стальным защитным покрытием. Технические условия».
В заключение считаем целесообразным привести фрагмент из письма Председателя Госстроя России от 31.07.03 № НК-4651/5 руководителям жилищно-коммунального хозяйства: «Обращаю Ваше внимание на недопустимость реализации проектов, в основу которых заложено использование устаревших технологий, материалов и оборудования, приводящих к неэффективному использованию энергоресурсов и финансовых средств, выделяемых на строительство, ремонт и эксплуатацию объектов ЖКХ.
Прошу при проведении экспертизы проектов, в ходе строительства, реконструкции, модернизации и капитального ремонта инженерных систем жизнеобеспечения строго руководствоваться действующими нормативными документами, указанными в приложении». В приложении делаются ссылки на ГОСТ 30732-2003, СП 41105-2002 и др., касающиеся производства и применения трубопроводов с индустриальной пенополиуретановой изоляцией для тепловых сетей.
В настоящее время в России созданы условия для широкого применения трубопроводов современных конструкций: в 32 регионах страны действует более 50 предприятий, выпускающих трубы с индустриальной пенополиуретановой изоляцией общей мощностью 7–8 тыс. км труб в год как, в основном, в полиэтиленовой оболочке, так и с оцинкованным покрытием.
Трубы с тепловой изоляцией из пенополиуретана – реальный путь усовершенствования системы теплоснабжения
И. Л. Майзель, канд. техн. наук, исполнительный директор Ассоциации производителей и потребителей трубопроводов с индустриальной полимерной изоляцией
 |
Сегодняшнее состояние системы теплоснабжения в России является тяжелым. Время для постепенного реформирования отрасли упущено, необходимо принимать срочные меры, иначе процесс станет необратимым.
Вопрос качественного теплоснабжения – это вопрос выживания нации. По данным Госстроя России, число аварий на российских сетях теплоснабжения возросло в 5 раз по сравнению с их количеством в 1991 году, а по другим оценкам – в 10 раз. Только в текущем году на теплотрассах произошло 300 тыс. аварий или 2 аварии на 1 км трубопроводов. Из 136 тыс. км (в двухтрубном исчислении) российских тепловых сетей 29 тыс. км находятся в аварийном состоянии. Потери тепла при транспортировке достигают в среднем 60% и составляют по стране более 80 млн. т. у. т. в год при общем расходе на теплоснабжение 400 млн. т. у. т. в год. То есть каждая пятая тонна условного топлива расходуется на обогрев атмосферы и грунта. Утечки теплоносителя не идут ни в какое сравнение с нормами, принятыми в развитых странах. Замена трубопроводов из-за коррозии происходит в 4–5 раз чаще, чем принято в других странах.
В крайне изношенных российских тепловых сетях теряется вся экономия от комбинированной выработки тепла и электроэнергии на ТЭЦ. Высокоразвитая в России теплофикация (второе место в мире после США) подтверждает правильность технической идеи централизованного теплоснабжения: на российских ТЭЦ в наиболее экономичном теплофикационном режиме вырабатывается более 70% от общей выработки тепла.
Несомненно, преимущества комбинированной выработки тепла и электроэнергии приведут вновь к возрождению разрушенной системы теплоснабжения. К сожалению, за последние годы вследствие кризиса в теплоснабжении тепловые сети страны, ее кровеносная система, были почти полностью разрегулированы.
Сокращение финансирования в сфере тепловых сетей привело к уменьшению объемов перекладок трубопроводов, но даже в такой ситуации качество работ низкое. Переложенные трубы имеют очень низкий ресурс и вновь требуют перекладки через 5–7 лет вместо предусмотренных 20 лет.
Выход из создавшегося положения возможен, с нашей точки зрения, путем массового внедрения при строительстве тепловых сетей систем предварительно изолированных трубопроводов бесканальной прокладки с пенополиуретановой (ППУ) изоляцией в полиэтиленовой оболочке. Применение трубопроводов типа «труба в трубе» является сейчас наиболее прогрессивным способом теплосбережения в строительстве теплосетей. В Америке и Западной Европе, особенно в северных странах, эти конструкции применяются с середины 60-х годов, а у нас всего лишь с 90-х годов.
Основные преимущества вышеупомянутых систем трубопроводов очевидны:
— Повышение долговечности конструкций до 25–30 лет и более, т. е. в 2–3 раза.
— Снижение тепловых потерь до 2–3% по сравнению с существующими 20–40% (и более) в зависимости от региона.
— Уменьшение эксплуатационных расходов в 9–10 раз.
— Снижение расходов на ремонт теплотрасс не менее чем в 3 раза.
— Снижение капитальных затрат при строительстве новых теплотрасс в 1,2–1,3 раза и значительное (в 2–3 раза) снижение сроков строительства.
— Значительное повышение надежности теплотрасс, сооружаемых по новой технологии.
 |
По мнению ведущих специалистов в области теплоснабжения, применение новой технологии – это мощный рывок вперед в развитии систем теплоснабжения. Потери тепла в трубах новой конструкции минимальны, трубы в ППУ-изоляции практически не подвержены действию блуждающих токов, значит, и внешней коррозии. Сама конструкция «труба в трубе» позволяет полностью исключить наружную коррозию трубопровода. Это – надежность, долговечность, снижение к минимуму затрат ручного труда при строительстве и монтаже тепловых сетей с ППУ-изоляцией, а также значительное снижение эксплуатационных расходов после запуска теплосети в действие.
Кроме вышеупомянутых достоинств, новые конструкции имеют еще одно важное преимущество – систему оперативного дистанционного контроля (ОДК) за увлажнением изоляции, что позволяет своевременно реагировать на нарушение целостности стальной трубы или полиэтиленового гидроизоляционного покрытия и заранее предотвращать утечки и аварии. Именно поэтому Госстрой России с 1 января 2002 года ввел в действие изменение № 2 в СНиП 2.04.07-86 (п. 7.46), в котором рекомендуется: «при бесканальной прокладке тепловых сетей следует преимущественно применять предварительно изолированные в заводских условиях трубы с пенополиуретановой (по ГОСТ 30732-2001) тепловой изоляцией. Трубопроводы тепловых сетей из труб с пенополиуретановой тепловой изоляцией в полиэтиленовой защитной оболочке должны быть снабжены системой дистанционного контроля состояния влажности пенополиуретана».
За последние 7–8 лет в различных регионах России построено более 50 крупных, средних и мелких цехов и заводов по выпуску предварительно изолированных труб. Эти предприятия оснащены различным по качеству оборудованием, и степень подготовки персонала также существенно отличается. Однако уже сегодня можно говорить о начале создания в России новой передовой отрасли промышленности.
Общая мощность предприятий, выпускающих как прямые трубы, так и комплектующие фасонные изделия, составляют более 2 000 км в год. К сожалению, потенциал большинства предприятий используется всего на 20–30%, что во многом объясняется несколько более высокой первоначальной ценой новой продукции по сравнению с традиционной, а также консерватизмом российским строителей. Однако более низкая долговечность существующих тепловых сетей перекрывает экономию на стадии приобретения материалов.
Кроме того, внедрение новых конструкций трубопроводов с ППУ-изоляцией до настоящего времени сдерживалось отсутствием государственных нормативных документов в этой области, а именно: ГОСТов, СНиПов и т. д., учитывающих специфику нового направления в строительстве тепловых сетей, а также профессиональную неподготовленность проектировщиков и строителей.
Сейчас это положение меняется. Для решения задач по преодолению системного кризиса в теплоснабжении и главным образом для совершенствования и повышения надежности тепловых сетей, для координации работ по инициативе Правительства Москвы, Госстроя России, РАО «ЕЭС России», ЗАО «МосФлоулайн», Корпорации «ТВЭЛ» (г. Санкт-Петербург) и ряда других организаций в 1999 году была создана Ассоциация производителей и потребителей трубопроводов с индустриальной полимерной изоляцией.
Основной задачей Ассоциации является осуществление единой технической политики при производстве и применении индустриальных теплоизолированных труб, повышение их качества, координация деятельности организаций, производящих и потребляющих теплоизолированные пенополиуретаном трубы, разработка единой нормативной базы (СНиПы, ГОСТы, СП и др.), поддержка отечественных производителей сырья и готовой продукции, пропаганда достижений в данной области.
В настоящее время Ассоциацией разработан и утвержден Госстроем России (постановление от 12 марта 2001 года № 19) первый межгосударственный стандарт ГОСТ 30732-2001 «Трубы и фасонные изделия стальные с тепловой изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке. Технические условия». Этот стандарт введен в действие с 1 июля 2001 года.
Кроме того, членом Ассоциации – НТП «Трубопровод» – разработаны и утверждены Госгортехнадзором РФ РД 10-400-01 «Нормы расчета прочности трубопроводов тепловых сетей», введенные в действие с 1 апреля 2001 года. Это важнейший документ для проектирования тепловых сетей, в частности, по новой технологии. Сейчас идет разработка целого пакета нормативной документации: свода правил по проектированию и монтажу, новой редакции СНиПа 2.04.03-86 на тепловые сети и т. д. Для финансирования этих работ в Ассоциации создан целевой фонд, в работе которого могут принять участие все заинтересованные организации.
Широко организована учеба проектировщиков и строителей тепловых сетей на базе членов Ассоциации: за 2001 год прошло обучение более 500 человек. Проводятся семинары и конференции. Члены Ассоциации принимают активное участие в выставках, посвященных энергосбережению.
Предприятия, производящие трубы с ППУ-изоляцией, расположены в различных регионах России с севера до юга и с запада до востока: гг. Вологда, Санкт-Петербург, Псков, Ростов-на-Дону, Богульма, Салават, Пермская область, Омск, Магнитогорск, Тобольск, Иркутск, Тюмень, Сургут, Нижний Новгород, Оренбург, Иваново, Волжский и, конечно же, Москва и Московская область, где сосредоточено 12 предприятий этого профиля.
Научное и проектное обеспечение нового направления в теплоснабжении обеспечивается крупнейшими институтами – членами Ассоциации: НИИМосстрой, ВНИПИЭнергопром, Мосинжпроект, Полимерсинтез, ВНИИСТ и другими организациями.
Тесная координация осуществляется с Российской ассоциацией «Коммунальная энергетика» и Национальным Союзом предприятий жилищно-коммунальной отрасли (членами нашей Ассоциации). Поддержка в обеспечении сырьем – компонентами ППУ оказывается НПП «Изолан», ЗАО «Блок-форм» и иностранными членами Ассоциации – фирмами «Хантсман Полиуретаны» и «ДАУ Кемикал».
Несмотря на существенные достижения в новой области за последние годы, внедрение современных и теплосберегающих конструкций трубопроводов идет медленно. Это объясняется следующими причинами, которые необходимо преодолеть в ближайшее время. Прежде всего, отсутствием экономических стимулов в энергосбережении и, в частности, в прокладке надежных и долговечных тепловых сетей и вследствие этого отсутствием заинтересованности как у производителей тепла, так и организаций, отвечающих за его транспорт к потребителю.
В связи с ограниченностью средств основные инвестиции должны направляться не только на внедрение контрольно-измерительной аппаратуры, но и на строительство, реконструкцию и ремонт тепловых сетей. Таким образом, мы сохраним тепло, транспортируя его от производителя к потребителю.
Существенных успехов в применении новых конструкций теплопроводов добились те регионы, где вышли соответствующие директивы и постановления местных администраций (Москва, г. Вологда, Татарстан, Тюменская область, Ханты-Мансийский автономный округ и др.). На данном этапе в России это необходимо. Для успешного внедрения в практику строительства тепловых сетей конструкций «труба в трубе» с ППУ-изоляцией, относящихся к сфере высоких технологий в строительстве, следует лицензировать и сертифицировать все виды деятельности, относящиеся к этой области (производство труб, строительство с заделкой стыков, эксплуатация).
Этим проблемным вопросам была посвящена конференция, организованная Ассоциацией 15–16 января с. г.
Заместитель начальника Управления инженерной инфраструктуры Госстроя России И. Р. Шарипов отметил, что в работах по реформированию и модернизации ЖКХ одно из основных мест занимают тепловые сети – запланировано заменить тысячи километров сетей.
«Именно тепловые сети являются самым слабым элементом в системе теплоснабжения», – подчеркнул в своем выступлении главный редактор журнала «Новости теплоснабжения» В. Г. Семенов. Он также отметил, что при проведении работ по модернизации тепловых сетей необходимо применять современные конструкции трубопроводов в ППУ-изоляции, но необходим жесткий контроль как качества трубопроводов, так и качества монтажа – и то и другое часто оставляет желать лучшего.
Главный инженер филиала Мосэнерго «Тепловые сети» В. М. Липовских поделился опытом эксплуатации трубопроводов в ППУ-изоляции. Особенности предварительно изолированных трубопроводов требуют соответствующих организационных и технических решений. Все трубопроводы с ППУ-изоляцией в обязательном порядке прокладываются с системами ОДК, а чтобы обеспечить беспристрастный контроль ППУ-изоляции, его ведут сторонние организации. Оперативное устранение повреждений на оболочке позволяет впоследствии избежать замены значительных участков трубопровода. Налажен строгий контроль за жесткостью сетевой воды и содержанием кислорода, что позволило снизить повреждаемость от внутренней коррозии. Имеется опыт прокладки трубопровода по дну обводного канала и в условиях сложной геоподосновы. В. М. Липовских отметил, что другой альтернативы трубопроводам в ППУ-изоляции на сегодня нет, но только с системами ОДК, и необходима 100% комплектация фасонными изделиями. В итоге все участники конференции были единодушны в одном – выход из кризиса теплоснабжения в России лежит в массовом применении труб с пенополиуретановой тепловой изоляцией в практике строительства тепловых сетей.
Важность и необходимость реформирования и модернизации системы теплоснабжения и, в частности, тепловых сетей отражена в Целевой программе Правительства РФ «Энергоэффективная экономика» в разделе «Реформирование и модернизация жилищно-коммунального комплекса Российской Федерации», а также в национальном докладе «Теплоснабжение Российской Федерации. Пути выхода из кризиса», подготовленном Минпромнаукой в 2001 году в рамках проекта ООН «Создание условий для сокращения основных барьеров на пути энергоэффективности в российском жилищном хозяйстве и теплоснабжении».
В национальном докладе предлагается разработать закон «О теплоснабжении», ввести экономическую ответственность за качество теплоснабжения, создать государственную программу повышения надежности тепловых сетей.
Все это позволит вывести теплоснабжение в России из кризиса.
Уместно было бы закончить статью словами заместителя председателя Госстроя России Л. Н. Чернышева: «Каждый год мы должны перекладывать до 10% подземных трубопроводов, а на самом деле перекладываем не более 1–2%. Это привело к их физическому износу до 70%. Именно по этой причине специалисты и политики, в том числе Президент, говорят о возможности коммунальной катастрофы в ближайшие годы. Выход, безусловно, есть – это переход на применение труб с пенополиуретановой изоляцией» (газета «Энергопрогресс», 2001, май).