Трубопроводы для автономных систем отопления /В.Е.Бухин, к. т. н.

В конце XX в. в России наблюдался настоящий бум в области жилищного строительства и массовый отказ от типовой застройки, что повлекло за собой использование нового для отечественного рынка инженерного оборудования.

Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.

Актуальные сегодня тренды индивидуального малоэтажного жилищного строительства и повышения требований к уровню комфортности, в значительной степени определяемому наличием эффективного тепло- и водоснабжения, потребовали применения коррозионостойких и долговечных трубопроводов: холодного водоснабжения, отопления и ГВС. При этом рассредоточенность объектов малоэтажного строительства и удаленность их от источников теплоснабжения послужили дополнительными стимулами для развития и применения автономных систем отопления.

Термопласты из XX века

В качестве материалов для трубопроводов используется медь (рис. 1), полимеры, оцинкованная (рис. 2) и нержавеющая сталь. Многолетний опыт показал, что стальные трубопроводы подвержены коррозии и срок их эксплуатации меньше нормативных 30-ти лет (рис. 3). А медные и выполненные из нержавеющей стали трубы не только имеют высокую стоимость, но и требуют более высокой квалификации монтажников и затрат на монтаж. Поэтому в последней четверти прошлого века широкое распространение получили трубы из полимерных материалов, существенно более дешевые, простые для выполнения монтажных работ и со сроками эксплуатации 50 и более лет.

Рис. 1. Медные трубопроводы для водоснабжения

Рис. 2. Стальные трубопроводы

Рис. 3. Уменьшение прохода стальных труб при коррозии

Устойчивость к коррозии имеет особенно большое значения для материалов автономных систем теплоснабжения, так как в централизованных системах нормализации питательной воды уделяется большее внимание, в них ниже и удельные затраты на ее проведение. В автономных теплопроводах наибольшее распространение получили полимерные материалы (рис. 4), относящиеся к классу термопластов, нормированные в ГОСТ 32415-2013 «Трубы напорные из термопластов и соединительные детали к ним для систем водоснабжения и отопления», – полипропилен (PP-R, PP-PCT), сшитый  и термостойкий полиэтилен (PE-X и PE-RT, типы I и II), полибутен (PB) и хлорированный поливинилхлорид (PVC-C тип II).

Рис. 4. Трубы из сшитого полиэтилена

Основные параметры, определяющие работоспособность трубопроводов, – это давление и температура транспортируемого теплоносителя. Трубы и соединительные детали из термопластов применяются в системах водо- и теплоснабжения с Р_max =0,4; 0,6; 0,8 и 1,0 МПа и температурно-временными режимами, приведенными в таблице.

Таблица. Классы эксплуатации трубопроводов из термопластов (ГОСТ 32415-2013)

Примечания: 1. Т_раб – рабочая температура или комбинация температур транспортируемого теплоносителя, определяемая областью применения;  Т_max – максимальная рабочая температура, действие которой ограничено по времени; Т_ав – аварийная температура, возникающая в аварийных ситуациях при нарушении регулирования. 2. Максимальный сорок службы трубопровода для каждого класса эксплуатации определяется  суммарным временем работы при Т_раб ,  Т_max , Т_ав и составляет 50 лет. 3. Минимальная температура воды 10 °С.

Приведенные в таблице температурно-временные параметры обеспечивают расчетную долговечность трубопроводов не менее 50-ти лет. Возникающие при этом напряжения определяются по эталонным графикам длительной прочности (ГОСТ 32415-2013, прил. В), задавая необходимую толщину стенки трубы.

Пропускная способность трубопроводов (внутренний диаметр) определяется гидравлическими расчетами, которые служат основой для выбора внутренних диаметров труб и насосного оборудования. При этом от качества гидравлических расчетов зависит экономичность как самого трубопровода, так и всего комплекса связанных с ним приборов.

Методики таких расчетов отработаны в течение многолетней практики и приведены в соответствующей литературе  – например, Добромыслов А.Я. «Таблицы для расчетов напорных и безнапорных трубопроводов из полимерных материалов».

Гладкость полимерных труб

До 1980 г. трубы из полимерных материалов считались гидравлически гладкими и при расчетах шероховатость их стенок не учитывалась. Однако в результате проведенных А.Добромысловым и О.Продоусом  исследований было установлено, что такие трубы нельзя считать гидравлически гладкими и коэффициент их шероховатости изменяется в пределах 0,004–0,040 мм.

В 1980 г. Госстрой СССР установил значения расчетных коэффициентов шероховатости для  полимерных труб – 0,020 мм (СН 478-80. Инструкция по проектированию и монтажу сетей водоснабжения и канализации из пластмассовых труб), для условно гидравлически гладких труб – 0,0015 мм.

В 1998 г. методика для гидравлического расчета напорных трубопроводов из полимерных материалов была включена в СП 40-102-2000 «Проектирование и монтаж трубопроводных систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов».

Кислород и коррозия

Хорошо известно, что в воде, поступающей из источников водоснабжения, помимо связанного кислорода (например, входящего в состав самих молекул воды) присутствует также условно свободный растворенный в ней кислород, попадающий в воду в основном из атмосферного воздуха. Его растворимость зависит как от ее температуры, так и от общего давления. При этом парциальное давление кислорода в составе атмосферного воздуха при стандартных условиях составляет около 0,021 МПа.

Увеличение концентрации кислорода в подпиточной и сетевой воде ускоряет коррозию нагретых металлических поверхностей котлоагрегатов. Это особенно опасно для закрытых систем отопления, в которых теплоноситель (вода) циркулирует по замкнутому контуру и с течением времени происходит постепенный рост концентрации растворенного кислорода в том случае, если продолжают оставаться активированными пути для его проникновения в теплоноситель.

Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов установлены предельно допустимые концентрации кислорода в подпиточной воде для закрытых систем водоснабжения. Так, для последних ее значение не должно быть более 50 мкг/кг, а максимальная кислородопроницаемость стенок труб должна быть не более

10^-4 кг /(м³ /сут.).

Для защиты циркулирующего теплоносителя от насыщения кислородом и снижения его коррозионной активности в закрытых системах теплоснабжения используют полимерные трубы с противодиффузионным слоем (барьером) из алюминия (Al) или этиленвинилового спирта (EVOH). Такой барьер, являясь в ряде случаев (металлопластиковые трубы со слоем Al ³ 0,2 мм) также армирующим конструктивным элементом,  обеспечивает надежную защиту металлических компонентом системы отопления (теплообменников, радиаторов, насосов, арматуры и т.п.) от агрессивного воздействия кислорода.

Многослойные трубы и рынок

Трубы с противодиффузионным барьером относятся к разряду многослойных. Их параметры регламентированы ГОСТ 53630-2009 «Трубы напорные многослойные для систем водоснабжения и отопления».

На практике широко  применяются барьерные трубы из сшитого и теплостойкого полиэтиленов с  армирующим слоем из алюминиевой фольги толщиной 0,2–0,4 мм, соединяемой лазерной или электрической сваркой встык или внахлест. Однако следует иметь в виду, что теплостойкий полиэтилен, полибутен и хлорированный поливинилхлорид в РФ не производятся и вряд ли будут производиться в ближайшем будущем. Также нужно отметить, что использование труб с кислородным барьером требуется только для закрытых систем отопления. В открытых системах и трубопроводах горячего и холодного водоснабжения такая защита от проникновения кислорода не актуальна.

Сегодня на отечественном рынке представлены многослойные трубы нескольких модификаций. Так, в качестве прослойки, кроме алюминии и этиленвинилового спирта, используются полимеры со стекловолокном. Не являясь кислородным барьером, такая прослойка служит армирующим элементом, уменьшая, как и алюминиевая, тепловое удлинение труб. Особенно часто основным материалом для таких композитных труб является полипропилен. В то же время армирование  приводит к увеличению стоимости труб и, соответственно, выполненных из них систем.

В 1996 г. в России было освоено производство напорных труб и соединительных деталей для них из полипропилена. И трубопроводы из них получили широкое  распространение в связи с наличием отечественного производства этого термопласта, а также удобным, быстрым  и надежным монтажом за счет выполнения сварных соединений. Причем обучение проведению сварочно-монтажных работ обычно входит в перечень сервисных услуг фирм изготовителей и поставщиков труб из полипропилена.

Статья из журнала «Аква-Терм» №1/2016, рубрика «Отопление и ГВС»

вернуться назад

Читайте также:

Платежи за тепло в старом жилом фонде можно сократить вдвое

Химическое потребление кислорода как критерий чистоты воды в бассейне/М.Иванов

Терморегулятор: программируем уют

Компьютер выбирает тепловой насос/Н. Горшкова