Статья: Возможности устранения дефектов теплофикационного оборудования композиционными материалами

ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса»

Возможности устранения дефектов теплофикационного оборудования композиционными материалами

Тулинов Андрей Борисович, доктор технических наук, профессор кафедры общетехнических и естественно-научных дисциплин

Иванов Вячеслав Александрович, аспирант кафедры общетехнических и естественно-научных дисциплин,

г. Москва

Аннотация

Проведена оценка состояния тепловых сетей в России, отражены причины возникновения дефектов в системах ЖКХ. Показана целесообразность проведения ремонтно-восстановительных работ с применением композиционных материалов, а также даны предложения по их применению для ликвидации дефектов теплосетей городского коммунального хозяйства.

Ключевые слова: теплосеть, ремонт, композиционный материал, технология, дефекты оборудования.

OPPORTUNITIES FOR ELIMINATING HEATING EQUIPMENT DEFECTS WITH COMPOSITE MATERIALS

Tulinov A.B., Ivanov V.A.

The authors made an assessment of Russian heat supply network condition. The article shows the reasons for defect appearance in housing and communal services systems. The article presents practicability of remedial and repair work using composite materials. The article offers the suggestions concerning their use in the liquidation of municipal communal service heat supply network defects.

Key words: heat supply network, repair, composite material, technology, equipment defects.

Основной производственной задачей при эксплуатации тепловых сетей является обеспечение надежного, бесперебойного теплоснабжения потребителей с заданными технологическими параметрами. Эта задача остается актуальной и окончательно не решенной до сих пор. Реальное состояние тепловых сетей таково, что и в начале XXI в. возникают повреждения, которые сопровождаются не только временным отключением потребителей, но и травмированием людей и материальным ущербом третьим лицам.

В связи с кризисным состоянием жилищно-коммунального комплекса, деятельность предприятий в этой сфере характеризуется высокими затратами, отсутствием экономических стимулов снижения издержек на производство услуг, неразвитостью конкуренции. Все это приводит к высокой степени износа основных фондов, неэффективной работе предприятий, большим потерям энергии, водных и других ресурсов.

Оценочные данные физического износа основных фондов ЖКХ, связанных с теплоснабжением, в целом по России представлен в таблице 1 [1]:

Таблица 1 - Оценочные данные физического износа основных фондов ЖКХ, связанных с теплоснабжением, в целом по России

Степень износа объектов коммунального хозяйства по отдельным муниципальным образованиям достигает 70-80%, при этом темпы нарастания износа составляют 1,5-3% в год.

Преодоление высокой степени износа и аварийности, низкого коэффициента полезного действия мощностей и значительных потерь энергоносителей является необходимым условием изменения качества жилищно-коммунального обслуживания, обновления основных фондов и сохранения конкурентных позиций на рынке.

Принимая во внимание, что потери ресурсов в сфере ЖКХ составляют 30-40%, важным направлением в развитии является активизация процессов по внедрению ресурсосберегающих технологий. Сегодня это вяло текущий процесс. Причин здесь две: отсутствие заинтересованности самих предприятий в снижении издержек и затрат и дефицит финансовых средств на модернизацию и внедрение новых технологий и оборудования.

Сегодня приоритетами проводимой государственной технической политики при решении задачи модернизации основных фондов является: внедрение новых технологий и экологически безопасного, надежного и высокопроизводительного оборудования; энергосбережение и развитие малой энергетики в коммунальной сфере.

Предварительный анализ показывает, что разработка и применение современных технологий и материалов, конструкций и оборудования в ЖКХ обеспечивает прогнозируемое увеличение энергоэффективности в 2-3 раза и снижение затрат на ЖКУ до 30% [1].

Для эффективного функционирования систем теплоснабжения необходимо разработать комплекс мер по предотвращению образования дефектов, а также их своевременному обнаружению и ликвидации. В настоящее время большинство конструктивных элементов тепловых сетей ремонтными службами не ремонтируются, а заменяются на новые, что приводит к значительному удорожанию ремонта.

Как показывает отечественная и зарубежная практика, ликвидация примерно 15-20% дефектов трубопроводов и запорной арматуры в системах тепло- и водоснабжения может быть выполнена за счет технологии применения для их ремонта композиционных материалов, работающих по методу «холодной сварки». Использование этой технологии приведет к значительной экономии материальных и трудовых ресурсов.

Для эффективного применения ремонта композиционных материалов (РКМ) необходимо изучить и классифицировать применяемое в теплоснабжении оборудование, условия его работы и возникающие дефекты.

К наиболее важным объектам систем теплоснабжения относятся трубопроводы, запорная арматура, теплоприготовительные установки, насосное оборудование и др.

Трубопроводы. Трубы являются наиболее ответственными элементами тепловых сетей, поэтому современная техника строительства предъявляет к ним ряд эксплуатационных требований [2]:

высокая прочность и герметичность, необходимые для безаварийного транспорта теплоносителя под большим давлением и с высокой температурой;

малый коэффициент линейного удлинения, обеспечивающий низкие термические напряжения при переменных температурных режимах теплоносителя;

антикоррозионная стойкость;

высокое термическое сопротивление стенок труб, способствующее сохранению тепла и температуры теплоносителя;

неизменность свойств материала труб при длительном воздействии высоких температур и давлений;

небольшая стоимость, простота монтажа, надежность соединения и хранения труб и др.

Имеющиеся трубы не удовлетворяют в полной мере всей совокупности предъявляемых требований. Неметаллические трубы из асбестоцемента, стекла, полимеров (полиэтилен и полипропилен) и винипласта обладают высокой антикоррозионной стойкостью и значительно дешевле стальных труб. Стеклянные и полимерные трубы имеют гладкие внутренние поверхности, что обеспечивает им по сравнению со стальными трубами равных диаметров меньшие гидравлические сопротивления. Но асбестоцементные и стеклянные трубы хрупки, соединяются сложными стыковыми конструкциями. Из неметаллических труб только винипластовые трубы и трубы из полимерных материалов обладают высокой эластичностью и хорошо соединяются сваркой. Эти качества труб особенно ценны для монтажа внутренних систем горячего водоснабжения и конденсатопроводов.

В действующем теплопроводе возникают многочисленные напряжения. Внутреннее давление теплоносителя вызывает в стенках труб растягивающие напряжения, направленные по оси трубы и по радиусу. Под действием собственной массы трубы, массы теплоносителя и тепловой изоляции в трубопроводе образуются изгибающие напряжения. Температурные деформации трубопровода вызывают сжимающие и изгибающие напряжения от трения опор, усилий гнутых компенсаторов и участков естественной компенсации. В узлах с пространственными изгибами трубопровода возможны скручивающие напряжения. В надземных и бесканальных прокладках на трубопроводы действуют дополнительные нагрузки от массы снега, давления ветра, грунта и транспорта.

Арматура. Запорная, регулирующая и предохранительная арматура предназначена для регулирования режимов потребления тепла и управления работой тепловых сетей. К ней относятся задвижки, заслонки, вентили и другие.

Арматура изготовляется из сталей, чугуна, цветных металлов и пластмасс. В тепловых сетях чаще всего принимается стальная арматура. Чугун уступает по прочности стали, поэтому область применения чугунной арматуры ограничена давлением 0,07 МПа (для пара) и температурой 115°С (для воды). Чугунная арматура должна размещаться на прямых участках труб, защищенных от изгибающих усилий. Ограничивается применение чугунной арматуры и на открытом воздухе с низкими отрицательными температурами [2], она более надежна в закрытых помещениях с постоянной температурой воздуха. Арматура из цветных металлов дефицитна, а пластмассовая - малопрочна, поэтому в сетях они не нашли широкого применения.

Задвижки по конструктивному исполнению разделяются на клиновые и параллельные, с выдвижным и невыдвижным шпинделем. Стальные задвижки имеют клиновое уплотнение, чугунные - параллельное. Уплотнение создается уплотнительными кольцами из бронзы или нержавеющей стали.

Фланцы применяются для присоединения на трубопроводах различной фланцевой арматуры. Конструкции фланцев разнообразны. Подбираются фланцы по условным проходам и давлениям, на которые рассчитаны трубы.

Теплоприготовительное оборудование. Важной составляющей комплекса теплоснабжения является теплоприготовительное оборудование. Оборудование теплоприготовительных станций можно условно разделить на основное и вспомогательное. К основному оборудованию ТЭЦ и отопительно-производственных котельных относятся турбины и котлы.

Перечень вспомогательного оборудования теплоприготовительных станций зависит от системы теплоснабжения. В водяных системах оборудование станции состоит из паро- и водоводяных теплообменников, системы водоподготовки и различных насосов. При паровых системах теплоснабжения тепловая станция оборудуется пароводяными подогревателями, паропреобразователями или испарителями, РОУ, конденсатными баками, насосами и другим оборудованием.

Описание дефектов, их последствия и существующие методы борьбы с ними. Современное централизованное теплоснабжение представляет собой сложное энергетическое хозяйство, связанное с выработкой тепла и его реализацией. От согласованности действий каждого подразделения зависит бесперебойное теплоснабжение и безаварийная работа оборудования источников тепла, сетей и абонентских вводов по установленному графику. Эксплуатирующая организация обязана проводить технический надзор за строительством, пуском и наладкой систем теплоснабжения, разрабатывать и контролировать режимы отпуска тепла, обеспечивать профилактический ремонт оборудования и сетей, постоянно совершенствовать технико-экономические показатели всех звеньев хозяйства. Для выполнения этих мероприятий организуется служба эксплуатации.

Надзор и приемка тепловых сетей осуществляется по техническим условиям проектов, согласованных с теплосетью или с ПОК и ТС. Комиссия обязана требовать от исполнителей работ строгого соблюдения всех норм строительства и проектных решений. Надзор проводится по всем видам строительных и монтажных работ в порядке их выполнения: разбивка трассы; устройство основания трассы, продольного дренажа, электрической защиты; сварка труб, размещение опор, растяжка компенсаторов, тепловая изоляция; промывка и испытание сетей; перекрытие каналов, засыпка и планировка грунта, а также другие операции, предусмотренные проектом или инструкцией. Поэтапные результаты надзора оформляются актами приемки установленной формы, дающими разрешение на выполнение всех последующих работ. На все обнаруженные отступления от проекта должны быть получены согласования проектных организаций. Высокие требования должны предъявляться прежде всего к качеству поставляемых строительных материалов и монтажных изделий. Технический надзор и приемка материалов и оборудования производятся по сертификатам заводов изготовителей. Данные сертификатов должны соответствовать проектным решениям [2].

Строительные конструкции (каналы, камеры, эстакады, стойки и другие элементы) рассчитаны на длительный срок службы, поэтому при их приемке особое внимание обращается на отсутствие брака, возникшего при транспортировке, на тщательность подгонки и сборки узлов. Укладка лотков или сборных плит каналов на плохо утрамбованную постель может привести к просадке днищ, провисанию трубопроводов, при которых нарушается герметичность каналов и возникает перенапряжение сварных стыков труб. Продольный дренаж эксплуатируется без ремонта, как правило, 2-3 года, поэтому его сооружение должно быть надежным и удобным для повсеместной чистки системы. Точность установки компенсаторов, фланцев, запорно-регулирующей и дренажной арматуры, правильное размещение сварных стыков, опор на трубопроводе относительно опорных строительных конструкций является важнейшим условием надежности теплопровода.

Прекращение подачи тепла приносит большой ущерб народному хозяйству вследствие вынужденного простоя производственного оборудования и сокращения выпуска промышленной продукции. Аварийное отключение отопления ухудшает комфортные условия в жилых помещениях. Для ликвидации аварий непроизводительно отвлекается рабочая сила, техника, затрачиваются дополнительные материалы и капитальные средства.