Сайт научно-технического журнала «Инженерные системы. АВОК Северо-Запад»

Нормы и правила проектирования теплоизоляции трубопроводов тепловых сетей

Б. М. Шойхет, профессор Московского государственного строительного университета

В 2012 году выполнена актуализация ряда нормативных документов, подлежащих обязательному применению для выполнения требований ФЗ № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений». В число этих нормативных документов вошли СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов» и СП 124.13330.2012 «Тепловые сети». Эти нормативные документы являются взаимосвязанными и предполагают их совместное использование при проектировании тепловой изоляции трубопроводов тепловых сетей.

Проектирование тепловой изоляции трубопроводов тепловых сетей выполняется в соответствии с правилами проектирования, изложенными в СП 124.13330.2012 «Тепловые сети» (раздел 11) и СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов».

СП 124.13330.2012 содержит технологические требования и требования пожарной безопасности, предъявляемые к конструкциям тепловой изоляции трубопроводов тепловых сетей. Технологические требования к конструкциям тепловой изоляции включают способы прокладки теплопроводов и способы регулирования отпуска тепловой энергии.

В современной практике приняты следующие способы прокладки тепловых сетей:

— надземная прокладка. Трубопроводы могут быть расположены на открытом воздухе либо в помещениях, включая чердаки и подвалы зданий;

— подземная прокладка в проходных каналах и тоннелях;

— подземная прокладка в непроходных каналах;

— подземная бесканальная прокладка.

Регулирование отпуска тепла осуществляется двумя способами:

— количественным регулированием при постоянной температуре сетевой воды;

— качественным регулированием при переменной температуре сетевой воды. При качественном регулировании используются следующие температурные графики регулирования отпуска тепла: 180–70 °С; 150–70 °С; 130–70 °С; 95–70 °С.

Требования к пожарной безопасности тепловой изоляции трубопроводов тепловых сетей, предусмотренные в СП 124.13330.2012, включают ограничения по применению в конструкции горючих материалов и мероприятия по распространению пламени вдоль теплопровода при пожаре, а именно устройство противопожарных вставок из негорючих теплоизоляционных и покровных материалов длиной не менее 3 метров через каждые 100 метров теплопровода.

В части пожарной безопасности теплопроводов в СП 124.13330.2012, в сравнении с ранее действовавшим СНиП 41-02-2003, разработчиком документа (ОАО ВНИПИЭНЕРГОПРОМ) внесены  изменения, допускающие применение теплоизоляционных конструкций на основе горючих теплоизоляционных и покровных материалов (пункт 11.2):

а) при совместной подземной прокладке теплопроводов с электрическими или слаботочными кабелями в тоннелях (коммуникационных коллекторах) допускается применение конструкций на основе горючих теплоизоляционных материалов с покровным слоем из негорючих материалов при условии устройства противопожарных вставок длиной 3 м;

б) при отдельной прокладке теплопроводов в проходных и полупроходных каналах допускается применение конструкций с теплоизоляционным и покровным слоем из горючих материалов, при устройстве противопожарных вставок длиной 3 м.

Попутно, следует указать, что в том же пункте пропущен предлог «и», что искажает смысл предложения: «При надземной прокладке теплопроводов рекомендуется применять для покровного слоя теплоизоляции негорючие материалы «и» групп горючести Г1 и Г2».

СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов» содержит:

— правила выбора материалов теплоизоляционного и покровного слоев с учетом технологических требований и требований пожарной безопасности, указанных в СП 124.13330.2012, применительно к конкретному объекту;

— современную номенклатуру и технические характеристики теплоизоляционных и покровных материалов, используемых в конструкциях тепловой изоляции оборудования и трубопроводов (Приложение Б);

— таблицы норм плотности теплового потока для трубопроводов надземной и подземной канальной и бесканальной прокладки, в зависимости от диаметра трубопровода и температуры теплоносителя;

— методы расчета требуемой толщины теплоизоляции трубопровода в зависимости от ее назначения, включая расчет по нормам плотности теплового потока и по заданной температуре на поверхности изоляции.

В тепловых сетях надземной, подземной канальной и бесканальной прокладки предусматривается тепловая изоляция линейных участков трубопроводов, арматуры, фланцевых соединений, компенсаторов и опор трубопроводов.

Для изоляции арматуры, сальниковых компенсаторов и фланцевых соединений применяются преимущественно съемные теплоизоляционные конструкции.

В качестве теплоизоляционного слоя в конструкциях тепловой изоляции трубопроводов надземной и канальной прокладки наибольшее применение в практике находят прошивные и рулонированные теплоизоляционные маты на основе каменной ваты и стекловолокна, выпускаемые различными предприятиями по ГОСТ Р 21880, ГОСТ Р 9573, ГОСТ Р 10499 и Техническим условиям (ТУ) производителей.

Эффективными теплоизоляционными изделиями для прокладываемых в каналах трубопроводов тепловых сетей являются минераловатные цилиндры, полуцилиндры и сегменты из каменной ваты и стекловолокна. Преимуществом этих изделий является их формостабильность и технологичность в монтаже.

В конструкциях теплоизоляции подземных трубопроводов канальной прокладки, с учетом возможного попадания в конструкцию капельной влаги, рекомендуется применять только гидрофобизированные теплоизоляционные материалы. Для ограничения увлажнения волокнистой теплоизоляции при надземной и подземной канальной прокладке по теплоизоляционному слою устанавливается защитное покрытие из гидроизоляционных материалов. В отечественной практике в конструкциях с минераловатными  утеплителями при прокладке в каналах в качестве покровного слоя используются рулонные стекопластики (по ТУ 6­48­87­92, ТУ 36.16.22­68­95, ТУ 6­48­00204961­14­90), изол, гидроизол, полимерные пленки и штукатурные покрытия. При надземной прокладке в качестве покровного слоя применяются преимущественно металлические покрытия из оцинкованной стали и алюминиевых сплавов.

Для трубопроводов тепловых сетей подземной бесканальной прокладки применяются преимущественно предварительно изолированные в заводских условиях трубы с гидроизоляционным покрытием, исключающим возможность увлажнения изоляции в процессе эксплуатации. В качестве основного теплоизоляционного слоя в конструкциях теплоизолированных трубопроводов бесканальной прокладки по СП 124.13330.2012 «Тепловые сети» и СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов» в отечественной практике применяются пенополиуретан (ППУ), пенополимерминерал (ППМ), армопенобетон (АПБ).

Наибольшее распространение в современной отечественной и мировой практике получили предварительно изолированные в заводских условиях трубы с тепловой изоляцией на основе пенополиуретана и защитным покрытием из полиэтилена высокой плотности по ГОСТ Р 30732­2001. Эти изделия применяются для тепловых сетей подземной бесканальной прокладки с температурой теплоносителя до 130 °С. Теплопроводы оборудованы системой оперативного дистанционного контроля технического состояния теплоизоляции (СОДК), позволяющей своевременно обнаруживать и устранять возникающие дефекты.

К преимуществам теплопроводов с ППУ-изоляцией относят низкий коэффициент теплопроводности [0,032–0,035 Вт/(м•К)], технологичность при изготовлении и при монтаже теплопроводов, долговечность (при соблюдении требований монтажа и эксплуатации).

Ограничения в применении ППУ-­изоляции в тепловых сетях бесканальной прокладки связаны с допустимой температурой применения (130 °С), а при канальной и надземной прокладке — горючестью (в зависимости от рецептуры относится к группам Г3 и Г4 при испытаниях по ГОСТ 30244) и токсичностью выделяемых при горении компонентов.

Предельная максимальная температура применения 130 °С не позволяет использовать ППУ для изоляции трубопроводов водяных тепловых сетей, работающих по температурным графикам 150–70 °С и 180–70 °С, и паропроводов. Следует отметить, что ГОСТ 30732­2001 допускает применение ППУ при кратковременном повышении температуры до 150 °С.

Пенополимерминерал (полимербетон) разработан ВНИПИЭнергопром и более 20­ лет применяется в конструкциях тепловой изоляции трубопроводов, изготавливаемых по ТУ 5768­006­00113537­2001. Он характеризуется интегральной структурой, совмещающей функции теплоизоляционного слоя и гидроизоляционного покрытия, имеет температуру применения до 150 °С, при испытаниях на горючесть по ГОСТ 30244 относится к группе Г1.

Трубы с армопенобетонной изоляцией выпускались до последнего времени  в незначительном объеме региональными производителями по ТУ 4859­002­03984155­99. Армопенобетон характеризуется низкой плотностью (200–250 кг/куб. м) и теплопроводностью [0,05 Вт/(м•К)] при высокой прочности на сжатие (не менее 0,7 МПа). К преимуществам АПБ относятся: негорючесть, высокая температура применения (до 300 °С), отсутствие коррозионного воздействия на стальные трубы, паропроницаемость гидрозащитного покрытия и, как следствие, долговечность. Предварительно изолированные трубы с изоляцией из армопенобетона могут применяться во всем диапазоне температур теплоносителя как в водяных, так и в паровых тепловых сетях всех видов прокладки включая подземную бесканальную, подземную в проходных и непроходных каналах и надземную. Однако можно предположить, что трубы с АПБ-изоляцией в недалеком будущем будут окончательно вытеснены более технологичной продукцией с ППУ-изоляцией.

При бесканальной прокладке трубопроводов расчетный коэффициент теплопроводности основного теплоизоляционного слоя —  λ расч определяется с учетом его возможного увлажнения в конструкции при эксплуатации. Коэффициент, учитывающий увеличение теплопроводности теплоизоляционного материала при увлажнении, принимается по СП 61.13330.2012 в зависимости от вида теплоизоляционного материала и влажности грунта по ГОСТ 25100. Так, для труб с ППУ-­изоляцией в оболочке из полиэтилена высокой плотности и системой контроля влажности этот коэффициент принят равным 1 независимо от влажности грунта. Для труб с АПБ -изоляцией и паропроницаемым гидроизоляционным покрытием, а также труб с пенополимерминеральной изоляцией с интегральной структурой, допускающими возможность высыхания теплоизоляционного слоя в процессе эксплуатации, коэффициент увлажнения имеет значение 1,05 в маловлажных и влажных грунтах и 1,1 — в насыщенных водой грунтах.

При бесканальной прокладке трубопроводов тепловых сетей не рекомендуется применение теплоизоляционных конструкций на основе штучных теплоизоляционных изделий с устройством гидроизоляционного покрытия на месте монтажа для линейных участков трубопроводов.

Практические расчеты тепловой изоляции трубопроводов в канале и при бесканальной прокладке выполняются по инженерным методикам, учитывающим термическое сопротивление теплоизоляционного слоя, термическое сопротивление стенок канала и грунта, сопротивление теплоотдаче на границе теплоизоляции и стенок канала с воздухом в канале. При двухтрубной прокладке учитывается взаимное тепловое влияние подающего и обратного теплопровода.
В практике проектирования тепловых сетей при двухтрубной прокладке трубопроводов одного диаметра толщина теплоизоляционного слоя обратного трубопровода с учетом монтажных требований принимается равной толщине теплоизоляции подающего трубопровода.

Экономически оптимальная толщина теплоизоляционного слоя для заданного типа прокладки определяется по минимуму приведенных затрат, включающих капитальные затраты на устройство изоляции и эксплуатационные расходы за расчетный период эксплуатации, с учетом стоимости используемых материалов и тепловой энергии в конкретном регионе. Стоимостные показатели рекомендуемых к применению теплоизоляционных материалов являются одним из определяющих факторов при оценке их сравнительной технико-­экономической эффективности.

При расчете требуемой толщины теплоизоляционного слоя по нормам плотности теплового потока принимаются следующие расчетные параметры теплоносителя и окружающей среды.

Расчетная температура теплоносителя для подающих теплопроводов водяных тепловых сетей принимается:

— при постоянной температуре сетевой воды и количественном регулировании — максимальная температура теплоносителя;

— при переменной температуре сетевой воды и качественном регулировании, соответственно, 110 °С при температурном графике 180–70 °С; 90 °С при 150–70 °С; 65 °С при 130–70 °С; 55 °С при 95–70 °С.

Для обратных теплопроводов водяных тепловых сетей — 50 °С.

Расчетная температура окружающей среды принимается:

— для теплопроводов надземной прокладки, работающих круглогодично, — среднегодовая температура воздуха;

— для теплопроводов надземной прокладки, работающих только в отопительный период, — средняя температура отопительного периода;

— для теплопроводов, расположенных в помещениях, температура внутреннего воздуха 20 °С;

— для теплопроводов, расположенных в проходных каналах и тоннелях, температура воздуха 40 °С;

— для теплопроводов подземной канальной и бесканальной прокладки — среднегодовая температура грунта на глубине заложения оси трубопровода. При глубине заложения перекрытия канала или верха теплоизоляционной конструкции (при бесканальной прокладке) менее 0,7 м за расчетную температуру принимается та же температура наружного воздуха, что и при надземной прокладке.

Расчет экономически оптимальных норм плотности теплового потока, представленных в СП 61.13330.2012, выполнен с учетом номенклатуры и стоимости теплоизоляционных материалов и стоимости тепловой энергии в различных регионах РФ.

Введение в действие новых нормативных документов направлено на решение проблемы рационального использования энергетических ресурсов в промышленности и ЖКХ и экономию средств потребителей тепловой энергии путем оптимизации тепловых потерь и повышения энергоэффективности, надежности и долговечности конструкций тепловой изоляции оборудования и трубопроводов тепловых сетей.

Скачать статью в pdf-формате: Нормы и правила проектирования тепловой изоляции трубопроводов  тепловых сетей