Технико-экономический анализ возможности применения различных типов тепловой изоляции российского производства для трубопроводов тепловых сетей предприятия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технико-экономический анализ возможности применения различных типов тепловой изоляции российского производства для трубопроводов тепловых сетей предприятия

В.С.Слепченок, В.Н.Рогов, ГП «ТЭК СПб»

В настоящее время большая часть тепловых сетей ГП «ТЭК СПб» проложена подземным бесканальным способом. Значительная часть трубопроводов эксплуатируется свыше 15 лет, требует капитального ремонта и замены. тепловой сеть теплоизолированный труба

Исходя из этого, целью работы является оценка величины экономического эффекта и возможности применения при строительстве и реконструкции тепловых сетей, проложенных подземным бесканальным способом, труб, теплоизолированных пенополиуретаном (ППУ), фенольным поропластом (ФП), армопенобетоном (АПБ), армопенобетоном улучшенным (АПБ-У), вспученным вермикулитом (ИТ), полимер-пенобетоном (ПБИ), вспененным полиэтиленом (ВПЭ) и минеральной ватой (МВ).

Краткая характеристика указанных теплоизоляционных материалов:

Армопенобетон (АПБ) относится к теплоизоляционным изделиям из ячеистых бетонов. Основным сырьём служат: цемент, известь, кварцевый песок и др. Вводя в их смесь клееканифольную мыльную пену, получают пенобетон, в который для повышения прочности в период изготовления закладывают арматуру в виде проволочных каркасов.

Армопенобетон улучшенный (АПБ-У) получают с использованием более эффективного пенообразователя, являющегося «ноу-хау» и защищенного патентом.

Фенольные поропласты марок ФЛ (ФП) изготавливаются на основе фенолформальдегидной смолы, газообразователя и вспенивающе-отверждающей смеси. При бесканальной прокладке снаружи теплоизоляции ФЛ устраивается гидрозащитное покрытие.

Пенополиуретан (ППУ) - жесткая газонаполненная мелкопористая пластмасса, получаемая в результате реакций между химикатами, входящими в составленную из них смесь. В теплофикационных системах широко используется пенополиуретановая теплоизоляция стальных труб, покрытая полиэтиленовой гидрозащитной оболочкой.

Полимерпенобетон (ПБИ) -тепловая изоляция, относящаяся к заполненным пенополиуретанам, представляет собой монолитную трехслойную конструкцию с пористой сердцевиной и внутренней и наружной защитными корками.

Вспученный вермикулит (ИТ) - тепловая изоляция на основе подвергнутых обжигу природных гидратированных слюд и связующего.

Вспененный полиэтилен (ВПЭ) - газонаполненная пластмасса с закрытой ячеистой структурой, выпускается в виде труб и плит, поставляемых с покрытием из алюминиевой фольги и резины.

Минеральная вата (МВ) - теплоизоляционный материал, получаемый из расплавов горных пород и металлургических шлаков, на рынке представлен в виде матов и скорлуп.

Оценка возможности применения того или иного теплоизоляционного материала проводится на основе сопоставления его характеристик с требованиями действующих нормативных документов.

Постановление Правительства РФ № 1013 от 13.08.97 г. «Об утверждении перечня товаров, подлежащих обязательной сертификации, и перечня работ и услуг, подлежащих обязательной сертификации» требует обязательной сертификации теплоизоляционных материалов, а также деятельность по их производству. Теплоизоляционный материал должен иметь Сертификат соответствия, составными частями которого являются: Сертификат пожарной безопасности с указанием области применения материала, заключение органов государственного санитарно-эпидемиологического контроля, протоколы соответствующих испытаний. При применении новых материалов, требования к которым не регламентируются или частично отсутствуют в действующих нормативных документах продукции, а также, если характеристики этих материалов отличаются (по материалам, составу, конструкции и т.д.) от имеющихся аналогов, Постановление Правительства РФ № 1636 от 27.12.1997 г. требует подтверждения пригодности материала Техническим свидетельством Государственного Комитета РФ по жилищной и строительной политике.

Из табл.1 следует, что в настоящее время сертифицированными являются: АПБ, АПБ-У, ППУ, ППЭ, МВ. Гигиенический сертификат имеется у всех представленных материалов. Причем следует отметить, что ФЛ имеет ограничение по применению в строительных конструкциях, имеющих контакт с воздухом помещений. К несгораемым материалам относятся: АПБ, АПБ-У, ИТ, ПБИ, МВ; к трудносгораемым - ФЛ, ППЭ; сгораемым - ППЭ.

Учитывая важность решаемого вопроса выбора того или иного теплоизоляционного материала в необходимости обеспечения надежности, безопасности и долговечности работы тепловых сетей, потребитель вправе рекомендовать организации, реализующей теплоизоляционные материалы, помимо сертификата соответствия, представить следующие документы:

Нормативные документы (ГОСТ или ТУ), разработанные в установленном порядке.

Технические паспорта, акты и протоколы лабораторных испытаний с заключением о соответствии показателей качества материалов нормативным требованиям и условиям эксплуатации, согласованным с потребителем.

3.Сведения о предприятии-изготовителе: производственная мощность, отзывы основных заказчиков, результаты производственной деятельности.

4.Инструкцию по применению изделия по назначению.

Оценка возможности применения того или иного теплоизоляционного материала может быть выполнена на основе сопоставления его характеристик с требованиями, предъявляемыми действующими нормативными документами.

5.Сведения о возможности заводского изготовления теплоизоляции фасонных деталей.

Основные требования к теплоизоляционным материалам, применяемым при различных способах прокладки, изложены в СНиП 2.04.14 - 88. При бесканальной прокладке следует применять материалы со средней плотностью не более 600 кг/ м³, теплопроводностью не более 0,13 Вт/м оС при температуре 20 оС и влажностью, указанной в соответствующих государственных стандартах и технических условиях. Кроме того, конструкция тепловой изоляции трубопроводов при бесканальной прокладке должна обладать прочностью на сжатие не менее 0,4 мПа.

Теплоизоляционный слой для всех способов прокладок, кроме бесканальной, выполняется из материалов и изделий со средней плотностью не более 400 кг/м³ и теплопроводностью не более 0,07 Вт/ м оС.

Таким образом, при бесканальной прокладке тепловых сетей могут быть использованы теплоизоляционные покрытия: АПБ, АПБ-У, ППУ, ФЛ, ИТ и ПБИ, а при остальных способах прокладки: АПБ-У, ППУ, ФЛ, ИТ, ППЭ и МВ. Именно эти материалы и будем рассматривать в дальнейшем.

Все представленные материалы, за исключением ППЭ, рассчитаны на рабочую температуру не менее 150 оС.

Постановлением Государственного комитета РФ по жилищной и строительной политике №18-80 от 31.12.97 г. (21) установлено, что, начиная с 1.07.98 г., строительство, реконструкция, модернизация и капитальный ремонт теплоизоляционных конструкций тепловых сетей должен осуществляться в соответствии с повышенными величинами нормативных тепловых потерь, принятыми в изменении № 1 СНиП 2.04.14 - 88.

Для оценки соответствия представленных на рынке теплоизоляционных конструкций этому требованию воспользуемся методиками, изложенных в [1,4]. Для упрощения решения данной задачи примем следующие допущения: средний диаметр трубопроводов тепловой сети предприятия (d_н) = 159 мм; взаимное влияние температурных полей прямого и обратного трубопроводов тепловых сетей при двухтрубной бесканальной прокладке отсутствует; средняя глубина заложения теплопровода (h) - 0,85 м.

Теплофизические и геометрические характеристики материалов, необходимые для расчета, представлены в табл. 1 и 2.

Для определения суммарного сопротивления теплопередачи теплоизоляционной конструкции подземного бесканального трубопровода воспользуемся формулой:

где: X - коэффициент теплопроводности теплоизоляционного слоя (при температуре 20 оС), Вт/м К (табл.1); К - коэффициент, учитывающий увеличение теплопроводности от увлажнения. Принимается в зависимости от вида теплоизоляционного материала и типа грунта [1]:

л гр = 2,6 Вт/м К - коэффициент теплопроводности влажного грунта, состоящего из глины или суглинка при температуре 20 оС; 6_К - толщина слоя теплоизоляции, м (табл.1).

Зная суммарное сопротивление теплопередачи теплоизоляционной конструкции подземного бесканального трубопровода, найдем линейную плотность теплового потока:

где: К1 = 1 - коэффициент, учитывающий изменение стоимости теплоизоляционной конструкции в зависимости от способа прокладки и района строительства, [1], t_w - среднегодовая температура воды в трубопроводе при отопительном графике 150/70 оС: t_w = 90 оС - в прямом трубопроводе, t_w =50 оС - в обратном трубопроводе и t_w = 65 оС - в летний период времени при работе системы горячего водоснабжения; t_e = +5 оС -средняя температура грунта на глубине заложения при подземной бесканальной прокладке трубопроводов для отопительного сезона в г. С.-Петербурге; t_e = +9,4 оС - для подземной прокладки трубопровода тепловой сети в межoтопительный сезон.

Полученные расчетным путем и нормативные значения плотностей теплового потока для прямого и обратного трубопроводов тепловой сети представлены в табл.2.

Сравнение их величин показывает, что плотности теплового потока, а следовательно тепловые потери всех типов теплоизоляции при t = 90/50 оС превышают нормативные величины СНиП 2.04.14-88 (измен. № 1) действующих с 01.07.98 г. норм и требуют увеличения диаметра теплоизоляционного слоя. При принятой наиболее близкой к нормативной величине является плотность теплового потока ППУ и ИТ изоляции.

Определим годовые удельные (на 1 км) тепловые потери с охлаждением в прямом и обратном теплоизолированных трубопроводах:

где: Н - продолжительность рассматриваемого периода: Нсо=5880 часов - продолжительность отопительного периода с учетом периодического протапливания; Нгвс=2376 часа - продолжительность межотопительного периода; Kred=1.15 - коэффициент, учитывающий дополнительные потери теплоты в компенсаторах, арматуре и опорах при бесканальной прокладке трубопровода; 0,86 - коэффициент перевода (1 Вт=0,86 ккал/час);

Тогда среднегодовые удельные (на 1 км) потери тепловой энергии с охлаждением трубопровода составят:

-где: Q_п - годовые потери тепла с охлаждением в прямом трубопроводе в отопительный период, Гкал/км в год; Q_о - годовые потери тепла с охлаждением в обратном трубопроводе в отопительный период, Гкал/км в год; Q_гвс - годовые потери тепла с охлаждением в трубопроводе при горячем водоснабжении в межотопительный период, Гкал/км в год;

Полученные величины Q_год для каждого из рассматриваемых типов тепловой изоляции представлены в табл. 2. Наибольшие значения среднегодовых удельных (на 1 км) потерь тепловой энергии с охлаждением относятся к теплоизоляции из армопенобетона, полимерпенобетона и вспученного вермикулита.

Снижение тепловых потерь после реконструкции трубопроводов тепловой сети с использованием рассматриваемых типов тепловой изоляции приведет к экономии эксплуатационных затрат:

где: С_т =110,22 руб./Гкал - себестоимость производства и транспортировки теплоты по ГП «ТЭК СПб»; Q АПБ _год⁼414,1 Гкал/км.год - удельные годовые потери тепловой энергии с охлаждением вновь устанавливаемого трубопровода с тепловой изоляцией АПБ; К_ст= 1,5 - коэффициент, учитывающий ухудшение теплоизоляционных свойств материалов с течением времени, взятый для трубопровода, теплоизолированного АПБ, со сроком эксплуатации 15-20 лет;

Из полученных результатов (табл.2) видно, что наибольшая экономия эксплуатационных затрат Э_т за счет снижения тепловых потерь - при применении ППУ - 43,5 тыс.руб./км. АПБ-У и ФЛ имеют сопоставимые величины экономии: 36,4 и 35,9 тыс. руб./км соответственно, ИТ -35 тыс.руб./км. Аналогичный показатель для ПБИ и АПБ значительно ниже - 21,3 и 22,8 тыс.руб./км. Для первого из материалов это объясняется малой толщиной теплоизоляционного слоя, для второго - высоким коэффициентом теплопроводности.

Оценим годовой экономический эффект за счет снижения потерь теплоты в грунт Э_год:

где: Т- нормативный срок службы, лет (табл.1); К - стоимость прокладки трубопровода тепловой сети, руб./м (табл. 2).

Дополнительный экономический эффект Э_доп, связанный с увеличением длины реконструированного участка при использования теплоизоляции более дешевой, чем ППУ:

где: Кmax - максимальная из стоимостей прокладки рассматриваемых типов теплоизоляции. В нашем случае, К_max - стоимость прокладки трубопроводов, теплоизолированных ППУ.

Величина дополнительного экономического эффекта Эдоп от использования средств, оставшихся после отказа от приобретения трубопроводов, теплоизолированных ППУ, показан в табл.2. Наибольшее его значение - при применении теплоизоляции ФЛ - 8,34 тыс. руб.

Суммарный годовой экономический эффект:

Результаты расчета величины суммарного годового экономического эффекта показаны в табл. 2, из которой видно, что суммарный годовой экономический эффект от замены старых трубопроводов тепловой сети составит: в случае применения - ФЛ - 21,74 руб./м (в 1,14 раза ниже ППУ изоляции), АПБ-У - 21,0 руб./м (в 1,54 раза ниже ), ППУ-30 руб./м.

Для материалов ИТ и ПБИ величины годового экономического эффекта, дополнительного и суммарного годового эффекта не определялись вследствие отсутствия для ИТ данных о стоимости монтажа скорлуп при подвальной прокладке, для второго - стоимости теплоизоляции и прокладки.

В табл. 3 приведены качественные характеристики наиболее распространенных гидроизоляционных покрытий. Данные, представленные в ней, позволяют объяснить тот факт, что в последние годы во всем мире наметилась тенденция замены битумных и каменноугольных покрытий на полимерные (эпоксидные, полиуретановые и полиэтиленовые) покрытия. Такая замена обусловлена малой механической прочностью мастичных покрытий, их хрупкостью при низких температурах и размягчением при высоких.

Таким образом, в результате проведения технико-экономического анализа для усредненного диаметра 159 мм трубопроводов тепловой сети предприятия установлено:

1.Сертифицированы: армопенобетон (АПБ), армопенобетон улучшенный (АПБ-У), пенополиуретан (ППУ), вспененный полиэтилен (ППЭ), минеральная вата (МВ), из них при бесканальной прокладке тепловых сетей могут быть использованы: АПБ, АПБ-У и ППУ.

Плотности теплового потока, а следовательно тепловые потери всех типов теплоизоляции при t = 90/50 оС превышают нормативные величины СНиП 2.04.14-88 (измен. № 1) действующих с01.07.98 г. норм и требуют увеличения диаметра теплоизоляционного слоя. Наиболее близкой к нормативной величине является плотность теплового потока ППУ и ИТ изоляции.

Фасонные детали, покрытые изоляцией ППУи ПБИ, изготавливаются в заводских условиях, что позволяет упростить монтаж трубопроводов, уменьшить зону отчуждения земли, повысить скорость прокладки и ремонта. Эти обстоятельства особенно важны при проведении аварийно-восстановительных работ.

Наибольшим сроком службы обладают ППУ и ПБИ - 25 лет, остальные типы изоляции - 10-15лет.

Учитывая наличие высокого уровня грунтовых вод в Санкт-Петербурге, коэффициент водопоглощения и конструкцию гидроизоляционного покрытия у трубопроводов, покрытых изоляцией АПБ-У, АПБ, ИТ и ФЛ, при эксплуатации их с большой вероятностью следует ожидать превышение тепловых потерь с охлаждением по сравнению с расчетными показателями. Для трубопроводов с ППУ изоляцией необходима организация контроля состояния изоляции.

Стоимость теплоизоляции 1 п.м. трубопровода диаметром 159 мм по состоянию на 1.01.99 г.:ФЛ-130 руб./м, ИТ-136 руб./м, АПБ-У, АПБ-174руб./м (выше в 1,34 раза ФЛ изоляции), ППУ -228,5 руб./м ( выше в 1,76 раза ФЛ изоляции).

Суммарный годовой экономический эффект от замены старых трубопроводов тепловой сети на трубопроводы с теплоизоляцией: ФЛ - 21,74руб./м (в 1,14 раза ниже ППУ изоляции), АПБ-У-21,0 руб./м (в 1,54 раза ниже ППУ изоляции), ППУ- 30 руб./м.

Следовательно, по совокупности теплофизических и технико-экономических характеристик теплоизоляционных материалов, следует вывод о предпочтительности их использования при подземной бесканальной прокладке тепловых сетей в следующей последовательности: ППУ, ФЛ, АПБ-У.

Ранее проведенные анализы показывают, что этот вывод может быть распространен на все диаметры трубопроводов тепловой сети до 600 мм. На диаметры свыше 600 мм требуется дополнительный технико-экономический анализ.

Литература

СНиП 2.04.14-88. Тепловая изоляция оборудования итрубопроводов. М. 1998.

Постановление Госстроя РФ № 18-80 от 31.12.97 г.«О введении с 01.03.98 г. изменения № 1 СНиП 2.04.14-88.»

Защита подземных металлических сооружений от коррозии: Справочник И.В.Стрижевский и др. М., Стройиздат,1990.

ТЭ обоснование эффективности применения различныхвидов тепловой изоляции для трубопроводов тепловой сети вСПб. Ленгипроинжпроект. СПб, 1996 г.

Обобщение опыта использования различных теплоизоляционных материалов. СПб Агентство международных проектов. СПб, 1997 г.

Сертификат №00013 на трубы стальные тепло- и гидроизолированные с защитным покрытием АПБ-У.

Оптовые цены АО «Изоляционный завод» на изоляцию труб для т/сетей на 01.03.99 г.

Сертификат соответствия №26-4/2 от 95 г. АООТ «Объединения ВНИПИЭНЕРГОПРОМ» теплоизоляции ППУ. (на 2-хлистах).

ТУ 5768-001-27519262-97 на трубы стальные с теплоизоляционным слоем из ППУ с гидрозащитным покрытием (на11 листах).

Отпускные цены на ТГИ ППУ труб теплофикационных на10.03.99 г.

Информационное письмо кооператива «Горизонт» о теплоизоляции ФЛ на 3 листах с приложением на 2-х листах.

12.Гигиенический сертификат теплоизоляции ФЛ (фенольный поропласт) (на 2-х листах).

Отчет по пожарным испытаниям ФЛ (фенольный поропласт ) (на 3-х листах).

Грушман Р. П. Теплоизоляционные работы: Справочник. - СПб.: Стройиздат, 1997.

15.Физические величины. Справочник. А.П.Бабичев идр. - М.: Энергоатомиздат, 1996.

Методические указания по определению расходов топлива, электроэнергии и воды на выработку тепла отопительными котельными коммунальных теплоэнергетических предприятий. М.:Акад. коммун. хоз - ва им. К.Д. Памфилова, 1994.

Методика определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. М.: ВНИИПИ,1986.

Оценка долговечности теплоизоляционных конструкций теплопроводов при их прокладке бесканальным способом./ Петров-Денисов В.Г. и др.ВНИПИтеплопроект - ВНИ-ПИэнергопром. М.: Теплоэнергетика №11, с. 56-59. 1992.

ТУ-3470.11319-94. Технические условия на изделия, теплоизолированные полимерпенобетонной изоляцией.

ТУ 5767-001-35451176-98. Технические условия на теплоизоляционные изделия на основе вспученного вермикулита.

Постановление Правительства РФ № 1013 от13.08.97 г. «Об утверждении перечня товаров, подлежащих обязательной сертификации, и перечня работ и услуг, подлежащих обязательной сертификации».

Постановление Правительства РФ № 1636 от27.12.1997 г. «О правилах подтверждения пригодности новых материалов, изделий, конструкций и технологий для применения в строительстве».

Размещено на Allbest.ru