Предварително изолирани тръби

Утвърдено техническо решение в областта на топло и водоснабдяването

Предварително изолираните тръби се характеризират с дълъг експлоатационен живот, по-малки разходи за ползване и ремонт, както и с минимални топлинни загуби. Монтажът им на базата на т.нар. безканален метод се отличава с надеждност и икономическа ефективност.

Всички изброени предимства на предварително изолираните тръби в комбинация с добрите им експлоатационни характеристики ги правят предпочитано техническо решение при реконструкцията на топлопреносните мрежи.

Състоят се от работна тръба,изолационен слой и външна защитна обвивка
Използването на предварително изолирани тръби води до по-малък разход на енергия за пренасяне на топлоносителя, което се дължи на по-малките топлинни и хидравлични загуби. Също така се осигурява висок процент на плътност без течове и загуби, обемът на изкопните работи е сравнително по-малък, а съответно и срокът на изпълнение.
Тези тръби се отличават с висока експлоатационна надеждност и дълготрайност, а преносните мрежи с вградени системи за наблюдение позволяват 24-часов контрол по цялото трасе, като евентуалните повреди се откриват с точност до 0,5 метра. Доставката на предварително изолирани тръби с дължина над 6 метра, обаче, изисква специализиран транспорт. От своя страна, присъединителните елементи за тръби с големи диаметри налагат използването на специална техника за монтаж.
Представляват системи, състоящи се от работна тръба, изолационен слой и външна защитна обвивка, свързани в обща конструкция. Обикновено вътрешната тръба е стоманена, покрита с топлинна изолация, а външната обвивка е от изкуствен материал. При изменение на температурата на преминаващия през тръбата топлоносител, термичните разширения на стоманената тръба се предават на външната обвивка през изолацията.

Състоянието на тръбопроводите се мониторира дистанционно
Голяма част от предварително изолираните тръби се произвеждат с вградени в топлоизолацията сензори и медни проводници, с помощта на които е възможно да се изградят системи за непрекъснат дистанционен мониторинг и контрол на техническото състояние на топлопровода.
Чрез електронен уред за идентификация е възможно да се открие повишаване на влажността в изолацията на топлопровода като мястото на теча, предизвикал сигнала, се локализира с висока точност.

Прави, огънати и гъвкави тръби
Предварително изолираните тръби се произвеждат основно в три модификации - прави, огънати и гъвкави. Намират приложение предимно в топлоснабдителни и водоснабдителни системи. Приемат се и като подходящи за транспорт на нефтопродукти.
Гъвкавите тръби се използват предимно за изграждане на топло- и водопроводни отклонения към сгради, тъй като обикновено се произвеждат с малки диаметри от ф20 до ф25 мм. Доставят се прави, когато са с дължина 6 м и навити - за тръби с дължина до 200 м. Вътрешната тръба на гъвкавите предварително изолирани тръби може да бъде безшевна стоманена с висока пластичност, както и медна или полиетиленова. Обшивката обикновено е от гладка полиетиленова или гофрирана тръба, която лесно се огъва.
Огънатите тръби се използват за монтаж по начупени терени. Те се класифицират в два основни вида. Първият е т.нар. тръби, които се огъват на място. Обикновено това са тръби за диаметри от 20 до 80 мм. Вторият вид включва тръби, които са фабрично огънати за диаметри от 100 до 600 мм. Те се произвеждат с дължина до 12 м, а радиусът на дъгата се определя при поръчката.
В изграждането на правите тръбопроводи се използват безшевни или правошевни стоманени тръби. Условният им диаметър обикновено варира в диапазона от 20 до 10 000 мм. Тръбите се произвеждат с дължина от 6, 12, 16 или 24 м. Срещат се и конструкции с поцинковани тръби с диаметър от 20 до 150 мм и дължина от 6 м, но те се използват предимно за вътрешно водоснабдяване.
В последно време, при изграждането на топлопреносните мрежи все повече се използват предварително изолирани тръби, в чиято изолация предварително са вградени медни проводници, с помощта на които се осъществява непрекъснат мониторинг на състоянието на тръбопровода. Като свързващи елементи в топлопреносни мрежи с предварително изолирани тръби се използват предимно различни колена, муфи и отклонения.

Специфики на муфи и колена
Муфите са основни свързващи елементи при изграждането на топлопреносни мрежи с предварително изолирани тръби. Използват се за свързване на отделните тръби или на тръбите с другите елементи на мрежата. Основно са два вида - стоманени с пластмасово покритие и такива от термосвиваема пластмаса. Термосвиваемите муфи се приемат за един от най-надеждните методи за присъединяване. От друга страна, стоманените муфи с катодна защита се приемат като по-надеждно решение в сравнение с термосвиваемите. Лентовите муфи се използват предимно за свързване на тръби и елементи с диаметри на външния изолационен кожух над 450 мм. Свързването им е сравнително по-сложно. Процесът се осигурява от специализиран агрегат и компютърно контролиран процес на стопяване на двата полиетиленови слоя - на кожуха на тръбата и на муфата.
Колената са елементи, използвани за промяна на посоката на топлопровода. Те обикновено се произвеждат с ъгли 7,5°, 15°, 45° и 90°. Разделят се основно на два вида - фитинги и предварително изолирани колена. Колената-фитинги се изпълняват на място по подобие на стоманените муфи за свързване на тръби и елементи. Състоят се от два основни елемента - стоманена дъга и разглобяема външна обвивка. След монтаж кухината между двата елемента се запълва с експандиращ пенополиуретан. Конструкцията на предварително изолираните колена е подобна на характерната за фитингите, с тази разлика, че колената са с променена геометрия. Свързването им към останалите елементи се осъществява чрез обикновени муфи, които могат да бъдат стоманени, термосвиваеми или лентови.

Отклоненията реализират разклонена татопология на мрежата
Разклонената топология на мрежата се реализира благодарение на използването на т.нар. отклонения. При изграждане на топлопреносната мрежа се използват основно три вида конструкции на отклонения - отклонения на фитинги, за монтаж по време на експлоатация и предварително изолирани. Отклоненията на фитинги се изпълняват на място от стоманен тройник с коляно и разглобяема външна обшивка. След като се извърши монтажът, получилата се между тях кухина се запълва с топлоизолационен материал. С подобна конструкция са и отклоненията, предназначени за монтаж по време на експлоатация, т.е. без да е необходимо да се изпразва тръбопроводът. В конструкцията на този тип отклонения е включен и спирателен вентил. Те се врязват в тръбопровода с помощта на специализирани инструменти. Тройниците обикновено са с ъгъл 45° или 90°. Позволява се отклонение до 15° от нормалата на оста на тръбопровода. За присъединяване на предварително изолираните отклонения се използват муфи. За осигуряване на необходимата експлоатационна надеждност на системата се използват спирателни органи, обезвъздушители и дренажи. При топлопроводите от предварително изолирани тръби, спирателните органи, които намират приложение са предимно сферични кранове със заварен корпус и сфера от легирана стомана. Обикновено се използват сферични кранове със специално седло от тефлон, с което се осигурява плътност, която не зависи от налягането на водата.
Обслужването на арматурата, която е под земята, се извършва през шахти, подобни на тези от градските водоснабдителни системи.

Използват се само неподвижни опори
При монтажа на предварително изолираните тръби се използват само неподвижни опори. Те не позволяват премествания на тръбопровода под влиянието на усилията, действащи върху него. Обикновено производителите предлагат неподвижни опори с различен вид изолация, в зависимост от начина на полагане на тръбопровода (надземно или подземно). С неподвижните опори тръбата се фиксира така, че мястото на закрепване на опората към тръбопровода да не се влияе от термичните разширения. Предлагат се предварително изолирани елементи със заварена пластина, които се бетонират на мястото на монтажа. От двете страни на опората тръбите се свързват посредством муфи.
При монтажа на тръбите се използват и редица спомагателни елементи. В групата на спомагателните елементи се включват елементи за преход на тръби с различен диаметър, елементи за пресичане на стени, за свързване към съществуваща топлопреносна мрежа, монтирана в проходими или непроходими канали. Когато трасето на тръбопровода преминава през бетонна стена, за да се предпази полиетиленовият кожух на тръбата от нараняване, се нахлузват два предпазни гумени пръстена, между които се навива гресирана лента.

Три са основните монтажни технологии
Монтажът на предварително изолирани тръби се основава предимно на методите предварително топлинно напрягане, студен монтаж и т.нар. Е-система. Независимо от избрания метод, следва да се има предвид, че той има определяща роля върху максималните осови напрежения, възникващи в тръбната система.
Характерна особеност на топлопроводите, изградени от предварително изолирани тръби, е изпълнението им единствено от елементи, изработени в заводски условия. Това налага при проектиране на мрежата, наред с точното определяне на трасето, с анализа на термичните разширения, с избора на елементи и с хидравличното и топлинното оразмеряване, да се изготвят и точни монтажни планове в съответствие с данни от каталог на фирмата-производител.
Анализът за компенсирането на термичните разширения включва изследване на предварителното топлинно напрягане, тръбните компенсатори, Е-муфите (линзов компенсатор), както и студен монтаж. Целта на топлинното оразмеряване е да се определят топлинните загуби и понижението на температурата на топлоносителя.
Предварително изолираните тръби са подходящи за изграждане на топлопроводи с максимална температура на топлоносителя 130 °С при непрекъсната експлоатация и работно налягане до 1,6 MРa. Допустимата температура при пиково натоварване е 140 °С.
Под въздействието на различните работни температури на топлоносителя тръбите са подложени на напрежения на натиск и опън. Якостните изчисления на тръбите определят най-натоварените участъци и сечения. За предварително изолираните тръби, монтажни дължини са тези, в които при наличие на колена или чупки на трасето от 90° не е необходимо използването на компенсатори. Монтажните дължини се дефинират в метри във функция от диаметъра.

Характеристики на трите метода
Монтажният метод, познат като студен монтаж, се използва често в практиката. Максималното осово напрежение, действащо върху тръбите, покрити с необходимия земен слой, е 300 N/mm2 при нагряване от 10 до 130 °С.
Методът, наречен Е-система, представлява опростен метод за монтаж, при който температурните колебания се поемат от стоманената тръба като напрежения, вместо да се преобразуват в разширения. При този метод за поемане на разширенията се използва единствено линзов компенсатор, който поема движение, съответстващо на напрегната тръба при средна температура на топлоносителя.
При използване на метода на предварителното топлинно напрягане се гарантира, че при средни температури тръбният участък няма да бъде подложен на напрежения, както и че температурните колебания в системата ще бъдат преобразувани в напрежения вместо в движение. Този метод, обаче, изисква наличие на топлинен източник на мястото на монтаж с цел подгряване на участъците, контрол на предварителното напрягане, както и открит изкоп през периода на предварително напрягане, за осъществяването на което се използва вода, пара или електрическа енергия. При този метод на монтаж в ролята на тръбни компенсатори намират приложение колена, дъги и чупки на тръбите, които са съобразени с трасето и спецификите на терена. Използват се предимно огънати тръби, а за изграждане на отклоненията - и гъвкави тръби. Не се препоръчва използването на колена с ъгъл, по-малък от 60°.

Изисквания при монтажа на тръбопроводите
При полагането на предварително изолирани тръби размерите на напречното сечение на изкопа се определят в зависимост от диаметъра на тръбите и вида на използваните допълнителни елементи. Необходимо е да се осигури 100 mm слой от трамбован пясък около тръбите. Също така, минималната дебелина на земния слой над външния изолационен кожух следва да е 400 mm. При невъзможност да се спази това условие, върху пясъчния слой над тръбите се полагат армирани стоманобетонни плочи, които имат за задача земната повърхност да поеме евентуални възникнали натоварвания.
Отклоненията от топлопровода обикновено създават натоварване на огъване. За да се ограничи големината на натоварването, намират приложение различни технически решения, сред които монтаж на неподвижната опора в близост до отклонението, вграждане на две последователни колена, Z-компенсатор, използване на гъвкави тръби за отклонението и др.
В случаите, при които диаметърът на отклонението е близък като размер до диаметъра на основната тръба, се препоръчва отклонението да бъде защитено от претоварване под действието на аксиални напрежения. Възможно е това да се постигне чрез заваряване на отклонението върху армираща рамка. Обикновено производителите посочват минималната отдалеченост от коляното в зависимост от диаметъра на отклонението.