Районные энергетические сети

Введение

Системы трубопроводов из ПБ-1 отлично подходят для районных энергетических сетей за счет своей гибкости, теплоотдачи и ожидаемого срока службы при высоких температурах до 95 °C.

Что такое районные энергетические сети?

Районные энергетические сети поставляют горячую воду или пар для отопления и охлажденную воду для охлаждения общественных зданий и сооружений, многоквартирных домов, офисных комплексов и аналогичных сооружений с одной центральной станции.

Распределение горячей и холодной воды осуществляется через изолированные системы трубопроводов, расположенные под землей. Во многих европейских городах функционируют крупные районные энергетические сети, транспортирующие горячую или холодную воду на многие километры с минимальными тепловыми потерями для потребителей.

Главное преимущество централизованно вырабатываемого тепла (с помощью воды или пара) заключается в возможности использования и сочетания экологически чистых источников. Основная часть тепла вырабатывается тепловыми электростанциями, которые используют отработанное тепло, полученное при производстве электроэнергии. Данный процесс называется когенерацией. Одновременно выработанные электричество и тепло удваивают показатели эффективности по сравнению с обычными электростанциями с 40% до более 80%. Другой важный источник — тепло, получаемое в результате работы мусоросжигательных установок, производственных процессов и все в большей степени от экологически чистых источников энергии, таких как биогаз, геотермальные источники, энергия солнца и энергетическое сырье из биомассы.

Еще одним типом районных энергетических сетей является централизованная система теплоснабжения школ, университетов, отелей, аэропортов или торговых центров. Данный тип называется централизованным теплоснабжением группы зданий.
 

Краткая история

В Европе районные энергетические сети (также известные как централизованное теплохладоснабжение) используются в качестве систем централизованного теплоснабжения уже почти 100 лет. До 1980 года устанавливались только стальные системы с изоляцией, в основном в бетонных лотках. Предварительно изолированные системы трубопроводов впервые появились в 1974 году, но в качестве материала для труб в них все еще применялась сталь, которая имела один большой недостаток — подверженность коррозии. Это побудило поставщиков энергоресурсов во всем мире начать поиски решения, которое позволило бы исключить данную проблему.

  
Предварительно изолированные системы трубопроводов 

Предварительно изолированные системы трубопроводов из ПБ-1 являются ключевым компонентом районной энергетической сети. Предварительно изолированные трубы изготавливаются из экологически чистых материалов и полностью перерабатываемых сортов полиолефинового семейства с применением передовых технологий производства. Данные материалы включают в себя внутреннюю трубу из полибутена-1, гибкий вспененный полиолефин с закрытой ячейкой и гибкую наружную оболочку из полиэтилена высокой плотности.

ПБ-1 для районных энергетических сетей

ПБ-1 отличается наивысшим номинальным давлением в сравнении с ПЭ-С и ПП, низкой потерей тепла и лучшей в своем классе устойчивостью к химическому воздействию, особенно в агрессивной геотермальной воде.

Выбор систем премиум-класса для районных энергетических сетей

• ПБ-1 для районных энергетических сетей
• Высокая паронепроницаемость
• Потери тепла составляют менее 1 °C на км.
• Высокая гибкость, трубы малого/среднего диаметра, поставляемые уложенными в бухты
• Большая длина труб, позволяющая сократить количество соединений
• Трубы совместимы с приварными фитингами
• Малый вес для облегчения логистики и эксплуатации
• Отсутствие коррозии и образования накипи
• Отличная устойчивость к химическому воздействию, особенно в агрессивной геотермальной воде
• Длительный срок службы при максимальной рабочей температуре до 95 °C с наивысшим номинальным давлением в сравнении с ПЭ-С и ПП.
• Комплексные системы предварительно изолированных труб и приварных фитингов для полного спектра различных требований.
  
  
   

Сравнение ПБ-1 с PE-RT и PEX для трубопроводов районных энергетических сетей

Фактическое сравнение затрат для трубопроводных систем должно включать время установки, варианты соединения, срок службы и стандартное размерное соотношение (SDR).

Полибутен-1 предлагает ощутимые преимущества для районных энергетических сетей по сравнению с PE-RT и PEX

Для проектов районных энергетических сетей фактическая разница в стоимости разных материалов для трубопроводных систем – это больше, чем разница в цене за единицу длины при одинаковом внешнем диаметре.

При сравнении материалов для труб составители спецификаций обращают внимание на следующие факторы: простота установки, влияющая на стоимость работ на местах; варианты соединения, долгосрочная производительность системы и прогнозируемый срок службы; а также стандартное размерное соотношение (SDR) для сравнения показателей прочности под давлением.

По сравнению с системами PEX и PE-RT материал ПБ-1 предлагает значительные преимущества для широкого спектра категорий производительности, что делает трубопроводные системы из ПБ-1 оптимальным выбором для высокопроизводительных районных энергетических сетей.
 

Стандартное размерное соотношение (SDR)

Что такое SDR?

SDR – это метод оценки прочности трубы под давлением. Этот параметр описывает соотношение между размером трубы и толщиной ее стенки.

SDR или стандартное размерное соотношение относится к геометрии трубы. SDR – это метод оценки прочности трубы под давлением. Этот параметр описывает соотношение между размером трубы и толщиной ее стенки.

• Высокое соотношение SDR
  Тонкая стенка в сравнении с диаметром трубы
• Низкое соотношение SDR
  Толстая стенка в сравнении с диаметром трубы

Пример расчета:
SDR для трубы с внешним диаметром 100 мм и толщиной стенки 5 мм можно рассчитать следующим образом:
100 мм / 5 мм = SDR 20
 

Почему SDR имеет важное значение для районных энергетических сетей?

Благодаря более высокому коэффициенту SDR ПБ-1 по сравнению с PE-RT или PEX трубопроводные системы из ПБ-1 обеспечивают следующие преимущества за счет более низких требований к толщине стенки для одинаковых значений номинального давления и внешнего диаметра трубы:

• меньше материала для тех же характеристик работы под давлением;
• меньшая масса на метр трубы;
• меньший внешний диаметр трубы при той же производительности;
• большая внутренняя площадь при одинаковом внешнем диаметре обеспечивает:
  - повышенный расход при том же давлении;
  - снижение потерь давления, сокращение энергопотребления для работы системы или насосов с меньшей производительностью.

Классы SDR и размеры труб

Классы SDR указаны в национальных стандартах для трубопроводных систем районных энергетических сетей

Государственные стандарты (Россия и Нидерланды)
Источник информации по размерам трубопроводов системы районного теплоснабжения со сравнением материалов ПБ-1, PEX и PE-RT

Действующий российский стандарт для систем районного теплоснабжения (ГОСТ 56730 – 2015) и нидерландский стандарт (BRL 5609, а также проект обновленной версии BRL 5609) включают сравнение трех материалов для трубопроводных систем районного теплоснабжения: ПБ-1, PE-RT и PEX.

Как российский, так и нидерландский стандарт предъявляют одинаковые требования в отношении размеров труб и классов SDR для 3 материалов подводящих трубопроводов, работающих под давлением 6, 8 и 10 бар.

Согласно обоим стандартам таблица (справа) представляет собой выдержку из соответствующей таблицы, в которой показаны классы SDR для перечисленных материалов и различных номинальных давлений. Как указано, для каждого рабочего давления ПБ-1 имеет самый высокий класс SDR по сравнению с PEX и PE-RT. В разделе ниже объясняется, что это означает, почему в стандартах учитываются размеры труб и классы SDR и каковы преимущества для составителей спецификаций трубопроводных систем.

Размеры труб и классы SDR
Превосходные характеристики ПБ-1 для работы под
давлением обеспечивают преимущества по сравнению
с PE-RT и PEX

Более высокий класс SDR у ПБ-1 обеспечивает следующие преимущества:
• меньшая толщина стенки;
• меньше материала (меньшая масса)
• Большие внутренний диаметр и площадь

Чтобы проиллюстрировать рабочие характеристики ПБ-1, PE-RT и PEX при заданном рабочем давлении 8 бар и малом диаметре трубы (50 мм), в таблице и на схеме ниже приведено сравнение требуемых внутренних размеров трубы.
 

Пример 1: малая труба – диаметр 50 мм при давлении 8 бар

ПБ-1 прочнее, чем PE-RT и PEX, и при рабочем давлении 8 бар с внешним диаметром трубы 50 мм ø требуемая толщина стенки составляет:

Как указано выше, при одинаковом давлении воды больший внутренний диаметр трубы из ПБ-1, имеющей внешний диаметр 50 мм, обеспечивает значительно более высокий расход, чем два других материала. Другими словами, при заданном расходе трубы из ПБ-1 снижают потери давления, требуя меньше энергии для работы систем и/или насосов с меньшей производительностью.

Как показано на графиках выше, а также в целях сравнения, можно считать характеристики PE-RT соответствующими 100%. При сравнении внутренней площади поперечного сечения трубы диаметром 50 мм (левый график) ПБ-1 явно превосходит PE-RT, обеспечивая дополнительно 27% объема. Кроме того, сравнение количества материала на метр для трубы диаметром 50 мм с номинальным давлением 8 бар (правый график) показывает, что труба из ПБ-1 использует на 29% меньше материала, чем PE-RT.

Для сравнения, показатели PE-RT можно считать равными 100%. Согласно приведенному выше графику (слева), при одинаковом рабочем давлении воды труба с внешним диаметром 50 мм (8 бар), изготовленная из ПБ-1, обеспечивает значительно более высокий расход (+35%) по сравнению с трубой из PE-RT такого же внешнего диаметра.

Измерено с использованием другой точки сравнения (справа): при заданном расходе потери давления в трубах из ПБ-1 на 44% ниже по сравнению с трубопроводами из PE-RT. Это означает, что трубы из ПБ-1 потребляют меньше энергии для работы системы, а также что их можно использовать с насосами меньшей мощности, сохраняя ту же производительность.
 

Пример 2: Большая труба – диаметр 160 мм при давлении 10 бар

Благодаря более высокому рейтингу SDR (и, следовательно, меньшей толщине стенок) труба из ПБ-1 диаметром 140 мм обеспечивает те же характеристики, что и труба из PE-RT диаметром 160 мм, но с меньшим внешним диаметром и большим внутренним поперечным сечением трубы.

На трубопроводе с рабочим давлением 10 бар и внешним диаметром 160 мм:

• PE-RT при SDR 6
  Труба диаметром 160 мм имеет внутреннюю площадь поперечного сечения 8958 мм²

• PEX при SDR 7,4
  Труба диаметром 160 мм имеет внутреннюю площадь поперечного сечения 10,605 мм²

• ПБ-1 при SDR 9
  При меньшем внешнем диаметре 140 мм труба из ПБ-1 имеет внутреннюю площадь поперечного сечения 9263 мм²

Кроме того, как показано на графике (справа), масса трубы из ПБ-1 с внешним диаметром 160 мм, рассчитанной на давление 10 бар, практически вдвое меньше массы трубы из PE-RT с тем же внешним диаметром и номинальным давлением.
 

Методы соединения для труб систем районного теплоснабжения
ПБ-1 – это универсальный материал для всех доступных методов соединения

Увеличение прибыли
Использование трубопроводных систем из ПБ-1 для районных энергетических сетей обеспечивает следующие преимущества:

• Возможности для значительной экономии материалов при одновременном повышении производительности системы
  – более тонкие стенки
  – увеличение доступной внутренней площади поперечного сечения
• Более высокая степень свободы проектирования для районных энергетических сетей
  – возможность использовать трубы меньшего внешнего диаметра и фитинги меньшего диаметра
• Очевидная возможность снижения затрат на установку и эксплуатационных расходов
  – опорные рамы труб меньшего размера
  – использование меньшего количества изоляционного материала
  – насосы меньшей мощности и с меньшим энергопотреблением
  – меньшая общая масса для упрощения перемещения и снижения затрат на транспортировку
• Возможность использования всех доступных методов соединения
• Лучшие в своем классе акустические характеристики, включая самый низкий уровень гидравлических ударов
• Возможность полной переработки

Сравнение ПБ-1 с PE-RT и PEX

Вебинар по теме
Преимущества ПБ-1 для систем напорных трубопроводов

• Вебинары по обзору деловой активности
• При поддержке: LyondellBasell
• Дата презентации: 7 марта 2019 г.
• Автор презентации:
  – Патрик ван Беек (Patrick van Beek), менеджер по маркетингу ПБ-1
  – Вернер Ротхофт (Werner Rothhöft), инженер по разработке приложений и техническому обслуживанию
• Ключевые цели обучения | Что означает более высокий класс SDR на практике?
  – Узнайте о возможностях применения полибутена-1 в системах труб горячего и холодного водоснабжения под давлением
  – Узнайте о выдающихся характеристиках этого самого технически совершенного термопластичного материала
  – Каковы преимущества использования ПБ-1 в трубопроводных системах в сравнении с альтернативными термопластичными материалами?
  – Возможности снижения эксплуатационных расходов на протяжении всего срока службы трубопроводной системы

Вебинар: Что означает более высокий класс SDR на практике?

Результаты испытаний

Результаты испытаний: «После 8 лет эксплуатации образцы труб из ПБ-1 стали еще прочнее новых труб из ПБ-1 в результате проходивших в этот период процессов отжига и отпуска».

Испытания на определение оптимального материала для внутренних труб

Австрийская энергетическая компания одной из первых начала исследования альтернативных решений и поручила Институту пластмасс Леобенского университета провести испытания для определения наилучшего материала для районных энергетических сетей.
 

Результаты испытаний

Результаты для внутренних труб показали: полибутен-1 является лучшим пластмассовым материалом для работы в условиях высоких температур (не более 95 °C).

Данный результат побудил австрийскую энергетическую компанию объединить усилия с компанией по производству труб и начать изготовление и продажу предварительно изолированных систем трубопроводов с внутренними трубами из полибутена-1.
 

Примеры применения

Австрийская районная энергетическая сеть

Согласно исследованиям в Австрии на данный момент установлены 42 сети трубопроводов протяженностью 210 км. 70 км труб было уставлено до 1987 года. Эти сети являлись так называемыми "вторичными сетями", тепло на которые поставлялось с первичных линий с помощью центральных трансформаторных станций с теплообменниками для снижения температуры до макс. 90 °C и давления до 5 бар.

После 8 лет эксплуатации случайные образцы данных труб из полибутена-1 были направлены в австрийские испытательные институты для их сравнения с новыми трубами. Поразительным результатом стало то, что бывшие в эксплуатации трубы оказались даже прочнее новых труб из полибутена-1 — процессы отжига и отпуска, которым подвергались трубы в первые 8 лет эксплуатации, улучшили их характеристики.
 

Геотермальный центр — Вена

Очень агрессивная геотермальная вода в Вене вызвала большие проблемы с коррозией в металлических трубах. В результате в 1972 году, когда планировалось создание нового геотермального центра в Вене, был проведен двухлетний испытательный цикл с различными трубами из нержавеющей стали, ХПВХ, эпоксидной смолы и полибутена-1.

Полибутен-1 показал лучшие результаты, после чего трубы из ПБ-1 были установлены на всех геотермальных линиях от источника до геотермального центра, включая двойную главную линию протяженностью 1,4 км с наружным диаметром труб 225 мм и около 2 км внутренних труб с наружным диаметром 20-225 мм. Данные трубы без каких-либо сбоев непрерывно функционировали в течение более 30 лет (до расширения объекта) при температуре 54 °C и давлении 10 бар.
 

Примеры на месте эксплуатации

Подписаться на INFORM