Повреждение тепловых сетей происходит в основном по причине наружной коррозии трубопроводов, вызываемой систематическим увлажнением теплоизоляции в гидравлически плохо защищенных подземных конструкциях. Увлажнение изоляции приводит также к росту тепловых потерь через поверхность теплопровода.
Как показали наши исследования [1, 2], эффективным мероприятием, сдерживающим эти негативные явления, оказывается воздушная вентиляция каналов подземных тепловых сетей. Она осушает каналы, снижает в них влажность воздуха, повышает температуру точки росы и предотвращает этим выпадение конденсата на ограждающих поверхностях канала.
В невентилируемых каналах относительная влажность воздуха может достигать 100%, что в сочетании с высокой температурой приводит к активизации коррозионных процессов трубопроводов и конструкций. Снижение относительной влажности воздуха в канале, к примеру, до 60% может снизить скорость кислородной коррозии металлических конструкций в 1,5-2 раза (рис. 1), что примерно пропорционально увеличивает межремонтный период и уменьшает тепловые потери на 10-15%.
Вентиляция каналов теплосетей может быть естественной и принудительной. Побудителем естественной вентиляции является разность плотностей приточного и вытяжного воздуха, а также перепад высот приточно-вытяжных устройств, что создает термическую тягу. Влияет натягу и вызываемая ветром разность давлений воздуха между входным и выходным вентиляционными отверстиями. Однако в расчетах этот фактор не учитывается ввиду изменчивости силы ветра.
Среднегодовая температура наружного воздуха всегда ниже, чем в канале, вследствие чего наружный воздух имеет относительно меньшую влажность. Благодаря этому имеется возможность испарения некоторого количества накапливающейся в канале влаги или уменьшения относительной влажности находящегося в нем воздуха до величины φ«60%. На рис. 2 представлена диаграмма, с помощью которой можно определить воспринимаемую движущимся по каналу воздухом массу воды в зависимости от температуры и влажности наружного и внутреннего воздуха.
Наряду с антикоррозионной профилактикой канальной конструкции теплосетей вентиляция каналов с обеспечением допустимой влажности воздуха увеличивает срок службы проложенных в них теплопроводов. Благодаря ей практически удается на протяжении 80-85% годового рабочего времени поддерживать относительную влажность воздуха в канале теплосети на уровне ниже 60%, что, как уже отмечалось, значительно снижает атмосферную коррозию.
Этот вид коррозии может также сдерживаться повышением температуры сетевой воды. Другим важным мероприятием, способствующим поддержанию воздуха в канале в сухом состоянии, является периодическая сушка изоляции теплопровода повышением температуры теплоносителя, на что расходуется топливо. Это возможно в теплоизоляционных конструкциях, которые в состоянии передавать накопленную в них влагу окружающему воздуху, создавая этим возможность сушки влажного теплоизоляционного материала. Этим свойством не обладает теплопровод с пенополиуретановой изоляцией и наружной гидрозащитной полиэтиленовой трубой-оболочкой. Но он не должен и допускать проникновения влаги внутрь теплоизоляции.
В задачу расчета системы естественной вентиляции подземного непроходного канала теплосети в итоге входит определение длины вентилируемого участка (может ограничиваться расстоянием между неподвижными опорами), сечений (диаметра) и разности высот приточных и вытяжных шахт. Параметры эти зависят главным образом от площади свободного поперечного сечения канала, в котором проложены теплопроводы. Обычно она составляет 10-20% от общей площади канала. Вследствие этого как в вертикальной, так и горизонтальной части вентилируемого участка значительно повышаются потери давления при пропуске необходимого количества осушающего воздуха.
В ходе расчета определяемыми и контролируемыми параметрами являются количество вентилирующего воздуха и его скорость на характерных участках, перепад температур между воздухом и поверхностью канала, количество испаренной влаги, влагосодержание и температура воздуха в конце расчетного участка, суммарное гидравлическое сопротивление системы. Характер изменений указанных параметров по длине вентилируемого канала теплосети показан на рис. 3.
Использование принципа естественной тяги для вентиляции каналов теплосетей требует соблюдения определенных конструктивных краевых условий. В частности, приточные шахты должны почти доходить до нижней части канала (рис. 4), а высота их над поверхностью земли может быть 0,5-0,7 м; низ вытяжных шахт должен располагаться в верхней части канала; вентилируемые участки должны отгораживаться друг от друга; для ограничения притока холодного воздуха и конденсации влаги в канале при низких минусовых наружных температурах в приточной шахте устанавливается регулирующая заслонка.
Разработанные методика и программа для ПЭВМ [3, 4] позволяют выбрать физические и технические параметры естественной вентиляции для любых видов подземных каналов (одноячейковых, двухячейковых, прямоугольных, сводчатых) теплосетей и профиля теплотрассы. Разработаны различные технические решения и рекомендации по ее организации и режимам использования в действующих и вновь проектируемых тепловых сетях традиционной конструкции.
Естественная вентиляция подземных каналов теплосетей как простое, малозатратное, но достаточно эффективное средство сдерживания наружной коррозии трубопроводов получает широкое применение, что подтверждают и другие работы [5]. Она применена в теплосетях многих городов (Москва, Киев, Минск, Витебск, Бобруйск, Полоцк, Лида и др.), а также закладывается во всех проектах теплосетей, разрабатываемых ВНИПИэнергопромом (г. Москва) и БелНИПИэнергопромом.
Литература
1. Яковлев Б.В., Болкунец В.В., Харечкин В.В. Актуальные проблемы повышения надежности и экономичности транспорта теплоты в системах централизованного теплоснабжения // Сб. тр. БелНИПИЭП. - Минск, 1996. С. 69-84.
2. Яковлев Б. В. Предотвращение коррозионной повреждаемости тепловых сетей // Энергоэффективность. 2002. №4. С. 9-10.
3. Разработать программу расчета естественной вентиляции каналов подземных теплосетей на ЭВМ/Б.В. Яковлев, А. Т. Глюза, В.В. Харечкин // Отчет о НИР / БО ВНИ-ПИэнергопром. - Инв. № 280. - Минск, 1990. - 40 с.
4. Провести расчетные исследования по выбору основных характеристик систем вентиляции с учетом конструктивных особенностей каналов подземных теплопроводов и других факторов / Б. В. Яковлев, А.Т. Глюза, В.В. Харечкин // Отчет о НИР / БО ВНИПИэнергопром. - Инв. № 328. - Минск, 1990. -108 с.
5. Воронин С.М. К вопросу о вентиляции камер и каналов тепловых сетей // Новости теплоснабжения. 2001. № 8. С. 19-22.