Компенсаторы в системах отопления

Основные проблемы долговечности отопительных систем многоэтажных зданий.

Часто магистральные тепловые сети делят территориально на участки в зависимости от их назначения (магистральной трассы от котельной или иного источника горячей воды до (и между) домами, внутридомовой и внутриквартирной разводки). Магистральная трасса в зависимости от экономической целесообразности в наших городских районах выполняется в наземном или внутриканальном варианте, разводки внутри дома и квартир – открыто для обеспечения свободного доступа к трубопроводу и фитингам. Причем то, что отопление внутри домов и квартир делается открытым не только и не столько связано с более высокой теплоизолированностью помещений, а из-за того, что именно эти участки оказываются наименее долговечными вследствие использования труб с меньшей толщиной стенки и активному воздействию на них влажного воздуха достаточно агрессивного состава. 

Решить проблему долговечности трубопровода на уровне муниципальных тепловых сетей или коммунальных служб пока не удавалось и вряд ли станет возможным в ближайшем будущем, поскольку общая протяженность трубопроводов очень велика, а средств на их замену традиционно не хватает. Однако даже полная замена трубопровода из обычной стали на оцинкованную или поливинилхлоридную отнюдь не дает гарантии того, что отопление по долговечности будет отвечать современным требованиям. Проблема в том, что помимо «бича» металла – коррозии огромное число возникающих в системе протечек обусловлено усталостными явлениями в металле, возникающими вследствие теплового расширения. Причем рекламируемые сегодня металлопластиковые и пластиковые трубы подвержены тепловому расширению даже в большей степени, чем обычные стальные трубы. 

Периодические колебания линейных размеров участков фиксированных труб приводят к появлению трещин и разрывов, чаще всего в местах сварки или фитинговых соединений, иногда в теле ослабленной процессом коррозии трубы. Решить проблему теплового расширения помогают компенсаторы, монтируемые на кратных участках трубопровода и в местах его поворотов. Но если в магистральных трубопроводах еще продолжают использовать трубные, сальниковые, редко линзовые компенсаторы, то для внутридомовых и внутриквартирных сетей, пожалуй, единственным оптимальным вариантом остаются сильфонные компенсаторы, менее габаритные, чем их альтернативные устройства и, в то же время по долговечности сравнимые со сроками службы самих трубопроводов. Компенсаторы выбираются в зависимости от проектных нагрузок на трубопровод – осевых, изгибающих, разноплоскостных и т.д. Хотя чаще всего отопление в многоэтажных домах монтируется с применением осевых компенсаторов. Причем вне зависимости от использованного материала трубопровода осевые сильфонные компенсаторы пока остаются самым надежным способом продлить сроки эксплуатации систем отопления.

Отопление многоэтажных домов: магистральные сети.

Если системы отопления в квартирах многоэтажных зданий и внутридомовая разводка трубопровода с переменным успехом поддерживается в технически исправном состоянии коммунальными службами и, в большей степени жильцами, то магистральные трубопроводы de jure подответствены тепловым сетям, которым по обыкновению не хватает финансовых средств на проведение плановых ремонтов. Стандартно работы по ремонту начинаются в период перед отопительным сезоном, когда отопление проверяется на наличие протечек созданием требуемого давления в трубопроводах. 

Однако устранение выявленных недостатков не может гарантировать того, что отопление будет исправно функционировать в течение всего отопительного сезона. Анализ динамики аварийности магистральных систем показывает, что только четверть всех аварий вызывают коррозионные процессы в трубопроводах, 15% - форсмажорные обстоятельства и стихийные бедствия, а более 60% случаев происходят из-за гидроударов, теплового расширения, вибраций и перепадов давления. Причем вне зависимости от способа прокладки магистрали (внутри каналов или в надземном исполнении). 

Проблема не нова и пути ее решения старались найти еще во время советской власти, интегрируя в трубопроводы компенсаторы различного типа. Чаще всего использовались трубные компенсаторы (П-, Z- и лира-образные) или сальниковые, выполняемые из двух вставленных друг в друга труб разного диаметра. Однако трубные компенсаторы были достаточно дороги, громоздки и неэффективны при наличии изгибающих напряжений. Причем при внешней прокладке трубопроводов требовались специальные опоры, фиксирующие трубы от нарушений соосности. 

Аналогично проблематичными оказываются и сальниковые компенсаторы, узким местом которых остается сальниковое уплотнение, быстро выходящее из строя при трении о них расширяющихся/сужающихся труб. Кроме того, функциональность используемых материалов уплотнений зависит от температуры носителя и его физического состояния. А для ремонта уплотнений нужно при внутриканальной прокладке трубопровода устройство дорогих камер для доступа к компенсаторам. 

Выпускаемые отечественной промышленностью линзовые компенсаторы пока продолжают оставаться самыми дорогими и сложными в производстве и поэтому в магистральных сетях отопления сегодня массово используют хорошо зарекомендовавшие себя сильфонные компенсаторы, впечатляющие своей долговечностью, стойкостью к температурным условиям эксплуатации, компактные и недорогие. В зависимости от типа проектных напражений на стыках труб применяют угловые (ангулярные), сдвиговые (латеральные), осевые (аксильные) и стартовые (только при запуске новых трубопроводов) компенсаторы. 

Централизованное отопление многоэтажных зданий и факторы, обуславливающие его долговечность. 

Анализ аварий в теплосетях центрального отопления показывает, что наиболее масштабные из них происходят именно в магистральном трубопроводе, прокладываемом на опорах над землей или внутриканально в подземных коммуникациях. Причем меньшая доля повреждений трубопровода (до 25%) происходит по причине разрушающих аустенитную сталь труб коррозионных процессов, а большая (более 60%) – по причине сетевых гидравлических ударов и теплового расширения материала. Часть аварийных ситуаций, безусловно, вызвана несоблюдением требований СНиП при установке опор для наземного размещения трубопроводов, недостаточной гидроизоляцией каналов при прокладке под землей, природными явлениями и стихийными бедствиями, но в масштабах страны это составляет всего 15% от общего количества отказов систем отопления. 

Следует отметить, что роль коррозии в динамике аварийности не ограничивается прямой причинностью. Коррозионные процессы косвенно усиливают влияние тех же перепадов давления и теплового расширения, ослабляя материал и увеличивая риски протечек. И степень их влияния тяжело оценить, поскольку химический состав влажного воздуха или непосредственно влаги, влияющих на процесс коррозии, чрезвычайно зависим от экологической обстановки района (кислотность осадков, загрязненность почвы и т.п.). Причем способствует увеличению скорости коррозии сам человек своей деятельностью (блуждающие токи, увеличение хлоридов в почве из-за посыпания снежного покрова на дорогах солью, отходы предприятий и загрязнения от автотранспорта и т.д.). Однако первопричиной большинства аварий систем централизованного отопления все же остаются гидравлические удары, вибрации и тепловое расширение материала, вызывающие протечки проблемных мест трубопровода (сварные швы, фитинговые соединения). 

Решить проблему стараются, встраивая в трубопроводы централизованных систем отопления компенсаторы, гасящие негативные изменения линейных размеров труб и вибрации при движении теплоносителя. Сегодня тепловые сети, водоканал и коммунальные хозяйства отказались от применявшихся в советские года громоздких и мало надежных трубных компенсаторов, а многие уже не используют и сальниковые компенсаторы, требующие регулярного техобслуживания и замены сальниковых уплотнений. Им на смену пришли сильфонные компенсаторы, надежность которых обеспечивается конструктивными особенностями гофрированной металлической оболочки сильфона. Сильфонные компенсаторы эффективно работают в большом температурном интервале и пропускают даже пар температуры порядка 250 градусов Цельсия без нарушений целостности сильфона. Долговечность компенсаторов такого типа сравнима со сроком эксплуатации самого трубопровода и поэтому производители дают гарантию на их использование в течение 25 и более лет (в зависимости от изготовителя).       

Компенсаторы для систем централизованного отопления.

Несмотря на наметившуюся в последние годы тенденцию перехода владельцев помещений многоэтажных домов на автономное отопление, централизованная система пока остается превалирующей в подавляющем большинстве наших населенных пунктов и от ее функциональности зависит качество жизни десятков миллионов жителей страны. Магистральное централизованное отопление упрощенно состоит из котельной (или иного источника теплоснабжения), системы трубопроводов и радиаторов различного типа, причем наиболее проблемным местом в системе остаются трубы и их соединения (по большей части из-за общей протяженности магистралей). 

Помимо внешнего воздействия на трубы природных явлений и окружающей среды (коррозия, осадочные процессы в почве, блуждающие токи, внешние источники вибраций и т.д.) исключительное значение имеет влияние на техническое состояние трубопроводов температуры, химического состава теплоносителя и явления, возникающие при его транспортировке (гидравлические удары, тепловое расширение материала). Периодические изменения линейных размеров труб вызывают усталостное снижение прочностных характеристик стальных труб и приводят к трещинам и разрывам в местах, ослабленных коррозией, на сварных швах и фитинговых соединениях. Поэтому одной из главных задач проектировщиков коммуникаций отопления является обеспечение системы необходимым количеством демпфирующих устройств, обеспечивающих минимально возможное количество и величину напряжений, возникающих в трубопроводе. 

В качестве таких устройств используют компенсаторы различных типов – трубные, сальниковые, линзовые и сильфонные. Причем в последние годы трубные и сальниковые компенсаторы применяют крайне редко из-за их громоздкости, малой эффективности при работе в случае изгибающих напряжений и необходимости достаточно частого технического обслуживания. Линзовые компенсаторы довольно эффективны, но их использование ограничивается трудоемкостью производства и, следовательно, высокими ценами на каждое изделие. 

Поэтому чаще всего в системы отопления интегрируются специально разработанные компенсаторы для отопления, отличающиеся высокой долговечностью, неприхотливостью в обслуживании, надежностью и сравнительно низкой ценой. Сильфонные компенсаторы (угловые, сдвиговые, разгруженные, осевые или универсальные) подбирают в зависимости от типа проектных напряжений на участке трубопровода и они позволяют практически полностью устранить вибрационные нагрузки, напряжения при несоосности трубопроводов при соединении, а также изменения линейных размеров труб. Работают сильфонные компенсаторы в большом интервале температур (от -40 до 150 гр. С) и давлении до 16 кг/см2 при разном физическом состоянии теплоносителя (жидкость и пар).