ЗАВИСИМОСТЬ СРОКА СЛУЖБЫ ПОЛИМЕРНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ ОТ ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

DEPENDENCE OF THE SERVICE LIFE OF POLYMER PIPELINES OF HEATING NETWORKS ON THE PRESSURE AND TEMPERATURE OF THE COOLANT

Dmitriy Dolgiy

student, Department of Heat and Gas Supply and Ventilation, Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering,

Russia, St. Petersburg

Elena Biryuzova

scientific adviser, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, St. Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering,

Russia, St. Petersburg

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается зависимость реального срока эксплуатации полимерных труб от условий их работы, а именно температуры и давления перекачиваемой среды. С учетом того, что существующий нормативный документ практически не учитывает изменение рабочих параметров теплоносителя с течением времени, в работе сделана попытка определить реальный срок службы трубопроводов из PP-R в зависимости от рабочих параметров теплоносителя, на основании эталонных кривых длительной прочности труб.

ABSTRACT

The article considers the dependence of the actual service life of polymer pipes on their working conditions, namely the temperature and pressure of the pumped medium. Taking into account the fact that the existing regulatory document practically does not take into account the change in the operating parameters of the coolant over time, an attempt is made to determine the actual service life of PP-R pipelines depending on the operating parameters of the coolant, based on the reference curves of the long-term strength of pipes.

Ключевые слова: теплоноситель, рабочая температура, давление, трубопровод, полиэтиленовая труба, срок службы, прочность.

Keywords: coolant, operating temperature, pressure, pipeline, polyethylene pipe, service life, strength.

В последнее время при проектировании сетей горячего и холодного водоснабжения все чаще отдается предпочтение трубам, изготовленным из полимерных материалов. Практика внедрения пластиковых трубопроводов сама по себе не является чем-то существенно новым, в свое время в СССР были попытки заменить металлические трубопроводы на пластиковые, однако в силу различных причин от этой идеи отказались. Одним из наибольших камней преткновения при проектировании полиэтиленовых сетей жизнеобеспечения сейчас, в принципе, как и тогда являлось недостаточная изученность степени надежности такого трубопровода и невозможность с максимальной точность оценить срок его службы, что связана в первую очередь с недостаточным количеством опытных данных и несовершенством методологической базы оценки критериев надежности подобных систем.

Главной задачей настоящей статьи является рассмотрение реальных сроков службы полиэтиленовых труб в системах теплоснабжения в зависимости от давления и температуры перекачиваемого теплоносителя.

Расчёт срока эксплуатации инженерных сооружений из труб, изготовленных из PP-R будем проводить на основании методики приведенной в ГОСТ 32415-2013 [1].

Справочные данные, приведенные в вышеупомянутом нормативном документе, не позволяют с достаточной степенью точности оценить реально возможный срок службы трубопровода в зависимости от конкретных параметров перекачиваемого теплоносителя, а выполнение расчета по правилу Майнера не всегда возможно в силу достаточной сложности методики [2].

Рассмотрим способ определения срока эксплуатации трубопровода с использованием стандартных эталонных кривых длительной прочности труб из PP-R с учетом различных условий их эксплуатации.

Срок службы трубопровода PP-R при постоянных нагрузках будет зависеть от физико-химических свойств материала, из которого изготовлен трубопровод, толщины стенки трубы, параметров и скорости перекачиваемого теплоносителя.

Прежде всего необходимо определить напряжение в стенке трубопровода исходя из условия длительной прочности, по формуле, приведенной в ГОСТ 32415-2013:

где,  – напряжение в стенке трубы, МПа;

 – максимальное рабочее давление в системе, МПа;

 – наружный диаметр трубы, мм;

 – толщина стенки трубы, мм;

 – коэффициент запаса прочности.

В соответствии с ГОСТ 32415-2013, время работы трубы до разрушения при соблюдении условия длительной прочности находится по выражению:

где,  – время работы трубопровода, ч;

 – температура среды, К.

В качестве примера рассчитаем срок службы трубопровода, изготовленного из труб PN20 (PP-R), в диапазоне рабочих давлений от 0,2 до 0,6 МПа, в зависимости от температуры перекачиваемого теплоносителя, с коэффициентом запаса прочности равном 1,5, используя эталонные кривые длительной прочности труб. Полученные данные приведены в виде графических зависимостей на рис. 1.

Рисунок 1. Зависимость срока службы труб в зависимости от температуры при заданном давлении в системе

В реальных условиях температура теплоносителя в трубах теплоснабжения не является постоянной, в соответствии с ГОСТ 32415-2013 рассматриваемой вид трубы относится к 5 классу эксплуатации, для которого установлена следующая зависимость реального срока службы в зависимости от температурного режима работы (табл. 1).

Таблица 1

Распределение нормативного срока службы труб PP-R по температурным диапазонам

В соответствии с формулой, суммарное годовое повреждение , % в зависимости от времени действия определенной температуры в течение года определяется следующей зависимостью:

где,  – время действия заданной температуры в течение года, %;

 – время, которое труба может выдерживать данную температуру не разрушаясь, час.

Определим срок службы труб PP-R диаметром 20 мм, причем расчет произведем для трубы 20 мм без армирования, и для трубы 20 мм армированной алюминием (в этом случае, в основе трубы базовая труба 16 мм без учета армирования). Результаты расчета приведены в таблице 2 и на рисунке 2.

Таблица 2

Срок службы труб в диапазоне рабочих давлений от 0,5 до 0,8 МПа

Рисунок 2. Зависимость срока службы труб от рабочего давления сети

Как показывают результаты проведенного исследования срок службы труб, армированных алюминием и имеющих фактически меньший диаметр, примерно в 3 раза меньше, срока службы труб большего диаметра, без армирования (в пределах одного и того же рабочего давления). Также необходимо отметить, что заявленный срок службы труб в 50 лет возможен для труб PN16 при рабочем давлении 0,55 МПа и ниже, а для труб PN20 рабочее давление не должно превышать 0,75 МПа.

Список литературы:

1. ГОСТ 32415-2013 Трубы напорные из термопластов и соединительные детали к ним для систем водоснабжения и отопления, введен в действие 01.01.2015 г.
2. Шашкин В.В. Надежность в машиностроении: Справочник, СПб.: Политехника, 1992. -719 с.