Полимерные конструкционные материалы на ТЭЦ-21 ОАО Мосэнерго

Соловьев А. А., Никитин Д. Ф., Дюжев О. Д., инженеры

ЗАО Главэнерго – ТЭЦ-21 ОАО Мосэнерго

Рыночная экономика выдвигает на первый план эффективность производства. Применительно к энергетическим объектам это – надежность и долговечность установленного оборудования, а также уменьшение себестоимости отпускаемой электрической и тепловой энергии.

Уменьшение себестоимости отпускаемой энергии может быть обеспечено за счет снижения затрат на текущий и капитальный ремонты трубопроводов, эксплуатирующихся на ТЭЦ. Снижение затрат на их ремонт, в свою очередь, достигается за счет применения полимерных конструкционных материалов (ПКМ) при изготовлении трубопроводов вместо традиционно используемых конструкционных материалов – сталь, железобетон и др.

На сегодняшний день на основе полученных результатов по испытаниям пластмассовых труб, выполненных специализированными испытательными центрами, можно констатировать, что пластмассовые трубы в большинстве случаев в состоянии обеспечить безремонтный срок службы трубопроводов не менее 50 лет.

Из множества пластмассовых труб, выпускаемых промышленностью, для изготовления трубопроводов на электростанциях наиболее предпоч- тительны полиэтиленовые и полипропиленовые (термопласты), а также стеклопластиковые трубы. На сегодняшний день только из этих материалов изготавливаются трубы и соединительные элементы необходимого для энергетики сортамента.

По своим физико-механическим свойствам трубы из термопластов и стеклопластика естественным образом заняли свои технологические ниши.

Из термопластов с учетом деструкционного воздействия на них ультрафиолетового излучения помимо подземных водоводов целесообразно изготавливать внутрицеховые трубопроводы Dó 20 – 125. Дальнейшее увеличение диаметра трубопровода с обеспечением необходимых физико-ме- ханических характеристик приводит к значительному увеличению толщины стенки и массы погонного метра трубы. В этом случае предпочтительней использовать стеклопластик.

Трубопроводы из термопластов устойчивы к воздействию большинства кислот и щелочей, а также других агрессивных и токсичных жидкостей и газов.

Основным типом соединений элементов трубопроводов из термопластов является термическая сварка, реализуемая с помощью стационарных или ручных электронагревательных приборов.

Ведущим российским предприятием, выпускающим продукцию из полиэтилена, является казанский завод “Оргсинтез”.

Российские химические предприятия имеют также технологическое оборудование и для выпуска продукции из полипропилена, но в основном предназначенного для внутризаводского использования либо гражданского строительства. Наиболее крупные предприятия – ОАО “Московский нефтеперерабатывающий завод”, АО “Мушарака”, г. Буйнакск (Дагестан), НПО “Стройполимер”, г. Москва.

Основные требования к проектированию и монтажу трубных систем из термопластов, предъявляемые на территории России, представлены в следующих документах:

Инструкция (СН 550-82) по проектированию технологических трубопроводов из пластмассовых труб, М., 1983;

свод правил (СП40-1-1-96) “Проектирование и монтаж трубопроводов из полипропилена”, М., 1997.

При проектировании трубопроводов из пластмассовых труб особое внимание по сравнению с металлическими трубопроводами должно быть уделено опорам и месторасположению арматуры.

Стеклопластик – это полимерный композиционный материал на основе синтетического связующего, армированного стекломатериалами. В каче- стве связующего в зависимости от условий эксплуатации изделия применяются полиэфирные, эпоксидные и фенольные смолы.

Стеклопластиковые трубы и емкости, используемые в энергетике, как правило, изготавливаются методом намотки стекломатериалов, пропитанных связующим, на оправку нормированного диаметра. Стенка трубы состоит из нескольких слоев, каждый из которых выполняет свою определенную функцию:

внутренний футеровочный слой, ближайший к транспортируемой среде, обеспечивает химиче- скую стойкость изделия и его гидронепроницаемость. Композиция этого слоя в весовом соотношении характеризуется преобладанием связующего по

18	2003, ¹ 10

отношению к стекломатериалу, что гарантирует максимальную химическую стойкость изделия;

конструкционный слой обеспечивает механи- ческую прочность трубы при совместном воздействии на нее внутреннего давления и внешних нагрузок. Толщина слоя определяется условиями эксплуатации изделий и соответствует определенному классу трубы по внутреннему давлению;

наружный защитный слой обеспечивает полную пропитку стекломатериалов и защищает трубу от ультрафиолетового излучения и других атмосферных явлений, а также обеспечивает химиче- скую стойкость по отношению к агрессивным веществам, находящимся в почве.

Используемые на российских предприятиях технологии изготовления стеклопластиковой продукции позволяют изготавливать серийные емкости диаметром до 8 м, объемом от 1,0 до 400 м3 и трубы, характеристики которых приведены в таблице.

Трубы серийного производства диаметром до 4 м выпускаются зарубежными фирмами.

Для выпускаемых труб поставляется полный набор комплектующих фасонных элементов: отводы, переходники, тройники, фланцы и др. В зависимости от физико-химических свойств рабочей среды и ее параметров используются различные типы соединений: раструбный, клеевой, фланцевый.

Основными предприятиями, выпускающими стеклопластиковую продукцию, на территории России являются – ТСТ, г. Пермь; ЦНИИСМ, г. Хотьково; “Компитал” и “Авангард”, г. Сафоново; “Элкид”, г. Мытищи.

Принимая во внимание, что в России на сегодняшний день отсутствует нормативно-техническая документация по проектированию и монтажу стеклопластиковых трубопроводов, при реализации важных проектов осуществляется согласование проектов с заводами – поставщиками стеклопластиковой продукции.

ТЭЦ-21 явилась своеобразным полигоном, на котором были опробованы практически все полимерные конструкционные материалы, выпускаемые промышленностью. Определены основные поставщики по конкретным системам.

В 1994 г. одними из первых в России начали использовать стеклопластиковые трубы для подъема раствора поваренной соли из скважины с глу-

бины 200 м по трубам Dó 63 и 100 мм. Было опробовано два варианта стыковки труб: раструбношиповой со стопорным элементом и резьбовой. Предпочтительнее оказался вариант с резьбовым соединением – надежный в эксплуатации и удобный при монтаже.

Â1995 г. смонтирован надземный участок тру-

бопровода Dó 300 дренажных вод после узла нейтрализации на шламоотвал из стеклопластика. На замененном участке прекращено повреждение трубопровода из-за коррозионных процессов и отсутствуют отложения на внутренней поверхности стеклопластиковых труб. Получено практическое подтверждение уникального свойства стеклопластика о самокомпенсации. Прямой участок длиной 600 м, не имеющий ни одного компенсатора, успешно эксплуатируется при изменении температуры окружающего воздуха от минус 35 до плюс 50°С.

Необходимо отметить, что стеклопластиковому трубопроводу предшествовала неудачная попытка сооружения данного трубопровода из полиэтилена. Основные трудности проявились при компенсации температурных деформаций. Использованные резиновые компенсаторы часто выходили из строя и было принято решение о демонтаже полиэтиленового трубопровода.

Положительный опыт эксплуатации стеклопластикового трубопровода позволил приступить Мосэнергопроекту при участии ЗАО Главэнерго к проектированию аналогичного трубопровода длиной 3,5 км на ТЭЦ-22 ОАО Мосэнерго.

Âпоследующие годы осуществлена замена трубопроводов обвязки блоков фильтров ¹ 1 и 2 с применением полимерных материалов:

трубопроводы слабой кислоты Dó 100 выполнены из полипропилена;

дренажные трубопроводы Dó 150 – из стеклопластика.

Смонтирован и успешно эксплуатируется стеклопластиковый трубопровод кислотной промывки поверхностей нагрева одного из котлов, установленных на нашей станции, что повысило надежность и безопасность выполнения химической промывки котла с применением высокоагрессивных и токсичных реагентов.

Âнастоящее время при участии специалистов НИИ коммунального водоснабжения и очистки воды осуществляется реконструкция осветлителя

	Изделие	Рабочая среда	Dmax, ìì	Lmax, ì	Pmax, ÌÏà	Tmax, °Ñ	Область применения
	Напорные	Жидкость	1000	12,0	4,0	115	Системы холодного и горячего водоснабже-
	трубы	pH = 1 14					ния, технологические трубопроводы
	Канализацион-	Жидкость	3000	12,0	–	115	Ливневая и хозяйственная канализация, агрес-
	ные трубы	pH = 1 14					сивные стоки
	Газоходы	Ãàçû	3250	6,0	–	250	Газоотводящие стволы дымовых труб, венти-
							ляция

2003, ¹ 10 19

ВТИ-630, где сотовые блоки шламоотделителей и элементы конструкции приема осветленной воды выполнены из полимерных материалов.

Практически все работы с полимерными материалами на станции ведутся при активном участии ЗАО Главэнерго. Специалисты этой организации осуществляют проектирование, монтаж, а также ремонтные и технологические работы.

Накопленный нами практический опыт эксплуатации ПКМ позволил получить реальное подтверждение преимущества полимерных материалов по сравнению с традиционно применяемыми в энергетике материалами для трубопроводов, транспортирующих коррозионно-активные и токсичные среды с параметрами рабочей среды (температура до 90°С, давление до 25 кгс см2), и водоводов (углеродистая сталь, нержавеющая сталь, железобетон и др.), а именно:

высокая технологичность и удобство монтажа; более высокая культура производства и скорость выполнения работ по сравнению с работами на стальных трубопроводах с гуммированными покрытиями. Работы ведутся без использования открытого огня, практически без шума и пыли, что неизменно сопровождает сооружение трубопрово-

дов с гуммированным защитным покрытием; ввиду того, что пластмассовые трубы в неско-

лько раз легче стальных труб, исключено повреждение полов, что имеет место во время проведения ремонтных работ на стальных трубопроводах;

не требуются работы, связанные с покраской трубопроводов при монтаже и в течение всего срока их эксплуатации;

практическое исключение повреждений на трубопроводах, вызванных химической и электрохимической коррозией материала;

плохая адгезия транспортируемых сред с внутренней поверхностью трубы снижает скорость образования наростов и отложений, в том числе и биологических;

отсутствие засорений и перекрытий проходного сечения трубопроводов, связанных с расслоением и срывом защитного химического покрытия внутренних поверхностей трубопроводов, обеспе- чивает стабильные гидравлические характеристики трубопровода.

Необходимо подчеркнуть, что указанные факторы, а также расчетный срок эксплуатации большинства трубопроводов – не менее 50 лет, подтвержденный практическим опытом работы трубопроводов из ПКМ на зарубежных объектах, по-

зволили приступить к их более широкому внедрению, в том числе и в атомную энергетику.

Вместе с тем, помимо положительного опыта применения полимерных материалов, накоплен и опыт, вскрывший определенные проблемы при внедрении этих материалов.

Основные повреждения трубопроводов имеют механический характер, но есть и повреждения технологического характера.

Если обобщить повреждения технологического характера, то они порождены следующими факторами:

некачественная подготовка исходных данных при выдаче заказа (параметры рабочих сред, реальные нагрузки на действующий трубопровод и т.д.);

некачественное выполнение проекта; несоответствие исполнительной схемы и про-

ектной документации; использование несертифицированной поли-

мерной продукции; привлечение для монтажа неквалифицирован-

ных исполнителей.

По нашему мнению, названные факторы обусловлены, в первую очередь, отсутствием отраслевой нормативно-технической документации на проектирование, монтаж, ремонт и эксплуатацию систем из полимерных конструкционных материалов.

Следует подчеркнуть, что ведущие проектные институты, работающие в энергетике: ТЭП, МЭП, АЭП, ЭМП, проявляют большой интерес к данной теме, но отсутствие необходимой технической документации сдерживает широкое использование ПКМ в разрабатываемых ими проектах.

Подводя итоги сказанному, мы предлагаем:

1.Принимая во внимание физико-химические

èмеханические характеристики ПКМ, а также с учетом наработанного практического опыта их эксплуатации, полимерные конструкционные материалы можно использовать на ТЭЦ при сооружении трубопроводных систем, предназначенных для транспортировки различных сред со следую-

щими рабочими параметрами: давление – до 25 кгс см2; температура жидкости – до 90°С, газа – до 250°С; pH среды – от 1 до 14.

2. Разработать руководящую документацию на проектирование, монтаж, ремонт и эксплуатацию систем из полимерных конструкционных материалов в энергетике. Основной перечень документов может быть уточнен в рабочем порядке с привле- чением проектных и ведущих отраслевых научноисследовательских институтов.

20	2003, ¹ 10