Магистр ДонНТУ Нестругина Ольга Владимировна

Нестругіна Ольга Володимирівна

Фізико-металургійний факультет

Кафедра промислова теплоенергетика

Специальність: Енергетичний менеджмент

Тема випускної роботи:

Обгрунтування можливостей використання труб з полімерних матеріалів з метою підвищення енергоефективності роботи теплових мереж

Науковий керівник: доцент, к.т.н. Грідін Сергій Васильович

Матеріали до теми випускної роботи: Про автора |Біографія

Реферат з теми магістрської роботи:

Актуальність роботи

     Зараз дуже актуальним є питання економії енергоресурсів, це відноситься і до гарячої води. Труби, що використовуються для гарячого водопостачання в Україні на даний момент, сприяють втраті великої кількості тепла на шляху до споживача (до 13%).
     Використання труб з полімерних матеріалів отримало широке поширення, як у Європі, так і в Україні, і має вражаючу динаміку зростання. Ці матеріали мають безперечні переваги перед металевими трубами - відсутність теплоізоляції, корозійних явищ, більша пропускна здатність, невелика вага, звукоізоляція, відсутність заростання мікрофлорою, стійкість до впливу агресивних речовин, довговічність, простота монтажу і т.п. У водопостачанні також все частіше використовуються труби з полімерів як альтернатива трубами з металу, що не відрізняються довговічністю.
     У роботі будуть розглянуті можливі матеріали для заміни наявних труб, варіанти ізоляції, і вибраний і обгрунтований кращий шлях за підсумками розрахунків.

Мета і задачі дослідження

Мета даної роботи полягає у пошуку та дослідженні альтернативних варіантів заміни труб теплових мереж з полімерних матеріалів, а також підвищенні енергоефективності роботи теплових мереж.
Для досягнення зазначеної мети в магістерській роботі поставлені і вирішені наступні задачі:

дослідження і розрахунок металевих труб, що використовуються сьгодні;
дослідження і розрахунок існуючих альтернативних варіантів, але маловикористовуваних в даний час в Україні;
складання і дослідження математичної моделі виробництва труб з полімерних матеріалів;
розробка комплексу методичних рекомендацій і практичних пропозицій до проектування теплових схем для умов України.

Предмет дослідження - система критеріїв, умов і показників, а також методологія, що дозволяють визначати ефективність систем теплопостачання та розробляти рекомендації щодо їх удосконалення з використанням різних варіантів труб, з метою підвищення надійності та безпеки теплопостачання, поліпшення стану навколишнього середовища та ін
Методи дослідження включають створення математичних моделей, порівняльний аналіз результатів, чисельні методи, економічний аналіз.

Наукова новизна

Наукова новизна вже проведених і планованих у роботі досліджень передбачається в наступному:

детальне дослідження полімерних матеріалів для заміни труб теплових мереж;
поліпшення енергоефективності роботи теплових мереж за рахунок застосування труб з нових альтернативних матеріалів;
розробка комплексу методичних рекомендацій і практичних пропозицій до проектування теплових схем для умов України.

Вирішення цих задач є реальним внеском у вирішення проблем енергозбереження та економії паливно-енергетичних ресурсів в енергетиці, промисловості та ЖКГ України.

Опис результатів роботи

На даний час для гарячого водопостачання використовують такі варіанти труб:

Металеві труби
Труби зі склопластику
Труби з поліетилену
Труби з поліпропілену
Труби з полівінілхлориду
Ізоляція металевих труб жорстким пенополіуретаном

Сучасні полімерні труби відповідають найвищим вимогам по екології. Склопластик, поліетилен, поліпропілен і полівінілхлорид - це екологічно чисті матеріали, про що свідчить їх порівняльна характеристика за екологічними показниками, наведена нижче.
При порівнянні труб з полімерних матеріалів можна виділити наступне:

склопластикові труби мають максимальну стійкість до температурних навантажень і мінімальне лінійне розширення, тому вони найбільш поширені в системах опалення. Висока еластичність склопластикових труб дозволяють легко їх згинати, а алюмінієвий шар зберігає надану трубі форму. Це забезпечує в багатьох випадках як більш простий і економічний монтаж, так і підтримання їх працездатності в процесі експлуатації;
до переваг поліетиленових труб відноситься висока термостійкість (температура самозаймання 415 °С), що забезпечує їх широке використання для опалювальних систем, низькі гідравлічні втрати, висока міцність з'єднань. Поліетиленові труби без армуючого шару мають високий коефіцієнт температурного розширення, тому, як правило, використовуються для прихованої проводки;
поліпропіленові труби менш термостійкі, ніж металопластикові та поліетиленові, тому їх основне застосування - гаряче та холодне водопостачання; застосування в опалювальних системах обмежена. Внаслідок високої плинності поліпропіленові труби міняють форму з часом навіть під дією власної ваги, тому при зовнішній проводці труби необхідно кріпити через кожні 50 - 60 см. Технологія з'єднання поліпропіленових труб забезпечує високу міцність з'єднання, порівнянну з міцністю самої труби.

Тепер розглянемо переваги та недоліки сучасних труб для опалення та водопостачання.
Склопластикові труби - це пластикові труби, при цьому основа їх стінок виконана з скловолокна, а наповнювачем склопластикових труб служить епоксидна або поліефірна смоли. Переваги склопластикових труб:

відсутність в потоці корозійних частинок безпечно для здоров'я;
висока стійкість до корозії і хімічно агресивних середовищ;
склопластикові труби стійкі до абразивного зносу;
високі екологічні та санітарно-гігієнічні характеристики;
відкладення на внутрішніх стінках труби впродовж всього терміну експлуатації практично виключені.
матеріал труб екологічно чистий, герметичність їх з'єднання виключає як витоку рідини, що транспортується, так і забруднення її грунтовими водами.

Труби зі склопластику мають також ряд недоліків, найбільш суттєвими серед яких є гігроскопічність і вологопоглинання, що істотно знижує їхню працездатність, а також недостатня стійкість склопластику до стирання, що обумовлює знос внутрішнього шару смоли, поява оголеного скла. У цьому зв'язку в процесі експлуатації можливе попадання в потік води (під тиском) залишків речовин, шкідливих для здоров'я.
Труби з поліетилену мають всі достоїнства труб на основі полімерів:

висока міцність;
висока термостійкість, такі труби можуть експлуатуватися при робочій температурі до 90 °С. Труби з поліетилену при високих температурах не "течуть", а зберігають форму;
мають високу хімічну стійкість, не схильні до корозії;
не схильні до обростання солей і біологічному обростання;
екологічно чисті;
термін служби поліетиленових труб складає не менше 50 років.

     Матеріал внесений до списку з позитивними екологічними характеристиками. Не має токсичних виділень. Має міжнародний екологічний сертифікат ISO 14001. Застосовується навіть у фармакологічній промисловості.
     Недолік: в робочому інтервалі температур труби екологічно безпечні, але необхідно суворо враховувати, що при температурах, що перевищують температуру плавлення поліетилену, можливі виділення оксиду вуглецю, формальдегіду, оцтової кислоти, альдегідів; при сілановом методі виготовлення - насичений розчин силану при контакті з олов'яними сплавами виділяють метанол. Метанол - отрута, що діє на нервову і судинну системи, має властивість накопичуватися в організмі. Гранично допустима концентрація метанолу в повітрі дорівнює 5 мг/м3. Найбільш легка форма отруєння характеризується наявністю головного болю, загальною слабкістю, нездужанням, ознобом, нудотою, блювотою. Тому небезпечний для життя не тільки метанол, але й рідини, що містять цю отруту навіть у порівняно невеликій кількості.
     Поліпропіленові труби мають велику кількість переваг:

екологічна чистота;
термін служби поліпропіленових труб становить не менше 50 років;
не завдає шкоди навколишньому середовищу. Ні за його обробці, ні при утилізації відходів не утворюється екологічно шкідливі речовини. Крім того, поліпропілен придатний для утилізації без додавання екологічно шкідливих речовин.
абсолютно безпечний до температур +120 °С, нічого не виділяє, не руйнується хімікатами, не викликає алергії, не вбирає запахи, сам нічим не пахне, термін служби - вічний.

Недолік: у разі спалаху - горить погано, але виділяє токсичний дим, хоча в цьому відношенні набагато безпечніше поліетилену і полівінілхлориду.
Труби з полівінілхлориду екологічно чисті, але не витримують вимог щодо стійкості до можливих надзвичайних ситуацій та пожежі, тому що він є горючим матеріалом, який при горінні виділяє отруйні гази - оксид і діоксид. Полівінілхлорид найдешевший вид пластику, але і менш за все екологічний. До його складу входить хлор, а при нагріванні можливе виділення газу фосгену, речовини, яка володіє задушливою дією. Смертельна концентрація 0,01 - 0,03 мг / л.

Порівняльні характеристики різних варіантів труб
Властивості труб	Варіанти труб
Властивості труб	сталь	склопластик	поліетилен	пінополіуретан
Максимальна температура експлуатації, °С	450-550	1300-1350	95	160
Щільність, кг/м3	7700-7900	1800-2000	910-960	40-70
Теплопровідність, Вт/м К	64	0,75	0,36-0,43	0,03
Вартість, грн/м	159	796	170,64	15,26
Термін експлуатації, років	10-25	>50	50	25-30

Для наочності та простоти порівняння між матеріалами наведені гістограми для всіх категорій характеристик труб (Малюнок 1 а-г):

Малюнок - Гістограми властивостей труб

Термін окупності для одного погонного метра:

де З - витрати на захід, грн; Т - тариф на гарячу воду; в Донецьку складає 17,58 грн/м3; Е - економія енергоресурсу,%.
Сталеві труби:

Склопластик:

Поліетилен:

Пінополіуретан:

Висновок

З усього перерахованого вище можна зробити висновок, що найкращий матеріал для заміни труб - склопластик, він екологічно безпечний, має найбільшу робочу температуру, найбільш тривалий термін експлуатації, хоча і є найбільш дорогим матеріалом, що мають найбільший термін окупності.

Важливе зауваження

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2011 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після вказаної дати