МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА ПРЕДПРИЯТИЙ
НЕФТЯНОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Всесоюзный научно-исследовательский институт
по строительству магистральных трубопроводов

ВНИИСТ

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Р 536-84

Москва 1985

В настоящих Рекомендациях содержатся основные положения по проектированию теплоизоляционных покрытий магистральных трубопроводов, классификация этих покрытий, описание рекомендуемых материалов и изделий, применяемых в теплоизоляционных конструкциях, и разработанные основные конструктивные решения элементов теплоизоляции подземных, надземных и наземных магистральных трубопроводов.

В Рекомендациях приведен тепловой расчет теплоизоляционных трубопроводов и необходимые для этого расчета параметры.

Рекомендации предназначены для инженерно-технических работников проектных и строительных организаций.

Содержание

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие Рекомендации разработаны в развитие главы СНиП II-45-75 "Магистральные трубопроводы. Нормы проектирования".

1.2. Рекомендации применимы при проектировании магистральных и промысловых, новых и рекомендуемых трубопроводов с условным диаметром до 1420 мм включительно и ответвлении от них в различных районах страны, в том числе районах распространения вечномерзлых грунтов.

1.3. Рекомендации применимы для расчета тепловых режимов линейной части магистральных трубопроводов, с конструкцией теплоизоляции в виде сплошного кольца, полностью охватывающего весь периметр трубы, однако они могут быть рекомендованы и для расчетов трубопроводов, имеющих плоские теплоизоляционные экраны.

1.4. Проектирование трубопроводов различных систем прокладок (надземной, наземной, подземной) следует выполнять в соответствии с действующими нормативными документами с учетом взаимодействия трубопроводов с окружающей средой в период строительства и эксплуатации сооружений.

1.5. При проектировании теплоизолированных трубопроводов для выбора материалов и расчета толщины теплоизоляции необходимо руководствоваться требованиями следующих нормативных документов:

ГОСТ 16381-77 "Материалы строительные теплоизоляционные. Классификация и общие технические требования";

ГОСТ 17177.0-81 - ГОСТ 17177.16-81 "Материалы и изделия строительные теплоизоляционные. Методы контроля";

ТУ 36-1180-78 "Конструкции полносборные теплоизоляционные для трубопроводов, аппаратов и резервуаров"

1.6. При проектировании элементов теплоизоляционного покрытия трубопроводов надлежит пользоваться:

настоящими Рекомендациями;

нормативными документами, перечисленными в п.1.5;

нормативными документами на материалы, из которых изготавливают это покрытие.

1.7. Необходимость применения теплоизоляции трубопроводов обусловлена в основном следующими причинами:

техническими требованиями, обязательными при перекачке жидких продуктов в зимник: условиях: (высокопарафинистые и высоковязкие нефти, конденсаты, вода и т.п.);

требованиями уменьшения теплопотерь в зимний период (транспорт нефти, нефтепродуктов, горячей воды, пара и т.п.);

уменьшением пучения или осадки трубопроводов, прокладываемых в пучинистых грунтах, (транспорт охлажденных газов) и льдистых просадочных грунтах (транспорт горячих продуктов);

сокращением энергетических затрат для подогрева транспортируемых продуктов по длине трубопровод с помощью специальных пунктов подогрева при остановке перекачки.

1.8. Высокие темпы строительства w точность монтажа, требуют создания конструкций теплоизоляция: труб, изготавливаемых в заводских или стационарных условиях, только монтируемых на трассе.

1.9. Конструкция теплоизоляции стыков между трубами, а также между трубами и отводами или тройниками должна обеспечивать их герметичность, а также компенсацию температурных деформаций.

1.10. Если защиту теплоизоляции осуществляют с помощью металлических покровных листов, то необходимо обеспечить защиту последних от коррозии.

1.11. Конструкцию трубопровода - вид прокладки, (подземную, наземную, надземную) и возможную систему компенсаций их продольных перемещений выбирают в зависимости от:

диаметра трубопровода;

давления транспортируемого продукта;

температурного режима строительства и эксплуатации;

количества прокладываемых параллельных ниток;

рельефа местности;

инженерно-геологических, гидрогеологических и сейсмических условий района, где проходят трассы, с учетом прогноза изменения этих условий в процессе строительства и эксплуатации трубопровода.

1.12. Предложенная в настоящих Рекомендациях упрощенная методика расчета теплоизоляции магистральных трубопроводов различного целевого назначения (газопровода, нефтепровода, конденсатопровода), для всех применяющихся в настоящее время конструктивных систем прокладок (надземная, наземная, подземная, под водная) позволяет в процессе проектирования осуществлять оптимизацию конструкции теплоизоляции с учетом сохранения и рекультивации окружающей среды.

2 классиФикаЦИЯ теплоизоляции трубопроводов

2.1. Теплоизоляционные материалы классифицируют по следующим основным признакам.

2.1.1. По форма и внешнему виду материалы подразделяются на:

штучные изделия; (плиты, блоки, цилиндры, полуцилиндры и др.);

рулонные и шнуровые (маты, шкуры и др.);

рыхлые и сыпучие (вата минеральная, стеклянная, вспученный перлит и др.).

2.1.2. По структуре материалы подразделяются на:

волокнистые (минераловатные и др.);

зернистые (вспученный перлит, вермикулит и др.),

ячеистые (пенопласты, пенобетон и др.)

2.1.2. По виду исходного сырья материалы подразделяются на:

неорганические

органические.

Смеси из неорганических и органических материалов относятся к неорганическим, если количество неорганических материалов в смеси превышает 50% по массе.

2.1.4. По плотности материалы подразделяются на марки:

особо низкой плотности (ОНП) с плотностью менее 75 кг/м³ при марках по плотности до 75;

низкой плотности (НП) с плотностью менее 175 кг/м³ при , марках по плотности от 100 до 175;

средней плотности (CП) с плотностью менее 350 кг/м³ при марках по плотности от 200 до 350;

плотные (Пл) с плотностью менее 600 кг/м³ при марках по плотности от 400 до 600.

2.1.5. По жесткости теплоизоляционные изделия подразделяются на виды:

мягкие (М) - сжимаемость при удельной нагрузке 0,002 МПа (0,02 кгс/см²) свыше 30%;

полужесткие (П) - сжимаемость при удельной нагрузке 0,002 МПа (0,02 кгс/см²) от 6 до 30%;

жесткие (Ж) - сжимаемость при удельной нагрузке 0,002 МПа (0,02 кгс/см²) до 6%;

повышенной жесткости (ПЖ) - сжимаемость при удельной на грузке 0,04 МПа (0,4 кгс/см²) - до 10%;

твердые (Т) - сжимаемость при удельной нагрузке 0,1 МПа (1,0 кгс/см²) до 10%.

2.1.6. По теплопроводности при средней температуре 25°С материалы и изделия подразделяются на классы:

класс А - низкой теплопроводности с; теплопроводностью до 0,06 Вт/м.К (0,05 ккал/м.ч. °С);

класс Б - средней теплопроводности с теплопроводностью свыше 0,06 до 0,115 Вт/м.К (свыше 0,05 до 0,1 ккал/м.ч °С);

класс В - порченной теплопроводности с теплопроводностью свыше 0,115 до 0,175 Вт/м.К (свыше 0,05 до 0,15 ккал/м.ч. °С);

2.1.7. По возгораемости теплоизоляционные материалы и изделия подразделяются на группы:

несгораемые,

трудносгораемые,

сгораемые.

2.2. В зависимости от относительного расположения теплоизоляции и трубопровода теплоизоляционная конструкция может быть разделена на два вида:

а) теплоизоляционное покрытие (монтируют на трубопроводе);

б) теплоизоляционные экраны (подсыпки, маты, выстилка и т.п.).

2.3. В зависимости от соотношения температур транспортируемого продукта и окружающей среды конструкции теплоизоляции бывают без пароизоляционного слоя и с пароизоляционным слоем.

Пароизоляционный слой предохраняет теплоизоляцию от насыщения влагой при температуре окружающей среды выше температуры транспортируемого продукта.

Для надземных и наземных систем трубопровода пароизоляционный слой следует применять при температуре продукта ниже плюс 16°С.

Пароизоляционный слой устанавливают между покровным (защитным) слоем и теплоизоляцией.

2.4. В зависимости от количества слоев теплоизоляционные конструкции делятся на однослойные и многослойные.

2.5. По степени монтажной готовности теплоизоляционные конструкции при сооружении магистральных трубопроводов можно подразделить на сборные индустриальные и неиндустриальные.

2.5.1. Сборные индустриальные конструкции в свою очередь подразделяются на:

полносборные конструкции полной заводской готовности, поступают на трассу в виде секций труб с теплоизоляционным покрытием либо секции теплоизоляционного покрытия, выполненных из штучных или рулонных теплоизоляционных изделий, скрепленных c защитным покрытием. В первом случае на трассе изолируют только сварочные стыки, а во втором - секции теплоизоляционного покрытия надевают на трубопровод и закрепляют (например, с помощью замка, бандажа, самонарезающих винтов);

сборные комплексные, выполняемые из отдельных элементов (штучных, рулонных и т.п.), подобранных по типоразмерам и временно скрепленных между собой для поставки к месту монтажа. При установке в проектное положение ведут последовательный раздельный монтаж термоизоляционных изделий, покровной оболочки и деталей крепления;

сборные с пригонкой теплоизоляционных изделий в процессе установки в проектное положение, представляют собой отдельные сборные элементы, которые комплектуют на монтажной площадке. Эти конструкции, как и сборные комплектные, могут быть выполнены из штучных (пористо-зернистых, пористо-волокнистых или ячеистых) изделий, а также рулонных материалов.

2.5.2. Неиндустриальные конструкции изготавливают в процессе монтажа из различных материалов (например, волокнистых, порошкообразных, зернистых). Выполнение этих конструкций связано с применением значительного: объема ручного труда. Использование этих конструкций должно быть очень ограничено.

2.6. Возможно применение конструкций теплоизоляции, комбинированных с подогревом. В этом случае на трубопроводе вместе с теплоизоляцией устанавливают нагревательный элемент (например, элементы нагревательные гибкие ленточные ЭНГЛ-180 с питанием от электросети).

3. МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЯХ

3.1. Материалы и изделия из них, рекомендованные для теплоизоляционных конструкций, их основные свойства приведены в табл. 1.

3.2. Материалы, рекомендованные для защитных покрытий изоляции надземных трубопроводов и область их применения, приведены в табл. 2.

3.3. Для защиты теплоизоляционного покрытия подземных трубопроводов рекомендуется применять трубы стальные или ив полиэтилена, а также пленки и ленты поливинилхлоридные с липким слоем.

Если применяют теплоизоляцию из пенополиуретана, пенополистирола или других жестких: материалов, наружный кожух из стабилизированного полиэтилена может быть изготовлен методом экструзии.

Стальные трубы рекомендуется применять в соответствии со следующими нормативными документами:

ГОСТ 10704-76 "Трубы стальные электросварные прямошовные"

а) до диаметра 219 мм включительно с толщиной стенки 2,5-3 мм;

б) диаметром от 219 до 426 мм включительно с толщиной стенки 4-5 мм;

в) диаметром более 426 мм следует выбирать с минимально выпускаемыми стенками, начиная с 6 мм.

Таблица 1

Таблица 2

Примечание. Регулярный ремонт защитного покрытия (например, окраска) значительно повысят его срок службы.

Таблица 3

ТУ 102-39-78 "Трубы стальные тонкостенные со спиральным швом, выполненным методом высокочастотной сварки:

а) диаметром от 159 до 273 мм_, с толщиной стенки 3 мм;

б) диаметром от 273 до 530 мм, с толщиной стенки 4,5 мм;

в) диаметром более 530 мм выбирать с минимально выпускаемыми стенками, начиная от 6 мм.

Трубы из полиэтилена рекомендуется применять в соответствии с ТУ 6-19-051-259-80 "Трубы напорные из ПЭНД". Выпускают трубы из стабилизированного полиэтилена длиной 6 и 12 м.

В табл. 4 приведен рекомендуемый сортамент труб и их тип.

3.4. Для защиты теплоизоляционных экранов подземных трубопроводов следует применять битумы, мастики, ленты и пленки

по п. 3.6 , а так же отечественные ленты по п.4.1.3.

3.5. Для защиты теплоизоляции наземных открытых трубопроводов необходимо применять трубы стальные по п. 3.3.

Для защиты теплоизоляции трубопроводов в насыпи, кроме стальных, можно применять и полиэтиленовые трубы по п. 3.3.

3.6. Материалы, рекомендуемые для, пароизоляции и герметизации швов, приведены в табл. 5.

Таблица 4

Таблица 5

4. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ ТРУБ, ОТВОДОВ И ТРОЙНИКОВ

Конструктивные решения теплоизоляционного покрытия подземного трубопровода

4.1. Теплоизоляционное покрытие может быть выполнено по схеме "труба в трубе".

4.1.1. Такая конструкция состоит из:

наружного трубчатого кожуха, защищающего теплоизоляцию, и концентрически расположенного относительно трубопровода;

теплоизоляции, помещенной в межтрубном пространстве;

центраторов, обеспечивающих концентричность наружного кожуха.

Трубопроводы с теплоизоляцией типа "труба в трубе" можно укладывать в траншею с высокой степенью обводнения.

Конкретная конструкция теплоизолированных труб зависит от материала теплоизоляции и материала наружного кожуха. В зависимости от этого может быть осуществлено несколько вариантов конструкции типа "труса в трубе" (п. 4.1.4 - 4.1.6).

4.1.2. Во всех случаях предусмотрено изготовление тепло изолированных труб в заводских или стационарных условиях, а перед монтажом теплоизоляции трубы должны быть защищены от коррозии.

4.1.3. Защиту от коррозии можно осуществлять отечественными или импортными лентами.

При температуре транспортируемого продукта выше плюс 60°С для трубопроводов любых: диаметров рекомендуется лента отечественного производства ЛЭТСАР-ЛПТ.

При температуре продукта до плюс 60°С рекомендуется применить импортные ленты в соответствии с "Инструкцией по применению импортных изолированных лент и оберток" ВСН 2-84-82 (Миннефтегазстрой, М. ВНИИСТ, 1983). Эти ленты можно применять при любых диаметрах.

При температуре, эксплуатации до плюс 4С°С и для диаметров до 1000 мм можно рекомендовать ленты ПИЛ и ПВХ-БК, а при температуре ниже плюс 30°С - ленту ПВХ-Л в соответствии с "Инструкцией по применению отечественных полимерных лент и оберточных материалов для изоляции трубопроводов ВСН 31-82 (Миннефтегазстрой, М. ВНИИСТ, 1983).

4.1.4. Вариант I - теплоизоляцией служит смесь керамзита (или азерита) с перлитом.

Конструкцию теплоизоляции выполняют следующим образом:

на трубу, надевают три центратора (для последующей центровки при надевании наружного кожуха). Расстояние от торцов трубы до крайних центраторов равно 2,9-3 м. Третий центратор располагают в середине трубы. В местах крепления центратора на трубе для уменьшения теплопотерь следует установить теплоизоляционные (кольцевые) прокладки из картона асбестового;

на расстоянии 150 мм от торцов трубы устанавливают диафрагмы, высота которых равна межтрубному пространству;

между трубой и диафрагмами размещают резиновый или пластмассовый уплотнительный манжет, чтобы избежать возможного по падания вода в межтрубное пространство., можно также применять герметики. Все межтрубное пространство заполняют смесью керамзита (или азерита) и перлита;

сверху надевают трубчатый кожух (см. п. 3.3), длина которого на 300 мм короче трубы, а в случае применения стального кожуха диафрагму по наружному диаметру приваривают к кожуху.

Если используют полиэтиленовый кожух, то торцевые диафрагмы можно изготовить из полиэтилена, уплотнительные манжеты тогда устанавливают как между трубой и диафрагмой, так и между диафрагмой и кожухом;

Таким образом, труба, доставляемая: на трассу, имеет открытые (нетеплоизолировавные) концы длиной по 150 мм для сварки трубы в плеть.

Теплоизоляцию стыков выполняют на трассе (п. 4.1.7).

На рис. 1 приведена конструктивная схема теплоизолированной трубы, а на рис. 2 - схема центраторов. Центраторы могут быть изготовлены из металла или пластика.

Рис. 1. Конструктивная схема трусы с теплоизоляцией.

1 - труба; 2 - антикоррозионное покрытие; 3 - кожух; 4 - центратор; 5 - теплоизоляция; 6 - диафрагма; 7 - кольцо; 8 - изоляционное кольцо из картона асбестового

Рис. 2. Конструктивные схемы центровки двух типов:

а - тип I; б - тип II

При теплоизоляции, состоящей из смеси керамзита (или азерита) с перлитом, можно применять любой тип центратора.

Кожух так же, как и труба, должен быть защищен от коррозии

4.1.5. Вариант II - теплоизоляция из минеральной ваты или стекловаты.

Принципиально конструкция варианта II аналогична конструкции варианта I. Отличие заключается в том, что центраторы должны быть типа II (см. рис. 2).;

Перед надеванием стального кожуха на трубу монтируют минераловатную или стекловатную изоляцию, выбранную по п. 5.1. которую сверху закрепляют стягивающими поясами или бандажами из упаковочной ленты толщиной 0,3 - 0,8 мм, конструкция которых показана на рис. 3.

Рис. 3. Стягивающий пояс (а) и бандаж (б):

I-III - последовательность операций; 1 - пряжка; 2 - бандаж

Пояса или бандажи можно заменить кольцами из проволоки диаметром 1,2 мм для трубопроводов диаметром до 630 мм и проволокой диаметром 2 мм для трубопроводов диаметром более 630 мм. Расстояние между бандажами должно быть 500 мм.

4.1.6. Вариант III. -теплоизоляция из пенополиуретана или пенополистирола.

Как и в предыдущих вариантах, на трубу устанавливают центраторы. В случае применения заливочного пенополиуретана центраторы могут быть типа I или II.

Если применяют цилиндры, полуцилиндры, сегменты, плиты и другие изделия (по п. 3.1) из пенополистирола или пенополиуретана, то следует устанавливать центраторы типа II. Наружный кожух в этом случае может быть изготовлен из стабилизированного полиэтилена методом экструзии.

4.1.7. Стыки свариваемых в нитку труб следует теплоизолировать на трассе с последующей защитой этих участков от попадания влаги.

В качестве теплоизоляции можно применять пенополиуретановые или пенополистирольные полуцилиндры, сегменты и т.д., минераловатные полуцилиндры или шнуры, а также минераловатные или стекловатные маты, плиты или полосы, которые стягивают стыке проволокой или поясами.

В качестве защитного покрытия можно использовать:

ленты по п. 4.1.3;

металлические кожухи, состоящие из двух половин, стягиваемых бандажами и обернутых сверху лентой по п. 4.1.3, а также специальные металлические муфты (рис. 4), тоже обмотанные изоляционной лентой.

Теплоизоляционное покрытие стыков труб может быть выполнено и из жидкого (заявочного) пенополиуретана следующим образом:

стыковое пространство закрывают муфтой (см. рис. 4);

в отверстие в муфте заливают жидкий пенополиуретан, после затвердения которого в отверстие забивают пробку, а муфту обертывают изоляционной лентой.

Муфты (см. рис. 4) могут быть изготовлены из полиэтилена. В этом случае покрытие их антикоррозионной изоляцией не требуется.

Рис. 4 Конструкция защитной муфты для теплоизоляции сварного стыка и порядок ее монтажа:

I – VI - последовательность операций при монтаже; 1 - уплотнительное кольцо; 2-пенополиуретановая изоляция

В качестве защитного покрытия можно применять термоусадочные муфты, конструктивные схемы которых приведены на рис. 5.

Рис. 5. Конструктивная схема теплоизоляции сварного стыка с помощью термоусадочной муфты:

а - теплоизоляция стыка в собранном виде; б - промежуточное положение термоусадочной муфты; 1 - термоусадочная муфта; 2 - защитный кожух; 3 - теплоизоляция; 4 - труба; 5 - сварной стык

Чтобы исключить возможность возгорания пенополиуретановой или пенополистирольной теплоизоляции, перед термоусадкой теплоизоляцию стыка следует обернуть лентой.

4.2. Теплоизоляционное покрытие может быть выполнено с покровным слоем из ленты.

4.2.1. Теплоизоляцию изготавливают из пенополиуретановых или пенополистирольных полуцилиндров, сегментов и других изделий.

Покровный слой можно выполнять из двух слоев изоляционной ленты по п. 4.1.3 или одного слоя специальной ленты (например, Поликен-956-25).

4.2.2. Трубопровода с теплоизоляцией, указанной в п. 4.2.1, рекомендуется применять при укладке в необводняемую траншею или при канальной прокладке на участках, примыкающих к УКПГ, КС, НП и другим объектам. Канал может быть выполнен из железобетонных коробов, или плит (рис. 6,а),

Конструктивные решения подземных трубопроводов с теплоизоляционными экранами и подсыпками

4.3 Теплоизоляция подземных трубопроводов с помощью экранов применяется для устранения возможности протаивания и осадки мерзлых грунтов основания при транспортировке горячих продуктов либо для устранения морозного пучения грунтов при транспортировке продукта с отрицательной температурой.

4.4. Теплоизоляционные экраны рекомендуется изготавливать из пенополиуретановых, пенополистирольных или торфяных плит (по п. 3.1), гидроизолированных битумами, мастиками, лентами и пленками по п. 3.6.

4.5. В зависимости от диаметра трубопровода, температуры транспортируемого продукта и особенностей состава мерзлых грунтов основания (например, льдистость) плиты можно укладывать либо только под трубу (рис. 6, б, г), либо под трубу и по боковым стенкам траншеи (рис. 6, в).

Во всех случаях под трубопровод следует подсыпать слой грунта, мощность которого зависит от диаметра и массы трубопровода с продуктом, минимальная толщина подсыпки - 15-20 см.

4.6. Для защиты грунтов основания от температурного воздействия можно применять теплоизоляционные подсыпки (например, керамзита). Подсыпку обертывают нетканым синтетическим материалом (НМС), как указано на рис. 6. г.

Под трубопровод на изоляционную подсыпку следует засыпать грунт (см. п. 4.5).

В случае сильного обводнения траншеи в изоляционной подсыпке необходимо проложить дренажную трубу (рис. 7).

Рис. 6. Конструктивные схемы подземной прокладки теплоизолированных трубопроводов в коробах(а) и слабообводняемых траншеях (б, в, г):

1 - короб; 2 - опора; 3 - теплоизоляционные плиты; 4 - подсыпка грунтовая; 5 - керамзит; 6 – нетканый синтетический материал.

Рис. 7. Конструктивные схемы подземной прокладки теплоизолированных трубопроводов, уложенных в обводняемые траншеи:

а - труба без теплоизоляционного покрытия; б - труба с теплоизоляционным покрытием; 1 - дренажная труба; 2 - керамзит; 3 - нетканый синтетический материал; 4 - теплоизоляция; 5 - подсыпка грунтовая

4.7. В случае транспортировки продукта с высокой температурой можно применять комбинированную теплоизоляцию: на керамзит, обернутый НМС, укладывают экраны (по пп. 4.4 - 4.5) и засыпают грунтовую "подушку".

Трубопровод в этом случае может быть как без теплоизоляционного покрытия, так и с теплоизоляционным покрытие, незначительной толщины, покровный слой которого выполняют из изоляционной ленты. Схема комбинированной теплоизоляции показана на рис. 6, г, в, б.

Конструктивные решения теплоизоляционного покрытия надземных трубопроводов

4.8. Для теплоизоляции надземных трубопроводов рекомендуется применять в основном полносборные индустриальные конструкции или сборные комплектные индустриальные конструкции (п. 2.5.1).

4.9. Для конструкций, указанных в п. 4.8 следует применять преимущественно волокнистые теплоизоляционные материалы минераловатные или стекловатные (п. 3.1). Возможно также использование других материалов, указанных в п. 3.1.

4.10. В качестве защитного покрытия следует применять тонколистовой металл (п. 3.2) с антикоррозионным покрытием. Применение изоляционных лент в качестве защитного покрытия на трубопроводах, подвергнутых прямому солнечному воздействию недопустимо.

4.11. Пароизоляционный слой устанавливают на трубопроводе только в случае транспорта продукта с температурой не ниже плюс 15°С.

Материалы для пароизоляционного слоя необходимо применять в соответствии с п. 3.5 настоящих Рекомендаций.

Пароизоляционный слой должен быть непрерывным, а все швы в нем тщательно уплотнены.

В случае применения поверх пароизоляционного слоя покровного слоя из листового металла с креплением самонарезающими винтами в целях предохранения пароизоляционного слоя от повреждений винтами следует предусмотреть между пароизоляционными и  покровным слоями специальные рейки или прокладки, или устройство тонкого предохранительного слоя из рулонного теплоизоляционного материала.

При температуре пике 0°С для теплоизоляционного слоя из материалов с открытой пористостью должна быть предусмотрена усиленная пароизоляция.

4.12. В качестве основной теплоизоляционной конструкций надземных трубопроводов диаметром от 219 до 1420 мм рекомендуется применять полносборные теплоизоляционные минераловатные элементы для трубопроводов ТМЭТ.

ТМЭТ состоит из теплоизоляционных полос минеральной ваты пенополистирола, пенополиуретана и других материалов по п. 3.1. имеющих в поперечном сечении трапецеидальную ферму и приклеенных к покровному листу, из тонколистовой оцинкованной стали (ГОСТ 7118-78), а также деталей крепления.

В конструкции ТМЭТ можно применять мягкие и полужесткие типы изоляционных, материалов в виде сплошных неразрезных плит и матов.

ТМЭТ на трубопроводе закрепляют с помощью замка (рис. 8,а). Можно закреплять ТМЭТ также с помощью самонарезающих винтов или бандажей (рис. 8,б).

4.13. Для теплоизоляции надземных трубопроводов ТМЭТ специальными машинами обертывают вокруг трубопровода (покровным ливром вверх) и закрепляют с помощью замка, или винтами, или бандажами.

Рис. 8 Конструкция ТМЭТ:

а – конструкция ТМЭТ с креплением на трубопроводе с помощью замка; б - конструкция ТМЭТ с креплением на трубопроводе самонарезающими винтами или бандажами; 1 - минераловатные полосы; 2 - трубопровод; 3 - покровный лист; 4 - замок; 5  -стык; 6 - уплотнительная резиновая полоса; 7 - винт самонарезающий.

4.14. Развертка ТМЭТ имеет следующие основные размеры:

длина ТМЭТ (длина развертки), мм - L;

ширина ТМЭТ (параллельна оси трубопровода), мм - в;

высота минераловатной полосы, мм - h;

длина большего основания трапецеидального сечения минераловатной полосы, мм - а;

расстояние между вершинами соседних минераловатных полос, мм - с;

ширина продольной кромки (разница между шириной покровного листа и длиной минераловатной полосы), мм - К;

величина нахлеста, мм - l;

длина меньшего основания трапецеидального сечения полосы, мм - в.

Длину развертки ТМЭТ определяют по формуле:

где D_н - наружный диаметр трубопровода, мм.

Величину l определяют в зависимости от размеров замка при креплении ТМЭТ с помощью самонарезающих винтов или бандажей l = 40 мм.

Для трубопроводов диаметром до 529 мм К =40 мм;

для трубопроводов диаметром от 720 до 1420 мм К =100 мм.

Размеры а, в, с определяют по формулам (2) - (4);

где n - число полос в ТМЭТ;

n = 16 для трубопроводов диаметром до 529 мм включительно;

n = 20 для трубопроводов диаметром от 720 до 920 мм;

n = 24 для трубопроводов .диаметром от 1000 до 1420 мм.

С наружной стороны к покровному листу параллельно кромке должен быть приклеен уплотнитель из морозостойкой резины так, как показано на рис. 8,б.

4.15. Теплоизоляционный слой из плит, полуцилиндров, матов может быть скреплен с покровным листом (металлическим) путем механического крепления, например шплинтами (рис. 9), при этом покровный лист должен быть прочно соединен с теплоизоляционным слоем.

Рис. 9. Крепление теплоизоляционного покрытия к покровному листу с помощью шплинта:

а - при изоляции цилиндрами, матами и плитами; б - при изоляции полуцилиндрами; 1 - слой теплоизоляции; 2 - защитное покрытие; 3 - шайба; 4 - шплинт;

4.16. На вертикальных участках трубопроводов независимо от вида изоляции следует предусматривать установку разгружающих устройств (полок), располагаемых через 3-4 м.

При температуре продукта до минус 30°С полки необходимо устанавливать через 4 м, при температуре ниже минус 30 °С - через 3 м.

4.17. Разгружающее устройство должно быть установлено при теплоизоляции из мягких волокнистых материалов на горизонтальных участках в середине пролета (между опорами) и также около углов поворота - на расстоянии 4 м от угла. Конструкция разгружающего устройства показана на рис. 10.

Рис. 10. Разгружающее устройство (длина l равна толщине теплоизоляции):

1 - хомут; 2 - ребро; 3 - болт; 4 - гайка; 5 - элемент диафрагмы; 6 - винт самонарезающий.

4.18. Теплоизоляцию трубопровода в местах опирания следует осуществлять минеральной или стеклянной ватой.

На рис. 11 показаны конструктивные решения теплоизоляция трубопровода на неподвижных и подвижных опорах.

Рис. 11. Теплоизоляция трубопровода на опорах:

а - подвижная опора; б - неподвижная опора; 1 - ригель подвижной опоры; 2 - ригель неподвижной опоры

4.19. При теплоизоляции надземного трубопровода можно также применять конструкцию типа "труба в трубе" по п. 4.1. В качестве защитного покрытия следует применять только стальные трубы по п. 3.3.

4.20. Теплоизоляцию надземных компенсационных участков выполняют в соответствии с пп. 4.8, 4.9, 4.12.

Конструктивные решения теплоизоляции отводов и тройников

4.21. Отвода подземных трубопроводов поставляют на трассу с заводской теплоизоляцией. Отвода для трубопроводов диаметром от 529 до 1420 мм, с углом поворота более 30° рекомендуется изготавливать с переменным радиусом кривизны 1,5 Дн и 5 Дн заводского изготовления (где Дн - наружный диаметр трубы).

Теплоизоляционное покрытие отводов с теплоизоляцией из смеси керамзита (азерит) с перлитом или из минеральной ваты (стекловаты) можно изготавливать, как указано в пп. 4.1.4 и 4.1.5. с неразъемными наружными кожухами.

Теплоизоляция отводов из пенополиуретановых или пенополистирольных полуцилиндров можно изготавливать с разъемным наружным кожухом (рис. 12).

4.22. Для теплоизоляции отводов надземных трубопроводов следует применять те же материалы, что и на прямолинейной части.

Когда для изоляции прямолинейной части трубопровода применяют жесткие изделия, отвода теплоизолируют (в зависимости от диаметра) шнурами, жгутами или минераловатными или стекловатными изделиями на связках (п. 3.1).

В качестве покрытия следует применять металлическое тонколистовое покрытие стальные или алюминиевые листы (п. 3.2).

На рис. 13 приведена конструкция теплоизоляционного покрытия (кожуха) отвода с защитным металлическим листом.

4.23. Для теплоизоляции тройников необходимо применять тот же материал, что и при изоляции трубопровода. Если изоляция выполнена минераловатными или стекловатными изделиями, то защитное покрытие может быть изготовлено из металлических листов с креплением самонарезающими винтами (рис. 15).

При изоляции тройников жесткими изделиями из пенополиуретана и пенополистирола наружный кожух может быть изготовлен из двух стальных сварных или штампованных половин, скрепляемых специальными замками. Обе половины кожуха поставляют на трассу с теплоизоляцией в собранном виде.

Рис. 12. Конструкция теплоизолированного отвода с разъемным кожухом.

Рис. 13. Защитный кожух из листа теплоизолированного отвода:

1 - слой теплоизоляции; 2 - крайняя секция; 3 - средняя секций; 4 - винт; 5 - опорное кольцо (рис. 14).

Конструкция тройников с жесткой теплоизоляцией приведена на рис. 16.

Рис. 14 Опорные кольца двух типов:

а - тип I: б - тип II; 1 - хомут; 2 - лапка; 3 – лапка; 4 – опора; 5 - заклепка; 6 - болт; 7 - гайка

Рис. 15. Теплоизоляция тройников:

1 – слой теплоизоляции; 2 - горизонтальное металлическое защитное покрытие; 3 - вертикальное металлическое защитное покрытие; 4 - винт 4×12 мм, 46.019 ГОСТ 10621-83; Д_Н - наружный диаметр трубы; d_из - наружный диаметр изоляции.

5 РАСЧЕТ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ ТРУБОПРОВОДОВ

5.1. Расчет теплоизоляции магистральных трубопроводов следует выполнять в соответствии с действующими нормативными документами на основе прогноза их теплового взаимодействия с окружающей средой, принимая во внимание изменения параметров мерзлотно-грунтовых условий трассы в результате строительства и всего периода эксплуатации сооружения и рекультивации осваиваемых территорий.

Рис. 16. Конструкция теплоизолированного тройника

5.2. Проектирование трубопроводов (выбор конструкций, теплоизоляционных материалов, методов строительства, технологий эксплуатации) в зонах вечной мерзлоты следует осуществлять исходя из оптимальных решений, удовлетворяющих температурным ограничениям трубопроводных систем и окружающей среды.

Расчетные температуры трубопровода определяют по настоящим Рекомендациям на основании:

требований строительства и эксплуатации для обеспечения оптимальных напряжений в металле труб;

сохранности изоляционных покрытий, хладостойкости металла труб;

взаимодействия трубопроводов с окружающей средой.

5.3. Температурные воздействия окружающей среды на трубопровод следует определять в соответствии со следующими главами действующих СНиП:

СНиП 2.01.01-82 "Строительная климатология и геофизика";

СНиП II-45-75 "Магистральные трубопроводы. Нормы проектирования";

СНиП II-6-74 "Нагрузки и воздействия. Нормы проектирований"

5.4. В зависимости от способа прокладки» технологического режима и конструкции теплоизоляции трубопроводов характер взаимодействия трубопроводов с окружающей средой будет различными.

В случае положительных среднегодовых температур в трубопроводах (нефтепроводы, конденсатопроводы) при эксплуатации речной мерзлоте под трубопроводами образуются многолетние ореолы оттаивания грунтов, что приводит к развитию нежелательных инженерно-геологических процессов, таких, как термокарст, термоэрозия, заболоченность трасс и т.п.

С другой стороны, при отрицательных среднегодовых температурах, трубопроводов (газопровода охлажденного и сжиженного газа) при эксплуатации их на талых грунтах развиваются процессы пучения, нарушающие устойчивость трубопроводов, что приводит к серьезным деформациям.

5.5. Выбор оптимальных проектных решений теплоизолированных трубопроводов осуществляют на основании надежности работы всей трубопроводной системы, т.е. при условии ограничения тепловых потерь в окружающую среду.

Исходя из недопустимости изменения температуры t продукта (например, газа, нефти, конденсата) в трубопроводе ниже температуры эксплуатации t_э при t ≥ t_э для трубопроводов, транспортирующих подогретую нефть, или выше температуры эксплуатации при t ≤ t_э для трубопроводов сжиженного газа толщину теплоизоляции δ_и определяют по формуле (5):

λ_и - коэффициент теплопроводности теплоизоляции, ккал/м.ч.град;

δ_и - толщина теплоизоляции, м;

d₀, d_u - внутренний и внешний диаметры трубопровода с теплоизоляцией соответственно, м;

К, α - коэффициенты теплопередачи и внешней теплоотдачи трубопровода в окружающую среду .соответственно ккал/м².ч.гград;

X - длина расчетного участка трубопровода, км;

t_0, t_э, t_n- температуры в начале и конце расчетного участка трубопровода и окружающей среда соответственно, °С;

С_н, С_р- удельные теплоемкости транспортируемого по трубопроводу продукта в жидкообразном и газообразное состоянии соответственно, ккал/кг.град;

G - массовый расход транспортируемого по трубопроводе продукта, тыс.т/ч;

q - объемный расход„транспортируемого по трубопроводу продукта, млн.м /сут;

Δ - относительная плотность газа по воздуху;

Р_Г - гидравлическое сопротивление трубопровода;

Z, D_i - коэффициент сжимаемости газа и его адиабатный коэффициент Джоуля-Томсона соответственно;

Р_н - начальное давление газа в трубопроводе, 10 МПа;

λ - удельный вес жидкообразного продукта, транспортируемого по трубопроводу при значении t = t_cp, т/м³

n_cp - кинематическая вязкость жидкообразного продукта транспортируемого по трубопроводу при t = t_cp.

Все исходные параметры для расчета теплоизоляции трубопровода по формулам (5) - (14) определяют в соответствии со СНиП 2.01.01-82 Строительная климатология и геофизика".

5.6. Оптимальная толщина теплоизоляции для трубопроводов подъемной и наземной систем прокладок при условии недопустимости образования ореолов промерзания (талых) и оттаивания (мерзлых; грунтов основания трубопровода определяют по формуле:

где  - коэффициент температуропроводности грунта вне зоны теплового влияния трубопровода, м²/ч;

 - коэффициент теплопроводности грунта вне зоны теплового влияния трубопровода, ккал/м.ч.град;

t_ξ - среднегодовая температура грунта, °С;

t_f - температура начала замерзания свободной влаги в грунте, °С;

τ - срок эксплуатации трубопровода, ч.

5.7. Оптимальная толщина теплоизоляции для трубопроводов подземной и наземной систем прокладок при образовании (Н_доп)

Ореолов промерзания (талых) и оттаивания (мерзлых) грунтов основания трубопровода находится по формуле

где λ_о - коэффициент теплопроводности грунта в ореоле оттаивания или промерзания вокруг трубопровода, ккал/м.ч.град;

H_доп - допустимая мощность ореола оттаивания или промерзания грунта в основании трубопровода, м.

5.8. Теплоизоляция для трубопроводов подземной и назем ной систем прокладок не нужна, если прогнозируемая мощность (Н_доп) допустимого ореола оттаивания или промерзания грунта в основании трубопровода удовлетворяет, следующему неравенству:

5.9. Для аварийного режима остывания остановленного нефтепровода оптимальную толщину теплоизоляции (δ_u) определяет исхода из величины допустимого времени остановки трубопровода (τ_доп) при условии недопустимости остывания нефти ниже температуры эксплуатации t_э:

где τ_доп - допустимое время остановки трубопроводов, ч

 - коэффициент температуропроводности нефти при t_s = t_cp  м²/ч;

λ_ср - коэффициент теплопроводности нефти при t_s = t_cp  ккал/м.ч.град;

v_ср - кинематическая вязкость нефти при t_s = t_cp  Ст;

β_cp - коэффициент объемного расширения нефти, град ^-1;

Ra - число Релея;

q - ускорение силы тяжести, q = 9,81 м/с²;

t_H, t_B, t_cp - начальная температура нефти остановленного трубопровода, температура воздуха и средняя расчетная температура нефти, соответственно, °С.

5.10. Расчет оптимальной толщины теплоизоляции по трансцендентным уравнениям (5), (15), (18) осуществляют методом последовательных приближений, полагая в первом приближении d_u = d₀.

Как показала практика, двух итераций бывает вполне достаточно. Исходные расчетные параметры теплообмена трубопровода с окружающей средой можно определять в соответствии с СНиП 2.01.01-82 "Строительная климатология и геофизика".

5.11. При выборе толщины теплоизоляции трубопроводов по нескольким ограничивающим условиям (5), (15) - (18) можно руководствоваться общим правилом, полагая, что в качестве оптимальной толщины теплоизоляции принимают наибольшую толщину теплоизоляции, определяемую при последовательном применении ограничивающих условий (5), (15) - (18).

5.12. При Транспортировке в зимних условиях высоковязких парафинистых нефтей с температурой эксплуатации t_э не ниже от плюс 10 до плюс 25°С применение одной теплоизоляции является недостаточным и обязательно необходим дополнительный обогрев нефти.

В качестве источников тепла можно рекомендовать электрические ленточные поверхностные нагревательные элементы отечественного или импортного производства, которые по сравнению c электрическими кабелями, паропроводами и другими нагревательными системами обладают большей экономичностью, надежностью в работе и удобством в обслуживании.

Требуемую мощность электронагревателей Р для подогревания 1 м нефтепровода до температуры его эксплуатации можно определить по формуле:

где Р - мощность электронагревателей на I м нефтепровода, 1,163 Вт/м.

5.15. В случае остановки горячего нефтепровода и его закупорки (из-за остывания нефти ниже температуры ее эксплуатации (t₃) возобновление транспортировки нефти не может быть обеспечено без предварительного ее электроподогрева с помощью ленточных нагревательных элементов.

Необходимое время подогрева нефтепровода для возобновления его эксплуатации в зависимости от мощности (Р) нагревателей легко может быть рассчитано по общеизвестным методикам (см. например, номограммы в учебнике М.А. Михеева "Основы теплопередачи". М., Энергия, 1977, с.230).

ЛИТЕРАТУРА

1. ГОСТ 16381-77 "Материалы строительные теплоизоляционные. Классификация и общие технические требования".

2. ГОСТ 17177.0-81 - ГОСТ I7I77.16-81 "Материалы и изделия строительные теплоизоляционные. Метода контроля".

3. ТУ 36-1180-78 "Конструкции полносборные теплоизоляционные для трубопроводов, аппаратов и резервуаров" (технические условия).

4. "Детали тепловой изоляции промышленных объектов с положительными температурами" (серия 2.400-4). Разработаны ВНИПИ Теплопроект Минмонтажспецстроя СССР.

Выпуск 1. "Тепловая изоляция трубопроводов". Введены с 3.01.72.

Выпуск 2. "Тепловая изоляция арматуры и фланцевых соединений трубопроводов". Введены с 3.01.72.

5. "Детали тепловой изоляции промышленных объектов с отрицательными температурами" (серия 7.902-1). Разработаны ВНИПИ Теплопроект Минмонтажспецстроя СССР.

Выпуск 1. "Общие указания по проектированию, материалы теплоизоляционных конструкций". Введены с 1.09.80.

Выпуск 2. "Изоляционные конструкции трубопроводов и арматуры". Введены с 1.09.80.

Выпуск 3. "Изоляционные конструкции оборудования". Введены с 1.09.80.

6. ОСТ 36-11-75 "Детали трубопроводов для хладоагентов и хладоносителей. Опоры подвижные. Конструкции и размеры".

7. Инструкция по применению импортных изоляционных лент и оберток. ВСН 2-84-82 М., ВНИИСТ, 1982. Миннефтегазстрой.

8. СНиП 2.01.01-82 "Строительная климатология и геофизика"

9. СНиП II-45-75 "Магистральные трубопроводы. Нормы проектирования".

10. СНиП II-6-74 "Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования".

11. Михеев П. А. Основы теплопередачи. М., Энергия, 1977.