La faisabilité économique de l'approvisionnement centralisé en chaleur des grandes villes russes est largement déterminée par la durabilité des canalisations et la qualité de leur isolation thermique. L'expérience mondiale et nationale des dernières décennies montre que la solution aux problèmes des réseaux de chauffage n'est possible qu'en utilisant des tuyaux pré-isolés (en usine). En Russie, les tuyaux pré-isolés fabriqués peuvent être divisés en deux classes - métal et polymère. L'isolant thermique est une mousse de polyuréthane (PPU), qui a une structure à mailles fines avec des pores fermés. Avantages - faible conductivité thermique et faible absorption d'humidité. Inconvénients - résistance à la température limitée (maximum - jusqu'à 1500C), inflammabilité. Vous trouverez ci-dessous les principaux types de tuyaux pré-isolés utilisés pour les réseaux de chauffage extérieurs.

Tubes ondulés en acier inoxydable dans une isolation en mousse de polyuréthane type "Casaflex" sont produits conformément à la TU 4937-023-40270293-2005, le diamètre maximal (selon la taille extérieure de l'ondulation) est de 143 mm. La coque de protection est un tube ondulé en polyéthylène. Les caractéristiques de fonctionnement (pression maximale, température du liquide de refroidissement et durée de vie) sont similaires à celles d'un tuyau en acier conventionnel dans une isolation en mousse de polyuréthane. Avantages - flexibilité du tuyau (par conséquent, il est produit en grandes longueurs - bobines), vitesse d'installation élevée, ne nécessite pas de compensateurs de température. Inconvénients - coût élevé (un ordre de grandeur plus cher que l'acier conventionnel) et grande sensibilité à la qualité du traitement de l'eau. SODK est obligatoire, car le mouillage de l'isolation (en cas de violation de la coque hydroprotectrice) peut entraîner une corrosion rapide d'un tuyau sous pression à paroi mince.

Tuyaux en polymère dans une isolation en mousse de polyuréthane pour les réseaux de chauffage externes peuvent être fabriqués à partir de tous les types de plastiques qui répondent à la cinquième classe de fonctionnement (chauffage à haute température avec radiateurs) conformément à GOST R 52-134 - 2003 «Tuyaux en thermoplastiques et leurs raccords pour l'alimentation en eau et systèmes de chauffage. Conditions techniques générales » et normes sanitaires et épidémiologiques. De tels matériaux polymères comprennent le polypropylène, le polyéthylène réticulé (PEX), le polybutène, le chlorure de polyvinyle chloré, le polyéthylène résistant à la chaleur (PERT), les matériaux polymères composites. Mais en fait, en Russie, les tuyaux pré-isolés avec un tuyau sous pression ne sont fabriqués qu'à partir de polyéthylène réticulé et de plastiques verre-basalte.

Tuyaux en polyéthylène réticulé (PEX) dans une isolation en mousse de polyuréthane avoir une bonne flexibilité (rayon de braquage - environ 1 m) et une résistance à la chaleur suffisante (jusqu'à 950C). La pression de service maximale est de 1 MPa. De longues sections sous forme de serpentins permettent une installation rapide du réseau de chauffage. Les tuyaux de grande longueur (à partir de matières premières étrangères) sont produits en Fédération de Russie sous les marques suivantes: "Isopex" - d'un diamètre allant jusqu'à 110 mm (Spécifications "Tuyaux ISOPEX" en polyéthylène réticulé avec isolation thermique en polyuréthane mousse et un revêtement imperméable "TU 5768-007-27519262 -02"), "Isoproflex" - d'un diamètre allant jusqu'à 160 mm (Spécifications "Tuyaux Isoproflex et Isoproflex-A en polyéthylène réticulé avec isolation thermique en mousse de polyuréthane dans une gaine en polyéthylène ondulé" TU 2248-021-40270293-2005) et " Armaflex" (correspond à GOST R 52-134-2003) - jusqu'à 110 mm de diamètre. Les tuyaux en PEX sont examinés en détail par les auteurs dans une publication précédente. Avec un grand nombre de propriétés positives de cette classe de tuyaux (dont les principales sont la flexibilité et la résistance chimique élevée, ce qui permet d'exclure SODK), il existe également des inconvénients importants - une forte baisse de résistance avec l'augmentation de la température, une importante épaisseur de la paroi du tuyau et, par conséquent, coût élevé. Lors du calcul du fonctionnement d'un pipeline PEX selon GOST R 52-134-2003 pour la classe de fonctionnement 5, il est nécessaire de respecter strictement le calendrier de fonctionnement température-temps suivant: températures de fonctionnement: 200C - 14 ans, 600C - 25 ans , 800C - 10 ans, température maximale 900C - 1 an, température d'urgence 1000C - 100 heures, pour une durée de vie totale du pipeline égale à 50 ans. Sous un régime température-temps différent, la durée de vie de la canalisation doit être calculée en fonction du programme de température de l'organisme de fourniture de chaleur et de la règle du mineur (norme internationale ISO 13760 "Règle du mineur. Méthode des dommages accumulés").

Tuyaux en plastique verre-basalte (SBP) dans une isolation en mousse de polyuréthane. Les tuyaux en fibre de verre ont été utilisés pour la première fois à la fin des années 1950 aux États-Unis. Dans les années 1970, aux États-Unis et en Europe occidentale, ils sont devenus une solution courante au problème de la corrosion des pipelines. À l'heure actuelle, les tuyaux en fibre de verre sont largement utilisés dans les industries pétrolières et pétrochimiques, dans l'ingénierie thermique et les services publics.

Domaines d'utilisation des tubes pré-isolés.

Les tuyaux en acier et en plastique ont leurs propres applications. Bien entendu, seuls des tuyaux en acier peuvent être utilisés pour la pose de réseaux principaux de grand diamètre avec une température de liquide de refroidissement allant jusqu'à 150 ° C. À une température maximale du liquide de refroidissement de 95 ° C, il est plus rentable de construire et d'exploiter des canalisations en polymère en raison de leur haute résistance à la corrosion. Vous trouverez ci-dessous un diagramme du coût des tuyaux (moyenne pour différents fabricants) de divers matériaux en isolation PPU, en fonction du diamètre du tuyau sous pression.

Il est à noter que le coût élevé des conduites flexibles longues est largement compensé par le coût élevé des raccords pour les conduites mesurées (acier ou BSP) et le temps d'installation. Pour cette raison, le coût final estimé des travaux de construction et d'installation pour la construction de canalisations de petits diamètres avec de nombreux virages peut être minime lors de l'utilisation de longs tuyaux PEX /3/. Les auteurs de cet article ont supervisé la mise en œuvre du projet de pose d'un pipeline à partir de PEX avec un diamètre de conduite sous pression de 75 mm et une longueur de 1400 m. La minimisation des coûts estimés a été obtenue grâce à l'utilisation de longues sections (la longueur moyenne est d'environ 100 mètres) et l'exclusion des compensateurs de température et des raccords lors du passage de tous les virages du parcours . Le temps d'installation net du pipeline n'était pas supérieur à deux jours ouvrables.

Les tuyaux en verre-basalte-plastique ont la meilleure résistance à la chaleur par rapport au PEX. À 95 ° C, un tuyau SBP peut supporter une pression de 1,6 MPa pendant au moins 50 ans. L'installation d'une canalisation de SBP est réalisée pratiquement à partir d'éléments similaires (tuyaux et raccords) pour l'isolation en acier en PPU, à l'exception du SODK et des compensateurs de température. La réduction des coûts de construction et d'installation des tuyaux en verre-basalte-plastique est obtenue grâce à l'exclusion des travaux de soudage et à l'utilisation d'équipements de levage, à la simplicité, à la fiabilité et à la rapidité d'installation.
L'exploitation de pipelines en plastique est d'un ordre de grandeur moins cher que les pipelines en acier, car il n'y a pas de réparations causées par la destruction par corrosion de ces derniers, et les coûts de maintien en état de fonctionnement des systèmes de télésurveillance et de protection électrochimique sont exclus.

La Russie a le plus haut niveau de chauffage urbain (environ 80%). La longueur totale des réseaux de chauffage à deux tuyaux avec des diamètres de tuyau de 57 à 1400 mm est d'environ 260 000 km. La méthode prédominante de pose des réseaux de chauffage est dans des canaux infranchissables avec une isolation en laine minérale.

La pose sans canal, réalisée à partir d'ouvrages préfabriqués utilisant une isolation en béton armé et des masses bitumineuses (perlite de bitume, vermiculite de bitume, argile expansée de bitume), représente 10 % de la longueur totale des réseaux de chaleur. Environ 90 % des économies de combustible obtenues grâce à la cogénération sont perdues dans les réseaux de chaleur.

La durée de vie des réseaux thermiques est une fois et demie à deux fois inférieure à celle de l'étranger, et ne dépasse pas 12-15 ans. La solution la plus efficace aux problèmes est l'introduction généralisée dans la pratique de la construction de réseaux de chauffage de canalisations avec isolation thermique en mousse de polyuréthane de type "tuyau dans tuyau". L'idée n'est pas nouvelle. Dans les années 1960, des travaux expérimentaux ont été menés en URSS sur l'utilisation de tuyaux en polyéthylène et de matériaux polymères en mousse pour l'isolation des réseaux de chauffage souterrains. Mais cette direction n'était pas largement utilisée en raison de la production limitée et du coût élevé des matériaux polymères utilisés.

Exigences techniques pour l'isolation thermique

Les matériaux utilisés doivent avoir des propriétés d'isolation thermique élevées (la conductivité thermique du matériau ne doit pas dépasser 0,06 W/(m⋅°C), de durabilité (résistance à l'eau, aux agressions chimiques et biologiques), de résistance au gel et de résistance mécanique, au feu et à l'environnement sécurité répond pleinement à ces exigences en mousse de polyuréthane.

L'isolation thermique en mousse de polyuréthane est généralement appliquée sur les tuyaux en usine et les joints sont isolés thermiquement sur le chantier après soudage et test du pipeline. En Europe occidentale, de telles conceptions sont utilisées depuis le milieu des années 1960 et répondent aux normes européennes EN 253:1994, ainsi qu'EN 448, EN 488 et EN 489.

Ils offrent les avantages suivants par rapport aux structures existantes : multiplier par deux à trois la durabilité (ressource) des canalisations ; réduction des pertes de chaleur de deux à trois fois ; réduction de moitié des coûts d'exploitation (les dégâts spécifiques sont réduits de 10 fois); réduction des coûts d'investissement dans la construction de deux à trois fois ; la présence d'un système de télécommande opérationnelle de l'amortissement de l'isolation thermique.

Les tuyaux pré-isolés sont fabriqués à partir de divers matériaux en fonction des conditions de fonctionnement. Pour la construction de canalisations de chauffage, les tuyaux en acier sont les plus largement utilisés.

Conformité des tuyaux pré-isolés aux normes gouvernementales

Pour la fabrication de tuyaux isolés, des tuyaux en acier sont utilisés avec des diamètres extérieurs de 57-1020 mm, jusqu'à 12 m de long, correspondant à GOST 550, 8731, 8733, 10705, 20295, les exigences des documents réglementaires en vigueur pour les réseaux de chauffage et les Règles pour la conception et l'exploitation sûre des conduites de vapeur et d'eau chaude. Les coudes, tés, transitions et autres pièces en acier doivent être conformes aux exigences des normes GOST 17375, 17376 et 17378.

La principale raison de l'utilisation généralisée des tuyaux en acier est due à leur coût relativement faible, à leur facilité de traitement, combinés à une résistance élevée et à la possibilité d'utiliser le soudage traditionnel comme méthode de raccordement des tuyaux. De l'eau traitée doit être utilisée pour éviter la corrosion des tuyaux. Le traitement de l'eau dépend des conditions locales, mais les exigences suivantes sont généralement recommandées :

• pH = 9,5-10 ;
• manque d'oxygène libre;
• teneur totale en sel 3000 mg/l.

La longueur standard des tuyaux est de 6 à 12 m, mais la technologie permet d'appliquer une isolation thermique à des tuyaux de n'importe quelle longueur et constitués d'autres matériaux. Les exigences techniques pour les tuyaux isolés et les pièces de canalisation sont fixées dans GOST 30732-2001 «Tuyaux et raccords en acier avec isolation thermique en mousse de polyuréthane dans une gaine en polyéthylène», entré en vigueur le 01.07.01.

La norme s'applique aux tubes et raccords en acier avec isolation thermique en mousse de polyuréthane dans une gaine en polyéthylène, destinés à la pose souterraine sans canal de réseaux de chaleur avec les paramètres de conception suivants du fluide caloporteur : pression de service jusqu'à 1,6 MPa et température jusqu'à 130 °C (augmentation de température à court terme jusqu'à 150 °C). GOST 30732-2001 est compilé en tenant compte des normes européennes:

• EN 253-1994 Tubes soudés, pré-isolés pour systèmes d'eau chaude enterrés. Un système de tuyauterie composé d'une canalisation principale en acier avec isolation thermique en polyuréthane et d'une enveloppe extérieure en polyéthylène » ;
• EN 448-1994 Tubes soudés, pré-isolés, pour systèmes souterrains d'eau chaude. Raccords préfabriqués en tubes de distribution en acier avec isolation thermique en polyuréthane et enveloppe extérieure en polyéthylène.

Type et dimensions

Afin d'assurer une efficacité maximale (coût de l'isolation / perte de chaleur), certains diamètres d'isolation externe des canalisations en mousse polyuréthane sont établis pour différentes zones climatiques. Les tuyaux et raccords peuvent avoir deux types d'épaisseur d'isolation : type 1 - standard, type 2 - renforcé. Les couvertures de protection sont réalisées sous la forme de tuyaux à paroi mince en polyéthylène haute densité.

Ils sont conçus pour des canalisations situées directement dans le sol, assurant leur étanchéité et leur protection mécanique (tableau 2). Pour les canalisations situées au-dessus du sol, une gaine de protection en acier galvanisé avec une épaisseur de revêtement de zinc d'au moins 70 microns est utilisée. Les dimensions des raccords (à l'exception des diamètres du tube en acier et de l'enveloppe du tube en polyéthylène) sont recommandées et sont déterminées par la décision de conception.

Les décisions de conception sont généralement basées sur les recommandations du fabricant. Par exemple, certaines entreprises accompagnent leurs produits du manuel de conception et de construction "Factory Insulated Steel Piping". L'épaisseur de paroi du tuyau et des raccords est déterminée par calcul et arrondie aux épaisseurs recommandées, qui sont indiquées dans l'annexe de la norme.

Pour la fabrication des tubes d'étanchéité, on utilise les grades de polyéthylène haute densité 273-79, 273-80 et 273-81, classé PE63. Les entreprises européennes utilisent également le polyéthylène PE80, qui a une résistance à la traction minimale et une résistance à la propagation des fissures plus élevées. La mousse de polyuréthane rigide utilisée pour l'isolation thermique est fabriquée à partir d'alcools de haut poids moléculaire - polyol et isocyanate.

La mousse est une masse homogène avec une taille moyenne de pores de 0,5 mm. La durée de vie de l'isolation thermique des tuyaux et raccords doit être d'au moins 25 ans. La mousse de polyuréthane n'a pas d'effet nocif sur l'environnement et offre une isolation de haute qualité à des températures allant jusqu'à 130 °C.

Pratique d'installation

L'isolation des sections de tuyaux avec des joints soudés ou la réparation de l'isolation peut être effectuée selon l'un des schémas suivants :

1. Installation de coussins isolants en mousse de polyuréthane rigide avec application supplémentaire de matériau d'étanchéité.
2. Installation de raccords en polyéthylène avec remplissage en mousse de polyuréthane dans la cavité du raccord.

Pour l'étanchéité des joints, les coques en polyéthylène thermorétractables sont largement utilisées, qui se caractérisent par un faible coût et une facilité d'installation. Pour isoler les joints des tuyaux calorifugés avec une gaine de protection en acier galvanisé, des raccords en acier spéciaux sont utilisés. Ils sont utilisés sur les sections droites de la canalisation, sur les coudes et les embranchements pour les tuyaux avec des diamètres de gaine extérieure de 63 à 450 mm, ainsi que pour le piquage en charge, lorsqu'un embranchement est installé sans couper l'alimentation.

La technologie d'installation des raccords est simple et utilise un minimum d'outils. Le joint se compose de deux parties fixées avec des cônes ou des vis spéciaux. Le mastic, situé entre l'enveloppe extérieure du tuyau et le raccord, rend le joint étanche. L'isolation thermique est réalisée à l'aide de packs de mousse, ils sont faciles à manipuler et permettent un dosage précis et une homogénéité de la mousse polyuréthane lors du coulage.

Pour l'isolation et la réparation des joints de tuyaux d'un diamètre de 90 à 1300 mm, des raccords à bandage en polyéthylène avec électrospirale intégrée sont utilisés. Les raccords à bandage sont produits en trois types et diffèrent par la manière dont ils sont fixés sur la coque extérieure lors du soudage. Les petits raccords à bandage sont utilisés pour les tuyaux avec des diamètres de gaine extérieure de 90 à 200 mm. Les raccords à bandage de taille moyenne sont utilisés pour les diamètres 225-800 mm.

Pour la coque extérieure d'un diamètre de 800 à 1200 mm, des raccords à bandage sont utilisés, composés de deux parties. Tous les accouplements sont fournis avec tous les composants nécessaires. Pendant le soudage, les raccords de petite taille sont pressés contre la gaine en polyéthylène du tuyau avec des pinces mécaniques, et les raccords de taille moyenne et grande sont pressés avec des pinces pneumatiques. Dans tous les cas, le processus de soudage est effectué automatiquement et contrôlé par un ordinateur de soudage spécial.

Pour assurer une adhérence optimale entre le tube en acier et la mousse isolante, tous les tubes en acier sont préalablement sablés. La coque extérieure est en polyéthylène haute densité et sa surface intérieure est traitée corona pour obtenir une adhérence optimale entre le polyéthylène et la mousse isolante.

La durée de vie des tuyaux pré-isolés dans les systèmes DH dépend du processus de vieillissement du tuyau lui-même, notamment de la corrosion éventuelle du tuyau en acier, de la résistance thermique du matériau isolant en mousse de polyuréthane et de la gaine en polyéthylène. D'autres facteurs critiques incluent les changements dans les caractéristiques de résistance des matériaux ci-dessus sur une longue période, l'influence des températures et des pressions, ainsi que les conditions de déformation dans le système de tuyauterie. La corrosion du tuyau en acier dépend de l'étanchéité du système contre la pénétration d'eau de l'extérieur, car la corrosion interne du tuyau en acier en fonctionnement peut difficilement être observée dans les systèmes fonctionnant avec de l'eau traitée.

Par conséquent, une condition indispensable est le respect de l'étanchéité des joints de la coque du tuyau. Les contraintes et les déformations dépendent des conditions de fonctionnement, des conditions de température et de pression, ainsi que de la technologie de pose des conduites et de l'état du sol environnant. Puisque ce sont les propriétés du matériau (isolant en mousse de polyuréthane et gaine en polyéthylène) qui ont une influence déterminante sur la durée de vie des canalisations pré-isolées dans les systèmes DH, les caractéristiques de deux propriétés de la mousse de polyuréthane, à savoir : la résistance thermique et la résistance à la compression , ont été considerés.

Résistance à la température

Selon les exigences de la norme européenne EN 253, la durée de vie des tuyaux pré-isolés doit être d'au moins 30 ans, à condition que le système fonctionne en continu avec un fluide chauffant de 120 °C. Dans un système où la température est inférieure à 95 °C, la durée de vie peut être pratiquement illimitée. Au cours des tests, la température de l'eau d'alimentation variait entre 100 et 115 °C et la température était maintenue à 115 °C pendant les trois mois d'hiver les plus froids.

En supposant que la température maximale de l'eau d'alimentation est de 110°C pour le reste de l'année, le système aura une durée de vie totale de 75 ans, ce qui est conforme à la norme EN 253. Une durée de vie de 75 ans ne signifie pas que les tuyaux n'ont pas du tout besoin d'être réparés. Cela signifie que le matériau isolant en mousse de polyuréthane devrait conserver ses caractéristiques de résistance pendant la période spécifiée.

Lors de la conception d'un système DH, un certain nombre de cycles de chargement est calculé - fluctuations de température des températures de fonctionnement aux températures du sol et retour aux températures de fonctionnement sur 30 ans, qui est utilisé dans le calcul des caractéristiques de fatigue. En Russie, la durée de vie de l'isolation thermique en mousse de polyuréthane est déterminée selon GOST R 30732, annexe D - une méthode d'évaluation intégrale de la durée de vie de l'isolation en mousse de polyuréthane des réseaux de chaleur avec un graphique de température variable du liquide de refroidissement.

Le nombre de cycles de chargement reste, bien que le matériau d'isolation en mousse de polyuréthane conserve davantage ses propriétés.

Résistance à la compression

La résistance à la compression du matériau d'isolation en mousse de polyuréthane est limitée et détermine les conditions pour la profondeur de pose maximale des tuyaux et la technologie de pose des tuyaux pour les systèmes DH. Il a été constaté que lorsqu'elle est exposée à une température de 140 °C pendant une longue période, la résistance à la compression de la mousse de polyuréthane d'une densité de 75 kg/m3 tombe à zéro en 15 mois.

À des températures supérieures à 125 °C, la résistance à la compression restera la même qu'une nouvelle mousse de polyuréthane après environ deux ans d'utilisation. La résistance à la compression limitée du matériau isolant impose des limites à la profondeur maximale des tuyaux posés dans les systèmes DH, en particulier dans les cas où un changement de direction du tracé du pipeline est nécessaire. D'autres précautions doivent être utilisées alternativement pour réduire la pression des terres lorsque les tuyaux sont déplacés horizontalement.

Analyses de rentabilisation

Les données du tableau. 5 et 6 donnent une idée de l'efficacité économique de l'utilisation de différents types d'isolation thermique. Les avantages de l'isolation PPU sont visibles, ce qui est confirmé par de nombreuses années d'expérience dans l'exploitation de réseaux de chauffage en Russie et dans les pays étrangers. La conception des réseaux de chaleur est réalisée sur la base des normes en vigueur en utilisant les "Solutions standard pour la pose de canalisations en isolation en mousse de polyuréthane", les "Cartes technologiques pour les constructeurs" développées dans VNIPI-energoprom et les recommandations méthodologiques des fabricants.

Les méthodes de conception et de calcul ne diffèrent pas de la pose traditionnelle sans canal. Les structures de construction standard existantes ont été utilisées au maximum. Il est possible de refuser le drainage ou de passer à ses types légers.

Magazine "Nouvelles de l'approvisionnement en chaleur", n ° 3, (19), mars 2002, P.25 - 31, www.ntsn.ru

doctorat V.E. Boukhin, chercheur principal, NPO Stroypolimer

La Russie est un pays avec un niveau élevé de chauffage urbain (jusqu'à 80%). Le pays est percé d'environ 280 000 km de réseaux de chauffage (en termes de bitube) avec des diamètres de tuyaux de 57 à 1400 mm, dont un dixième sont des réseaux de distribution, le reste sont des réseaux de chauffage de distribution.

La méthode prédominante de pose de réseaux de chauffage dans la Fédération de Russie est la pose dans des canaux infranchissables avec une isolation en laine minérale (80%). La pose sans canal, réalisée à partir d'ouvrages préfabriqués utilisant une isolation en béton armé et des masses bitumineuses (perlite de bitume, vermiculite de bitume, argile expansée de bitume), représente 10 % de la longueur totale des réseaux de chaleur.

En raison de l'humidification des matériaux utilisés pendant le fonctionnement, les propriétés de protection thermique des structures calorifuges sont fortement réduites, ce qui entraîne des pertes de chaleur 2 à 3 fois supérieures à celles normatives.

La perte totale de chaleur dans les systèmes de chauffage urbain est d'environ 20 % de la chaleur fournie (78 millions de tonnes de combustible standard par an), ce qui est 2 fois plus élevé que dans les pays avancés d'Europe occidentale.

Les systèmes de chauffage urbain de la Fédération de Russie génèrent actuellement 2 171 millions de Gcal par an de consommation de chaleur, soit à peu près l'équivalent de la consommation annuelle de chaleur de tous les pays d'Europe occidentale et près de 10 fois plus que la consommation de chaleur fournie par les systèmes de chauffage urbain de ces pays. Pionnière dans le domaine du chauffage urbain et possédant le plus grand système de réseaux de chaleur au monde, la Russie est nettement en retard sur les pays étrangers avancés au niveau technique - dans l'utilisation de matériaux et de technologies modernes pour la pose de conduites de chaleur.

Environ 90 % des économies de combustible obtenues grâce aux méthodes de génération de chaleur combinée sont « perdues » dans les réseaux de chaleur. La durabilité des réseaux thermiques est 1,5 à 2 fois inférieure à celle de l'étranger et ne dépasse pas 12 à 15 ans. La situation n'est pas meilleure dans le système d'alimentation en eau chaude.

Le volume des réparations et de la reconstruction prévues des réseaux de chauffage dans la Fédération de Russie s'élève actuellement à 10 à 15 % des besoins totaux, mais en raison de problèmes économiques, pas plus de 4 à 6 % sont en cours de réalisation.

La solution la plus efficace aux problèmes ci-dessus est l'introduction généralisée dans la pratique de la construction de réseaux de chauffage de canalisations avec isolation thermique en mousse de polyuréthane du type "tuyau dans tuyau".

Cette idée n'est pas nouvelle. Le journal Vechernyaya Moskva du 10 décembre 1963 a rapporté que l'Institut Mosinzhproekt avait mené des travaux expérimentaux sur l'utilisation de tuyaux en polyéthylène et de matériaux polymères en mousse pour l'isolation des réseaux de chauffage souterrains. Cependant, au cours de ces années, cette direction n'était pas largement utilisée.

Compte tenu de l'utilisation croissante de tuyaux pré-isolés dans les systèmes de chauffage urbain en Russie et du grand intérêt porté à ce problème par les spécialistes des organisations de conception, de construction et d'exploitation, cet article examine les principales dispositions de la nouvelle technologie.

Les matériaux d'isolation thermique utilisés doivent avoir des propriétés d'isolation thermique élevées (la conductivité thermique du matériau ne doit pas dépasser 0,06 W / (m. ° C)) durabilité (résistance à l'eau, aux agressions chimiques et biologiques), résistance au gel, résistance mécanique et la sécurité environnementale, c.-à-d. être sans danger pour la vie et la santé des personnes et pour l'environnement naturel. La mousse de polyuréthane répond parfaitement à ces exigences.

L'isolation thermique en mousse de polyuréthane est généralement appliquée sur les tuyaux en usine et les joints sont isolés thermiquement sur le chantier, après soudage et test du pipeline. Un schéma d'un tuyau avec isolation thermique en mousse de polyuréthane et une gaine de protection en tuyau en polyéthylène est illustré à la fig. une.

Par exemple, en Europe occidentale, de telles conceptions sont utilisées avec succès depuis le milieu des années 60 et sont normalisées par la norme européenne EN 253:1994, ainsi que EN 448, EN 488 et EN 489. Elles offrent les avantages suivants par rapport aux conceptions existantes :

· augmentation de la durabilité (ressource des pipelines) de 2 à 3 fois ;

réduction des pertes de chaleur de 2 à 3 fois;

· diminution des coûts d'exploitation de 9 fois (les dommages spécifiques sont réduits de 10 fois) ;

· réduction des dépenses en capital dans la construction de 1,3 fois ;

· Disponibilité d'un système de télésurveillance opérationnelle de l'amortissement de l'isolation thermique.

Les tuyaux pré-isolés ont été utilisés avec succès pour la construction de :

· réseaux de distribution de chaleur ;

systèmes d'approvisionnement en eau chaude;

· pipelines technologiques ;

oléoducs.

Les tuyaux eux-mêmes sont constitués de divers matériaux en fonction des conditions de fonctionnement. À l'heure actuelle, pour la construction de conduites de chauffage, les tubes en acier sont les plus largement utilisés, dont les principaux indicateurs physiques et chimiques sont indiqués dans le tableau 1.

Tableau 1. Les principaux indicateurs physiques et mécaniques de l'acier des pipelines

Pour la fabrication de tuyaux isolés, des tuyaux en acier sont utilisés avec des diamètres extérieurs de 57 à 1020 mm, jusqu'à 12 m de long, correspondant à GOST 550, GOST 8731, GOST 8733, GOST 10705, GOST 20295, les exigences des documents réglementaires en vigueur pour réseaux de chaleur et les "Règles de conception et de sécurité d'exploitation des canalisations de vapeur et d'eau chaude".

Les coudes, tés, transitions et autres pièces en acier doivent être conformes aux exigences des normes GOST 17375, GOST 17376 et GOST 17378.

De l'eau traitée doit être utilisée pour éviter la corrosion des tuyaux. Le traitement de l'eau dépend des conditions locales, mais les exigences suivantes sont recommandées :

manque d'oxygène libre

La longueur standard des tuyaux est de 6,0 à 12,0 m, mais la technologie permet d'appliquer une isolation thermique aux tuyaux de n'importe quelle longueur et fabriqués à partir d'autres matériaux (voir, par exemple, la revue "Pipelines and Ecology" 1997, n ° 1, p 5 sur les tuyaux en polypropylène PPR avec isolation thermique pour l'eau chaude).

En Russie, des tuyaux en acier pré-isolés avec une isolation thermique en mousse de polyuréthane et une gaine d'étanchéité en polyéthylène sont utilisés depuis 1993. Leur libération est organisée dans plusieurs entreprises (CJSC MosFlowline, Moscou; CJSC TVEL Corporation, Saint-Pétersbourg; OJSC NPO Stroypolymer , Moscou; CJSC "Teploizolstroy", Mytishchi; 000 Usine de conduites calorifugées "Alexandra", Nizhny Novgorod; CJSC "Sibpromkomplekt", Tyumen, etc.), réunis au sein de l'Association des fabricants et consommateurs de canalisations à isolation polymère industrielle.

Les exigences techniques pour les tuyaux isolés et les pièces de canalisation sont normalisées dans GOST 30732-2001 "Tuyaux et raccords en acier à isolation thermique en mousse de polyuréthane dans une gaine en polyéthylène", mis en vigueur le 1er juillet 2001 par le décret du Gosstroy de Russie du 12 mars 2001 n° 19.

La norme relative aux tubes et raccords en acier avec isolation thermique en mousse de polyuréthane dans une gaine en polyéthylène est établie en tenant compte des normes européennes suivantes élaborées par le Comité européen de normalisation (CEN) :

EN 253-1994. Canalisations soudées, pré-isolées pour systèmes souterrains d'eau chaude - Système de tuyauterie composé d'une canalisation principale en acier avec isolation thermique en polyuréthane et d'une gaine extérieure en polyéthylène ;

EN 448-1994. Canalisations soudées, pré-isolées pour installations d'eau chaude souterraines - Raccords préfabriqués constitués de tuyaux de distribution en acier avec isolation thermique en polyuréthane et gaine extérieure en polyéthylène.

Dans la nouvelle norme, qui combine les spécifications techniques des fabricants russes, les valeurs des indicateurs relatifs à la densité apparente, la résistance à la compression à 10% de déformation, la conductivité thermique, l'absorption d'eau, la fraction volumique des pores fermés correspondent à celles spécifiées dans les normes européennes . De plus, les exigences de la mousse de polyuréthane en termes de sécurité et de protection de l'environnement sont également conformes aux exigences des normes européennes : classe de danger, catégorie explosive de production, groupe d'inflammabilité de la mousse de polyuréthane, exigences pour l'élimination des déchets générés lors de la production de tuyaux , leur enlèvement et leur élimination.

La norme s'applique aux tubes et raccords en acier avec isolation thermique en mousse de polyuréthane dans une gaine en polyéthylène (ci-après dénommés tubes et produits isolés) destinés à la pose souterraine sans canal de réseaux de chaleur avec des paramètres de caloporteur de conception : pression de service jusqu'à 1,6 MPa et température jusqu'à 130 ° C (une augmentation à court terme de la température jusqu'à 150 ° C est autorisée).

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Réseau de chauffage pré-isolé : quels avantages ?

Les tuyaux pré-isolés sont un type de produit spécial utilisé lors de la pose de grandes conduites de chauffage et de systèmes de chauffage. Les caractéristiques uniques de ces produits sont données non seulement par les matériaux, mais également par la présence d'un système de contrôle technique, qui n'est pas utilisé pour les tuyaux d'autres types.

Schéma de tuyauterie
1 - tuyau ondulé sous pression en acier inoxydable; 2 - conducteurs-indicateurs (lors de la production de tuyaux avec le système ODK); 3 - isolation thermique en mousse de polyuréthane;
4 - gaine de protection ondulée en polyéthylène.

Lors de la pose de tels itinéraires, les pertes de chaleur sont considérablement réduites, elles atteignent une valeur pouvant atteindre 2%, ce qui était auparavant considéré comme impossible même lors de l'utilisation d'appareils de chauffage. Les tuyaux pré-isolés sont des produits déjà entièrement finis qui ne nécessitent aucun travail supplémentaire lors de l'installation, ce qui réduit considérablement tous les coûts d'installation et de maintenance.

Caractéristique des canalisations pré-isolées

La canalisation pré-isolée est un système spécial conçu pour la pose de conduites de chauffage. De tels tuyaux présentent de nombreux avantages et caractéristiques, l'essentiel étant que le tuyau se compose de plusieurs couches, chacune ayant ses propres caractéristiques.

Ainsi, une partie des tuyaux, destinée à la pose souterraine, est en acier et une gaine en polyuréthane, entre lesquelles une couche d'isolation thermique est posée, mais pour les tuyaux du système hors sol, la gaine extérieure est en galvanisation , qui protège efficacement le parcours de la corrosion, des conditions météorologiques défavorables et d'autres influences. .

Spécificités de fabrication

Les produits en acier pré-isolés sont destinés à la pose de canalisations de chauffage, tandis que les canalisations dans une gaine en acier ou en polyéthylène sont posées de manière souterraine sans canal et galvanisées - dans des canaux traversants ou des tunnels au-dessus du sol.

Les tuyaux eux-mêmes sont une structure «sandwich», composée des couches suivantes: un tuyau intérieur en acier sous pression, un fil de signal spécial SODK (contrôle technique), une couche d'isolation thermique (généralement en mousse de polyuréthane), une gaine de protection. Il s'avère qu'un tuyau spécial, composé de deux tuyaux séparés avec isolation thermique, est situé entre eux.

Ce sont les caractéristiques de production qui assurent la résistance des tuyaux à la corrosion, ce qui est très important pour les éléments constitutifs de toute conduite de chauffage.

Avant le début de l'isolation, le tuyau subit un traitement spécial dans une grenailleuse. Cela confère à la surface une légère rugosité, ce qui améliore l'adhérence de la couche d'isolation thermique à l'âme de la chambre à air.

La gaine en polyéthylène est également soumise à un traitement corona à l'intérieur, ce qui garantit une excellente adhérence entre l'isolant et le tuyau. Tous les tuyaux prétraités de cette manière acquièrent leurs propres propriétés uniques, leur permettant d'être utilisés dans les conditions les plus défavorables.

Contrôle qualité technique

Aujourd'hui, des tuyaux isolés sont proposés, qui peuvent avoir des gaines en divers matériaux. Le plus souvent, il s'agit de coques en polyéthylène et en acier galvanisé, qui peuvent convenir à la pose de voies souterraines et aériennes.

Un boîtier fait de tels matériaux offre une protection contre tout dommage mécanique, l'humidité et la corrosion. De plus, la diffusion du polyuréthane, qui est le matériau principal pour la production du tuyau lui-même, est empêchée.

Raccords de tuyaux à souder.

Le plus souvent, le polyéthylène haute densité est utilisé pour la fabrication d'une gaine isolante, considérée comme la plus efficace pour la pose souterraine. Le polyéthylène lui-même est stabilisé thermiquement et à la lumière, sa couleur est noire, il est produit strictement conformément à GOST 16330, mais dans certains cas, GOST 18599 peut être utilisé.

Il est utilisé pour l'isolation et la mousse de polyuréthane, ce qui est excellent pour les tuyaux en acier.

Tous les tuyaux pré-isolés sont soumis à un contrôle technique obligatoire, ce qui nous permet de garantir la qualité du produit. Lors des essais en laboratoire, ces caractéristiques du tuyau sont déterminées comme suit :

• densité;
• résistance à la compression à 10 % de déformation ;
• fraction volumique de tous les pores fermés ;
• absorption d'eau pendant l'ébullition;
• résistance au cisaillement ;
• conductivité thermique.

Les joints soudés sont contrôlés à 100 % à l'aide de la méthode moderne de contrôle par ultrasons, qui est une exigence obligatoire avant la mise en œuvre.

Avantages de l'utilisation

Schéma d'assemblage des pièces d'un système de tuyauterie flexible pré-isolée.

Tous les produits en acier pré-isolés se distinguent des autres pour la pose de conduites de chauffage par les avantages suivants :

1. Le système de télécommande en ligne permet d'augmenter considérablement la résistance et la fiabilité de ces tuyaux et de réduire tous les coûts de réparation du réseau de chauffage posé.
2. La durée de vie est d'environ 30 ans, tandis que les canalisations simples non isolées ne durent que 10 à 15 ans. Cela réduit les coûts de remplacement des conduites inutilisables, d'entretien du tracé et de réparations.
3. Un tel tuyau réduit les pertes de chaleur pendant l'utilisation à 2%, bien que lors de la pose de canalisations non isolées, ces pertes soient assez importantes - à partir de 25%.
4. Les voies isolées en acier sont posées beaucoup plus facilement et plus rapidement que d'habitude, le temps de construction est réduit d'environ deux à trois fois, car il n'est pas nécessaire d'aménager des canaux et des puits, ce qui entraîne une réduction de tous les coûts.
5. Tous les tuyaux en acier ne nécessitent pas de revêtement anticorrosion supplémentaire, car ils possèdent déjà toutes les propriétés nécessaires. Cela vous permet de réduire plusieurs fois le coût de la pose.
6. La résistance à la chaleur des tuyaux peut atteindre 150 degrés.

Nous pouvons tirer les conclusions suivantes: toutes les canalisations pré-isolées sont beaucoup plus rentables pour l'installation de conduites de chauffage, car elles sont plus modernes et moins chères. Leur durabilité est deux fois plus longue et les coûts d'entretien et de réparation sont réduits d'autant. En un mot, c'est une option rentable et prometteuse.

Lors de l'assemblage de réseaux de transport à diverses fins, par exemple, des communications de chauffage ou des pipelines destinés à la distillation de pétrole et de gaz, jusqu'à récemment, des tuyaux ordinaires en acier étaient principalement utilisés. Pour la plupart, les produits de ce type font encore bien leur travail. Cependant, de tels tuyaux présentent toujours un inconvénient assez sérieux. Quelle que soit l'épaisseur de leurs parois, ils ne peuvent protéger le liquide distillé du froid en hiver.

Le résultat du gel de l'eau ou du liquide de refroidissement dans les conduites est généralement la défaillance de ces dernières. Dans le même temps, dans les réseaux sidérurgiques municipaux pendant la saison froide, entre autres, des pertes de chaleur importantes sont également observées, ce qui rend leur fonctionnement beaucoup plus coûteux.

Que sont les tuyaux PPU

Pour éviter le gel des liquides transportés le long des autoroutes, ces dernières, lors de l'assemblage du réseau dans la rue, sont soit posées très profondément sous terre, soit isolées en plus à l'aide de matériaux spéciaux. Les deux méthodes sont à forte intensité de main-d'œuvre et technologiquement complexes. Par conséquent, récemment, les tuyaux de conception spéciale - pré-isolés - sont devenus de plus en plus populaires.

Les produits de ce type sont isolés même au stade de la production à l'aide d'un isolant moderne à très faible conductivité thermique - la mousse de polyuréthane. Ces tuyaux sont plus chers que les tuyaux conventionnels. Cependant, les autoroutes assemblées à partir d'eux peuvent servir à l'avenir sans avoir besoin de réparations pendant des décennies.

Conception de tuyaux PPU

Extérieurement, ces produits ressemblent beaucoup aux cheminées sandwich bien connues. Autrement dit, ils se composent de trois couches principales :

le tuyau en acier lui-même, à travers lequel le liquide sera pompé à l'avenir;

une couche de mousse de polyuréthane ;

coque extérieure de protection.

Des câbles de signal spéciaux traversent la couche de mousse de polyuréthane dans ces tuyaux. En raison de leur présence, il est toujours possible de déterminer l'emplacement de l'accident sur l'autoroute avec une grande précision et d'effectuer rapidement des travaux de réparation.

Quelles caractéristiques techniques peuvent avoir

Aujourd'hui, les tuyaux pré-isolés sont fournis sur le marché dans une large gamme. Ces produits peuvent différer par :

diamètre

épaisseur du mur;

épaisseur de la couche isolante ;

le nombre de câbles de signal posés, etc.

Le coût des produits de cette variété dépend directement de leur diamètre et de l'épaisseur de la couche isolante. Selon ce dernier indicateur, les conduites PPU sont sélectionnées en tenant compte du climat de la région dans laquelle le réseau est censé être assemblé, ainsi que de la profondeur de celle-ci. Dans les zones chaudes, les canalisations sont généralement assemblées avec une épaisseur d'une couche isolante de 5 cm.Dans les régions du nord, des canalisations avec une couche isolante de 10 cm ou plus sont utilisées.

Deux ou trois câbles de signal peuvent être posés dans la couche isolante de ces produits, en fonction du diamètre.

Normes GOST

Les tuyaux pré-isolés sont produits dans notre pays dans le strict respect des exigences GOST. L'isolant utilisé dans la fabrication de tels produits doit, dans tous les cas, répondre aux exigences suivantes :

absorption d'eau en volume - 10%;

élasticité à la compression - pas moins de 0,3 MPa (déformation dans toutes les directions - jusqu'à 10%);

densité - jusqu'à 60 kg / m 3.

Lorsqu'il est chauffé à 110 ° C, la longueur de l'isolant PPU utilisé dans l'assemblage des tuyaux ne doit pas dépasser 3%.

La mousse de polyuréthane pour l'isolation des tuyaux peut être fabriquée à l'aide de différentes technologies. Mais le plus souvent, ce matériau est fabriqué à base de dioxyde de carbone et de fréon. Dans la plupart des cas, dans la fabrication de tuyaux en PPU, on utilise de la mousse de polyuréthane de marques bien établies telles que Dow, Izolan, Huntsman, Elostokam.

Types par conception

Il existe actuellement sur le marché deux principaux types de tuyaux pré-isolés :

Les produits de la première variété sont en acier ordinaire ou galvanisé avec une isolation en mousse de polyuréthane. À l'extérieur, ces tuyaux sont gainés de feuilles d'acier dur ou d'acier inoxydable.

Les produits flexibles de ce type sont fabriqués à l'aide d'une technologie similaire. Cependant, de tels tuyaux ne sont pas recouverts d'une gaine en acier, mais en plastique ondulé. Bien sûr, ces produits ne diffèrent pas par une trop grande flexibilité. Après tout, la mousse de polyuréthane - le matériau lui-même est assez rigide et pas trop élastique. Cependant, il est toujours possible de plier légèrement les tuyaux de cette variété lors de l'installation.

Bien sûr, dans la fabrication de coques en plastique de tuyaux pré-isolés, les GOST sont également observés sans faute. Pour leur assemblage, on utilise généralement le matériau stabilisé à la lumière de la plus haute qualité.

Parfois, des gaines de protection avec une couche isolante peuvent être fournies séparément des tuyaux eux-mêmes. Dans ce cas, avant leur installation lors du montage, ils sont préalablement vérifiés pour les fuites, puis recouverts d'un composé anti-corrosion.

Comment une couche isolante est-elle appliquée sur un tuyau en PPU ?

De nombreuses usines nationales fabriquent de tels produits. Les tuyaux pré-isolés sont également fournis au marché russe, bien sûr, par des sociétés étrangères.

À en juger par les critiques, la qualité des produits nationaux de ce type aujourd'hui à moindre coût n'est pratiquement en aucun cas inférieure à celle des produits importés. Par exemple, tout simplement d'excellentes critiques des consommateurs ont valu à de tels produits fabriqués par l'usine de tuyaux pré-isolés de Novossibirsk, l'usine d'isolation de tuyaux Orlovsky, l'usine Stroyizolatsiya (Seversk), etc.

Dans tous les cas, lors de la fabrication de tels produits, les spécialistes s'assurent sans faute, entre autres, que l'adhérence entre la mousse de polyuréthane et le tuyau d'acier est la plus forte possible. Pour éviter que l'isolant ne glisse sur l'acier et le maintienne aussi solidement que possible, avant de l'appliquer, la base est soigneusement nettoyée pour former une surface rugueuse tout en éliminant la rouille.

Lors du moussage de la mousse de polyuréthane elle-même, le régime thermique spécifié doit être maintenu exactement. Il est également possible d'améliorer l'adhérence entre la coque intérieure avec un remplissage en mousse en traitant cette dernière avec une décharge.

Pour que l'isolant qui ne s'est pas encore solidifié ne s'écoule pas, un bouchon métallique spécial est fixé à l'extrémité du tuyau. Après durcissement du matériau, cet élément est retiré du tube PPU pré-isolé. Ces produits sont mis en vente avec une extrémité non recouverte de la couche de mousse de polyuréthane.

Domaine d'utilisation

Les tuyaux en PPU les plus répandus à l'heure actuelle sont, bien sûr, principalement dans l'industrie. Ces produits sont utilisés lors de l'assemblage principalement:

oléoducs ;

gazoducs;

canalisations de vapeur.

Très souvent, les canalisations pré-isolées sont également utilisées pour les réseaux de chauffage destinés au pompage de liquides chauffés. De telles communications sont généralement montées dans des ateliers chauds d'entreprises de diverses spécialisations.

Récemment, les tuyaux pré-isolés ont commencé à gagner une immense popularité parmi les services publics. Les organisations d'une telle spécialisation utilisent ces produits lors de la pose de systèmes de chauffage centralisés et de conduites d'eau dans les villes et villages. L'utilisation de telles conduites dans ce cas peut améliorer considérablement la qualité du service public.

Principaux avantages

Les tuyaux pré-isolés pour les conduites de chauffage, les conduites d'eau, les oléoducs, etc., ou plutôt pour l'assemblage, sont donc assez souvent utilisés dans notre pays. Mais qu'est-ce qui explique une telle popularité des produits modernes de ce type ?

Les avantages incontestables des tuyaux PPU, par rapport aux tuyaux conventionnels, incluent :

la possibilité d'installer toutes les communications dans les plus brefs délais et avec des coûts de main-d'œuvre minimes;

réduction des pertes de chaleur (généralement de 40% à 2%);

une augmentation significative de l'efficacité des pipelines;

augmenter la durée de vie des réseaux de 2 à 5 fois ;

réduire les coûts de réparation des canalisations.

En raison de la présence d'une coque de protection, ces lignes ne craignent pratiquement pas l'exposition à des environnements agressifs. Il est permis de poser des canalisations PPU sans mise à la terre ni disposition préalable de drainage. La mousse de polyuréthane se distingue, entre autres, par le fait qu'elle ne laisse pas passer l'humidité. Par conséquent, les tuyaux en acier isolés avec ce matériau sont beaucoup moins sujets à la rouille.

Défauts

Il n'y a pratiquement aucun inconvénient pour les tuyaux PPU. Le seul inconvénient de ces produits est peut-être leur coût plutôt élevé. Cependant, cet inconvénient est plus que compensé par la longue durée de vie du secteur PPU et l'absence de nécessité de leurs réparations fréquentes.

Caractéristiques de montage

Les tubes PPU sont donc fabriqués en acier de haute qualité. Par conséquent, leur installation est réalisée par soudage. Bien entendu, la pose de tuyaux pré-isolés lors de l'assemblage de divers types de réseaux industriels et utilitaires est réalisée à l'aide d'une technologie spéciale. La mousse de polyuréthane est un matériau qui, malheureusement, ne tolère pas les températures trop élevées. Par conséquent, lors du soudage de tels tuyaux, des écrans de protection spéciaux sont obligatoires.

Après avoir connecté les segments, les artisans qui assemblent la ligne PPU doivent vérifier la qualité des coutures réalisées. Une fois le métal complètement refroidi au niveau des joints, des raccords spéciaux sont appliqués, entre autres, sur les tuyaux. Une caractéristique de ces éléments structurels des lignes PPU est qu'ils sont constitués d'un matériau thermorétractable. Après refroidissement, un tel raccord diminue de taille et s'adapte étroitement à la soudure, assurant ainsi une étanchéité complète. Lors de l'utilisation d'éléments d'amarrage de ce type, il reste une petite cavité au niveau des joints des tuyaux, dans laquelle de la mousse de montage ou de la mousse de polyuréthane est ensuite coulée.

La technologie décrite ci-dessus est utilisée à la fois dans l'assemblage de grandes autoroutes industrielles et de petits réseaux de communication d'ingénierie domestique.

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