energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2024-67-6-544-577energy-2426Research ArticleТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАНEAT POWER ENGINEERINGАнализ фактического состояния предызолированных трубопроводов систем централизованного тепло-снабжения после эксплуатацииАnalysis of the Actual Condition of Pre-Insulated Pipelines of District Heating Systems After OperationСеднинВ. А.SedninV. A.

г. Минск

Minsk

СеднинА. В.SedninA. V.

Адрес для переписки:Седнин Алексей Владимирович –Белорусский национальный технический университет,просп. Независимости, 65/2,220013, г. Минск, Республика Беларусь.Тел.: +375 17 397-36-20Sednin@bntu.by

Address for correspondence:Sednin Alexei V. –Belarusian National Technical University,65, Nezavistimosti Ave.220013, Minsk, Republic of Belarus.Tel.: +375 17 397-36-20Sednin@bntu.by 

Sednin@bntu.byБондаровичА. И.BondarovichA. I.

г. Минск

Minsk

НекалоИ. А.NekaloI. A.

г. Минск

Minsk

МухинА. Д.MukhinA. D.

г. Минск

Minsk

Белорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus202404122024676544577Copyright © Седнин В.А., Седнин А.В., Бондарович А.И., Некало И.А., Мухин А.Д., 20242024Седнин В.А., Седнин А.В., Бондарович А.И., Некало И.А., Мухин А.Д.Sednin V.A., Sednin A.V., Bondarovich A.I., Nekalo I.A., Mukhin A.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/2426

В статье рассматриваются вопросы, связанные с фактическим состоянием предызолированных (ПИ) трубопроводов систем централизованного теплоснабжения (СЦТ). Часть из находящихся в эксплуатации трубопроводов подходит к расчетному сроку службы, поэтому актуальным является вопрос их дальнейшего использования. Старение трубопроводов СЦТ происходит вследствие различных процессов, связанных как с температурными режимами работы, так и с окислением кислородом. Долговечность полимерных материалов ПИ-труб можно оценить с помощью эмпирического или прогнозного способа. Для шести партий ПИ-труб, находившихся разное время в эксплуатации в СЦТ г. Минска, были проведены испытания по нормируемым параметрам с целью определения их фактических значений. Для большинства представленных образцов величины среднего размера ячеек, плотности термоизоляции, напряжения при деформации сжатия и количества закрытых пор в значительной мере соответствуют требованиям СТБ 2252–2012 для новых труб. Значение коэффициента теплопроводности находится в пределах 0,030–0,037 Вт/(м·К), что на 10 % выше требуемого показателя для новых труб. Значения предела прочности конструкции  ПИ-трубы на сдвиг во многих испытаниях составили меньше 0,12 МПа, что говорит о потенциально возможном разрушении теплоизоляционной конструкции трубы. При этом отсутствует определенная зависимость как от срока эксплуатации труб, так и от температурного режима.

The article discusses issues related to the actual condition of pre-insulated (PI) pipelines of district heating systems (DHS). Some of the pipelines in operation are approaching their estimated service life, so the issue of their further use is relevant. The aging of the heating supply pipelines occurs due to various processes associated with both operating temperature regimes and oxidation. The durability of polymer materials used in pre-insulated pipes can be assessed through empirical or predictive methods. For six batches of PI pipes that were in operation at different times in the Minsk DHS, tests were carried out according to standardized parameters in order to determine their actual values. For most of the samples presented, the values of the average cell size, thermal insulation density, compression strain stress and the number of closed pores significantly meet the requirements of STB 2252–2012 for new pipes. The value of the thermal conductivity coefficient is in the range of 0.030 to 0.037 W/(m·K), which is 10 % higher than the required value for new pipes. Values of the shear strength limit of the pre-insulated pipe construction  in many tests was less than 0.12 MPa, indicating a potential risk of failure in the thermal insulation structure of the pipe. Besides, there is no specific correlation with either the service life of the pipes or the temperature regime.

 

теплоснабжениепредызолированные трубыпенополиуретансрок службыстарениепредел прочности на сдвигdistrict heating systempre-insulated pipespolyurethane foamservice lifedegradationaxial shear strengthReferencesFuture Distric Theating Systems and Technologies: On the Role of Smart Energy Systems and 4th Generation District Heating / H. Lund [et al.] // Energy. 2018. Vol. 165. P. 614–619. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.09.115.Lund H., Duic N., Østergaard P. A., Mathiesen B. V. (2018) Future District Heating Systems and Technologies: On the Role of Smart Energy Systems and 4th Generation District Heating. Energy, 165, 614–619. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.09.115.Седнин, А. B. Проблемы развития гибридных систем теплоснабжения / А. B. Седнин, К. М. Дюсенов // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2024 Т. 67, № 2. С. 173–188. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2024-67-2-173-188.Sednin A. V., Dyussenov K. M. (2024) Development of Hybrid District Heating Systems. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 67 (2), 173–188. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2024-67-2-173-188 (in Russian).A Brief Overview of District Heating Pipe Network Progress / Safae El Mrabet [et al.] // Energy Conversion and Management. 2024 X, Volume 23, 2024, 100641, https://doi.org/10.1016/j.ecmx.2024.100641.El Mrabet S., Lamrani B., Abd-Lefdil M., Kousksou T. (2024) A Brief Overview of District Heating Pipe Network Progress. Energy Conversion and Management: X, 23, 100641. https://doi.org/10.1016/j.ecmx.2024.100641.Исследование физико-механических свойств лабораторных и промышленных образцов теплоизоляционных материалов, применяемых для производства предызолированных труб, фасонных изделий и скорлуп / Л. В. Лучкина [и др.] // Пластические массы. 2019. № 11–12. C. 50–55. https://doi.org/10.35164/0554-2901-2019-11-12-50-55.Luchkina L. V., Nikiforova G. G., Vasiliev V. G., Romanov S. V. (2019) Study of Physical and Mechanical Properties of Laboratory and Industrial Samples of Heat Insulating Materials Used for the Production of Pre-Insulated Pipes, fi Ttings and Polyurethane Shells. Plasticheskie Massy, (11–12), 50–55. https://doi.org/10.35164/0554-2901-2019-11-12-50-55 (in Russian).Weidlich, I. Reserves in axial Shear Strength of District Heating Pipes / I. Weidlich, M. Illguth, G. Banushi // Energy Procedia. 2018. Vol. 147. P. 78–85. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2018.07.037.Weidlich I., Illguth M., Banushi G. (2018) Reserves in Axial Shear Strength of District Heating Pipes. Energy Procedia, 147, 78–85. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2018.07.037.District Heating Pipes. Preinsulated Bonded Pipe Systems for Directly Buried Hot Water Networks. Pipe Assembly of Steel Service Pipe, Polyurethane: EN 253 – 2020. European Committee for Standardization, 2020.EN 253 – 2020. District Heating Pipes. Preinsulated Bonded Pipe Systems for Directly Buried Hot Water Networks. Pipe Assembly of Steel Service Pipe, Polyurethane. European Committee for Standardization, 2020.Трубы стальные, предварительно термоизолированные пенополиуретаном. Технические условия: СТБ 2252–2012. Взамен СТБ 1295–2001 в части труб стальных, предварительно термоизолированных пенополиуретаном; введ. 01.09.2012. Минск: Госстандарт: Стройтехнорм: Минсктиппроект, 2012. II, 18 с.STB 2252-2012. Steel Pipes, Previously Insulated with Polyurethane Foam. Technical Conditions. Minsk, Gosstandart, Stroytechnorm, Minsktipproekt, 2012. 18 (in Russian).Status assessment, ageing, lifetime prediction and asset management of district heating pipes / S. Hay [et al.] [Electronic Resource] // The 18th International Symposium on District Heating and Cooling, September 3–6, 2023, Beijing, China. Mode of access: https://publica-rest.fraunhofer.de/server/api/core/bitstreams/cce6c628-9a50-48a3-b11a-5105fda1e59f/content.Status Assessment, Ageing, Lifetime Prediction and Asset Management of District Heating Pipes. The 18th International Symposium on District Heating and Cooling, September 3–6, 2023, Beijing, China.Hay, S. Remaining Service Life of Preinsulated Bonded Pipes–A Key Element of Transformation Strategies and Future District Heating Systems in Germany / S. Hay, A. Leuteritz, M. Morgenthum // Energy Reports. 2021. Vol. 7, Nо 4, 2021. P. 440–448. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.08.084.Hay S., Leuteritz A., Morgenthum M. (2021) Remaining Service Life of Preinsulated Bonded Pipes–A Key Element of Transformation Strategies and Future District Heating Systems in Germany. Energy Reports, 7, 440–448. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.08.084.Пантелей, Н. B. Оценка состояния и анализ повреждаемости трубопроводов тепловых сетей / Н. B. Пантелей // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018. Т. 61, № 2. С. 179–188. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-1-179-188.Panteley N. V. (2018) Assessment of the State and Analysis of Damageability of Heating Grids Pipelines. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 61 (2), 179–188. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-1-179-188 (in Russian).Jakubowicz, I. Research, Standardization and Practice in Accelerated Ageingtests / I. Jakubowicz // Polimery. 2024. Vol. 49, Nо 5. Art. 321e326. https://doi.org/10.14314/polimery.2004.321.Jakubowicz I. (2004) Research, Standardization and Practice in Accelerated Ageing Tests. Polimery, 49 (05), 321–325. https://doi.org/10.14314/polimery.2004.321.Accelerated Ageing of Plastic Jacket Pipes for District Heating / A. Leuteritz [et al.] // Polymer Testing. 2016. Vol. 51. P. 142–147. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2016.03.012Leuteritz A., Döring K.-D., Lampke T., Kuehnert I. (2016) Accelerated Ageing of Plastic Jacket Pipes for District Heating. Polymer Testing, 51, 142–147. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2016.03.012.Vega, A. Optimal Conditions for Accelerated Thermal Ageing of District Heating Pipes / A. Vega, N. Yarahmadi, I. Jakubowicz // Energy Procedia. 2018. Vol. 149. P. 79–83. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2018.08.171.Vega A., Yarahmadi N., Jakubowicz I. (2018) Optimal Conditions for Accelerated Thermal Ageing of District Heating Pipes. Energy Procedia, 149, 79–83. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2018.08.171.Vega, A. Determining the Useful Life of District Heating Pipes: Correlation Between Natural and Accelerated Ageing / A. Vega, N. Yarahmadi, I. Jakubowicz // Polymer Degradation and Stability. 2020. Vol. 175. Art. 109117. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2020.109117.Vega A., Yarahmadi N., Jakubowicz I. (2020) Determining the Useful Life of District Heating Pipes: Correlation Between Natural and Accelerated Ageing. Polymer Degradation and Stability, 175, 109117. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2020.109117.Accelerated Ageing of Plastic Jacket Pipes for District Heating / A. Leuteritz [et al.] // Polymer Testing. 2016. Vol. 51. P. 142–147. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2016.03.012.Leuteritz A., Döring K.-D., Lampke T., Kuehnert I. (2016) Accelerated Ageing of Plastic Jacket Pipes for District Heating. Polymer Testing, 51, 142–147. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2016.03.012.Седнин, А. В. О подходе к обработке данных для интеллектуальных систем централизованного теплоснабжения / А. В. Седнин, А. В. Жерело // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2022. Т. 65, № 3. С. 240–249. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2022-65-3-240-249.Sednin A. V., Zherelo A. V. (2022) An Approach to Data Processing for the Smart District Heating System. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 65 (3), 240–249. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2022-65-3-240-249 (in Russian).Effect of Operating Temperature Conditions in 21-Year-Old Insulated Pipe for a District Heating Network / J. Kim // Case Studies in Thermal Engineering. 2021. Vol. 27. Art. 101265. https://doi.org/10.1016/j.csite.2021.101265.Kim J., Kim Y. S., Kim H., Yoon J. (2021) Effect of Operating Temperature Conditions in 21-Year-Old Insulated Pipe for a District Heating Network. Case Studies in Thermal Engineering, 27, 101265. https://doi.org/10.1016/j.csite.2021.101265.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.