Efekty energetyczne stosowania rurociągów CARBOPIPE w kopalnianych układach klimatyzacji
GÓRNICTWO System CARBOPIPE Nowe technologie zastosowane w budowie rurociągów z tworzyw sztucznych pozwalają na projektowanie sieci przesyłowych o znacznie dłuższej żywotności niż stosowane rozwiązania ze stali. System rurowy CARBOPIPE jest rozwiązaniem przeznaczonym do stosowania w podziemnych zakładach górniczych, w polach nie metanowych i metanowych w wyrobiskach zaliczanych do stopnia a, b lub c niebezpieczeństwa wybuchu metanu oraz klasy A lub B niebezpieczeństwa wybuchu pyłu węglowego, również w szybach. Duża wytrzymałość oraz brak wrażliwości na zjawiska korozji kwalifikują system CARBOPIPE do pracy w najcięższych warunkach dołowych kopalni. Zamienność funkcji przesyłanego medium pozwala na wykorzystanie rurociągu zarówno do transportu cieczy jak i sprężonego powietrza, gazów inertnych oraz metanu. Innowacyjne rozwiązanie połączenia kołnierzowego zapewnia ciągłość przesyłu mediów w jednolitej strukturze materiału zachowując pełną kompatybilność z istniejącą siecią rurociągów stalowych.
Certyfikat
GÓRNICTWO Kryteria oceny rur z tworzyw sztucznych podczas certyfikacji Palność L.p. Oznaczony parametr Kryterium oceny 1 2 Kategoria (klasa) palności dla tworzywa: z rur przewodowych o jednorodnej budowie, z rur osłonowych w rurach preizolowanych, z warstwy zewnętrznej osłonowej (rur wielowarstwowych) Odporność ogniowa - test płomieniowy tworzywa: z rur przewodowych o jednorodnej budowie, z rur osłonowych w rurach preizolowanych, z warstwy zewnętrznej osłonowej rur wielowarstwowych V-0 V-0 V-0 15 s 15 s 15 s Norma / metoda / procedura badawcza PN-EN 60695-11-10:2002 +A1:2005 PN-EN ISO 340 z uwzględnieniem PN-EN 1710+A1:2008, p. 6.2 Przykładowe laboratorium badawcze GIG SM-2 GIG SM-2 3 Rozprzestrzenianie się ognia w sztolni pożarowej. (Badanie przeprowadza się tylko dla rur wielowarstwowych z wewnętrzną warstwą palną) (PN-EN 1710 +A1:2008, p. 6.2) Rozprzestrzenianie ognia 3 m Instrukcja VVUÚ, a. s. nr 64/90 VVUÚ, a. s. Ostrava - Radvanice
GÓRNICTWO Kryteria oceny rur z tworzyw sztucznych podczas certyfikacji Rezystancja L.p. Oznaczony parametr Kryterium oceny 1 Rezystancja powierzchniowa warstwy/powłoki zewnętrznej (Dotyczy rur osłonowych w rurach preizolowanych oraz rur przeznaczonych do przesyłu wody przy stosownym uwarunkowaniu zawartym w dokumentacji technicznej, że rury na czas transportu do czasu ich zabudowy będą wyposażone w odpowiednie stalowe pokrywy (dekle) osłaniające wewnętrzną powierzchnie rur). 1,0 x 10 9 (PN-EN 13463-1:2010, p. 6.7.4) (CLC/TR 50404:2003) Norma / metoda / procedura badawcza PN-EN ISO 8031:2010 Przykładowe laboratorium badawcze GIG KD-4.2 2 W przypadku braku powyższego zapisu w dokumentacji technicznej - dodatkowe badania rezystancji warstwy/powłoki wewnętrznej Rezystancja powierzchniowa warstwy/powłoki zewnętrznej i wewnętrznej Rezystancja skrośna (dotyczy rur przeznaczonych do przesyłu metanu i sprężonego powietrza) 1,0 x 10 9 (PN-EN 13463-1:2010, p. 6.7.4) (CLC/TR 50404:2003) 1,0 x 10 6 (CLC/TR 50404:2003) 1,0 x 10 6 (CLC/TR 50404:2003) PN-EN ISO 8031:2010 PN-EN ISO 8031:2010 PN-EN ISO 8031:2010 GIG KD-/4.2
GÓRNICTWO Kryteria oceny rur z tworzyw sztucznych podczas certyfikacji Własności mechaniczne L.p. Oznaczony parametr Kryterium oceny 1 2 3 Sprawdzenie szczelności połączeń oraz kształtek segmentowych przy ciśnieniu wynoszącym 2xPN Badanie odporności na podciśnienie przy ciśnieniu deklarowanym w dokumentacji technicznej (badanie wykonuje się tylko dla rur o deklarowanym przeznaczeniu) Udarność (nie dotyczy rur z polietylenu (PE)) Norma / metoda / procedura badawcza Przykładowe laboratorium badawcze Brak utraty szczelności Wg norm przedmiotowych GIG SM-1 Bez uszkodzenia Brak utraty szczelności Wg dokumentacji technicznej TIR 10 brak uszkodzeń na powierzchni zewn. i wewn. (przy delaminacji na przekroju, próba szczelności przy 2xPN) PN-EN 12294:2002 PN-EN 744:1997 parametry badania jak dla rur PVC-U GIG SM-1 GIG SM-1
GÓRNICTWO Oferta dla górnictwa Firma SPYRA PRIMO oferuje kompletny system rur i kształtek oraz osprzęt do budowy rurociągów ciśnieniowych w zakładach górniczych: a w szczególności: rury polietylenowe SPE systemu CARBOPIPE: zakres średnic 90 400mm, max ciśnienie nominalne 64 bar, rury preizolowane PSPE systemu CARBOPIPE: zakres średnic 90 250mm, max ciśnienie nominalne 64 bar, rury stalowe z wykładką z tworzywa sztucznego typ STPE: zakres średnic 76 610mm, max ciśnienie nominalne 150 bar, armatura, kształtki i system połączeń, kompleks osprzętu do budowy rurociągów, wiedzę (know-how) w zakresie projektowania i budowy rurociągów z zastosowaniem wyżej wymienionych wyrobów oraz innych wyrobów dostępnych na rynku.
Konstrukcja rury systemu CARBOPIPE typu SPE Warstwa zewnętrzna Polietylen PE 100 z dodatkiem środków pomocniczych (antypirogeny, antystatyki) niezbędnych dla uzyskania takich cech materiału aby wyprodukowany wyrób finalny spełniał wymagania użytkowe Warstwa środkowa Drut stalowy oraz polietylen PE 100 (jw.) Warstwa wewnętrzna Polietylen PE 100 (jw.)
Sposób łączenia rury - połączenie kołnierzowe
Rury polietylenowe preizolowane PSPE systemu CARBOPIPE Niższe koszty budowy i eksploatacji rurociągów oraz uniwersalność i możliwość zamiany funkcji rurociągu
Cel stosowania izolacji cieplnej rurociągów ograniczenie wymiany ciepła między wodą zimną płynącą rurociągiem a otoczeniem (powietrzem płynącym wyrobiskiem), izolacja cieplna stwarza dodatkowy opór cieplny i zmniejsza współczynnik przenikania oraz zależny od niego strumień ciepła.
Pożądana charakterystyka izolacji cieplnej niska przewodność cieplna, dobra odporność ogniowa, wysoka odporność na dyfuzję pary wodnej, długotrwała stabilność struktury.
Cel obliczeń wielkości charakteryzujących jakość izolacji określenie strumienia ciepła (gęstości strumienia ciepła) wymienianego między wodą lodową a powietrzem i porównaniu z strumieniem przenikającym przez ścianki przewodu nieizolowanego, wyznaczenie oporów hydraulicznych - strat ciśnienia w rurociągu na określonej długości, wyznaczenie oporów termicznych - przyrostu temperatury czynnika zimnego na określonej długości, lub wyznaczenie grubości warstwy izolacyjnej dla przyjętego przyrostu temperatury wody zimnej na określonej długości
Konstrukcja polietylenowej rury preizolowanej PSPE systemu CARBOPIPE
Współczynnik przewodzenia ciepła [W/mK] Izolacja z pianki PUR/T 0,026 Płaszcz ochronny wykonany z polietylenu HDPE 0,4 Rura przewodowa polietylenowa SPE-KTW 0,4 Rura przewodowa stalowa 50 Wykładka z polietylenu HDPE 0,4 Rura stalowa z wykładką z polietylenu HDPE 0,58
Współczynnik przenikania ciepła k [W/m2K] Rura PSPE, rura przewodowa SPE-KTW, DN200, PN40, dn225x10, płaszcz DN300x5 współczynnik przewodzenia ciepła - W/mK wykładka PE L0 0,4 W/mK pianka PUR L2 0,0275 W/mK rura przewod. L1 0,4 W/mK płaszcz PE L3 0,4 W/mK średnice zew. jedn. wew. jedn. grubość jedn. rura przewod. Dz1 225 mm Dw1 185 mm g1 20 mm płaszcz PE Dz3 300 mm Dw3 290 mm g3 5 mm współcz. przenik. ciepła dla 1 m2 rury k_1m2 0,7 W/m2K Rura przewodowa stalowa, DN200, PN40, dn 219x4.5, płaszcz DN250x5 współczynnik przewodzenia ciepła - W/mK wykładka PE L0 0,4 W/mK pianka PUR L2 0,0275 W/mK rura przewod. L1 52,33 W/mK płaszcz PE L3 0,4 W/mK średnice wykładka PE Dz0 210 mm Dw0 210 mm g0 0 mm rura przewod. Dz1 219 mm Dw1 210 mm g1 4,5 mm płaszcz PE Dz3 250 mm Dw3 240 mm g3 5 mm współcz. przenik. ciepła dla 1 m2 rury k_1m2 2,3 W/m2K
Zależność gęstości strumienia ciepła od grubości warstwy izolacyjnej dla rury preizolowanej PSPE DN200 160 120 gestosc strumienia ciepla [W/m 2 ] 80 40 grubość izolacji 40mm gruboœæ izolacji 59mm Grubość izolacji 33mm 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 grubosc izolacji [mm]
Opory hydrauliczne na długości 1000m Średnica rurociągu Masa wody w rurociągu Masa wody w rurociągu Chropowatość bezwzglę dna Współczynnik oporów liniowych wg. Nikuradze Prędkość wody w rurociągu Strata ciśnienia w rurociągu Strata ciśnienia w rurociągu Strata ciśnienia w rurociągu Strata ciśnienia w rurociągu m kg/s m 3 /h mm - m/s kpa Pa/m bar m sł. wody Rura PSPE, rura przewodowa SPE-KTW, DN200, PN40, dn225x10, płaszcz DN300x5 0,185 55,5 200 0,02 0,012 2,0 280 280 2,80 28,0 Rura przewodowa stalowa, DN200, PN40, dn219x4.5, płaszcz DN250x5 0,204 55,5 200 2,50 0,041 1,7 574 574 5,74 57,4
Opory termiczne na długości 1000m Rura preizolowana PSPE DN200 Przyrost temperatury wody Zadany współczynnik przewodzenia cieplnego 0,028 W/mK Zadane natężenie przepływu wody lodowej 200 m 3 /h Zadana temperatura wody lodowej na wlocie 2,5 o C Rura preizolowana stalowa DN200 Przyrost temperatury wody 0,07 o C 0,19 o C Strata na energii chłodniczej Strata na energii chłodniczej 16,25 kw 44,10 kw
Dodatkowe straty ciepła na rurze preizolowanej stalowej DN200 wynoszą: 27,85 kw Zakładając średnią cenę produkcji 1MWh chłodu na poziomie około 150zł netto, w ciągu roku oszczędności mogą wynieść nawet : 36 595 zł/rok wyłącznie na rurze preizolowanej! 244 MWh (minimum drugie tyle na powrocie)
Podsumowanie Podstawowe różnice między: rurami preizolowanymi stalowymi a polietylenowymi PSPE rury z PSPE mają 100 krotnie niższy współczynnik przenikania ciepła (są naturalnie lepszymi izolatorami ciepła) rury z PSPE mają niższą i nie zmieniającą się w trakcie eksploatacji chropowatość w porównaniu z rurociągami ze stali (które w czasie eksploatacji korodują i zwiększają się przez to opory przepływu cieczy ) masa rurociągów stalowych jest wyższa (przez co są trudniejsze w montażu i transporcie)
rurociągi z PSPE posiadają ograniczoną ale jednak możliwość zgięcia (brak potrzeby zabudowy w pewnych warunkach górniczych pasówek łączących poszczególne rury) w przypadku montażu rur PSPE bez termoizolacji na powrocie wody lodowej w klimatyzacji wyrobisk górniczych naturalna izolacja rur PSPE daje możliwość wykorzystania tego medium do chłodzenia np. w pośrednich układach chłodniczych napędów na odstawie głównej. (lepsze wykorzystanie mocy chłodniczej w dołowych sieciach klimatyzacji) mniejsze straty energii chłodniczej w miejscu łączenia się poszczególnych rur w przypadku rurociągów z PSPE
Dziękujemy za uwagę. Zapraszamy do współpracy. SPYRA PRIMO Poland Sp. z o.o. ul. Darwina 8 43-190 Mikołów biuro@spyraprimo.pl www.spyraprimo.pl