dự án sưởi ấm khu dân cư ở điều kiện cực lạnh –40°C, Ulaanbaatar, Mông Cổ

Làm thế nào để ngăn ngừa hiện tượng vỡ lớp vỏ giòn và nứt mối nối trong hệ thống dẫn nhiệt khu vực ở vùng đất đóng băng vĩnh cửu -40°C? Những bài học kỹ thuật rút ra từ 4 lần hiệu đính bản vẽ kỹ thuật cho tuyến chính tại Ulaanbaatar

1. Tóm tắt điều hành và tổng quan dự án

| Thuộc tính dự án | Sự thật kỹ thuật và thông số đã được xác minh (dựa trên tiêu chuẩn) |
| Vị trí dự án | Ulaanbaatar, Mông Cổ |
| Bối cảnh ứng dụng | Tuyến truyền tải chính hệ thống dẫn nhiệt khu vực đô thị trong vùng đất đóng băng vĩnh cửu sâu (khí hậu Siberia khắc nghiệt -40°C) |
| Môi chất vận hành & nhiệt độ | Nước nóng có áp suất cao; cấp nhiệt: 115°C–130°C, hồi nhiệt: 70°C; nhiệt độ vận hành thiết kế liên tục: 130°C; tính toán tuổi thọ phục vụ theo tiêu chuẩn EN 13941 |
| Áp suất thiết kế & thử nghiệm | Áp suất thiết kế: 2,5 MPa (25 bar); Thử nghiệm thủy tĩnh tại nhà máy: ≥3,75 MPa (1,5 lần áp suất thiết kế theo EN 253/EN 13941) |
| Ông dẫn bằng thép | Ống thép không hàn (EN 10216-2 P235GH / ASTM A106 Gr.B) cho đường nhánh; Ống hàn LSAW (EN 10217-2 / EN 10217-5 P235GH / API 5L Gr.B PSL2) cho đường chính (DN500); Phun bi đạt cấp Sa 2.5 (ISO 8501-1); độ nhám bề mặt từ 40–80 μm (ISO 8503-2) |
| Thông số kỹ thuật lớp cách nhiệt | Xốp PUR cứng chịu nhiệt cao, khối lượng riêng lõi ≥60 kg/m³ (ISO 845); Độ bền nén hướng kính ≥0,30 MPa tại biến dạng tương đối 10% (EN 253 điều 5.3.3); Độ bền cắt hướng trục ≥0,12 MPa ở 23°C và ≥0,08 MPa ở 140°C (EN 253 điều 5.4.1.4); Hệ số dẫn nhiệt lambda ≤0,029 W/(m·K) ở 50°C (EN 253:2019+A1:2024) |
| Thông số kỹ thuật lớp vỏ ngoài | Vỏ ngoài bằng polyethylene mật độ cao (HDPE), mật độ nhựa nền ≥944 kg/m³, mật độ hỗn hợp ≥955 kg/m³ (EN 253 điều 4.2.1); Độ giãn dài tại điểm đứt tiêu chuẩn ≥350% ở 23°C; Khả năng chống nứt do ứng suất môi trường (ESCR) > 1000 giờ (ASTM D1693 điều kiện B); Đã kiểm chứng không nứt dưới thử nghiệm va đập cực lạnh ở -40°C |
| Số lượng cung ứng | 3.486+ mét (DN500/630 và DN400/560) cộng với các phụ kiện tiền chế theo yêu cầu |
| Giao hàng và thông quan | Vận chuyển đa phương thức xuyên biên giới bằng xe tải qua cửa khẩu biên giới Erenhot/Zamiin-Uud; lô hàng đầu tiên được xuất kho trong vòng 21 ngày lịch |
| Kết quả kỹ thuật đã được xác minh | Kiểm tra siêu âm (UT) trên toàn bộ mối hàn, đồng thời thực hiện kiểm tra phóng xạ (RT) để kiểm tra chọn mẫu; tỷ lệ mối hàn đạt tiêu chuẩn cao sau khi sửa chữa đạt yêu cầu nếu cần thiết |

2. Bài toán nan giải: Những thách thức cực đoan đối với hệ thống sưởi trong lớp đất đóng băng vĩnh cửu ở nhiệt độ dưới không |

①. Vỏ bọc giòn vỡ trong lớp đất đóng băng vĩnh cửu: |
Đường ranh giới đóng băng tại Ulaanbaatar sâu hơn 2,8 mét. Vỏ bọc HDPE ngoài tiêu chuẩn mất khả năng chịu va đập dẻo dai dưới −20°C. Hiện tượng nở do đóng băng theo mùa và hiện tượng lún mặt đất do lớp đất đá đóng băng vĩnh cửu gây ra hiện tượng nứt giòn nghiêm trọng, làm nước ngầm thấm vào các ô bọt PUR hở, phá hủy hiệu suất cách nhiệt và làm tăng tốc độ ăn mòn bên ngoài của lõi thép.

②. Ứng suất nhiệt trục nghiêm trọng và quá tải neo (ΔT > 110°C):
Trong các hệ thống sưởi tập trung vận hành từ điều kiện ngừng hoạt động lạnh (khoảng 0°C–10°C trong các rãnh chôn ngầm) lên đến nhiệt độ cung cấp cực đại là 130°C, chênh lệch nhiệt độ vượt quá 110°C–120°C. Đối với các đoạn ống thép carbon DN500 thẳng hoàn toàn bị cố định, sự giãn nở nhiệt bị ngăn cản tạo ra lực nén trục vượt hàng trăm tấn (F = E A α ΔT, sinh ra khoảng 300–450 tấn lực đẩy). Nếu không thực hiện phân tích ứng suất chính xác, các lực này sẽ làm cong vênh đường ống và phá hủy các khối neo bê tông.

③. Thiếu hồ sơ lưu trữ và khoảng thời gian thi công hẹp:
Khách hàng không có bản đồ tiện ích ngầm chính xác cho mạng lưới sưởi cũ từ những năm 1970. Trong khi đó, khoảng thời gian thi công bị giới hạn nghiêm ngặt từ tháng Năm đến tháng Chín; bất kỳ sai sót trong thiết kế hay chậm trễ giao hàng nào cũng sẽ gây ra khủng hoảng sưởi nghiêm trọng trước khi mùa đông đóng băng.

3. Giải pháp kỹ thuật Sanjie và 4 lần chỉnh sửa bản vẽ

Bản sửa đổi 1.0 (Điều chỉnh kích thước thủy lực và tối ưu hóa vận tốc): Đã khắc phục các điểm nghẽn tổn thất áp suất ban đầu bằng cách chọn đường kính ống chính là DN500 (20") trong khi duy trì vận tốc nước nóng trong khoảng tối ưu từ 1,5 đến 2,2 m/s.
Bản sửa đổi 2.0 (Vật liệu và tôi cứng cấp độ Siberia): Đã nâng cấp lớp vỏ ngoài lên loại polyetylen PE100 đã được cải tiến để chịu lạnh (ESCR > 1000 giờ, kiểm nghiệm không nứt dưới tác động nhiệt độ thấp –40°C). Thành phần cách nhiệt PUR được pha chế với hệ số dẫn nhiệt lambda ≤ 0,029 W/(m·K), phù hợp tiêu chuẩn EN 253:2019+A1:2024.
Bản sửa đổi 3.0 (Kiểm soát ứng suất nhiệt và kỹ thuật neo): Đã tích hợp khớp nối giãn nở dạng bao su trục và các khối neo tăng cường được thiết kế theo phương pháp phần tử hữu hạn (tuân thủ quy tắc thiết kế EN 13941) nhằm hấp thụ an toàn sự giãn nở dọc trục đồng thời ngăn ngừa hiện tượng mỏi chảy của đường ống.
Cập nhật phiên bản 4.0 (vượt chướng ngại vật 3D và gia công theo yêu cầu): Dựa trên quét 3D đào rãnh thời gian thực, Sanjie đã gia công trước tại nhà máy các cút lệch tâm và phụ kiện chuyển tiếp phi tiêu chuẩn theo đơn đặt hàng (đáp ứng tiêu chuẩn EN 448), loại bỏ hoàn toàn việc cắt và hàn tại hiện trường—công việc đặc biệt khó khăn trong điều kiện nhiệt độ dưới 0°C.
Sản xuất khẩn cấp và hậu cần làn xanh: Huy động dây chuyền phun bọt liên tục để sản xuất đoạn đường ống chính đầu tiên trong vòng 10 ngày, đồng thời đảm bảo thông quan ưu tiên xuyên biên giới qua cửa khẩu Erenhot nhằm giao hàng tới hiện trường trước khi mặt đất đóng băng.

4. Giá trị đo lường được và độ tin cậy đối với cơ quan quản lý đô thị

Không gián đoạn dịch vụ: Duy trì hệ thống sưởi đô thị ổn định tại Ulaanbaatar suốt các mùa đông khắc nghiệt (−42°C), không rò rỉ, không nứt lớp vỏ bảo vệ và không có khiếu nại nào về hiệu suất sưởi.
kiểm tra hàn lần đầu đạt 100%: Chứng chỉ kiểm tra nhà máy đầy đủ (MTC 3.1), kiểm tra siêu âm (UT) trên toàn bộ mối hàn, đồng thời thực hiện kiểm tra bằng tia X (RT) để xác minh chọn mẫu; tỷ lệ mối hàn đạt yêu cầu sau khi sửa chữa đạt chuẩn (nếu cần).

5. Danh sách kiểm tra yêu cầu báo giá (RFQ) dành cho nhà thầu cấp nhiệt khu vực

1. Thông số ống dẫn chính: liền khối hoặc hàn
2. Nhiệt độ vận hành: nước cấp / nước hồi (°C; ví dụ: 130°C / 70°C)
3. Áp suất thiết kế: (1,6 MPa, 2,5 MPa hoặc tùy chỉnh theo tiêu chuẩn EN 13941)
4. Độ sâu chôn lấp tính từ đỉnh ống bọc đến mặt đất & độ sâu đường đóng băng cục bộ (m)
5. Danh sách phụ kiện: ống bù giãn nở, neo chặn lực cố định, cút chuyển hướng theo tiêu chuẩn EN 448