Конструктивные решения тепловых сетей при подземной и надземной

прокладке. Конструкции узлов теплопроводов, трубы и арматура. Прочностной расчет трубопроводов.

Теплопроводы прокладывают подземным или надземным способом. Подземный способ является основным в жилых, районах, так как при этом не загромождается территория и не ухудшается архитектурный облик города. Надземный способ применяют обычно на территориях промышленных предприятий при совместной прокладке энергетических и технологических трубопроводов. В жилых районах надземный способ используют только в особо тяжелых условиях: вечномерзлотные и проседающие при оттаивании грунты, заболоченные участки, большая густота существующих подземных сооружений, сильно изрезанная оврагами местность, пересечение естественных и искусственных препятствий.

Подземные теплопроводы в настоящее время прокладывают в проходных и непроходных каналах (применявшиеся ранее полупроходные каналы сейчас не используют) или бесканальным способом. Кроме того, в жилых микрорайонах распределительные сети прокладывают иногда в технических подпольях (коридорах, тоннелях) зданий, что удешевляет и упрощает строительство и эксплуатацию.

При прокладке в каналах и технических подпольях зданий теплопроводы защищены со всех сторон от механических воздействий и нагрузок и в некоторой степени от грунтовых и поверхностных вод. Для восприятия собственного веса теплопровода устанавливают специальные подвижные опоры. При бесканальной прокладке теплопроводы непосредственно контактируют с грунтом и внешние механические нагрузки воспринимаются трубой и теплоизоляционной конструкцией. При этом подвижных опор не устанавливают, а теплопроводы укладывают прямо на грунт или слой песка и гравия. Стоимость бесканальной прокладки на 25—30% меньше, чем в каналах, однако условия работы теплопроводов тяжелее.

Глубина заложения теплопроводов от верхнего уровня каналов или изоляционной конструкции (при бесканальной прокладке) до поверхности земли составляет 0,5—-0,7 м. При высоком уровне грунтовых вод его искусственно снижают устройством попутного дренажа из гравия, песка и дренажных труб под каналом или изоляционной конструкцией.

Каналы в настоящее время изготовляют, как правило, из унифицированных сборных железобетонных деталей. Для защиты от грунтовых и поверхностных вод наружную поверхность каналов покрывают битумом с оклейкой гидрозащитным рулонным материалом. Для сбора влаги, которая попадает внутрь каналов, их дну следует придавать поперечный уклон не менее 0,002 в одну сторону, где делаются иногда закрытые (плитами, решетками) лотки, по которым вода стекает в сборные приямки, откуда отводится в водостоки.

Следует отметить, что, несмотря на гидроизоляцию каналов, естественная влага, содержащаяся в грунте, проникает в них через их наружные стенки, испаряется и насыщает воздух. При охлаждении влажного воздуха на перекрытиях и стенках канала скапливается влага, которая стекает вниз и может вызывать увлажнение изоляции.

В проходных каналах обеспечиваются наилучшие условия для работы, эксплуатации и ремонта теплопроводов, однако по капитальным затратам они являются наиболее дорогими. В связи с этим сооружать их целесообразно только на наиболее ответственных участках, а также при совместной прокладке теплопроводов с другими инженерными коммуникациями. При совместной прокладке различных коммуникаций проходные каналы называют коллекторами. В городах в настоящее время они получили широкое распространение. На рис. 6.4 показано сечение типового односекционного коллектора.

Проходные каналы (коллекторы) оборудуют естественной или принудительной вентиляцией, обеспечивающей температуру воздуха в канале не выше 40°С в периоды ремонтов и не выше 50°С при работе, электрическим освещением с напряжением до 30 В, телефонной свяью. Для сбора влаги в пониженных точках трассы устраивают приямки, сообщающиеся с водостоками или оборудованные откачивающими насосами с автоматическим или дистанционным управлением.

Рис. 6.4. Сечение типового городского коллектора

1 и 2 — подающий и обратный трубопроводы; 3 — конденсатопровод; 4 — телефонные кабели; 5 — силовые кабели; 6 — паропровод; 7 — водопровод

Габаритные размеры проходных каналов (коллекторов) выбирают из условия свободного доступа ко всем элементам теплопроводов, позволяющего проводить полный капитальный ремонт их без вскрытий и разрушений дорожных покрытий. Ширину прохода в канале принимают не менее 700 мм, а высоту— не менее 2 м (допускается принимать высоту до балки 1,8 м). Через каждые 200—250 м по трассе делают люки, оборудованные для спуска в канал лестницами или скобами. В местах расположения большого количества оборудования могут устраиваться специальные уширения (камеры) или сооружаться павильоны.

Рис. 6.5. Сечения непроходного канала

1 и 2 — лотковые блоки соответственно нижний и верхний; 3 — соединительный элемент с цементной забелкой; 4 — опорная плита; 5 — песчаная подготовка

Габаритные размеры непроходных каналов выбирают в основном в зависимости от расстояния между теплопроводами и между поверхностями теплоизоляционной конструкции и каналов, а также из условия обеспечения удобного доступа к оборудованию в камерах. Для уменьшения расстояния между теплопроводами оборудование на них иногда устанавливают вразбежку.

Бесканальную прокладку применяют обычно для труб небольших диаметров (до 200—300 мм), так как при прокладке таких труб в непроходных каналах условия их работы получаются практически более трудными (из-за заноса воздушного зазора в каналах грязью и сложности удаления из них влаги при этом). В последние годы в связи с повышением надежности бесканальной прокладки теплопроводов (путем внедрения сварки, более совершенных теплоизоляционных конструкций и др.) ее начинают использовать и для труб больших диаметров , (500 мм и более).

Теплопроводы, прокладываемые бесканальным способом, подразделяют в зависимости от вида теплоизоляционной конструкции: в монолитных оболочках, литые (сборно-литые) и засыпные (рис. 6.6) и в за висимости от характера восприятия весовых нагрузок: разгруженные и неразгруженные.

Рис. 6.6. Типы бесканальных теплопроводов

а —в сборной и монолитной оболочке; б—литые и сборно-литые; в — засыпные

Конструкции в монолитных оболочках выполняют обычно в заводских условиях. На трассе производится только стыковая сварка отдельных элементов и изоляция стыковых соединений. Литые конструкции могут изготовляться как в заводских условиях, так и на трассе путем заливки трубрпроводов (и стыковых соединений после опрессовки) жидкими исходными теплоизоляционными материалами с последующим их схватыванием (затвердеванием). Засыпную изоляцию выполняют на смонтированных в траншеях и спрессованных трубопроводах из сыпучих теплоизоляционных материалов.

К разгруженным относятся конструкции, в которых теплоизоляционное покрытие обладает достаточной механической прочностью и разгружает трубопроводы от внешних нагрузок (веса грунта, веса проходящего на поверхности транспорта и т. п.). К ним относятся литые (сборно-литые) и монолитные оболочки.

В неразгруженных конструкциях внешние механические нагрузки передаются через тепловую изоляцию непосредственно на трубопровод. К ним относятся засыпные теплопроводы.

На подземных теплопроводах оборудование, требующее обслуживания (задвижки, сальниковые компенсаторы, дренажные устройства спускники, воздушники и др.), размещают в специальных камерах, а гибкие компенсаторы - в нишах. Камеры и ниши, как и каналы, сооружают из сборных железобетонных элементов. Конструктивно камеры выполняют подземными или с надземными павильонами. Подземные камеры устраивают при трубопроводах Небольших диаметров и применении задвижек с ручным приводом. Камеры с надземными павильонами обеспечивают лучшее обслуживание крупногабаритного оборудования, в частности, задвижек с электро- и гидроприводами, которые устанавливают обычно при диаметрах трубопроводов 500 мм и более. На рис. 6.8 показана конструкция подземной камеры.

Габаритные размеры камер выбирают из условия обеспечения удобства и безопасности обслуживания оборудования. Для входа в подземные камеры в углах по диагонали устраивают люки — не менее двух при внутренней площади до 6 м² и не менее четырех при большей площади. Диаметр люка принимают не менее 0,63 м. Под каждым люком устанавливают лестницы или скобы с шагом не более 0,4 м для спуска в камеры. Днище камер выполняют с уклоном > 0,02 к одному из углов (под люком), где устраивают прикрываемые сверху решеткой приямки для сбора воды глубиной не менее 0,3 м и размерами в плане 0,4x0,4 м. Вода из приямков отводится самотеком или при помощи насосов в водостоки либо приемные колодцы.

Рис. 6.8. Подземная камера

Надземные теплопроводы прокладывают на отдельно стоящих опорах (низких и высоких) и мачтах, на эстакадах со сплошным пролетным строением в виде ферм или балок и на тягах, прикрепленных к верхушкам мачт (вантовые конструкции). На промышленных предприятиях применяют иногда упрощенные прокладки: на консолях (кронштейнах) по конструкциям зданий и подставках (подушках) по крышам зданий.

Опоры и мачты выполняют, как правило, железобетонными или металлическими. Пролетные строения эстакад и анкерные стойки (не подвижные опоры) обычно изготовляют металлическими. При этом строительные конструкции могут сооружаться одно-, двух- и много ярусными..

Прокладка теплопроводов на отдельно стоящих опорах и мачтах является наиболее простой и применяется обычно при небольшом числе труб (две — четыре). В настоящее время в СССР разработаны типовые конструкции отдельно стоящих низких и высоких железобетонных опор, выполняемых с одной стойкой в виде Т-образной опоры и с двумя отдельными стойками или рамами в виде П-образных опор. Для уменьшения количества стоек трубопроводы большого диаметра могут использоваться в качестве несущих конструкций для укладки или подвески к ним трубопроводов малого диаметра, требующих более частой установки опор. При прокладке теплопроводов на низких опорах расстояние между их нижней образующей и поверхностью земли должно быть не меньше 0,35 м при ширине группы труб до 1,5 м и не менее 0,5 м при ширине более 1,5 м.

Прокладка теплопроводов на эстакадах является наиболее дорогой и требует наибольшего расхода металла. В связи с этим ее целесообразно применять при большом числе труб (не менее пяти-шести), а также при необходимости регулярного надзора за ними. При этом трубопроводы больших диаметров опираются обычно непосредственно на стойки эстакад, а малых — на опоры, уложенные в пролетном строении.

Прокладка теплопроводов на подвесных (вантовых) конструкциях является наиболее экономичной, так как позволяет значительно увеличить расстояние между мачтами и тем самым уменьшить расход строительных материалов. При совместной прокладке трубопроводов различных диаметров между мачтами выполняются прогоны из швеллеров, подвешенных на тягах. Такие прогоны позволяют устанавливать дополнительные опоры для трубопроводов малых диаметров.

Для обслуживания оборудования (задвижек, сальниковых компенсаторов) устраивают площадки с ограждениями и лестницами: стационарные при расстоянии от низа теплоизолирующей конструкции до поверхности земли 2,5 м и более или передвижные — при меньшем расстоянии, а в труднодоступных местах и на эстакадах — проходные мостики. При прокладке теплопроводов на низких опорах в местах установки оборудования должно предусматриваться покрытие поверхности земли бетоном, а на оборудовании — устройство металлических кожухов.

Трубы и араматура. Для строительства тепловых сетей используют стальные трубы, соединяемые при помощи электрической или газовой сварки. Стальные трубы подвергаются внутренней и наружной коррозии, что снижает срок службы и надежность тепловых сетей. В связи с этим для местных систем горячего водоснабжения, которые подвержены усиленной коррозии, применяют трубы стальные оцинкованные. В ближайшем будущем намечается применение эмалированных труб.

Из стальных труб для тепловых сетей в настоящее время используют в основном электросварные с продольным прямым и спиральным швом и бесшовные, горячедеформированные и холоднодеформированные, изготовляемые из сталей марок Ст. 3, 4, 5, 10, 20 и низколегированных. Выпускаются электросварные трубы до условного диаметра 1400 мм, бесшовные — 400 мм. Для сетей горячего водоснабжения могут применяться также водогазопроводные стальные трубы.

В последние годы ведутся работы по использованию для теплоснабжения неметаллических труб (асбестоцементных; полимерных, стеклянных и др.). К их достоинствам относится высокая антикоррозионная устойчивость, а у полимерных и стеклянных труб и более низкая шероховатость по сравнению со стальными трубами. Асбестоцементные и стеклянные трубы соединяют при помощи специальных конструкций, а полимерные трубы — на сварке, что значительно упрощает монтаж и повышает надежность и герметичность соединений. Основным недостатком указанных неметаллических труб являются невысокие допустимые значения температур и давлений теплоносителя—примерно 100°С и 0,6 МПа. В связи с этим их можно использовать только в сетях, работающих с низкими параметрами воды, например в системах горячего водоснабжения, конденсатопроводах и др.

Арматура, применяемая в тепловых сетях, по назначению подразделяется на запорную, регулировочную, предохранительную (защитную), дросселирующую, конденсатоотводящую и контрольно-измерительную.

К основной арматуре общего назначения относят обычно запорную арматуру, так как она используется наиболее широко непосредственно на трассе тепловых сетей. Остальные виды арматуры устанавливаются, как правило, в тепловых пунктах, насосных и дросселирующих подстанциях и др.

Основными типами запорной арматуры тепловых сетей являются задвижки и вентили. Задвижки применяются обычно в водяных сетях, вентили — в паровых. Изготовляют их из стали и чугуна с фланцевыми и муфтовыми присоединительными концами, а также с концами под приварку труб на различные условные диаметры.

Запорная арматура в тепловых сетях устанавливается на всех трубопроводах, отходящих от источника тепла, в узлах ответвлений с d_y>100 мм, в узлах ответвлений к отдельным зданиям при d_y 50 мм и длине ответвления l > 30 м или к группе зданий с суммарной нагрузкой до 600 кВт (0,5 Гкал/ч), а также на штуцерах для спуска воды, выпуска воздуха и пусковых дренажей. Кроме того, в водяных сетях устанавливаются секционирующие задвижки: при d_y >100 мм через l_ceкц<1000 м; при d_y=350...500 мм через l_секц<1500 м при условии спуска воды из секции и ее заполнения водой не более чем за 4 ч, и при d_y > 600 мм через l_cекц <3000 м при условии спуска воды из секции и ее заполнения водой не более чем за 5 ч.

В местах установки секционирующих задвижек делаются перемычки между подающими и обратными трубопроводами с диаметром, равным 0,3 диаметра основных трубопроводов, для создания циркуляции теплоносителя при авариях. На перемычке последовательно устанавливаются две задвижки и контрольный вентиль между ними на d_y = 25 мм для проверки плотности закрытия задвижек.

Для облегчения открытия задвижек с d_y > 350 мм на водяных сетях и с d_y > 200 мм и р_у >1,6 МПа на паровых сетях, требующих большого вращательного момента, делают обводные линии (разгрузочные байпасы) с запорным вентилем. В этом случае затвор разгружается от сил давления при открытии задвижек и уплотнительные поверхности предохраняются от износа. В паровых сетях обводные линии используются также для пуска паропроводов. Задвижки с d_y > 500 мм, требующие для своего открытия или закрытия вращательного момента более 500 Н-м, должны применяться с электроприводом. С электроприводом предусматривают также все задвижки при дистанционном управлении.

Трубы и арматуру выбирают из выпускаемого сортамента в зависимости от условного давления, рабочих (расчетных) параметров теплоносителя и окружающей среды.

Условное давление определяет максимально допустимое давление, которое длительно могут выдержать трубы и арматура определенного типа при нормальной температуре среды + 20°С. При повышении температуры cреды допустимое давление снижается.

Рабочие давления и температуры теплоносителя для выбора труб, арматуры и оборудования тепловых сетей, а также для расчета трубопроводов на прочность и при определении нагрузок на строительные конструкции должны приниматься равными, как правило, номинальным (максимальным) значениям в подающих трубопроводах или на нагнетании насосов с учетом рельефа местности. Значения рабочих параметров для различных случаев, а также ограничения при выборе материалов труб и арматуры в зависимости от рабочих параметров теплоносителя и окружающей среды указаны в СНиП II-36-73.

где р_раб — рабочее давлениетеплоносителя, Па; D_H — наружный диаметр трубы, мм; [ ] —допустимое напряжение материала трубы при рабочей температуре теплоносителя, Па; — коэффициент прочности сварного шва; с — прибавка к расчетной толщине стенки трубы, мм.