Выбор конструкций тепловых сетей. Дренаж подземных каналов
Наружные тепловые сети состоят : из трубопроводов; тепловой изоляции; антикоррозионной защиты трубопроводов; трубопроводной запорно-регулирующей и измерительной арматуры и линейного оборудования; компенсаторов; дренажных устройств; строительных конструкций, ограждающих трубопровод; сооружений на тепловых сетях.
Для трубопроводов наружных тепловых сетей, (теплопроводов) используют стальные бесшовные или электросварные трубы. Фасонные части, устанавливаемые на наружных теплопроводах (отводы, переходы и пр.)г должны быть также стальными сварными, гнутыми или штампованными.
Тепловую, изоляцию теплопроводов устраивают, чтобы избежать непроизводительных потерь тепловой энергии в окружающую среду по пути следования теплоносителя от места его приготовления до потребителей. Уменьшая непроизводительные потери тепла, тепловая изоляция одновременно защищает металлические поверхности труб, оборудования и изделий от разрушающего влияния влаги.
В качестве тепловой изоляции используют различные материалы, обладающие низким коэффициентом теплопроводности, долговечностью, достаточной механической прочностью, малой гигроскопичностью. Кроме того, тепловая изоляция должна иметь хорошую тепло- и влаго- устойчивость и гидрофобность; при малой теплоустойчивости тепловая изоляция может преждевременно разрушиться, а при высокой влажности повышается ее теплопроводность.
Для тепловой изоляции применяют минеральную вату, перлитобетонные и пенопластовые скорлупы, литые армопенобетонные и битумоперлитные покрытия труб и пр. Конструктивно тепловая изоляция может быть мастичной, формовочной (штучной, сегментной), засыпной (набивной), оберточной и литой.
Антикоррозионное покрытие наружной поверхности труб и оборудования делают для защиты их от коррозии, которая интенсивно действует на металл трубопроводов, проложенных в земле. Для антикоррозионных покрытий используют лаки, краски, эмали, мастики, рулонные материалы и пр.
Антикоррозионные покрытия, как правило, выполняют в заводских условиях ; на строительной площадке заделывают только стыки трубопроводов после их испытания на прочность и плотность и исправляют возможные повреждения антикоррозионного покрытия, появившиеся при транспортировании, разгрузке или монтаже трубопроводов. При этом следует знать, что поврежденную заводскую изоляцию восстановить на строительной площадке довольно сложно. Поэтому при разгрузке и монтаже труб, покрытых антикоррозионной изоляцией, следует осторожно обращаться с ними, так как изоляция не обладает высокой механической прочностью. Захватывать трубы крюками, обматывать их канатами можно только за неизолированные концы (по 300 мм на каждом конце). Опирать трубы следует также на их концы.
В качестве трубопроводной запорно-регулирующей арматуры используют стальные задвижки различных конструкций . Задвижки устанавливают для отключения отдельных участков теплопровода и для регулирования расхода теплоносителя.
Измерительная арматура - манометры и термометры служит для измерения давления и температуры теплоносителя .
Краны применяют для выпуска воздуха из трубопровода при его заполнении теплоносителем, а также для выпуска теплоносителя из труб.
Стальные трубы под действием температуры теплоносителя деформируются: с увеличением нагрева - удлиняются, при падении температуры - укорачиваются. Эта способность стальных труб к деформации в пределах допускаемых напряжений в металле труб называется естественной компенсацией или самокомпенсацией. Деформация теплопровода происходит за счет упругих свойств металла, изменения геометрической формы трубопровода и эластичности его углов и изгибов.
Для восприятия температурных удлинений и разгрузки трубопроводов от температурных напряжений на тепловых сетях устраивают компенсирующие устройства: сальниковые или П-образные компенсаторы.
Дренажные устройства предназначены для искусственного осушения грунта в месте укладки тепловых сетей , понижения уровня грунтовых вод и защиты от их проникновения в каналы тепловых сетей и далее к трубопроводам. При незначительном притоке воды и низком уровне грунтовых вод достаточно уложить под основание канала для дренажа слой крупнозернистого песка или гравия. В тех случаях, когда уровень грунтовых вод высокий, под основание канала укладывают слой песка или гравия, а также дренажные трубы (керамические, асбестоцементные или бетонные диаметром не менее 150 мм), располагаемые параллельно каналу с одной или двух его сторон либо под основанием канала. Дренажные трубы засыпают песком или гравием.
Вода в дренажных трубах движется самотеком, поэтому трубы прокладывают с единым уклоном на всем протяжении от места сбора грунтовых вод до места сброса их в ливнесток. Продольный уклон дренажной линии должен быть не менее 0,003. Через каждые 35- 40 м на дренажной линии устанавливают смотровые дренажные колодцы, которые выкладывают из кирпича или железобетонных колец.
Строительные ограждающие конструкции, каналы, коллекторы, туннели, футляры - защищают теплопроводы от внешних разрушительных воздействий: поверхностных и грунтовых вод, нагрузки от собственного веса трубопроводов и оборудования, давления грунта, силы пучения грунтов и других влияний в зависимости от местных условий. Кроме того, строительные конструкции предохраняют изоляцию, линейное оборудование от преждевременного разрушения. Строительные конструкции, выполняемые из бетона, железобетона и кирпича, должны быть герметичными, прочными, долговечными, устойчивыми, не слишком тяжелыми, удобными при монтаже и дешевыми. Форма ограждающих конструкций различна. Наиболее индустриальные сборные ограждающие конструкции из бетонных и железобетонных изделий, так как их применение дает возможность в большей степени использовать механизмы.
Нередко теплотрассы и водопроводы приходится прокладывать на подтопляемых территориях. В таком случае приходится прокладывать линейные сопутствующие дренажи. То есть необходим дренаж подземных каналов. Проще говоря, нужно обеспечить водоотвод вдоль всей линии подземного трубопровода. А в глинистых грунтах еще нужно проложить и профилактический дренаж .
Глубина закладки сопутствующего дренажа должна быть ниже самой низкой отметки объекта не менее чем на 0,3-0,7 м. Примыкание дренажного трубчатого канала к водоотводному коллектору должно быть с зазором от 0,7 до 1 м. Зазор необходим для установки смотрового колодца. При прокладывании проходных осушительных каналов под всей длиной подземных трубопроводов, также необходимо располагать смотровые колодцы, которые нужны для проведения очистки дренажных трубок от осадка.
Если дренаж участка происходит на глинистых грунтах, то необходимо по всей длине канала под его основанием, проложить пластовый песчаный дренаж. Поверхность пластового песчаного дренажа должна непосредственно соприкасаться с обсыпкой трубчатого дренажа для лучшего водоотвода.
Если канал проходит в тяжелых или глинистых грунтах, где коэффициент естественной фильтрации воды меньше 5 кубометров в сутки, то требуется по обеим сторонам канала проложить песчаные призмы. Их коэффициент фильтрации должен составлять минимум 5 кубометров воды в сутки. Назначение этих призм заключается в приеме на себя воды, поступающей с обеих сторон канала. Устройство таких песчаных призм аналогично призмам головного канала или
Сотрудниками администрации города Твери проводится обследование систем попутного дренажа тепловых сетей - неотъемлемой части инфраструктуры теплоснабжения областного центра. Состояние дренажных систем в различных районах разное и зависит не только от времени эксплуатации, но и от обслуживающей организации.
Одним из поводов для проверки стала недавняя ситуация в районе пересечения улиц Мичурина и Жореса в Заволжском районе города. Напомним, тогда в результате прорыва теплосетей произошло подтопление придомовых территорий двух многоквартирных домов по улице Мичурина. Исправная система попутного дренажа позволила бы значительно смягчить подобные последствия прорыва, если вовсе не свести их на нет.
По сути своей попутный дренаж - это система, призванная отводить от теплового трубопровода любую внешнюю влагу: просочившиеся осадки, грунтовые воды, а также последствия мелких протечек. При исправно работающей системе все эти воды отводятся через трубы и колодцы попутного дренажа теплотрассы и сбрасываются в установленном порядке. В случае неисправностей дренажной системы происходит подтопление тепловых сетей водой нанося им серьёзный ущерб, приводя к усилению наружной коррозии трубопроводов и потерям тепловой энергии.
Как показало обследование, на улице Мичурина ситуация с попутным дренажём далека от нормативной. Колодцы, которые должны быть чистыми и готовыми к пропуску воды, на деле забиты илом, обломками асфальта и иным мусором. Пропустить через себя воду в сколь-нибудь значительных объёмах они неспособны физически. Напомним, что дренажная система - часть системы теплоснабжения, и за её состоянием должна следить теплоснабжающая организация, в данном случае - ООО «Тверская генерация».
Диаметрально противоположная ситуация - на улице Оснабрюкской в посёлке Мамулино. Единственное, что заполняет дренажный колодец - вода, да и то до определённого уровня. Трубы дренажной системы чистые, находятся выше уровня воды, а значит в любой момент могут пропустить через систему избыток жидкости. Обслуживание данных колодцев производит МУП «Сахарово», и по состоянию дренажа видно, что производит регулярно. «Главная» труба - теплотрасса - сухая даже в ненастную погоду, что является первым признаком нормально функционирующего попутного дренажа.
Работа по контролю за состоянием систем попутного дренажа, как и тепловой инфраструктуры города в целом, будет продолжаться в плановом режиме. Предприятиям, нарушающим технологию и правила содержания сетей, выдаются рекомендации принять меры для исправления ситуации.
Дренаж тепловых сетей
При подземной прокладке теплопроводов во избежание проникновения воды к тепловой изоляции предусматривают искусственное понижение уровня грунтовых вод. Для этой цели совместно с теплопроводами прокладывают дренажные трубопроводы ниже основания канала на 200 мм. Дренажное устройство состоит из дренажной трубы и фильтрационного материала обсыпки из песка и гравия. В зависимости от условий работы применяют различные дренажные трубы: для безнапорных дренажей - раструбные керамические, бетонные и асбестоцементные, для напорных - стальные и чугунные диаметром не менее 150 мм.
На поворотах и при перепадах заложений труб устраивают смотровые колодцы по типу канализационных. На прямолинейных участках такие колодцы предусматривают не менее чем через 50 м. Если отвод дренажной воды в водоемы, овраги или в канализацию самотеком невозможен, строят насосные станции, которые размещают вблизи колодцев на глубине, зависящей от отметки дренажных труб. Насосные станции строят, как правило, из железобетонных колец диаметром 3 м. Станция имеет два отсека - машинный зал и резервуар для приема дренажной воды.
Теплофикационные камеры предназначены для обслуживания оборудования, установленного на тепловых сетях при подземной прокладке. Размеры камеры определяются диаметром трубопроводов тепловой сети и габаритами оборудования. В камерах устанавливают запорную арматуру, сальниковые и дренажные устройства и др. Ширину проходов принимают не менее 600 мм, а высоту - не менее 2 м.
Теплофикационные камеры - сложные и дорогостоящие подземные сооружения, поэтому их предусматривают только в местах установки запорной арматуры и сальниковых компенсаторов. Минимальное расстояние от поверхности земли до верха перекрытия камеры принимают равным 300 мм.
В настоящее время широко применяются теплофикационные камеры из сборного железобетона. В некоторых местах камеры выполняют из кирпича или монолитного железобетона.
На теплопроводах диаметром 500 мм и выше применяют задвижки с электроприводом, имеющие высокий шпиндель, поэтому над заглубленной частью камеры сооружают надземный павильон высотой около 3 м.
Опоры. Для обеспечения организованного совместного перемещения трубы и изоляции при тепловых удлинениях применяют подвижные и неподвижные опоры.
Неподвижные опоры, предназначенные для закрепления трубопроводов тепловых сетей в характерных точках, используют при всех способах прокладки. Характерными точками на трассе тепловой сети принято считать места ответвлений, места установки задвижек, сальниковых компенсаторов, грязевиков и места установки неподвижных опор. Наибольшее распространение получили щитовые опоры, которые применяют как при бесканальной прокладке, так и при прокладке трубопроводов тепловых сетей в непроходных каналах.
Расстояния между неподвижными опорами определяют обычно расчетом труб на прочность у неподвижной опоры и в зависимости от величины компенсирующей способности принятых компенсаторов.
Подвижные опоры устанавливают при канальной и бесканальной прокладке трубопроводов тепловой сети. Существуют следующие типы различных конструкций подвижных опор: скользящие, катковые и подвесные. Скользящие опоры применяют при всех способах прокладки, кроме бесканальной. Катковые используют при надземной прокладке по стенам зданий, а также в коллекторах, на кронштейнах. Подвесные опоры устанавливают при надземной прокладке. В местах возможных вертикальных перемещений трубопровода используют пружинные опоры.
Расстояние между подвижными опорами принимают исходя из прогиба трубопроводов, который зависит от диаметра и толщины стенки труб: чем меньше диаметр трубы, тем меньше расстояние между опорами. При прокладке в каналах трубопроводов диаметром 25-900 мм расстояние между подвижными опорами принимается соответственно 1,7-15 м. При надземной прокладке, где допускается несколько больший прогиб труб, расстояние между опорами для тех же диаметров труб увеличивают до 2-20 м.
Компенсаторы применяют для снятия температурных напряжений, возникающих в трубопроводах при удлинении. Они могут быть гибкими П-образными или омега-образными, шарнирными или сальниковыми (осевыми). Кроме того, используют имеющиеся на трассе повороты трубопроводов под углом 90-120°, которые работают как компенсаторы (самокомпенсация). Установка компенсаторов сопряжена с дополнительными капитальными и эксплуатационными затратами. Минимальные затраты получаются при наличии участков самокомпенсации и применении гибких компенсаторов. При разработке проектов тепловых сетей принимают минимальное число осевых компенсаторов, максимально используя естественную компенсацию теплопроводов. Выбор типа компенсатора определяется конкретными условиями прокладки трубопроводов тепловых сетей, их диаметром и параметрами теплоносителя.
Противокоррозионное покрытие трубопроводов. Для защиты теплопроводов от наружной коррозии, вызываемой электрохимическими и химическими процессами под воздействием окружающей среды, применяют противокоррозионные покрытия. Высоким качеством обладают покрытия, выполненные в заводских условиях. Тип противокоррозионного покрытия зависит от температуры теплоносителя: битумная грунтовка, несколько слоев изола по изольной мастике, оберточная бумага или шпатлевка и эпоксидная эмаль.
Тепловая изоляция. Для тепловой изоляции трубопроводов тепловых сетей используют различные материалы: минеральную вату, пенобетон, армо-пенобетон, газобетон, перлит, асбестоцемент, совелит, керамзитобетон и др. При канальной прокладке широко применяют подвесную изоляцию из минеральной ваты, при бесканальной - из автоклавного армопенобетона, асфаль-тоизола, битумоперлита и пеностекла, а иногда и засыпную изоляцию.
Тепловая изоляция состоит, как правило, из трех слоев: теплоизоляционного, покровного и отделочного. Покровный слой предназначен для защиты изоляции от механических повреждений и попадания влаги, т. е. для сохранения теплотехнических свойств. Для устройства покровного слоя используют материалы, обладающие необходимой прочностью и влагоне-проницаемостью: толь, пергамин, стеклоткань, фольгоизол, листовую сталь и дюралюминий.
В качестве покровного слоя при бесканальной прокладке теплопроводов в умеренно влажных песчаных грунтах применяют усиленную гидроизоляцию и асбестоцементную штукатурку по каркасу из проволочной сетки; при канальной прокладке - асбестоцементную штукатурку по каркасу из проволочной сетки; при надземной прокладке - асбестоцементные полуцилиндры, кожух из тонколистовой стали, оцинкованную или окрашенную алюминиевую краску.
Подвесная изоляция представляет собой цилиндрическую оболочку на поверхности трубы, изготовленную из минеральной ваты, формованных изделий (плит, скорлуп и сегментов) и автоклавного пенобетона.
Толщину слоя тепловой изоляции принимают согласно расчету. В качестве расчетной температуры теплоносителя принимают максимальную, если она не изменяется в течение рабочего периода сети (например, в паровых и конденсатных сетях и трубах горячего водоснабжения), и среднюю за год, если температура теплоносителя изменяется (например, в водяных сетях). Температуру окружающей среды в коллекторах принимают +40°С, грунта на оси труб - среднюю за год, температуру наружного воздуха при надземной прокладке - среднюю за год. В соответствии с нормами проектирования тепловых сетей предельная толщина тепловой изоляции принимается исходя из способа прокладки:
При надземной прокладке и в коллекторах при диаметре труб 25-1400
мм толщина изоляции 70-200 мм;
В каналах для паровых сетей - 70-200 мм;
Для водяных сетей - 60-120 мм.
Арматуру, фланцевые соединения и другие фасонные части тепловых сетей, так же, как и трубопроводы, покрывают слоем изоляции толщиной, равной 80% толщины изоляции трубы.
При бесканальной прокладке теплопроводов в грунтах с повышенной коррозионной активностью возникает опасность коррозии труб от блуждающих токов. Для защиты от электрокоррозии предусматривают мероприятия, исключающие проникание блуждающих токов к металлическим трубам, либо устраивают так называемый электрический дренаж или катодную защиту (станции катодной защиты).
При проектировании подземные тепловые сети желательно располагать выше уровня фунтовых вод. Если практически это неосуществимо, то при прокладке тепловых сетей ниже макси-мального уровня стояния фунтовых вод необходимо предусмат-ривать попутный дренаж, а для наружной поверхности строитель-ных конструкций — обмазочную битумную изоляцию. При невоз-можности применения попутного дренажа следует предусматривать оклеечную гидроизоляцию из битумных рулонных материалов и с защитными ограждениями на высоту, превышающую максималь-ный уровень грунтовых вод на 0,5 м, или другую эффективную изоляцию. Для искусственного осушения фунта в местах распо-ложения тепловых сетей, понижения уровня фунтовых вод и за-щиты от их проникания к трубопроводам служат различные дре-нажные устройства. Выбор конструкции дренажа зависит от усло-вий прокладки теплосетей, например от уровня и направления движения фунтовых вод, от их дебита, от уклона трассы тепловых сетей, характера строения фунта.
При незначительном притоке воды и низком уровне фунтовых вод достаточно уложить под основание канала для дренажа слой крупнозернистого песка или мелкого фавия. В тех случаях, когда уровень фунтовых вод высокий, под основание канала укладыва-ют слой фавия или песка с устройством попутного дренажа, рас-полагаемого параллельно каналу — с одной или двух его сторон.
Для попутного дренажа с основном применяют асбестоцемент-ные трубы с муфтами, керамические канализационные раструбные трубы, полиэтиленовые трубы, а также готовые трубофильтры. Сборные дренажи из крупнозернистых керамзитобетонных тру- бофильтров получили наибольшее распространение. Благодаря большой пористости стенок вода свободно проникает внутрь труб. При использовании трубофильтров исключается необходимость устройства гравий но-песчаной обсыпки и облегчается возмож-ность механизации строительно-монтажных работ по прокладке дренажа. Диаметр дренажных труб выбирают из расчетного коли-чества отводимых труб, но не менее 150 мм.
Трубы керамические канализационные (гончарные) покрывают внутри и снаружи глазурью. Для фильтрации грунтовой воды внутрь дрена в трубах сверлят отверстия диаметром 10 мм по окружности, за исключением нижнего сектора, с шагом 200— 300 мм. Раструбные соединения снизу на 0,5 диаметра зачеканивают цементным раствором или асфальтовой мастикой, а сверху засыпают гравием фракции 20-30 мм.
Конструкция теплосети
а— канал с дренажем совершенного типа; б — бесканальная прокладка в траншею с откосами и дренажем совершенного типа;
1 — трубофильтр; 2 — рабочий дренаж из щебня; 3 — щебень основания, втрамбованный в грунт;
4 — песок основания с коэффициентом фильтрации не менее 20 м/сут.; 5 — песок отсыпки с коэффици¬ентом фильтрации не менее 5 м/сут.;
К 1 - для траншей с креплениями; К 2 — для траншей с откосами
В асбестоцементных трубах перед укладкой устраивают пропи-лы (прорезы) шириной 3—5 мм и длиной, равной половине диаметра условного прохода трубы, через 200—300 мм по окружности дрена, за исключением нижнего дрена. Соединение асбестоцемен-тных труб выполняют на муфтах с заделкой по всему периметру стыка цеметным раствором.