Устаткування теплових мереж

Прохідні канали повинні бути обладнані природною вентиляцією для підтримки температури повітря не вище 30 ^О С, електричним освітленням низької напруги (до 30 В), пристроєм для швидкого відведення води з каналу. Ізоляція даних конструкцій виконується за допомогою захисту за допомогою покривного шару з гідрофобного рулонного матеріалу, наприклад поліетилену або бризолу, а також теплоізоляційної оболонки на трубопроводі від краплинної вологи.
У тих випадках, коли кількість паралельно прокладаються трубопроводів невелика (2-4), але постійний доступ до них необхідний, наприклад перетин автомагістралей з удосконаленими покриттями, теплопроводи споруджуються в напівпрохідних каналах. Габаритні розміри напівпрохідних каналів вибирають з умови проходу по них людини в напівзігнутому стані. У напівпрохідних каналах можна проводити огляд трубопроводів і дрібний ремонт теплової ізоляції при виведеної з роботи теплової мережі.
Більшість теплопроводів прокладається в непрохідних каналах або безканальної.
2.2 Конструкція теплопроводів у непрохідних каналах.
Канали збираються з уніфікованих залізобетонних елементів різних розмірів. Для надійної і довговічної роботи теплопроводу необхідний захист каналу від надходження в нього грунтових поверхневих вод. Як правило, нижня частина каналу має бути вище максимального рівня грунтових вод.
Для захисту від поверхневих вод зовнішня поверхня каналу (стіни і перекриття) покривається оклеечной гідроізоляцією з бітумних матеріалів.
При прокладанні теплопроводів нижче максимального рівня грунтових вод споруджуються попутні дренажі, знижують місцевий рівень грунтових вод по трасі теплопроводу нижче його заснування.
Основна перевага теплопроводу з повітряним зазором в порівнянні з безканальним полягає у створенні сприятливих умов для висихання теплової ізоляції, а суха теплова ізоляція, зменшує не лише теплові втрати, а й небезпека хімічної та електрохімічної зовнішньої корозії підземного теплопроводу.
У каналах з повітряним зазором ізоляційний шар може виконуватись у вигляді підвісної ізоляційної конструкції. Вона складається з трьох основних елементів: антикорозійного захисного шару, теплоізоляційного шару, захисного механічного покриття. Для збільшення довговічності теплопроводу несуча конструкція підвісної ізоляції (в'язальний дріт або металева сітка) покривається зверху оболонкою з некорродірующіх матеріалів або асбоцементной штукатуркою.
2.3 Конструкція безканальним теплопроводів.
Безканальні теплопроводи застосовуються в тому випадку, коли вони по надійності і довговічності не поступаються теплопроводів у непрохідних каналах і навіть перевершують їх, будучи більш економічними в порівнянні з останніми по початкової вартості та трудовитратам на спорудження й експлуатацію.
Всі конструкції безканальним теплопроводів можна розділити на три групи: в монолітних оболонках, засипні, литі.
Вимоги до ізоляційних конструкцій такі ж, як до конструкцій теплопроводів в каналах.
2.3.1 Конструкція безканальним теплопроводів в монолітних оболонках.
У цих теплопроводах на сталевий трубопровід накладена в заводських умовах оболонка, що поєднує тепло-та гідроізоляційні конструкції. Принципово теплопроводи можуть застосовуватися не тільки безканальної але і в каналах.
Сучасним вимогам відповідають теплопроводи з монолітною теплоізоляцією з пористого полімерного матеріалу типу пінополіуретану з замкнутими порами і інтегральної структурою. Застосування полімерного матеріалу дозволяє створювати ізоляційну конструкцію із заздалегідь заданими властивостями. Особливість інтергальной структури теплогідроізоляційні конструкції полягає в тому, що окремі шари матеріалу розподілені по щільності відповідно до їх функціонального призначення. Периферійні шари ізоляційного матеріалу, прилеглі до зовнішньої поверхні поліетиленової оболонки, мають більш високу щільність і міцність, а середній шар, що виконує основні теплоізоляційні функції, має меншу щільність, але зате й більш низьку теплопровідність. Завдяки хорошій адгезії периферійних шарів ізоляції до поверхні контакту, істотно підвищується міцність ізоляційної конструкції. Завдяки високому тепло-і елеткросопротівленію і низьким повітропроникності і вологовбирання зовнішньої поліетиленової оболонки, теплогідроізоляційні конструкція захищає теплопровід не тільки від теплових втрат, але і від зовнішньої корозії. На базі пенополімерних матеріалів створено низку модифікацій ізоляційних конструкцій теплопроводів, що проходять в даний час стадію технологічної доробки та дослідної перевірки.
Ось головні з них:
- Полімербетона ізоляція, виконувана методом формування з полімерних матеріалів з неорганічними наповнювачами в якій гідроізоляційної оболонкою служить щільний полімербетон;
- Ізоляції, що накладається на сталеву трубу методом напилення, призначена в основному для трубопроводів діаметром більше 500 мм.
Поряд з конструкціями безканальним теплопроводів з монолітними оболонками, що мають адгезію до поверхні сталевих трубопроводів, споруджуються також теплопроводи з монолітними оболонками без адгезії до поверхні трубопроводів. Одним з типів індустріальних безканальним теплопроводів в монолітних оболонках без адгезії до зовнішньої поверхні труби є теплопровід в бітумоперлітной ізоляції.
Бітумоперліт, бітумокерамзіт та інші аналогічні ізоляційні матеріали на бітумному в'яжучому компоненті володіють істотними технологічними перевагами, що дозволяють порівняно просто індустріалізувалося виготовлення монолітних оболонок на трубопроводах. Але поряд з цими вказівками технологія виготовлення оболонок потребує поліпшення для забезпечення рівномірної щільності та гомогенності бітумоперлітной маси як по периметру труби так і по її довжині. Крім того, бітумоперлітная ізоляція, при тривалому прогріві при 150 ^О С втрачає водостійкість, що веде до зниження антикорозійної стійкості. Для підвищення антикорозійної стійкості бітумопреліта в процесі виготовлення гарячої формовий маси вводять полімерні добавки в портландцемент, що підвищує температуроустойкость, вологостійкість, міцність і довговічність конструкції.
2.3.2 Конструкція безканальним теплопроводів в засипних порошках.
Ці теплопроводи знаходять застосування головним чином при трубопроводах малого діаметру - до 300 мм. Переваги даної конструкції в порівнянні з теплопроводами з монолітними оболонками полягає в простоті виготовлення ізоляційного шару (засипний порошок транспортується в упаковках). Однією з конструкцій такого типу є безканальної теплопровід в засипних самоспекающіхся асфальтити. Основний компонент для виготовлення самоспекающегося порошку - природний бітум-асфальт або штучний бітум-продукт заводів нафтопереробки.
2.4 Литі конструкції безканальним теплопроводів.
З литих конструкцій безканальним теплопроводів деякий застосування отримали теплопроводи в пінобетонному масиві. Як матеріал для спорудження таких теплопроводів може бути використаний перлітобетон. Змонтовані в траншеї сталеві трубопроводи заливаються рідкої композицією, приготовленої безпосередньо на трасі або доставленої в контейнері з виробничої бази. Після схоплювання пінобетонний або перлітбетонний масив засипається грунтом. Для захисту зовнішньої поверхні сталевих трубопроводів від адгезії з ізоляційним масивом вони покриваються зовні шаром антикорозійного мастичного матеріалу. Для підвищення антикорозійної стійкості зовнішню поверхню сталевих трубопроводів емаліруют або накладають на неї інший захисний шар.
2.5 Павільйони і камери підземних теплопроводів.
Засувки, сальникові компенсатори, воздушника, дренажна та інша арматура підземних теплопроводів, що вимагає обслуговування, розташовується звичайно в камерах. На магістральних теплопроводах діаметром 500 мм і вище в камерах розміщуються засувки з електро-або гідроприводом, що мають великі зовнішні габарити. Для створення сприятливих умов обслуговування теплопроводів з великогабаритної арматурою камери розташовуються поза проїзною частиною і над ними будують надземні споруди у вигляді павільйонів. При відсутності на теплопроводах засувок з електро-або гідроприводом, а також на теплопроводах меншого діаметра влаштовуються підземні камери без надземного павільйону. Пристрій і габаритні розміри камер повинні забезпечувати зручність і безпеку обслуговування. Кожна камера повинна мати не менше двох вихідних люків, які повинні бути відкриті при знаходженні в камері обслуговуючого персоналу. У днище камери повинні бути влаштовані приямки для збору і спуску або відкачування дренажних вод.
2.6 Перетин теплопроводами річок, залізничних шляхів і дорожніх магістралей.
Найбільш простий метод перетину річкових перешкод - прокладка теплопроводів з будівельної конструкції залізничних або автодорожніх мостів. Однак мости через річки в районі прокладки теплопроводів нерідко відсутні, а спорудження спеціальних мостів для теплопроводів при великій довжині прольоту коштує дорого. Можливими варіантами вирішення цього завдання є спорудження підвісних переходів або споруду підводного дюкера. Сучасні вдосконалені покриття автодорожніх магістралей коштують дорого, тому перетин їх знову споруджуваних теплопроводами здійснюється зазвичай закритим способом, методом щитової проходки. Така споруда проводиться за допомогою щита, що представляє собою циліндричну зварену оболонку, виконану зі звареного листа. Перетин теплопроводами залізничних або автодорожніх насипів також проводиться без зупинки руху методом проколу. За допомогою потужних гідравлічних домкратів в тіло насипу вдавлюється сталева труба-гільза, яка наскрізно проходить через насип. Після очищення від грунту ця труба використовується в якості гільзи-оболонки, всередині якої прокладається ізольований теплопровід. При перетині насипів електрифікованих залізниць теплопровід необхідно електрично ізолювати від сталевої гільзи для захисту його електрокорозії.
2.7 Захист підземних теплопроводів від затоплення та зволоження.
Одним з основних умов довговічності підземних теплопроводів є захист їх від затоплення грунтовими або верховими водами. Затоплення призводить до псування ізоляції і зовнішньої корозії трубопроводів. Єдине рішення при прокладанні теплопроводів нижче рівня грунтових вод полягає в зниженні цього рівня за допомогою поздовжнього дренажу. Конструкція самого теплопроводу залишається в цьому випадку такий же, як і для сухих грунтів.
Основна вимога до дренажу грунтових вод у зоні прокладання теплопроводу полягає в тому, щоб рівень грунтових вод при роботі дренажу, була нижче днища каналу або нижньої позначки ізоляційної конструкції теплопроводу при безканальній прокладці. Для захисту теплопроводу від поверхневих вод в першу чергу необхідна планування поверхні землі над теплопроводу. Відмітка поверхні землі над теплопроводів повинна трохи перевищувати позначку навколишнього грунту. Дуже бажано влаштування над теплопроводів вуличного одягу у вигляді асфальтового покриття.
Досвід показує, що теплопроводи, що працюють цілий рік, знаходяться в кращому стані, ніж працюють сезонно або періодично.
2.8 Надземні теплопроводи.
Надземні теплопроводи зазвичай укладаються на окремо стоячих опорах, на вантових конструкціях, підвішених до пілонів щогл, на естакадах. У СРСР були розроблені типові конструкції надземних теплопроводів на окремо стоячих високих і низьких залізобетонних опорах. При прокладанні теплопроводів на низьких опорах відстань між нижньої твірної ізоляційної оболонки трубопроводу і поверхнею землі приймається не менш як 0,35 м при ширині групи труб до 1,5 м і не менше 0,5 м. Високі окремо стоять опори можуть виконуватися жорсткими, гнучкими і хитними. Матеріали для щогл вибираються в залежності від типу і призначення теплопроводу. Найбільш підходящим матеріалом для щогл стаціонарних конструкцій є залізобетон. У місцях установки арматури трубопроводів необхідно передбачити пристосування для зручного підйому обслуговуючого персоналу та безпечного обслуговування арматури. У цих місцях зазвичай влаштовуються майданчики з огорожами і постійними сходами.
 
3. Теплоізоляційні матеріали і конструкції.
Важливе значення у пристрої теплопроводу має теплова ізоляція. Від якості ізоляційної конструкції теплопроводу залежать не лише теплові втрати, але і його довговічність. При відповідній якості матеріалів і технології виготовлення теплова ізоляція може одночасно виконувати роль антикорозійного захисту зовнішньої поверхні сталевого трубопроводу. До таких матеріалів, відносяться поліуретан і похідні на його основі - полімербетон і бион.
Основні вимоги до теплоізоляційних конструкцій полягає в наступному:
· Низька теплопровідність як у сухому стані так і в стані природної вологості;
· Мале водопоглинання і невелика висота капілярного підйому рідкої вологи;
· Мала корозійна активність;
· Високий електричний опір;
· Лужна реакція середовища (pH> 8,5);
· Достатня механічна міцність.
Основними вимогами для теплоізоляційних матеріалів паропроводів електростанцій та котелень є низька теплопровідність та висока температуростійкість. Такі матеріали зазвичай характеризуються великим вмістом повітряних пір і малої об'ємною щільністю.
Остання якість цих матеріалів зумовлює їх підвищені гігроскопічність і водопоглинання.
Одне з основних вимог до теплоізоляційних матеріалів для підземних теплопроводів полягає в малому водопоглинанні. Тому високоефективні теплоізоляційні матеріали з великим змістом повітряних пір, легко всмоктуючі вологу з навколишнього грунту, як правило, непридатні для підземних теплопроводів.
Вибір теплоізоляційної конструкції та її розмірів залежить від типу теплопроводу та розташованих вихідних матеріалів і виконується на основі техніко-економічних розрахунків. При сучасних масштабах теплофікації і централізованого теплопостачання проблема теплової ізоляції теплових мереж має велике народногосподарське значення.
При спорудженні теплопроводів в каналах в якості теплової ізоляції часто застосовуються вироби з мінеральної вати, захищений бітумініровкой від зволоження. На зовнішню поверхню сталевої труби накладається антикорозійне покриття (емаль, ізол та ін.) На антикорозійне покриття укладаються шкаралупи з мінеральної вати, армовані сталевою сіткою. Зверху шкаралуп укладаються напівциліндричних азбоцементні футляри, що закріплюються на теплопроводі сталевий сіткою, покривається зверху асбоцементной штукатуркою.
 
4. Труби та їх сполуки.
Техніка транспорту теплоти пред'являє такі основні вимоги до труб, застосовуваним для теплопроводів:
· Достатня механічна міцність;
· Еластичність і стійкість проти термічних напружень при змінному тепловому режимі;
· Постійність механічних властивостей;
· Стійкість проти зовнішньої і внутрішньої корозії;
· Мала шорсткість внутрішніх поверхонь;
· Відсутність ерозії внутрішніх поверхонь;
· Малий коефіцієнт температурних деформацій;
· Високі теплоізолюючі властивості стінок труби;
· Простота, надійність і герметичність з'єднання окремих елементів;
· Простота зберігання, транспортування і монтажу.
Усі відомі до теперішнього часу типи труб одночасно не відповідають усім перерахованим вимогам. Зокрема, цим вимогам не цілком задовольнять сталеві труби, що застосовуються для транспорту пари та гарячої води. Однак високі механічні властивості та еластичність сталевих труб, а також простота, надійність і герметичність з'єднань (зварювання) забезпечили практично стовідсоткове застосування таких труб в системах централізованого теплопостачання.
В даний час для спорудження теплових мереж застосовуються, як правило, сталеві труби, виготовлені з, так званої, спокійної сталі. Для підбору сортаменту сталевих труб і арматури для теплових мереж користуються шкалою тиску за ГОСТ 356-80. В основу побудови шкали тисків покладено розподіл всіх трубопроводів на вісім груп залежно від температури середовища, що транспортується. Шкала розроблена таким чином, що одна і та ж таки труба може застосовуватися для транспорту теплоносія з будь-якою температурою від 0 ^О С до встановленої для труби з даної марки стали граничної температури t _пр ≤ 445 ^Про С, але при різних тисках.
Основні типи сталевих труб, що застосовуються для теплових мереж:
- Діаметром до 400 мм включно - безшовні, гарячекатані;
- Діаметром вище 400 мм - електрозварні з подовжнім швом і електрозварні зі спіральним швом.
Труби для теплових мереж виготовляються головним чином із сталі наступних марок: Ст2сп, Ст3сп, стали 10, 20, 10Г2, 15ГС, 16ГС, 17ГС.
Електрозварні труби виготовляються як прямошовні, так і зі спіральним швом з різною товщиною стінки. Сортамент труб вибирається з урахуванням умовного тиску, максимальної температури теплоносія, діаметра трубопроводу і марки сталі, з якої він виготовлений. Сталеві водогазопровідні труби з різьбленням, як правило, не рекомендується застосовувати для теплових мереж з-за підвищеного витрати матеріалу у зв'язку з хворої товщиною стінки, викликаної наявністю різьблення. Трубопроводи теплових мереж з'єднуються між собою за допомогою електричної або газового зварювання.
Схема трубопроводів, розміщення опор і компенсуючих пристроїв повинні бути обрані таким чином, щоб сумарна напруга від всіх одночасно діючих навантажень ні в одному перерізі трубопроводу не перевершувало допустимого. Найбільш слабким місцем сталевих трубопроводів, по якому слід вести перевірку напруг, є зварні шви. Коефіцієнт міцності зварних швів φ, що представляє собою відношення допустимого напруги для шва до допустимому напругою для цілої стінки.
Трубопроводи теплових мереж розраховані на міцність за формулами для тонкостінних судин, оскільки у них відношення товщини стінки до діаметру δ / d <1,5.
5. Опори.
Опори є відповідальними деталями теплопроводу. Вони сприймають зусилля від трубопроводів і передають їх на несучі конструкції або грунт. При спорудженні теплопроводів застосовують опори двох типів: вільні і нерухомі. Вільні опори сприймають вага трубопроводу і забезпечують його вільне переміщення при температурних деформаціях. Нерухомі опори фіксують положення трубопроводу в певних точках і сприймають зусилля, що виникають в місцях фіксації під дією температурних деформацій і внутрішнього тиску.
При безканальної прокладці зазвичай відмовляються від установки вільних опор під трубопроводами щоб уникнути нерівномірних посадок і додаткових згинальних напружень. У цих теплопроводах труби укладаються на незайманий грунт або ретельно утрамбований шар піску. При розрахунку згинальних напружень і деформацій трубопровід, що лежить на вільних опорах, розглядається як багатопрогонових балка. За принципом роботи вільні опори діляться на ковзні, роликові, Каткова і підвісні. Для того щоб ролик обертався, необхідно, щоб момент сил, створюваний трубопроводом на поверхні ролика, щодо осі обертання перевищував суму моментів сил тертя на поверхні ролика і на поверхнях цапф тієї ж осі. При виборі типу опор слід не тільки керуватися значенням розрахункових зусиль, а й враховувати роботу опор в умовах експлуатації. Зі збільшенням діаметрів трубопроводів різко зростають сили тертя на опорах.
У деяких випадках, коли за умовами розміщення трубопроводів щодо несучих конструкцій ковзаючі і котяться опори не можуть бути встановлені, застосовуються підвісні опори. Недоліком простих підвісних опор є деформація труб внаслідок різної амплітуди підвісок, що знаходяться на різній відстані від нерухомої опори, з-за різних кутів повороту. У міру віддалення від нерухомої опори зростають температурна деформація трубопроводу і кут повороту підвісок.
Для зменшення перекосів трубопроводу бажано довжину підвіски вибирати можливо більшою. При неприпустимість перекосів труби і неможливість застосування ковзних опор слід застосовувати пружинні підвісні опори або опори з противагою. З усіх зусиль діючих на нерухому опору, найбільш значним є неврівноважена сила внутрішнього тиску. Для полегшення конструкції нерухомої опори необхідно прагнути до врівноваження осьової сили внутрішнього тиску усередині трубопроводу.
З метою уніфікації розрахунків та стандартизації конструкцій нерухомих опор прийнято ділити їх умовно на дві групи: нерозвантажений і розвантажені. До першої групи належать опори, що сприймають осьову реакцію внутрішнього тиску. До другої групи належать опори, на які осьова реакція внутрішнього тиску не передається.
6. Підведення підсумків
Теплові мережі являють собою складну сукупність трубопроводів, по яких транспортуються теплоедініци, часом на дуже далекі відстані. Безліч факторів: безпеки, середовища траси, економічності у використанні матеріалу і зручності впливають на конструкцію обладнання. Не існує типу труб, який задовольняє всі умовам: надійності, міцності, еластичності, безпеки та багатьох інших. Тому слід вибирати оптимальну конструкцію труб, ізоляції, опорних конструкцій, а також виконувати раціональну трасування, враховуючи рельєф і умови зовнішнього середовища.