Конструкция теплопроводов.

В общем случае теплопровод состоит из трех основных элементов:

1) рабочего трубопровода, по которому транспортируется теплоноситель и который в современных условиях обычно выполняется из стальных труб, соединенных между собой с помощью сварки;

2) изоляционной конструкции, предназначенной для защиты наружной поверхности стального трубопровода от коррозии и теплопровода в целом от тепловых потерь;

3) несущей конструкции, воспринимающей весовую нагрузку теплопровода и другие усилия, возникающие при его работе, а также разгружающей стальной трубопровод и его изоляционную конструкцию от нагрузки окружающей среды (веса грунта, движущегося наземного транспорта, ветра и т.д.).

Конструктивное выполнение указанных элементов зависит от типа теплопровода и используемых материалов. В некоторых типах теплопроводов, например в бесканальном теплопроводе с монолитной изоляцией, функции изоляционной и несущей конструкции совмещены в одном общем элементе.

В зависимости от используемых материалов изоляционная конструкция теплопровода может выполняться как в виде одного элемента, так и в виде нескольких последовательно соединенных элементов, например нескольких наложенных друг на друга слоев изоляции, каждый из которых выполняет отдельную задачу (антикоррозионную защиту, тепловую защиту, защиту изоляции от влаги).

Современные теплопроводы должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1) надежная прочность и герметичность трубопроводов и установленной на них арматуры при ожидаемых в эксплуатационных условиях давлениях и температурах теплоносителя,

2) высокое и устойчивое в эксплуатационных условиях тепло- и электросопротивление, а также низкие воздухопроницаемость и водопоглощение изоляционной конструкции;

3) индустриальностъ и сборность; возможность изготовления в заводских условиях всех основных элементов теплопровода, укрупненных до пределов, определяемых типам и мощностью подъемно-транспортных средств; сборка теплопроводов на трассе из готовых элементов;

4) возможность механизации всех трудоемких процессов строительства и монтажа;

5) ремонтопригодность, т.е. возможность быстрого обнаружения причин возникновения отказов или повреждений и устранение их и их последствий путем проведения ремонта в заданное время;

6) экономичность при строительстве и эксплуатации.

Требования пп. 1, 3—6 очевидны и не нуждаются в комментариях; что же касается требования п. 2, то здесь необходимо привести дополнительные пояснения. Все подземные теплопроводы, и в первую очередь теплопроводы бесканальные и в непроходных каналах, работают, как правило, в условиях высокой влажности и повышенной температуры окружающей среды, т.е. в условиях, весьма благоприятных для коррозии металлических сооружений. Поэтому важнейшим элементом является изоляционная конструкция, назначение которой не только защита теплопровода от тепловых потерь, но, что еще более важно, защита трубопровода от наружной коррозии. От успешного решения этой задачи непосредственно зависит долговечность теплопровода.

Наиболее распространенными конструкциями теплопроводов являются подземные.

Подземные теплопроводы. Все конструкции подземных теплопроводов можно разделить на две группы: канальные и бесканальные. В канальных теплопроводах изоляционная конструкция разгружена от внешних нагрузок грунта стенками канала. В бесканальных теплопроводах изоляционная конструкция испытывает нагрузку грунта. Каналы сооружаются проходными и непроходными. В настоящее время большинство каналов для теплопроводов сооружается из сборных железобетонных элементов, заранее изготовленных на заводах или специальных полигонах. Сборка этих элементов на трассе выполняется при помощи транспортно-подъемных механизмов. Устройство в грунте траншей для сооружения подземных теплопроводов, как правило, осуществляется экскаваторами. Все это позволяет значительно ускорить строительство тепловых сетей и снизить их стоимость. Из всех подземных теплопроводов наиболее надежными, зато и наиболее дорогими по начальным затратам являются теплопроводы в проходных каналах. Основное преимущество проходных каналов — постоянный доступ к трубопроводам. Проходные каналы позволяют заменять и добавлять трубопроводы, проводить ревизию, ремонт и ликвидацию аварий на трубопроводах без разрушения дорожных покрытий и разрытия мостовых Проходные каналы применяются обычно на выводах от теплоэлектроцентралей и на основных магистралях промплощадок крупных предприятий. В последнем случае в общем проходном канале прокладываются все трубопроводы производственного назначения (паропроводы, водоводы, трубопроводы сжатого воздуха). В крупных городах целесообразно сооружать проходные каналы (коллекторы) под основными проездами до устройства на этих проездах усовершенствованных дорожных одежд. В таких коллекторах прокладывается большинство подземных городских коммуникаций: теплопроводы, водопроводы, силовые и осветительные кабели, кабели связи и др.

Надземные теплопроводы. Надземные теплопроводы обычно укладываются на отдельно стоящих опорах (низких или высоких), на вантовых конструкциях, подвешенных к пилонам мачт, на эстакадах. В СССР были разработаны типовые конструкции надземных теплопроводов на отдельно стоящих высоких и низких железобетонных опорах (серии ИС-01-06 и ИС-01-07). По прокладке теплопроводов на низких опор расстояние между нижней образующей изоляционной оболочки трубопровода и поверхностью земли принимается не менее 0,35 м при ширине группы труб до 1,5 не менее 0,5 м при ширине группы труб более 1,5 м. Высокие отдельно стоящие опоры могут выполняться жесткими, гибкими и качающимися. На рис. 40 показан надземный теплопровод подвесной конструкции на жестких мачтах. Материалы для мачт выбираются в зависимости от типа и назначения теплопровода. Наиболее подходящим материалом для мачт стационарных конструкций является железобетон. В местах установки арматуры трубопроводов необходимо предусмотреть приспособление для удобного подъема обслуживающего персонала и безопасного обслуживания арматуры. В этих местах обычно устраиваются площадки с ограждениями и постоянными лестницами. На рис. 41 показана конструкция теплопроводов на эстакаде. Трубопроводы больших диаметров обычно опираются непосредственно на стойки эстакады. Трубопроводы малых диаметров опираются на опоры, уложенные в пролетном строении эстакады.

Рисунок 41. Прокладка теплопроводов по эстакаде

Рисунок 40. Надземный теплопровод подвесной конструкции на мачтах

Трубы и их соединения.

Техника транспорта теплоты предъявляет следующие основные требования к трубам, применяемым для теплопроводов:

1) достаточная механическая прочность и герметичность при имеющих место дарениях и температурах теплоносителя;

2) эластичность и стойкость против термических напряжений при переменном тепловом режиме;

3) постоянство механических свойств;

4) стойкость против внешней и внутренней коррозии;

5) малая шероховатость внутренних поверхностей;

6) отсутствие эрозии внутренних поверхностей;

7) малый коэффициент температурных деформаций;

8) высокие теплоизолирующие свойства стенок трубы;

9) простота, надежность и герметичность соединения отдельных элементов;

10) простота хранения, транспортировки и монтажа.

Все известные до настоящего времени типы труб одновременно не удовлетворяют всем перечисленным требованиям. В частности, этим требованиям не вполне удовлетворяют стальные трубы, применяемые для транспорта пара и горячей воды. Однако высокие механические свойства и эластичность стальных труб, а также простота, надежность и герметичность соединений (сварка) обеспечили практически 100 %-ное применение этих труб в системах централизованного теплоснабжения.

В настоящее время для сооружения тепловых сетей применяются, как правило, стальные трубы, изготовленные преимущественно из так называемой спокойной стали. Для подбора сортамента стальных труб и арматуры для тепловых сетей пользуются шкалой давлений по ГОСТ 356-80. В основу построения шкалы давлений положено деление всех трубопроводов на восемь групп в зависимости от температуры транспортируемой среды. Шкала разработана таким образом, что одна и та же труба может применяться для транспорта теплоносителя

7 Контрольные вопросы:

1. Каковы основные особенности паровых турбин с противодавлением (тип Р) и конденсационных турбин с отбором пара типа КО? Укажите области преимущественного применения турбин типа Р и типа КО.

2. Укажите основные типы турбин КО, устанавливаемых на современных ТЭЦ, начальные параметры пара, параметры пара в теплофикационных отборах, номинальную электрическую мощность.

3. Почему в теплофикационных установках современных мощных теплофикационных турбин применяются двухступенчатые насосные установки сетевой воды?

4. Каковы основные требования к подпиточной воде тепловых сетей? Почему при наличии в системе пиковых водогрейных котлов допустимая остаточная карбонатная жесткость подпиточной воды ниже, чем при отсутствии пиковых водогрейных котлов?

5. В чем заключаются основные требования к конструкциям современных теплопроводов?

6. Назовите современные методы защиты подземных теплопроводов от наружной коррозии.

7. Каковы основные методы защиты подземных теплопроводов от коррозии под действием блуждающих токов?

8. Сравните подземные теплопроводы в проходных каналах, непроходных и бесканальных.

9. Назовите преимущества и недостатки каждого типа теплопровода и основные области их целесообразного применения.

10. По каким мотивам ограничен максимальный диаметр бесканальных теплопроводов прежних конструкций?

11. Каковы основные требования к трубам для теплопроводов?

12. В чем состоит метод суммирования напряжений в стенке трубопровода при одновременном действии деформаций растяжения, изгиба и кручения

Список рекомендуемой литературы

1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. М: Энергоиздат, 1982. 360с.

2. Сафронов А.П. Сборник задач по теплофикации и тепловым сетям. – М: Энергоатомиздат, 1985. – 230с.

Лекция 7 – Технико-экономические расчеты системы теплоснабжения – 2 часа

План:

1. Капитальные затраты в объекты теплоснабжающих систем.

2. Издержки производства и реализации продукции систем теплоснабжения

3. Определение оптимального коэффициента теплофикации ТЭЦ

4. Выбор оптимальных решений с учетом надежности теплоснабжениям

5. Контрольные вопросы

6. Список рекомендуемой литературы