Трассировка тепловых сетей

Для разработки трассировки тепловой сети города или его района необходимы следующие исходные данные:

- план города в масштабе от 1:2000 до 1:25000;

- сводная таблица часовых максимальных расходов тепла потребите­лями города или района с перспективой развития его на 15...20 лет;

- данные распределения тепла по отдельным видам потребителей те­плоты: на бытовое горячее водоснабжение, отопление, технологическое горячее водоснабжение и другие нужды промышленных и коммунальных предприятий за каждую смену.

По своему назначению тепловые сети делятся на магистральные, распределительные и внутриквартальные.

Магистральные тепловые сети представляют собой участки, несу­щие основную тепловую нагрузку и соединяющие источники теплоты с крупными тепловыми потребителями. Распределительные или межквар­тальные сети транспортируют теплоту от тепловых магистральных сетей к объектам теплопотребления. Они отличаются от магистральных сетей, как правило, меньшим диаметром и длиной. Внутриквартальные сети от­ветвляются от распределительных или непосредственно от магистральных тепловых сетей и заканчиваются в ТП потребителей теплоты. Они несут только ту тепловую нагрузку, которую имеет этот потребитель теплоты. Нагрузка распределительных сетей отличается большей часовой и суточ­ной неравномерностью потребления теплоты по сравнению с нагрузкой магистральных сетей.

Трассировку сетей города начинают с магистральных сетей; ее на­чертание оказывает существенное влияние на построение распределитель­ных и внутриквартальных сетей, на их протяженность и надежность пода­чи теплоты потребителям. Для правильного выбора трассы тепловых се­тей, дающего наилучшее решение с технической, экономической и эколо­гической точек зрения, необходимо выполнение следующих условий:

- магистральные сети следует прокладывать вблизи центров тепло­вых нагрузок;

- трассы должны иметь кратчайшие расстояния;

- тепловые сети не следует прокладывать, в грунтах в затопляемых районах городов и промышленных предприятий;

- намеченные трассы не рекомендуется располагать на пятне наме­чаемой застройки, а также они не должны мешать работе транспортной системы города;

- трассировка систем теплоснабжения должна обеспечивать удобства при проведении ремонтных работ;

-
выбранный вариант трассы тепловых сетей должен иметь наи­меньшую стоимость при строительстве и эксплуатации и обладать высокой надежностью;

- подземную прокладку тепловых сетей не следует намечать вдоль электрифицированных железнодорожных и трамвайных путей во избежа­ние электрической коррозии металлических трубопроводов;

- в вечномерзлых грунтах прокладка тепловых сетей должна быть только наземной; это правило необходимо соблюдать и при прокладке се­тей в солончаковых фунтах, так как в весенне-осенний период во время намокания такого фунта усиливается его коррозионное действие.

Магистральные тепловые сети по конфигурации делятся на тупико­вые и кольцевые (см. рис. 4.2). Общая протяженность магистралей тупико­вых сетей значительно короче кольцевых, но зато надежность кольцевых сетей значительно выше, чем тупиковых. В кольцевых сетях легче и быст­рее выравниваются потери давления, возникающие при разной нагрузке систем теплоснабжения, особенно в период аварийных отключений отдель­ных участков. Подача тепла потребителям в кольцевых сетях является более надежной, чем в тупиковых, при ремонте отдельных участков или авариях на них.

Тепловая энергия в жилых микрорайонах используется на отопление и горячее водоснабжение зданий и сооружений. Параметры теплоносителя регулируются в индивидуальных тепловых пунктах в зданиях этажностью до девяти этажей, а для зданий большей этажностью - в ЦТП.

РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

Расчетный расход тепловой энергии на отопление и горячее водо­снабжение жилых и некоторых общественных зданий при разработке ген­плана населенного пункта или микрорайона может быть определен по ук­рупненным показателям теплового потока /6, 8/.

Максимальный тепловой поток на отопление зданий Q_о.max, Вт, оп­ределяется по формуле

Q_omax = q_о А,

где q_о - укрупненный показатель максимального теплового потока на ото­пление зданий на 1 м² общей площади, Вт, принимается по /6, 8/ в зависи­мости от года постройки и этажности или по табл. 4.1; А - суммарная пло­щадь помещений здания, м², принимается как произведение площади этажа по наружным замерам на количество этажей.

Максимальный тепловой поток на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий

Q_hmax = 2,4 Q_h.m,

где Q_h.m - средний тепловой поток на горячее водоснабжение в сутки, средний за неделю в отопительный период, в ваттах, определяемый по формуле

Q_hm =q_hm,

здесь q_h, - укрупненный показатель среднего теплового потока на горячее водоснабжение на одного человека, Вт /6,8/, можно принять по табл. 4.2; т - количество потребителей горячей воды, чел.

Для подбора труб теплопроводов вычисляется расход теплоносителя G, кг/ч, по формуле

G = 3,6Q_d/C(τ₁- τ₂),

где с - удельная теплоемкость воды, равная 4,187 кДж/(кг °С),

τ₁иτ₂ - температура теплоносителя в подающем и обратном трубо­проводах, °С.

Таблица 4.1

Укрупненные показатели (рекомендуемые) максимального теплового
потока на отопление зданий (для зданий постройки после 1985 года)

Этаж-ность зданий	Укрупненный показатель максимального теплового потока, qo, Вт, при расчетной температуре наружного воздуха, ºС
-5	-10	-15	-20	-25	-30	-35	-40	-45	-50	-55
1…2 3…4 5 и более
Примечание. С учетом изменений к СНиП П-3-79* 1995 и 1998 гг. по введению энергосберегающих технологий для новых зданий с 2000 г. показатели необходимо уменьшить в два раза

В многоэтажные здания с открытой схемой подключения систем отопления и горячего водоснабжения тепловая энергия Q_d подается для отопления и горячего водоснабжения с температурой теплоносителя τ₁ до 150° С. При этом

Q_d = Q_o.max + Q_h.max.

Температура в обратном трубопроводе (охлажденного теплоносите­ля) в расчетах принимается 70° С.

К зданиям повышенной этажности от ЦТП подводятся четыре теп­лопровода: подающие, на отопление и горячее водоснабжение, охлажден­ного теплоносителя (обратный) и циркуляционный горячего водоснабже­ния, с температурой теплоносителей соответственно 105, 55, 70 и 45 °С.

Подбор труб осуществляется для каждого здания по специальным таблицам для расчета теплопроводов /8/, по значениям G и допустимых удельных потерях давления R, Па/м.

При выполнении гидравлического расчета тепловых сетей с целью определения диаметров трубопроводов исходят из градиента давления и расхода теплоносителя на каждом участке. Величина градиента давления зависит от скорости движения теплоносителя, диаметра и шероховатости внутренних поверхностей трубопроводов. Наиболее экономичным гради­ент давления будет в том случае, когда приведенные затраты (П), состав­ленные из затрат на перекачивание теплоносителя (С_э), затрат, связанных с потерями теплоты (С_тп), и затрат на строительство (К_тс) и эксплуатацию тепловой сети (С_тс), будут минимальны, т.е.

П = С_з + С_т.п. +С_т.с. +ЕК_т.с.,

где Е - коэффициент окупаемости.

Потери давления на трение (Па) определяются по формуле

где коэффициент трения, зависящий от режима движения жидкости коэффициента эквивалентной шероховатости трубопровода к;

l-длина участка тепловой сети, м; d - внутренний диаметр трубопро­вода, м; ν - скорость движения теплоносителя, м/с; р - плотность теплоно­сителя, кг/м³.

Потери давления на местное сопротивление (Па) вычисляются из уравнения

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений участка.

Суммарные потери давления на участке определяются по нижепри­веденной формуле:

ΔР = ΔР₁ + ΔР_М.

Принципы расчета гидравлического режима сетей, как при откры­той, так и при закрытой системах, включая питание сетей от нескольких источников тепла, тупикового и кольцевого начертания, приведены в спе­циальной литературе /10, 18/.

УСТРОЙСТВО ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

Трубы, их соединения и виды прокладки. Для тепловых сетей наи­большее распространение получили стальные электросварные (ГОСТ 10704-76), стальные бесшовные трубы (ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8734-75). Кроме названных металлических труб в последние годы находят примене­ние неметаллические трубы. В экспериментальных целях для прокладки тепловых сетей используются асбестоцементные, железобетонные и с пла­стмассовым покрытием трубы. Пластмассовые трубы могут быть приме­нены в системах теплоснабжения с температурой теплоносителя до 100° С. В системах с более высокой температурой применение пластмассовых труб требует специальных материалов. Тепловые сети из неметаллических труб значительно дешевле, но их надежность, по сравнению с металличе­скими, намного ниже.

Стальные трубы соединяются, как правило, сваркой. Этот вид со­единения по прочностным свойствам не уступает прочности самих труб. Асбестоцементные трубы соединяются с помощью манжетных компенса­торов либо муфт с резиновыми уплотнительными кольцами, служащими одновременно и для компенсации температурных деформаций. Эти соеди­нения менее надежны, чем сварные: при просадке грунта или нарушении соосности труб возможны нарушения стыков и утечка воды.

Трубопроводы тепловых сетей прокладываются параллельно релье­фу местности с уклоном не менее 0,002. В нижних точках тепловых сетей предусматриваются специальные камеры с устройством выпусков для слива воды, в верхних точках - воздушных кранов для выпуска воздуха при заполнении сети и впуска - при опорожнении.

Прокладка тепловых сетей может осуществляться в проходных, по­лупроходных и непроходных каналах, а также быть надземной. Первый вид прокладки широкого использования не нашел, хотя применение его целе­сообразно в крупных городах. В таких каналах (коллекторах) прокладыва­ется большая часть инженерных подземных городских сетей: теплопрово­ды, водопроводы, силовые и осветительные кабели, кабели связи и др.

Размеры проходных каналов выбираются таким образом, чтобы они обеспечивали свободное обслуживание всех трубопроводов и оборудова­ния (задвижки, сальниковые компенсаторы, дренажные устройства, КИП, вантузы и т.п.). Такие каналы оборудуются вентиляцией с целью поддер­жания температуры воздуха не выше 30°С, электрическим освещением (напряжение до 30 В) и устройствами для быстрого отвода воды из кана­лов. Проходные каналы рекомендуется устраивать под основными город­скими магистралями с усовершенствованными дорожными покрытиями. Ширина прохода в свету в тоннелях должна приниматься равной диаметру наибольшей трубы плюс 100 мм, но не менее 1000 мм. Проходные каналы

требуют значительных капитальных затрат, но с точки зрения эксплуата­ции они являются наиболее приемлемыми.

В случаях, когда количество прокладываемых трубопроводов неве­лико, но доступ к инженерным сетям необходим, устраиваются полупро­ходные каналы. Размеры этих каналов выбирают таким образом, чтобы была возможность прохода человека в полусогнутом состоянии. С учетом этого обстоятельства высота каналов должна быть не менее 1400 мм.

Прокладка теплопроводов в настоящее время преимущественно осуществляется в непроходных каналах, непосредственно в грунтах (бес­канальная прокладка) и на опорах по выровненной поверхности земли.

При прокладке трубопроводов в непроходных каналах наибольшее распространение получили каналы лоткового (КЛ) и сборного (КС) типов. В том случае, если по каким-либо причинам монтаж железобетонных ка­налов невозможен, выкладывают кирпичные каналы.

Надземная прокладка может осуществляться на низких (высотой 0,5...2,0 м) и высоких опорах (высотой 2...3 м). Этот вид прокладки приме­няется на резервных территориях населенных пунктов, производственных предприятиях, в районах вечной мерзлоты, а также и в других случаях при достаточном обосновании.

При бесканальной прокладке (рис. 4.3) трубопроводы со специаль­ной жесткой тепловой изоляцией укладываются непосредственно в грунт на специальную подготовку. На строительную площадку трубопроводы поступают уже с тепловой изоляцией, а на месте монтажа выполняется изоляция только стыков. Если на трассе тепловых сетей имеются грунто­вые воды с высоким уровнем воды, то предусматривается водопонижение (дренаж). С этой целью параллельно теплопроводам прокладываются дре­нажные трубопроводы, которые и удаляют грунтовые воды. Уклон труб попутного дренажа должен быть не менее 0,003, причем он может не сов­падать с уклоном тепловых сетей.

В последние годы нашла применение бесканальная прокладка теп­лопроводов в засыпных порошках. Изоляция трубопроводов с помощью засыпных гидрофобных порошков получила широкое распространение за рубежом. Одной из конструкций такого типа, разработанной Всесоюзным теплотехническим институтом, является прокладка теплопроводов в за­сыпных самоспекающихся асфальтитах. Основным компонентом для изго­товления самоспекающегося порошка служит природный битум-асфальтит или искусственный битум-продукт нефтеперерабатывающих заводов. Процесс производства работ по прокладке таких трубопроводов состоит из двух основных операций. В начале производят засыпку труб в траншее порошкообразным асфальтоизолом. Затем, трубы нагревают до температу­ры плавления асфальтоизола (140... 150 °С) и поддерживают эту температуру в течение 30...40 ч. В период разогрева трубопровода непосредственно на

поверхности трубы образуется плотный слой из расплавленного асфаль-тоизола, имеющий адгезию к наружной поверхности стального трубопро­вода и защищающий ее от увлажнения и коррозии. За этим плотным слоем образуется второй спекшийся слой, который имеет пористую структуру и является основным теплоизоляционным слоем. Наружный третий, порош­кообразный, не спекшийся слой асфальтоизола служит дополнительной те­пло- и гидроизоляцией.

а) б)

Рис. 4.3. Бесканальная прокладка теплопроводов: а - в грунтах сухих; б – то же, в мокрых; 1 - трубопровод подающий; 2 - то же, обратный; 3 - песчаная подготовка; 4 - трубопровод дренажный

Бесканальная прокладка теплопроводов может быть выполнена так­же из литых конструкций. В качестве материала для сооружения таких те­плопроводов используется пенобетон или перлитобетон. Смонтированные в траншее стальные трубопроводы заливают жидкой композицией изоли­рующего материала, приготовленной непосредственно на трассе или дос­тавленной в контейнере с производственной базы. После схватывания ком­позиции траншея засыпается грунтом.

Прокладка сетей в каналах обходится дороже, чем бесканальная. Од­нако к достоинствам прокладки в каналах следует отнести меньшие потери тепла в окружающую среду, большую долговечность и удобство эксплуа­тации при вскрытии каналов во время ремонта тепловых сетей. Их недос­татком является возможность заиливания каналов при попадании в них та­лых дождевых вод.

Для отключения отдельных участков сети при проведении ремонт­ных работ предусматривается установка задвижек через 1000 м. Кроме того, задвижки необходимо устанавливать на всех ответвлениях от магистрали.

Глубину заложения тепловых сетей при прокладке в каналах при­нимают не менее 0,5 м до верха перекрытий каналов, при бесканальной - не менее 0,7 м до верха изоляционной оболочки трубопровода. В проход­ных, полупроходных и непроходных каналах трубопроводы покрываются изоляцией. Изоляция осуществляется сравнительно просто - нанесением

теплоизоляционного слоя непосредственно на трубопровод или поверх его покровного гидрофобного рулонного материала.

Вид материалов и изделий для основного теплоизоляционного слоя, применяемых для изоляции трубопроводов тепловых сетей; битумоперлит, битумокерамзит, битумовермикулит, пенополиуретан, пенополимербетон, фенольный поропласт, армопенобетон, маты и плиты минераловатные и другие.

С целью предохранения теплоизоляционных конструкций теплопро­водов от внешних воздействий рекомендуется применять различные за­щитные покрытия. При подземной бесканальной прокладке можно приме­нять полимерную оболочку из полиэтилена высокого давления, делать гидроизоляцию на изольной массе или же из асбестоцементной штукатур­ки по металлической сетке и др. Теплопроводы, уложенные в непроходных каналах и тоннелях, защищаются рулонным стеклопластиком, армопласт-массовыми материалами, стеклотекстолитом, фольгорубероидом, фольгои­золом, рубероидом, покрытым стеклотканью, алюминиевой фольгой, асбе­стоцементной штукатуркой по металлической сетке и пр.

Особенно тщательно следует изолировать теплоизоляционные кон­струкции теплопроводов при их наземной прокладке. В этом случае при­меняются алюминиевые или из его сплавов листы, тонколистовая сталь, сталь листовая углеродистая общего назначения, стеклопластик рулонный, армопластмассовые материалы и др. При небольших объемах работ можно использовать асбестоцементную штукатурку по металлической сетке.

В случае применения в тоннелях защитного покрытия из трудного­рючих материалов требуется устройство поясов из негорючего материала длиной не менее 5 м.

При подземной прокладке для размещения теплопроводов, компен­саторов, воздушников, выпусков, дренажей и других видов арматуры и КИП, а также их обслуживания устраиваются надземные павильоны или подземные камеры.

Камеры тепловых сетей могут быть сборными железобетонными, монолитными и кирпичными. Высота камер должна быть не менее 2 м. Число люков при площади камеры до 6 м² принимается не менее двух, а при площади более 6 м²- четырех. В камерах предусматриваются водо­сборные приямки размером не менее 400 на 400 мм и глубиной 300 мм. Размеры камер зависят от диаметров трубопроводов, оборудования, кото­рое в них устанавливается, от условий монтажа оборудования и требова­ний к обслуживанию.

Опоры трубопроводов. Опоры подразделяют на подвижные и непод­вижные. Подвижные предназначены для восприятия массы теплопровода и обеспечения свободного перемещения в горизонтальном направлении.

По конструктивному устройству различают опоры скольжения, каче­ния, также подвесные (рис. 4.4). Скользящие опоры применяют при всех способах прокладки теплопроводов. С увеличением диаметров труб нагруз­ки на опоры и силы трения возрастают и находят применение катковые и

а) б)

Рис. 4.4. Конструктивные элементы тепловых сетей: а - размещение компенсатора в нише; б - неподвижная щитовая опора; в - сальниковый компенсатор; г - скользящая опора; д - катковая опора

роликовые опоры, которые хорошо работают на прямолинейных участках се­ти, но не рекомендуются к применению на криволинейных участках. Под­весные опоры используют для труб небольшого диаметра, достоинством их является возможность применения на участках с поворотами, так как под­веска позволяет трубам свободно поворачиваться. Расстояние между под­вижными опорами выбирается в зависимости от диаметра труб.

Неподвижные опоры (рис. 4.4, в) предназначены для фиксации в оп­ределенной позиции элементов теплопровода, не допускающих смещения - в камерах у ответвлений, в точках расположения запорной арматуры, у саль­никовых компенсаторов. Эти опоры разделяют теплопровод на участки, не­-

зависимые друг от друга в восприятии усилий от температурных деформа­ций, и поэтому их устанавливают на середине участка между компенсато­рами. Наиболее распространены щитовые опоры, устанавливаемые в стен­ках канала, передача осевого усилия производится кольцевыми стенками с косынками. Для защиты бетонного щита от перегрева в кольцевой зазор ме­жду ним и теплопроводом вставляется прокладка из асбеста.

Компенсаторы. При протекании горячего теплоносителя по трубопро­водам имеет место температурное удлинение участков, жестко защемлен­ных неподвижными опорами. При отсутствии устройств, компенсирующих это удлинение, возникают значительные напряжения продольного изгиба, способные разрушить конструкцию. Для компенсации удлинений по трассе устанавливаются компенсаторы, которые по принципу действия можно раз­делить на две группы: 1) гибкие радиальные, 2) осевые, в которых удлине­ния воспринимаются телескопическим перемещением труб.

К гибким компенсаторам относятся изогнутые под углом участки труб. При такой естественной компенсации необходимо обеспечить в ка­налах просвет, достаточный для свободного перемещения плеч труб. С этой же целью в бесканальных прокладках места поворотов заключаются в не­проходные каналы. Искусственные компенсаторы используют только после исчерпания всех возможностей естественной компенсации. Наиболее рас­пространены гибкие компенсаторы П-образного типа (рис. 4.4, а). Досто­инством гибких компенсаторов является то, что они не нуждаются в обслу­живании и поэтому для них не требуется сооружения камер. Недостатками их является повышенное гидравлическое сопротивление, повышенный рас­ход труб и необходимость устройства ниш, что связано с увеличением строительных работ.

Осевая компенсация имеет место в сальниковых компенсаторах (рис. 4.4, б). При удлинении трубопровода внутренний стакан вдвигается в по­лость наружной обоймы. Герметичность обеспечивается сальниковой на­бивкой из асбестового шнура, пропитанного графитом в кольцевом зазоре между стаканом и обоймой.

Сальники требуют постоянного надзора за состоянием набивки, ко­торая со временем теряет упругость, поэтому в местах их установки необ­ходимо сооружать камеры. Для сокращения числа дорогих камер применя­ют сальниковые компенсаторы двустороннего действия, обладающие дву­кратной компенсирующей способностью. Ввиду того, что сальниковые компенсаторы чувствительны к перекосам труб, а они наибольшие в трубах малого диаметра (до 150 мм), их рекомендуется применять в трубах боль­шого диаметра (более 200 мм). Выбор компенсаторов всех типов произво­дится по величине линейного удлинения труб ΔL, мм, рассчитываемого по формуле:

ΔL = α L (t –t_о),

где L - длина трубы, м; t, t₀ - температуры теплоносителя и окружающей среды, α - коэффициент линейного расширения стали, в среднем равный 0,012 мм/(м • К).

Камеры устраивают по трассе для размещения отключающей арма­туры, неподвижных опор, сальниковых компенсаторов, дренажных уст­ройств. Их устанавливают, как правило, в местах подключения ответвле­ний к потребителям. Спуск в камеры через люки по лестницам. Конструк­ция люков должна обеспечивать свободный выход при всех ситуациях и выем оборудования из камер. Высота камер не менее 2 м, дно делается с уклоном 0,02 к водосборному приямку. Количество люков должно быть не менее двух независимо от размеров камеры.

Контрольные вопросы

1. Системы теплоснабжения.

2. Источники теплоснабжения.

3. Схемы централизованного теплоснабжения.

4. Элементы тепловых сетей.

5. Способы прокладки тепловых сетей.

6. Определение тепловых нагрузок.

5. ГАЗОСНАБЖЕНИЕ