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,q_o,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