Теплоснабжение и тепловые сети

Для предизолированных труб используют стальные прямошовные электросвар-

ные трубы из сталей марки 10, 20, Ст 3, 17 ГС, 17 Г1С или 17 Г1СУ. Трубы должны быть изготовлены в соответствии с требованиями ГОСТ 10704, 10705, ГОСТ 20295,

бесшовные трубы по ГОСТ 8732.

Для трубопроводов сетей горячего водоснабжения используются водогазопро-

водные оцинкованные трубы по ГОСТ 3262.

Номинальные допускаемые напряжения σ, МПа, для электросварных труб и де-

талей приведены в табл.10.1.

В качестве теплоизолирующего материала в предизолированных трубах при температуре теплоносителя до 130 °С (кратковременные воздействия до 150 °С) ис-

пользуется жесткий пенополиуретан плотностью не менее 50 кг/м3, с коэффициен-

том теплопроводности λ не более 0,033 Вт/(м ºС).

В качестве трубы-оболочки предизолированных труб применяется полиэтилен низкого давления по ГОСТ 16338 плотностью не менее 944 кг/м3, с коэффициентом теплопроводности λ = 0,43 Вт/(м °С).

Предизолированные трубопроводы можно прокладывать традиционным спосо-

бом - в каналах, надземно. При надземной прокладке предизолированные трубы выпускают в металлической оболочке. Оболочку со спиральнозавальцованным зам-

ком изготавливают из оцинкованной стали толщиной 0,55-1,0 мм.

При прокладке в непроходных каналах предизолированные трубы укладывают на скользящие опоры, при этом расчет теплотрасс производится аналогично расче-

там теплопроводов, изолированных минеральной ватой или другими теплоизоляци-

онными материалами.

101

Типоразмеры и основные параметры предизолированных труб для сетей тепло-

снабжения приведены в табл. 10.2, для сетей горячего водоснабжения в таблице

10.3.

Таблица 10.2 – Типоразмеры и основные параметры предизолированных труб для сетей теплоснабжения

Минимальное заглубление бесканального трубопровода принимается от 0,4 до

0,5 м от поверхности земли или низа дорожного покрытия.

Максимальное заглубление труб, м, под проезжей частью улиц (при транспорт-

ной нагрузке НК-80) принимается:

для труб Dy- до 150 мм -2,2 м,

Dy от 200 до 500 мм - 2,5 м,

Dy от 600 до 1200 мм - 2,0 м.

102

При прокладке труб в траншее необходимо выдерживать минимальные рас-

стояния между ними (рис. 10.2). Наименьшая ширина В, м, траншеи по дну при двухтрубной бесканальной прокладке тепловых сетей может определяться по выра-

жению:

dоб - наружный диаметр трубы-оболочки, м.

Таблица 10.3 Типоразмеры и основные параметры предизолированных труб для сетей теплоснабжения

Для удобства сварки стальных труб и последующей герметизации гидрозащит-

ной оболочки концы труб имеют неизолированные участки длиной 150 мм (до диа-

метра 219 мм) или 250 мм для остальных диаметров.

103

При установке на предизолированных трубопроводах шаровых кранов устрой-

ство камер для их обслуживания не требуется. Управление шаровыми кранами

(клапанами) осуществляется через коверы съемным механизмом (ключом).

Производство предизолированных труб обеспечивает надежное сцепление меж-

ду наружной поверхностью металлической трубы с пенополиуретановой изоляцией и внутренней поверхностью наружной полиэтиленовой оболочки. Таким образом,

все элементы теплоизолированной трубы при изменении температуры теплоносите-

ля перемещаются совместно. При бесканальной прокладке теплотрассы значитель-

ная часть возникающих при этом усилий погашается за счет трения между наруж-

ной оболочкой трубы и грунтом.

1 – трубопровод в изоляции; 2 – песчаная подушка; – засыпка песком; 4 – засыпка песчано-грунтовая; 5 – грунтовая

Рис. 10.2 – Расположение труб в траншее

Компенсация тепловых удлинений предизолированных трубопроводов при бес-

канальной прокладке может осуществляться:

1) обычным компенсационным методом (с использованием Г, П, Z-образных компенсаторов);

1) с предварительным продольным напряжением теплопроводов путем началь-

ного их разогрева (как с использованием стартовых компенсаторов, так и без них);

104

2) сильфонными компенсаторами.

Компенсационный метод - использование естественной компенсации за счет из-

менения направлений трубопроводов, образующих самокомпенсирующие участки Г, П, Z-образной формы. В этих случаях между стенкой траншеи и трубопроводом в местах изменения направления перед обратной засыпкой устанавливаются специ-

альные подушки из эластичного материала (пенополиуретан, пенополистирол, спе-

циальные конструкции из минеральной ваты), обеспечивающие свободное переме-

щение труб при их температурном удлинении.

При применении метода прокладки с предварительным напряжением труб без стартовых компенсаторов, трубопровод после монтажа и проведения гидравличе-

ского испытания на прочность перед засыпкой грунтом нагревается до средней тем-

пературы теплоносителя (средней между температурой монтажа и максимальной рабочей температурой), после чего производится полная засыпка. При этом методе сила трения между наружной оболочкой и грунтом обеспечивает общую устойчи-

вость системы, а изменение температуры приводит к изменению осевых напряже-

ний в трубопроводах. Продольные перемещения труб в этом случае исключаются.

При применении метода прокладки предизолированных труб с предварительным напряжением и использованием стартовых компенсаторов, трубопровод полностью монтируется в траншее и засыпается грунтом (за исключением мест установки стар-

товых компенсаторов). Затем система нагревается до температуры, при которой все стартовые компенсаторы срабатывают и замыкаются. После чего осуществляется фиксация компенсаторов сваркой. Таким образом, стартовые компенсаторы сраба-

тывают один раз, после чего система превращается в неразрезную и компенсация температурных расширений в дальнейшем осуществляется за счет знакоперемен-

ных осевых напряжений сжатия-растяжения.

Кроме гибкой компенсации при прокладке труб применяется осевая компенса-

ция сильфонными компенсаторами. Они поставляются в полностью изолированном виде и не требуют дополнительно изоляционных работ на монтажной площадке.

105

10.2. Компенсационный метод прокладки предизолированных труб

Температурные удлинения трубопроводов с П, Г и Z-образными компенсатора-

ми осуществляются за счет их компенсационной способности. Проектирование та-

ких трубопроводов заключается в определении монтажной длины трубопровода

Lmax, при которой осевое напряжение сжатия а при нагревании не превышает своего допустимого значения σдоп.

Максимальная монтажная длина Lmax, м, прямого участка трубопровода от не-

подвижной (или условной) опоры до компенсатора определяется по формуле

L Атр σдоп , max F

(10.2)

где Атр - площадь поперечного сечения стенки стальной трубы, мм2;

σдоп - допускаемое осевое напряжение трубопровода, МПа;

F - сила трения между грунтом и полиэтиленовой трубой-оболочкой, Н/м, вы-

числяется по выражению [17]:

где μ - коэффициент трения между трубой-оболочкой и песчаной обсыпкой, μ = 0,4;

V - давление грунта на наружную поверхность трубы-оболочки, Н/м2; dоб - наружный диаметр полиэтиленовой трубы-оболочки, м.

Давление грунта на наружную поверхность трубы V, Н/м2, рассматриваемся как равномерно распределенная нагрузка и определяется по формуле:

где υ - коэффициент нагрузки стальной трубы, υ = 1,1;

h - расстояние от поверхности земли до оси трубопровода, м; ρ - плотность засыпного грунта, кг/м3;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

Ко - коэффициент бокового давления грунта, Ко = 0,5.

106

К типовым видам радиальной компенсации относятся Г, П, Z-образные компен-

саторы.

Г-образная компенсация рекомендуется в пределах углов от 45° до 90° (рис. 10.3).

Рис. 10.3 Изменение направления трассы под углом 45º ≤ α ≤90 º

Для обеспечения перемещения трубопровода при температурном удлинении устанавливаются амортизирующие прокладки, толщина которых определяется в за-

висимости от расчетного температурного удлинения трубопровода и условия, что общее сжатие каждой прокладки не должно превышать 50 % ее толщины.

Необходимые размеры компенсационных зон можно определить по номограмме рис. 10.4 или рассчитать по формулам:

где LK1, LK2 - длины компенсационных зон для углов α = 90° (рис.10.5);

Е - модуль продольной упругости стальной трубы, Н/мм2;

L1 и L2 - температурное удлинение трубопровода соответственно длиной L1 и

L2, м.

107

Рис. 10.6 Длина плеч компенсации для углов 45º ≤ α ≤ 90º

Рис. 10.7 Варианты систем компенсации при изменении направления трассы га угол от 8 до 45 º

110