23 Строительное и механическое оборудование систем теплоснабжения.

1. Защита теплопроводов от внешней коррозии.

2. Подземные и надземные теплопроводы.

3. Тепловая изоляция теплопроводов.

4. Трубы и опоры теплопроводов.

5. Температурная компенсация.

6. Механическое оборудование тепловых сетей.

Основные требования к современным теплопроводам:

1. Устойчивость против наружной коррозии, что достигается укладкой на наружную поверхность трубопроводов долговечных антикоррозионных покрытий.

2. Высокое и устойчивое в эксплуатационных условиях тепло-, электро- и влагосопротивление теплоизоляционной конструкции (табл. 14).

3. Индустриальность и сборность. Возможность изготовления на заводах всех основных деталей, укрупненных до пределов, определяемых типом и мощностью подъемно-транспортных средств. Сборка теплопроводов на трассе из готовых элементов.

4. Возможность, механизации всех трудоемких процессов строительства и монтажа.

1. Наружная поверхность труб подвержена электрохимической и электрической коррозии.

Основной элемент, вызывающий коррозию растворенный во влаге воды, поступающий из грунта через изоляцию к поверхности трубы. Коррозия усиливается при наличии во влаге СО₂, хлоридов, сульфитов. Основной метод защиты Тру от внешней коррозии: выполнение изоляции из материалов с высоким влаго-, электросопротивлением (асфальтоизоляция, битомопермент).

Другое решение: электроизоляция наружной поверхности труб от электролита путем нанесения на поверхность антикоррозионных покрытий (эмалированных изоляторов)

Источником эл. коррозии являются установки постоянного тока ( трамваи и эл.фицированные железные пути).

С рельсов транспорта эл. ток стекает в грунт (в анодных зонах).

Для защиты подземных труб теплопроводов от электрокоррозии применяют следующие методы:

1. Создание высокого эл. сопротивления между трубами и грунтом.

2. Увеличение эл. сопротивления на границе рельсы – грунт (лучше бетонные шпалы).

3. Повышение эл. сопротивления грунта вокруг труб.

4. Повышение продольного эл. сопротивления труб путем его секционирования (прокладки на фланцах), болты также изоляция.

5. Увеличение продольной эл. проводимости рельсов (установление эл. перемычек в местах стыковки)

6. Чисто эл. методы (создание вокруг труб контртока равного по величине и направленного против движения блуждающего тока).

Этот тип канала может применяться в любых грунтовых условиях с устройством попутного дренажа или оклеечной гидроизоляции в зоне высоких грунтовых вод.

Для определения внутренних габаритов проходных и полупроходных каналов принимают минимальную ширину прохода в свету 0,7 и 0,5 м и минимальную высоту канала в свету 2 и 1,4 м соответственно для проходных и полупроходных каналов.

В СССР разработаны и нашли применение конструкции бесканальных теплопроводов нескольких типов.

Хорошо зарекомендовали себя в эксплуатации двухтрубные бесканальные теплопроводы с тепловой изоляцией из монолитного армопенобетона (рис.80).

Опытную эксплуатацию о течение нескольких лет прошла конструкция теплопровода в монолитной оболочке из битумоперлита, представляющего собой смесь битума и вспученного перлита. Снаружи битумоперлитовая оболочка покрыта сплошной полиэтиленовой пленкой. Применяется также в опытном порядке конструкция бесканального теплопровода в самоспекающемся асфальтоизоле.

Рисунок 80 – Сечение бесканальной прокладки тепловых сетей в сухих грунтах.

1 – крупнозернистый песок, 2 – обратный трубопровод, 3 – прямой трубопровод, 4 – пенобетонная оболочка, 5 – крепление траншеи досками, 6 – инвентарная распорка.

Стальные трубы.

Трубопроводы тепловых сетей, транспортирующие водяной пар давлением свыше 0,17 МПа или горячую воду с температурой выше 115°С, должны соответствовать требованиям „Правил, устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды", утвержденных Госгортехнадзором СССР.

Для сооружения тепловых сетей применяются, как правило, стальные трубы, преимущественно из так называемой спокойной стали следующих марок: Ст.2, Ст.3, стали 10, 20. 10Г2С1, 15ГС, 16ГС. Допускаемые напряжения для труб из сталей этих марок при разных температурах теплоносителя приведены в табл. 15.

При диаметрах до 400 мм включительно применяются бесшовные горячекатаные трубы, при диаметрах выше 400 мм–электросварные с продольным швом и электросварные со спиральным швом. Минимальная толщина стенок бесшовных труб меняется от 2 мм при условном проходе D_y~ 15 мм до 9 мм при условном проходе D_у = 400 мм.

Тип труб, марка стали и толщина стенки выбираются в зависимости от условного давления и рабочей температуры теплоносителя. Величина условного давления определяется по ГОСТ 356-68 по рабочему давлению и рабочей температуре теплоносителя. Для температуры теплоносителя до 200°С величина условного давления принимается равной рабочему давлению. При заказе труб следует оговаривать следующие требования к их поставке:

1) при толщине стенки 3 мм и более – наличие скошенной кромки на торце. Угол скоса фаски должен приниматься по МВН 256-63;

2) 100%-ный контроль неразрушающими методами сварных швов электросварных труб на заводе – изготовителе труб;

3) гидравлическое испытание заводом-изготовителем каждой трубы в соответствии с действующими ГОСТ и ТУ;

4) мартеновский способ выплавки сталей марок Ст.2 СП и Ст.3 СП группы А по ГОСТ 380-60 н с;;1ля по ГОСТ 5058-65. Для водяных тепловых сетей при избыточном давлении р_у < 2МПа и t < 200°C рекомендуются к преимущественному применению трубы из Ст.2, Ст.3, стали 10, 20: при D_у < 400 мм–группы A, горячекатаные и холоднокатаные и о ГОСТ 8731-66 н 8733-66;

при D_у > 400мм – группы А или В стальные электросварные с двусторонним прямошовным или спиральным швом по ГОСТ 10706-63 и 8696-62.

Наиболее слабым местом стальных трубопроводов, по которому следует вести проверку напряжений, являются сварные стыки.

Основные напряжения, возникающие в трубопроводах тепловых сетей:

1. Напряженно растяжения под действием внутреннего давления в двух плоскостях: торцевой плоскости, нормальной к оси трубы, ₁ и продольной плоскости, проходящей через ось грубы, ₂.

2. Напряжение изгиба ₃ под действием собственного веса трубопровода, веса тепловой изоляции и веса теплоносителя. В надземных теплопроводах возможен также изгиб под действием скоростного напора ветра.

3. Напряжение изгиба ₄ под действием термической деформации в гнутых компенсаторах и на участках естественной компенсации.

4. Напряжение от кручения  под действием термической деформации.

Таблица 15- Допускаемые напряжения для стальных трубопроводов тепловых сетей , МПа.

Температура стенки, 0С	Марки стали
	Ст.2	Ст.3	10	20	10Г2С1	15ГС	16ГС
20	127	137	127	144	173	181	166
150	115	126	117	135	166	170	152
200	111	121	113	132	163	165	147
250	107	117	110	129	161	162	142
275	101	111	104	123	156	157	137
300	96	105	98	116	150	150	131
320	-	-	93	111	145	142	127
340	-	-	88	107	138	134	122
360	–	–	83	101	132	126	117
380	–	–	79-	95	125	118	112
400	–	-	75	90	117	111	107
410	–	-	73	87	–	104	–
420	–	–	71	84	–	100	-
430	–	–	66	81	–	95	-
440	–	–	59	71	–	88	-

Основные данные о расчете трубопроводов на прочность.

В приведенных далее, формулах приняты следующие обозначения и единицы измерения: Р – внутреннее давление в трубопроводе, кПа; Р – осевая сила, кН; М – изгибающий момент, кНм; М_к – крутящий момент, кНм; d – наружный диаметр трубы м; d₀ – внутренний диаметр трубы, м;  – толщина стенки трубы, м; f_т = d₀ - плошадь торцевого сечения трубы, м²; Е – модуль упругости первого рода; для стали Е = 210⁸кПa; G – модуль упругости второго рода; для стали G = 810⁷ кПа; J = 0,05 (d₄ – d₀¹,) – экваториальный момент инерции трубы, ,м⁴; – экваториальный момент сопротивления трубы, м³; J_п= 0,l(d⁴–d₀¹) – полярный момент инерции трубы, м⁴; W_п = 0,2(d⁴ – d₀¹)/d – полярный момент сопротивления трубы, м³;  – напряжение, кПа.

При одновременном действии всех видов деформации – растяжения, изгиба и кручения – суммарное максимальное напряжение определяется по формуле

(209)

где _р – суммарное напряжение от растяжения под действием внутреннего давления; _и – суммарное напряжение от изгиба.

Суммарное максимальное напряжение не должно превосходить допускаемого для наиболее опасного сечения трубопровода, которым является сварной стык:

(210)

где []–допускаемое напряжение.

Коэффициент прочности сварных швов , представляющий собой отношение допускаемого напряжения для шва к допускаемому напряжению для целей стенки, принимается:

Шов	Величина 
Односторонний ручной	0,7
Односторонний автоматический	0,8
Двусторонний ручной	0,85
Двусторонний автоматический	0,9

Осевая сила внутреннего давления, действующая в торцевой плоскости:

(211)

Напряжение растяжения в торцовой плоскости трубопровода

(212)

Напряжение растяжение в продольной плоскости трубопровода

(213)

Суммарное напряжение от растяжения под действием внутреннего давления определяется по энергетической теории прочности по формуле

(214)

Суммарное напряжение от изгиба

(215)

Крутящие моменты возникают только в пространственных трубопроводах. В плоскостных трубопроводах крутящие моменты равны нулю. В этом случае суммарное максимальное напряжений

(216)