Пересечение теплопроводами рек, железнодорожных путей и автомобильных дорог

Наиболее простой метод пересечения речных преград – прокладка теплопроводов по строительной конструкции железнодорожных или автодорожных мостов. Однако мосты через реки в районе прокладки теплопроводов нередко отсутствуют, а сооружение специальных мостов для теплопроводов при большой длине пролета стоит дорого. Возможными вариантами решения этой задачи является сооружение подвесных переходов или сооружение подводного дюкера.

На рис. 8.10 и 8.11 показан дюкер для прокладки теплопроводов по дну Москвы реки, сооруженный в Москве. Полностью сваренный дюкер длиной свыше 200 и диа­метром 2,5 м был опущен в заранее подготовленное ложе на дне реки.

Рис. 8.10. Трасса дюкера

1– дюкер; 2– железобетонный колодец; 3– бетонный массив; 4– присыпка песком

Рис. 8.11. Поперечное сечение дюкера

1 – пригрузочное кольцо; 2– кольцо жесткости

Для того чтобы дюкер не всплыл, на него сверху были наде­ты чугунные грузы – кольца. Для предо­хранения от коррозии наружная поверх­ность дюкера покрыта слоем гидроизоля­ции. В дюкере имеется проход для обслужи­вания высотой 2 и шириной 1 м.

Современные усовершенствованные по­крытия автодорожных магистралей стоят дорого, поэтому пересечение их вновь со­оружаемыми теплопроводами производит­ся обычно закрытым способом, методом щитовой проходки. Такое сооружение про­изводится при помощи щита, представляю­щего собой цилиндрическую сварную обо­лочку, выполненную из стального листа (рис. 8.12 и 8.13). Поступательное движе­ние щита 7 в грунте осуществляется при помощи гидравлических домкратов 4, упи­рающихся в выложенный участок туннеля 2. Для опускания щита в грунт строится специальная шахта 1, через которую во вре­мя проходки грунт удаляется на поверх­ность земли. По мере проходки щита в грунте выкладывается цилиндрический туннель 2 из сборных бетонных или железо­бетонных элементов.

Пересечение теплопроводами железно­дорожных или автодорожных насыпей так­же производится без остановки движения методом прокола (рис. 8.14). При помощи мощных гидравлических домкратов в тело насыпи вдавливается стальная труба-гиль­за, которая насквозь проходит через на­сыпь. После очистки от грунта эта труба ис­пользуется в качестве гильзы–оболочки, внутри которой прокладывается изолиро­ванный теплопровод. При пересечении на­сыпей электрифицированных железных до­рог теплопровод необходимо электрически изолировать от стальной гильзы для защиты его от электрокоррозии.

Рис. 8.12. Схема щитовой прокладки

1 – производственная шахта; 2– часть уложенного туннеля; 3– место забоя; 4– гидравлический домкрат; 5– кран–укосина; 6– вагонетка для вывоза грунта; 7 – щит

Рис. 8.13. Канал из блоков при щитовой прокладке

Рис. 8.14. Пересечение теплопроводом дорожной насыпи

1 – железобетонные плиты, 2– асфальт, 3– бетон­ная подготовка, 4– трубопровод, 5– изоляция тру­бопровода, 6– труба-гильза, 7 – основание канала

Трубы и арматура

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

1) достаточная механическая прочность и герметичность при имеющих место давле­ниях 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 с любой температурой от 0 °С до установ­ленной для трубы из данной марки стали предельной температуры < 445 °С, но при различных давлениях.

При расчётах тепловых сетей и разработке проектной документации применяют понятия диаметра условного прохода (условного диаметра d_у) и условного давления .

Условный диаметр d_у – номинальный внутренний диаметр трубы при гостированном наружном диаметре d_н трубы и указанной толщине стенки S.

Сортамент применяемых для тепловых сетей стальных труб в соответствии с ГОСТ характеризуется типоразмерным рядом, соответствующим так называемому ряду Ренара, т.е. диаметр условного прохода последующей трубы большего диаметра равен

(8.1)

Трубы бесшовные горячекатаные по ГОСТ 8732–78 выпускаются с диаметрами условного прохода d_у=32 мм и минимальная толщина стенки S=2,5 мм (диаметром 38×2,5) до диаметра 426×9 мм.

Сортамент труб электросварных (по ГОСТ 10704-91 и 8096-74) соответствует диапазону диаметров от 426×9 до 1400×14 мм.

Труба, рассчитанная на какое-либо условное давление может быть применена для рабочего давления

(8.2)

При повышении температуры теплоносителя от 250ºС до 350ºС величина понижающего коэффициента принимается в пределах ε=0,9–0,7, поскольку прочность металла с ростом температуры уменьшается.

Трубы и арматуру выбирают из выпускаемого сортамента в за­висимости от условного давления, рабочих (расчетных) параметров теплоносителя и окружающей среды.

Условное давление определяет максимально допустимое давление, которое длительно могут выдержать трубы и арматура определенно­го типа при нормальной температуре среды 20°С. При повышении температуры среды допустимое давление снижается.

Рабочие давления и температуры теплоносителя для выбора труб, арматуры и оборудования тепловых сетей, а также для расчета трубопроводов на прочность и при определении нагрузок на строительные конструкции должны приниматься равными, как правило, номинальным (максимальным) значениям в подающих трубопрово­дах или на нагнетании насосов с учетом рельефа местности.

Необходимую толщину стенки труб, мм, определяют в зависимо­сти от внутреннего (рабочего) давления теплоносителя (другие на­грузки не учитываются), по уравнению

(8.3)

где Р_р –рабочее давление теплоносителя, Па; d_н – наружный диаметр трубы, мм; σ_расч – расчётное допустимое напряжение в стенках трубопровода под действием внутреннего давления; для трубопроводов тепловых сетей в зависимости от марки стали σ_расч=10…13 кгс/мм²= =(10…13)·10⁷ Па; n – коэффициент перегрузки; n=1,1.

Возможна и обратная задача, при которой оценевается способность имеющейся трубы выдерживать требуемые нагрузки.

В этом случае толщина стенки трубы удовлетворяет условиям прочности при соблюдении неравенства

(8.4)

В последние годы ведутся работы по использованию для теплоснабжения неметаллических труб (асбестоцементных, полимерных, стеклянных и др.). К их достоинствам относится высокая антикорро­зионная устойчивость, а у полимерных и стеклянных труб и более низкая шероховатость по сравнению со стальными трубами. Асбестоцементные и стеклянные трубы соединяют при помощи специальных конструкций, а полимерные трубы — на сварке, что значительно уп­рощает монтаж и повышает надежность и герметичность соединений. Основным недостатком указанных неметаллических труб являются невысокие допустимые значения температур и давлений теплоноси­теля — примерно 100°С и 0,6 МПа. В связи с этим их можно исполь­зовать только в сетях, работающих с низкими параметрами воды, например в системах горячего водоснабжения, конденсатопроводах и др.

Арматура, применяемая в тепловых сетях, по назначению подраз­деляется на запорную, регулировочную, предохранительную (защит­ную), дросселирующую, конденсатоотводящую и контрольно-измери­тельную.

К основной арматуре общего назначения относят обычно запор­ную арматуру, так как она используется наиболее широко непосред­ственно на трассе тепловых сетей. Остальные виды арматуры уста­навливаются, как правило, в тепловых пунктах, насосных и дроссе­лирующих подстанциях и др.

Основными типами запорной арматуры тепловых сетей являются задвижки и вентили. Задвижки применяются обычно в водяных сетях, вентили — в паровых. Изготовляют их из стали и чугуна с флан­цевыми и муфтовыми присоединительными концами, а также с концами под приварку труб на различные условные диаметры.

Запорная арматура в тепловых сетях устанавливается на всех трубопроводах, отходящих от источника тепла, в узлах ответвлений с d_y≥ 100 мм, в узлах ответвлений к отдельным зданиям при d_у ≥ 50 мм и длине ответвления l ≥ 30 м или к группе зданий с сум­марной нагрузкой до 600 кВт (0,5 Ткал/ч), а также на штуцерах для спуска воды, выпуска воздуха и пусковых дренажей.

Маркировка трубопроводной арматуры характеризуется спиральными обозначениями, например:

30с41нж1 – задвижка стальная с уплотнительными кольцами из нержавеющей стали;

30ч6бр – задвижка чугунная с уплотнительными кольцами из бронзы;

15кч19П2 – вентиль чугунный фланцевый.