Общие конструктивные особенности бесканальных тепловых сетей из стальных труб
Бесканальные теплопроводы из стальных труб имеют конструктивные особенности, которые необходимо учитывать при проектировании, строительстве и эксплуатаций тепловых сетей. При бесканальной поокладке теплопроводов свободные опоры, как правило, отсутствуют и трубы укладывают на дно траншеи на естественное. В сухих грунтах трубы с тепловой изоляцией укладывают на песчаное основание, отсыпанное на предварительно выровненное дно траншеи. В насыщенных водой грунтах и в зоне грунтовых вод параллельно с теплопроводами укладывают дренаж. В слабых грунтах устраивают искусственное основание.
Недооценка качества подготовки основания под изолированные трубы, как правило, приводит к недопустимым просадкам теплопроводов. Просадки бесканальных теплопроводов могут происходить по различным причинам: вследствие рытья траншей ниже проектной отметки, недостаточно плотной подбивки песчаного слоя под теплопроводы, вследствие вспучивания глинистых грунтов при промерзании основания в зимнее время. В монолитных конструкциях просадки могут происходить вследствие разработки ложа под теплопроводами при температурных перемещениях. В целях уменьшения величины просадки необходимо строго выполнение правил производства работ. Для этого рекомендуется на подходах к камерам на расстоянии 10 м укладывать теплопроводы на гравийное основание независимо от того прокладываются ли трубопроводы с попутным дренажем или без него.
В конструкциях бесканальных тепловых сетей допускаются теплоизоляционные материалы с более высокими коэффициентами теплопроводности по сравнению с традиционными теплоизоляционными материалами. Это обусловлено требованием к гидрофобности, а значит и к большей плотности комплексных теплогидроизоляцирнных материалов. Поставленные задачи наилучшим образом решаются только в случае применения монолитных однослойных конструкций, обеспечивающих максимальное сокращение швов, являющихся наиболее уязвимым местом в защите изоляционной конструкции и труб от увлажнения. В свою очередь, максимальная монолитность конструкций достигается нанесением тепловой изоляции непосредственно на месте укладки на заранее смонтированный трубопровод.
Как известно, основным принципом индустриализации строительства является максимальный перенос выполнения отдельных технологических операций в заводские или полигонные условия с доставкой на место монтажа укрупненных конструктивных элементов. Однако при достаточ- ной механизации работ по укладке изоляционной массы непосредственно на трубопровод траншею с заготовкой массы в заводских условиях метод не противоречит требованиям индустриализащ строительства, особенно, если этим достигается конструкция. При изготовлении в заводских условиях и укладке бесканальных прокладок особое внимание следует обращать на тщательность и качество выполнения теплоизоляционной конструкции, так как даже небольшие дефекты и отклонения от принятой технологии могут привести к преждевременному выходу из строя всего теплопровода.
Вследствие недолговечных и малоэффективных конструкций теплоизоляции тепловых сетей теплопотери достигают 15% и более общего отпуска тепла, сильная внешняя коррозия труб резко сокращает эксплуатационный период и значительно снижает экономичность централизованного теплоснабжения. Монолитную теплоизоляцию бесканальных теплопроводов следует совершенствовать, изыскивая новые материалы объемной массой не более 100 кг/м3 и улучшая применяющиеся в настоящее время ячеистые бетоны, ячеистые пластмассы и битумосодержащие материалы (битумоперлит, битумокерамзит, битумовермикулит, асфальтокерамзитобетон и др.).
Если бы удалось получать изоляционные материалы, одновременно являющиеся гидрофобными, механически прочными, воздухонепроницаемыми и электроизолирующими, то это позволило бы ограничиться выполнением однослойной конструкции из таких материалов без проти- вокоррозиоЁНого Слоя на трубах и гидрозащитного покрытия на изоляции. Прообразом такого материала может служить пенополимербетон, разработанный специалистами ВНИПИЭнергопрома Минэнерго СССР. С 1978 г. ВНИПИ- Энергопром и НИИМбсстрой ведут совместные исследования по изучению свойств и эксплуатационных качеств данного материала.
По сведениям разработчика пенополимербетон по таким показателям, как прочность, водопоглощение, температуроустойчивость, теплопроводность, тепловое расширение, адгезия к металлу и другим, превосходит наиболее широко применяемые в настоящее время изоляционные материалы. Он недорог, обеспечен сырьевой базой, нетоксичен, образует на поверхности трубы монослой, который работает совместно с трубой, не требует специальной антикоррозионной защиты металла труб и последующей гидрозащиты теплоизоляционного слоя. Технология нанесения изоляции из пенополимербетона на металлические трубы достаточно проста, не нуждается в сложном оборудовании, процесс поддается механизации и автоматизации,1 что позволит организовать производство изоляционных работ как ib заводских условиях, так и непосредственно на строительной площадке.
Технологический процесс приготовления и нанесения изоляции на стальные трубы заключается в последовательном смешении сырьевых компонентов в определенных пропорциях и вспенивании композиции в специальной форме. Ускорение отверждения обеспечивается термообработкой в камере сухого нагрева. Полученный материал характеризуется переменной по сечению плотностью и состоит из поверхностной уплотненной корки объемной массой до 1000 кг,/м3 и теплоизоляционного слоя объемной массой 200—300 кг,/м3. Пока такие комплексные материалы находятся в стадии разработки, поэтому в бесканальных конструкциях теплопроводов обязательным элементом должно быть надежное противокоррозионное покрытие и помимо основного изоляционного слоя, также и покровный слой. Назначением покровного слоя является предохранение проникания влаги из грунта в основной изоляционный слой, а также его разгрузка от усилий со стороны грунта.
Основным требованием при транспортировке и хранении изолированных (монолитной изоляцией) труб является обеспечение целостности теплогидроизоляционной оболочки. Для длительного хранения изолированных труб цеха изоляции должны быть снабжены крытыми складами с оборудованием для их разгрузки и погрузки.
При бесканальных прокладках применение П-образных . компенсаторов и использование углов поворота для самокомпенсации во избежание зажатия труб в грунте и для обеспечения возможности их перемещения требуют устройства в этих местах ниш и канальных прокладок (рис. 3. 29), что удорожает стоимость теплосетей, усложняет их строительство, а также вызывает ряд эксплуатационных неудобств. Применение же сальниковых компенсаторов требует для их обслуживания устройства дорогостоящих теплофикационных камер. Кроме тогоГ сальниковые компенсаторы вследствие просадок бесканальных теплопроводов могут перекашиваться и быть источником утечки теплоносителя. Поэтому, с точки зрения эксплуатации, они являются менее надежными, чем гнутые компенсаторы. Наиболее надежными для прямолинейных участков бесканальных теплопроводов являются линзовые и волнистые компенсаторы, которые не требуют обслуживания и размещения в камерах, однако такие компенсаторы, как было отмечено выше, пока изготовляются в небольших количествах.
При бесканальной прокладке теплопроводов на долю канальных участков практически приходится не менее 15— 25% общей протяженности теплотрассы. Для устранения этого существенного недостатка неоднократно предлагались конструкции бесканальных теплопроводов, допускающие небольшие поперечные перемещения трубопроводов без нарушения структуры изоляции, в частности конструкции с засыпной или плавленой изоляцией на поворотах теплотрассы и в нишах. Многочисленные проблемы, связанные с переходом полностью на бесканальную прокладку, нельзя считать решенными даже при тех конструкциях, для которых такие решения представляются наиболее перспективными, а именно при засыпной изоляции. Решение этих проблем продолжает оставаться актуальным.
При проектировании тепловых сетей необходимо стремиться к прямолинейности трассы, закрепляя углы поворота неподвижными опорами и применяя осевые компенсаторы. Сальниковые компенсаторы при бесканальной прокладке с монолитной тепловой изоляцией, если это допускает их компенсирующая способность, рекомендуется устанавливать по «плавающей» схеме (рис. 3.30), что позволяет увеличить длину участка между неподвижными опорами почти в 2 раза и во столько же раз уменьшить количество односторонних сальниковых компенсаторов при одновременном уменьшении габаритов камер. Во внутриквартальных тепловых сетях гибкие компенсаторы рекомендуется размещать в технических подпольях или подвалах зданий, устанавливая на входе в здания сальники.
При бесканальной прокладке неподвижные опоры выполняют в виде вертикальных железобетонных щитов, устанавливаемых на прямых участках трассы. В железобетонных камерах для неподвижных опор используют одну из стен камеры либо устанавливают металлические конструкции. В местах прохода труб через стены камер необходимо предусматривать возможность их осадки, для чего под опорами в камерах устанавливают набор стальных пластин общей толщиной до 60 мм, которые в процессе эксплуатации можно удалять по мере осадки трубопроводов. Щитовые опоры диаметром до 500 мм рекомендуется изготавливать на заводах. В них закладывают отрезки подающих и обратных труб. Готовую опору с выпущенными концами труб вывозят на трассу и устанавливают в предусмотренных проектом местах траншеи, приваривая их к смонтированным трубопроводам. Щитовые неподвижные опоры диаметром более 500 мм изготовляют монолитными.
Для повышения надежности и долговечности бесканальных теплопроводов в местах прохождения труб через щитовые опоры НИИМосстроем разработана конструкция неподвижной опоры, в тело которой закладывается предварительно изолированный элемент (рис. 3.31). Мосинжпроектом и НИИМосстроем для канальных участков разработаны конструкции подвижных опор, позволяющие устанавливать теплопроводы без нарушения изоляции. Мосинжпроект предлагает хомутовую опору (рис. 3.32), а НИИмосстрой рекомендует скользящую подушку приклеивать к битумоперлитной изоляции цементно-песчаным раствором (рис. 3. 33).
Одним из слабых мест бесканальной прокладки, особенно с монолитной изоляцией заводского изготовления, являются стыки, заделка которых осуществляется на трассе. Сварные стыки изолируют на объекте после окончания монтажа и гидравлического испытания участка полуцилиндрами или сегментами заводского изготовления или методом заливки теплоизолирующих составов в специальные формы, надеваемые на изолируемый стык с оклейкой их поверхности -рулонными битумными материалами. Полуцилиндры и сегменты, как правило, изготовляют из тех же теплоизотем ненадежным местом изоляционной конструкции, в котором возможно проникание в эту конструкцию влаги, беспрепятственно распространяющейся вдоль теплопровода. Появления увлажненных участков и очагов наружной коррозии наблюдается особенно под штучными изделиями, стыкую- щимися с монолитной изоляцией.
В Ленинграде нашла широкое применение монолитная заделка стыков заливкой их на месте фенольным поропластом (рис. 3.34) с помощью специальной передвижной установки. Существенный экономический эффект дает применение фенольного поропласта ФЛ-2 для заливки стыков на трассе при прокладке теплопроводов с армопенобетонной изоляцией. Благодаря способности ФЛ-2 вспениваться и отверждаться при отрицательных температурах работы по заделке стыков могут проводиться как летом, так и зимой.
В местах стыковки участков бесканальной прокладки с непроходными каналами, камерами, стенами зданий и т. п. создаются наиболее тяжелые условия с точки зрения опасности наружной коррозии и увлажнения изоляции, поэтому конструкции и особенно качеству работ по выполнению изоляции следует уделять особое внимание. На участках примыкания теплопроводов к теплофикационным камерам наблюдается оплывание мастичного слоя, полное расслаивание гидроизоляции и увлажнение тепловой изоляции. Вскрытиями и обследованием обнаружено, что наиболее часто повреждение изоляции и коррозия стальных труб наблюдаются именно в этих местах.
Конструкции узлов перехода теплопроводов из бесканального участка к канальному должны обеспечивать относительную герметичность соединения и возможность осевого и бокового перемещения. Защемление теплопроводов в этих местах не допускается. При входе бесканального теплопровода в канал необходимо устанавливать сальники (рис. 3.35) с уплотнением зазора эластичным материалом, например просмоленным канатом, или по предложению Мосинжпроекта отделять пространство канала от окружающего грунта гравием (рис. 3.36): При переходе бесканальных теплопроводов с монолитной изоляцией через стены камер необходимо, чтобы ось теплопровода размещалась выше оси гильзы (рис. 3.37). Это снижает возможность разрушения тепловой изоляции в местах проходов при просадках теплопроводов.
Авдолимов Е. М., Шальнов А. П. Водяные тепловые сети. — М.: Стройиздат, 1984.
