Устройство теплопроводов

Тепловые сети являются одним из наиболее трудоемких и дорогостоящих элементов систем теплоснабжения. Они представляют сложные сооружения, состоящие из соединенных между собой труб, тепловой изоляции, компенсаторов линейных температурных деформаций, подвижных и неподвижных опор, запорной и регулирующей арматуры, строительных конструкций, камер и колодцев, дренажных устройств.

Первоочередной задачей проектирования тепловых сетей является выбор трассы, конструкций теплопроводов и способа прокладки. Проектное решение принимают на основании материалов гидрогеологических изысканий и съемки местности, перспективного развития системы теплоснабжения и очередности строительства тепловых сетей, а также технико-экономического сравнения отдельных возможных решений с учетом последних достижений науки и техники в этой области. Проектирование производят с учетом требований СНиП П-36-73 «Тепловые сети. Нормы проектирования».

Водяные тепловые сети по назначению и диаметрам труб подразделяют на магистральные и распределительные. К магистральным сетям обычно относятся теплопроводы, соединяющие источники тепла с районами теплового потребления, а также соединяющие источники тепла (ТЭЦ или котельные) между собой. Общее направление трассы магистральных тепловых сетей следует принимать с учетом ее минимальной протяженности и прокладки в районах с наиболее плотной тепловой нагрузкой. Теплоноситель поступает из магистральных тепловых сетей в распределительные сети, по которым подается через центральные тепловые пункты или местные тепловые пункты (МТП) к теплопотребляющим установкам абонентов (рис. 1.1).

Магистральные тепловые сети прокладывают из труб большого диаметра (400—1400 мм). Как правило, мелких ответвлений от магистральных тепловых сетей не делают, для этого используют распределительные сети, которые обычно имеют диаметр от 100 до 300 мм. Непосредственно к магистральным тепловым сетям допускается присоединение крупных промышленных предприятий. Диаметр труб ответвлений, ведущих к потребителям, в зависимости от величины тепловой нагрузки, колеблется от 50 до 150 мм и выше. Подразделение тепловых сетей на магистральные и распределительные является вполне четким и однозначным только в тех случаях, когда магистральные сети имеют более высокие расчетные параметры, чем принятые для при- соединенных к ним распределительных сетей. Другим признаком магистральных тепловых сетей является транзит тепла в них (т. е. транспортирование тепла без его попутного отпуска потребителям). Однако -оба эти признака в тепловых сетях выражены гораздо слабее, чем, например, в газовых или электрических сетях.

Снижение параметров воды при переходе от магистральных тепловых сетей к распределительным требует сооружения специальных тепловых пунктов. Проведенными технико-экономическими исследованиями для жилых районов установлено, что оптимальным является отпуск тепла от центральных тепловых пунктов в пределах 10—50 МВт, что примерно соответствует сооружению одного теплового пункта на микрорайон. Такие микрорайонные тепловые пункты рассматриваются как граничные между магистральными и распределительными тепловыми сетями.

Магистральные тепловые сети по конфигурации, особенностям расчета и эксплуатации могут быть радиальными и кольцевыми (рис. 1.2). Радиальная (или тупиковая) сеть предусматривает прокладку отдельных магистралей от одного источника тепла в районы размещения тепловых потребителей. Радиальные сети сооружают с постепенным уменьшением диаметров труб в направлении от источника тепла. Такие сети наиболее просты, экономичны по начальным затратам, требуют наименьшего расхода металла на сооружение и удобны в эксплуатации. Но при аварии на магистрали радиальной сети прекращается теплоснабжение абонентов, присоединенных за аварийным участком. Неудобны радиальные сети и при ремонте магистральных линий, так как на весь период ремонтных работ все потребители за ремонтируемым участком должны быть отключены. Этот недостаток частично может быть устранен, если в радиальную схему ввести резервные перемычки, соединяющие отдельные лучи попарно. Радиальные водяные сети допускается сооружать при диаметре магистральных трубопроводов до 700 мм со сроком ликвидации аварии до 24 ч.

При теплоснабжении крупных городов от нескольких ТЭЦ целесообразно предусматривать взаимную блокировку ТЭЦ путем соединения их магистралей блокировочными связями. В этом случае может быть создана в принципе объединенная кольцевая тепловая сеть с несколькими источниками питания. Кольцевая схема образуется прокладкой от источника тепла к одной группе потребителей не менее двух магистралей, соединяющихся между собой в районе размещения потребителей, обеспечивая двустороннюю подачу тепла. Кольцевые сети самые дорогие, поэтому они сооружаются в крупных городах. Технико-экономические исследования специалистов показали, что дополнительные затраты на сооружение кольцевых сетей, выполненных из труб постоянного диаметра, зачастую компенсируются,снижением капитальных вложений на установку меньших суммарных резервов мощностей тепловых станций.

При двухтрубных водяных тепловых сетях отпуск теплоносителя в системы теплоиспользования определяется не давлением его в подающем трубопроводе на входе в эти системы, а разностью между этим давлением и соответствующим в обратном трубопроводе на выходе из системы. Регулирование отпуска тепла в тепловых сетях применяется в основном качественное (изменением температуры теплоносителя), так как при количественном регулировании значительное сокращение расходов подаваемого теплоносителя резко нарушает нормальную работу систем теплоиспользо- вания, в особенности водяного отопления. Эти обстоятельства существенно затрудняют применение закольцованных схем при нормальных режимах эксплуатации двухтрубных водяных тепловых сетей, поэтому такие схемы пока не нашли широкого распространения. Таким образом, применяемые схемы как небольших, так и крупных двухтрубных тепловых сетей могут быть охарактеризованы как радиальные, обычно с частичным кольцеванием за счет устройства перемычек между магистралями. Эти перемычки при нормальных режимах отключены и включаются в работу только при авариях или в летний период во время ремонта отдельных участков тепловой сети. В связи с этим сети с перемычками фактически работают по тупиковой схеме.

Для повышения надежности систем теплоснабжения Н. К. Громовым была предложена новая схема присоединения распределительных тепловых сетей к магистральным через контрольно-распределительные пункты (КРП) (рис. 1.3). Схема с КРП предусматривает укрупнение центральных тепловых пунктов с доведением их расчетной тепловой нагрузки до 35— 60 МВт (30—50 Гкал/ч), что примерно соответствует нагрузке одного крупного или двух небольших микрорайонов. На КРП устанавливают секционирующие задвижки (для разделения сети на участки), головные задвижки распределительных сетей, задвижки на блокирующих связях, регуляторы давления и температуры, насосные подкачивающие или смесительные установки, а также при необходимости и водоподогреватели. Принципиальная схема КРП приведена на рис. 1.4. Устанавливаемое оборудование позволяет создавать в распределительных сетях за КРП требуемые режимы.

Секционирующие задвижки необходимо устанавливать не менее чем через 1 км теплотрассы. Распределительные сети при этом присоединяют к магистральным сетям в КРП е обеих сторон секционирующих задвижек. Магистрали соединены между собой блокировочными перемычками, диаметры которых рассчитывают на пропуск аварийного расхода воды, принимаемого не менее 70% расчетного. Перемычки в целях сокращения капитальных вложений могут быть однотрубными и использоваться попеременно как подающие, так и обратные линии, для чего предусматривается соответствующее переключение. Однако однотрубные перемычки могут включаться только при авариях и присоединение к ним тепловых потребителей исключено. Секционирование магистралей и устройство блокировочных перемычек позволяют производить ремонтные работы на отключенном участке тепловой сети без прекращения подачи тепла потребителям на других участках.

Во ВНИПИэнергопроме разработана новая схема теплоснабжения, при которой магистральные водяные тепловые сети работают как закрытые, а распределительные как открытые. При этой схеме двухтрубные распределительные сети присоединены к двухтрубным магистральным сетям через водоподогреватели, установленные в районном тепловом пункте (РТП), в котором предусмотрена также установка оборудования химводоочистки, деаэрации и аккумулирования подпиточной воды, идущей на восполнение расхода воды в системах горячего водоснабжения потребителей и утечек. В этом случае местные системы отопления и горячего водоснабжения присоединены к двухтрубным распределительным сетям, работающим аналогично тепловым, сетям с непосредственным водоразбором, т. е. по открытой системе.

Указанная схема независимого присоединения распределительных тепловых сетей к магистральным обеспечивает: полную гидравлическую изоляцию магистральных тепловых сетей от распределительных; исключение строительства ЦТП и четырехтрубных распределительных тепловых сетей в микрорайонах; стабилизацию гидравлического и температурного режимов в тепловых сетях и абонентских установках; защиту трубопроводов систем горячего водоснабжения от коррозии; стабилизацию режимов работы оборудования ТЭЦ; частичную разгрузку водопроводной сети города в часы максимального водопотребления за счет аккумулирования горячей воды. Эта новая схема, очевидно, является перспективной и может быть эффективно использована при сооружении современных систем теплоснабжения, в том числе и от атомных ТЭЦ.

В последние годы были разработаны самые разнообразные способы прокладки тепловых сетей (рис. 1.5). Выбор того или иного способа определяется местными условиями, как, например, характером грунта, наличием и уровнем грунтовых вод, требуемой надежностью, экономичностью строительства, а также эксплуатационными затратами на содержание тепловой сети. Способы прокладки разделяют на надземные и подземные. Надземную прокладку тепловых сетей применяют редко, так как она нарушает архитектурный, ансамбль местности, имеет при прочих равных условиях более высокие, по сравнению с подземной, тепловые потери, не гарантирует от замерзания теплоносителя при неполадках и авариях, стесняет проезды. Ее применяют при высоком уровне грунтовых вод, в условиях вечной мерзлоты и при неблагоприятном рельефе местности, а также там, где не нарушая движения транспорта и архитектурного ансамбля, можно получить существенный экономический эффект.

Большинство тепловых сетей прокладывается подземным способом. Недостатком подземных прокладок теплопроводов являются опасность увлажнения и разрушения тепловой изоляции от воздействия грунтовых или поверхностных вод, что приводит к резкому увеличению тепловых потерь, а также опасность внешней коррозии труб вследствие воздействия блуждающих электрических токов, влаги и агрессивных веществ. Подземные прокладки теплопроводов связаны с необходимостью вскрытия улиц, проездов и дворов при строительстве и капитальных ремонтах теплосетей.

Авдолимов Е. М., Шальнов А. П. Водяные тепловые сети. — М.: Стройиздат, 1984.