Проектирование систем теплоснабжения города Янгиера

Задвижки (рис. 2.45) наиболее широко применяются при строительстве тепловых сетей. По конструктивному исполнению их разделяют на клиновые и параллельные с выдвижным и невыдвижным шпинделем. Стальные задвижки имеют клиновое уплотнение, а чугунные -- параллельное. В клиновых задвижках затвор состоит из сплошного или двухдискового клина, уплотнение обеспечивается прилеганием колец клина к кольцам корпуса. Уплотнительные кольца из бронзы или нержавеющей стали запрессовывают на дисках клиньев и в корпусе. При опускании двухдискового клипа разжимной клин, находящийся между дисками, упирается в дно корпуса задвижки и распирает диски, плотно прижимая их к уплотнительным кольцам корпуса.

В параллельных задвижках затвор состоит из двух самостоятельных дисков с плоскими, параллельно расположенными уплотнительными поверхностями. Эти задвижки закрываются аналогично клиновым задвижкам с двухдисковым клиновым затвором. Положительным качеством задвижек является их малое гидравлическое сопротивление. Это достигается тем, что при полном выдвижении шпинделя затвор полностью выходит из потока теплоносителя в верхнюю часть корпуса задвижки. Для закрытия или открытия прохода требуется большая частота вращения шпинделя, поэтому задвижки, особенно больших диаметров (Пу500 мм), снабжены электроприводами.

На водяных тепловых сетях для задвижек Пу350 мм при ру71,57 А4Па следует предусматривать обводные трубопроводы (разгрузочные байпасы) с запорной арматурой, предназначенные для уменьшения перепада давлений при открывании задвижек. Этим достигается снижение усилий, необходимых для открывания задвижек. Условный проход разгрузочного байпаса принимают в зависимости от условного прохода задвижки в. соответствии с данными СНиП на проектирование тепловых сетей. При дистанционном телеуправлении задвижками арматура на байпасах также снабжена электроприводом. Задвижки с электроприводом при подземной прокладке размещают в камерах с надземными павильонами или в подземных камерах с естественной вентиляцией, обеспечивающей параметры воздуха в соответствии с требуемыми условиями. При надземной прокладке тепловых сетей задвижки с электроприводами размещают в помещениях или заключают в кожухи, защищающие арматуру и электроприводы, от атмосферных осадков.

Задвижки устанавливают на горизонтальных теплопроводах вертикально маховиком, редуктором или приводом вверх в некоторых случаях допускается установка задвижек в диапазоне 90° между вертикальным и горизонтальным положением шпинделя или в любом рабочем положении, кроме положения шпинделя вниз, так как при открытых задвижках дисковые гнезда могут засоряться, что приведет к нарушению нормальной работы задвижки. Для подземных теплопроводов высокого давления рекомендуется применять бесфланцевые стальные задвижки, которые присоединяют к трубам с помощью сварки. Их изготовляют промышленностью условным диаметром прохода Dy до 450 мм. Примените этих задвижек существенно повышает надежность эксплуатации тепловых сетей.

Клапаны в зависимости от назначения подразделяют на регулировочные, предохранительные, обратные, отсечные и др. Регулировочные клапаны служат для изменения расхода транспортируемого по тепловым сетям теплоносителя или его давления. Предохранительные клапаны предназначены для автоматического предотвращения появления недопустимо высоких давлений в системах, что достигается выпуском избытка теплоносителя.

Обратные клапаны служат для автоматической защиты трубопроводов от обратного потока теплоносителя, что может в некоторых случаях привести к аварии. Их подразделяют на подъемные и поворотные (рис. 2.47). Подъемные клапаны проще по устройству, однако при попадании продуктов коррозии возможно заедание тарелки клапана в направляющей. Их обычно используют при небольших диаметрах теплопроводов. Кроме того, подъемные клапаны могут работать только в горизонтальном положении. Поворотные клапаны менее чувствительны к загрязнению теплоносителя и могут работать как в горизонтальном, так и вертикальном положениях.

9. Неподвижные и подвижные опоры

Опоры трубопроводов тепловой сети подразделяются на неподвижные (или как еще говорят, мертвые) и подвижные. В непроходных каналах применяют скользящие опоры. Эти опоры необходимы для передачи веса трубопроводов и обеспечения перемещения трубопроводов при их удлинении под воздействием высокой температуры теплоносителя.

Рис. 8. Скользящая опора: 1 - теплопровод, 2 - изоляция, 3 - скользящая опора, 4 - опорная плита

Для этого скользящие опоры приваривают к трубопроводам. А скользят они по специальным пластинам, которые вделаны в ж/б плиты.

Неподвижные или мертвые опоры необходимы для того, чтобы разделить трубопровод большой протяженности на отдельные участки. Участки эти не зависят напрямую друг от друга, и соответственно, при высоких температурах теплоносителя компенсаторы могут нормально, без видимых проблем, воспринять температурные удлинения.

Рис. 9. Неподвижная опора: 1 - железобетонный щит, 2 - косынка, 3 - опорный стальной лист, 4 - бетон, 5 - дренажное отверстие

К неподвижным опорам предъявляются повышенные требования по надежности, ведь нагрузки на них большие. В то же время нарушение прочности и целостности мертвой (неподвижной) опоры может привести к аварийной ситуации.

Компенсаторы в тепловых сетях служат для восприятия температурного удлинения трубопроводов при их нагреве (1,2 мм на каждый метр при повышении температуры на 100 °С).

Основная и главная задача компенсатора в теплосети - защитить трубопроводы и арматуру от «убийственных» напряжений. Как правило, для труб, диаметр которых не более 200 мм применяют П-образные компенсаторы.

Рис. 10. П-образные компенсаторы: 1 - изоляция, 2 - компенсатор, 3 - ниша для компенсатора, 4 - опора скользящая, 5 - непроходной канал

Когда П-образные компенсаторы монтируют, их предварительно растягивают на половину температурного удлинения от той цифры, которая указана в проекте или расчете. Иначе компенсирующая способность компенсатора уменьшается в два раза. Растяжку следует производить одновременно с двух сторон в стыках, ближайших к мертвым (неподвижным) опорам.

10. Расчет компенсаторов

Компенсаторы служат для восприятия деформаций стальных трубопроводов при изменениях температуры теплоносителя и для разгрузки их от возникающих температурных напряжений, а также для предохранения от разрушения установленной на теплопроводах арматуры. При повышении температуры теплоносителя на 100°С удлинение стальных труб составляет порядка 1, 2 мм на один метр длины. Если в трубопроводе отсутствует компенсация температурных деформаций, то при сильном нагревании в стенке трубопровода могут возникнуть напряжения, недопустимые по прочности. При наличии продольного изгиба возможно обойтись без компенсации, так как в этом случае труба не получает больших сжимающих напряжений. Однако значительная величина прогиба (в 10--15 раз превышающая удлинение трубы) делает практически неприемлемым такое решение не только при подземных, но и при надземных прокладках.

Для восприятия дополнительных нагрузок, возникающих при изменении температуры, трубопроводы тепловых сетей проектируют и конструктивно выполняют так, чтобы они могли свободно удлиняться при нагревании и укорачиваться при охлаждении без перенапряжения материала и соединений трубопровода. Температурные удлинения трубопроводов при температуре теплоносителя от 50°С и выше воспринимаются специальными компенсирующими устройствами, предохраняющими трубопровод от возникновения недопустимых деформаций и напряжений.

Надежность и безаварийность работы тепловых сетей во многом зависят от правильного решения вопросов компенсации температурных удлинений теплопроводов, выбора способа прокладки тепловых сетей и других местных условий. Для безаварийной работы тепловых сетей необходимо, чтобы компенсирующие устройства были рассчитаны на максимальные удлинения трубопроводов. Поэтому при расчете удлинений температуру теплоносителя принимают максимальной, а температуру окружающей среды -- минимальной и равной: 1) расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления -- для надземной прокладки тепловых сетей на открытом воздухе; 2) расчетной температуре воздуха в канале -- для канальной прокладки сетей; 3) температуре грунта на глубине заложения бесканальных теплопроводов при расчетной температуре для проектирования отопления.

По принципу работы компенсаторы можно разделить на две группы:

1) радиальные и гибкие устройства, воспринимающие удлинения теплопроводов изгибом (плоских), кручением (пространственных) криволинейных участков труб или изгибом специальных эластичных вставок различной формы;

2) осевые устройства скользящего и упругого типов, в которых удлинения воспринимаются телескопическим перемещением труб или сжатием пружинящих вставок. Радиальную компенсацию выполняют с помощью П-образных компенсаторов, углов поворота трубопроводов, Z-образных участков; осевую -- с помощью осевых (сальниковых и линзовых) компенсаторов.

Наибольшее распространение в стальных тепловых сетях получила радиальная компенсация, которая может быть использована при любой конфигурации трубопроводов. Радиальная компенсация широко применяется на теплопроводах, прокладываемых на территориях промышленных предприятий, а при небольших диаметрах теплопроводов до 200 мм также и в городских тепловых сетях. Гибкие компенсаторы из стальных труб (П-образные и др.), а также углы поворотов трубопроводов от 90 до 120° (самокомпенсация) применяются для компенсации тепловых удлинений трубопроводов независимо от параметров теплоносителя, способа прокладки и диаметров труб. Все части гнутых компенсаторов соединяют сваркой. Диаметр, толщина стенки и марка стали труб для гнутых компенсаторов должны быть такими же, как и для трубопроводов основных участков.

На теплопроводах большого диаметра, прокладываемых под городскими проездами, устанавливаются главным образом осевые компенсаторы. Осевые компенсаторы могут быть сальниковыми и выполняются скользящего типа. Температурные удлинения воспринимаются телескопическим перемещением труб внутрь корпуса компенсатора, имеющего сальниковое уплотнение. Допускается применять осевые линзовые или волнистые компенсаторы шарнирного типа.

Наиболее надежной в эксплуатации является так называемая естественная компенсация, или самокомпенсация, которая допускается к применению для всех способов прокладки тепловых сетей и находит широкое применение на практике (рис. 2.6). Естественная компенсация температурных удлинений достигается на поворотах и изгибах трассы теплопровода за счет гибкости самих труб.

Преимуществами ее перед другими видами компенсации являются:

простота устройства, надежность, отсутствие необходимости в надзоре и уходе, разгруженность неподвижных опор от усилий внутреннего давления. Для ее устройства не требуется дополнительного расхода труб и специальных строительных конструкций.

Недостатки естественной компенсации:

поперечное перемещение деформируемых участков трубопровода, требующее увеличения ширины непроходных каналов и затрудняющее применение засыпных изоляций и бесканальных конструкций.

Габариты гибких компенсаторов и длины плеч трубопровода при самокомпенсации определяют расчетом на компенсацию. Полученные в результате расчета длины плеч проверяют на боковое тепловое смещение трубопровода, которое должно быть не более величины зазора (с учетом запаса около 50 мм) между наружными поверхностями тепловой изоляции или между строительной конструкцией и наружной поверхностью изоляции. Максимальное боковое смещение будет в точке поворота трассы.

В бесканальных прокладках для использования естественной компенсации на участках поворотов теплотрассы должны быть сооружены непроходные каналы соответствующих поперечных размеров. При сооружении теплопроводов следует максимально использовать все естественные повороты и изгибы трубопроводов для компенсации температурных удлинений. К устройству искусственных компенсаторов следует обращаться лишь после использования всех возможностей естественной компенсации. Такие компенсаторы применяют в случаях, когда невозможно использование естественной компенсации трубопроводов -- при наличии длинных прямых участков и стесненных условий.

К преимуществам гибких компенсаторов относятся:

большая компенсирующая способность, надежность работы, передача на неподвижные опоры только сил упругости компенсаторов, отсутствие необходимости в сооружений камер для размещения компенсаторов. Эти компенсаторы просты в изготовлении и не нуждаются в постоянном обслуживании и ремонте. Случаи повреждения гибких компенсаторов наблюдаются в эксплуатации довольно редко, как правило, из-за дефектов сварных швов или наружной коррозии стальных труб.

К недостаткам гибких компенсаторов относятся:

дополнительный расход труб на их сооружение, что увеличивает стоимость тепловых сетей; повышенное гидравлическое сопротивление сетей; значительные габаритные размеры, затрудняющие их применение в городских условиях при насыщенности трассы другими подземными инженерными коммуникациями; боковое смещение трубопроводов, приводящее к сходу корпусов скользящих опор с опорных конструкций.

Наибольшее распространение получили компенсаторы П-образной формы. Их применяют во всех случаях, когда по условиям местности невозможно использовать естественную компенсацию, другой вид компенсации менее целесообразен. Устройство П-образных компенсаторов предусматривают независимо от вида прокладки, диаметра трубопровода и параметров теплоносителя. П-образные компенсаторы имеют преимущественное применение для труб диаметром до 200 мм. Это объясняется тем, что на трубах малого диаметра вследствие большой гибкости осевые компенсаторы работают неудовлетворительно. П-образные компенсаторы изготовляют с применением гнутых, крутоизогнутых и сварных отводов (рис. 2.7). Их различают по соотношению длины прямого участка спинки I и длины прямого участка h: компенсаторы с большим вылетом при 7 = 0,5/г, со средним при l--h и с малым при l = 2h. Большей компенсирующей способностью обладают компенсаторы с большим вылетом.

Компенсаторы гнутые и сварные с крутоизогнутыми отводами устанавливают на трубопроводах для любых давлений и температур. При этом компенсационная способность компенсаторов с крутоизогнутыми отводами при тех же габаритных размерах выше, чем гнутых, за счет более длинного участка h. П-образные компенсаторы из сварных отводов используют преимущественно для трубопроводов с Ду более 500 мм. П-образные компенсаторы, как правило, устанавливают в горизонтальном положении с соблюдением необходимого уклона трубопровода.

При ограниченной площади компенсаторы можно устанавливать в вертикальном и наклонном положении петлей вверх или вниз, при этом они должны быть снабжены дренажными штуцерами и воздушниками. Конструкция П-об- разных компенсаторов, размеры и максимальная компенсирующая способность обычно указаны в проекте.

Компенсирующая способность П-образных компенсаторов может быть увеличена вдвое при предварительной растяжке их в холодном состоянии во время монтажа на величину, равную половине теплового удлинения теплопровода. Для размещения П-образных компенсаторов предусматривается устройство специальных ниш, представляющих собой расширение каналов. Размеры ниш по высоте точно соответствуют размерам канала, а в плане определяются размерами компенсаторов и зазоров, необходимых для свободных перемещений при температурной деформации компенсатора. Расположение П-образного компенсатора в нише показано на рис. 2.8.

Значительное преимущество перед П-образными компенсаторами имеют гибкие S-образные симметричные компенсаторы, которые обычно свободно размещаются в полосе, занимаемой камерами тепловых сетей, и не мешают параллельной прокладке соседних трубопроводов и кабелей, что очень важно при размещении тепловых сетей в технических зонах и в пределах городских проездов. Эти компенсаторы хорошо зарекомендовали себя в эксплуатации, но не получили широкого распространения в связи с тем, что изготовляются кустарно. По этой же причине не получили распространения лирообразные и омегообразные компенсаторы. На магистральных и распределительных трубопроводах тепловых сетей при невозможности использовать естественную компенсацию и гибкие компенсаторы широко применяются стальные сальниковые компенсаторы.

Сальниковые компенсаторы относятся к осевым скользящего типа. Они работают строго вдоль оси теплопровода; какое-либо смещение их продольной оси по отношению к оси трубы компенсирующего участка недопустимо. Сальниковые компенсаторы по своей конструкции делятся на односторонние и двусторонние. Эти компенсаторы устанавливают при подземной прокладке на трубопроводах диаметром iDylOO мм, при надземной прокладке на низких опорах-- на трубопроводах Dv300 мм с параметрами теплоносителя р_у2,45 МПа (25 кгс/см²) и <300°С. Типы конструкций сальниковых компенсаторов на условное давление до 1,6 МПа (16 кгс/см²), температуру до 300°С и условный проход 100--1000 мм нормализованы.

На рис. 2.9 показан односторонний стальной сальниковый компенсатор, состоящий из патрубка (стакана), грундбуксы, контрбуксы и корпуса. Между наружной стенкой патрубка и внутренней стенкой корпуса размещен сальник, в который уложена набивка из асбестового шнура и теплостойкой резины в виде колец. Скосы кромок на буксах способствует более плотному прижатию набивки к поверхности стакана. Набивку и наружную поверхность стакана необходимо периодически смазывать, что способствует удлинению срока службы компенсаторов. Компенсирующая способность одностороннего сальникового компенсатора равна 250--400 мм.

Двусторонний сальниковый компенсатор (рис. 2.10) имеет удлиненный корпус и два подвижных стакана. Его компенсирующая способность в 2 раза больше, чем у одностороннего. Перед присоединением сальникового компенсатора к трубопроводу следует тщательно выверить линию во избежание перекосов и заеданий стакана в корпусе. Компенсатор непосредственно вваривают в трубопровод, поэтому его установка не приводит к увеличению количества фланцевых соединений. Во избежание возникновения растягивающих усилий в трубопроводе при установке компенсатора оставляют монтажный зазор между буртом стакана и упорным кольцом корпуса компенсатора на возможное растяжение после монтажа.

Сальниковые компенсаторы имеют высокую компенсирующую способность, небольшие габариты и малое гидравлическое сопротивление. Вследствие малых габаритов сальниковые компенсаторы легко размещаются в камерах и проходных каналах (тоннелях). Основным недостатком сальниковых компенсаторов является необходимость систематического наблюдения и ухода за ними в процессе эксплуатации. Набивка со временем изнашивается, теряет свою упругость и начинает пропускать теплоноситель. Для восстановления плотности конструкции производят подтяжку сальника. Многократные подтяжки значительно увеличивают силы трения в сальнике, в результате частично или полностью утрачивается компенсирующая способность, поэтому через определенные периоды времени сальники приходится перенабивать.

Для уменьшения числа камер предусматривают двусторонние сальниковые компенсаторы. Устройство одного двустороннего компенсатора дешевле устройства двух односторонних. Кроме того, гидростатические усилия и усилия от трения в сальниках компенсаторов вызывают необходимость строить сложные и дорогостоящие конструкции неподвижных опор. Для устранения указанных Недостатков сальниковых компенсаторов проводятся работы по их усовершенствованию.

В тепловых сетях иногда применяют линзовые компенсаторы, несмотря на относительно небольшую их компенсирующую способность и большую осевую реакцию, передаваемую на неподвижные опоры. Линзовые компенсаторы относятся к осевым компенсаторам упругого типа. Компенсирующая способность одной полулинзы составляет 5--6 мм. Линзовые компенсаторы в зависимости от необходимой компенсирующей способности применяют с одной, двумя, тремя и четырьмя линзами. Большее число линз нежелательно вследствие потери упругости и выпучивания линз. На рис. 2.13 показаны двухлинзовые компенсаторы.

Линзовые компенсаторы выполняют без внутренних стаканов и со стаканами, которые устанавливают для уменьшения гидравлического сопротивления. Компенсаторы со стаканами используют на прямых участках трубопроводов для восприятия только осевых нагрузок и без стаканов при их работе в качестве шарниров. В последнем случае каждая линза допускает угловое перемещение труб до 2--3°. Линзовые компенсаторы сварного типа находят основное применение на трубопроводах низкого давления, рассчитанных на р_у до 0,6 МПа (6 кгс/см²). При установке их на трубопроводах с более высоким давлением возможно выпучивание линз. Для придания большей жесткости во избежание выпучивания линзы делают из листов большой толщины, однако это ведет к понижению их компенсирующей способности.

В тепловых сетях широко применяются сальниковые, П - образные и сифонные (волнистые) компенсаторы. Компенсаторы должны иметь достаточную компенсирующую способность для восприятия температурного удлинения участка трубопровода между неподвижными опорами, при этом максимальные напряжения в радиальных компенсаторах не должны превышать допускаемых (обычно 110 МПа).

Тепловое удлинение расчетного участка трубопровода

, мм, определяют по формуле:

где - средний коэффициент линейного расширения стали,

(для типовых расчетов можно принять ),

- расчетный перепад температур, определяемый по формуле

где - расчетная температура теплоносителя, ^оС;

- расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, ^оС;

L - расстояние между неподвижными опорами, м.

Компенсирующую способность сальниковых компенсаторов уменьшают на величину запаса - 50 мм.

Реакция сальникового компенсатора

- сила трения в сальниковой набивке определяется по формуле:

где - рабочее давление теплоносителя, МПа;

- длина слоя набивки по оси сальникового компенсатора, мм;

- наружный диаметр патрубка сальникового компенсатора, м;

- коэффициент трения набивки о металл, принимается равным 0,15.

При подборе компенсаторов их компенсирующая способность и технические параметры могут быть определены по приложению.

Осевая реакция сифонных компенсаторов

складывается из двух слагаемых:

где - осевая реакция, вызываемая деформацией волн, определяемая по формуле:

здесь D_l - температурное удлинение участка трубопровода, м;

e - жесткость волны, Н/м, принимаемая по паспорту компенсатора;

n - количество волн (линз).

- осевая реакция от внутреннего давления, определяемая по формуле:

здесь - коэффициент, зависящий от геометрических размеров и толщины стенки волны, равный в среднем 0.5 - 0.6;

11. Построение продольного профиля тепловой сети

Продольный профиль тепловой сети - это вертикальный разрез по оси подземной трассы тепловой сети. Строится на основе натурной съемки и проекта вертикальной планировки (организации рельефа) местности. Исходя из ее условий и допустимых норм заглубления теплопроводов от поверхности земли для проектируемой трассы, прорабатывают несколько вариантов профиля прокладки. К исполнению принимают вариант с максимальным приближением продольного профиля к прямой линии с уклоном ее к горизонту.

При построении продольного профиля тепловой сети на ось наносят развернутый (линейный) план трассы с ответвлениями, углами поворота, неподвижными опорами теплопровода, компенсаторами и камерами обслуживания.

На продольный профиль тепловой сети наносят планировочные и черные отметки земли, уровень стояния грунтовых вод, существующие и проектируемые коммуникации и сооружения с указанием их отметок, уклоны участков тепловых сетей. Уклоны принимают не менее 0,002 независимо от направления движения теплоносителя и способа прокладки, за исключением отдельных участков: при пересечениях коммуникаций, прокладке по мостам и т.п., где допускается прокладка без уклона. Если теплопроводы проектируют с дренажами, их также отражают на продольном профиле тепловой сети.

Продольный профиль участка теплосети строится в масштабах: вертикальном - М 1:100 и горизонтальном - М 1:500.

На продольном профиле указываем: линии поверхности земли, её натурную и проектную отметки (в курсовом проекте они совпадают); отметки дна траншеи и верха изоляции трубопровода; уклон и длину участков тепловой сети; диаметр теплопровода. Также строим развернутый план трассы с указанием углов поворота, ответвлений, компенсаторов.

Заключение

Тепловая сеть представляет собой систему соединенных между собой участков теплопроводов, по которым тепло транспортируется от источников к потребителям. Основной элемент тепловой сети - трубопровод, который состоит из труб, соединенных сваркой. Изоляционная конструкция предназначена для защиты трубопровода от коррозии и потери тепла. Несущая конструкция является своеобразным фундаментом для трубопровода и принимает всю его тяжесть на себя.

Самый важный элемент трубопровода, если так можно сказать, это трубы, которые должны обладать рядом качественных показателей. Они должны быть герметичны, прочны - они обязаны выдерживать максимальные температуры и давление, возникающее в трубопроводе. У труб должен быть низкий коэффициент температурной деформации, малая шероховатость внутренней поверхности, также нужно хорошее термическое сопротивление стенок для сохранения тепла.

Литература

1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для вузов.

2. Авдюнин Е.Г. Определение тепловых нагрузок на отопление, вентиляцию и ГВС.

3. Васильев С.В. Определение расчетных расходов воды на отопление, вентиляцию и ГВС.

4. Сенников В.В. Определение гидравлического расчета трубопроводов.

5. А.А. Николаев. Построение продольного профиля тепловой сети.

6. Справочник проектировщика. Проектирование тепловых сетей / под ред. А.А. Николаева. - М.: Стройиздат.

7. Манюк В.С. Испытание тепловых сетей.

8. Копко С.В. Расчет компенсаторов.

Размещено на Allbest.ru