Дренаж тепловых сетей

При подземной прокладке теплопроводов во избежание проникновения воды к тепловой изоляции предусматривают искусственное понижение уровня грунтовых вод. Для этой цели совместно с теплопроводами прокла­дывают дренажные трубопроводы ниже основания канала на 200 мм. Дре­нажное устройство состоит из дренажной трубы и фильтрационного мате­риала обсыпки из песка и гравия. В зависимости от условий работы приме­няют различные дренажные трубы: для безнапорных дренажей - раструб­ные керамические, бетонные и асбестоцементные, для напорных - стальные и чугунные диаметром не менее 150 мм.

На поворотах и при перепадах заложений труб устраивают смотровые колодцы по типу канализационных. На прямолинейных участках такие ко­лодцы предусматривают не менее чем через 50 м. Если отвод дренажной воды в водоемы, овраги или в канализацию самотеком невозможен, строят насосные станции, которые размещают вблизи колодцев на глубине, зави­сящей от отметки дренажных труб. Насосные станции строят, как правило, из железобетонных колец диаметром 3 м. Станция имеет два отсека - ма­шинный зал и резервуар для приема дренажной воды.

Теплофикационные камеры предназначены для обслуживания обору­дования, установленного на тепловых сетях при подземной прокладке. Раз­меры камеры определяются диаметром трубопроводов тепловой сети и га­баритами оборудования. В камерах устанавливают запорную арматуру, сальниковые и дренажные устройства и др. Ширину проходов принимают не менее 600 мм, а высоту - не менее 2 м.

Теплофикационные камеры - сложные и дорогостоящие подземные сооружения, поэтому их предусматривают только в местах установки за­порной арматуры и сальниковых компенсаторов. Минимальное расстояние от поверхности земли до верха перекрытия камеры принимают равным 300 мм.

В настоящее время широко применяются теплофикационные камеры из сборного железобетона. В некоторых местах камеры выполняют из кир­пича или монолитного железобетона.

На теплопроводах диаметром 500 мм и выше применяют задвижки с электроприводом, имеющие высокий шпиндель, поэтому над заглубленной частью камеры сооружают надземный павильон высотой около 3 м.

Опоры. Для обеспечения организованного совместного перемещения трубы и изоляции при тепловых удлинениях применяют подвижные и не­подвижные опоры.

Неподвижные опоры, предназначенные для закрепления трубопрово­дов тепловых сетей в характерных точках, используют при всех способах прокладки. Характерными точками на трассе тепловой сети принято счи­тать места ответвлений, места установки задвижек, сальниковых компенса­торов, грязевиков и места установки неподвижных опор. Наибольшее рас­пространение получили щитовые опоры, которые применяют как при бес­канальной прокладке, так и при прокладке трубопроводов тепловых сетей в непроходных каналах.

Расстояния между неподвижными опорами определяют обычно расче­том труб на прочность у неподвижной опоры и в зависимости от величины компенсирующей способности принятых компенсаторов.

Подвижные опоры устанавливают при канальной и бесканальной про­кладке трубопроводов тепловой сети. Существуют следующие типы раз­личных конструкций подвижных опор: скользящие, катковые и подвесные. Скользящие опоры применяют при всех способах прокладки, кроме беска­нальной. Катковые используют при надземной прокладке по стенам зданий, а также в коллекторах, на кронштейнах. Подвесные опоры устанавливают при надземной прокладке. В местах возможных вертикальных перемеще­ний трубопровода используют пружинные опоры.

Расстояние между подвижными опорами принимают исходя из проги­ба трубопроводов, который зависит от диаметра и толщины стенки труб: чем меньше диаметр трубы, тем меньше расстояние между опорами. При прокладке в каналах трубопроводов диаметром 25-900 мм расстояние меж­ду подвижными опорами принимается соответственно 1,7-15 м. При над­земной прокладке, где допускается несколько больший прогиб труб, рас­стояние между опорами для тех же диаметров труб увеличивают до 2-20 м.

Компенсаторы применяют для снятия температурных напряжений, возникающих в трубопроводах при удлинении. Они могут быть гибкими П-образными или омега-образными, шарнирными или сальниковыми (осевы­ми). Кроме того, используют имеющиеся на трассе повороты трубопрово­дов под углом 90-120°, которые работают как компенсаторы (самокомпен­сация). Установка компенсаторов сопряжена с дополнительными капиталь­ными и эксплуатационными затратами. Минимальные затраты получаются при наличии участков самокомпенсации и применении гибких компенсато­ров. При разработке проектов тепловых сетей принимают минимальное число осевых компенсаторов, максимально используя естественную ком­пенсацию теплопроводов. Выбор типа компенсатора определяется конкрет­ными условиями прокладки трубопроводов тепловых сетей, их диаметром и параметрами теплоносителя.

Противокоррозионное покрытие трубопроводов. Для защиты тепло­проводов от наружной коррозии, вызываемой электрохимическими и хими­ческими процессами под воздействием окружающей среды, применяют противокоррозионные покрытия. Высоким качеством обладают покрытия, выполненные в заводских условиях. Тип противокоррозионного покрытия зависит от температуры теплоносителя: битумная грунтовка, несколько слоев изола по изольной мастике, оберточная бумага или шпатлевка и эпок­сидная эмаль.

Тепловая изоляция. Для тепловой изоляции трубопроводов тепловых се­тей используют различные материалы: минеральную вату, пенобетон, армо-пенобетон, газобетон, перлит, асбестоцемент, совелит, керамзитобетон и др. При канальной прокладке широко применяют подвесную изоляцию из мине­ральной ваты, при бесканальной - из автоклавного армопенобетона, асфаль-тоизола, битумоперлита и пеностекла, а иногда и засыпную изоляцию.

Тепловая изоляция состоит, как правило, из трех слоев: теплоизоляци­онного, покровного и отделочного. Покровный слой предназначен для за­щиты изоляции от механических повреждений и попадания влаги, т. е. для сохранения теплотехнических свойств. Для устройства покровного слоя используют материалы, обладающие необходимой прочностью и влагоне-проницаемостью: толь, пергамин, стеклоткань, фольгоизол, листовую сталь и дюралюминий.

В качестве покровного слоя при бесканальной прокладке теплопрово­дов в умеренно влажных песчаных грунтах применяют усиленную гидро­изоляцию и асбестоцементную штукатурку по каркасу из проволочной сет­ки; при канальной прокладке - асбестоцементную штукатурку по каркасу из проволочной сетки; при надземной прокладке - асбестоцементные полу­цилиндры, кожух из тонколистовой стали, оцинкованную или окрашенную алюминиевую краску.

Подвесная изоляция представляет собой цилиндрическую оболочку на поверхности трубы, изготовленную из минеральной ваты, формованных изделий (плит, скорлуп и сегментов) и автоклавного пенобетона.

Толщину слоя тепловой изоляции принимают согласно расчету. В ка­честве расчетной температуры теплоносителя принимают максимальную, если она не изменяется в течение рабочего периода сети (например, в паро­вых и конденсатных сетях и трубах горячего водоснабжения), и среднюю за год, если температура теплоносителя изменяется (например, в водяных се­тях). Температуру окружающей среды в коллекторах принимают +40°С, грунта на оси труб - среднюю за год, температуру наружного воздуха при надземной прокладке - среднюю за год. В соответствии с нормами проек­тирования тепловых сетей предельная толщина тепловой изоляции прини­мается исходя из способа прокладки:

При надземной прокладке и в коллекторах при диаметре труб 25-1400
мм толщина изоляции 70-200 мм;

В каналах для паровых сетей - 70-200 мм;

Для водяных сетей - 60-120 мм.

Арматуру, фланцевые соединения и другие фасонные части тепловых сетей, так же, как и трубопроводы, покрывают слоем изоляции толщиной, равной 80% толщины изоляции трубы.

При бесканальной прокладке теплопроводов в грунтах с повышенной коррозионной активностью возникает опасность коррозии труб от блуж­дающих токов. Для защиты от электрокоррозии предусматривают меро­приятия, исключающие проникание блуждающих токов к металлическим трубам, либо устраивают так называемый электрический дренаж или ка­тодную защиту (станции катодной защиты).

В настоящее время большинство строящихся теплопроводов прокладывают в непроходных железобетонных каналах. Наиболее совершенно конструкция из железобетонного канала типа МКЛ, разработанная Мосинжпроектом для труб диаметром 50 - 1400 мм. От предыдущих конструкций она отличается тем, что корытообразную часть устанавливают сверху, после того как на днище канала уже выполнены монтажно-сварочные и изоляционные работы. Эта конструкция вошла в каталог унифицированных индустриальных изделий в г. Москве.

Неподвижная опора, рассчитанная на горизонтальное усилие от двух труб 300 кН, выполнена из сборных железобетонных деталей: двух продольных ригелей, одного поперечного опорного ригеля и четырех фундаментов, соединенных попарно.

На опорах трубопроводы закрепляются хомутами, охватывающими трубы, и косынками в нижней части труб, которые упираются в металлическую раму из швеллеров. Эта рама прикрепляется к железобетонным ригелям приваркой к закладным деталям.

Прокладка трубопроводов на низких опорах нашла широкое применение при строительстве тепловых сетей на не спланированной территории районов новой застройки городов. Переход пересеченной или заболоченной местности, а также мелких рек целесообразнее осуществлять таким способом с использованием несущей способности труб.

Одним из основных условий повышения долговечности и надежности подземных тепловых сетей является защита их от затопления грунтовыми и поверхностными водами. Затопление сетей приводит к разрушению изоляции, развитию наружной коррозии трубопроводов, а также к резкому увеличению тепловых потерь. Поэтому при строительстве подземные тепловые сети желательно располагать выше уровня грунтовых вод. Если же практически это неосуществимо, то при прокладке тепловых сетей ниже максимального уровня стояния грунтовых вод следует предусматривать искусственное понижение грунтовых вод - попутный дренаж, а для наружных поверхностей строительных конструкций - обмазочную битумную изоляцию.

Для тепловых сетей, как правило, применяются горизонтальные дренажи. При не высоком уровне грунтовых вод и небольшом дебите применяют упрощенную конструкцию в виде дренирующего основания под каналом из крупного песка или гравия. Дренажное устройство прокладывают вдоль трассы тепловых сетей по одну или по обе стороны от нее. Односторонние дренажи располагают со стороны притока грунтовых вод. Основное требование к дренажу заключается в том, чтобы уровень грунтовых вод при работе дренажа был ниже дна канала или нижней отметки изоляционной конструкции теплопровода при бесканальной прокладки. Для этого заглубление верха дренажных труб принимают не менее 300 мм от дна канала. Выбор конструкции дренажа зависит от условий прокладки теплосетей: уровня и направления движения грунтовых вод, уклона трассы тепловых сетей, характера строения грунта и др.

Для попутного дренажа в основном применяется асбестоцементные трубы с муфтами, керамические канализационные раструбные трубы, а также готовые трубофильтры. Применяются также бетонные, железобетонные, пластмассовые и другие трубы.

Устройство попутного дренажа значительно удорожает стоимость строительства тепловых сетей в целом. Однако опыт эксплуатации показывает, что при наличии попутного дренажа тепловые сети достаточно надежно защищены от затопления грунтовыми и поверхностными водами, что, безусловно, оказывает влияние на надежность и долговечность работы теплопроводов.

Нередко теплотрассы и водопроводы приходится прокладывать на подтопляемых территориях. В таком случае приходится прокладывать линейные сопутствующие дренажи. То есть необходим дренаж подземных каналов. Проще говоря, нужно обеспечить водоотвод вдоль всей линии подземного трубопровода. А в глинистых грунтах еще нужно проложить и профилактический дренаж .

Глубина закладки сопутствующего дренажа должна быть ниже самой низкой отметки объекта не менее чем на 0,3-0,7 м. Примыкание дренажного трубчатого канала к водоотводному коллектору должно быть с зазором от 0,7 до 1 м. Зазор необходим для установки смотрового колодца. При прокладывании проходных осушительных каналов под всей длиной подземных трубопроводов, также необходимо располагать смотровые колодцы, которые нужны для проведения очистки дренажных трубок от осадка.

Если дренаж участка происходит на глинистых грунтах, то необходимо по всей длине канала под его основанием, проложить пластовый песчаный дренаж. Поверхность пластового песчаного дренажа должна непосредственно соприкасаться с обсыпкой трубчатого дренажа для лучшего водоотвода.

Если канал проходит в тяжелых или глинистых грунтах, где коэффициент естественной фильтрации воды меньше 5 кубометров в сутки, то требуется по обеим сторонам канала проложить песчаные призмы. Их коэффициент фильтрации должен составлять минимум 5 кубометров воды в сутки. Назначение этих призм заключается в приеме на себя воды, поступающей с обеих сторон канала. Устройство таких песчаных призм аналогично призмам головного канала или

Сотрудниками администрации города Твери проводится обследование систем попутного дренажа тепловых сетей - неотъемлемой части инфраструктуры теплоснабжения областного центра. Состояние дренажных систем в различных районах разное и зависит не только от времени эксплуатации, но и от обслуживающей организации.

Одним из поводов для проверки стала недавняя ситуация в районе пересечения улиц Мичурина и Жореса в Заволжском районе города. Напомним, тогда в результате прорыва теплосетей произошло подтопление придомовых территорий двух многоквартирных домов по улице Мичурина. Исправная система попутного дренажа позволила бы значительно смягчить подобные последствия прорыва, если вовсе не свести их на нет.

По сути своей попутный дренаж - это система, призванная отводить от теплового трубопровода любую внешнюю влагу: просочившиеся осадки, грунтовые воды, а также последствия мелких протечек. При исправно работающей системе все эти воды отводятся через трубы и колодцы попутного дренажа теплотрассы и сбрасываются в установленном порядке. В случае неисправностей дренажной системы происходит подтопление тепловых сетей водой нанося им серьёзный ущерб, приводя к усилению наружной коррозии трубопроводов и потерям тепловой энергии.

Как показало обследование, на улице Мичурина ситуация с попутным дренажём далека от нормативной. Колодцы, которые должны быть чистыми и готовыми к пропуску воды, на деле забиты илом, обломками асфальта и иным мусором. Пропустить через себя воду в сколь-нибудь значительных объёмах они неспособны физически. Напомним, что дренажная система - часть системы теплоснабжения, и за её состоянием должна следить теплоснабжающая организация, в данном случае - ООО «Тверская генерация».

Диаметрально противоположная ситуация - на улице Оснабрюкской в посёлке Мамулино. Единственное, что заполняет дренажный колодец - вода, да и то до определённого уровня. Трубы дренажной системы чистые, находятся выше уровня воды, а значит в любой момент могут пропустить через систему избыток жидкости. Обслуживание данных колодцев производит МУП «Сахарово», и по состоянию дренажа видно, что производит регулярно. «Главная» труба - теплотрасса - сухая даже в ненастную погоду, что является первым признаком нормально функционирующего попутного дренажа.

Работа по контролю за состоянием систем попутного дренажа, как и тепловой инфраструктуры города в целом, будет продолжаться в плановом режиме. Предприятиям, нарушающим технологию и правила содержания сетей, выдаются рекомендации принять меры для исправления ситуации.

Одним из основных условий повышения долговечности и надежности подземных тепловых сетей является защита их от затопления грунтовыми или поверхностными водами. Затопление сетей приводит к разрушению изоляции, развитию наружной коррозии трубопроводов, а также к резкому увеличению тепловых потерь. Поэтому при строительстве подземные тепловые сети желательно располагать выше уровня грунтовых вод. Если же практически это не осуществимо, то при прокладке тепловых сетей ниже максимального уровня стояния грунтовых вод следует предусматривать искусственное понижение грунтовых под - попутный дренаж, а для наружных поверхностей строительных конструкций - обмазочную битумную изоляцию.

Для защиты подземных тепловых сетей от поверхностных вод в первую очередь необходима планировка поверхности земли над теплопроводами. В результате этой планировки отметки поверхности земли над теплопроводом должны несколько превышать отметки окружающего грунта. Желательно устройство над тепловыми сетями уличной одежды в виде бетонного или асфальтобетонного покрытия. В отдельных случаях при затруднениях с организацией отвода поверхностных вод в местах понижения рельефа по трассе на таких участках также возникает необходимость сооружения дренажных устройств.

Строительству дренажа предшествуют изыскательские и проектные работы с выявлением гидрогеологических условий района. Производят съемку местности, составляют гидрогеологические профили с установлением уровня грунтовых вод, подсчитывают дебит воды, поступающей на участок теплотрассы, определяют место отвода этой воды, составляют депрессионные кривые понижения уровня грунтовых вод дренами и определяют требуемые расстояния и диаметр дрен. Вычерчивают план и продольный профиль закладки дренажа.

Для тепловых сетей, как правило, применяются горизонтальные дренажи. При невысоком уровне грунтовых вод и небольшом дебите применяют упрощенную конструкцию в виде дренирующего основания под каналом из крупного песка или гравия (рис. 2.48,а). Дренажные устройства (рис. 48,6) прокладывают вдоль трассы тепловых сетей по одну (односторонние дренажи) или обе стороны (двусторонние дренажи) от нее. Односторонние дренажи располагают со стороны притока грунтовых вод. Основное требование к дренажу в зоне прокладки тепловых сетей заключается в том, чтобы кривая депрессии (уровень грунтовых вод при работе дренажа) была ниже дна канала или нижней отметки изоляционной конструкции теплопровода при бесканальной прокладке. Для этого заглубление верха дренажных труб принимают не менее 300 мм от дна канала, а при бесканальной прокладке - не менее 300 мм от нижней поверхности изоляции теплопроводов. Выбор конструкции дренажа зависит от условий прокладки теплосетей: уровня и направления движения грунтовых вод, их дебита, уклона трассы тепловых сетей, характера строения грунта и др.

Для попутного дренажа в основном применяют асбестоцементные трубы с муфтами, керамические канализационные раструбные трубы, а также готовые трубофильтры. Применяют также бетонные, железобетонные, пластмассовые и другие трубы. Однако бетонные и железобетонные трубы можно использовать только для неагрессивных вод, так как в противном случае бетон может выщелачиваться с разрушением. Асбестоцементные безнапорные трубы более стойкие, чем бетонные и железобетонные, поэтому они получили более широкое применение при строительстве попутных дренажей. Водоприемные отверстия в асбестоцементных трубах выполнены цилиндрическими или щелевыми (рис. 2.49).

Керамические канализационные трубы также получили широкое применение. Прием воды в керамических трубах обеспечивается зазором в раструбе 10-20 мм, который оставляется только в верхней части стыка. Нижнюю часть заделывают канатом или асбестоцементным раствором. Керамические канализационные трубы большого диаметра снабжены отверстиями диаметром 5-10 мм, расположенными в шахматном порядке. Чрезвычайно эффективна конструкция дренажа из трубофильтров (труб из крупнопористого бетона), благодаря большой пористости стенок которых вода свободно проникает внутрь труб (рис. 2. 50). При использовании трубофильтров исключается необходимость устройства гравийно-песчаной обсыпки, кроме того облегчается возможность механизации строительно-монтажных работ по прокладке дренажа.

Диаметры дренажных труб выбирают исходя из расчетного количества отводимых вод, но не менее 150 мм (исходя из дебита воды до 5 л/с на 1 км теплотрассы). Скорость движения воды в дренажных трубах принимают обычно порядка 0,5-0,7 м/с, но не больше 1 м/с, так как при больших скоростях дренируемой водой может размываться грунт около стыковых соединений труб. При малых же скоростях движения дренируемой воды из нее может выпадать осадок, в результате чего может засориться и закупориться сеть. Поэтому при строительстве попутного дренажа принимают ту необходимую скорость воды, при которой она имеет самоочищающую способность (т. е. скорость, исключающую выпадение осадка).

Дренируемая вода движется по трубам самотеком под действием силы тяжести, поэтому чем больше уклон дренажных труб, тем больше скорость их движения. Однако при увеличении уклона возрастает и глубина заложения дренажа, что повышает стоимость и усложняет производство строительно-монтажных работ, а также и эксплуатацию дренажа. Для обеспечения необходимой водоотводящей способности уклон попутного дренажа следует принимать не менее 0,003, при этом он может не совпадать по величине и направлению с уклоном тепловых сетей.

Дренажные трубы прокладывают в (фильтрующих обсыпках, препятствующих засорению труб грунтом. В качестве дренажной обсыпки применяют крупнозернистый песок, средний гравий, а также щебень горных пород и среднезернистый песок с коэффициентом фильтрации не менее 20 м/сут. Гранулометрический состав обсыпки подбирают с таким условием, чтобы при фильтрации воды не происходило выноса мелких частиц через более крупный заполнитель и, забивания водоприемных отверстий в дренажных трубах.

Для прочистки дренажных труб на углах поворота и на прямых участках не реже чем через 50 м устраивают контрольные смотровые колодцы диаметром не менее 1000 мм, отметки дна которых принимаются на 0,3 м ниже отметок заложения примыкающих дренажных труб. Для дренажа компенсаторных ниш от основного дренажа устраиваются отдельные ответвления, конструкция которых аналогична основному попутному дренажу. В местах ответвлений также устраивают контрольные смотровые колодцы.

Основание камер всегда находится, ниже основания самого теплопровода, поэтому при понижении уровня грунтовых вод до основания теплопровода нижняя часть камер остается в окружении грунтовых вод. В свою очередь заглубление попутного дренажа ниже дна камер значительно бы увеличило его стоимость, так как пришлось бы дренировать очень большое количество грунтовой воды и увеличивать диаметр дренажной трубы. В практике строительства тепловых сетей значительно целесообразнее устраивать камеры с водонепроницаемым основанием. Участки дренажных труб, проходящие через камеры, выполняют из металла, а в местах их прохода сквозь стены устанавливают проходные сальники. При проходе дренажа через щитовые железобетонные опоры 1в последних для пропуска дренажных труб оставляют отверстия, диаметр которых принимают на 200 мм больше внешнего диаметра дренажных труб.

Вода из системы попутного дренажа должна выпускаться в городскую ливневую канализацию, водосточную сеть или в открытые водоемы. Дренажные выпуски выполняют из сплошных труб (чугунных, асбестоцементных, железобетонных безнапорных и др.). Если выпуск дренажных вод в водосточную сеть или открытый водоем невозможен, то допускается выпускать их в фекальную канализацию, при этом следует предусматривать обратный клапан и гидрозатвор. Сброс этих вод в поглощающие колодцы или на поверхность земли не допускается. При расположении дренажной сети ниже водосточной или канализационной отвод воды самотеком невозможен. В этом случае сооружают дренажные насосные станции, имеющие, как правило, два отсека: резервуар для приема дренажной воды и машинный зал. Насосные станции сооружают из монолитного или сборного железобетона преимущественно круглыми в плане диаметром 3-4 м.1

Устройство попутного дренажа значительно удорожает стоимость строительства тепловых сетей в целом. Кроме того, строительно-монтажные работы по его прокладке пока еще недостаточно механизированы, что требует большого количества ручного малопроизводительного труда. При этом также существенно увеличиваются сроки строительства и ввода тепловых сетей в эксплуатацию. Однако опыт эксплуатации показывает, что при наличии попутного дренажа тепловые сети достаточно надежно защищены от затопления грунтовыми и поверхностными водами, что, безусловно, оказывает влияние на надежность и долговечность работы теплопроводов.