Некоторые вопросы проектирования тепловых сетей бесканальной прокладки с пенополиуретановой изоляцией
В. Я. Магалиф, канд. техн. наук, заместитель директора ООО «НТП Трубопровод», Москва
Бесканальная прокладка тепловых сетей имеет определенную специфику. Благодаря сопротивлению грунта продольным и боковым перемещениям на порядок возрастают осевые усилия, вследствие чего такие трубопроводы имеют более низкую компенсирующую способность и в то же время значительно более высокие нагрузки на концевые неподвижные опоры. Под компенсирующей способностью понимается восприятие температурных расширений за счет гибкости трубопроводной трассы. Проиллюстрируем это положение на примере типовых схем самокомпенсации: Г- и Z-образных поворотов и П-образных компенсаторов. Будем сравнивать плоские горизонтальные схемы воздушной прокладки (на опорах) c такими же схемами бесканальной прокладки в грунте.
Сравнение проводится на примере трубопровода 219х6, материал – сталь 20, температурный перепад 130°C, внутреннее давление 1,6 МПа. В расчетах принято:
— для воздушной прокладки коэффициент трения в промежуточных скользящих опорах 0,3, изоляция – минеральная вата в оцинкованном кожухе;
— для бесканальной прокладки глубина заложения от поверхности земли до оси трубы 1,5 м, изоляция – пенополиуретановая (ППУ), окружающий трубу грунт – песок;
— в Z- и П-образных схемах плечи одинаковы и равны L, так что общая компенсируемая длина равна 2L.
| Таблица 1 Компенсирующая способность типовых схем и нагрузки на опоры | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||
Результаты расчетов по программе «Старт-Экспресс» приведены в табл. 1 (компенсируемая длина L в числителе и нагрузка на неподвижную опору N в знаменателе). Из анализа результатов следует:
— компенсируемые длины L отличаются в 2–14 раз, а нагрузки на неподвижные концевые опоры N в 2,5–12 раз;
— компенсирующая способность трубопроводов бесканальной прокладки существенно ниже, а нагрузки на опоры – выше;
— при увеличении вылета В с 6 до 10 м (в 1,7 раза) компенсирующая способность при воздушной прокладке резко возрастает, а в трубопроводах, защемленных в грунте, наоборот, падает.
Специфика поведения трубопроводов, защемленных в грунте, во многом обесценила тот многолетний опыт, который накапливался и передавался от одного поколения проектировщиков тепловых сетей к другому. Теперь проектировать тепловые сети без проведения серьезных расчетов стало намного сложнее. Именно поэтому Госгортехнадзором России в 2001 году введены в действие Нормы расчета на прочность трубопроводов тепловых сетей РД 10-400-01, а нами создана линейка программных продуктов «Старт», «Старт-Лайт» и «Старт-Экспресс» для расчетов трубопроводов на прочность, в которых эти нормы реализованы.
В ряде зарубежных пособий по проектированию теплопроводов с ППУ-изоляцией приводятся номограммы для определения габаритов Г-, Z- образных поворотов и П-образных компенсаторов, защемленных в грунте. Некритическое использование этих номограмм может привести к серьезным ошибкам при принятии проектных решений.
Типоразмеры труб, для которых составлены номограммы, отличаются от принятых в России. Импортные трубы имеют более тонкие стенки. Например, отечественная труба с наружным диаметром 219 мм имеет толщину стенки 6 мм, а импортная – 4,5 мм.
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Таблица 2 Компенсируемая длина Lmax в Г-образном повороте теплопровода, защемленного в грунте | ||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||
Как видим, компенсируемая длина существенно зависит от толщины стенки трубы и глубины заложения (в номограммах глубина заложения обычно принята фиксированной, равной 1 м). Если на эти различия не обращать внимания, то получаемые результаты могут сильно отличаться (последняя графа табл. 2).
В воздушных трубопроводах наблюдается иная картина. Возьмем такой же Г-образный поворот, но воздушного трубопровода с D Т = 130°C, весом изоляции (минеральная вата в оцинкованном кожухе) 27,8 кг/м.
По аналогии с разным заглублением трубопроводов бесканальной прокладки проведем расчеты при различных коэффициентах трения в промежуточных скользящих опорах. Результаты представлены в табл. 3.
| Таблица 3 Компенсируемая длина Lmax в Г-образном повороте воздушного теплопровода | ||||||||||||||
| ||||||||||||||
Расхождений практически не наблюдается: трение в опорах воздушных трубопроводов в значительно меньшей степени влияет на их упругую работу. Поэтому привычные критерии, используемые в трубопроводах воздушной прокладки для определения компенсирующей способности, совершенно не подходят для трубопроводов защемленных в грунте. Хотя внешне номограммы весьма похожи.
Для улучшения компенсации на углах поворота нередко ставят амортизирующие подушки, которые нейтрализуют сопротивление грунта боковым перемещениям трубопровода. Следует иметь в виду, что применение этих подушек не всегда улучшает компенсирующую способность защемленного в грунте трубопровода. Все зависит от распределения напряжений изгиба, вызванных нагревом трубопровода. На рис. 2 показано три варианта изгиба короткого плеча Г-образного поворота в зависимости от соотношения его плеч АВ и ВС. В первом варианте максимальный изгибающий момент имеет место в неподвижной точке С, во втором варианте изгибающие моменты в точках В и С примерно одинаковы, в третьем – максимальный изгибающий момент имеет место в точке В.
 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Таблица 4 Влияние подушек при различной длине короткого плеча (подушки ставятся вдоль короткого плеча ВС) | |||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||
В табл. 4 приведены результаты расчетов по программе «Старт-Экс-пресс». В первом варианте установка подушек ухудшает компенсирующую способность трубопровода, т. к. она приводит к увеличению напряжений изгиба в точке С. Для того чтобы снизить эти напряжения до уровня допускаемых, нужно уменьшить длину АВ. Во втором варианте влияние упругого отпора грунта на изгиб короткого ничтожно, что делает установку подушек бессмысленной.
И только в третьем варианте установка подушек обеспечивает снижение изгибающего момента в точке В, причем этот момент продолжает оставаться в трубопроводе наибольшим. В результате компенсируемая длина АВ возрастает почти в 3 раза.
От редакции. Полную информацию по расчету компенсации трубопроводов с использованием программы «Старт» можно получить на лекциях В. Я. Магалифа в рамках семинаров для проектных организаций, проводимых ЗАО «МосФлоулайн» (Москва).
Источник
Прокладка теплосети бесканальным способом
ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ БЕСКАНАЛЬНОЙ ПРОКЛАДКИ
Thermal networks laid in a ground. Design rules
Дата введения 2018-04-21
Предисловие
Сведения о своде правил
1 ИСПОЛНИТЕЛИ — Открытое акционерное общество «Объединение ВНИПИэнергопром» (ОАО «ВНИПИэнергопром») и Акционерное общество «Инжпроектсервис» (АО «Инжпроектсервис»)
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство»
3 ПОДГОТОВЛЕН К УТВЕРЖДЕНИЮ Департаментом градостроительной деятельности и архитектуры Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (Минстрой России)
5 ЗАРЕГИСТРИРОВАН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт)
6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего свода правил соответствующее уведомление будет опубликовано в установленном порядке. Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте разработчика (Минстрой России) в сети Интернет
Введение
Настоящий свод правил разработан в развитие требований СП 124.13330.
Настоящий свод правил разработан авторским коллективом ОАО «ВНИПИэнергопром» (И.Б.Новиков — руководитель темы, А.И.Коротков, Н.Н.Новикова, С.В.Романов, Е.В.Кружечкина); АО «Инжпроектсервис» (М.А.Степанов, Е.В.Фомичева, Е.И.Калугина) при участии ООО «Проникс Групп» (А.В.Жаворонков, А.В.Кожевников), ГБУ «Мосгоргеотрест» (А.С.Исаев), ООО «Группа ПОЛИМЕРТЕПЛО», АО «Моспроект» (А.В.Фишер), АО «МОЭК-проект» (А.И.Лейтман, Е.Л.Заморенова), ООО «ВЭП-инжиниринг», НП «Российское теплоснабжение», НО «Ассоциация производителей и потребителей трубопроводов с индустриальной полимерной изоляцией», ОАО «НИИпроектасбест», НО «Хризотиловая ассоциация», ГУП «НИИМосстрой» и ЗАО «НИИасбестцемент».
1 Область применения
1.1 Настоящий свод правил распространяется на тепловые сети бесканальной прокладки и устанавливает требования к их проектированию и строительству.
2 Нормативные ссылки
В настоящем своде правил использованы нормативные ссылки на следующие документы:
ГОСТ 12.1.004-91 Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования
ГОСТ 12.1.007-76 Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности
ГОСТ 12.3.009-76 Система стандартов безопасности труда. Работы погрузочно-разгрузочные. Общие требования безопасности
ГОСТ 12.3.020-80 Система стандартов безопасности труда. Процессы перемещения грузов на предприятиях. Общие требования безопасности
ГОСТ 21.705-2016 Система проектной документации для строительства. Правила выполнения рабочей документации тепловых сетей
ГОСТ 14254-2015 (IEC 60529:2013) Степени защиты, обеспечиваемые оболочками (Код IP)
ГОСТ 22235-2010 Вагоны грузовые магистральных железных дорог колеи 1520 мм. Общие требования по обеспечению сохранности при производстве погрузочно-разгрузочных и маневровых работ
ГОСТ 23118-2012 Конструкции стальные строительные. Общие технические условия
ГОСТ 26653-2015 Подготовка генеральных грузов к транспортированию. Общие требования
ГОСТ 30732-2006 Трубы и фасонные изделия стальные с тепловой изоляцией из пенополиуретана с защитной оболочкой. Технические условия
ГОСТ 31416-2009 Трубы и муфты хризотилцементные. Технические условия
ГОСТ Р 54468-2011 Трубы гибкие с тепловой изоляцией для систем теплоснабжения, горячего и холодного водоснабжения. Общие технические условия
ГОСТ Р 55596-2013 Сети тепловые. Нормы и методы расчета на прочность и сейсмические воздействия
ГОСТ Р 56227-2014 Трубы и фасонные изделия стальные в пенополимерминеральной изоляции. Технические условия
СП 18.13330.2011 «СНиП II-89-90* Генеральные планы промышленных предприятий» (с изменением N 1)
СП 30.13330.2016 «СНиП 2.04.01-85* Внутренний водопровод и канализация зданий»
СП 42.13330.2016 «СНиП 2.07.01-89* Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений»
СП 45.13330.2017 «СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты»
СП 61.13330.2012 «СНиП 41-03-2003 Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов» (с изменением N 1)
СП 68.13330.2011 «СНиП 3.01.04-87 Приемка в эксплуатацию законченных строительством объектов. Основные положения»
СП 70.13330.2012 «СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции» (с изменением N 1)
СП 71.13330.2017 «СНиП 3.04.01-87 Изоляционные и отделочные покрытия»
СП 72.13330.2016 «СНиП 3.04.03-85 Защита строительных конструкций и сооружений от коррозии»
СП 74.13330.2011 «СНиП 3.05.03-85 Тепловые сети»
СП 124.13330.2012 «СНиП 41-02-2003 Тепловые сети»
СП 129.13330.2011 «СНиП 3.05.04-85* Наружные сети и сооружения водоснабжения и канализации»
СП 131.13330.2012 «СНиП 23-01-99* Строительная климатология» (с изменением N 2)
Примечание — При пользовании настоящим сводом правил целесообразно проверить действие ссылочных документов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте федерального органа исполнительной власти в сфере стандартизации в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого документа с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего свода правил в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии сводов правил целесообразно проверить в Федеральном информационном фонде стандартов.
3 Термины, определения и сокращения
3.1 В настоящем своде правил применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1.1 бесканальная прокладка: Прокладка трубопроводов непосредственно в грунте.
3.1.2 мнимая опора: Условная точка бесканально проложенного трубопровода, не совершающая перемещений.
3.1.3 предизолированный трубопровод: Трубопровод, изолируемый на предприятии-производителе.
3.1.4 сильфон: Осесимметричная упругая оболочка, разделяющая среды и способная под действием давления, температуры, силы или момента силы совершать линейные, сдвиговые, угловые перемещения или преобразовывать давление в усилие.
3.1.5 сильфонное компенсационное устройство; СКУ: Устройство, состоящее из одного или нескольких сильфонных компенсаторов, заключенных в корпус или ряд корпусов, обеспечивающих выполнение компенсаторами своих функций и защищающих компенсаторы от внешних воздействий.
3.1.6 сильфонный компенсатор; СК: Устройство, состоящее из сильфона (сильфонов) и ограничительной арматуры, способное поглощать или уравновешивать относительные движения определенных значения и частоты, возникающие в герметично соединяемых конструкциях, и проводить в этих условиях пар, жидкости и газы.
3.1.7 система оперативного дистанционного контроля; СОДК: Система, предназначенная для контроля состояния теплоизоляционного слоя пенополиуретана предизолированных трубопроводов и обнаружения участков с повышенной влажностью изоляции.
3.1.8 стартовый сильфонный компенсатор: Сильфонное компенсационное устройство, срабатывающее один раз при пуске тепловой сети.
3.1.9 тепловая сеть: Совокупность устройств (включая центральные тепловые пункты, насосные станции), предназначенных для передачи тепловой энергии, теплоносителя от источников тепловой энергии до теплопотребляющих установок.
3.1.10 фасонная часть (деталь): Деталь или сборочная единица трубопровода или трубной системы, обеспечивающая изменение направления, слияния или деления, расширения или сужения потока рабочей среды.
3.2 В настоящем стандарте применены следующие сокращения:
* В словосочетании «ПИР изоляция».
ПОС — проект организации строительства;
** В словосочетаниях «ППМ изоляция», «ППУ изоляция».
ППР — проект производства работ;
** В словосочетаниях «ППМ изоляция», «ППУ изоляция».
СОДК — система оперативно-диспетчерского контроля;
ЦТП — центральный тепловой пункт.
4 Общие положения
4.1 Требования настоящего свода правил распространяются на проектирование новых, реконструкцию и капитальный ремонт существующих тепловых сетей с применением:
— стальных труб с ППУ или ППМ тепловой изоляцией с постоянно действующей максимальной температурой теплоносителя не более 150°С и рабочим давлением не более 1,6 МПа;
— гибких гофрированных труб из нержавеющей стали с ППУ изоляцией с максимальной температурой теплоносителя 135°С (допускается кратковременное воздействие температуры до 150°С, допустимое время работы на повышенной температуре принимают согласно рекомендациям предприятия-производителя) и рабочим давлением не более 1,6 МПа и гибких гофрированных труб из нержавеющей стали с ПИР изоляцией с максимальной температурой теплоносителя 160°С (допускается кратковременное воздействие температуры до 180°С) и рабочим давлением не более 1,6 МПа;
— гибких полимерных труб с тепловой изоляцией с максимальной температурой теплоносителя 135°С и рабочим давлением не более 1,0 МПа и гибких полимерных труб с тепловой изоляцией с максимальной температурой теплоносителя 115°С и рабочим давлением не более 1,6 МПа;
— хризотилцементных труб с теплостойкими кольцами при температуре теплоносителя (воды) не более 150°С и рабочим давлением до 1,6 МПа.
4.2 Настоящий свод правил устанавливает требования:
— к безопасности, надежности, а также живучести систем теплоснабжения;
Источник
