Теплофикация и тепловые сети. И тепловые
 Скачать 2.4 Mb.
|
|
Рис. 9.2. Схема коррозии подземного теплопровода блуждающими токами Источниками электрической коррозии стальных подземных теплопроводов обычно служат установки постоянного тока, например электрифицированные железные дороги и трамваи, с рельсовых путей которых электрический ток стекает в землю. Принципиальная схема такого процесса показана на рис. 9.2 [94]. Электрический ток, поступающий с подвижного состава на рельсы и текущий далее к источнику тока, которым являются обычно шины электроустановок или питающей электроподстаи- ции, разделяется на а) ток гр, текущий по рельсам, и б) так называемый блуждающий ток гб, проходящий через грунт, в том числе и через подземные сооружения, проложенные в грунте. В анодных зонах, где ток стекает с металлических трубопроводов в грунт, происходит разрушение трубопроводов. Соотношение между током, текущим по рельсам, и блуждающим током определяется соотношением электрических сопротивлений рельсов и системы почва—подземные сооружения. Для ограничения натекания блуждающих токов на подземные теплопроводы могут быть использованы разные методы или их комбинации, в том числе-. создание высокого электрического сопротивления между металлическим трубопроводом и окружающей средой на всем его протяжении (выполнение теплоизоляционной конструкции из материала с высоким электрическим сопротивлением или наложение на наружную поверхность трубопровода покровного слоя, имеющего высокое электросопротивление); увеличение переходного электрического сопротивления на границе рельсы— грунт (укладка рельсовых путей на основание из битумизированного гравия, имеющего повышенное электросопротивление); повышение электрического сопротивления грунта вокруг теплопровода; повышение продольного электрического сопротивления теплопровода путем его электрического секционирования (установка электроизолирующих прокладок между фланцами и электроизолирующих футляров на болтах в местах соединения отдельных секций трубопроводов); увеличение продольной электропроводности рельсового пути посредством установки электропроводящих перемычек между отдельными звеньями рельсов в местах их стыковки. Возможны также чисто электрические методы защиты, например создание вокруг теплопровода контртока, равного по значению, ио направленного против блуждающих токов. Наиболее распространенными конструкциями теплопроводов являются подземные. Подземные теплопроводы. Все конструкции подземных теплопроводов можно разделить на две группы: канальные и бес- канальные. В канальных теплопроводах изоляционная конструкция разгружена от внешних нагрузок грунта стенками канала. В бесканальных теплопроводах изоляционная конструкция испытывает нагрузку грунта. Каналы сооружаются проходными и непроходными. В настоящее время большинство каналов для теплопроводов сооружается из сборных железобетонных элементов, заранее изготовленных на заводах или специальных полигонах. Сборка этих элементов 309 на трассе выполняется при помощи транспортно-подъемных механизмов. Устройство в грунте траншей для сооружения подземных теплопроводов, как правило, осуществляется экскаваторами. Все это позволяет значительно ускорить строительство тепловых сетей и снизить их стоимость Из всех подземных теплопроводов наиболее надежными, зато и наиболее дорогими по начальным затратам являются теплопроводы в проходных каналах. Основное преимущество проходных каналов — постоянный доступ к трубопроводам. Проходные каналы позволяют заменять и добавлять трубопроводы, проводить ревизию, ремонт и ликвидацию аварий на трубопроводах без разрушения дорожных покрытий и разрытия мостовых Проходные каналы применяются обычно на выводах от теплоэлектроцентралей и на основных магистралях промплощадок крупных предприятий. В последнем случае в общем проходном канале прокладываются все трубопроводы производственного назначения (паропроводы, водоводы, трубопроводы сжатого воздуха). В крупных городах целесообразно сооружать проходные каналы (коллекторы) под основными проездами до устройства на этих проездах усовершенствованных дорожных одежд. В таких коллекторах прокладывается большинство подземных городских коммуникаций: теплопроводы, водопроводы, силовые и осветительные кабели, кабели связи и др (рис. 9.3). Габаритные размеры проходных каналов выбирают из условия обеспечения достаточного прохода для обслуживающего персонала и свободного доступа ко всем элементам оборудования, требующим постоянного обслуживания (задвижки, сальниковые компенсаторы, дренажные устройства и т п.) Проходные каналы должны быть оборудованы естественной вентиляцией для поддержания температуры воздуха не выше  2500 Рис. 9.3. Городской коллектор ид объемных элементов 1,2 — обратный и подающий теплопроводы, 3 — водопровод, 4 — кабели связи, 5 — силовые кабели, 6 — железобетонный объемный элемент 30 °C, электрическим освещением низкого напряжения (до 30 В), устройством для быстрого отвода воды из канала. Требования к изоляционной конструкции теплопровода в проходных и полупро- ходных каналах выполняются сравнительно простыми средствами — посредством защиты с помощью покровного слоя из гидрофобного рулонного материала, например полиэтилена или бризола; теплоизоляционной оболочки на трубопроводе от капельной влаги, могущей образоваться на перекрытии и стенках канала и, кроме того, установкой на подвижных и неподвижных опорах прокладок из материалов, обладающих диэлектрическими свойствами, например паронита для электрической изоляции металлического трубопровода от несущей конструкции канала и окружающего грунта. В тех случаях, когда количество параллельно прокладываемых трубопроводов невелико (два-четыре), но постоянный доступ к ним необходим, например при пересечении автомагистралей с усовершенствованными покрытиями, теплопроводы сооружаются в полупроходных каналах (рис. 9 4). Габаритные размеры полупроходных каналов выбирают из условия прохода по ним  бетоном Рис. 9.4. Сборный полупроходиой канал из железобетонных блоков / — ребристый блок перекрытия, 2 — стеновой блок, 3 — блок дниша, 4 — бетонная подготовка 5 — щебенчатая подготовка, б — опорные плиты человека в полусогнутом состоянии Высота в свету полупроходных каналов выбирается не менее 1400 мм По удобству обслуживания полупроходные каналы значительно уступают проходным В полупроходных каналах можно проводить осмотр трубопроводов и мелкий ремонт тепловой изоляции при выведенной из работы тепловой сети Выполнять серьезный ремонт, связанный со слесарными и сварочными работами, в полупроходных каналах практически невозможно Большинство теплопроводов прокладывается в непроходных каналах или бес- канально Теплопроводы в непроходных каналах. Каналы собираются из унифицированных железобетонных элементов разных размеров (рис 9 5) Для надежной и долговечной работы теплопровода необходима защита канала от поступления в него грунтовых или поверхностных вод Как правило, нижнее основание канала должно быть выше максимального уровня грунтовых вод Для зашиты от поверхностных вод наружная поверхность канала (стены и перекрытия) покрывается оклеенной гидроизоляцией из битумных материалов.  Рис. 9.6. Изменение температуры воздуха по поперечному сечению канала I — воздушный зазор 2 — изоляционный слой, 3 — внутренняя поверхность капала При прокладке теплопроводов ниже максимального уровня грунтовых вод сооружаются попутные дренажи, снижающие местный уровень грунтовых вод по трассе теплопровода ниже его основания Основное преимущество теплопровода с воздушным зазором по сравнению с бес- канальным заключается в создании благоприятных условий для высыхания тепловой изоляции, а сухая тепловая изоляция, как было сказано выше, уменьшает не только тепловые потери, но и опасность химической и электрохимической наружной коррозии подземного теплопровода На рис 9 6 показано изменение температуры воздуха в непроходном канале теплопровода с воздушным зазором по исследованиям В П Витальева [19] Воздух по сечению канала имеет неодинаковую температуру, которая растет в направлении от поверхности изоляционной оболочки к перекрытию канала (на рис 9 6 показано сплошной линией) и снижается в направлении, указанном пунктирной линией, т е у верхнего перекрытия и вдоль наружной стенки канала от перекрытия к днищу В процессе охлаждения воздуха у верхнего перекрытия поверхности наружной стенки из него выпадает влага, которая в виде капель стекает со стен канала на его дно Для защиты изоляционной конструкции теплопровода от капельной влаги, выпадающей на перекрытии, автор исследования рекомендует устанавливать поверхность верхнего перекрытия с поперечным наклоном к горизонту Угол наклона для железобетонных перекрытий может быть принят равным 4—8° В каналах с воздушным зазором изоляционный слой может выполняться в виде подвесной или монолитной конструкции На рис 9 5 показан пример выполнения подвесной изоляционной конструкции Она состоит из трех основных элементов а) антикоррозийного защитного слоя 2 в виде наложенных в заводских условиях на стальной трубопровод 1 нескольких слоев эмали или изола, имеющих достаточную механическую прочность и обладающих высоким электросопротивлением и необходимой температуростойкостью, б) теплоизоляционного слоя 3, выполненного из материала с низким коэффициентом теплопроводности, например минеральной ваты или пеностекла, в виде мягких матов или твердых блоков, укладываемых поверх защитного антикоррозионного слоя, в) защитного механического покрытия 4 в виде металлической сетки, выполняющей роль несущей конструкции для теплоизоляционного слоя Для увеличения долговечности теплопровода несущая конструкция подвесной изоляции (вязальная проволока или металлическая сетка) покрывается сверху оболочкой из некорродирующих материалов или асбоцементной штукатуркой Бесканальные теплопроводы. Беска- нальные теплопроводы находят оправданное применение в том случае, когда они по надежности и долговечности не уступают теплопроводам в непроходных каналах и даже превосходят их, являясь более экономичными по сравнению с последними по начальной стоимости и трудозатратам на сооружение и эксплуатацию Все конструкции бесканальных теплопроводов можно разделить на три группы в монолитных обочочках, засыпные, литые Требования к изоляционным конструкциям бесканальных теплопроводов такие же, как и к изоляционной конструкции теплопроводов в каналах, а именно высокое и устойчивое в эксплуатационных условиях тепло-, влаго-, воздухо- и электросопротивление Бесканальные теплопроводы в монолитных оболочках. Применение бесканальных теплопроводов в монолитных оболочках — один из основных путей индустриализации строительства тепловых сетей В этих теплопроводах на стальной трубопровод наложена в заводских условиях оболочка, совмещающая тепло- и гидроизоляционные конструкции Звенья таких элементов теплопровода длиной до 12 м доставляются с завода на место строительства, где выполняется их укладка в подготовленную траншею, стыковая сварка отдельных звеньев между собой и накладка изоляционных слоев на стыковое соединение Принципиально теплопроводы с монолитной изоляцией могут применяться не только бесканально, но и в каналах Современным требованиям к надежности и долговечности достаточно полно удовлетворяют теплопроводы с монолитной теплоизоляцией из ячеистого полимерного материала типа пенополиуретана с замкнутыми порами и интегральной структурой, выполненной методом формования на стальной трубе в полиэтиленовой оболочке (типа «труба в трубе») Применение полимерного материала позволяет создавать изоляционную конструкцию с заранее заданными свойствами. Особенность интегральной структуры теплогидроизоляционной конструкции заключается в том, что отдельные слои материала распределены по плотности в соответствии с их функциональным назначением. Периферийные слои изоляционного материала, прилегающие к наружной поверхности стальной трубы и к внутренней поверхности полиэтиленовой оболочки, имеют более высокую плотность и прочность, а средний слой, выполняющий основные теплоизоляционные функции, имеет меньшую плотность, но зато и более низкую теплопроводность. Благодаря хорошей адгезии периферийных слоев изоляции к поверхности контакта, т.е. к наружной поверхности стальной трубы и внутренней поверхности полиэтиленовой оболочки, существенно повышается долговременная прочность изоляционной конструкции, так как при тепловой деформации стальной трубопровод перемещается в грунте совместно с изоляционной конструкцией и не возникает торцевых зазоров между трубой и изоляцией, через которые влага может проникнуть к поверхности стальной трубы Средняя теплопроводность пенополиуретановой теплоизоляции составляет в зависимости от плотности материала 0,03— 0,05 Вт/(м • К), что примерно втрое ниже теплопроводности большинства широко применяемых теплоизоляционных материалов для тепловых сетей (минеральная вата, ар- мопенобетон, битумоперлит и др.) Благодаря высокому тепло- и электросопротивлению и низким воздухопроницаемости и влагопоглощению наружной полиэтиленовой оболочки, создающей дополнительную гидроизоляционную защиту, теплогидроизоляционная конструкция защищает теплопровод не только от тепловых потерь, но, что не менее важно, и от наружной коррозии. Поэтому при применении этой конструкции изоляции отпадает необходимость в специальной антикоррозийной защите поверхности стального трубопровода. На базе пенополимерных материалов создан ряд модификаций изоляционных конструкций теплопроводов, проходящих в настоящее время стадию технологической доработки и опытной проверки. К ним, в частности, относятся: а) поли- мербетонная изоляция, выполняемая методом формования из полимерных материалов с неорганическими наполнителями, в которой гидроизоляционной оболочкой служит плотный полимербетон; б) изоляция, накладываемая на стальную трубу методом напыления, предназначенная в основном для трубопроводов диаметром более 500 мм На рис. 9.7 показан разрез двухтрубного бесканального теплопровода в монолитных оболочках.  Рнс. 9.7. Общий вид двухтрубного бе с канальи о го теплопровода в монолитных оболочках / — подающий теплопровод, 2 — обратный теплопровод, 3 — гравийный фильтр, 4 — песчаный фильтр, 5 — дренажная труба, 6 — бетонное основание (при слабых грунтах)  Рис. 9.8. Конструкция монолитной армопенобетои- иой изоляционной оболочки 1 — труба, 2 — автоклавный пенобетон, 3 — арматура, 4 — гидрозащитное трехслойное покрытие из битумно-резиновой мастики, 5 — стальная тканая сетка, б— слой асбоцементной штукатурки, 7 — деталь спирали Широкое применение в Санкт-Петербурге и некоторых других городах в 1960— 1970 годах нашла конструкция бесканаль- ного теплопровода в армопенобетонной изоляции, предложенная А.Н Крашенинниковым и П А. Лазаревым [50] На рис. 9 8 приведена конструкция монолитной армопенобетонной изоляционной оболочки. Особенности армопенобетона как изоляционного материала. высокая щелочность (pH > 8,5), что определяет его нейтральность по отношению к стали; способность образовывать подсушенный слой около горячей трубы даже при относительно высокой средней влажности изоляции; высокое электросопротивление. В монолитной армопенобетонной изоляции создается хорошая адгезия (сцепление) изоляционной оболочки к поверхности стального трубопровода. Так как коэффициенты линейного удлинения стали и пенобетона близки по значению, то адгезия не нарушается при изменении температуры теплоносителя в теплопроводе Благодаря 314 этому исключается появление зазора между трубой и оболочкой в процессе работы теплопровода и связанная с этим возможность коррозии наружной поверхности трубы из- за проникновения в зазор влаги и воздуха. Поскольку при тепловой деформации стальной трубопровод перемещается совместно с пенобетонной оболочкой, находящейся в массиве грунта, то возникающие при этом осевые усилия в трубопроводе существенно выше, чем при прокладке теплопроводов в каналах. Другая модификация индустриальных конструкций бесканальных теплопроводов в монолитных оболочках, имеющих адгезию к поверхности трубы, — теплопроводы с оболочками из фенольного поропласта марки ФЛ [50]. Слой изоляции накладывается на трубопроводы из предварительно подготовленной композиции способом литья в форму. После отвердения слоя изоляции на ее поверхность укладывается влаго- и воздухозащитное покрытие из полиэтилена, армированного стеклотканью. В сухом состоянии, а также при низкой влажности фенольный поропласт является высокоэффективным теплоизоляционным материалом [при р = 100 кг/м3 и относительной объемной влажности 30 % А. = 0,05 Вт/(м • К)]. Основной недостаток поропласта марки ФЛ как изоляционного материала — его гидрофиль- ность, т е способность поглощать влагу Наряду с конструкциями бесканальных теплопроводов с монолитными оболочками, имеющими адгезию к поверхности стальных трубопроводов, сооружаются также теплопроводы с монолитными оболочками без адгезии к поверхности трубопроводов При тепловой деформации таких теплопроводов стальной трубопровод перемещается внутри изоляционной оболочки. Это обстоятельство при длительной работе теплопровода может привести к образованию зазора между трубой и изоляционной оболочкой, а при поступлении через зазор влаги и воздуха — к развитию коррози- 1  |