Глава 2. проектирование совмещенной прокладки инженерных сетей

Глава 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОВМЕЩЕННОЙ ПРОКЛАДКИ ИНЖЕНЕРНЫХ СЕТЕЙ

2.1. ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Опыт строительства и эксплуатации совмещенно проложенных инженерных сетей как в СССР, так и за рубежом за последние десятилетия подтвердил, что этим способом прокладки сетей достигается:

экономия площади застройки территорий; значительное сокращение капитальных вложений в строительство;

экономия расходования строительных материалов; значительное упрощение и результативность эксплуатации и ремонта инженерных сетей;

повышение надежности действия и срока службы сетей. Опыт проектирования совмещенной прокладки инженерных сетей в большинстве проектных институтов страны показал, что для успешного выполнения задачи, целесообразно определить ведущий отдел и ведущих специалистов из числа работников, участвующих в разработке проекта.

В разных проектных институтах страны ведущими отделами являются: технологические отделы, отделы генплана и транспорта, теплотехнические отделы.

СССР одной из республик, в которых уделяется большое внимание тию способа совмещенной прокладки сетей, является Латвийская гг-³р^И Be душим институтом в этом вопросе - "Латгипропромом" - размотано несколько десятков проектов, реализация которых подтвер-^па целесообразность применения совмещенной прокладки сетей. ^д _Так например, на производственной площадке Олайнского произ-одственного химико-фармацевтического объединения "Олайнфарм" Латвийской ССР на первоначальном этапе ее проектирования требовалось пооложить 48 трубопроводов разного назначения и около 10 электрических кабелей, кабелей связи и сигнализации в одном, наиболее нагруженном сетями разрезе. Согласно действующим нормам и правилам получалось, что ширина полосы, необходимой для раздельной подземной прокладки сетей ПО "Олайнфарм" составила бы 80...100 м. Это потребовало бы весьма существенно раздвинуть здания и сооружения в плане, что в свою очередь вызвало бы увеличение территории предприятия, удлинение инженерных коммуникаций, внутриплощадочных путей сообщения и транспорта, увеличение капитальных затрат и усложнение эксплуатации завода.

С учетом этого, а также принимая во внимание наличие весьма высокого уровня грунтовых вод в районе расположения данного предприятия и технологические рекомендации о применении преимущественно наземной прокладки для ряда сетей, генеральная проектная организация — институт "Латгипропром" — выдвинула предложение о применении совмещенной прокладки инженерных сетей по наземным проходным и непроходным эстакадам. Это дало возможность совмещенно проложить 40 трубопроводов (т. е. 83% общего их числа) по эстакадам с максимальной шириной траверс 4,2 м и довести расстояние между стенами отдельных корпусов предприятия (с учетом размещения проездов, тротуаров, газонов и некоторых раздельно подземно проложенных сетей) до 20...40 м.

После принятия предложения о применении совмещенной прокладки сетей в институте "Латгипропром" был определен перечень специализированных отделов и ведущих специалистов, привлекаемых к разработке проекта. В нем принимали участие:

технологи основного производства, определяющие технологию прокладки значительной части сетей, необходимых для технологического процесса производства;

сантехники, разрабатывающие сети технической и питьевой воды, опорной и самотечной канализации, а также сети дренажа грунтовых

теплотехники отдела тепловых сетей, разрабатывающие проекты топровсГ ^{ТеПЛОВЫХ сетей}- сетей горячего водоснабжения и пароконденса-

поок^{ЛеКТрОТе,<ни,<и и связисты} электротехнического отдела, ведающие с ^{ладкаМи эл}ектрокабелей, контрольных кабелей и кабелей связи; тизац^{еЧИаЛИСТЫ контрольноч13Ме}Р^ительных приборов и систем автома-зации"' ^решаюи*^ие задачу прокладки кабелей сигнализации, автомати-_ства. ^{и дисп}етчеризации разных технологических процессов производ-

каЛ^!1^Тели-^констРУ^,<^тоР^ь'. разрабатывающие проекты наземных эста-специ ^Х°^{ДНЬ1Х каналов дпя} прокладки сетей; эстакад ^{алисть| по} Разработке генпланов, определяющие размещение ложение^Си^{ВМеЩвННЬ,Х инжене}Р^нь,х сетей в плане предприятия и распо-автолпг>гчг^{ИХ в п}Р°Ф^иле на поверхности земли, а также расположение В сво ^железн°Д°РОжных путей, чин внутга ^{дальнейшей} работе институт "Латгипропром" (по ряду при-

^{8 П0}Рндке ^ННеГ° .^{характе}Р^{а и} после выполнения некоторых проектов опыта) ведущим-отделом по проектированию совмещенной

прокладки инженерных сетей определил отдел тепловых сетей. Этот отдел ранее занимался разработкой проектов водяных тепловых сетей, пароконденсатопроводов, сетей горячего водоснабжения, тепловых пунктов зданий промышленного и другого назначения, а также решал вопросы централизации теплоснабжения городов и поселков республики.

Основой такого решения явилось следующее:

практически во всех разрабатываемых проектах присутствовали тепловые сети, в то время как вид сетей другого назначения в разных проектах весьма часто менялся, а водопроводы, напорная канализация, разные кабели и технологические трубопроводы иногда отсутствовали;

тепловые сети, как правило, присутствовали на всех проектируемых участках, в то время как инженерные сети другого назначения прокладывались только местами;

тепловые сети создавали самые большие осевые и боковые горизонтальные усилия на опоры и самые большие термические перемещения трубопроводов, что в итоге решающим образом влияло на строительные конструкции, несущие инженерные сети;

принципы устройства сетей спутников-нагревателей и спутников-охладителей трубопроводов весьма близки принципам устройства тепловых сетей. На ведущий отдел кроме общего руководства по разработке проектов совмещенной прокладки сетей было возложено также проведение авторского надзора за осуществлением строительно-монтажных и пусконаладочных работ.

Двадцатилетний опыт разработки институтом "Латгипропром" проектов совмещенной прокладки .инженерных сетей ряда заводов и промышленных узлов для разных городов Латвийской ССР и некоторых других республик подтвердил правильность выбора отдела тепловых сетей в качестве ведущего.

Исходными материалами для проектирования совмещенной прокладки инженерных сетей вновь сооружаемого завода, предприятия, группы заводов, промышленного узла являются: программа производства вновь сооружаемых предприятий; данные о производительности и ориентировочном объеме помещений производственных корпусов и вспомогательных сооружений;

предварительный генплан рассматривемой территории с предварительно размещенными зданиями и сооружениями;

перечень инженерных сетей, подводимых к каждому вновь возмодимому зданию и сооружению, составленному специализированными отделами проектных или научно-исследовательских организаций.

Если совмещенную прокладку инженерных сетей необходимо осуществить на действующем заводе, предприятии, промышленном узле или в застроенной части города, то перечень необходимых сетей к каждому отдельному зданию и сооружению составляют службы главных энергетиков, механиков, технологов, связистов, принадлежащие соответствующим заводам, предприятиям и ведомствам.

При наличии упомянутых исходных материалов в случаях проектирования новых промышленных предприятий или реконструкции существующих технологический отдел выдает задания архитектурно-строительному отделу на разработку проектов

ительной _{части всех} необходимых зданий, кроме вспомогательных, разрабатываемых соответственно другими специали-ванными проектными отделами. К таким вспомогательным зданиям и сооружениям относятся котельные, очистные _соооружения и насосные станции перекачки в системах водопровода и канализации, трансформаторные подстанции, мастерские, гаражи, административные здания и др.

После получения от архитектурно-строительного отдела планов этажей с привязкой помещений и разрезов зданий, а также заданий от технологического отдела относительно процесса производства и численности необходимого эксплуатационного персонала для каждого здания все специализированные проектные отделы, при наличии технических условий, получают возможность приступить к разработке заданий на проектирование инженерных сетей по своей специфике для каждого здания и сооружения. Эти задания передаются ведущему отделу для дальнейшей работы по совмещению прокладки инженерных сетей.

Задания на проектирование внутриплощадочных или вне-площадочных инженерных сетей предприятий бывают разные по сложности их составления. Наиболее сложными являются задания на проектирование трубопроводов, транспортирующих активные материалы, предназначенные для выполнения технологических процессов производства: разных кислот, щелочей, солей, реагентов и других агрессивных веществ. В заданиях на проектирование сетей, транспортирующих подобные материалы, должны быть даны ответы на следующие вопросы: точное название материала с указанием его характерных параметров:    концентрации,    давления, рабочей температу

ры и т. п.;

агрегатное состояние, плотность, кинематическая вязкость жидких и динамическая вязкость газообразных материалов ^пРи рабочей температуре;

из какого корпуса и из какой точки {в плане и в разрезе здания) отправляется материал;

в какой корпус и в какую точку (в плане и в разрезе зда-ния) должен быть подан материал;

максимальный, средний и минимальный расходы материала единицу времени: час, сутки, год, проектный период и более Далекая перспектива;

Диаметры проектируемого трубопровода внутри зданий в ^чальной точке сети; материал трубопровода;

^ соединение трубопровода — на сварке, фланцах, резьбе А*/

^{Шаг оп}ирания сетей;

способы опирания трубопровода;

постоянство транспортирования материала (при наличии перерывов в расходе материала, указывается периодичность или продолжительность их);

требования или рекомендации нормативных материалов, регламентирующих способ прокладки трубопровода: наземно или подземно;

рабочая температура транспортируемого материала в начальной точке;

необходимость покрытия трубопровода теплоизоляционным слоем;

необходимость обогрева трубопроводов спутником-нагревателем или путем электронагрева;

необходимость охлаждения трубопровода спутником-охладителем;

расчетное давление в начальной точке материалопровода;

необходимое минимальное давление в конечной точке материалопровода;

характеристика транспортируемого материала по горючести, взрывоопасности, ядовитости, токсичности;

допустимость совмещения прокладки проектируемого трубопровода с другими инженерными сетями в наземных и подземных конструкциях;

способ опорожнения трубопровода — необходимость или допустимость установки воздушников и спускников в наружных сетях;

прочие особенности транспортируемого материала, не указанные выше, которые при проектировании, строительстве, эксплуатации и ремонте сетей вызывают необходимость учета следующих факторов: защиты сетей от солнечной радиации; недопустимости создания в сетях "мешков" с возможным выпадением осадка более тяжелых твердых веществ и закупоркой трубопровода; необходимости уклонов в сетях более

0,03%»; потребности в наличии проходных дорожек; необходимости промывки сетей реагентами перед их ремонтом; свойств сгущения, застывания, разложения транспортируемого материала и т. п.

Для облегчения составления задания на проектирование технологических трубопроводов и удобства пользования им при осуществлении совмещенной прокладки сетей задание составляют в табличной форме (табл. 2.1).

К заданию на проектирование технологических трубопроводов прилагают пояснительную записку, эскиз расположения вводов инженерных сетей в здание (рис. 2.1) и эскизы прокладки сетей на эстакадах (рис. 2.2).

На рис. 2.2 приведены необходимые диаметры трубопроводных сетей, прокладываемых внутри здания. В коротких сетях зданий допускаются увеличенные скорости движения транс-портируемх материалов и повышенные потери давления. Диа-

ооооооиоа

О) С Ю К <0 >

2 s а 5 а к

25    Гидразингидрат 65%    10    3 4    1030    20 —40    0,3    0,15

47    Жидкие отходы на сжигание 3    16 20    1020    20    0    0,3    0,15

2.1. Задание на проектирование внешних технологических материалопроводов по расходам на_______год

а

(О

-в-

X

О

С

^ g-гР ®

** 5<n * So ° z

8) я.’5 5 Ш

>•

С

а

о

*

- О I-

S^fflb

С с О

s » 2

i I ® )S

ос и : s ^c * * -О С о <0 z to Q. — я г с

ю

О

S ?

Я х С 5 I

|sjj*

2 о s < о

2

s

а

С

о ¦“

о а>

2 5 «

a s.^o"

О

Ь.

^ II и

С ?

х

о

0>

Si

о а

X О) X I-

а> я К 2

ц

(О (О п СО

* S

м > S С

о

Ю с

о

°Ьи^

? l&8> as

I II ° II    о>

I, - и ~    а

О О О О О _ in ininOOC^fOLOS CMCMCMCNOCOGOO * т-1-i-t-OO^-NO)»-

00 СО    00

со со см см Ч ^г^г-г-*счюсмсм©

~чР Г⁴ -.o' О ^CMgtN (N >s CJ is >s Л »S Л

ojo; 5 fe S 5 с ас d avo аю COCO с; с; С С о о о о а о о о о о о о

(О (0 <0 (0

о- о- а. а.

сосо^-^зт^юоо

СМСМ«“«-а>СМСО^

I I I I I I I I

со см со см со со со со со о о о о о о о о о

г- г* о о о со

ООСОСОСО*—От-т-*-

77 О О о о О I I О LD CN CN CN CN CN

1- о О) со

-СМС0тГСМ*-т-*-Г-

QOOOOOOOO

cococococococococo

<*>

h СМ *0 О) СО

о

©

СО

5^ ур ю ?

г*- О) ^w я в »-»- о о с; с и о s s *

* X ОС я

я х

Z и

к > с; О о * а>-

оо

1Л

о

о

0> Ч-

о о

CM CN

со

О> ч-

0    со

1    I

со со о о

LO Ю

О о

Примечание. Приняты обозначения: нж. ст. — нержавеющая сталь; Ст. ф — стальные трубы, футерованные фторопластом; Н — наземный; Л8Ж — легковоспламеняющаяся жидкость; ГЖ — горючая жидкость; Ж — жидкость; Г — газ.

э

I

ъ

о

§

й ^х о о

5 if 11

I*

о ¹

I^е

ii

*

о

®

со

ос-

ю⁰⁰

S’* 9

± ш 7

см >5

*»* 2

¹ § га

ос га с Q. а & аю с »о с о с

S

? ct ю *

§1“

8|б

оси

g о й Эю g

I &§

с н са

5 а

I^s fs g g с ? О t

CD >§ ?8 ^го а

Sc

e-s

О л с s о а

X Ф 2 й Ь 2

Is

S I Q. я С ^у

о 0> « S S

lg

5 ^с

Я ф

и

> о

а Q-

? о о о

_гО_ггО|ГУИ-

ocoo*”?ji?

8888?а°1*

ш л га со 4? Д J? 3 Д o.o_o-a_SoS<o

t-00)0

_ I I I I I I I I I &

<0

о

"* у?

2УЕГ‘*^ sP о 5 Ifl J *

Л1 ГМ >S О) _ *о X ? •

UJ )

* | Я

8 «’-Q. S “

*

ш со со I I | | с; I сс I

I I I I I I I I I

о

-.S?b , о ¹¹

О)

О)

II

0>

s

z

to

V0 S

LO ~5 ._Q ? „•©cRy

? o> ю ”

^w to со ? (0 H ¹

•“ О I- T

О r 10 i с; у а 5

о : «tg

? i- ? ff X О

с <0 s <u

Bins X О (0 v

с >ai

С О ej f О * X $

о>>-Э?

со ю г-

xx x x

(G . Ш

4 I 4

i s i a

I I I I

I c;i_c

©

Рис. 2.1. Эскиз вводов инженерных сетей в здание (к табл. 2.1)

Q). @ — строительные оси здания

"метры трубопроводов во внешних сетях, как правило, принимаются увеличенными и зависят от величины допустимых потерь давления и протяженности сетей.

В пояснительной записке к заданию на проектирование технологических трубопроводов разъясняются все особенности, не отраженные в табличной форме, с пояснениями о перспективах расширения предприятия и предупреждениями о возможностях повреждения сетей и образования аварийных ситуаций.

Рис. 2.2

^а ~ распол^{КИЗЫ распол}°^жени" сетей на эстакадах (к табл. 2.1)

вводе № 3°^^eH!JS ^сетей при вводе № 1; б — расположение сетей при 114x4 и ап'~ ~ номера технологических трубопроводов; 57x2,5; ^ц толщина ^ответственно наружный диаметр стального трубопровода Днаметр трубо* ^стенки* 55/65; 115/125 — соответственно внутренний ^МетР сталки^^?^{Провода}' футерованного фторопластом и условный диа-отрубопровода

В табл. 2.1 приведен пример окончательного задания на про ектирование технологических трубопроводов к конкретном' производственному корпусу. Однако на практике встречаютс: случаи, когда необходима разработка предварительного задани: на проектирование тех же или подобных технологических тру бопроводов к производственным зданиями или предприятия*/ В таких случаях составляют предварительные задания по пре веденному выше образцу, но без указания точек вводов в зд< ния, диаметров трубопроводов, давлений и других показать лей, не определяемых на первичных стадиях проектировани объекта.

Более простыми являются задания на проектирование парс конденсатных сетей, обеспечивающих пароснабжение зданш сооружений и предприятий. В случае, если ведущим отдело! является отдел тепловых сетей, который одновременн проектирует тепловые пункты и готовит задания другом отделу (тепломеханическому) или другой проектной орган! зации на сооружение нового или реконструкцию существук щего источника теплоты, то в этих заданиях должны быть отр< жены следующие вопросы:

точное название потребного пара: сухой насыщенный, m регретый, мокрый;

давление пара, необходимое потребителю: минимальное максимальное;

температура поставляемого пара: минимальная и максимал ная;

расход пара и возврат конденсата на проектный перио и на программу производства объекта по очередям стро! тельства: максимально-часовой, среднечасовой, минимальн< часовой, суточный, годовой, а также на 15...20-летнюю пе; спективу;

число рабочих часов в сутки, рабочих дней в неделе и в год^ постоянство потребления пара. При наличии перерывов ра< ходования пара указывается периодичность или продолжител! ность их; в случаях выряженной неравномерности расходо пара даются суточные, недельные и месячные- графики пар< потребления;

образование вторичных энергоресурсов при потреблении п; ра в технологических процессах производства;

чистота или загрязненность конденсата, возвращаемог технологическими процессами производства;

возможности использования чистого или загрязненного koi денсата на производстве;

давление конденсата, возвращаемого производством.

Задания на проектирование наружных паровых сетей, koi денсатопроводов и тепловых пунктов также составляют в та¹ личной форме {табл. 2.2).

Примечания: 1. Линия пропитки потребляет пар в то время, когда установка сжигания вредных отходов не работает. 2. Конденсат возвращается в районную котельную через насосную станцию перекачки, размещенную в тепловом пункте № 1 главного производственного корпуса.

о

г-.

2.2. Задание на проектирование внешних пароконденсатных сетей и тепловых пунктов пара и конденсата по расходам на___ год

о 5 И

5g°

X? ^ Ф у s

Зо2

II    s e-g

iS Sg®

а

с

О О С щ й и О Ф

с ,5 а а ш с ч

> ¹ - а ^s

5 о 8 о ш ?

I о X с •

> _f г

I «

¦eg

2

s

а

с

со I Cf

ts

CN

^ I

2

> 

et

О

¦&

I

Л I ®

I sg.

с ю 2

I    - а> а> ^с

о S а    •    о    s

^с    и    ?*    с

.г    СО    л    ^

*5    “    О.    О

¦Л    о    О    О    Ф

X    «*    *    а    S

о    X

®    ffl    —    Ф    <0

с    п    -о    о.    а

i-sx

i? 3 S т

S ¹ л. ⁵s ,_s а о

Ь Л] !0    №

о    о ,

О)    О) I

Рис. 2.3. Эскиз расположения точек потребления пара и возврата конденсата в зданиях (пример)

1 — главный производственный корпус; 2 — бассейны гидротермической обработки древесины; 3 — цех смол; 4 — склад химикатов; 5, 6, 9, 10, 12 — точки потребления пара; 7, 8, 11 — точки возврата конденсата; ®, @ — оси зданий

К заданию на проектирование внешних пароконденсатных сетей и тепловых пунктов пара и конденсата прилагают эскизы расположения точек потребления пара технологическим оборудованием производства и возврата конденсата в зданиях {рис. 2.3).

В пояснительной записке к заданию даются ответы на те из вышеприведенных вопросов, которые не нашли отражения в табличной форме и на эскизах с необходимыми пояснениями о перспективах расширения предприятия по годам и пятилеткам, образовании вторичных энергоресурсов на производстве, выделении вредных отходов или вентиляционных выбросов производства, подлежащих сжиганию и т. п.

Задания на проектирование других наружных инженерных сетей, передаваемые из специализированных отделов в ведущий отдел, обычно являются еще более простыми. Однако каждая сеть имеет свои особенности, которые необходимо раскрыть и отразить в соответствующих заданиях на проектирование, знать и учитывать при проектировании их совмещенной прокладки с другими инженерными сетями.

Следует отметить, что задания на проектирование сетей являются фундаментальными материалами в комплексе разработки проекта. Чем качественнее будут разработаны эти задания, тем более полноценным может быть разработан проект совмещенной прокладки инженерных сетей. Особенно это важно в случаях, когда задания на проектирование сетей составляет специализированная проектная или научно-исследовательская организация и передает их ведущему отделу другой проектной организации, размещенной в другом городе страны, и связи между разработчиками общего проекта затруднены.

2.2. СОСТАВЛЕНИЕ СВОДНЫХ ТАБЛИЦ СЕТЕЙ,

СОВМЕЩЕННО ПРОКЛАДЫВАЕМЫХ ПО НАЗЕМНЫМ ЭСТАКАДАМ И ПРОХОДНЫМ КАНАЛАМ

После получения всех заданий на проектирование инженерных сетей по всем основным зданиям и сооружениям проектируемого объекта от специализированных организаций и отделов ведущий отдел приступает к разработке сводных таблиц сов-мещенно прокладываемых сетей, предварительно выполнив следующие подготовительные работы.

Составляют перечень всех инженерных сетей, прокладываемых по площадке и территориям, расположенным вне площадки проектируемого объекта. В него вносят сведения о возможных способах прокладки каждой сети: требуемом, оптимальном, допустимом. Так, например:

самотечную ливневую и хозфекальную канализацию возможно прокладывать только подземно;

водяные тепловые сети, паропроводы, конденсатопроводы л сети горячего водоснабжения прокладываются согласно СНиП

2.04.07—86;

дренажные системы, предназначенные для понижения уровня ¦рунтовых вод застраиваемых территорий можно устраивать 'олько подземно;

трубопроводы, транспортирующие активные и агрессивные 'ехнологические материалы: разные кислоты, щелочные рас-воры, легковоспламеняющие жидкости (ЛВЖ), взрывоопасные и ядовитые химикаты рекомендуется прокладывать назем-ю, в целях немедленной констатации и ликвидации утечек, способных вызвать серьезное загрязнение окружающей среды, «начительный материальный ущерб и даже аварийные ситуации;

некоторые технологические трубопроводы, транспортирующие малоактивные и недорогие материалы (сжатый азот, воздух ¹ ДР-) разрешается прокладывать как подземно, так и наземно;

водопроводы разного назначения предпочтительно прокладывать подземно, ниже глубины замерзания грунта. Однако они ^10гут быть и наземными при бесперебойном протоке воды в рубопроводах или с кратковременными его остановами;

газопроводы природного газа прокладывают согласно СНиП

2.04.08-87;

кабели прокладывают согласно Правилам устройства электроустановок (ЛУЭ).

Следующим шагом является внимательное, всестороннее ознакомление с предварительным генеральным планом, геологическими изысканиями, наблюденными и предполагаемыми максимальными уровнями грунтовых и паводковых вод рассматриваемой площадки или района застройки. При ознакомлении с материалами геологических изысканий необходимо обращать серьезное внимание на наличие болотистых, слабых, водонасыщенных, слабофильтрующих, скальных, солончаковых грунтов, карстовых и оползневых явлений, явлений вечной мерзлоты и тектоники. Особенно серьезное внимание следует уделять вопросам, связанным с расположением уровней грунтовых вод, колебаниями их (по долголетним наблюдениям) и возможностями понижения, а также перспективам ликвидации паводков.

Большинство инженерных сетей при подземной прокладке непосредственно не страдает от присутствия влаги и грунтовых вод. К ним относятся сети из керамических, чугунных, железобетонных, асбестоцементных труб, трубопроводы из разных полимеров, не покрытые теплоизоляционным слоем, и кабели разного назначения. Однако многолетний опыт строительства и эксплуатации инженерных сетей в разных районах страны показал, что грунтовая и паводковая вода для инженерных сетей, проложенных подземно, нежелательна: строительство сетей удорожается, а их эксплуатация становится более сложной.

Такие же тепловые сети как водяные, пароконденсатные, сети горячего водоснабжения, имеющие теплоизоляцию, сильно страдают при их намокании от грунтовых или паводковых вод. Потери транспортируемой теплоты достигают 25...30% и более. При намокании теплоизоляционный слой теряет свои теплоизоляционные качества и, по существу, происходит усиленный нагрев грунтов и грунтовых вод. Продолжительность срока службы сетей вследствие усиления внешней коррозии снижается в 2...5 раз. Такое явление происходит, в частности, при теплоизоляции сетей минеральной ватой и другими традиционными теплоизоляционными материалами. От грунтовых вод страдают также проложенные подземно, покрытые теплоизоляционным слоем трубопроводы, транспортирующие хладагенты. При намокании теплоизоляционный слой в значительной степени теряет способность сохранения холода хладагентом.

Учитывая отрицательное влияние грунтовых и паводковых вод на строительные конструкции зданий, а также на инженерные сети городов, уже с давних времен сооружались оградительные дамбы, защищающие территории от паводков, и дренажные сети, понижающие уровень грунтовых вод местности, хотя, к сожалению, эти сооружения весьма дороги, как в строительстве, так и в эксплуатации, и не совсем надежны.

После внимательного ознакомления с заданиями на проектирование внешних инженерных сетей, нормативными материалами и архитектурными требованиями, обусловливающими способ прокладки сетей, предварительным генеральным планом проектируемого объекта, материалами геологических изысканий местности, гидрогеологическими исследованиями (наблюдаемыми и предполагаемыми максимальными уровнями грунтовых и паводковых вод рассматриваемой территории) ведущий отдел разрабатывает предложения о возможностях совмещения сетей и способах их прокладки. При этом часто встречаются случаи, когда возможны, по различным причинам, разные варианты совмещенной прокладки сетей, имеющие каждый свои преимущества и недостатки. Задача ведущего отдела на этой стадии проектирования состоит в объективной всесторонней оценке каждого варианта и в представлении исчерпывающих материалов техническому совету для утверждения одного из них.

Основными возможными вариантами прокладки инженерных сетей являются следующие:

все напорные трубопроводы и кабели прокладываются сов-мещенно по общим наземным проходным и непроходным эстакадам; самотечные сети — раздельно, подземно;

все напорные трубопроводы, кроме водопроводов, прокладываются совмещенно по наземным эстакадам; самотечные сети, водопроводы и кабели — раздельно, подземно;

HeKotopbie инженерные сети прокладываются совмещенно по эстакадам, некоторые — совмещенно в подземных проходных каналах, технических коридорах подвалов, этажей, чердаков или по кровлям зданий; самотечные сети — раздельно, подземно;

все напорные трубопроводы и кабели прокладываются совмещенно в одном, двух или нескольких подземных каналах и в технических коридорах подвалов; самотечные сети — раздельно, подземно;

все инженерные сети прокладываются раздельно, подземно.

В свое время в конкретных условиях расположения производственной площадки ПО "Олайнфарм" ведущим отделом в качестве основного варианта была рекомендована раздельная подземная прокладка самотечных сетей, водопроводов, кабелей и совмещенная наземная прокладка всех остальных трубопроводов, исходя из следующих соображений;

действовавший в то время СНиП 11-36-73 по площадкам предприятий требовал осуществлять наземную прокладку тепловых сетей. Тоже самое предписывали и другие нормативные материалы для сетей активных, агрессивных, токсичных и взрывоопасных веществ;

отсутствовали, в данном случае, какие-либо запреты или ограничения архитектурного характера относительно наземной прокладки сетей и сооружения эстакад;

поселок Олайне, в котором намечалось строительство ПО "Олайн-фарм”, находится в районе торфяных болот, где рельеф поверхности земли ровный, с мелкими повышениями, подстилающие грунты — суглинки; уровень грунтовых и паводковых вод достигал поверхности земли даже на повышенных участках местности;

совмещенная прокладка инженерных сетей по наземным эстакадам обещала значительную экономию территорий застройки, снижение капитальных затрат, упрощение эксплуатации, повышение надежности и долговечности сетей;

раздельная подземная прокладка кабелей предлагалась в связи с небольшим числом кабелей и точек вводов в здания, несовпадением их с точками подвода наземных эстакад;

раздельная подземная прокладка водопроводов рекомендовалась, чтобы исключить их замерзание, используя естественные средства.

Рекомендации ведущего отдела техническим советом были приняты без корректировки.

После определения способа прокладки каждого вида проектируемых сетей ведущий отдел составляет сводные таблицы совмещенно прокладываемых сетей. При этом возможны следующие случаи:

прокладка только наземная; прокладка только подземная;

часть сетей прокладывается совмещенно наземно, часть — подземно.

При совмещенной прокладке сетей только наземно составляют одну сводную таблицу, если все решаемые сети могут быть проложены по единым эстакадам (табл. 2.3). Если же сети прокладываются совмещенно только подземно в нескольких каналах или частично наземно, то, как правило, необходимо составлять две сводные таблицы или более. Это объясняется тем, что каждая сводная таблица должна отражать только те сети, которые прокладываются совмещенно по общим строительным конструкциям каждого отдельного канала, туннеля, эстакады или технического коридора.

Следует учитывать, что Правилами безопасности в газовом хозяйстве не допускается совмещенная прокладка в подземных проходных каналах сетей природного газа среднего и высокого давления. Не разрешается также совмещенная прокладка в одном канале сетей водорода и кислорода, сетей водорода и электрокабелей. СНиП 2.04.07—86 не допускает прокладки паропроводов, работающих под давлением более 2,2 МПа, t > 350°С в подземных непроходных каналах и общих городских или внутриквартальных туннелях. Определенные ограничения налагаются также на прокладку трубопроводных сетей активных, агрессивных, токсичных и взрывоопасных веществ в подземных проходных каналах, технических коридорах и подвалах зданий вообще, а также совместно с некоторыми другими, "несовместимыми" с ними сетями. Такое явление несовместимости прокладки разных инженерных сетей, согласно нормативным материалам, отсутствует при совмещенной наземной прокладке их по открытым эстакадам, наружным стенам и кровлям зданий. Некоторые ограничения наземной прокладки сетей в категорийных городах и по территориям отдельных предприятий предусматриваются специальными строительными нормами и правилами.

2.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРАСС НАЗЕМНЫХ ЭСТАКАД И ПРОХОДНЫХ КАНАЛОВ

К определению расположения трасс совмещенно прокладываемых сетей ведущий отдел приступает после разработки: предварительного генерального плана проектируемого или реконструируемого объекта;

заданий на проектирование всех инженерных сетей с эскизами расположения вводов сетей в здания и с пояснительными записками, составленными специализированными отделами; решений о способах прокладки всех проектируемых сетей; сводных таблиц совмещенно прокладываемых сетей. Определяя расположение трасс сетей, следует руководствоваться некоторыми объективными критериями, а именно: проектируемые сети должны быть возможно короткими и занимать минимально возможную территорию на генеральном плане проектируемого объекта;

совмещенно прокладываемые инженерные сети и строительные конструкции, сооруженные по предлагаемым трассам, должны быть удобны в строительстве и эксплуатации и учитывать архитектурные и эстетические требования застройки пректируемого объекта;

сети и строительные конструкции должны быть экономичными и долговечными.

Приведенные объективные критерии в какой-то мере противоречивы и на практике весьма редко удается удовлетворить все предъявляемые ими требования. Поэтому необходим поиск оптимальных компромиссных решений. Так, например, при проектировании совмещенной прокладки сетей вновь сооружаемого предприятия наиболее короткими и дешевыми сети были бы при их размещении по кровлям или в технических коридорах зданий. При этом они также были бы весьма удобны в эксплуатации и мало влияли бы на архитектурный вид застройки. Однако на практике новое предприятие, состоящее из многих зданий, как правило, сооружается не сразу в полном объеме, а по очередям. Так, например, на производственной площадке "Олайнфарма" из 42 зданий, необходимых для полного развития предприятия, в первую очередь были построены и введены в эксплуатацию только 12 зданий. Поэтому вариант прокладки сетей по кровлям и техническим

2.3. Сводная таблица совмещенно прокладываемых инженерных сетей

П р и м е р. Объект - производственная площадка; предприятие - II

26 Вщ Пенорэствор    19    б    20

Примечаний:!.в таблице приведена только часть трубопроводов. 2.

наземным открытым проходным и непроходным эстакадам на____год

"Олайнфарм"

В таблиц* примяты следующие обозначения: Ж - жидкость; ^р - га*.

Рис. 2.4. План трасс наземных эстакад

1 — эстакада двухъярусная, проходная, балочная; 2 — эстакада одноярусная, непроходная, балочная; 3 — эстакада одноярусная, непроход-ная, без балок; 4 — здания; 5 — координатная сетка территории завода

коридорам зданий "Олайнфарма" отпал, и было принято решение совмещенную прокладку инженерных сетей осуществить по наземным проходным и непроходным эстакадам.

Такое решение является наиболее приемлемым во многих случаях совмещенной прокладки сетей вновь сооружаемых предприятий. В целях максимального уменьшения длины прокладываемых сетей эстакады следует располагать как можно ближе к главным производственным корпусам предприятия, причем устраивая ответвления для вводов сетей только с одной стороны зданий {рис. 2.4).

Кроме того, эстакады следует располагать вдоль (и как можно ближе) проезжих дорог (СН 527-80)', что создает удобство для их строительства и выполнения аварийно-ремонтных работ механизмами непосредственно с проезжей части.

Проектируя трассы эстакад, следует учитывать необходимость устройства компенсаторов термических перемещений трубопроводных сетей (более подробно см. гл. 3). При наземной прокладке сетей, как правило, применяют П-образные компенсаторы. Использование сальниковых компенсаторов возможно только для труб диаметром Dy > 150 мм. Однако

они создают большие горизонтальные усилия на неподвижные опоры, увеличивают габариты эстакад, сложны в эксплуатации и поэтому при совмещенной прокладке инженерных сетей по наземным эстакадам их применять нецелесообразно. Не следует также применять лирообразные и линзовые компенсаторы как создающие неудобства в строительстве и эксплуатации (при наличии этих компенсаторов необходимо увеличение расстояний между трубопроводами). Более подходящими являются сильфонные компенсаторы, имеющие также положительные и отрицательные стороны, которые должны быть оценены в каждом конкретном случае.

П-образные компенсаторы во избежание образования "мешков" в сетях устанавливают горизонтально с размещением вылета в сторону здания. Вылет П-образного компенсатора зависит от расстояния между неподвижными опорами, диаметров и конструкции углов поворота трубопроводов, температуры транспортируемого материала и длины плеча компенсатора. Вылет компенсатора эстакады определяют расчетом, ориентируясь на трубопроводы, имеющие наибольшие термические перемещения и диаметры труб. Практически вылет колеблется в пределах 2...5 м. С учетом этих обстоятельств ось трасс наземных эстакад обычно располагают в зоне газонов на расстоянии 5...12 м от наружных стен основных производственных корпусов в зависимости от ширины эстакады и необходимости прокладки некоторых сетей подземно между корпусом и эстакадой (кабелей, дренажных систем, канализации и др.).

Что касается привязки дорог, то расстояние между краем опоры эстакады и краем проежей части дороги должно быть не менее 0,7 м. Расстояния от оси трассы одноопорных эстакад до края дорог необходимо определять с учетом того, что под неподвижными опорами и узлами разветвлений сетей может потребоваться установка двойных опор эстакады, от края которых в этом случае и определяется расположение дорог. При размещении низа эстакады выше 5 м над поверхностью земли концы траверс эстакад с сетями могут располагаться над дорогой. В случаях, когда территория предприятия очень ограничена, а инженерных сетей много, эстакаду иногда размещают над дорогой, расставляя ее опоры по обеим'сторонам проезда. В этом случае получается экономия территории, однако строительство и эксплуатация сетей и дорог осложняются. Исходя из приведенных соображений, могут быть созданы различные варианты размещения наземных эстакад и подземных проходных каналов по отношению к производственному зданию и проезжей части дороги {рис. 2.5). В случаях, когда сети прокладывают совмещенно в подземных проходных каналах, последние также следует размещать под газонами, а не под проездами, с возможно меньшим приближением к зданиям, а также к проезжей части дорог.

При прокладке сетей в подземных проходных каналах, в которых температура воздуха постоянна и близка к температуре всех транспортируемых материалов, устройства компенсаторов не требуется; если же температура какого-либо транспортируемого материала высока или колеблется, то они необходимы.

Необходимость применения одноопорных или двухопорных эстакад, одного проходного канала или нескольких определяется путем разработки предварительных разрезов строительных конструкций и совмещенно прокладываемых сетей в наиболее характерных местах рассматриваемой площадки.

После нанесения на предварительный генплан предварительно определенных трасс совмещенно прокладываемых сетей с возможными привязками к проездам на территории предприятия отмечают:

точки вводов сетей в здания согласно заданиям специализированных отделов;

неподвижные опоры;

П-образные компенсаторы;

необходимые и возможные ответвления сетей от эстакад или проходных каналов.

При выполнении этих работ выявляются те места, где возможно установить неподвижные опоры сетей с чем, в свою очередь, связано расположение ответвлений и узлов разветвлений сетей, которые, как правило, следует предусматривать у неподвижных опор.

Эти обстоятельства практически во всех случаях приводят к необходимости корректировки как предварительного генплана объекта, так и расположения точек вводов сетей в здания, если они проектировались по незаконченному генеральному плану. Для выполнения этой задачи ведущий отдел разрабатывает другим специализированным отделам задания на корректировку предварительных решений, приводя рекомендуемые трассы прокладки совмещенных сетей, оптимальное расположение узлов разветвлений, П-образных компенсаторов, точек вводов сетей в здания и проездных дорог. После рассмотрения этих заданий всеми заинтересованными отделами

Рис. 2.5. Размещение наземных эстакад и подземных проходных каналов по отношению к проездам и зданиям

а — эстакада с одной колонной для промежуточных опор и двумя колоннами для неподвижных опор; б — эстакада с двумя колоннами для промежуточных и неподвижных опор; в — эстакада с расположением колонн опор по обеим сторонам проезда; г — односекционный проходной канал; д —. двухсекционный проходной канал; 1 — проезд; 2 — здание; 3 — колонны под промежуточные опоры; 4 — колонны под неподвижные опоры; 5 — колонны под опоры П-образных компенсаторов; 6 — инженерные сети; 7 — подземные проходные каналы; 8 — ниши для размещения П-образных компенсаторов и внесения изменений они принимаются ведущим отделом к исполнению с меньшими или большими поправками для разработки окончательного генерального плана объекта. Опыт показывает, что после расположения зданий и сооружений на окончательном генеральном плане, который обязательно должен иметь строительную координатную сетку, в первую очередь должны быть нанесены трассы наземных эстакад и проходных каналов для прокладки совмещенных сетей, узлы разветвления сетей и места расположения П-образных компенсаторов. Только потом привязываются проездные дороги и полосы расположения остальных инженерных сетей, прокладываемых раздельно подземно. Расстановка опор под эстакады и нанесение на генплан окончательных габаритов П-образных компенсаторов осуществляется на следующих стадиях проектирования при разработке сводного плана инженерных сетей проектируемого объекта.

Этим заканчивается разработка плана трасс наземных эстакад и подземных проходных каналов для осуществления совмещенной прокладки инженерных сетей.

2.4. СОСТАВЛЕНИЕ СВОДНЫХ ТАБЛИЦ МАКСИМАЛЬНО-ЧАСОВЫХ РАСХОДОВ ТРАНСПОРТИРУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЛИ ЭНЕРГИИ

Сводные таблицы максимально-часовых расходов транспортируемых материалов или энергии составляют при наличии: полного перечня зданий и сооружений, расходующих транспортируемые проектируемыми сетями материалы или энергию;

заданий на проектирование инженерных сетей с указанием максимально-часовых расходов материалов или энергии для каждого здания и каждого отдельного ввода в здания.

Максимально-часовые расходы транспортируемых по сетям материалов или энергии для каждого отдельного здания, сооружения, предприятия, промузла или района города определяют по заданиям на проектирование с обязательным учетом одновременности расходования материалов и энергии. Таблицы, где сведены эти данные (табл. 2.4) являются основой для определения необходимых диаметров трубопроводов, выполнения гидравлических расчетов сетей, выбора оптимальных насосов и компрессоров, проектирования насосных станций, компрессорных, котельных и местных электростанций, обеспечивающих транспортирование жидких и газообразных материалов по трубопроводам и энергоснабжение существующих и вновь сооружаемых объектов. В каждой сводной таблице максимально-часовых расходов жидких материалов или сжатых газов указывают, на уровне какого года рассматриваются приведен-

СО СО CN СО СО <0

г-* П ^    ,    |    |

СО ^ Tf t-'

't

CN

о со

** S °'

О) ^ ч—

а

V

У

о

о

с

to та

. Ю Г>-о CN О

X

О)

ct w Ct

г &г

а

m ® •-ь Ш И

с о а о с s О S с SCO

in to to ю to со pf ?

CN CN CS I CN CN О I I    I

СО у— *-    '

I eo^r 1 *чМ 1 I 1 *-

а

со

о

ю

CN

SVW _ free л

О) О О)    ГЧ

V    •**

5)S й 5 0 0

ГО х ш

2 0)0) Я CS о* о

CN ! CN I CN ! I ! I со

О

С

I

Примечание. Номера зданий взяты с генерального плана.

s

x

s

*

tt

s

X

в

о

ex

О

X

о

а э

о

со

о

аэ

ех

о

_ X ^а ? 8 8. §¦5

о ?

&

а

с

i

н

о 2

X

X

ф

ф

Б

С!

о

{&

г»

¦ I

1 = <0 «* со

S

с

УС

<0

о

м

8

5

s

а

; 5 Ь

*

N

« со

5 i о

!^m i^c I I

>5 Л О *-

* 9# g 5“>

о s Г-О * CN

I I I

I!

О

™S>

87

&!,

о о

*    в I

На *

³ о S

*    ? 5

x*g •“•ох

? 15

(NCO^*IOCOOSJ5

i В ос

~    с    й    5

й " -

’ * * ? ?

о ° с: ш

ОООООСО^б 1Г> «О СО 40 ю Ю О CN со , ю

I «о

(ON СО CD <0    _ю“

If) О) О) CN со ю I I ) со

О) О) О) О) ^

I 10lf> I tfitfi I I о* сч

ш в 4 * z *

Ш ¦&>!

2 ¦& § 9

х л э л аоюЙ

5

? О ? «* X

X

Л

6 о

- г

X »-

h• о

9 §

о ^с * с <0 X

а

. « Г"* *-*

:So)f-‘

О 1Л

<о ^ 8 <ч

Ct О *Г *-

о *

cf О) 00

^w If)

ные в таблицах величины. Без такой календарной ссылки табличные данные не могут быть использованы в дальнейших расчетах.

Таблицы максимально-часовых расходов материалов составляют для различного времени; их данные должны соответствовать нормативным срокам строительства и эксплуатации отдельных элементов систем трубопроводного транспорта.

Поскольку перекладка трубопроводных сетей во время эксплуатации весьма затруднительна, их проектируют на перспективу 15...25 лет (после ввода их в действие), что ориентировочно соответствует нормативному сроку их службы. Насосные и компрессорные станции и генерирующие установки следует проектировать и сооружать только на перспективу 5 лет, во избежание излишних капитальных затрат и бездействия установленного оборудования. В дальнейшем насосные и компрессорные станции, холодильные установки, котельные и т. п. через каждые последующие пять лет подлежат, по необходимости, расширению или реконструкции, что должно быть учтено при размещении этих установок на разрабатываемых генпланах предприятий. В сводных таблицах приводят данные для определения календарных сроков их расширения.

Максимально-часовые расходы материалов, подводимых к каждому отдельному зданию и сооружению, как уже было сказано, служат для определения диаметров трубопроводов ответвлений и разводящих сетей. Общий расчетный расход, определенный с учетом коэффициента одновременности расходования материалов потребителями является основным показателем для проектирования насосных и компрессорных станций, местных генерирующих установок, а также для выбора оборудования и определения диаметров магистральных участков трубопроводных сетей.

В сводных таблицах максимально-часовых расходов теплоты (табл. 2.5) данные приводятся с учетом нормативных потерь теплоты в наружных сетях, которые принимаются в размере 5%, и с учетом коэффициента одновременности расходования теплоты и пара, который может быть разным в каждом отдельном случае. Последний зависит, в основном, от одновременности действия воздушных завес, систем горячего водоснабжения и одновременности отдельных технологических процессов производства, осуществляемых в разных зданиях. Потери теплоты учитывают в расчетах разводящих сетей и ответвлений; в расчетах котельных и магистральных участков тепловых сетей учитывают как потери теплоты в сетях, так и коэффициент одновременности расходования теплоты и пара.

Поскольку принцип построения сводных таблиц один, они могут быть составлены для любых материалов и видов энергии с учетом их специфических особенностей. Важно лишь то, что

A S i id о ao © _n<

Ю ffl ^ 4 h I

II    -    >    u    w

О ) ct .

LSI

о t 1 о c>    4-

<ь s.

e: >o

5 но

VO

2

о

X

11

X

X

to

t-

O

?

s

a

i-

>s

s

?

* ? о *

Q) >

CD    *•

olio II

> о ,

5 et qj

a о * g m ю

5 ?

00

CO

I I

ООО

X ЭГ О X

5§а_ш

a

с

«t

го

CM I

X q 2

(0 © s s X О h ^

CO

о

in '

CM

о

CO CM CnT*-'

г i

o'

o'

00 CM 00 tN 00 If) CO    О    f-'    in

со    a>    о

Всего с учетом коэффи- 86,2 циента одновременности к = 0,9 по горячей воде и к = 1 по пару

h ^w• k-= § о g § * g "

5ае

*¦ Lfl

Й 0> D. о.

Ф 05

⁵ S ^с S

2 О-О со Ф X

> Е о 8

®    >s^

s - 5 >*

in

CN

C & X ®Z ф

H- L.

ffi

t

Ct

0 0 « s

а

с

1

a

с

Sz о

“ cc ф

® X S 2 К X ^л О Ф $ X <3 Sf х о ± _* г»

^>5 о S

? si?

*1?

J (rt > О ¹* Q.

Л n —

с W L. *

они должны обеспечить возможность полноценной разработки расчетных схем сетей, выбора оптимальных местных генерирующих установок, насосных, компрессорных станций и диаметров трубопроводов.

2.5. РАЗРАБОТКА РАСЧЕТНЫХ СХЕМ СЕТЕЙ

К разработке расчетных схем совмещенно прокладываемых инженерных сетей приступают при наличии следующих, заранее подготовленных, проектных материалов:

откорректированного плана трасс наземных эстакад и проходных каналов на территории проектируемого предприятия, промышленного узла или района города;

сводных таблиц максимально-часовых, минутных или секундных расходов потребителями транспортируемых материалов или энергии.

Расчетные схемы разрабатывают как для разветвленных трубопроводных сетей, так и для кабелей различного назначения.

Трубопроводные сети делятся на однотрубные, двухтрубные и многотрубные. Однотрубные — это сети, не имеющие обратного или циркуляционного трубопровода. Транспортируемые такими сетями материалы принимаются или расходуются потребителями полностью — безвозвратно. По однотрубным сетям транспортируются кислоты, щелочи, реагенты, газообразное, жидкое или твердое топливо, сжатый воздух, азот, различные материалы, непосредственно потребляемые в технологических процессах производства или способствующие осуществлению этих процессов.

Двухтрубные — это сети, имеющие обратные или циркуляционные трубопроводы. К ним относятся: двухтрубные водяные тепловые сети; сети горячего водоснабжения, имеющие циркуляционный трубопровод; сети разных хладагентов, обеспечивающих охлаждение некоторых материалов, участвующих в процессах производства; пароконденсатопроводы и др. В приведенном перечне некоторые из двухтрубных сетей работают по закрытой схеме, то есть такой, когда потребитель отбирает только холод или теплоту, присущие конкретному материалу, а сам материал расходованию не подлежит. Расход массы транспортируемого материала, если пренебречь незначительными потерями в сетях, одинаков в подающем и обратном трубопроводах.

Существуют двухтрубные сети, работающие по открытой схеме. При этом, например, водяные тепловые сети выполняют двойную функцию: во-первых, отдают теплоту радиаторам, конвекторам и калориферам систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха; во-вторых, отдают и сам транспортируемый материал — горячую воду в системах горячего во-

Рис. 2.6. Расчетная схема однотрубной сети очищенного и осушенного сжатого воздуха

V — объем сжатого воздуха, протекающего через расчетный участок сети, нм³ /мин, при нормальном атмосферном давлении р = 0,0981 МПа; G - расход сжатого воздуха в расечтном участке сети, т/ч; D — условный диаметр трубопровода, мм; L — длина расчетного участка сети, м; р — давление в начале расчетного участка сети, МПа; v — скорость движения сжатого воздуха в трубопроводе, м/с; АРуд ^— удельные потери давления в трубопроводе на трение. Па/м; 1...5 — номера расчетных участков сети; К1...К4 — производственные корпуса — потребители сжатого воздуха

доснабжения для покрытия бытовых и технологических нужд потребителей. Поэтому расчетный расход транспортируемого материала в обратном трубопроводе меньше расчетного расхода в подающем. Такое же явление наблюдается в пароконденсат-ных сетях при частичном непосредственном использовании пара в технологических процессах.

Двухтрубные сети одинакового назначения сооружаются в целях достижения повышенной надежности снабжения потребителей транспортируемым материалом или видом энергии. Иногда в практике встречаются и многотрубные сети одинакового назначения. Их сооружают как в целях достижения повышенной надежности действия, так и при строительстве предприятий по очередям в течение длительного периода, а

также в случаях непредвиденного расширения или реконструкции предприятий.

Расчетные схемы для каждой разновидности сетей по своему построению в некоторой степени различны.

Расчетными схемами сетей называют исходный проектный материал, подготовленный для последующего выполнения гидравлического расчета трубопроводных сетей, в результате которого определяются их диаметры, потери давления и скорости движения транспортируемого материала в трубах. Для расчета кабельных сетей разного назначения в расчетных схемах отражают их специфические исходные данные.

На расчетной схеме однотрубной сети сжатого воздуха (рис. 2.6) показывают: компрессорную станцию;

трассу сетей, подводимых к каждому отдельному зданию потребителя сжатого воздуха;

номера или названия зданий потребителей сжатого воздуха; нумерацию расчетных участков сети;

объем сжатого воздуха, протекающего через расчетный участок сети, — V, м³/ч (или м³/мин), при нормальном атмосферном давлении р = 0,0981 МПа;

расход массы сжатого воздуха на каждом отдельном расчетном участке — G, т/ч;

длину расчетных участков сети — L, м; расчетным участком сети называют отрезок, расположенный между двумя юследующими ответвлениями сети, по которому на всем протя-кении протекает одинаковое количество транспортируемого иатериала. Длину расчетных участков определяют по откорректированному плану трасс наземных эстакад и проходных саналов;

плотность воздуха при нормальном атмосферном давлении — ), кг/м³;

одновременность расходования отдельными зданиями тран-портируемого по сетям материала.

Значения V и G для каждого отдельного здания в расчетных хемах сетей проставляют по данным, приведенным в ранее оставленной сводной таблице максимально-часовых расходов ранспортируемого материала. В магистральных участках сети асчетные значения V и G будут суммой расходов отдельными отребителями только в том случае, если максимальное расхо-ование материалов совпадает по времени во всех зданиях.

тех случаях, когда такое совпадение отсутствует, значения ' и G определяют с учетом коэффициента одновременности, риведенного в сводной таблице или в пояснительной записке.

Диаметры трубопроводов D заносят для наглядности в асчетные схемы уже после выполнения гидравлического рас-;та проектируемых сетей.

Рис. 2.7. Расчетная схема двухтрубных водяных тепловых сетей, работающих по закрытой схеме

Q — расход теплоты, ГДж/ч; G — расход теплоносителя, т/ч; D — условный диаметр трубопровода, мм; L — длина расчетного участка сети, м; v — скорость движения теплоносителя в трубопроводе, м/с; АРу_Д ^—

удельные потери давления в трубопроводе на трение. Па/м; 1...12    —

номера расчетных участков сети

В расчетной схеме двухтрубных водяных тепловых сетей, работающих по закрытой схеме (рис. 2.7), приводятся: размещение котельной — источника теплоты; схемы подающего и обратного трубопроводов. При наличии закрытых схем, в которых расход материалов и диаметры труб в обоих трубопроводах сети одинаковы, обычно дают схему только одного — подающего — трубопровода. В случаях применения открытых схем показ обоих трубопроводов является обязательным;

номера потребителей теплоты;

нумерация расчетных участков сети, которая при закрытой схеме может быть единой для обоих трубопроводов, при открытой схеме должна быть различной;

расход теплоты в каждом участке подающего трубопровода Q, ГДж/ч;

расход теплоносителя на расчетных участках G, т/ч;

длина расчетных участков сети L, м;

сведения о потерях теплоты в сети и об одновременности расходования теплоты потребителями.

В расчетных схемах расход теплоты Q первым делом наносят на ответвлениях к каждому отдельному потребителю по данным, приведенным в сводной таблице максимально-часовых расходов теплоты, с учетом нормативных потерь теплоты в сетях. На магистральных участках сети расходы теплоты определяют в виде суммы расходов по всем ответвлениям, но с учетом понижающего коэффициента одновременности к.

Расход циркулирующего в тепловых сетях теплоносителя определяют по формуле

G = (1/4,19) (Q/At) 10³ ,

где 4,19 и 10³ — переводные коэффициенты; At — разница расчетных температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах водяных тепловых сетей, °С.

В общем случае

G = G+ G+ G +G +G = о в к.в г.в т

= (_1_ ) (_°<L + _°в_ +    +    °!_₎₁₀з ₍

4,19 At_Q At_B At_K__B At_r__B At_T

^{где G}o, в, к.в, г.в, т ^и °о. в, к.в, г.в, Т ^{и G} - соответственно расходы на нужды отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха, горячее водоснабжение и технологические нужды потребителей.

Значения At определяют по графику температур воды в водяных тепловых сетях (рис. 2.8) каждой конкретной системы теплоснабжения. При этом следует обратить особое внимание на то обстоятельство, что график температур может несколько видоизменяться в зависимости от способа регулирования отдачи теплоты в котельной, а также в зависимости от схемы подключения отдельных теплоиспользующих систем и установок в тепловых пунктах потребителей теплоты.

Обычно графики температур воды в водяных тепловых сетях строятся по режиму отопления — основного вида тепло-потребления, с применением способа качественного регулирования отдачи теплоты в котельной. Кроме этих, наиболее распространенных графиков существуют еще и другие, реже встречающиеся, предназначенные для осуществления качественно-

Рис. 2.8. Теоретический график температур воды в водяных тепловых сетях, построенный по режиму отопления при расчетных параметрах теплоносителя 150—70°С, средней температуре наиболее холодных пятидневок —20°С, расчетной температуре вентиляции —9°С

1 — линия расчетной температуры вентиляции при рециркуляции внутреннего воздуха помещений *^нт ^{= —}^ ^— линия средней температуры наиболее холодного месяца (—5°С); 3 — линия средней температуры отопительного периода ^^СР‘°-^П = —0,6°С; 4 — линия, проведенная по точке перелома графика температур при расположении перелома

на уровне 70°С (t^T’ⁿ = 5,2°С); 5 — то же, при расположении перелома

на уровне 65°С (t^T‘ⁿ = 6,6°С); 6 — линия, проведенная по точкам начала и окончания отопительного периода, которые в настоящем случае совпадают с точками перелома графика температур при расположении перелома на уровне 60°С (t^T'ⁿ = 8°С)

количественного регулирования отдачи теплоты. Существуют также графики, которыми предусматривается повышение температуры теплоносителя в подающем трубопроводе (линия А — Ц — Ч, приведенная на рис. 2.8), осуществляемое при подсоединении водо-водяных подогревателей систем горячего водоснабжения потребителей по последовательно включенной схеме в целях снижения расхода теплоносителя в сетях. Кроме упомянутых, имеются еще и иные разновидности графиков температур.

Расчет водяных тепловых сетей ведут в режиме максимального расхода теплоносителя, который определяют следующим образом (при параметрах теплоносителя 150—70°С):

1.    Для нужд отопления

^Go ⁼ (Q₀/⁴'^19Ato^,1°³'

2.    Для нужд вентиляции

^GB = (Q_B/4,19At_B)10³ ,

где At₀ = 150 — 70 = 80°С в случае действия вентиляции без рециркуляции воздуха помещений; при рециркуляции воздуха At_Q принимают согласно графику температур при расчетной температуре вентиляции. В условиях климата Риги при t^^асч = —9°С;    = 116,4 — 59,6 = 56,8°С.

3.    Для нужд кондиционирования воздуха

^GK.B -    «W⁴'¹⁹^"*'

где At_K = 150 — 70 = 80°С при одноступенчатом подогреве воздуха

помещений и отсутствии рециркуляции воздуха в калорифере; At_K =

= 150 — 70 = 80°С при двухступенчатом подогреве и отсутствии рециркуляции, для калориферов первой ступени; At_KB = 70 — 30 = 40°С

для калориферов второй ступени, подключаемых по независимой схеме; Дг_к = 116,4 — 59,6 = 56,8°С при двухступенчатом подогреве и наличии

рециркуляции в условиях климата Риги для калориферов первой ступени

(то же и при одноступенчатом нагреве); At = 70 — 30 = 40°С для

к.в

калориферов второй ступени.

4.    На горячее водоснабжение (для санитарно-бытовых и технологических нужд производства).

^Gr.B = ^(Qr.B^/4'^19Atr.B^,1°³'’ ^GT= (Q_T/4,19At_T)10³ , гдеА1__ и At зависят от температуры греющей воды, темпе-

1 «D    I

ратуры нагреваемой воды, предназначенной для использования, способа нагрева воды — в одноступенчатых или двухступенчатых водо-водяны/ подогревателях, а также от схемы подключения подогревателя второй ступени. Но особую роль в нагреве воды играет повышение температуры теплоносителя в подающем трубопроводе по отношению к типовому графику температур, построенному по режиму отопления.

Расчетный расход теплоносителя для нужд горячего водоснабжения определяют по его температурам в точке перелома графика температур. Поскольку температура греющей воды тут минимальная, расход теплоносителя получается максимальным.

Расходы теплоносителя для приготовления горячей воды, используемой на санитарно-бытовые и технологические нужды, определяют согласно СНиП 2.04.07—86.

На предварительных стадиях проектов диаметров водяных тепловых сетей в системе, работающей в параметрами t = = 150—70°С, когда известен общий расход теплоты, но не известно точное распределение ее расходов по видам тепло-потребления, для подсчета расходов теплоносителя, принимают следующие значения At:

при закрытой схеме с приготовлением горячей воды в одноступенчатых подогревателях At = 64—68°С;

при закрытой схеме с приготовлением горячей воды в двухступенчатых подогревателях, подключенных по смешанной схеме, At = 66...70°С;

при открытой схеме At = 68...72°С.

Некоторая разница в значениях At объясняется влиянием вентиляции и кондиционирования воздуха с наличием или отсутствием рециркуляции воздуха помещений. Она также зависит от отношения расхода теплоты на горячее водоснабжение к общему расходу теплоты Q потребителями.

2.6. МЕТОДИКА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ ТРУБОПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ

Общие сведения. К составлению гидравлического расчета трубопроводных сетей приступают после разработки их расчетных схем. Гидравлические расчеты сетей можно выполнять и оформлять разными способами. Наиболее удобным способом является выполнение расчетов в табличной форме, которая заметно упрощает как сами расчеты и их проверку, так и пользование полученными результатами.

Различают расчеты сетей для газообразных материалов и жидкостей; материалов, имеющих существенные изменения температуры, вязкости и плотности на своем пути передвижения. На результаты гидравлических расчетов сетей заметное влияние оказывает ламинарность или турбулентность потока струи, материал труб и значение эквивалентной шероховатости их поверхности, местные потери давления в сети. Выполнение гидравлических расчетов различных трубопроводных сетей упрощают и облегчают вспомогательные таблицы для гидравлических расчетов водяных тепловых сетей, паропроводов, кон-денсатопроводов и мазутопроводов, приведенные в приложениях к книге. В качестве примера даны гидравлические расчеты некоторых трубопроводных сетей, имеющих определенные особенности.

Гидравлический расчет водяных тепловых сетей. Расчет выполняют по форме, приведенной в табл. 2.6, которая по своему построению, кроме графы "Расход теплоты", пригодна для составления гидравлического расчета ^- внешних трубопроводных сетей для большинства жидкостей, имеющих относительно постоянные плотность и кинематическую вязкость на всем пути транспортирования материала. Гидравлический расчет водяных тепловых сетей выполняют в следующем порядке.

1.    Вносят в таблицу известные данные, заполняя графы 1, 2, 3 и 6 (см. табл. 2.6).

2.    Выбирают оптимальные диаметры трубопроводов исходя из расхода G теплоносителя. Критерием при этом являются удельные потери давления на трение в трубопроводе Др_уд

(графа 10), оптимальное значение которых согласно п. 5.8 СНиП 2.04.07—86 в каждом отдельном случае определяют на основании технико-экономических расчетов.

На практике для систем, имеющих значительный радиус действия, чаще всего для определения диаметров магистралей и ответвлений до наиболее удаленных потребителей, используют значение Др_уд ⁼ 20...60 Па/м, а для определения диаметров прочих разводящих и внутриквартальных сетей — Др_уд = 120...

...180 Па/м. Окончательное подтверждение того, что в гидравлических расчетах сетей, при выборе диаметров труб приняты оптимальные значения Др_уд. дают графики давления, строящиеся

по результатам произведенных гидравлических расчетов.

3.    Выбирают по вспомогательной таблице для гидравлического расчета трубопроводов водяных тепловых сетей, приведенной в прил. 1, значения удельных потерь давления Др_уд (графа

10) и скорости движения воды в сетях v (графа 9). Таблица составлена для расчета сетей горячей воды при эквивалентной шероховатости труб к_э = 0,5 мм, температуре t = 100°С, плотности воды р = 958,4 кг/м^л и кинематической вязкости воды v= 0,295-10~⁶ м^г/с.

Следует отметить, что температура горячей воды в сетях может колебаться в пределах 40...150°С и выше. Толщина стенок труб в отдельных случаях также может отличаться от приведенной во вспомогательной таблице. Эти отклонения меняют фактические значения Др_уд и v, однако результаты гидравлического

расчета сетей, выполненного по значениям таблицы, практически не выходят за рамки допустимых ошибок.

4.    Определяют по действующему сортаменту труб, фактической максимальной температуре и давлению горячей воды

? G §? ® н

Ю -и

а 2 <

«О»

X X *

а>

Ч л х X О- <5

> х—' х< с

с

14^*0) (0 in CN О) r-'    T-“    О

с Ч х -J о о о о

о

*

хг ю <¦ О Т- Г*. СО

2.6. Сводная таблица гидравлического расчета водяных тепловых сетей

о

5

о о о о ^ (О о ю со со со

о

о

со

CN

Е -I

^,s . х 3 q; 2?

X К о О

X ® *“ m

S "

& i I^s

S 1а з

5

2

vd

> 

а

а. )

о о о о

in CN CN СО Ч- N СО ч-

со со о

Г- о СО 1Г СО CN

«— CN СО

5 ®

^    ф    ?    о    ф ,^Л

ncSocJ

ч .

о о • х с s а: о с ° ц т-

<? g g got

1ё i !11=а-г

6^2*” i a= a ? S > ь

о о о о о о о о <0    00    in

о о о о о о о ю in ^ СО CN

в сетях необходимую толщину стенок трубопроводов (графа 5). Нормативные материалы регламентируют минимальную толщину стенок труб при известных параметрах транспортируемой горячей воды.

5. Определяют значения L_g (графа 7), эквивалентные местным сопротивлениям. Местные потери давления создают задвижки, вентили, обратные клапаны, разное оборудование сети, переходы диаметров труб, ответвления, повороты и т. п.

На рабочей стадии проектирования, когда известно точное число и расположение отдельных элементов местного сопротивления, возможно выполнить наиболее точный гидравлический расчет сети с учетом потерь давления каждым элементом. Однако на стадии разработки проекта или схемных проработок сети, когда вышеуказанные параметры еще не известны, значения согласно СНиП 2.04.07—86 определяют по эмпирической формуле:

Ч, = «^L >

где а — коэффициент для определения эквивалентной длины участка, соответствующего местным сопротивлениям в тепловых сетях (табл. 2.7); L — длина расчетного участка по плану, м.

2.7. Значения коэффициента а для определения эквивалентной длины местных сопротивлений в тепловых сетях

6. Определяют парциальные потери давления на отдельных расчетных участках сети (графа 11), а также суммарные (графа 12) — от начала расчетной схемы до наиболее отдаленного потребителя теплоты района, создаваемые гидравлическим сопротивлением системы тепловых сетей.

Полное гидравлическое сопротивление системы представляет собой сумму линейных и местных потерь давления в сетях.

Линейные потери давления вызываются гидравлическим сопротивлением прямых участков сети. Их определяют для каждого расчетного участка отдельно по формуле:

Др = 10-0 Д_Руд1_,

где ^дРуд ^— удельные потери давления. Па/м; L — длина расчетного участка по плану, м.

На линейные потери давления заметно влияют качество сварных швов и шероховатость внутренних поверхностей труб, образующаяся при их изготовлении, а также дополнительно вызванная коррозией или отложениями    при продолжи

тельной эксплуатации сетей.

Местные потери давления создаются гидравлическим сопротивлением отдельных местных элементов сети. Значения местных потерь давления определяют с учетом соответствующих коэффициентов местных сопротивлений f, приведенных в технической литературе и в паспортных данных применяемого оборудования и арматуры, или приведенным выше способом усредненных результатов, используя равенство L = aL.

В этом случае общие потери давления на каждом конкретном расчетном участке определяют по формуле

Др = Ap_yfl(L + aL) 10“⁶ = Др (L + Ц,)1СГ⁶.

Суммарные потери давления в сети от начала расчетной схемы до наиболее отдаленного потребителя теплоты района определяют, суммируя потери давления на соответствующих расчетных участках.

Гидравлический расчет паровых сетей. Пар по своему качеству делится на перегретый, сухой насыщенный и мокрый.

Наименьшая плотность у перегретого пара, наибольшая — у мокрого, а энтальпия, наоборот, наибольшая — у перегретого и наименьшая у мокрого пара при том же давлении. Поэтому в гидравлических расчетах перегретого, сухого насыщенного и мокрого пара имеются некоторые различия. В расчетах сетей перегретого пара учитывают относительно быстрое снижение температуры пара в паропроводах до температуры насыщения. Мокрый же пар рассчитывают как пароконденсатную смесь.

При этом очень важно правильное определение в расчетах соотношения пара и конденсата в сетях.

более подробно гидравлические расчеты сетей перегретого и мокрого пара приведены в специальной литературе.

Пример гидравлического расчета сетей сухого насыщенного водяного пара, наиболее часто встречающегося в практике, дан в табл. 2.8, которая по своему построению пригодна для расчета сетей большинства реальных газов.

Гидравлический расчет сетей сухого насыщенного пара выполняют в следующем порядке.

1.    Вносят в таблицу известные данные, заполняют графы

1,2, 5,8.

2.    Определяют оптимальные диаметры трубопроводов (графы 3, 4) исходя из заданных расходов пара G и допустимых потерь давления в сети Лр, которые, согласно СНиП, являются критериями выбора диаметров паровых сетей. Это значит, что при ощутимой разнице заданных давлений и небольшом расстоянии между источником пара и потребителями можно применять увеличенные скорости движения пара с уменьшенным диаметром паропровода, и наоборот. Однако скорость движения пара по трубопроводам не должна превышать значений, приведенных в табл. 2.9.

В расчете, отображаемом в табл. 2.8, заданное давление пара в начальной точке сети, у стены котельной р_н = 1,275 МПа,

а необходимое минимальное давление в конце сети, у наиболее отдаленного потребителя пара р_к = 0,981 МПа. Допустимая

потеря давления в сети составляет: Др = р_н — р_к = 1,275 —

-0,97 = 0,305 МПа.

При длине трассы паровых сетей от котельной до наиболее отдаленного потребителя L = L_t + L₂ + L₃ = 345 + 430 + 590 = = 1365 м допустимая удельная потеря давления в сети (суммы линейных и местных потерь) имеет следующее значение:

Др^_д = Ap10~⁶/L = 0,305-10^-6/1365 = 223,4 Па/м.

Если учесть, что коэффициент а для определения эквивалентной длины местных сопротивлений в паровых сетях с =

= 300...400 мм и П-образными компенсаторами согласно табл. 2.7 имеет значение 1, то допустимая удельная линейная потеря давления составит:

Дру_д = ДРу_Д/(1 +«) = 223,4/(1 + 1) = 111,7 Па/м.

Оптимальные диаметры паропроводов выбирают по таблице расчета паропроводов, которая составлена при эквивалентной

Со

N

а> о

— я

г*. Г-» ^ СМЮ О)

о-<ч ООО I

а    с:

(U S «~ 2 о. ОС •

5 0) S

« ь х

(DlflO) Tf О (М CNOC0

> о О с

S3

> с с <1

Хп

?-2

I—

I

I

= о

is

4 ь

а § а с

Ь I _ч О 5 ^> а X го о s а о Sd ш со ^ О «5 с 5

СО СО If) I

Я ' ^: а. q' to о ! с Q.

О 00 00 г- *t

I

1ЛПГ*«

«о <о ю

«о

® о 2 «

<0 Q)

С с

2.8. Сводная таблица гидравлического расчета сетей сухого насыщенного водяного пара

ю 00 00

h'f г-

СЧ 04 -р-

С

2

о

О ООО (J)(Or-(ООО «-

Ч 51 а о

<    т

К с

Q. -¹

<    X

(П

(О

со

moo з СО О) СО ш

С

Ct

&

m

<g

со

?00 0) СО ч* Ю

1 Г* СО 00 XXX I CD ID Ю , СЧ 04 СЧ

I ^ со со

\о

>

а

ООО ООО тг со со

СО 00 о

Ц) ^

¹ х ' о ? а

ш g 5 2

" s as

ffl о: с х _ ^ п о ф , л I о с; —I

d>

5 * о. sic с -J О. Ф со ,^с    „

с Ч х —I    II

Ч к о Q

j?

3 а

т ®

О Г

° 2 С Я _ oS->

> чО

О . <0 •- ю ? О У к

X > о

« s 3 о <о

X ¦ ^т

а

с о'

II

X

а

0) л 3

в Ч S ф

ь > а s %,

« 2 S « _>

о> л о а. °*

ct X С |- <

1 о

I s «    ~

. & &?- ?7

а» го о

§

S& . ? "dl

<0 Q. С <0    U

С О С С О.

«5x2 0) л в) о

Ч I С I

s Si¹¹

и О) X

i S

¦ С ¹

2 *

* Ч

I-

Г*-    ^

CNC0C0 0>

О’-'- сч о* о'О О

03 СО г-4fr «- 00 СМ *- О) г-‘ т-' о f

со со m со' о со'

«Юг. J

wcq*

Г^О) Г"^    ,

т- CN СЧ I

8

г- сч со CQ

*

со coin I

СО

СО U> IO I

СО ООО

1Л Tf

Условный диаметр паропровода Dy, мм

Максимальные скорости движения пара V, м/с перегретого    насыщенного

< 200    50    35

> 250    80    60

шероховатости труб к_э = 0,2 мм, температуре пара t = 300°С,

давлении пара р = 1,28 МПа, плотности пара р = 1 кг/м³ (условно) и динамической вязкости пара ц = 20,11 Па-с (прил. 2).

Гидравлические расчеты сетей сухого насыщенного пара, так же как и расчеты других реальных газов, отличаются от гидравлических расчетов сетей жидких веществ тем, что газы, теряя давление при движении по сетям, одновременно заметно теряют в плотности и увеличиваются в объеме при сохранении той же массы. Жидкости же при изменении давления в плотности и объеме изменяются мало. Поэтому при выполнении гидравлических расчетов паровых сетей на каждом расчетном участке определяют по известному давлению пара действительную плотность сухого насыщенного пара в начале и конце каждого расчетного участка — Р_н ^и Р_к (графы 8, 17) и действительную скорость движения пара в сетях (графа 13). Значения у_д и ДРудд ^ПР^И плотности пара р = 1 кг/м³ определяют

по таблицам прил. 5,в зависимости от расхода пара G в паропроводе.

Предполагаемую среднюю плотность пара р_ср (графа 12),

определяемую для середины расчетного участка, принимают по приблизительным оценкам и в ходе расчета уточняют.

Действительную среднюю скорость пара определяют по формуле:

= vpi/p_cp,

где v — скорость движения пара по паропроводу при плотности пара

р = 1 кг/м³, м/с; р — средняя плотность пара в середине расчетного ср

участка, кг/м³; pj — величина, необходимая в формуле для уравнивания единиц измерения, pj = 1 кг/м³.

Действительные удельные потери давления на трение пара в сетях рассчитывают по формуле:

^Друд.д ^- ^РудР^ср'

Если вычисленная средняя плотность пара р в середине

up

расчетного участка точно совпадает с ранее принятой предпола-

гаемой плотностью, расчет считается приемлемым и законченным. Если же эти значения не совпадают, то расчет для данного участка повторяется с другими, более приближенными значениями предполагаемой средней плотности пара до полного совпадения с вычисленным значением плотности.

В случае расчета первого участка сети (см. табл. 2.8) для определения оптимального диаметра паропровода необходимо сделать выбор между диаметром D xs = 377x8 мм или

D_Hxs = 426x7 мм, учитывая ранее определенные средние допустимые линейные потери давления всей сети 111,7 Па/м. Удельные линейные потери давления составят: при Dy =

= 350 мм — 80 Па/м, при Dy = 400 мм — 38,6 Па/м. С первого

взгляда кажется, что более подходящими для расчетного участка являются трубы Dy _ 350 мм. Однако учитывая, что в

настоящее время трубы Dy = 350 мм поставляют с толщиной

стенки не менее 9 мм и масса их составляет 92,56 кг/м, а масса металла труб D_Hxs = 426x7 мм составляет только

81,31 кг/м, в итоге принимают трубы Dy = 400 мм. При этом

уменьшение потерь давления на первом расчетном участке может быть с успехом использовано при выборе диаметров труб последующих участков сети.

3.    После выполнения гидравлического расчета первого участка выполняют расчет второго и всех последующих участков сети. При этом давление пара, определенное для конца первого участка, переносится на начало второго участка. Такие же действия производят при расчете следующих участков.

4.    Определяют значения а, Ц, L_np, БДр (графы 6, 7, 19)

таким же методом, как для выполнения гидравлических расчетов водяных тепловых сетей.

Суммарные потери давления в рассчитываемых паровых сетях с длиной трассы 1365 м составляют 0,294 МПа. Определенные расчетом потери давления меньше допустимых (0,305 МПа) и достаточно близки к ним. Поэтому результаты выполненного гидравлического расчета являются удовлетворительными.

Гидравлический расчет конденсатопроводов. Конденсат водяного пара в конденсатопроводах может пребывать в двух состояниях: в виде горячей воды и в виде пароводяной (паро-конденсатной) смеси.

Конденсат находится в сетях в виде горячей водь: в случаях, когда в тепловых пунктах после конденсатоотводчиков потребителя пара осуществлено охлаждение конденсата с использованием его вторичных энергоресурсов или же когда пар вторичного вскипания и низкого потенциала, образующийся во всех случаях за конденсатоотводчиками, либо вторично используют в каком-то процессе производства, либо через открытые конденсатные баки выпускают в атмосферу (в последнем случае происходит потеря энергоресурсов, что недопустимо) .

В виде пароводяной смеси конденсат образуется сразу за любым конденсатоотводчиком в результате понижения давления в сети с последующим, на этой основе, понижением температуры насыщения и вскипания пара. Пар, образовавшийся из конденсата путем вскипания при падении давления в сетях, называют паром вторичного вскипания. Кроме этого пара в конденсатопроводах возможно появление пара, попавшего через неплотно закрытые конденсатоотводчики. Такой пар называют пролетным паром.

Пар присутствует на следующих участках конденсатопро-водов:

от конденсатоотводчика до охладителя — при наличии охладителя конденсата;

от конденсатоотводчика до точки отбора пара — при наличии парового эжектора, открытого бака конденсата или другого устройства, отбирающего пар;

от конденсатоотводчика до баков конденсата котельной или же до промежуточных баков, размещенных у потребителей пара района, — при безнасосном трубопроводном транспортировании пароконденсатной смеси под давлением собственного давления конденсата. При большой длине конденсатопроводов пар имеется вплоть до места, где потери теплоты сети равны теплоте парообразования, т. е.:

Q_n = G-r-10"³,

где Q_n — потери теплоты на рассматриваемом участке конденсатопро-

вода, ГДж/ч; G — количество вторичного и пролетного пара в конден-сатопроводе при его выходе из конденсатоотводчика, т/ч; г — теплота парообразования (при л. 3), кДж/кг.

Пароконденсатная смесь' по своим качествам аналогична мокрому пару и отличается только тем, что содержание пара в ней небольшое — обычно 2... 10% по массе, в то время как в мокром паре — 90...99,9%. Поэтому гидравлический расчет пароконденсатных сетей выполняют аналогично расчетам сетей мокрого пара. При расчете особое внимание необходимо обращать на то обстоятельство, что пар при небольшом его содержании по массе занимает значительное место в конденсато-проводе по объему. В связи с этим расчетные диаметры трубопроводов, транспортирующих пароконденсатную смесь, всегда больше диаметров сетей, по которым движется та же масса чистого конденсата.

Порядок выполнения гидравлического расчета конденсато-проводов водяного пара при состоянии конденсата в виде горячей воды, содержание и заполнение сводной таблицы такие же, как при расчете водяных тепловых сетей (см. табл. 2.6), но с учетом нижеследующих факторов.

1.    В гидравлических расчетах конденсатных сетей не фигурирует расход теплоты Q.

2.    Эквивалентная шероховатость к_д внутренней поверхности стальных труб конденсатных сетей согласно СНиП 2.04.07—86 принимается равной 1 мм (для расчета водяных тепловых сетей к_э = 0,5 мм). Поэтому их расчет следует выполнять по таблицам для гидравлического расчета конденсатопроводов водяного пара при эквивалентной шероховатости труб к_д = 1 мм,

температуре конденсата t = 100°С, плотности р = 958,4 кг/м³ и кинематической вязкости конденсата v = 0,295-Ю^-6 м²/с, приведенным в прил. 4.

Повышенная шероховатость конденсатопроводов объясняется тем, что в напорные конденсатопроводы перед насосами, перекачивающими конденсат, попадает через открытые конден-сатные баки или через дыхательные трубки закрытых баков кислород воздуха, который способствует коррозии труб, увеличивая их шероховатость (в случае применения черных стальных труб). Такие конденсатопроводы имеют увеличенные потери давления (в среднем на 26% больше, чем потери в водяных тепловых сетях) и быстрее выходят из строя.

В закрытых кондесантных сетях, имеющих охладители конденсата и действующих в результате собственного давления при отсутствии конденсатных баков и насосов перекачки, а также в конденсатопроводах из нержавеющих труб коррозия труб резко сокращается. Для расчета подобных конденсатопроводов следует применять таблицы гидравлического расчета, составленные для труб с пониженной шероховатостью, т. е. при к_д = 0,5 мм (см. прил. 1).

3.    Удельные потери давления на трение (критерий выбора оптимальных диаметров конденсатопроводов) должны быть заниженными. Действительно, согласно СНиП 2.04.07—86, значение Аруд в конденсатопроводах после насосов должно приниматься не более 100 Па/м. Это объясняется тем, что напор, создаваемый наиболее простыми и распространенными насосами перекачки конденсата марки К, невелик и при относительно длинных конденсатных сетях может оказаться недостаточным.

При выполнении гидравлических расчетов конденсатопроводов следует учитывать то обстоятельство, что расход конденсата в сетях, как правило, определяют по расходу пара потребителем. При этом, в расчетах поток конденсата принимается непрерывным, в то время как фактически конденсат из конденсатных баков перекачивается насосами по сетям периодически, отдельными порциями. Фактический расчетный расход конденсата в сетях, а также периодичность его перекачки зависят, в основном, кроме притока, от емкости конденсат-иых баков и производительности насосов. Обычно производительность конденсатных насосов полуторно-трехкратно превышает приток конденсата в баки. Хотя при наличии в районе нескольких потребителей пара, возвращающих конденсат через общую сеть в котельную, периоды перекачки конденсата весьма редко совпадают, чем заметно гасятся пики расходов, общий максимально-часовой расход конденсата в сетях после насосов всегда превышает сумму притока конденсата в баки потребителей.

Поэтому выбор оптимальных диаметров конденсатопрово-дов после насосов следует выполнять при заниженных удельных потерях давления на трение АРу_Д = 20...60 Па/м в случаях,

когда расход конденсата в сетях принимается равным его притоку в баки.

Гидравлический расчет мазутопроводов. Мазут к потребителям доставляется по мазутопроводам, создающим при его перекачке потери давления, .значения которых зависят от марки мазута и температуры его нагрева. Для сжигания в котельных в основном применяют топочный мазут разных марок, который по содержанию серы делится на высокосернистый, сернистый и малосернистый мазут.

В холодном состоянии мазут — весьма вязкий материал, непригодный для транспортирования по трубопроводам; при нагреве его вязкость снижается, что позволяет перекачку насосами. Минимальная температура нагрева, при которой мазут становится жидким, составляет 35...40°С и зависит от типа, марки и степени сернистости мазута. Чем больше нагрев мазута, тем он становится более текучим и требует меньше энергии на перекачку. С другой стороны, при повышении температуры нагрева увеличивается расход энергии на подогрев, растут потери теплоты в мазутопроводах, а также увеличивается возможность разложения мазута. Поэтому в практике мазут не рекомендуется нагревать выше 135<>С.

Гидравлический расчет мазутопроводов выполняют с целью определения оптимального диаметра трубопровода и расчетных потерь давления при заданном расходе мазута в сети и заданной температуре его нагрева. Произведенные гидравлические расчеты дают возможность выполнить технико-экономические расчеты для получения оптимального значения температуры нагрева мазута в конкретной сети мазутопроводов. Гидравлическими расчетами иногда определеяют возможные расходы мазута при заданном диаметре трубопровода, темпе-*•> ратуре его нагрева и допустимых потерях давления в расчетном участке сети. Расчет разветвленных сетей выполняют по заранее разработанной расчетной схеме мазутопроводов. Учитывая, что в настоящее время из всех типов мазута в основном в котельных сжигаются высокосернистые топочные мазуты М-100 и WI-40, ниже приведена методика гидравлического расчета сетей именно для этих мазутов, нагретых до температуры от 40 до 135°С.

Гидравлический расчет мазутопроводов теоретически выполняют в следующем порядке:

1. Определяют скорость движения мазута в трубопроводе v при известном расходе G, температуре нагрева t и плотности мазута р по формуле:

v = 4G/3600p*Di,

В

где G — расход мазута, т/м; 3600 — число для перевода единицы измерения v, м/с; р — плотность мазута, т/м³ [табл. 2.10); D_B — внутренний диаметр трубопровода, м.

2.10. Зависимость плотности и кинематической вязкости высокосернистых топочных мазутов М-100 и М-40 от температуры их нагрева

Если расход мазута задан не по массе G (т/ч), а по объему V (м³/ч), то значния V переводят в значения G = Vp. Так как в начале расчета еще не известен оптимальный диаметр мазутопровода, необходимо задаться несколькими диаметрами, обеспечивающими скорость движения мазута в сетях в пределах 0,3...2,5 м/с.

2.    Определяют характер движения мазута в сетях, которое может быть ламинарным или турбулентным, с помощью безразмерного числа Рейнольдса, вычисляемого по формуле:

Re = vD Jv,

D

где v — скорость движения мазута, м/с; D_B — внутренний диаметр трубопровода, м; v — кинематическая вязкость мазута, м^а/с.

Ламинарному движению мазута соответствует значение Re < 2040, турбулентному — Re > 2800. Значения числа Re в пределах 2040...2800 соответствуют неопределенному, переходному режиму движения. При выполнении практических гидравлических расчетов мазутопроводов характер движения мазута в переходном режиме следует относить к турбулентному.

3.    Исчисляют безразмерный коэффициент гидравлического сопротивления X, являющийся функцией числа Рейнольдса.

При ламинарном движении мазута X = 64/Re. При турбулентном движении мазута X имеет следующие значения в зависимости от D и Re:

D = 25...45 мм.........................0,4Re ^_(*^2S

D_y =50... 125 мм и Re < 10000...............0,3797Re^-0'²⁵

D_y = 150 мм и Re < 10000 ................. 0,3480Re“^0;2S

D_y =200...250 мм и Re <30000 ..............0,3164Re^_0,2s

D_y *=300...500 мм и Re <50 000 ..............0,3164Re"^0,25

4. При известном значении коэффициента гидравлического сопротивления X становится возможным определение удельных линейных потерь давления на трение АРу_Д- которые исчисляют

по формуле:

Др_уд = XvV10³/2D_b ,

где X — коэффициент гидравлического сопротивления; v — скорость движения мазута, м/с; р — плотность мазута, т/м³; D — внутренний диаметр труб, м.    ^в

В принципе удельные потери давления Др_уд при конкретном расходе мазута G зависят от внутреннего, диаметра трубопроводов D_B, скорости движения v, кинематической вязкости

v, плотности р, безразмерного числа Рейнольдса, характера движения мазута (ламинарного или турбулентного), безразмерного коэффициента гидравлического сопротивления X и эквивалентной шероховатости труб к_э>

5. Определяют оптимальные диаметры мазутопровода и потери давления на участке, т. е. полное гидравлическое сопротивление расчетного участка сети:

Лр = АРу_Д (L + L3) 10“⁶ ,

где ДРуд ^— удельные потери давления, Па/м; L — длина расчетного участка мазутопровода по плану, м; — линейная длина участка мазут о-

провода, эквивалентная местным сопротивлениям, м; 10"‘ — переводной коэффициент.

Критерием для определения оптимальных диаметров мазутопроводов следует принимать удельные линейные потери давления на трение ДРу_Д- Многократно выполненные гидравлические расчеты показали, что в качестве такого критерия нецелесообразно принимать скорость движения мазута v, рекомендуемую технической литературой: в напорных мазутопроводах — 2,5...3 м/с, во всасывающих — 1,3 м/с. Такие скорости движения, особенно при малонагретом мазуте, приводят к весьма большим потерям давления в напорных сетях и увеличению расхода электроэнергии на перекачку топлива.

Практически для определения оптимальных диаметров мазутопроводов рекомендуется принимать в расчетах следующие значения ДРу_Д: для всасывающих линий и напорных магистральных сетей относительно большой протяженности — <120 Па/м; для коротких напорных линий и ответвлений —

< 300 Па/м.

Увеличение значения ДРу_Д оправдано только в особых случаях; при этом не следует увеличивать скорость движения мазута во всасывающих (v = 1,3 м/с) и напорных (v = 2,5 м/с) линиях.

Общая потеря давления Ар (полное гидравлическое сопротивление) расчетного участка мазутопровода представляет собой сумму линейных потерь давления Др_л на прямых участках сети, образующихся при трении мазута о стенки труб, и местных потерь давления Др_м в оборудовании, арматуре,

на поворотах, разветвлениях и переходах диаметров сети.

Линейные потери давления определяют по формуле: Др_л = Дру_ДЫ0“^б, а местные потери давления — по формуле:

Др = р L.-10^-6. Линейную длину участка L , эквивалент-

IVI    у Д ^

ную местным сопротивлениям, м, возможно определить двумя способами.

Первым, теоретически наиболее точным способом определения местных потерь давления • и соответствующих им значений Ц является исчисление потерь давления на каждом отдельном элементе местных сопротивлений расчетного участка сети согласно паспортным данным оборудования и коэффициентам местных сопротивлений f, приведенным в специальной технической литературе для выполнения гидравлических расчетов мазутопроводов. Однако таким способом можно определить местные потери давления только на рабочей стадии проектирования, когда известно точное число и расположение отдельных элементов местного сопротивления.

Вторым, практически более удобным и легко выполнимым способом, применяемым на стадии проекта или схемных проработках, когда еще не известно общее число и расположение элементов местного сопротивления в сетях, является способ, рекомендованный СНиП 2.04.07—86 для определения значения по эмпирической формуле:

Ч ^{e aL}’

где а — коэффициент для определения эквивалентной длины участка, соответствующего местным сопротивлениям в мазутопроводах (табп. 2.11).

При этом местные потери давления, образующиеся в оборудовании (если такое имеется в сетях), определяют по паспортным данным и учитывают дополнительно.

Приведенный порядок выполнения гидравлического расчета мазутопроводов наглядно показывает, что при отсутствии вспомогательных материалов он связан со значительной затратой труда и времени. В этих случаях также увеличивается возможность появления ошибок в расчетах. Проектным институтом "Латгипропром" разработаны таблицы для гидравлического расчета трубопроводов высокосернистого топочного мазута М-100 {прил. 5), применение которых существенно облегчает и упрощает выполнение расчетов мазутных сетей. Таблицы составлены при эквивалентной шероховатости труб к_э =

= 0,5 мм, температуре мазута t = 40...135°С, плотности его р = 0,925...0,98 т/м и кинематической вязкости v = (0,15х хЮ“⁴)... (17,5-10“⁴) м³/с.

Ниже даны примеры выполнения гидравлических расчетов мазутопроводов с применением упомянутых вспомогательных таблиц.

Пример 1. Необходимо определить потери давления в разветвленном мазутопроводе D_hxs ⁼ 108x4 мм с длиной трассы L = 500 м, транспортирующем высокосернистый топочный мазут М-100 в количестве 58 т/ч, нагретый до t = 90°С. Мазутопровод сооружен с применением П-образных компенсаторов и гнутых отводов. Число элементов, где возникают местные сопротивления, неизвестно.

Решение^-.

Ар = Др_уд(Ь + L₃)10"⁶ = Ap_yfl(L + aL) 10^_< = 2.11. Коэффициент а для определения эквивалентной длины

участка местных сопротивлений в сетях топочного мазута М-100 и М-40

(применительно к водяным тепловым сетям по СНиП 2.04.07—86)

В транзитных магистралях

где значение Др_уд = 1146 Па/м определено по таблице прил. 4 путем

интерполяции; коэффициент а взят из табл. 2.11. Скорость движения мазута v = 2,17 м/с, определенная по прил. 4 путем интерполяции.

Пример 2. Определить потери давления в разветвленном мазуто-проводе D_Hxs ⁼ 159x4,5 мм с длиной трассы L =500 м, транспортирующем высокосернистый топочный мазут М-100 в количестве 58 т/ч, нагретый до t = 90°С. Мазутопровод сооружен с применением П-образных компенсаторов и гнутых отводов. Число элементов, где возникают местные сопротивления, неизвестно.

Решение:

Др = Др_уд(1- + aL)10^-< =

= 92,7 (500 + 0,3-500) 10"* = 0,06 МПа.

Скорость движения мазута v = 0,97 м/с.

Весьма близкие друг к другу примеры 1 и 2, в которых меняются только диаметры труб, дают возможность осуществить технико-экономические расчеты для определения предпочтительности экономии металла труб или электроэнергии, затрачиваемой на перекачку мазута.

Пример 3. Определить возможный расход высокосернистого топочного мазута М-100, нагретого до температуры t = 50°С в транзитном ма-зутопроводе, сооруженном из труб D_hxs = 273x7 мм, при допустимых

потерях давления на расчетном участке Др = 0,39 МПа. Транзитный мазутопровод с длиной трассы L = 2500 м сооружен с применением П-образных компенсаторов и сварных отводов. Число элементов, где возникают местные сопротивления, неизвестно.

Решение:

Др_уд = Др-10⁶ / (L + aL) = где а определен по табл. 2.11. Значению ^дР_уд ^ 103,8 Па/м при диаметре

труб Dy = 250 мм и температуре нагрева мазута t = 50°С согласно

при л. 4 соответствуют расход G = 50 т/ч и скорость движения мазута в сети v = 0,28 м/с.

Пример 4. Необходимо определить возможный расход высокосернистого мазута М-100, нагретого до температуры t = 1J5°C, в транзитном мазутопроводе = 250 мм при Др = 0,39 МПа. Транзитный мазуто-

провод с длиной трассы L = 2500 м оснащен П-образными компенсаторами и сварными отводами. Число элементов, где возникают местные сопротивления, неизвестно.

Решение:

Др_уд = Ap-10V(L + aL) =

= 0,39-10*/(2500 + 0,5-2500) = 103,8 Па/м.

Значению Др 103,8 Па/м при = 250 мм и температуре нагрева

мазута t = 136°С по прип. 4 соответствуют расход G = 274 т/ч и скорость движения мазута v = 1,53 м/с.

Примеры 3 и 4 показывают, что при нагреве мазута до 135°С по сравнению с нагревом до 50°С по тем же сетям с теми же потерями давления возможно увеличить скорость транспортирования мазута пятикратно (274/50 = 5,5). Расход энергии на увеличение подогрева мазута и потери теплоты в сетях при этом, конечно, возрастут. Примеры 3 и 4 дают возможность оценить роль нагрева мазута и сделать технико-экономические сравнения вариантов для определения целесообразности увеличения пропускной способности сетей, экономии металла труб и электроэнергии, затрачиваемой на перекачку мазута, с учетом дополнительного расхода теплоты на увеличение нагрева топлива и потерь теплоты в сетях.

В случаях, когда рассматриваемая сеть состоит из нескольких расчетных участков с различными значениями параметров G и D, гидравлические расчеты мазутопроводов выполняют в табличной форме, аналогичной той, которая применяется для расчета конденсатопроводов, а также водяных тепловых ceieft (см. табл. 2.6).

На практике встречаются случаи, когда необходима высокая точность определения потерь давления на отдельных расчетных участках мазутных сетей. Это выполнимо на стадии рабочих чертежей проекта при точном определении значений линейных потерь давления как расчетного участка, так и каждого элемента местных сопротивлений сети, при отказе от применения в расчетах усредненного коэффициента а. Решение такой задачи предложено проектным институтом "Латгипропром" в справочном пособии по гидравлическому расчету мазутопроводов.

Гидравлические расчеты сетей кислот, щелочей, реагентов и других жидких материалов. Подбор оптимальных диаметров труб в сетях жидких химических продуктов усложнен необходимостью одновременного учета разнообразных факторов, как, например: различные плотность и кинематическая вязкость транспортируемых жидкостей при разных температурах их нагрева; различный материал применяемых труб и разная степень шероховатости их внутренней поверхности и др.

Однако методика расчетов и вспомогательные материалы, приведенные в настоящей книге и упомянутом выше справочном пособии "Гидравлический расчет мазутопроводов", создают возможность с достаточной точностью выполнить гидравлические расчеты почти любых жидкостей в случаях, когда известны значения расхода, плотности и кинематической вязкости транспортируемого вещества, материал и размеры труб, а также влияние этого вещества на материал труб для определения коэффициента шероховатости труб при длительной нормативной их эксплуатации.

Пример гидравлического расчета сети соляной кислоты концентрации 27,5% приведен в разделе 2.8.

Z7. СОСТАВЛЕНИЕ ГРАФИКОВ ДАВЛЕНИЙ

Общие сведения. Движение жидких, пульпо- и газообразных веществ в трубопроводах происходит за счет разности давлений в разных точках сети, значения которых наглядно отражают графики давлений в конкретных сетях (в технической литературе иногда их называют пьезометрическими). Г рафики разрабатывают после составления расчетных схем и гидравлического расчета рассматриваемых сетей. Они дают ответы на целый ряд важнейших вопросов проектирования и эксплуатации трубопроводных инженерных сетей. К ним относятся: проверка правильности выбора диаметров, определенных гидравлическими расчетами сетей различного назначения;

определение необходимых давлений, подлежащих созданию циркуляционными (сетевыми) и подпиточными насосами, устанавливаемыми в источниках теплоты и холода в двухтрубных закрытых или открытых схемах водяных тепловых сетей и холодопроводов;

определение мест расположения подкачивающих насосных станций, давлений, создаваемых подкачивающими насосами как в двухтрубных, так и однотрубных сетях разных жидкостей;

нахождение мест расположения компрессорных станций и определение необходимых давлений, создаваемых компрессорами в однотрубных сетях различных реальных газов;

определение давлений в системах напорных конденсатопроводов и выбор на этой основе насосов перекачки конденсата, устанавливаемых в тепловых пунктах или насосных станциях потребителей;

определение располагаемого давления на вводах потребителей района при наличии двухтрубных сетей различных жидкостей;

определение давления транспортируемого материала на вводах потребителей при наличии однотрубных сетей жидкостей, водяной пульпы или реальных газов;

определение давления в двухтрубных сетях различных жидкостей и однотрубных сетях жидкостей и водяной пульпы по отношению к геодезической высоте расположения трубопроводов для нахождения возможных мест образования вакуума в сетях, а также образования паров при наличии горячих жидкостей, температура которых превышает температуру парообразования жидкого вещества (воздух, подсасываемый из атмосферы при вакууме, а также пар, образовавшийся при вскипании жидкости, препятствуют движению жидких веществ по трубам и, в ряде случаев, даже прекращают его).

Каждой трубопроводной системе сетей, каждому транспортируемому по трубопроводам материалу в конкретных условиях местности соответствует свой график давлений. Г рафик давлений двухтрубных сетей по виду значительно отличается от графика однотрубных сетей. Определенными особенностями обладают графики давлений жидкостей, плотность которых значительна, и графики давлений сжатых реальных газов, имеющих относительно небольшую плотность. Ниже приведены некоторые наиболее характерные примеры построения графиков давлений.

График давлений для двухтрубных водяных тепловых сетей, работающих по закрытой схеме. Построение этих графиков (рис. 2.9) выполняют в следующем порядке.

1.    На координатную сетку в соответствующем масштабе наносят профиль поверхности земли по трассе водяной тепловой сети на участке, соответствующем расчетной схеме, — обычно от источника теплоты до наиболее отдаленного потребителя. Для построения профиля земной поверхности используют абсолютные геодезические отметки, принимая за отметку 0,00 уровень пола источника теплоты или уровень поверхности земли в начальной точке расчетной схемы.Профиль земной поверхности наносят в масштабе: 1 м = 0,01 МПа.

2.    Отмечают на графике начальные и конечные точки каждого участка тепловой сети согласно данным расчетной схемы сети и в соответствующие колонки графика вписывают номер и длину расчетного участка.

3.    В соответствующие колонки, по данным сводной таблицы гидравлического расчета сети, записывают определенные расчетом условные диаметры трубопроводов и названия точек или мест прокладки тепловой сети (узлов, камер, улиц и т. д.).

4.    Вычерчивают линии давления теплоносителя в подающем и в обратном трубопроводах сначала в динамическом,

I*

Рис. 2.9. График давлений для двухтрубных водяных тепловых сетей, работающих по закрытой схеме

А—Б — линия давления в обратном трубопроводе в условиях динамического режима со значениями давления по отношению к уровню пола источника теплоты; Б—В — линия потерь давления в тепловом пункте наиболее отдаленного потребителя теплоты; В—Г — линия давления в подающем трубопроводе в условиях динамического режима со значениями давления по отношению к уровню пола источнику теплоты; Г—Д — линия потери давления в источнике теплоты; Е—Ж — линия давления в условиях статического режима, то есть при работе подпиточных насосов и отключении сетевых насосов; Др. — разность давлений, создавав-

с.н

мая сетевыми насосами; Ар_с — суммарные потери давления в наружных тепловых сетях, тепловых пунктах и местных системах потребителей теплоты; р®Р_н — давление в системе, создаваемое подпиточными насосами в условиях статического режима; р^*” — то же, в условиях динамического режима

а затем в статическом режимах действия системы. При статическом режиме сеть наполнена теплоносителем и система находится в состоянии готовности к работе под давлением, созданным подпиточными насосами; сетевые (циркуляционные) насосы не работают, движение теплоносителя в сети отсутствует и потребители теплоты не получают. В динамическом режиме кроме подпиточных насосов уже действуют сетевые насосы, теплоноситель в системе движется за счет разности давления в сети, и потребители района получают теплоту, созданную в источнике теплоты.

Линии давления строят следующим образом. Наносят точку А линии давления динамического режима А—Б—В—Г—Д, показывающую давление теплоносителя в обратном трубопроводе у стены источника теплоты. Точку А выбирают над полом источника теплоты так, чтобы давление в обратном трубопроводе было минимально допустимым, то есть 0,15... ...0,3 МПа. Это является достаточным для преодоления падения давления на участке обратного трубопровода до сетевых насосов источника теплоты, поддержания в них необходимого подпора, а также обеспечивает необходимое давление для снабжения теплотой расположенных поблизости 3—9-этажных домов и препятствует образованию вакуума в элементах местных систем, расположенных в верхних этажах и на чердаках зданий.

Исходя из данных гидравлического расчета сети по участкам, наносят в масштабе графика линию давления А—Б в обратном трубопроводе. В конечных точках каждого участка сети записывают значение вычисленного давления по отношению к отметке пола источника теплоты. После построения линии А—Б проверяют ее соответствие требованиям всех потребителей теплоты по трассе данной сети.

Так, линия А—Б должна проходить не менее чем на 5 м над перекрытиями верхнего этажа всех обеспечиваемых теплотой зданий раойна. Дома, для которых не удается осуществить это условие, следует присоединить к системе либо путем применения регуляторов давления "до себя" в случае достаточного давления в подающем трубопроводе, либо подключением здания по независимой схеме в случае недостаточного давления в подающем трубопроводе. Для удобства проверки выполнения этого требования на графике указывают наиболее характерные здания района и высоту их расположения по отношению к линиям А—Б и В—Г.

Далее необходимо, чтобы линия А—Б находилась не выше 55 м над поверхностью земли. Это требование вызвано тем обстоятельством, что обычные чугунные радиаторы и другие нагревательные приборы, устанавливаемые в подвальных этажах, изготовляют на допустимое рабочее давление, не превышающее 0,6 МПа. Здания, для которых данное условие невыполнимо, следует либо присоединить по независимой схеме, либо для подвала и нижних этажей устанавливать в качестве нагревательных приборов регистры, изготовленные из стальных труб, допустимое рабочее давление в которых составляет более 1 МПа.

Если линия А—Б не удовлетворяет обоим указанным требованиям, ее положение изменяют, поднимая или опуская в зависимости от конкретных условий рельефа местности, высоты застройки и т.п. В некоторых случаях требуется сделать линию

А—Б более пологой или более крутой. Для этого становится необходимым повторное выполнение гидравлического расчета сетей с увеличением (линия А—Б станет более пологой) или уменьшением (линия А—Б станет более крутой) диаметров труб некоторых участков.

После построения, проверки и исправления линии А—Б на график давлений наносят отрезок Б—В, отображающий потери давления в тепловых пунктах и местных системах самой отдаленной от источника теплоты группы потребителей. Предполагая, что эти системы присоединены по зависимой, экономически наиболее эффективной схеме и в тепловых пунктах потребителей установлены водоструйные элеваторы, регуляторы расхода типа РР и аппаратура учета расходуемой теплоты, потери давления, изображенные отрезком Б— В, составят

0,25 МПа. Отсюда следует, что потери давления, возникающие в системах наиболее отдаленных потребителей теплоты, в значительной степени влияют на общие потери давления всей системы, а также на значения давлений в подающем трубопроводе сети, как это видно из рис. 2.9. Поэтому всегда желательно всемерное снижение потерь давления в районах, наиболее отдаленных от источников теплоты. При этом возможно получить значительный экономический эффект, присоединяя отдельные концевые группы потребителей теплоты к районным тепловым сетям по независимой схеме, а также применяя аппаратуру учета теплоты с малыми потерями давления.

Затем по данным гидравлического расчета сети на график наносят линию давления В—Г в подающем трубопроводе. Эта линия имеет направление от наиболее отдаленного потребителя (точка В) к источнику теплоты (точка Г)- При построении графика для закрытых схем теплоснабжения линия давлений В— Г подающего трубопровода в динамическом режиме имеет вид зеркального изображения линии давлений А—Б в обратном трубопроводе, поскольку расход теплоносителя и диаметры соответствующих участков сетей одинаковы. На линии В—Г записывают давления в конечных точках всех расчетных участков сети по отношению к геодезической отметке пола источника теплоты.

После этого проверяют соответствие линии давлений В—Г следующему обязательному условию: во всех высоко расположенных точках района теплоснабжения, обеспечиваемых теплоносителем (горячей водой с наивысшей температурой), давление по линии В—Г должно быть выше давления парообразования при данной температуре. В противном случае для предотвращения вскипания теплоносителя линию В—Г следует поднять. Если это приводит к экономически невыгодным последствиям, то для потребителей теплоты, не удовлетворенных достаточным давлением в подающем трубопро-

Рис. 2.10. Некоторые типы графиков давлений для двухтрубных водяных тепловых сетей, работающих по закрытой схеме, при установке подкачивающих насосных станций на обратном и подающем трубопроводах

а — с расположением подкачивающей насосной станции на обратном трубопроводе; б — с расположением насосной станции на подающем трубопроводе. Условные обозначения см. на рис. 2.9

воде, необходимо понизить температуру теплоносителя в местных системах с помощью водоструйных элеваторов или смесительных насосов.

Иногда в зависимости от местного рельфа поверхности земли и других обстоятельств на основе технико-экономических соображений принимают решения о преломлении линий А—Б или В—Г с сооружением в местах перелома подкачивающих насосных станций для необходимого повышения давления в сети {рис. 2.10).

Составление графика давлений динамического режима системы заканчивают нанесением на него отрезка Г—Д, отображающего потери давления в источнике теплоты — в тракте водогрейных котлов, пароводяных подогревателях, приборах учета теплоты и системе трубопроводов. Эти потери, составляющие 0,2...0,45 МПа, как правило, значительны по сравнению с потерями в системе теплоснабжения в целом. Поэтому необходимо всемерно стремиться к их снижению.

После построения, проверки и исправления графика давлений при динамическом режиме работы сети на график наносят линию статического давления Е—Ж. Она всегда горизонтальна, поскольку сетевые насосы не работают, циркуляция теплоносителя в сетях отсутствует и потерь давления в системе теплоснабжения нет. Статический режим в системе устанавливается, если по какой-либо причине перестают работать сетевые насосы. Заданное статическое давление в сети поддерживается постоянно действующими подпиточными насосами. По отношению к линии статического давления существуют те же требования, что и к линии давления в обратном трубопроводе при динамическом режиме системы, а именно:

линия статического давления должна проходить не менее цем на 5 м выше перекрытия верхнего этажа зданий, стоящих на самой высокой отметке района, присоединенных по зависимой схеме, с тем, чтобы их местные системы всегда были заполнены водой и в них не подсасывался воздух;

линия должна находиться на высоте, не превышающей 60 м над полом первого этажа зданий, расположенных на самых низких отметках района, с тем, чтобы предотвратить разрыв нагревательных приборов, расположенных в подвалах и на первых этажах этого района.

При невозможности обеспечения всего района централизованного теплоснабжения одной единой линией статического давления определяют две или несколько таких линий на разных высотных отметках. Каждая из них обеспечивает работоспособность и надежность системы своей, обособленной, части района (см.рис. 2.10,а).

Подпиточные насосы следует выбирать так, чтобы они создавали давление в точках А и Е, превышающее по меньшей мере на 0,05 МПа давление, определенное графиком давлений (см. рис. 2.9). Таким образом обеспечивается необходимый запас давления для подпитки сетей и создается компенсация потерь давления в насосной установке.

График давлений для двухтрубных водяных тепловых сетей, работающих по открытой схеме. Эти графики отличаются от графиков давлений сетей, работающих по закрытой схеме тем, что линия давлений А—Б обратного трубопровода становится более пологой при одинаковых диаметрах соответствующих участков подающих и обратных трубопроводов сети. Причиной пологости линии А—Б является снижение расхода теплоносителя в обратном трубопроводе за счет отбора его из системы для непосредственного обеспечения нужд горячего водоснабжения потребителей. Это приводит к снижению удельных потерь давления в трубопроводе и заметному понижению давления в точке Б. В свою очередь, понижение давления в точке Б определяет также соответствующее понижение давлений в точках В. Г, Д. Так, например, в случае, если расход теплоносителя ^пРи непосредственном отборе его для нужд горячего водоснабжения потребителей в максимальном режиме составит 75% общего, то давление в точках Б, В, Г, Д согласно расчету снизится на 0,14 МПа. Снижение давления в упомянутых точках графика в итоге приводит к снижению давления, преодолеваемого сетевыми насосами (отрезок Д—А), на 12,7%, что соответственно снижает расход электроэнергии на перекачку теплоносителя в системе и дает определенный экономический эффект.

График давления для двухтрубных рассолопроводов, рабо-^"“Wx по закрытой схеме. Этот график строят аналогично Рафикам водяных тепловых сетей, но требования здесь гораздо менее строгие. Поскольку рассолы имеют пониженную тем-

пературу, вскипание их паров невозможно и поэтому нет необходимости в поддержании увеличенного давления в рассоло-проводах. При построении рельефа поверхности земли, а также самого графика давлений в системе рассолопроводов, определении высоты зданий потребителей, обеспечиваемых холодом, необходимо учесть увеличенную плотность рассола по отношению к воде. Высоту поверхности земли и зданий на ординате графика давлений в принятом масштабе определяют по следующей формуле:

р = 1,02-10"² Нр ,

где 1,02-10^-1 — переводной коэффициент; Н — высота поверхности земли в рассматриваемой точке по отношению к поверхности пола холодильной станции, м; р — плотность рассола, т/м³.

Потери давления на холодильной станции ниже, чем в источнике теплоты любого типа. Они понижены также у потребителя холода по сравнению с потребителем теплоты в связи с отсутствием водоструйных элеваторов, снижающих температуру теплоносителя. На построение графика существенно влияет месторасположение потребителей холода по высоте, то есть на этажах и в подвалах зданий. Поэтому до разработки графиков давлений рассолопроводов необходимо выяснить следующее:

допустимые потери давления в тракте рассолопроводов, расположенных на холодильной станции;

допустимые потери давления в тракте рассолопроводов, расположенных в зданиях потребителей холода,-

плотность рассола, транспортируемого сетями;

высоту месторасположения холодоиспользующего оборудования по отношению к поверхности земли у каждого здания/ /потребителя.

В тех случаях, когда холодоиспользующее оборудование потребителей расположено в подвалах или на нижних этажах зданий, а высотная отметка размещения сетевых насосов перекачки рассола на холодильных станциях — на отметках цокольных этажей зданий потребителей холода или выше, система холодоснабжения может работать без подпиточных насосов. Функции подпиточных насосов, компенсирующих относительно небольшие утечки в сети, в этих случаях исполняют баки рассола, размещенные на необходимой высоте, или гидрофоры.

График давлений для паровых сетей. Графики давлений для паровых сетей несколько отличаются от графиков давлений для водяных тепловых сетей, и построение их значительно проще. На графике давлений паровых сетей имеется только одна линия, соответствующая (условно) Линии давлений подающего трубопровода водяных тепловых сетей. Построе-

УРОВЕНЬ ПОЛА

ИС•ОЧНИКА ТЕПЛОТЫ

Рис. 2.11. График давлений для паровых сетей

А—Б — линия давления пара до корректирования диаметров паропро-впла; А—В — то же, после корректирования; Г—Д — линия давления пара во втором паропроводе, предназначенном для редуцированного в источнике теплоты пара; I...X — необходимые потребителям давления пара

ние графика практически не зависит от рельефа земли ввиду незначительной плотности пара (для пара с рабочим давлением р = 1,1 ...1,4 МПа плотность находится в пределах р = = 5,2...7,5 кг/м³, что по сравнению с плотностью горячей воды р = 9G8.4 кг/м³ является незначительной величиной). В паровых сетях, как правило, не применяют установок для повышения давления. Линия давлений пара всегда полога, без резких переломов.

1

График давлений в паровых сетях (рис. 2.11) строят следующим образом.

1.    На координатной сетке в определенном масштабе наносят профиль поверхности земли по трассе трубопровода и все известные параметры расчетных участков сети.

2.    Отмечают расположение всех потребителей (I...X), с показом в масштабе необходимого им давления пара.

3.    По данным гидравлического расчета паровых сетей наносят линию давлений пара А—Б и анализируют полученные результаты. При этом обычно обнаруживается, чтц давление подведенного потребителям пара при централизованном паро-снабжении в какой-то степени не соответствует нужному. На практике встречаются три варианта несоответствия 1см. оис. 2.11):

давление и температура пара, подведенного потребителям

I,    III, IV, значительно превышают нужные параметры; давление и температура пара, подведенного потребителям

II,    V, VI, VII, VIII, соответствуют необходимым им параметрам с небольшим, практически допустимым преувеличением;

давление пара, подведенного потребителям IX, X, является недостаточным.

Из первоначально построенного графика давлений следует, <то для потребителей IX и X необходимо поднять давление тара или соорудить для них собственные индивидуальные пазовые котельные. Поднятие давления пара в районной котельной теми же котлами невозможно, поскольку их номинальное эабочее давление составляет 1,4 МПа.

Выполнив соответствующие технико-экономические рас-1еты, можно убедиться, что, как правило, экономически неугодна установка в районной паровой котельной котлов ювышенного давления, а также сооружение и эксплуатация ждивидуальных котельных в районе централизованного паро-:набжения. Поэтому для решения настоящей задачи в первую >чередь следует проверить наиболее простой и обычно эконо-лически эффективный способ — увеличение диаметров паро-|роводов. Повторные гидравлические расчеты показывают, то в этом случае снижаются потери давления в сетях и при ом же начальном давлении пара у стены котельной все потребители района, особенно наиболее удаленные от котельной, юлучат пар увеличенного давления (линия давлений А—В). Из рафика на рис. 2.11 видно, что линия давления А—В уже удов-етворяет потребителей II, V, VI, VII, VIII, IX, X.

Потребители, для которых давление и температура пара резмерно высоки, должны снизить его параметры в местных едукционно-охладительных установках (РОУ), устанавливавши в тепловых пунктах отдельных потребителей пара или же районной котельной. В последнем случае из котельной про-ладывают второй паропровод пониженного давления и тем-ературы, обеспечивающий потребителей I, III, IV паром необ-одимых параметров. Давление пара во втором паропроводе редставлено линией Г—Д.

Решение об установке РОУ в тепловых пунктах потребителей пи прокладке из районной котельной второго паропровода эниженного давления с установкой общего РОУ в котельной ри необходимости проверяют технико-экономическим рас-;том.

График давлений для конденсатопроводов водяного пара.

рафик [рис. 2.12) должен удовлетворять следующим срав-/ггельно легко выполнимым требованиям: конденсат следует возвращать в котельную при давлении, эстаточном для свободного слива его в конденсатные баки, 3

Рис. 2.12. График давлений для конденсатопроводов водяного пара

А—Б — линия давления конденсата в сетях; I...X — потребители пара, возвращающие конденсат в паровую котельную

или направлять его в деаэратор (в зависимости от тепловой схемы источника теплоты);

для нормальной перекачки конденсата линия давлений кон-денсатопровода в любой точке трассы должна проходить на высоте не менее 5 м от поверхности земли при прокладке напорных конденсатопроводов подземно. Это предотвращает образование вакуума в сети. Поскольку плотность чистого конденсата довольно значительна (при t = 100°С она составляет 958,4 кг/м³), рельеф земли оказывает ощутимое влияние на давление в конденсатопроводах.

График давлений конденсатных сетей строят в следующем порядке.

1.    На координатную сетку в масштабе наносят профиль поверхности земли и указывают известные параметры участков сети.

2.    Отмечают (в принятом масштабе) расположение всех потребителей пара, возвращающих конденсат в источник теплоты.

3.    В соответствии с данными гидравлического расчета конденсатных сетей наносят на график линию давлений А—Б конденсата и проверяют, выполняются ли при этом упомянутые обязательные требования к режиму трубопроводного транспортирования конденсата. Построение графика давлений следует начинать с точки А, гарантирующей необходимое давление конденсата у стены источника теплоты. Если конденсат вводится в деаэратор на отметке его головки, то минимальное необходимое давление конденсата у стены котельной определяют в МПа по формуле:

Рк = Рг ⁺ Рд ⁺ Ри '

где р_к — рассчитываемое давление конденсата у стены котельной; Р_г — давление, создаваемое расположением отметки головки деаэратора выше пола котельной, МПа; р_д — избыточное (манометрическое) давление в деаэраторе, обычно принимаемое равным 0.02 МПа; Р_и — избыточное давление, обеспечивающее свободное поступление

конденсата е деаэратор и принимаемое равным 0,05 МПа.

По графику давления сетей конденсата, учитывая разницу высот расположения источника теплоты и потребителей пара, можно определить давление, создаваемое насосами для перекачки конденсата, у любого потребителя. Так, например, у потребителей IV и VII необходимые давления согласно рис. 2.12 равны: р? * 0,25 + (55 - 65) 1,02-10“² + 0,1 = 0,25 МПа;

рХ" = 0,3 + (55 — 62) 1,02-10"² + 0,1 - 0,33 МПа, где значение 1,02-10 является коэффициентом перевода величины в МПа, а величина 0,1 МПа выражает сумму потерь давления в насосной станции перекачки конденсата (0,05 МПа) и избыточного давления (0,05 МПа), обеспечивающего истечение конденсата в магистральный конденсатопровод.

Приведенные примеры некоторых характерных графиков давлений для наиболее часто применяемых на практике сетей дают возможность разработки подобных графиков для других жидких веществ и реальных газов, не рассмотренных в книге.

2.8. РАСЧЕТНО-МОНТАЖНЫЕ СХЕМЫ СЕТЕЙ НОВОГО ТИПА, ОТРАЖАЮЩИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ,

И ГРАФИК ДАВЛЕНИЙ СЕТЕЙ

Общие сведения. Для определения оптимальных диаметров трубопроводных сетей техническая литература рекомендует следующий порядок выполнения проектных работ при наличии разработанной сводной таблицы максимально-часовых расходов транспортируемого материала: разработка расчетных схем сетей; выполнение их гидравлического расчета; разработка графиков давлений сетей.

Такой порядок приводит к значительным затратам времени и труда на проектные работы. Кроме того, окончательно убедиться в правильности проведенных гидравлических расчетов сетей и отсутствии необходимости их повторного выполнения можно только после разработки графиков давлений. Следует также отметить, что графики давлений для разветвленных сетей, как правило, разрабатывают на участке от генератора транспортируемого материала (котельной, компрессорной, холодильной станции и т.п.) до наиболее отдаленного потребителя, а остальные сети (ответвления от основной магистрали) остаются не охваченными графиками. При таком порядке выполнения проектных работ не сразу обнаруживаются допущенные в гидравлическом расчете погрешности. Исправление их обычно затруднительно.

Представляется целесообразным часть проектных работ по расчетным схемам, гидравлическим расчетам сетей и графикам давлений для этих сетей выполнять не раздельно, а комплексно в едином проектном материале. Таким единым комплексным проектным материалом могут быть расчетно-монтажные схемы, которые одновременно отражают гидравлический расчет сетей, график давлений и возможность определения значений давлений в любой точке сети. На схемах видны изменения давления в сетях по отношению к поверхности земли, а также расстановка отсекающей запорной арматуры и, в отдельных случаях, воздушников и спускников.

В расчетно-монтажной схеме нового типа отражены обычно следующие показатели:

Q — расход теплоты, ГДж/ч;

G — расход теплоносителя или материала, т/ч (м³ /ч);

D — условный диаметр трубопровода, мм;

L — длина расчетного участка сети, м;

Др_д — удельные потери давления в трубопроводе на трение. Па/м;

v — скорость движения теплоносителя в трубопроводе, м/с;

a — коэффициент для определения эквивалентной длины участка местных сопротивлений в тепловых сетях;

Др — потери давления в расчетном участке, МПа;

Р_п — давление в подающем трубопроводе в начале расчетного участка, МПа;

Р_о — давление в обратном трубопроводе в конце расчетного участка

по ходу движения теплоносителя, МПа;

Р_з — значение, отражающее расположение поверхности земли по отношению к уровню пола источника теплоты, МПа.

На расчетно-монтажных схемах могут быть представлены основные данные, характеризующие транспортируемый материал: плотность, кинематическая или динамическая вязкость, температура материала в рабочем состоянии, в точках замерзания, вскипания и начала разложения, токсичность, горючесть, взрывоопасность, агрессивность к материалу труб и т.п. Эти свойства необходимо учитывать при проектировании, строительстве и эксплуатации определенных сетей. Ниже приведены некоторые наиболее характерные примеры расчетно-монтажных схем сетей, знакомящие с принципами их построения и пользования ими.

0=i 7 G = 172 2 = 250 {.*700 йр_уд= 38,39 ¦v « 0.9S

«х. = O.S

/)р= O,0«3

Расчетно-монтажная схема двухтрубных водяных тепловых сетей, работающих по закрытой схеме. Схему разрабатывают в следующем порядке [рис. 2.13).

Pn-0,942

P₀ = 0,508

P3=0,2

Рис. 2.13. Расче-.но-монтажная схема сетей, отражающая гидравлический расчет и график давлений двухтрубных водяных тепловых сетей, работающих по закрытой схеме

ИТ — источник теплоты; ЗА — запорная арматура; 1...5 — номера расчетных участков сети; I... IУ — номера ответвлений

1.    На разработанный план трасс тепловых сетей района наносят схему сетей в произвольном масштабе с показом всех расчетных участков сети. При этом для более удобного размещения других элементов схемы некоторые участки сетей могут иметь отступления от принятого масштаба.

2.    Обозначают на схеме так называемые "расчетные флажки" каждого расчетного участка сети, предназначенные (в настоящем случае) для 11 расчетных значений (Q, G, D, L, Лр_уд, v, а, Др,

р_р. Р₀, Р₃). Расчетные флажки расставляют на всех участках

схемы, имеющих изменения хотя бы одной из вышеприведенных расчетных величин, кроме значения р₃, отражающего расположение поверхности земли по трассе тепловых сетей, поскольку изменение отметки земли не зависит от других расчетных элементов. Каждый расчетный флажок нумеруют в направлении от источника теплоты к наиболее отдаленному потребителю.

3. Заполняют расчетные флажки, одновременно и комплексно выполняя гидравлический расчет сетей с параллельным решением вопросов, рассматриваемых обычно при разработке графика давлений.

Сначала во все расчетные флажки схемы вносят ранее определенные значения: максимально-часовые расходы теплоты Q; максимально-часовые расходы теплоносителя G; длину трассы расчетных участков тепловых сетей по плану L.

Затем указывают значения р₃, отражающие геодезические

отметки поверхности земли в начале определенного расчетного участка сети по отношению к уровню пола источника теплоты. Значение р₃ определяют по формуле:

р₃ = 1,02-1 (Г² (Н₃ - Н_ит),

где 1,02-10“² — переводной коэффициент; — геодезическая отметка поверхности земли в начале расчетного участка, м; Н_{и т} — геодезическая отметка поверхности пола источника теплоты, м.

Если рельеф поверхности земли на расчетном участке сети волнистый, его отображают на расчетных флажках следующим образом (пример): Р₃ = 0,1 + (—0,05 + 0,1) = 0,15 МПа.

Это значит, что разница уровней поверхности земли расчетного участка составляет 15 м.

Следующим шагом является определение оптимальных диаметров тепловых сетей с учетом указаний Пособия к СН 527-80³⁵⁸. В расчетные флажки вносят значение D, АРу_Д> ^v>

выбранные по вспомогательной таблице для гидравлического расчета водяных тепловых сетей (см. прил. 2). Для выбора оптимальных диаметров тепловых сетей необходимо предварительно определить значение критерия, определяющего допустимые минимальные и максимальные давления в обратном трубопроводе сети по отношению к поверхности земли — усредненного ЛРу_Д обратного трубопровода рассматриваемой сети. Можно сказать, что значение этого критерия зависит от рельефа местности и этажности зданий, строящихся в рассматриваемом районе централизованного теплоснабже-

ния. Давление в обратном трубопроводе сети в точках, находящихся выше отметки перекрытия верхних этажей зданий, как известно, должно быть не менее 0,05 МПа; в точках, находящихся на уровне поверхности земли самых ничких мест застраиваемого района с централизованным теплоснабжением, — не более 0,55 МПа.

В конкретном случае застройки района 5...9-этажными зданиями давление в обратном трубопроводе в начале сети у стены источника теплоты на уровне пола котепьной (на расчетном флажке 7) принимают равным p_Q = 0,3 МПа, а в конце сети у наиболее отдаленного потребителя теплоты района, на уровне поверхности земли — p_Q < 0,55 МПа. Итак, в настоящем случае усредненное допустимое значение удельных потерь давления в обратном трубопроводе сети составляет:

Д_Руд = 10⁶ (р? -р? )/2(L + aL) =

= 10⁶ (0,6 - 0,3) / (3950 + 0,6-3950) * 48 Па/м,

где 10® — переводной коэффициент; — предварительно принятое

давление в начале расчетного участка обратного трубопровода;

р* — давление в конце расчетного участка 1 обратного трубопровода;

L — длина трассы тепловых сетей по плану; а — коэффициент для определения длины участка местных сопротивлений в тепловых сетях.

После выявления расчетом значений D, ДРу_Д* v можно определить значения а по табл. 2.11, потери давления на каждом расчетном участке Др и потери давления в концах расчетных участков обратного трубопровода Др₀ на всех расчетных флажках. Если давление в обратном трубопроводе всей сети удовлетворяет необходимым требованиям, определяют значения далений в начале каждого расчетного участка подающего трубопровода р_п и заносят их во все расчетные флажки схемы. Однако если определенные расчетом давления в обратном трубопроводе сети не удовлетворяют необходимым требованиям на одном из участков сети, расчет повторяют до получения удовлетворительных результатов для всей сети.

При определении значений р_п в расчетных флажках следует учесть, что в двухтрубных водяных тепловых сетях, работающих по закрытой схеме, падение давления в подающем трубопроводе происходит зеркально по отношению к росту давления р₀ на тех же расчетных участках обратного трубопровода сети.

В последнюю очередь на схему сетей наносят отсекающие задвижки, запорную арматуру ответвлений, а также, при необходимости и по возможности, спускники и воздушники (на

рис. 2.13 в целях упрощения схемы спускники и воздушники не показаны). На этом расчетно-монтажная схема, отражающая гидравлический расчет и график давлений сетей, считается законченной.

По настоящей расчетно-монтажной схеме можно легко и удобно определить:

располагаемое давление: (р_р = р_п — p_Q). Так, например, в конце расчетного участка 3 (в начале участка 4) р = 0,976 — -0,474 = 0,502 МПа;

давление в подающем трубопроводе по отношению к поверхности земли местности. В конце участка 3 р^ = р_п — р₃ = 0,976 —

-    0,09 = 0,967 МПа;

давление в обратном трубопроводе по отношению к поверхности земли местности. В конце участка 3 р^, = p_Q — р₃ = 0,474 —

-    0,09 = 0,465 МПа;

разность давлений, создаваемую сетевыми насосами: Др _н =

= Рк-Р_о ^{= 1}'⁴-⁰'^{3 = 1}'^{1 МПа}-'

давление, создаваемое подпиточными насосами в динамическом режиме: р?*? = р₀ — р₃ = 0,3 — 0 = 0,3 МПа.

При сравнении метода выполнения гидравлического расчета сетей путем разработки комплексных расчетно-монтажных схем, выражающих гидравлический расчет и график давлений сетей, видно, что каждый из этих методов имеет свои преимущества и недостатки. К преимуществам метода расчетно-монтажных схем по сравнению с классическим вариантом поэтапной разработки расчетных схем, гидравлического расчета сетей и графиков давлений относятся:

сокращение ошибок в проектировании, ликвидация которых в дальнейшем приводит к дополнительным материальным, трудовым и финансовым затратам;

наглядность всех основных исходных данных и элементов сети (кроме рельефа земли), что приводит к облегчению и упрощению проектирования, строительства и эксплуатации систем сетей;

снижение трудозатрат в проектировании.

К недостаткам расчетно-монтажных схем следует отнести: громоздкость по сравнению с обычными расчетными схемами, поскольку размещение на схемах расчетных флажков с полным набором показателей занимает много места;

менее наглядное (в цифровом изображении) отображение поверхности земли района централизованного теплоснабжения.

Расчетно-монтажная схема двухтрубных водяных тепловых сетей, работающих по открытой схеме. Особенности и отличия этой схемы по описанной ранее выражаются в следующем:

она состоит в целом из двух раздельных, увязанных между собой схем: схемы подающего трубопровода и схемы обратного трубопровода водяных тепловых сетей. Расчетные участки этих сетей имеют свои характерные расчетные флажки;

число показателей в расчетных флажках подающих трубопроводов, в отличие от закрытых схем водяных тепловых сетей, составляет 10 единиц, а для обратных трубопроводов - 9;

удельные потери давления в обратном трубопроводе отличаются от удельных потерь давления в подающем трубопроводе: первые являются заниженными по сравнению со вторыми при одинаковых диаметрах соответствующих участков сети. При заниженных удельных и суммарных потерях давлений линия давлений в обратном трубопроводе становится более пологой. Весьма часто это обстоятельство приводит к необходимости поднятия константной точки давления в обратном трубопроводе у стены котельной. В этом случае значение оптимального давления у котельной p_Q =    0,4    МПа.

В остальном порядок построения расчетно-монтажных схем водяных тепловых сетей, работающих по открытой схеме, аналогичен порядку построения схем сетей, работающих по закрытой схеме.

Расчетно-монтажная схема однотрубных сетей соляной кислоты с концентрацией 27,5%. Эта схема (рис. 2.14) разработана с учетом особенностей транспортируемого вещества, конструкции, материала и размеров трубопроводов сети. Разработку схемы ведут в следующем порядке.

1. Текстуально приводят необходимые исходные данные и данные, характеризующие транспортируемый материал, а именно:

рабочую температуру в наружных сетях: макисмальную +20°С, минимальную —20°С;

температуру застывания соляной кислоты с концентрацией 27,5%; t = —40°С;

плотность: при t = 20°С р = 1142 кг/м³; при t = —20°С р- 1162 кг/м³;    ₂

кинематическую вязкость: при t = 20°С v = 1,431-10 м /с; при t = —20°С v = 1,598-10“® м²/с. Следует отметить, что в технической литературе качество жидкостей иногда выражается только через динамическую вязкость р. Кинематическая вязкость v связана с динамической вязкостью соотношением: v = р/р, м²/с;

эквивалентную шероховатость труб к_э = 0,5 мм при долгосрочной нормативной эксплуатации их; сети сооружаются из стальных труб, футерованных фторопластом;

свойства кислоты; агрессивна, токсична, негорюча и невзрывоопасна;

Рис. 2.14. Расчетно-монтажная схема отнотрубных сетей соляной кислоты с концентрацией 27,5%

систему подачи кислоты потребителям: кислота подается насосами, расположенными на полу склада кислот, по наружным сетям, проложенным наземно на высоте до 8 м над поверхностью земли, в приемные емкости отдельных цехов, размещенных на высоте до 12 м над уровнем полов первых этажей производственных корпусов — потребителей кислот;

расположение полов первых этажей производственных цехов: на геодезических отметках ±2 м по отношению к уровню пола склада кислот;

характеристику одновременности расходов: кислота подается к производственным корпусам поочередно, поэтому максимально-часовой расход ее в сети составляет V = 8,6 м³/ч;

специфику эксплуатации-, нагрева, охлаждения кислоты и теплоизоляции сетей не требуется.

2.    Наносят схему сети, отмечают места расстановки запорно-отсекающей арматуры в сетях, определяют расчетные участки, расставляют и нумеруют расчетные флажки сети.

3.    Вносят в расчетные флажки следующие показатели:

расход кислоты по расчетным участкам, выражая его значениями V, м³/ч, или G, т/м (G = pV);

диаметр трубопровода D, указывая при этом наружный диаметр стальной трубы D_H, толщину стенки трубы s и фактический внутренний диаметр трубопровода (с учетом футеровки его слоем фторопласта) D_B- Оптимальный диаметр трубопровода определяют, выполняя гидравлический расчет конструируемой сети, в котором учитывают длину расчетного участка сети L, коэффициент а для определения эквивалентной длины участка местных сопротивлений и допустимых потерь давления в расчетном участке сети Ар;

данные, необходимые для выполнения гидравлического расчета трубопроводов: L, Др_уд, v, а, Ар, р_н, р_к-

Пример расчета. В конкретном случае, приведенном на рис. 2.14, во-первых, определяют оптимальный диаметр трубопровода, по которому транспортируют соляную кислоту в количестве 8,6 м³/ч на участке от склада кислот до наиболее отдаленной точки — корпуса потребителя № 2. Максимально возможное рабочее давления создаваемое насосами у стены склада кислот, р^ = 0,18 МПа; а давление у стены

корпуса № 2 должно быть не менее р_к = 0,12 МПа. Этим определяется,

что потери давпения в сети не должны превышать значения Др = = Р_н = Р_к =0,18-0,12= 0,06 МПа.

При условии, что стальной трубопровод футерован фторопластом толщиной слон 4 мм и имеет параметры D^xs = 108x4 мм, внутренний диаметр трубы составляет D_B = 108 — 2(4 + 4) = 92 мм = 0,092 м, а

фактическая скорость движения кислоты в сети v =V/F = 8,6-4/(3600а *3,14-0,092³) = 0,36 м/с.

Теоретическая скорость движения заданного количества соляной киспоты в трубопроводах, представленных таблицами гидравлического расчета водяных тепловых сетей и мазута ( прил. 2 и 4), составит:

при D_y = 100 мм и D₀ = 108 - (4 + 4) = 100 мм v = (8.6-4) / (3600*

хЗ,140,1⁵) = 0,3 м/с; при D_y = 80 мм и D_B = 89 - (3,5 + 3,5) =82 мм

v = (8,6-4)/(3600-3,14-0,082’) = 0,45 м/с.

Затем определяют значения ЛРу_Д и Др в условиях транспортирования

в сетях максимально-расчетного количества кислоты при -ее наиболее высокой вязкости. Учитывая, что соляная кислота имеет наибольшую вязкость в пределах t = —20°С...20°С, и наибольшую плотность при t = —20°С, в гидравлическом расчете сети принимают это последнее значение.

Поскольку в настоящее время отсутствуют вспомогательные таблицы для гидравлического расчета трубопроводов соляной кислоты, значения ЛРу_д определяют путем интерполяции значений, получаемых из

таблиц для гидравлического расчета водяных тепловых сетей (прил. 2) и мазутопроводов (прил. 4), которые составлены при р = 958,4 кг/м³, v = 0,295-10~^б м’/с, к^ = 0,5 мм для воды и р = 925 ... 980 кг/м³,

v = (0,15-10“⁴)... (17,5-Ю^-4) м²/с, к_э = 0,5 мм для мазута М-100.

Так как в рассматриваемом случае внутренний диаметр стальных труб уменьшен их футеровкой, удельные потери давпения Лр_уд определяют при внутреннем диаметре труб D₀ = 0,092 м или при фактической скорости движения кислоты в сетях v = 0,36 м/с с учетом увеличения плотности соляной кислоты по отношению к плотности горячей воды, а также и мазута.

При этом следует отметить, что внутренняя поверхность пластмассовых труб гладкая и соответствует этим поверхности новых стальных труб, имеющих эквивалентную шероховатость к_э = 0,1...

...0,2 мм. Но стальные трубы,    футерованные    фторопластом,    имеют    увеличенное количество стыков    и    сварных    швов    фторопласта,    поэтому

их эквивалентная шероховатость увеличена и приравнена значению не новых стальных труб — к = 0,5 мм, для которых удельные потери давления приведены в прил. ^2 и    4.

с.к    г.в    м

Др = [ Др + (Др — Др ) х ^КУД    ^КУД    ^КУД ^КУД

, М C.Ki ,, M r.Bi , С.К 2 !, М г.в.

X \V —V ) /\V — V )]р х V(p +Р 1.

где:

г.в    г.в при D = 100    /    г.в при D =82

Др — Др    +    j[(Др

^МУД    УД    (    УД

‘{"'“С

-    Ю”°    -    01/<оГ - °1‘>} -

= 12,75 +    (37,96 — 12,75) (0,1 — 0,092) ] / (0,1 — 0,082)| = 23,95 Па/м;

м при D_B = 100 Г м при D_e = 82 ^РУД ⁼ Чд    ⁺(^1(йру_Д

-„P.D.-    ₀.._)]/(0..._    1,

^куд    В    В ' ^J' В    В )

= 20,7 +{[ (47,9-20.7) (0,1 - 0,092) ]/(0,1 - 0,082) j =

= 32,79 Па/м;

ДРуд = [23,95+ (32,79 - 23,95) (0.24-10"⁴ - 1,598-10"*) / (0,24 х

х 10"⁴ - 0,295-Ю"⁶) ]¦ 1162-2/(930 + 958,4) = 39,75 Па/м.

Общие потери давления в трубопроводе соляной кислоты на участке от склада кислоты до корпуса № 2 при длине трассы кислотопрово-да L = 470 + 160 + 140 = 770 м и значении коэффициента а - 0,3 составят: Др = |_Др (1 + а) 10“⁶ = 770-39,75-1,ЗЮ^-6 =    0,04 МПа.

УД

Это меньше допустимых Др_Д0П⁼ 0,18 — 0,12 =0,06 МПа.

Настоящим расчетом подтверждается, что предварительно принятый диаметр кислотопровода D^xs = 108x4мм, футерованного фторопластом

толщиной слоя 4 мм, соответствует необходимому и является оптимальным.

Приведенным способом можно определить оптимальные диаметры также и других участков сети. При этом выполненный выше расчет показывает, что в настоящем случае диаметры остальных трубопроводов соляной кислоты выбраны правильными, если скорость движения кислоты в сетях составит v = = 0,25...0,50 м/с.

Таким образом, с помощью таблиц для гидравлического расчета водяных тепловых сетей, сетей конденсата и мазутопроводов, приведенных в прил. 2, 3, 4, выполняют гидравлические расчеты любых трубопроводных сетей разных жидкостей, имеющих типичные и нетипичные внутренние диаметры труб, разные плотности и коэффициенты кинематической вязкости транспортируемого материала.

2.9. РАЦИОНАЛЬНОЕ РАЗМЕЩЕНИЕ ТРУБОПРОВОДОВ ПО ПОПЕРЕЧНОМУ СЕЧЕНИЮ

Прокладка сетей по наземным эстакадам. Расположение совмещенно прокладываемых инженерных сетей на траверсах, консолях и подвесках в каждом отдельном случае зависит от разных факторов, основными из которых являются следующие:

способ прокладки сетей: наземно по проходным или непроходным эстакадам; по кровлям, техническим чердакам; в подвалах или коридорах зданий; подземно по проходным или полупроходным каналам и туннелям;

число и назначение прокладываемых сетей;

диаметры сетей и максимально допустимые расстояния их опирания;

необходимость проходных дорожек для сооружения, эксплуатации, ремонта и замены сетей;

необходимость защиты сетей от солнца, дождя, снега и обледенения;

отрицательные воздействия других сетей, проложенных рядом, как возможной причины возникновения химической или электрической коррозии, горения, взрыва, повреждения защитного слоя прокладываемых сетей при аварии других сетей;

потребность во взаиморезервировании некоторых сетей с обеспечением работоспособности одних при повреждении других.

Помимо упомянутых могут существовать еще и другие факторы, влияющие на выбор оптимального размещения инженерных сетей в разрезе и определение необходимых несущих строительных конструкций.

Направления поиска и нахождения оптимального размещения инженерных сетей и конструкций, их поперечных разрезов по наземным эстакадам проиллюстрированы нижеследующими примерами.

Пример 1. Необходимо осуществить совмещенную прокладку водяных тепловых сетей t = 150^_70°С первой очереди 2Dy =

= 200 мм и перспективных 2Dy = 250 мм; паропровода р =

= 0,6 МПа, t = 160°С, Dy = 250 мм; трубопровода горячего

водоснабжения t = 65°С, D = 125 мм с циркуляционным трубопроводом Dy = 65 мм; взаиморезервируемых электрокабелей и кабелей слабых токов общим числом 35 на участке от точки Б до В по наземной эстакаде, пересекающей ряд автодорог.

Из поставленной задачи и перечня совмещенно проклады-вамых сетей следует, что строительные конструкции эстакады над проездами должны быть расположены на высоте не ниже чем 5 м от поверхности проезжей части дорог. Следует также, что прокладываемые трубопроводные сети не оказывают отрицательных воздействий друг на друга и на кабельные сети, а кабельные сети — на рассматриваемые трубопроводные сети.

Надежность действия взаиморезервируемых электрокабелей и кабелей слабых токов требует соответствующего их расположения на строительных конструкциях эстакад: либо по разным сторонам пролетных строений эстакад (железобетонных или металлических балок), либо по одну сторону с размещением каждой группы этих кабелей на безопасном расстоянии друг от друга. Минимальное значение этого разрыва, требуемое действующими нормами, в зависимости от значения и параметров сетей составляет 0,6 м и более.

При расположении трубопроводов по поперечному сечению трассы совмещенно прокладываемых сетей учитывают действующие нормативные требования к их прокладке. Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ), 1986 г., при наземной прокладке сетей по эстакадам кабели должны быть расположены не ниже чем 2,5 м от поверхности земли; нежелательна также прокладка кабелей слишком высоко. В случае необходимости их размещения выше 6 м от поверхности земли требуется сооружение проходных дорожек по эстакадам с целью обеспечения удобства прокладки и обслуживания кабелей.

Обязательное сооружение проходных дорожек для тепловых сетей, согласно СНиП 2.04.07—86 размещаемых на эстакадах и отдельно стоящих опорах, требуется только в местах пересечения железных дорог, рек, оврагов и на других труднодоступных для обслуживания трубопроводов участках трассы. Они также полезны на других участках при большом числе труб, требующих частого осмотра трасс (СН 527-80). На расположение трубопроводов в поперчном сечении трассы сетей существенно влияет максимально допустимый шаг их опирания. В настоящем примере на прямых участках сети он составляет: для паропровода D_y = 250 мм — 12 м, водяных тепловых сетей Dy = 200 мм — 9 м, трубопроводов горячего водоснабжения Dy = 125 мм — 6 м, циркуляционных трубопроводов

D = 65 мм — 3,5 мм, для кабелей — 0,75...1 м. Столь небольшой шаг опирания кабелей определяет необходимость применения балок в конструкции эстакад.

Балки бывают железобетонными или стальными. Наиболее долговечными, надежными и экономичными) в общем случае, являются типовые сборные железобетонные балки пролетом 12 м и высотой 0,7 м.

Наличие балок дает возможность опирания сетей с любым необходимым шагом, а также возможность увеличения шага установки опор эстакад. Последнее приводит к уменьшению числа опор и созданию более удобных условий для передвижения транспортных средств по площадке предприятий.

В целях уменьшения числа применяемых на эстакадах траверс путем уьеличения шага опирания труб предполагалось использование способа прокладки "труба над трубой", то есть прокладки малого трубопровода над трубопроводом большего диаметра: конденсатопровода над паропроводом, циркуляционного над трубопроводом горячего водоснабжения и т. п. Способ размещения трубы над трубой кроме уменьшения числа траверс приводит к сокращению их длины, чем достигается определенная экономия средств и материалов.

После размещения трасс наземных эстакад на генеральном плане проектируемого предприятия выяснилось, что большинство зданий — потребителей теплоты расположены слева от эстакады. Водяные тепловые сети 2Dy = 250 мм, сооружаемые на территории проектируемого предприятия и используемые в дальнейшем для других потребителей теплоты района, не имеют ответвлений и являются транзитными. Этим определилось расположение тепловых сетей проектируемого предприятия по левой стороне, а транзитных сетей, сооружаемых в перспективе, — по правой стороне эстакады.

После проведения упомянутых проектных ¦ проработок выявилась возможность расположения трубопроводных сетей наиболее простым способом: горизонтально в один ряд по траверсе длиной 3 м с размещением циркуляционного трубопровода во втором ряду, а кабелей, требующих весьма частого опирания и располагаемых по возможности ближе к поверхности земли, — по наружным боковым стенкам балок эстакад (рис. 2.15. При этом для достижения максимальной надежности действия взаиморезервируемых кабелей каждую группу кабелей одного назначения следует прокладывать по разным балкам, чем обеспечивается максимально возможный разрыв между ними.

При конструировании поперечного сечения прокладки сетей 5нза1ельно следует предусматривать резервное место для рокладки возможных перспективных сетей- в количестве 0...30% числа проектируемых. Это относится как к трубопро-одным ceiям, так и к кабелям. Опыт показал, что даже в ех случаях, когда нет основания ожидать прокладки каких-ибо перспективных сетей, резервные места необходимы. >ни испольлукмся для сооружения сетей, заменяющих дей-твующие, износившиеся при эксплуагации. Такой способ за-1ены сетей позволяет ее осуществив без остановки произ-юдства предприятия. Это весьма важно в тех случанх, когда ети имеют большую протнженность, расположены в неудоб-|ых для строительства местах и с осуществлением прсдвари-ельною демонтажа их замена требует несколько суток. Для |редприятий с непрерывным процессом производства возможность прокладки заменяемых сетей в другом месте имеет пер-юстепенное значение. Резервным местом для прокладки перфективных трубопроводных сетей в настоящем примере мре-1усмотрено пространство, расположенное под траверсами между Золками.

Из рис. 2.15,а видно, что трубопроводные сети основных диаметров, расположенные по траверсам горизонтально в один энд, размёщены компактно. Площадь сечения, занимаемая трубопроводами в разрезе и свидетельствующая о компактности прокладки сетей, составляет всего 1,5 м², то есть 0,21 м² на эдин прокладываемый трубопровод. Этим показателем определяется рациональное проектирование совмещенной прокладки инженерных сетей, экономия строительных материалов л низкая стоимость строительства.

Кроме горизонтального, в основном однорядного, разме-дения трубопроводов возможен также и вариант размещения груб на эстакаде по вертикали {рис. 2.15,6). Этот вариант имеет зяд особенностей, которыми отличается от варианта располо-¦кения труб по горизонтали, а именно:

ширина эстакады может быть сокращена с 3 до 2,1 м;

становится обязательной проходная дорожка минимальной шириной 600 мм для выполнения строительства, эксплуатации и ремонта трубопроводных сетей. Это приводит к дополнительному расходу металла;

расположение трубопроводов по вертикали возможно лишь при индивидуальном проектировании и изготовлении металлоконструкций верхних строений эстакады, на которых укладывают трубопроводы. Металлоконструкции верхних строений требуют значительного дополнительного расхода металла. В противоположность этому при расположении трубопроводов по горизонтали, все основные строительные конструкции эстакады получаются типовыми, сборными, железобетонными.

то есть самыми дешевыми, долговечными, простыми и удобными в проектировании, строительстве и эксплуатации;

появляется дополнительный расход металла на изготовление металлоконструкций верхнего строения эстакады (в рассматри-вамом примере он достигает 80 т/км);

площадь, занимаемая конструкциями трубопроводов в разрезе, в рассматриваемом примере составляет 4,1 м², то есть

0,59 м² на один трубопровод, что в 2,7 раза превышает площадь, занимаемую трубопроводами при их расположении по горизонтали. Этот показатель свидетельствует о невысокой компактности вертикальной компоновки трубопроводных сетей на эстакаде.

Точка приложения суммарных осевых и боковых горизонтальных усилий повышается на 0,9 м по отношению к поверхности земли, что приводит к увеличению изгибающего момента, действующего на все строительные конструкции эстакады. Это явление также вызывает некоторое увеличение расхода строительных материалов, капитальных и трудовых затрат.

Приведенные особенности, весьма характерные для расположения трубопроводов по вертикали, не говорят в пользу этого способа прокладки сетей. При сравнении комплекса положительных и отрицательных сторон горизонтального и вертикального вариантов расположения трубопроводных сетей напрашивается, в общем случае, отдать предпочтение гори-

Рис. 2.15. Поперечные разрезы сетей, прокладываемых по наземной непроходной эстакаде горизонтально в один ряд (а) и с расположением трубопроводов по вертикали (б)

1 — колонна эстакады; 2 — продольная балка; 3 — траверса; 4 — проектируемые трубопроводы; 5 — перспективные трубопроводы; 6 — кабели; 7 — кабельные полки или лотки; 8 — верхнее строение эстакады; 9 — проходная дорожка; Т1, Т2 и т. д. — нумерация трубопроводов с указанием их параметров — диаметра и толщины стенки

зонтальному способу прокладки. Однако в каждом конкретном случае необходимо считаться с длиной выпускаемых промышленностью типовых сборных железобетонных траверс. В настоящее время их максимальная дпина не превышает 6 м, что ограничивает число прокладываемых трубопроводов на траверсах при расположении труб в один ряд по горизонтали. Последнее также зависит от диаметра труб и наличия или отсутствия теплоизоляционного слоя. Иногда ширину эстакады, то есть возможную длину траверс, ограничивают особенности ганэрально^го плана проектируемого предприятия или района гооодэ, которые предопределяют ширину свободных полос для прокладки наземных эстакад между проездами и стенами зданий и сооружений. Иногда появляется необходимость и возможность сооружения особенно широкой эстакады, расположенной над проездной дорогой между отдельными зданиями предприятия с установкой опор по обе стороны проезда. В этих случаях длина траверс эстакады значительно увеличивается и возникает необходимость их изготовления в металле, с применением индивидуальных решений.

Пример 2. Число трубопроводных сетей диаметром D_y =

= 50...250 мм — 20 шт., взаимозаменяемых электрокабелей и кабелей слабых токов — 30 шт. Поскольку трасса совмещенно прокладываемых инженерных сетей проходит по промышленной зоне города, принимается наземная прокладка сетей. В связи с пересечением трассой многих автодорожных проездов, где низ строительных конструкций эстакады должен быть расположен на высоте не менее 5 м от поверхности проездов, высоту эстакады на всем решаемом участке принимают единой без сооружения опусков и подъемов сетей. Для удобства организации транспорта и использования пространства под эстакадой для стоянок автомашин и складирования материалов шаг опор принимают равным 12 м. Этим определяется применение типовых железобетонных балок, к боковым стенкам которых крепят типовые конструкции опирания кабелей. Проверяют возможность однорядного горизонтального р<1Сположения труб на наиболее длинной типовой железобетонной траверсе длиной 6 м. Это оказывается неосуществимым. Поэтому выбирают вариант с расположением части труб по вертикали в 2...3 рядах одного яруса {рис. 2.16), с устройством проходной дорожки шириной 0,6 м по эстакаде.

Высота отдельных рядов, а также их число на левой и правой сторонах эстакады могут быть одинаковыми или разными. Высота рядов каждой стороны зависит от диаметров труб, прокладываемых в данном ряду. При определении минимальной высоты ряда необходимо учитывать возможность замены внутреннего трубопровода без демонтажа действующего трубопровода того же ряда, проложенного снаружи. Число рядов, размещаемых по левой и правой стороне эстакады, определяет общее число трубопроводов в разрезе. На это влияет также необходимость прокладки трубопроводов по той или другой стороне эстакады, которая диктуется расположением зданий-потребителей на генплане местности по отношению к расположению трассы эстакады.

В целях упрощения и ускорения монтажа и демонтажа трубопроводов во время строительства и эксплуатации сетей в каждом отсеке любого ряда располагают только 1...3 трубопровода в зависимости от их диаметров. Этим обстоятельством определяется необходимая длина траверсы; она обычно соответствует ширине верхнего строения эстакады. Трубопроводы верхнего ряда в целях обеспечения их доступности обслужи-

Рис. 2.16. Поперечный разрез сетей, прокладываемых по одноярусной

проходной эстакаде

Условные обозначения с м. рис. 2.15

вающего персонала должны быть расположены не выше 1,8 м над поверхностью проходной дорожки. При высоте, превышающей указанную, трубопроводы прокладывают в два яруса с устройством проходной дорожки по второму ярусу эстакады или без такой дорожки.

Оптимальное расположение трубопроводов в поперечном сечении трассы сетей определяют с учетом максимального приближения оси результирующих вертикальных усилий к геометрической оси эстакады. Эксцентриситет этих осей не должен превышать длины отрезка, составляющего 25% общей ширины эстакады, то есть длины нижней траверсы.

Пример 3. Число трубопроводных сетей D_y = 50...300 мм —

40 шт., взаимозаменяемых электрокабелей и кабелей слабых токов — 40 шт. Помимо тепловых сетей требуется совмещенная прокладка сетей разных кислот, щелочей, горючих и взрывоопасных веществ, ядохимикатов и реагентов. Действующие нормативные материалы в целях предотвращения утечки и загрязнения почвы требуют и рекомендуют наземную прокладку сетей ряда транспортируемых веществ. Этим определяется совмещенная прокладка сетей . по наземной двухъярусной

I ¹ X

b a»i \ &it "a c.-

J i ^

Si

AJfc

w

Рис. 2.17. Поперечный разрез сетей, прокладываемых по двухъярусной проходной эстакаде (40 труб, 40 кабелей)

1 — колонна; 2 — продольная балка; 3 — траверса; 4 — металлическое верхнее строение с консолями; 5 — проходная дорожка; 6    — проектируемые

трубопроводы; 7 — резервные места для перспективных трубопроводов; 8 — кабели; 9 — кабельные полки или лотки; 1, 11 — ярусы эстакады

>7

<h<ft| Ж / Ж] ж fft'* Wr I—n ^Pl

3-3

>»•%.    ч»»«Ч

"Si

<Zi3!••«•.,

N«»»,    ¦.•••/’ л •••¦

I ^

11

эстакаде с устройством проходных дорожек по обеим ярусам (рис. 2.17). При определении оптимального расположения инженерных сетей в поперечном сечении кроме ранее упомянутых учитывают еще следующие принципы;

трубопроводы, обладающие наибольшими диаметрами и массой, а также создающие наибольшие горизонтальные усилия, следует размещать в первых рядах первого яруса. Этим достигается облегчение строительных конструкций эстакады и некоторая экономия строительных материалов и капитальных затрат;

трубопроводы различных кислот, солей и жидкостей, агрессивно действующих на другие сети, также желательно располагать в нижнем ряду первого яруса, учитывая возможность-образования опасной течи в сетях (СН 527-80). Однако на практике весьма часто оказывается, что нижний ряд первого яруса эстакад по своим габаритам не способен принять все такие сети, а также трубопроводы больших диаметров. В случаях, когда быстрокорродирующие сети агрессивных веществ с коротким сроком службы приходится располагать непосредственно над другими трубопроводами или кабелями, над последними следует сооружать защитную кровлю. В местах пересечения эстакад трубопроводов, транспортирующих агрессивные жидкости, с автодорогами и пешеходными тротуарами под этими трубопроводами следует прокладывать защитные корыта для улавливания протечек;

трубопроводы с наиболее коротким нормативным сроком службы следует размещать в легкодоступных местах: внутри эстакады вдоль проходной дорожки, снаружи или в верхнем ряду второго яруса эстакад;

трубопроводы вредных и горючих газов, плотность которых меньше плотности воздуха, следует размещать в верхнем ряду второго яруса эстакады;

инженерные сети, способные вызвать аварийные ситуации (водородопроводы и кислородопроводы; сети природного газа и других легковоспламеняющихся и взрывоопасных веществ) , а также взаиморезервируемые сети и сети, опасно или вредно действующие на другие сети, необходимо размещать по возможности на максимально больших расстояниях друг от друга (СН 527-80) ;

стеклянные и металлические трубопроводы, собираемые на фланцах или муфтах разных конструкций, следует размещать в легкодоступных местах, рядом с проходными дорожками;

высота первого яруса зависит от суммы высот отдельных рядов этого яруса. Однако для обеспечения свободного прохода эксплуатационного персонала низ траверсы второго яруса в любом случае должен быть расположен не ниже чем 2 м от поверхности проходной дорожки первого яруса.

Пример 4. Число совмещенно прокладываемых трубопроводных сетей Dy = 40...500 мм — 32 шт., взаиморезервируемых

электрокабелей и кабелей слабых токов — 24 шт. Ряд трубопроводов имеет относительно большие диаметры. Сети прокладывают (с параметрами): водяные тепловые сети — t = = 150—70°С, 2Dy = 300 мм; паропроводы — р = 1 МПа, 2Dy =

= 500 мм, р = 2,5 МПа, 2Dy = 300 мм; конденсатопроводы — Р = 0,3 МПа, Dy = 400 мм и D_y = 250 мм; трубопровод горячего водоснабжения — t = 65°С, Dy = 200 мм; трубопровод сжатого воздуха — D = 300 мм, а также другие трубопроводные сети меньшего диаметра. Предварительная компоновка поперечного разреза эстакады показала, что заданные трубопроводы невозможно уложить ни на типовой железобетонной траверсе однорядно по горизонтали, ни на одноярусной проходной эстакаде с расположением части труб по вертикали. Невозможна также их прокладка и по двухъярусной проходной эстакаде. Возникает вопрос о целесообразности сооружения либо одной трехъярусной проходной эстакады, либо двух, рядом расположенных одно- или двухъярусных проходных эстакад. Каждый из упомянутых вариантов конструкции эстакады имеет свои преимущества и недостатки. Основные из них следующие:

одна трехъярусная эстакада занимает меньше места на плане предприятия, чем две рядом расположенные. Это весьма важно при недостатке территории и сжатой застройке;

многоярусная эстакада более выгодна при прокладке сетей через многоэтажные производственные здания. Она находит применение также в случаях прохождения эстакады между близкорасположенными сооружениями, расходующими транспортируемые сетями вещества или энергию. Ее сооружают в виде многоэтажного технического коридора;

строительство, эксплуатация, ремонт и замена сетей, проложенных по одно- или двухъярусным эстакадам, более просты и удобны, чем проложенных по трех- и четырехъярусным эстакадам. Наличие трубопроводных сетей больших диаметров ведет к росту различного рода трудностей в случае применения многоярусных эстакад. Главная из них — сложность применения передвижных подъемно-транспортных средств при строительстве сетей и замене трубопроводов, расположенных в середине контура многоярусных эстакад.

После оценки положительных и отрицательных сторон приведенных вариантов расположения сетей и учитывая наличие свободной полосы на генеральном плане предприятия, в данном случае принимается вариант сооружения двух рядом расположенных одно- и двухъярусных эстакад с расположением проходных дорожек на всех ярусах (рис. 2.18).

Кроме рассмотренных примеров возможны еще и другие варианты расположения трубопроводов по поперечному сечению при использовании наземных эстакад. Приведенные примеры показывают основные принципы компоновки трубопроводов в поперечном сечении трассы при расположении низа эстакад на высоте 2,5 м и более от поверхности земли. Эти принципы могут быть также успешно применены и в других, здесь не рассмотренных, случаях.

Когда продольные балки эстакады расположены на высоте, не допускающей размещения кабелей на нормативной высоте, — 2,5 м от поверхности земли, прокладка кабелей по боковым стенкам балок становится невозможной и их необходимо прокладывать либо подземно, либо по конструкциям верхнего строения эстакад. Прокладка и эксплуатация кабелей, проложенных наземно, осуществляется с помощью стремянок, устанавливаемых на земле или специализированных автомашинах. Если кабели располагаются выше 6 м от поверхности земли, желательно устройство на эстакадах проходных^-дорожек. При отсутствии проходных дорожек прокладка и обслуживание кабелей возможны только с помощью автовышек или автокранов, которые в этом случае должны быть в любое время и при любых обстоятельствах доступны для обслуживающего персонала.

Рис. 2.18. Поперечный разрез сетей, прокладываемых по двум проходным эстакадам: двухъярусной и одноярусной (32 трубы, 24 кабеля) Условные обозначения см. рис. 2.17

Прокладка сетей в проходных каналах. Задачу оптимального расположения инженерных сетей трубопроводов в поперечном сечении трассы выполняют с учетом "Методических рекомендаций по экономической оценке способов прокладки коммуникаций в городах" (ЦНИИЭП инженерного оборудования, 1977 г.) и СНиП 2.04.07—86. Следует иметь в виду, что экономическая целесообразность комплексной прокладки инженерных коммуникаций повышается при создании единой коллекторной схемы магистральных, распределительных и внутриквартальных сетей города. Рекомендациями предусмотрено:

в коллекторных туннелях допускается прокладывать тепловые сети, электрокабели напряжением до 10 кВ, кабели связи, распределительные водопроводные сети из стальных или пластмассовых труб, а во внутриквартальных коллекторах — еще и газопроводы низкого давления. Магистральные водоводы, трубопроводы канализации, газопроводы среднего и высокого давления прокладывать в коллекторах не допускается;

прокладку газопроводов в коллекторах допускается выполнять только при наличии системы обнаружения загазованности с выведением сигналов на диспетчерский пункт, а также при наличии системы вентиляции, обеспечивающей не менее чем трехкратный обмен воздуха в час.

СНиП 2.04.07—86 диктует следующие требования:

высоту туннелей в свету следует принимать не менее 2 м;

Для туннелей необходимо предусматривать входы с лестни-

Рис. 2.19. Поперечный разрез сетей, прокладываемых в проходном канале (7 труб, 30 кабелей)

1 — сборный железобетонный проходной канал; 2 — металлические консоли; 3 — кабельные полки или лотки; 4 — проектируемые трубопроводы; 5 — перспективные трубопроводы; 6 — кабели; 7 — проходная дорожка

цами и монтажные проемы на расстоянии не более 300 м друг от друга; аварийные и входные люки — на расстоянии не более 100 м при наличии паропроводов и не более 200 м для водяных тепловых сетей;

в туннелях должна быть приточно-вытяжная вентиляция, которая обеспечивает как в зимнее, так и в летнее время температуру воздуха в туннелях не выше 50°С, а на время производства ремонтных работ и обходов — не выше 33°С. Снижение температуры воздуха в туннелях с 50 до 33°С допускается предусматривать с помощью передвижных вентиляционных

установок;

ширина прохода в проходных каналах и туннелях должна быть не менее 600... 1000 мм в зависимости от диаметров труб.

Приведенные условия предопределяют габариты проходных каналов, предназначенных для совмещенной прокладки инженерных сетей. Поперечный разрез проходного канала для прокладки тех же 7 трубопроводных сетей и 30 кабелей, приведенных на рис. 2.15, показан на рис. 2.19. Внутренняя площадь сечения канала — 4,94 м²; наружная площадь при толщине его днища, стенок и перекрытия 0,15 м — 6,2 м². Поперечная площадь сечения внутри канала, занимаемая одним трубопроводом с учетом прокладки проектируемых кабелей, составляет 0,7 м², а по отношению к наружной площади сечения канала — 0,9 м².

Сравнение трех вариантов размещения одинаковых трубопроводов, а именно: по наземной эстакаде с расположением труб горизонтально в один ряд без проходной дорожки, по эстакаде с расположением труб по вертикали с наличием проходной дорожки и, наконец, в проходном канале дает возможность оценить положительные и отрицательные стороны этих способов прокладки сетей по следуюшим критериям.

1 .Компактность прокладки сетей. Трубопроводные сети наиболее компактно размещаются при их наземной прокладке с расположением труб горизонтально в один ряд без проходной дорожки, о чем свидетельствует табл. 2.12.

2.12. Компактность прокладки трубопроводных сетей

экон°^МПаКТН°^{СТЬ п}Р°^клаД^ки сетей положительно влияет на стпои^{МИЮ капитальных} затрат в строительстве, экономию тельных материалов, а также на удобство строительства

и эксплуатации сетей. Однако она не всегда играет решающую роль в выборе способа прокладки сетей.

2.    Простота строительства. Как правило, самым простым способом является наземная прокладка инженерных сетей, особенно при расположении труб горизонтально с проходной дорожкой или без нее. Для сооружения таких сетей характерно: максимальное применение типовых сборных железобетонных конструкций; минимальные расход металла и объем земляных работ; отсутствие необходимости сноса и восстановления зданий и сооружений, уличных, дворовых и дорожных покрытий, зеленых насаждений, перекладки существующих подземных инженерных сетей; минимальные перерывы работы транспорта в зоне строительства.

При прокладке инженерных сетей в подземных проходных каналах особые трудности встречаются при прохождении скальных и болотистых грунтов, а также при высоком уровне грунтовых или паводковых вод. Необходимость сооружения надежных систем попутного дренажа при высоком уровне грунтовых вод и строительство наземных валов или дамб для защиты местности от паводковых вод существенно осложняют строительные работы и увеличивают капитальные затраты на строительство. Определенные трудности возникают при сооружении относительно глубоко расположенных подземных проходных каналов. Эти трудности возрастают в случаях расположения трассы каналов рядом с действующими инженерными сетями, зданиями и сооружениями, основания и фундаменты которых расположены на более высоких отметках, чем низ сооружаемых каналов. Действующие сооружения могут иногда потребовать весьма дорогостоящей защиты от возможного их разрушения при осадках или обвалах грунтов на трассе строительства глубоких каналов.

3.    Технологичность 'строительства. Этот фактор в значительной степени зависит от одновременности прокладки сетей. Организация прокладки новых сетей рядом с действующими по ранее сооруженным строительным конструкциям всегда более сложна и трудоемка, чем при первоначальном их строительстве. Меньше трудностей встречается при прокладке новых сетей по наземным эстакадам. Усложнена стесненными условиями прокладка новых сетей в подземных проходных каналах, куда подачу труб и строительных материалов можно осуществить только через монтажные люки. В этих случаях применение подъемно-транспортных средств внутри канала весьма ограничено. Искусственные освещение и вентиляция проходных каналов, естественно, не обеспечивает такой уровень удобств, который достигается при наземной прокладке сетей.

Следует также отметить, что наличие относительно высоких глубоко заложенных подземных проходных каналов создает некоторые затруднения при строительстве других инженерных сетей, прокладываемых отдельно на той же глубине в поперечном каналу направлении.

4.    Удобства эксплуатации. Эксплуатация инженерных сетей, проложенных наземно, более проста и удобна, чем проложенных совмещенно в подземных проходных каналах или тоннелях. Это относится практически ко всем элементам эксплуатационного процесса: обходу, осмотру, отключению и подключению сетей; промывке, заполнению, опорожнению и испытанию трубопроводов; обнаружению повреждений и аварий, а также к их ликвидации; ремонту сетей.

5.    Долговечность и надежность действия сетей. Существующая техническая литература отмечает, что долговечность подземных инженерных сетей в 1,5...3 раза ниже, чем наземных. Основными причинами снижения долговечности сетей при подземной прокладке являются внешняя коррозия наружной поверхности труб, которая возникает из-за неблагоприятного термического режима эксплуатации в присутствии почвенных влаги, кислорода и разных солей, а также электрокоррозия, действующая по всему телу трубы, которую порождают блуждающие электрические токи в.грунтах.

Приведенные выше цифры относительной долговечности сетей наземной и подземной прокладки следует расценивать как усредненные для всех сетей по стране. Однако в разных условиях они весьма заметно различаются и, в частности, существенно зависят от наличия грунтовых или паводковых вод, агрессивности грунтов, материала трубопроводов, качества антикоррозийного покрытия труб, наличия и напряжения электрических токов и разных других факторов.

Долговечность сетей, проложенных в проходных каналах, пока еще изучена недостаточно из-за относительно небольшого их наличия и срока действия. Однако уже имеющийся опыт показывает, что долговечность и, соответственно, надежность действия сетей в этом случае несколько увеличиваются по сравнению с этими же параметрами сетей раздельной подземной прокладки, но все же значительно отстают от параметров при наземной прокладке. Иллюстрацией к вопросу долговечности и надежности действия инженерных сетей может служить опыт эксплуатации их в Риге в течение последних 30 пет. Так, например, средняя долговечность тепловых сетей города, проложенных в подземных непроходных каналах, расположенных в относительно влажных и мокрых грунтах, составила по причине внешней коррозии сетей 12... 15 лет при нормативной Долговечности сетей 25 лет. Тепловые сети же, проложенные надземно, после 20...25-летней эксплуатации в большинстве случаев внешней коррозией не повреждались, и ожидается, ^{что П}Р^И правильной эксплуатации, не допускающей внутренней коррозии, долговечность надземных водяных тепловых сетей может быть доведена до 40 лет и более.

На практике нередко наблюдается разрыв или повреждение подземно проложенных инженерных сетей при работе землеройных машин. Ликвидация подобных повреждений или аварий сетей, а также их последствий зачастую требует значительных трудовых, материальных и капитальных затрат, которые могут превысить первоначальные затраты на сооружение этих сетей.

Учитывая неуклонно растущее значение инженерных сетей в народном хозяйстве, их повседневная надежность приобретает особую важность в условиях гражданской обороны. Требования, учитываемые в проектировании и строительстве сетей применительно к этим условиям, рассматриваются в специальной технической литературе. Однако совершенно ясно, что важнейшей задачей является содержание инженерных сетей в технически исправном состоянии, что лучше всего обеспечивается их наземной прокладкой, так как упрощается и ускоряется отключение и ремонт сетей. При взрывах наземно проложенные сети менее уязвимы, чем питаемые ими здания и сооружения, поскольку относительно округлые и по площади небольшие строительные конструкции эстакад и сами сети более обтекаемы воздушными волнами.

6. Капитальные и эксплуатационные затраты. Капитальные затраты на сооружение инженерных сетей при разных способах их прокладки зависят от многих обстоятельств: наличия болотистых, слабых, плотных, мерзлых и скальных грунтов; высоких уровней грунтовых и паводковых вод; необходимости пересечения шоссейных и железных дорог, проездов, каналов, рек, оврагов, разных зданий и сооружений; необходимости перекладки существующих инженерных сетей, переносов зданий; устройства шпунтовых ограждений, систем попутного дренажа и др. Однако в общем случае совмещенная прокладка инженерных сетей по наземным эстакадам требует меньше трудовых, материальных и капитальных затрат, чем прокладка этих сетей в подземных проходных каналах или туннелях.

Годовые эксплуатационные затраты состоят из отчислений на амортизацию, текущий ремонт, оплату обслуживающего персонала и электроэнергии и прочих расходов. Расходы на амортизацию и текущий ремонт исчисляют в процентах от капитальных затрат, а прочие расходы — в процентах от суммы отчислений на амортизацию, текущий ремонт и заработную плату, т. е. тех расходов, которые в значительной степени зависят от капитальных затрат. Таким образом, годовые эксплуатационные расходы при прокладке сетей в более дорогих подземных проходных каналах выше, чем при прокладке этих же сетей по наземным эстакадам. К упомянутым увеличенным эксплуатационным расходам еще добавляется, правда, относительно небольшая, стоимость электроэнергии, расходуемой для освещения и принудительной вентиляции проходных каналов.

Следует отметить, что при сравнении разных вариантов прокладки инженерных сетей годовые эксплуатационные расходы необходимо определять с учетом долговечности действия этих сетей, которая в разных условиях и в разных географических и климатических районах страны может быть различной.

7. Градостроительные соображения. Способ совмещенной прокладки инженерных сетей по наземным эстакадам или в подземных проходных каналах, как правило, устанавливается службами главных архитекторов городов, районов и областей путем подготовки и выдачи заказчикам и проектным организациям соответствующего архитектурно-планировочного задания (АПЗ) на проектирование и строительство объектов. Каждое АПЗ составляют с учетом архитектурных и эстетических требований местности и действующих нормативных материалов.

Однако следует заметить, что архитектурные и эстетические требования могут быть объективными и субъективными. По существу, эти вопросы тесно связаны с вкусами, нравами и привычками людей, необходимостью той или другой стройки, доступностью требуемых строительных материалов определенного качества, возможностями строительных организаций, но чаще всего связаны с традиционностью в решениях, а также с существующей модой.

Учитывая разность взглядов и вкусов людей всех времен, можно сделать вывод, что в деле применения подземных проходных каналов или наземных эстакад для совмещенной прокладки инженерных сетей общей формулы решения нет и не может быть. Эти вопросы необходимо решать на местах исходя из конкретных потребностей, возможностей и разных местных условий..

Разработанные варианты поперечных разрезов сетей следует предварительно согласовать с заинтересованными службами.

2.10. ПРОДОЛЬНЫЙ ПРОФИЛЬ ТРАССЫ СЕТЕЙ

Создание топогеодезической подосновы. Для разработки продольных профилей трассы совмещенно прокладываемых инженерных сетей для отдёльных предприятий, промышленных районов или микрорайонов городов необходимо располагать следующими материалами:

топографическим планом местности (М 1:500) с указанием всех существующих на местности подземных сетей и сооружений;

генеральным планом предприятий или проектом решаемого района (М 1:500) с нанесенными после предварительного согласования в установленном порядке проектируемыми зданиями, сооружениями, проездами, газонами и трассами проектируемых наземных эстакад или подземных проходных каналов;

архитектурно-планировочным заданием, выданным службами главного архитектора города, района или области, в тех случаях, когда принимаемые решения влияют на архитектурный и эстетический вид местности и разработанный проект наземных эстакад подлежит окончательному согласованию с этими службами;

разработанными поперечными сечениями трасс совмещенных инженерных сетей, предвариетльно согласованными с заинтересованными организациями: службами эксплуатации, архитектуры, пожарного надзора и др.;

результатами гидрогеологических изысканий, проведенных по трассам совмещенно прокладываемых инженерных сетей.

Разработку продольных профилей по оси трассы прокладки наземных эстакад или проходных каналов начинают с подготовки топографо-геодезической подосновы, на которую наносят продольный профиль сетей. Если проектируемые инженерные сети располагаются на двух рядом размещенных наземных эстакадах или в двух проходных каналах, то по оси каждой из них разрабатывают свои отдельные продольные профили. Подоснову разрабатывают по материалам топографических изысканий. При отсутствии на топографических планах всех необходимых исходных данных их следует получить путем устройства шурфов и выполнения обмеров в натуре.

Топогеодезическая подоснова продольного профиля должна содержать следующие элементы:

контур натурной (черной) поверхности земли, пересекаемые существующие; железнодорожные и трамвайные пути, дороги, улицы, проезды, тротуары, здания, сооружения, подземные и наземные сети и коммуникации с их названиями и характеристиками, указанием их верхних и нижних отметок (в горизонтальном масштабе М_гор 1:500 и вертикальном М_верт 1:50);

контур проектной (красной) поверхности земли, пересекаемые проектируемые дороги, здания, коммуникации, подземные и наземные инженерные сети, наносимые по материалам генеральных планов и проектам вертикальной планировки рассматриваемых территорий;

расстояния между характерными точками рельефа земли, основными коммуникациями, зданиями и сооружениями; красные линии улиц, углы поворота и пикетаж трассы, определяемые по материалам топографических планов;

геологическую картину, наблюденные и предполагаемые максимальные (5% обеспеченности) уровни грунтовых и па-подковых вод по трассе проектируемых сетей, определяемые по материалам гидрогеологических изысканий. Если особые обстоятельства требуют более точных данных, необходимо выполнить бурение дополнительных скважин в характерных точках и определить расчетным путем предполагаемые другие характерные уровни воды, повторяющиеся один раз за 50 и 100 лет.

В примечаниях необходимо привести сведения об агрессивности грунтов и грунтовых вод, возможностях образования верховодки в глинистых грунтах, оползней, карстовых и других явлений, пагубно действующих на проектируемые инженерные сети и строительные конструкции. Особенно важны указания о допустимости осуществления системы попутного дренажа при прокладке инженерных сетей в подземных проходных каналах. На практике нередко случается, что искусственное понижение уровней грунтовых вод приводит к осушению и вызванному этим разрушению оголовков деревянных свай различных старинных сооружений района с приведением их в аварийное состояние. В районах образования в верхних слоях болотистых грунтов сероводородных минеральных вод искусственное понижение уровней грунтовых вод способствует прекращению образования минеральных вод и целебных илов в пределах определенной окрестности.

После разработки топогеодезической подосновы приступают к созданию самих продольных профилей. При общих основных принципах конструирования продольные профили трассы сетей, прокладываемых различными способами, имеют свои характерные особенности.

Разработка продольного профиля трассы при наземной прокладке сетей. В этом случае работу выполняют в следующем порядке.

1. Откладывают на топогеодезической подоснове продольного профиля нормативные высотные отметки расположения низа строительных конструкций эстакад, обеспечивающие свободный проезд транспорта по улицам, шоссейным и речным путями, с добавлением 0,2...0,5 м, что учитывает возможность подъема поверхности улиц и путей сообщения при их ремонте и реконструкции. Эта нормативная высота в зависимости от вида транспорта составляет 5... 14 м и определяется действующими нормативными материалами и техническими условиями, выданными эксплуатационными организациями для проектирования и строительства каждого конкретного объекта. В местах пересечения трассой территорий, по которым возможно только пешеходное движение, минимальная высота расположения низа строительных конструкций от поверхности земли составляет 2 м. Однако при прохождении по эстакадам кабелей

Рис. 2.20. Схемы продольного профиля наземных эстакад с односкатным (в) и двухскатным (б) расположением сетей В — воздушники

высота их расположения должна быть не менее 2,5 м от поверхности земли. На участках, где нет пешеходного и транспортного движения, высота расположения конструкций эстакад может быть понижена с таким расчетом, чтобы низ инженерных сетей, кроме кабелей, находился бы на высоте не менее 0,35 м от поверхности земли. При этом следует учесть, что столь низкая прокладка исключает механизированную уборку территорий и позволяет недопустимое хождение людей по трубопроводам, если они не ограждены специальными конструкциями. На практике участки расположения низких эстакад со временем превращаются в антисанитарные и эстетически неприглядные полосы.

2. Выполняют поиск оптимального продольного профиля по всей трассе проектируемых сетей. Оптимальным решением, с точки зрения надежности действия сетей, является их расположение с односторонним уклоном (рис. 2.20,а) и с применением П-образных горизонтально размещенных компенсаторов. При такой конструкции получается наиболее простое и удобное наполнение, опорожнение и промывка сетей, отсутствуют так называемые "мешки" трубопроводов, в которых накапливаются разные осадки и создаются дополнительные потери давления. Однако расположение сетей с односторонним уклоном в профиле приводит к необходимости сооружения высоких и дорогих опор эстакад из-за необходимости создания нормативного уклона, минимальное значение которого составляет 3 %о. Так, например, при ровной поверхности земли и при длине трассы 0,6 км подъем эстакады в начальной точке трассы составляет 1,8 м. Поэтому эстакады с односторонним уклоном по всей длине трассы обычно сооружают только при пологом рельефе местности и коротких трассах, что встречается редко.

Рис. 2.21. Схемы продольного профиля сетей низкой (в) и высокой (б) прокладки с вертикально расположенными П-образными компенсаторами

1 — П- образный компенсатор; 2 — неподвижная опора; 3 — уклон сетей; 4 — воздушники; 5 — спускники

В случаях увеличения длины трассы необходимо применять эстакады с двухсторонним уклоном (рис. 2.20,6). Здесь при подъеме эстакады в середине трассы на 1,8 м возможная длина трассы, охватываемая эстакадой с двухсторонним уклоном, уже достигает 1,2 км. В этом случае получается зонтообразное расположение наземной эстакады и инженерных сетей с размещением основных воздушников в одной общей высшей точке и расположением спускников в низших точках каждого отдельного здания. Побочные воздушники и спускники местного значения устанавливают у отсекающей запорной арматуры на магистралях и ответвлениях, которая приводится в действие в относительно редких, в основном в аварийных, ситуациях. При наличии еще более длинных трасс и поверхности земли с выраженным рельефом становится необходимым сооружение эстакад, состоящих из участков, имеющих односторонние и двухсторонние уклоны.

Кроме описанных высоких эстакад с одно- и двухсторонними уклонами довольно часто строят эстакады низкой прокладки с вертикально расположенными П-образными компенсаторами (рис. 2.21,а). При этом вертикальные компенсаторы одновременно могут решать задачу перехода эстакад над улицами, дорогами, путями разного назначения, зданиями и сооружениями. Такие эстакады имеют свои преимущества. Они наименее капиталоемки. Низко расположенные участки эстакад при необходимости можно спрятать за заборами промышленных предприятий и полосами зеленых насаждений. Доступными глазу со стороны остаются только участки прокладки вертикальных компенсаторов и переходы через пути и дороги. Вертикальное расположение П-образных компенсаторов заметно уменьшает ширину полосы, занимаемой трассой, что также является положительной стороной эстакад этого вида.

Однако сооружение низких эстакад с вертикально поднятыми компенсаторами несмотря на вышеуказанные преимущества только в редких случаях себя оправдывает как с технической, так и с архитектурной и эстетической точек зрения. Вертикальные компенсаторы создают весьма неприятные для эксплуатации трубопроводов "мешки", вызывают необходимость установки дополнительных воздушников и спускников и требуют обеспечения беспрепятственного доступа к ним в любое время. Экономический эффект от снижения капитальных затрат в строительстве теряется вследствие сопутствующей низкой прокладке эстакад потери весьма ценных территорий. На практике при сравнении вариантов прокладки эстакад весьма часто упускают из вида вопрос стоимости земли, считая, что последняя затрачивается одинаково при низкой, средней и высокой прокладках эстакад или вообще ничего не стоит.

В действительности это не так. Если при низкой прокладке территория, расположенная под эстакадой, фактически не используется, то при средней и высокой прокладке эстакад она может быть использована для прохода пешеходов, пропуска автотранспорта, устройства стоянок и гаражей легковых и грузовых автомашин, мест складирования контейнеров и разных грузов, размещения газонов, клумб и даже отдельных невысоких зданий и сооружений. Стоимость земли, частично или полностью, должна учитываться при технико-экономических сравнениях вариантов прокладки наземных эстакад в продольном профиле трассы.

Помимо эстакад низкой прокладки с горизонтально и вертикально расположенными П-образными компенсаторами встречаются и высокие эстакады с вертикальными П-образными компенсаторами, обращенными вниз (рис. 2.21,6). Им также свойственны свои положительные и отрицательные качества, существо которых рассмотрено уже выше.

Для лучшего обозрения продольных профилей эстакад по всей трассе в целом и представления разных вариантов на пред-верительное согласование заинтересованным лицам и службам продольные профили разрабатывают на чертежах в масштабах М 1-500; 1:1000; 1:2000; 1:5000 и M_Dorvr 1:50; 1:100.

ГОР    bc(Ji

Горизонтальный масштаб избирают в зависимости от длины трассы проектируемых сетей; вертикальный — в зависимости от рельефа земли, высоты расположения существующих наземных инженерных сетей и сооружений, пересекаемых проектируемой эстакадой, от ее высоты.

Определенный и предварительно согласованный оптимальный вариант наносят на ранее разработанную топогеодезическую подоснову продольного профиля. Туда же вносят все необходимые цифровые данные. На этом разработка продольного профиля трассы инженерных сетей при их прокладке по наземным эстакадам считается законченной (рис. 2.22).

Разработка продольного профиля трассы при прокладке сетей в подземных проходных каналах. Подземная прокладка сетей не влияет на архитектурный вид города, не препятствует передвижению наземных транспортных средств и людей и не вынуждает решать вопросы, связанные с пересечением существующих и проектируемых наземных сетей и сооружений. Но и здесь имеются свои существенные трудности.

Так, создание оптимальных* продольных профилей сетей с односторонним или двухсторонним уклоном достаточно просто осуществимо при пологой поверхности земли с условием, что уклон идет в нужном направлении. Однако при горизонтальной поверхности земли или уклоне ее, противоположном требуемому направлению сетей, проходной канал значительно заглубляют. Это приводит к заметным увеличениям капитальных затрат, ухудшению условий строительства и эксплуатации по сравнению с сетями мелкого заложения или наземной прокладки.

Сложности возникают и при пересечении проектируемых сетей с существующими подземными сетями, которых в настоящее время гораздо больше, чем наземных. В этих случаях часто приходится прибегать к перекладке существующих сетей с размещением их в менее удобном положении — под или над каналом, то есть слишком глубоко или мелко. Перекладка сетей связана с установлением эксплуатационными организациями особых технических условий, принятием новых технических решений и увеличением объема проектных и строительно-монтажных работ. Перекладку сетей, особенно кабельных, необходимо осуществлять не только в точке пересечения канала и сетей. Часто приходится ее начинать и кончать на значительном расстоянии от точки пересечения (от муфты до муфты).

Осложнения в проектировании вызываются присутствием грунтовых и особенно паводковых вод в районе прокладки проходных каналов. В каждом отдельном случае при этом при-

Рис. 2.22. Продольный профиль трассы сетей при их наземной прокладке, разрабатываемый на стадии рабочих чертежей или проекта! пример)

НО — неподвижная опора; СО — скользящая опора;    —    слои

геологического разреза; 1 — наблюдаемый уровень грунтовых вод;

Рис. 2.23. Продольный профиль трассы сетей при их подземной прокладке, разрабатываемый на стадии р^рчих чертежей или проекта (пример)

НО - неподвижная опора; ф (up,©.QS) - слои геологического разреза; 1 — наблюдаемый уровень грунтовых вод; 2 — предполагаемый максимальный уровень грунтовых вод; 3 — проходной канал; У.П. — угол поворота

ходится принимать индивидуальные решения, оптимальные Для местных условий. В этих случаях проектирование может продолжаться лишь при получении соответствующих дополнительных технических условий.

2 — предполагаемый максимальный уровень грунтовых вод; 3 ^PV-бопроводные сети, прокладываемые по безбалочной эстакаде; 4 — спускник; У.П. - угол поворота

При расположении проходного канала с односторонним уклоном и пологой поверхности земли имеется возможность сооружения единой системы попутного дренажа, действующей самотеком или с помощью одной насосной станции перекачки. Расположение канала с двух- и многосторонним уклонами обычно приводит к необходимости сооружения двух и более систем попутного дренажа и насосных станций перекачки.

По территориям, затопляемым паводковыми водами, применение подземных проходных каналов для прокладки инженерных сетей возможно только при устройстве водозащитных земляных валов вокруг района, обслуживаемого сетями. Иногда защитные валы оказываются недостаточными и необходимо дополнительное сооружение дренажной системы, понижающей уровень воды в грунтах района, расположенного внутри водозащитных валов.

Разработанные варианты продольного профиля трассы сетей, прокладываемых в подземных проходных каналах, представляются заинтересованным службам на предварительное согласование и получение технических условий на перекладку существующих сетей. В ходе этих согласований окончательно определяют оптимальный вариант профиля. Может случиться, что разработанные варианты продольного профиля докажут целесообразность отказа от сооружения подземных проходных каналов вообще и определят необходимость строительства наземных эстакад, при которых отсутствуют основные затруднения технического и экономического характера, свойственные способу прокладки сетей в подземных проходных каналах.

Разработка продольного профиля трассы проходного канала считается законченной после переноса оптимального варианта на ранее разработанную топогеодезическую подоснову продольного профиля в масштабах М_ГОр 1:500 и М_верт 1:50 и внесения всех необходимых цифровых данных [рис.'2.23). Окончательно разработанный продольный профиль наглядно показывает, какие из существующих подземных сетей подлежат перекладке, на какой глубине по отношению к поверхности земли они должны располагаться, насколько должен быть понижен уровень грунтовых вод и как для достижения этого должны быть расположены трубопроводные сети попутного дренажа.

г л а в а 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ СОВМЕ1ЦЕННО ПРОКЛАДЫВАЕМЫХ ТРУБОПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ

3.1. КОМПЕНСАЦИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ТРУБОПРОВОДОВ. КОМПЕНСАТОРЫ

Трубопроводным сетям, сооружаемым из твердых материалов, удлиняющихся при нагреве и укорачивающихся при охлаждении, свойственны термические перемещения, в ряде случаев весьма значительные. Эти перемещения могут возникать в результате нагрева или охлаждения труб транспортируемым веществом повышенной, пониженной или переменной температуры; они возникают и при термическом воздействии наружной окружающей среды на материал труб. Термические перемещения труб AL определяют по формуле:

AL = aAtL,

где a — коэффициент линейного расширения трубопровода, мм/(мград); At — расчетная разность температур: максимальной температуры транспортируемого вещества и расчетной температуры наружного воздуха, для проектирования отопления, °С; L — длина расчетного участка, м.

Существующая техническая литература указывает, что для полной гарантии надежности действия сети расчетную величину At следует определять исходя из температуры наружного воздуха местности в наиболее холодные пятидневки (то есть при расчетной температуре отопления), при которой, в исключительных случаях, может еще происходить монтаж труб. Однако на практике это случается редко и чаще всего сети сооружают при более высоких температурах воздуха. Так, например, при расчетной температуре горючего трубопровода t_p = 150°С, расчетной температуре наружного воздуха в наиболее холодные пятидневки t„ _ = —20°С и выполнении монтажа труб при тем-

п.В

пературе t„ _ = 10°С расчетный перепад температур At, опре-

Н.В

делающий термические перемещения трубопровода, составляет:

^Atmax ^{= 150} ~ <-²°) ^{= 170}°^С' ^{а А}*факт ^{= 150} “ ^{10 = 140}°^С' Это значит, что при расчете значения At по максимуму создается резерв в размере (170 — 140) 4^70-100) ^ 18%, который может быть использован в критических случаях.

При транспортировании трубопроводами охлажденных веществ At определяют как разницу между средней максимальной расчетной температурой наружного воздуха и расчетной температурой летом и расчетной температурой охлажденного вещества. При таком расчете величина At получается максимальной.

Пример определения расчетного термического перемещения труб.

Дано: Схема участка водяных тепловых сетей 2D^ = 300 мм, L =

~ 120 м с параметрами теплоносителя 150...70°С, сооружаемых из

Рис. 3.1. Схема участка двухтрубной сети с П-образными компенсаторами

Н — вылет компенсаторов; В, Bj — плечи компенсаторов; НО — неподвижная опора

стальных труб с применением П-образных компенсаторов (рис. 3.1)-, место строительства тепловых сетей — г. Рйга, в котором средняя температура наиболее холодных пятидневок t = —20°С;

коэффициент линейного расширения а труб, изготовленных из углеродистой стали, при температуре нагрева их стенки до t = 150°С — о= 1,25-10"* мм/(м-град).

Расчет. Максимальное термическое удлинение подающего трубопровода водяных тепловых сетей

AL = 1,25-10"’[150- (—20) ] 120 — 245 мм.

Термическое удлинение обратного трубопровода

AL = 1,25-Ю"² [ 70 — (-20)] 120 = 135 мм.

В целях снижения расчетного термического удлинения трубопровода рекомендуется предварительная растяжка смонтированных участков сети до установки неподвижных опор. При наличии П-образных компенсаторов возможно таким образом уменьшить их вылет на 30% и расход труб — на 2...4%. Однако следует заметить, что выполнение предварительной растяжки сети в натуре строго по расчету довольно сложно и при осуществлении ее возможны неточности и ошибки. Особенно сложна предварительная растяжка при высокой и средней наземной прокладке сетей. Поэтому предварительную растяжку трубопроводов по чисто практическим соображениям рекомендуется осуществлять только в особенных, критических случаях.

Для трубопроводных сетей, сооружаемых из гибких материалов — резины, разных полимеров и др., а также для кабелей термические перемещения не определяют, поскольку они практически не создают усилий как в самих сетях, так и в строительных конструкциях наземных эстакад и подземных проходных каналов.

Для компенсации термических перемещений трубопроводов в первую очередь используют вынужденные повороты

Рис. 3.2. Схемы самокомпенсирующих участков трубопроводных сетей

_а _    2 -образная конфигурация участка сети; б — Г-образная конфигу

рация участка сети; НО — неподвижная опора

трассы сетей в плане, а также вертикальные подъемы или опуски труб в профиле. Повороты создают    Z-    ^или    Г-образную

конфигурацию участков сетей (рис. 3.2), дающих возможность сетям воспринять термические перемещения трубопроводов без применения специальных компенсаторов. Хороший эффект дает зигзагообразная конфигурация трассы сетей. Практически же это возможно только при относительно небольших значениях At и AL, а также при расположении сетей вне городской застройки, обычно имеющей строго прямые улицы и линии фасадов зданий. Такое расположение трассы, образующее расширение полосы, занимаемой этими сетями, допустимо только в загородных зонах.

Однако обычно основная часть трассы сетей состоит из прямых участков, где необходима установка специальных компенсаторов. В настоящее время изготовляют и устанавливают следующие типы компенсаторов; сальниковые, сильфонные, П-образные, а также лирообразные и линзовые, которые при совмещенной прокладке сетей не применяются (рис. 3.3).

Сальниковые компенсаторы изготовляют на заводах в одностороннем и двухстороннем исполнениях. Пространство между трубопроводом и корпусом компенсатора уплотнено набивкой из жгута термостойкой резины, смазанной маслом для уменьшения трения. Их работа основана на принципе действия раздвижной телескопической трубы, которая не допускает образования изгибов сочленений, способных создать защемление труб и разуплотнение сальников. Поэтому установка сальниковых компенсаторов допускается только на прямых (как в плане, так и в профиле сети) участках трубопроводов. Не допускаются также повороты трассы за односторонними сальниковыми компенсаторами, способные вызвать разворот корпуса компенсатора и нарушение соосности трубопровода и корпуса компенсатора в сальниковом пространстве.

Сальниковые компенсаторы применют в трубопроводах, транспортирующих жидкости и газообразные вещества. Они имеют малые габариты и создают относительно небольшие

Рис. 3.3. Компенсаторы трубопроводных сетей

а — односторонний сальниковый; б — двухсторонний сальниковый; в — лирообразный гладкоизогнутый; г — линзовый; д — сильфонный (волнистый); е — П-образный

гидравлические сопротивления. Снижение потерь давлений в сети, оборудованной сальниковыми компенсаторами, по сравнению с сетью, оборудованной П-образными или лирообразными компенсаторами, составляет 10...80% в зависимости от диаметра трубопроводов и вида транспортируемого вещества.

Недостатками сальниковых компенсаторов являются необходимость их периодического обслуживания и наличия свободного пространства вокруг компенсатора, существенное увеличение усилий на неподвижные опоры и более частые повреждения и аварии, чем у компенсаторов других видов. Увеличение усилий на неподвижные опоры при наличии сальниковых компенсаторов достигает 2...5-кратных размеров по сравнению с П-образными и лирообразными компенсаторами.

При появлении подтеков в сальниках необходимо затянуть болты уплотняющего кольца (грундбуксы). Однако затяжка болтов кольца наряду с уплотнением сальника заметно повышает трение в компенсаторе и увеличивает усилия на неподвижные опоры. После повторных затяжек болтов эти усилия становятся еще более значительными и появляется необходимость замены уплотняющей набивки с временным прекращением работы и опорожнением сети, с последующим заполнением ее деаэрированной водой и осуществлением заново гидравлического испытания системы. Замена уплотняющей набивки сальника является достаточно сложной операцией, особенно при больших диаметрах труб, относительно низких температурах транспортируемой жидкости, и выполняется в ранее запланированное время — обычно летом. Но в случаях необходимости внезапной организации такой работы, например в аварийных ситуациях (в частности при высоких температурах транспортируемой жидкости в подающем трубопроводе водяных тепловых сетей зимой), замена сальниковой набивки превращается в весьма сложную задачу, особенно при подземной прокладке сетей. В этом случае необходимо понижение температуры теплоносителя ниже 100°С во всей системе тепловых сетей, чтобы избежать вскипания горячей воды, и отключение потребителей теплоты, расположенных в районе поврежденного компенсатора. Если погода холодная и вынужденное отключение потребителей теплоты продолжается несколько дней, возникает необходимость опорожнения местных систем отопления и вентиляции зданий, чтобы предупредить замерзание отдельных участков местных систем, проложенных по чердакам и лестничным клеткам, где температура воздуха низка и замерзание труб происходит довольно быстро. Возобновление работы систем отопления и вентиляции зданий в зимних условиях также связано с определенными трудностями.

Практика показала, что уплотнения сальниковых компенсаторов повреждаются не только из-за естественного износа жгутов термостойкой резины. Другой, более неприятной причиной является нарушение соосности трубопровода и корпуса компенсатора вследствие неодинаковой осадки камер, в которых расположены компенсаторы, и подземных каналов, в которых размещены трубопроводы. Неодинаковые осадки этих конструкций чаще всего происходят при подстилающих слабых грунтах и их замене песком. Особенно часто это наблюдается, когда при производстве строительных работ зимой подстилающий слой устраивают из мерзлого грунта. Следует отметить, что ликвидация последствий аварийных ситуаций, связанных с неполадками в сальниковых компенсаторах, обходится дорого. Стоимость выполненных в таких условиях ремонтных работ может превышать первоначальную «стоимость всего участка сети, отключаемого при аварии.

При подземной прокладке сетей сальниковые компенсаторы требуют сооружения камер или павильонов больших размеров. Как при подземной, так и при наземной прокладке эти компенсаторы требуют удаления от них других сетей на расстояние, необходимое для удобства обслуживания сальников.

Итак, учитывая достоинства и недостатки сальниковых компенсаторов, можно сделать вывод, что, в общем случае, они полезны при раздельной подземной и низкой наземной прокладке трубопроводов больших диаметров и больших радиусах Действия (5...6 км и более) системы сетей. При совмещенной прокладке инженерных сетей по наземным проходным и непроходным эстакадам и в подземных проходных каналах сальниковые компенсаторы, как правило, являются непригодными из-за близкого расположения друг к другу сетей и прочих рассмотренных выше факторов.

Сильфонные (волнистые) компенсаторы устанавливают на трубопроводах, транспортирующих жидкие и газообразные вещества. Сильфоны изготовляют из тонкой листовой стали толщиной 1,5.-.2,5 мм только для диаметров труб D_y <700 мм.

Сильфонные компенсаторы больших диаметров пока еще не прошли испытание временем на долговечность. Однако и выпускаемые компенсаторы имеют срок службы гораздо короче срока службы, например, П-образных компенсаторов, изготовленных из относительно толстостенных отрезков и деталей труб. Отмеченные факторы не позволяют рекомендовать сильфонные компенсаторы к широкому применению при совмещенной прокладке инженерных сетей, при которой выполнение ремонтных работ и устранение последствий неисправностей или аварий значительно сложнее, чем при раздельной прокладке сетей. Совмещенная прокладка сетей предъявляет также повышенные требования к обеспечению максимально возможного срока действия их компенсаторов.

П-образные компенсаторы являются самыми простыми в изготовлении, удобными в строительстве и наиболее надежными и долговечными в эксплуатации. Их изготовляют в специализированных мастерских или непосредственно на стройке, сваривая отрезки стальных труб и отводов заводского изготовления. Эти компенсаторы при подземной прокладке сетей не требуют сооружения дорогостоящих камер для их размещения и обслуживания, обязательных при установке сальниковых и сильфонных компенсаторов. Для них сооружают соответствующие мелкозаглубленные компенсаторные ниши, менее дорогие и более простые в строительстве, чем глубокорасположенные подземные камеры. Отсутствие под-зеных камер, в свою очередь, дает возможность прокладывать инженерные сети ближе к поверхности земли, то есть более экономно. На П-образные компенсаторы не оказывают влияние неодинаковая осадка отдельных участков сети, а также нарушение соосности трубопроводов в плане и в профиле. Но одним из важнейших достоинств П-образных компенсаторов является возможность прокладки внутри его контура П-образных компенсаторов соседних трубопроводов, расположенных в том же ряду (рис. 34). Подобными возможностями расположения не обладают компенсаторы других типов. В эксплуатации, при наполнении, опорожнении, производстве гидравлического испытания, промывке и работе сетей П-образные компенсаторы при горизонтальной их прокладке не требуют никаких дополнительных действий со стороны обслуживающего персонала. Утечки у этих компенсаторов отсутствуют. Они создают минимальные усилия на неподвижные опоры. Недостатком П-образных компенсаторов являются увеличенные потери давления транспортируемого вещества

Рис. 3.4. Раскладка П-образных компенсаторов многих труб в одноярусный блок    (¦

по сравнению с сальниковыми и сильфонными компенсаторами, если последние оборудованы внутренними стаканами. К недостаткам относится также увеличение полосы застройки сетей, образуемое боковым вылетом компенсаторов при их горизонтальном расположении. При вертикальном расположении П-образных компенсаторов полоса территории, занимаемая сетями, не увеличивается.

Описание положительных и отрицательных сторон компенсаторов различных типов показывает, что для совмещенной прокладки инженерных сетей наиболее подходящими в общем случае являются П-образные компенсаторы, поскольку они не вызывают никаких вредных воздействий на другие рядом проложенные сети и обладают повышенной надежностью и долговечностью.

Расчеты габаритов П-образных компенсаторов — вылетов Н и плечей В при известных термических перемещениях труб AL расчетного участка определяют по номограммам, приведенным в специальной технической литературе или на ЭВМ по заданным программам.

3.2. УЗЛЫ РАЗВЕТВЛЕНИЯ СЕТЕЙ

К разработке рабочих чертежей узлов разветвления сетей приступают после составления:

плана трасс эстакад или подземных проходных каналов совмещение прокладываемых инженерных сетей;

124 125

Рис. 3.5. Узел разветвлений трубопроводных сетей, прокладываемых по двухъярусной эстакаае (44    i

1...31 — номера тепломатериалопроводов (см. табл. 2.3)    улоинуснои    эстакаде    <34    трубопровода)

продольных профилей инженерных сетей и эстакад или проходных каналов;

расчетных и монтажных схем всех трубопроводных сетей с указанием диаметров, расстановкой ответвлений, спускни-ков, воздушников, запорной арматуры и компенсаторов в сетях;

поперечных разрезов сетей, расположенных до и после каждого решаемого узла разветвления.

При наземных проходных эстакадах проекты узлов разветвления должны обеспечить выполнение следующих требований: свободный доступ с прохода к любой трубопроводной арматуре, к каждому болту фланцевого соединения;

сквозной проход эксплуатационного персонала по проходной дорожке в узле разветвления хотя бы по главному направлению эстакад. На ответвлениях основной эстакады допускаются тупиковые проходные дорожки;

отсутствие или минимально возможное число "мешков" на ответвлениях трубопроводов;

отсутствие каких-либо компенсаторов в узлах разветвления в связи с их насыщенностью трубопроводами и обязательной запорной арматурой. В узлах разветвления должны быть размещены неподвижные опоры, а компенсаторы — только в пролетах между узлами.

Для выполнения этих требований в узлах разветвлений предусматривают площадки обслуживания с доступом к ним с поверхности земли по лестницам и, по возможности, с проходных дорожек эстакады по переходным дорожкам. При двухъярусных эстакадах в проектах следует предусмотреть лестницы, соединяющие проходные дорожки первого и второго ярусов.

От соблюдения упомянутых требований при разработке рабочих чертежей узлов разветвлений (самых сложных элементов сетей) в значительной степени зависят простота и удобство строительства, ремонта и обслуживания совмещенно проложенных инженерных сетей. Особенно наглядно это проявляется в аварийных ситуациях, когда необходима предельная быстрота действий'при отключении, ремонте и пуске в эксплуатацию восстановленных сетей.

Для нахождения правильных решений следует разработать несколько эскизных вариантов. В качестве примера на рис.

3.5 приведены план и разрез узла разветвлений № 1, расположенного на двухъярусной проходной эстакаде под тепло-материалопроводы на производственной площадке ПО "Олайнфарм". Число совмещенно прокладываемых трубопроводных сетей в узле разветвления — 34 шт. Проектом предусматривались свободные места (ячейки) для прокладки в перспективе не менее 10 трубопроводных сетей. Число задвижек и вентилей, установленных на ответвлениях — 16 шт., спускников и воздушников — 14 шт. Подобный узел разветвления следует считать относительно сложным.

В сложных случаях рекомендуется использовать способ макетирования, как это было сделано при проектировании ряда узлов разветвлений материалопроводов, совмещенно прокладываемых на производственной площадке ПО "Олайнфарм".

Макетирование узлов разветвлений инженерных сетей осуществляется по договору с заказчиком при наличии готовых рабочих чертежей узлов. Разработка макетов узлов разветвлений является довольно сложной и специфической работой, выполняемой в специальной мастерской специалистами-ма-кетчиками и требующей заметных трудозатрат.

Целесообразность макетирования впервые была отмечена при разработке проектов производственных зданий, в которых технологические процессы требуют много различного оборудования, рабочих стендов и участков, связанных трубопроводными сетями и кабелями. Безмакетное проектирование показало, что при строительстве таких производственных зданий весьма часто появлялись неувязки в расположении оборудования и рабочих стендов, но главным образом, — в разводке инженерных сетей. В результате этого потребовались изменения проектов и частичная переделка уже выполненных строительно-монтажных работ, что влекло за собой дополнительные, иногда значительные, расходы материальных и трудовых ресурсов. Сроки строительства объекта удлинялись, последовательность выполнения строительно-монтажных работ нарушалась. Макеты же позволяют быстро и наглядно выявить неувязки в проекте еще до начала строительно-монтажных работ, показывают необходимость изменений проектов и пути их осуществления. В свою очередь, изменения проектов влекут за собой изменения макетов. Такое цикличное взаимное исправление проектов и макетов продолжается до получения оптимальных результатов, что практически недостижимо при поиске и выполнении относительно скороспелых решений по исправлению проектных разработок на стройке. При сравнении капитальных, материальных и трудовых затрат безмакет-ного и макетного проектирования и строительства объекта во всех случаях подтверждается явно выраженная экономическая эффективность макетного способа проектирования. Роль макетов не кончается получением оптимальных проектных решений. Они могут служить наглядными пособиями при технической учебе строительного, эксплуатационного персонала и сотрудников проектно-конструкторских бюро предприятий.

Узлы разветвления инженерных сетей, расположенных на одноярусных проходных и непроходных эстакадах или в проходных каналах и тоннелях, различаются по своей конструкции, но принципы их построения тождественны рассмотренному выше примеру.

4.1. ОПОРЫ ТРУБОПРОВОДОВ

Инженерные сети при их прокладке в подземных проходных каналах, по наземным проходным или непроходным эстакадам, техническим коридорам и подвалам зданий необходимо опирать через определенные расстояния в зависимости от материала и диаметра сети.

Кабели разных типов, марок и назначений опираются на полки, лотки или подвески без применения каких-либо неподвижных опор. При необходимости более надежной защиты кабели прокладывают в трубах или в кабельных коробках.

Все опоры под трубопроводы по своему действию и назначению делятся на подвижные и неподвижные.

В настоящее время на практике применяют подвижные опоры следующих типов: скользящие (обычные прямые), катковые (одно- и двухкатковые), шариковые, подвесные (жесткие и пружинные), пружинные и наклонные скользящие (рис. 4.1). Неподвижные опоры (рис. 4.2) в свою очередь делятся на: разъемные, оборудованные фиксирующими хомутами, которые затягиваются гайками;

неразъемные с непосредственной приваркой труб к несущим конструкциям опор;

неразъемные с приварными к трубам упорами; неразъемные лобовые и щитовые.

быбор опор начинают с подвижных, поскольку тип и конструкция неподвижных опор в значительной степени зависят от горизонтальных нагрузок, создаваемых подвижными опорами. Подвижные опоры в принципе устанавливают на сетях, изготовленных из жестких материалов, имеющих термические перемещения. Для гибких сетей они не нужны.

Принимаемый тип подвижных опор в свою очередь зависит от следующих факторов: трассирования сетей в плане и профиле; типа компенсаторов и термических перемещений сети; вида и несущей способности строительных конструкций, на которые опираются или к которым подвешиваются инженерные сети; числа сетей и насыщенности ими поперечного разреза сетей. Каждый тип подвижных опор имеет свои положительные и отрицательные свойства, которые могут усиливаться, уменьшаться или даже исчезать в зависимости от расположения сетей раздельно или совмещенно.

Скользящие опоры (см. рис. 4.1 #), изготовляемые по серии

4.903-10 (Выпуск 5), позволяют трубопроводу свободно перемещаться в горизонтальной плоскости во всех направлениях как вдоль, так и поперек оси трассы сети. Они требуют наименьшего расхода металла, являются самыми дешевыми и

простыми в изготовлении, строительстве и эксплуатации.

Серией 4.903-10 скользящие опоры разработаны в трех исполнениях в зависимости от термических перемещений трубопровода:

длиной 170 мм — при термических перемещениях до 90 мм трубопроводов D_H = 32...630 мм;

длиной 340 мм — при термических перемещениях до 260 мм трубопроводов D_H = 32... 1420 мм;

длиной 680 мм — при термических перемещениях до 600 мм трубопроводов D_H = 194...1420 мм.

Скользящие опоры надежны в эксплуатации. Они требуют минимальных трудозатрат на обслуживание (смазку, проверку, ремонт и др.). Долговечность их — многие десятки лет; в обычных условиях она превышает долговечность самих трубопроводов.

К недостаткам скользящих опор относится создание сравнительно больших горизонтальных нагрузок при трении скользящей опоры трубопровода по траверсе, консоли или опорной подушке. Значения осевых и боковых горизонтальных нагрузок, создаваемых скользящими опорами, определяют по формуле: Р_гор = р1Р_в9,8М0^_3 = 0,ЗР_В9,81-10~³, где ц = 0,3 -

коэффициент трения, а Р_п9,81-10"³ — вертикальная нагрузка, действующая на опору. Особенность скользящих опор — наличие траверс, консолей, опорных подушек или балок для их опирания.

Обычные прямые скользящие опоры нельзя устанавливать в обоих концах вертикального подъема (пуска) сети в случаях, когда высота вертикального участка сети выше критического (3...5 м). При недостаточно гибких трубах над одной из опор это ведет к образованию зазора между опорами трубопровода и строительной конструкции эстакады или канала. При этом опирание трубы исчезает и в трубопроводе возникают недопустимые усилия. Для предупреждения образования зазоров под опорами на вертикальных участках сети необходимо применять другие, специально для этого приспособленные опоры.

Катковые опоры (см. рис. 4.1,6,в) также изготовляют по серии 4.903-10 (Выпуск 5). Они позволяют трубопроводу свободно перемещаться вдоль оси трассы. При этом такое перемещение происходит надежно и с трехкратно пониженным коэффициентом трения ju_Q =0,1 по сравнению со скользящими опорами. Такие качества катковых опор заставляют отдать им предпочтение при выборе типа подвижных опор для трубопроводов большого диаметра, проложенных наземно на прямых участках сети. В таких условиях трубопровод находится при установке сальниковых компенсаторов. Считается, что кат-

к

Г t'-r-,,

ковые опоры допускают и боковые перемещения трубопровода, но уже с повышенным коэффициентом трения — jug = = 0,3. Боковые перемещения появляются в поворотных участках трассы, а также в П-образных компенсаторах при прямой трассе трубопровода. Однако на практике весьма часто наблюдаются случаи эксцентриситета оси и выпадения катков из гнезд опорных конструкций на участках трубопроводов, имеющих боковые перемещения. Такие неисправности катковых опор не сразу бывают замечены и исправлены обслуживающим персоналом. Работоспособность сетей ставится под угрозу, коэффициент трения резко увеличивается.

Препятствием к широкому использованию катковых опор является необходимость систематической очистки поверхности опорных плит и катков, их смазки, а также проверки их исправ-

Рис. 4.1. Подвижные опоры трубопроводных сетей

а — скользящая (обычная, прямая); б — катковая с одним катком; в ~ катковая с двумя катками; г — шариковая двухосная; д — шари-^к9^вая четырехосная; е — подвеснэя жесткая; ж — подвесная пружинная; з — пружинная; и — скользящая наклонная

tt

б

• m m

д

гг

u

Рис. 4.2. Неподвижные опоры трубопроводных сетей

•а — разъемная, оборудованная хомутами на болтах; б — неразъемная с приваркой труб к несущим конструкциям; в - неразъемная с двумя приваренными к трубе упорами; г - неразъемная с четырьмя упорами; д — неразъемная лобовая (щитовая)

г

ности. Это не позволяет применять катковые опоры при подземной прокладке сетей в непроходных каналах или в стесненных условиях. По сравнению со скользящими опорами катковые опоры требуют увеличенного расхода металла. Так, например, масса одной двухкатковой опоры для трубопровода тепловых сетей Dy = 800 мм составляет 116,6 кг, однокатко-вой опоры — 82 кг, а скользящей опоры — только 26,6 кг. Производство катковых опор также более трудоемко, так как конструкция их сложнее и требует выполнения токарных работ для изготовления катков.

Поверхности опорных плит катковых опор легко запы-ляются, засоряются листвой, хвоей и т. п., а в холодные периоды года покрываются льдом. Все это мешает нормальной работе опор, влечет за собой рост коэффициента трения и усилий на строительные конструкции подвижных и неподвижных опор, не предусмотренный проектом. В таких случаях Катковы е опоры теряют свои достоинства и даже приводят трубопроводные сети и несущие их строительные конструкции в критическое состояние.

Особенностью катковых опор является малая площадь опи-оания катков на опорные плиты по сравнению со скользящими опорами. Это вызывает увеличение усилий на единицу площади опирания и более быстрое изнашивание металла катков и опорных плит, особенно при наличии боковых перемещений трубопроводов.

Сравнение достоинств и недостатков катковых и скользящих опор показывает, что при первых достигается некоторое облегчение и удешевление несущих строительных конструкций трубопроводов, но скользящие опоры значительно удобнее в эксплуатации и лучше обеспечивают надежность и долговечность сетей. В связи с этим установка катковых опор при совмещенной прокладке инженерных сетей ограничена.

Шариковые опоры (см. рис. 4.1, г) изготовляют по серии

4.903-10 (Выпуск 5). Они позволяют трубопроводу перемещаться в горизонтальной плоскости как в осевом, так и в боковом направлениях при минимальных коэффициентах трения ц₀ = Mg ⁼ О'^1- Масса шариковых опор больше, чем катковых и скользящих опор. Для трубопровода водяных тепловых сетей Dy = 800 мм она составляет 184...344 кг/шт., в зависимости от вертикальной нагрузки опираемого трубопровода (Р_верт = 101 ...209 кН на опору) и от термического перемещения сети (Д1_ = 200...400 мм).

Шариковые опоры весьма сложны в изготовлении и могут быть выполнены только в специальных мастерских или на заводах. При монтаже эти опоры требуют по сравнению со скользящими и катковыми опорами повышенной точности выполнения работ, а при эксплуатации — более частого обследования и повышенного внимания. Эти опоры очень чувствительны к попаданию пыли, влаги и других загрязнений на поверхность шариков и опорных плит. Долговечность шариковых опор и надежность их действия прямо зависят от качества эксплуатации,^ предупреждения засорения и истирания шариков, их обойм и опорных плит. Поэтому шариковые опоры сравнительно редко применяют для трубопроводных сетей, прокладываемых совмещенно по наземным эстакадам и подземным проходным каналам, где сети расположены близко друг от друга и доступ к каждой отдельной опоре затруднен.

Подвесные опоры используют в случаях, когда трубопроводные сети необходимо подвешивать к перекрытиям зданий, балкам, фермам, мостам, наземным эстакадам, потолкам технических коридоров, подвалов, проходных каналов и туннелей. Их изготовляют на специализированных заводах и в мастерских по серии 4.903-10 (Выпуск 6), двух видов: подвесные жесткие опоры (см. рис. 4.1,д) для трубопроводов диаметром D = 25...600 мм и подвесные пружинные (см.

жесткие опоры предназначены только для горизонтально расположенных трубопроводов, подвесные пружинные — как для горизонтальных, так и для вертикальных трубопроводов. Коэффициент трения, определяющий горизонтальные нагрузки, минимален и составляет ц_п =    - 0,1. Масса одной подвес

ной пружинной опоры для трубопровода D_y = 800 мм в зависимости от значения вертикального или горизонтального перемещения трубы составляет 309...436 кг, а подвесной жесткой опоры для трубопровода D_y = 400 мм в зависимости от горизонтального перемещения трубы — 84,5...101,1 кг.

Подвесные опоры жестких трубопроводов, имеющих термические перемещения, должны быть достаточно длинными для обеспечения возможности раскачки труб в горизонтальном направлении. Высота типовых подвесок в зависимости от диаметра опираемого трубопровода составляет Н = 1,11...3,18 м. В связи с этим подвесные опоры занимают большое, плохо используемое пространство и по этой причине имеют ограниченное применение. Для кабелей и трубопроводов, которые не имеют термических перемещений, подвески могут быть короткими. В строительстве сооружение трубопроводов с применением подвесных опор неудобно, так как необходимое качество прокладки сетей по высоте в продольном профиле выдержать трудно. Это объясняется трудностями монтажа трубопроводов, их подвешивания на необходимой высоте к тягам опор на болтах и корректировки по высоте путем подтягивания или отпуска резьбовых соединений тяги каждой отдельной опоры. Такая операция занимает больше времени по сравнению с прокладкой трубопроводов механизмами по ранее сооруженным и проверенным консолям, траверсам или балкам на скользящих, катковых или шариковых опорах.

При совмещенной прокладке многих инженерных сетей, где сети проложены в несколько рядов и близко друг к другу, подвесные опоры применяются сравнительно редко.

Пружинные опоры (см. рис. 4.1,ж) предназначены для восприятия вертикальных и горизонтальных термических перемещений и усилий, возникающих в жестких трубопроводах при наличии вертикальных подъемов или опусков сети. Пружинная опора при разжатии пружины вследствие удлинения вертикального участка трубопровода не должна существенно снижать принимаемую на себя нагрузку, передаваемую опираемым трубопроводом. Недопустимо, конечно, образование зазора между трубопроводом и опорой, что свидетельствовало бы о полной потере несущей способности последней.

При наличии вертикальных подъемов или опусков, например в тепловых сетях, существующая техническая литература рекомендует установку пружинных опор, если высота вертикального участка трубопровода достигает Н > 4 м, а его диаметр п > 100...200 мм. Такие условия не совсем точно отражают У

положение дел. По существу, задачей пружинных опор является создание наиболее благоприятных условий для опирания определенного участка трубопровода при наличии его вертикального перемещения. Но вертикальное термическое перемещение трубопровода АН зависит не столько от высоты Н вертикального участка сети, сколько от степени изменения температуры трубопровода At. Получается, что значение АН для подающего трубопровода водяных тепловых сетей, транспортирующего теплоноситель с максимальной расчетной температурой t = 150°С, будет почти двукратно превышать значение ДН обратного трубопровода, максимальная расчетная температура которого составляет только t = 70°С. Для паропроводов, температура которых бывает t < 565°С, ДН в еще большей степени зависит от значения At и в меньшей — от высоты Н вертикального участка трубопровода. Поэтому критерием для определения необходимости установки пружинных опор должно быть значение термического перемещения ДН, а не высота вертикального участка трубопровода Н.

Для трубопроводов небольших диаметров Dy < 80 мм с

относительно тонкими стенками с учетом их гибкости установки пружинных опор не требуется. В этих случаях достаточны обычные скользящие опоры, установленные до и после вертикального участка сети, при условии, что длина трубопровода между этими опорами не превышает допустимой.

Пружинные опоры сложны в изготовлении. Их производят только специализированные заводы, способные обеспечить необходимое качество. Пружинные опоры относительно металлоемки и дороги. Так, например, для опирания трубопровода водяных тепловых сетей Dy = 800...1000 мм с вертикальной нагрузкой на опору Р_верт = 101 кН необходима пружинная

опора, состоящая из двух пружинных блоков и катковой опоры общей массой 260 кг. При вертикальной нагрузке Р_вер_Т ⁼

= 209 кН от таких же трубопроводов необходима пружинная опора, состоящая уже из четырех пружинных блоков и катковой опоры общей массой 520 кг.

Монтаж пружинных опор представляет собой довольно сложную операцию, требующую должного внимания. До монтажа опор пружины должны быть затянуты монтажными болтами в пределах, необходимых для нормального действия пружин в расчетном режиме после наполнения трубопровода водой и его нагрева. При определении степени затяжки пружин учитывают температуру окружающего воздуха во время строи-

Рис. 4.3. Вертикальный подъем трубопровода ступенями, высота которых не требует установки пружинных опор

1 — расположение трубопровода до нагрева; 2 — то же, после нагрева; НО — неподвижная опора; СО — скользящая опора

тельства. Монтажные болты после окончания монтажа и перед пуском трубопровода в эксплуатацию ослабляют. При использовании пружинных опор необходимо определенное пространство для свободного доступа к ним во время строительства, эксплуатации и ремонта. Эксплуатация пружинных опор требует серьезного внимания и трудозатрат, учитывая необходимость поддержания чистоты и применения смазочных средств на поверхностях стаканов, пружин, катков или шариков и опорных плит.

Описанные трудности ведут к тому, что на практике особенно при совмещенной прокладке большого числа трубопроводов, пружинные опоры используют редко — только при отсутствии других возможностей.

Вышеприведенные обстоятельства определяют необходимость поиска вариантных способов прокладки сетей и типов конструкций, позволяющих отказаться от установки традиционных пружинных опор. К таким способам относятся:

выполнение вертикального подъема или опуска трубопровода Н > 4 м несколькими отдельными ступенями, высота которых h < 3...4 м уже не требует установки пружинных опор (рис. 4.3) ;

применение наклонных опор конструкции инж. Г.Э. Карк-лина (рис. 4.4 и 4.5).

Наклонные опоры относятся к типу подвижных скользящих опор. Действие наклонной опоры основано на принципе скольжения ее по наклонной поверхности основания при горизонтальных термических перемещениях трубопровода! вследствие нагрева стенок труб. При горизонтальном перемещении трубопровода по наклонной опоре он одновременно оседает (см. рис. 4.5), компенсируя термическое перемещение при вертикальном подъеме сети. Остывая, трубопровод укорачивается, вследствие чего, перемещаясь по наклонной опоре, он поднимается. Этим подъемом компенсируется эффект укорачивания вертикального участка трубопровода.

Для выбора необходимых наклонных опор в проектах следует определить угол наклона опорной поверхности а для каждой отдельной опоры. Угол наклона зависит от отношения длин вертикального отрезка и горизонтального отрезка трубо-

Рис. 4.4. Вертикальный подъем и спуск трубопровода с установкой наклонных опор

1 — расположение трубопровода до нагрева; 2 — расположение трубопровода после нагрева; НО — неподвижная опора; СО — скользящая опра; НКО — наклонная опора

Рис. 4.5. Наклонная опора трубопроводных сетей конструкции инж. Г.Э. Карклина

1 — основание; 2 — подставка; 3 — корпус типовой скользящей опоры; 4 ~ траверса (железобетонная или металлическая)

провода, расположенного от неподвижной опоры до вертикального подъема или опуска сети. Он выражается в виде арктангенса этого отношения по формуле: а = arctg (Н/1__п). Примеры:

Н = 5 м, Li =50 м, cti = arctg (5/50) = 5,7°;

Н = 5 м, 1_2 = 30 м, е*2 = arctg (5/30) = 9,5°.

Установка наклонных опор в тепловых сетях Риги и других городов страны начата в 1982 г. по проектам, разработанным Рижским отделением института "Теплоэлектропроект" и проектным институтом "Латгипропром". В настоящее время испытательный срок наклонных опор уже успешно прошел и они себя полностью оправдали. Об устойчивой и надежной работе их получены положительные отзывы от организаций, эксплуатирующих тепловые сети.

Наклонные опоры обладают многими достоинствами. Они по сравнению с пружинными опорами предельно просты в изготовлении. Их можно производить в специализированных мастерских строительно-монтажных организаций. При необходимости они могут быть изготовлены монтажниками непосредственно на стройке. Расход металла небольшой и они весьма дешевы. Так, например, масса металла одной наклонной опоры длиной 340 мм, предназначенной для трубопровода водяных тепловых сетей D_y = 400 мм с расчетной вертикальной нагрузкой Р____т < 68,7 кН, составляет 22,5—32,2 кг, в зависи-

рср I

мости от угла наклона опорной поверхности. В строительстве наклонные опоры также предельно просты, удобны и заметно снижают трудозатраты. Это достигается тем, что установка их не требует никаких подготовительных работ, необходимых при установке пружинных опор, очень чувствительных к неточному выполнению, резко снижающему их работоспособность. К достоинствам наклонных опор следует отнести их способность принимать на себя постоянную вертикальную нагрузку от опираемого трубопровода независимо от степени нагрева, остывания и термического перемещения трубопровода по опоре. Для сравнения следует отметить, что вертикальная нагрузка, принимаемая пружинной опорой, изменяется в зависимости от степени сжатия пружин. В эксплуатации наклонные опоры также предельно удобны и просты, поскольку поверхности скольжения опор мало страдают от запыления, засорения и обледенения. Гладкие поверхности скольжения опоры и опорной плиты при передвижении опоры как бы протирают и очищают сами себя. Получается эффект самоочищения. Кат-ковые и шариковые опоры такими самоочищающими свойствами не обладают, поэтому они быстрее засоряются и при отсутствии систематического ухода коэффициент трения этих опор растет. Проектирование наклонных опор проще, чем пружинных, и требует меньше трудозатрат.

Следует еще упомянуть о необходимости определения оптимального пролета между наклонной опорой и началом вертикального подъема, а также пролета между наклонной опорой и последующей скользящей опорой, размещенной за вертикальным подъемом трубопровода. Для достижения необходимого прогиба труб, компенсирующего термическое перемещение вертикального участка сети, эти пролеты должны соответствовать определенным значениям (см. далее табл. 4.1) без учета какого-либо понижающего коэффициента. При определенном уменьшении этих пролетов необходимый прогиб труб может не получиться, что ведет к образованию зазора под наклонной опорой.

При всех достоинствах наклонные опоры применимы лишь в случаях, когда ближайшая неподвижная опора отодвинута от вертикального участка сети на определенное расстояние и угол наклона опоры не превышает 20...25°. В ситуациях, когда это сделать не удается, необходимо применять другие, ранее рассмотренные способы восприятия вертикальных термических перемещений трубопроводов.

Для содействия применению в проектировании и строительстве наклонных опор проектным институтом "Латгипропром" разработана Латвийская республиканская серия ЛРС-05-87 "Опоры наклонные для тепловых сетей". В ней разработаны чертежи КМ на стадии рабочих чертежей для трубопроводов Dy = 100... 1200 мм и углов наклона опор а = 3...30°.

При совмещенной прокладке инженерных сетей наклонные опоры очень эффективны из-за их небольших габаритов, простоты в эксплуатации, долговечности и надежности в работе.

4.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАССТОЯНИЙ МЕЖДУ ОПОРАМИ

Расстановка подвижных опор. Опирание инженерных сетей осуществляют для предотвращения чрезмерных напряжений материала трубопроводов и кабелей, а также для предохранения сетей от недопустимых прогибов. Допустимый шаг опирания сети зависит от массы трубопровода или кабеля, транспортируемого вещества, наличия и вида теплоизоляционного, покровного и защитного слоев и момента сопротивления поперечного сечения сети. При открытой наземной прокладке в зависимости ^от климатических условий необходимо учитывать и нагрузки °т снега и обледенения.

Анализ показывает, что увеличение диаметра трубопровода, жесткости труб и уменьшение массы сети приводит к увеличению допустимого шага ее опирания.

Максимальный пролет между подвижными опорами на пря-

W ⁼ У12а>^Р^9.81/0.8д_э9,81 . м.

где допустимое эквивалентное напряжение материала труб от вертикальной и ветровой нагрузок, Н/мм¹; W^p — момент сопротивления поперечного сечения трубы при расчетной толщине стенки трубы 5, см³; ip — коэффициент прочности поперечного сварного шва; .q₃ — эквивалентная вертикальная нагрузка, Н/м; 0,8 — коэффициент пластичности; 9,81 — переводной коэффициент (значения а* <р и ч_э определяются

по формулам и номограммам, приведенным в указанном в сноске справочнике).

Для выбора пролетов между подвижными опорами на прямых участках стальных трубопроводов водяных тепловых сетей и паропроводов для усредненных условий расчета трубопроводов рекомендуется использовать данные табл. 4.1.

4.1. Рекомендуемые пролеты между подвижными опорами на прямых участках стальных трубопроводов теплЪвых сетей, прокладываемых по наземным эстакадам и подземным туннелям, м

'Справочник проектировщика. Проектирование тепловых сетей. — М., 1965. - С. 172.

Примечания.* 1. р, МПа, и t, °С — параметры теплоносителя. 2. Над жирной линией указаны пролеты для стальных бесшовных труб, изготовляемых по ГОСТ 8732—78*, а также стальных электросварных труб, изготовляемых по ГОСТ 10704—76* поставляемых по ГОСТ 10705—80* под жирной линией — для сварных прямошовных труб, изготовляемых по ГОСТ 10704—76* и поставляемых по ГОСТ 10706—76*.

Для прочих участков, рекомендуемые пролеты определяют с введением а расчеты следующих понижающих коэффициентов (рис. 4.6):

к = 0,67 — для участков между ближайшими к повороту опорами (до и после поворота);

к = 0,82 — для участков между последней и предпоследней опорами конечной точки трубопровода (перед заглушкой, гибким компенсатором или поворотом);

к = 0,5 — для последующих двух участков с каждой стороны сальникового компенсатора.

Кроме рекомендуемых существуют еще и максимально допустимые пролеты между подвижными опорами, рассчитанные на допустимое значение прогиба стальных труб (табл. 4.2).

Приведенные таблицы 4.1 и 4.2 показывают, что значения максимально допустимых пролетов заметно превышают значения рекомендуемых пролетов. Разница их в зависимости от диаметра трубопровода составляет 16...75%. Практика показала, что трубопроводные сети, сооруженные с максимально допустимыми пролетами, служат надежно и реализуют заметную экономию строительных материалов и капитальных затрат при сооружении безбалочных эстакад. Но при этом сам трубопровод используется как несущая строительная конструкция с дополнительной нагрузкой на нее. Поэтому к применению максимально допустимых пролетов трубопроводных сетей следует подходить весьма осторожно. При наличии наземных

4.2. Максимально допустимые пролеты между подвижными опорами на прямых участках стальных трубопроводов, прокладываемых по наземным эстакадам и подземным проходным туннелям (по расчету на прогиб), м

2. Над жирной линией указаны пролеты для труб, изготовляемых по ГОСТ 8732-78*, ГОСТ 10704-76* и поставляемых по ГОСТ 10705-80* под жирной линией — для труб, изготовляемых по ГОСТ 10704—76 и поставляемых по ГОСТ 10706—76*. 3. Таблица составлена при уклоне трубопровода i = 0,002%о-

балочных эстакад, пролетных строений или подземных проходных каналов и туннелей примененение максимально допустимых пролетов не дает технико-экономического эффекта. Наоборот, оно приводит к нежелательной концентрации усилий, передаваемых на строительные конструкции.

При использовании трубопровода в качестве несущей конструкции для прокладки сетей вида "труба на трубе" пролет между подвижными опорами несущего трубопровода определяется с учетом понижающего коэффициента к_п {рис. 4.7). При установке трубы на трубе необходимо обеспечить максимально возможное снижение в несущем трубопроводе усилий, создаваемых несомым трубопроводом. Для этого необходимо опоры несомого трубопровода размещать по возмож-

Рис. 4.6. Рекомендуемые коэффициенты для определения пролетов между опорами трубопроводных сетей

НО — неподвижная опора; ПО — подвижная опора; 3 — заглушка; К — двухсторонний сальниковый компенсатор; 0,5; 0,67; 0,82; 1 — рекомендуемые коэффициенты для определения пролетов между опорами

ности ближе к подвижным опорам несущего трубопровода, избегая их установки в средней части пролетов (рис. 4.8). Таким образом достигают минимально возможных изгиба и усилий в несущем трубопроводе.

Скользящие опоры совмещенно прокладываемых трубопроводных сетей, размещаемых по наземным непроходным и проходным эстакадам с балочной конструкцией, как правило, располагаются на траверсах или консолях верхних строений

Рис. 4.7. График для определения понижающего коэффициента 1<_п пролетов между подвижными опорами несущего трубопровода (при прокладке "труба на трубе")

^mi — масса 1 м погонной длины несомого трубопровода, кг; m — то же, несущего

Рис. 4.8. Рекомендуемое расположение скользящих опор несущего и несомого трубопроводов

1 — ось опирания несущего трубопровода; 2 — то же, несомого

Эстакад. На прямых участках трассы траверсы и консоли верхних строений размещаются перпендикулярно продольной оси балок или балочных конструкций. На поворотах трассы в плане и в местах установки П-образных компенсаторов, расположенных горизонтально, принимают другое решение. В этих местах трубопроводы, расположенные дальше от центра поворота, удлинены, а трубопроводы, приближенные к нему, — укорочены. Поэтому для обеспечения нормативного шага опирания каждого трубопровода, траверсы и консоли обычно располагают под углом к оси балок эстакад (рис. 4.9). При этом на каждую отдельную траверсу или консоль может быть осуще-

Рис. 4.9. Размещение траверс на прямых участках и поворотах в местах установки П-образных компенсаторов при совмещенной прокладка трубопроводных сетей

СО — траверсы под скользящие опоры

Рис. 4.10. Смешение осей скользящих опор и опорных плит при монтаже трубопроводных сетей, позволяющее отказаться от их предварительной растяжки

1    - монтируемый трубопровод;

2    — ось опорной плиты; 3 — ось скользящей опоры, смещенная от оси опорной плиты при монтаже трубопровода; 1/2 AL — половина максимального термиче-

ского передвижения конкретной опоры

ствлено опирание всех без исключения трубопроводов или только тех, опирание которых требует рекомендуемых или допустимых максимальных пролетов. Этот вопрос в каждом отдельном случае должен решаться в зависимости от особенностей прокладываемых трубопроводов и применяемых строительных конструкций. Для трубопроводных сетей более частое опирание может иметь как положительные, так и отрицательные последствия. С одной стороны, трубопроводы подвергаются пониженным усилиям, а с другой стороны, каждая лишняя подвижная опора приводит к дополнительным потерям теплоты в горячих сетях и холода в холодопроводах.

Монтаж подвижных опор трубопроводов, особенно горячих с высокой температурой транспортируемого вещества, требует особо тщательного выполнения работ. Для полного использования опорных поверхностей следует при монтаже предусматривать смещение оси опоры относительно оси опорной плиты, которое должнй соответствовать половине расчетного значения термического перемещения трубопровода в точке размещения рассматриваемой опоры {рис. 4.10). В противном случае опоры могут в работе сместиться таким образом, что потеряют свою несущую способность и деформируются. На практике известны случаи, когда они даже полностью сползали с поверхности опорных плит. Ниже для иллюстрации приведен пример.

Внутриплощадочный паропровод D_y = 300 мм с расчетными параметрами пара р = 4 МПа, t = 440°С, оборудуемый П-образными ком* пенсаторами, прокладывают по существующей проходной эстакаде. Средняя температура наиболее холодных пятидневок наружного воздуха, при которой монтируют трубопровод, t = — 21 °С.

Необходимо рассчитать сдвиг оси скользящей опоры, расположенной перед П-образным компенсатором на расстоянии 50 м от неподвижной опоры, относительно оси опорной плиты.

Решение. Максимальное термическое перемещение паропровода ”^аЛ решаемой скользящей опорой составляет: AL = aAt L = 1,41' *10-⁵ [ 440 - (-21) ] 50 = 325 мм.

Расчетный сдвиг оси решаемой скользящей опоры относительно оси опорной плиты в условиях строительства трубопровода при наружной температуре воздуха t = — 21°С составляет С = (1/2) Д(_ =

—    325/2 = 162,5 мм.

Выводы:

короткая скользящая опора длиной L_Q =170 мм в настоящем слу. чае вообще непригодна;

средняя скользящая опора длиной L_Q = 340 мм пригодна только

в случае предварительного сдвига упомянутых осей и при длине опор, ной плиты L_q = 200 мм. Тогда минимальная длина опирания скользящей опоры L_q составит: 0 = L/2 - (1/2 )4L + (1/2) L_{q п} =340/2 ~

—    (1/2) 325 +    (1/2) 200 = 107,5 мм, т. е. больше минимально допус

тимой длины L_q=80mm;

длинная скользящая опора длиной L = 680 мм также пригодна толь-ко_ при предварительном сдвиге упомянутых осей и при длине опорной плиты L р = 100 мм. Минимальная длина опирания скользящей

опоры составит: 0 = 680/2 - (1/2) 325 + (1/2) 100 = 227,5 мм > > 80 мм;

нормативная длина опирания 0 = 80 мм при установке длинной скользящей опоры без сдвига упомянутых осей может быть достигнута только при длине опорной плиты L = (0    —    L/2    + AL)2 =

о«п    мин

= (80-680/2 + 325)2 = 150 мм.

Следует отметить, что для скользящих опор, совмещение прокладываемых по наземным эстакадам трубопроводов, в качестве опорной плиты служит закладная в сборной железобетонной траверсе стальная полоса шириной В = 100 мм или гладкие поверхности двутавров, швеллеров и угловой стали, используемых для сооружения траверс и консолей верхних строений эстакад, с длиной поверхности опирания В <

< 100 мм; в проходных каналах, туннелях и технических коридорах скользящие опоры опираются на такие же металлические траверсы и консоли. Обычно получается, что скользящая опора всегда длиннее ширины опорной части стальной полосы, двутавра, швеллера или угловой стали, на которые опора трубопровода опирается.

Однако возможно и другое решение. Можно сделать опорную плиту (конструкцию) увеличенных размеров. Такую конструкцию иногда применяют при исправлении последствий неправильного сооружения трубопроводных сетей, в случаях сползания опор с опорных плит. Удлиненная опорная конструкция работает хуже, чем скользящая опора расчетной длины, особенно при наружной прокладке сетей, поскольку увеличенная опорная поверхность подвергается более быстрому залы-лению и засорению. Поэтому описанное решение следует применять только как вынужденное.

Уменьшению длины подвижных опор и предупреждению сползания опор с опорных поверхностей способствует предварительная растяжка трубопроводов. Однако учитывая некоторую сложность ее практического выполнения, предварительную растяжку следует все же заменять проще и точнее выполняемым предварительным сдвигом осей опор.

Расстановка неподвижных опор. Неподвижные опоры устанавливают только для жестких трубопроводов, имеющих термические перемещения.

Места установки неподвижных опор, как правило, совмещают с местами расположения узлов ответвлений трубопроводов и установки в сетях запорной арматуры, воздушников, спускников, а также сальниковых и сильфонных компенсаторов.

Расстановка неподвижных опор весьма существенно зависит от типа и особенностей применяемых компенсаторов, термических перемещений трубопроводов. Так, например, П-образные компенсаторы допускают наибольшие расстояния между неподвижными опорами; сальниковые компенсаторы из-за образования в трубопроводах увеличенных осевых усилий, вызывающих изгиб труб, требуют уменьшенных расстояний; сильфонные (волнистые) компенсаторы требуют еще более коротких расстояний (табл. 4.3).

Опирание кабелей. При совмещенной прокладке инженерных сетей по наземным эстакадам, подземным проходным каналам и техническим коридорам обычно применяют бронированные кабели, не подверженные воздействиям окружающей среды, их прокладывают по типовым сборным металлическим полкам, лоткам или подвешивают к типовым подвескам заводского изготовления. В отдельных случаях допускается прокладка небронированных кабелей по эстакадам и проходным каналам. При необходимости кабели могут быть проложены в типовых сборных кабельных коробках или в стальных трубах.

Кабельные полки, лотки и короба обычно крепят к боковым стенкам балок эстакад и стенам проходных каналов, туннелей и трубных коридоров. Иногда кабельные лотки и короба прокладывают по траверсам эстакад. Кабельные подвески крепят к потолкам проходных каналов, туннелей м трубных коридоров. Шаг расстановки кабельных полок и подвесок в зависимости от гибкости кабелей составляет 0,5—1 м.

4.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК НА ОПОРЫ

Нагрузки на подвижные опоры. Они подразделяются на вертикальные и горизонтальные.

Вертикальные нагрузки зависят от массы участка инженерных сетей, приходящегося на решаемую подвижную опору, и определяются по формуле:

О ф с а> о С

>• О Cl

* л S I-

со 2 d 5

О S

X s u

1    5 I

2    | С о О 5 CD С о

о. о *

; V/ у/ • а~

,    .    ,    .    ,    , ооооооооооооооо

I    I    I    I    I    I r*-r-COOOOOCNj*r4-^CDCO<DC?><?)

МММ'

оооооойооооооо

со ***

со *¦

М 1 м

1П1Г)Ф(ОГ**000000000000000

о о о о о о о о о о о о о о . ,

СМ СО

V/V/

мм

1Г>»ЛФЮГ-СОСОСОСОООГМС\СЧ I I

ооооооооооооооооооооо

"§ <- го

V V/

ЮслФСОГ'СОСООЭОООС^СЧ^'З'фФЦЭЮЮСО

Is *

а. >•

“-S

О CN

V _v

а 4-

X 0

I ^s &

5 О

ООООООООООООООООООООО

lOLOCO<Or‘OCCOO)OCN(N?NCN^-^‘<OCD<0<OCDCD

X го

* CJ

s а> I

- s Е

«з яз Ь СО-5

2(0 0 с ? а s х 5 л

s 5 I о к *

ООООООООООООООООООООО

1ЛЮЮЮ1-*-ООСОО>ОО1СМС*МтГс0СОсОООООО

«-t-r-»-,-,-,-,-C4CNCN<NCN

*\Г

IoiSq_w

«1 о

¦Ь Q.

^s S'S I S Р о я с

юмооюооюоооооооороро

CMCn^LDCDOOOMlAOtAOlAOlOOQOOO

*-*-^-счсчс»5со^^лфр*соо>

’5 о лаз I с I аз о 5

„_рпм _ _сумМа масс 1 м погонной длины всех инженерных сетей, ^где мых на решаемую опору, кг/м; I - длина опираемого участка, °^ПИ^сть сумма половин обоих пролетов, расположенных до и после

опоры*

Массу турбопроводных сетей составляет масса трубы с теплоизоляционным и покровным слоями, а также масса транспортируемой жидкости. Для паропроводов и других трубопроводов реальных газов, если эти сети должны проходить гидравлическое испытание или промывку водой, необходимо учитывать и массу воды.

Для определения вертикальных нагрузок на опору, размещенную в узле трубопроводных сетей, учитывают также массу арматуры, компенсаторов и ответвлений, приходящихся на данную опору.

Расчетные вертикальные нагрузки определяют с коэффициентом перегрузки к = 1,2.

К вертикальным нагрузкам на опору от инженерных сетей в зависимости от конкретных условий добавляются нагрузки от снега, обледенения, площадок обслуживания проходных дорожек с людьми, других строительных конструкций, опираемых на решаемую опору, траверсу или консоль.

Горизонтальные (осевые и боковые) нагрузки от инженерных сетей создают силы трения. Они действуют только в жестких трубопроводных сетях, имеющих термические перемещения. Горизонтальные нагрузки определяют по формуле:

Р_гор = дР^пм г-9,81-КГ³ ,

где и — коэффициент силы трения, который в зависимости от вида опор составляет: при скользящих опорах — 0,3; катковых при осевом перемещении трубопровода — 0,1; катковых при боковом перемещении трубопровода перпендикулярно оси — 0,3; то же, под углом к оси — 0,15... —0,2 в зависимости от величины угле поворота; подвесных — 0,1.

В этой формуле вертикальная нагрузка, выражаемая через

Р^пм1-9.81-1(Г³, при нахождении горизонтальных нагрузок представляет собой массу сети в рабочем состоянии.- Масса воды, наполняющей трубопрвоод в случаях гидравлического испытания или промывки бездействующего трубопровода, при определении горизонтальных нагрузок не учитывается. К горизонтальным нагрузкам на опору от инженерных сетей Добавляют еще и вертикальную нагрузку.

При перемещении подвижной опоры по оси прямого участка ^трУр°^ПР°^в°Д^{а возникает} только осевая горизонтальная нагруз-^ка гор^- ^Р^и перемещении опоры под углом к первоначальной

оси трубопровода, например на участках самокомпенсации или вблизи П-образных компенсаторов, горизонтальная нагрузка Раскладывается на две составляющие: горизонтальную осевую нагрузку Р_г^р, направленную по первоначальной оси трубопро. вода, и горизонтальную боковую PJ^_p. направленную перпендикулярно первоначальной оси. При перемещении опоры перпендикулярно первоначальной оси трубопровода возникает только горизонтальная боковая нагрузка Р^р-

Расчетные горизонтальные нагрузки от инженерных сетей для расчета строительных конструкций определяют с коэффициентом перегрузки к = 1,1.

Описанным методом определяют горизонтальные нагрузки на подвижные опоры при раздельной прокладке сетей, когда на опоре расположен только один трубопровод. Иные условия создаются при совмещенной прокладке инженерных сетей, когда на траверсу или консоль’ опираются несколько трубопроводов. В этих случаях термические перемещения всех уложенных трубопроводов обычно не совпадают по времени. Поэтому существующая техническая литература рекомендует в расчеты горизонтальных нагрузок вводить коэффициент неодновременности образования"сил трения. Существуют разные материалы и исследования по определению значений этих коэффициентов. Вполне надежными являются значения коэффициентов неодновременности сил трения, диктуемые СНиП

2.09.03-85:

при прокладке одного трубопровода или двух одной системы к = 1. Подающий и обратный трубопроводы водяных тепловых сетей, трубопроводы сети горячего водоснабжения и циркуляционный, паропроводы, транспортирующие пар одинаковых параметров и т.п. считаются одной системой и рассматриваются как один трубопровод;

при числе трубопроводов от 2 до 4 горизонтальную нагрузку определяют как сумму сил трения от двух трубопроводов, наиболее неблагоприятно влияющих на рассчитываемую опорную конструкцию;

при числе трубопроводов от 5 до 10 — либо от двух, наиболее неблагоприятно влияющих, либо от всех трубопроводов с соответствующим коэффициентом одновременности (принимают худший вариант).

В СНиП 2.09.03—85 указаны следующие коэффициенты одновременности:

при наличии 5; 6; 7; 8; 9; 10 трубопроводов одинакового диаметра соответственно к =0,25; 0,2; 0,15; 0,12; 0,09; 0,05;

при числе трубопроводов свыше 10 рассматриваемое усилие учитывается только от 10 наиболее неблагоприятных случаев, остальные трубопроводы считаются отсутствующими.

Таким путем рассчитывают отдельно стоящие колонны без-балочных и балочных наземных эстакад, их фундаменты, балки, конструкции верхних эстакад, консоли, а также траверсы и консоли проходных каналов, туннелей и технических коридоров. При этом каждая отдельная траверса, консоль или другой элемент верхнего строения должны быть рассчитаны на нагрузки, создаваемые опираемыми непосредственно на них трубопроводами с учетом соответствующего понижающего коэффициента неодновременности сил трения.

Значения горизонтальных нагрузок существенно влияют на размеры и стоимость строительных конструкций наземных эстакад. Однако вопрос образования горизонтальных нагрузок при совмещенной прокладке трубопроводов и их расчет существующей технической литературой освещены мало и далеко не полно*. Умозрительно представляется, что горизонтальные нагрузки, например от подающего и обратного трубопровода водяных тепловых сетей, которые по СНиП

2.09.03—85 рассчитываются как один трубопровод, образуются следующим образом (рис. 4.11).

При нагреве подающий трубопровод с расчетными параметрами теплоносителя t = 150°С подвергается термическому удлинению и в нем образуются горизонтальные усилия, равные максимальной силе трения опор, при которой происходит сдвиг трубопровода. После сдвига трубопровод останавливается, горизонтальные нагрузки уменьшаются, приближаясь к нулю. Из-за инерции движения трубопровода горизонтальные нагрузки могут выразиться даже минусовым знаком. На возникновение горизонтальных нагрузок и сдвигов трубопровода оказывает влияние еще и упругость строительных конструкций, несущих сети. При продолжении нагрева произойдут последующие, аналогичные первому, скачкообразные сдвиги трубопровода.

При нагреве обратного трубопровода с расчетными параметрами теплоносителя t = 70°С происходит вначале такое же скачкообразное увеличение и затем уменьшение горизонтальных нагрузок и сдвигов трубопровода, только с более растянутой цикличностью сдвигов. Последняя сама по себе не имеет особого значения. Решающим является совпадение или несовпадение максимальных значений горизонтальных нагрузок. В водяных тепловых сетях максимальные горизонтальные нагрузки от подающего и обратного трубопроводов обычно не совпадают. Несовпадение максимума нагрузок зависит от расчетных параметров теплоносителя; определенную роль играет также отставание нагрева в обратном трубопроводе при нагреве подающего. Это показывает, что теоретически совпадение максимумов горизонтальных нагрузок от подаю-

В брошюре: "Рекомендации по определению нагрузок на отдельно стоящие опоры и эстакады под трубопроводы" (ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, 1973 г.).

Рис. 4.11. Образование горизонтальных осевых нагрузок на опоры при нагреве и цикличных термических перемещениях стальных трубопроводных сетей

а — нагрузки от подающего трубопровода водяных тепловых сетей с расчетной температурой t = 150"“70QC; б — то же, от обратного трубопровода; в — нагрузки от паропровода t ⁼ 250°С; Р_рор — горизонтальная

осевая нагрузка; Т — время нагрева трубопровода; 1 — максимальное значение горизонтальной осевой нагрузки на опору, при котором происходит скачкообразный сдвиг водяных тепловых сетей; 2 — то же, для паропровода; 3 — значение горизонтальной осевой нагрузки на опору после сдвига трубопровода водяных тепловых сетей; 4 — то же, для паропровода

щего и обратного трудопроводов возможно, однако вероятность такого совпадения невысока.

Учитывая, что водяные тепловые сети работают с переменными параметрами теплоносителя в отопительном периоде года,

сдвиги трубопроводов от термических перемещений будут происходить постоянно при изменении температуры теплоносителя.

Иначе депо обстоит в паропроводах и в сетях горячего водоснабжения, работающих с постоянными параметрами. В режиме работы этих сетей термических перемещений трубопроводов вообще не наблюдается. Они имеют место только в случаях пуска в эксплуатацию или остановки этих сетей, что происходит относительно редко. Однако это не значит, что горизонтальные нагрузки отсутствуют. Они могут быть накоплены каждым отдельным трубопроводом после последнего сдвига, происшедшего при пуске или остановке сети. Только значения этих нагрузок от каждого отдельного трубопровода разные, но всегда они меньше максимального, при котором происходит сдвиг сети.

Следует отметить, что при совмещенной прокладке большого числа сетей по наземным эстакадам сдвиг одного трубопровода вызывает вибрацию всей эстакады. Эта вибрация в свою очередь вызывает преждевременный сдвиг других трубопроводов, в которых еще не достигнуты максимально возможные значения горизонтальных нагрузок. Отсюда напрашиватеся вывод, что при совмещенной прокладке инженерных сетей горизонтальные нагрузки от каждого отдельного трубопровода воспринимаются не только строительными конструкциями, на которые опираются эти сети, но и рядом расположенными трубопроводами. Они как бы удерживают термические перемещения друг друга, связывают строительные конструкции и сами в какой-то мере нейтрализуют горизонтальные нагрузки соседнего трубопровода.

Примеры расчетов нагрузок на подвижные опоры.

Пример 1. Паропровод D_y = 500 мм, предназначенный для транспортирования сухого насыщенного пара р <1,3 МПа, и конденсатопровод Dy ⁼ 200 мм, р < 0,3 МПа, размещенный над паропроводом, проложены

наземно с опиранием на отдельно стоящие колонны с шагом расстановки 14 м. Опоры скользящие. Трубопроводы имеют горизонтальные осевые и боковые перемещения.

Необходимо определить вертикальные и горизонтальные нагрузки от пароконденсатных сетей на колонну.

Решение. Масса 1 м погонной длины действующего паропровода D_Hxs = 530x6 мм, покрытого антикоррозионным, теплоизоляционным и покровным слоями, составляет 139 кг/м;

масса того же паропровода, наполненного водой во время его гидравлического испытания, — 347 кг/м;

масса конденсатопровода D xs = 219x6 мм, покрытого теми же слоями и наполненного конденсатом или водой, — 91 кг/м;

вертикальная нагрузка на колонну от действующих пароконденса-

топроводов: Р_верт = EP^n,“4 = (139 + 91) 14-9,81-Ю^-3 = 31,59 кН;

вертикальная нагрузка на колонну от недействующих пароконден-сатопроводов, наполненных водой при их гидравлическом испытании:

горизонтальные осевые и боковые нагрузки при коэффициенте неодновременное™ нагрузок k = 1 от действующих пэроконденсэтопро-

водов: Р ° = Р^ =цР^ = 0,3-3220-9,81 -10“³ = 9.47 кН. гор гор ^ верт

Пример 2. Водяные тепловые сети 2D_hxs = 219x6 мм и 2D_Hxs = = 273x7 мм, паропровод D_Hxs = 273x7 мм, трубопровод горячего водоснабжения D_Hxs =    140x5,5    мм, циркуляционный трубопровод

D^xs ~ 75,5x4 мм и разные кабели числом 35 шт. прокладываются по

наземной балочной эстакаде. Длина типовых сборных железобетонных балок, определяющих шаг расстановки колонн эстакады, — 12 м. Трубопроводные сети, опираемые на скользящие опоры, имеют осевые и боковые термические перемещения.

Необходимо определить вертикальные и горизонтальные нагрузки от инженерных сетей на один балочный пролет.

Решение. Вертикальная нагрузка от действующих сетей при средней массе одного прокладываемого кабеля 2 кг/м: Р^_рг — 3^>пм1-    =

= (2-91 +2-131 + 106 + 56 + 20 + 35-2) 12-9,81-Ю'³ = 81,93 кН;

вертикальная нагрузка от сетей при недействующем паропроводе,

наполняемом водой во время проведения гидравлического испытания:

Р" = (2-91 + 2-131 + 139 + 56 + 20 + 35-2) 12-9,81-10"³ = 85,82 кН; верт

горизонтальные осевые и боковые нагрузки при коэффициенте неодновременное™ нагрузок к = 1 только от двух (фактически от четырех) инаиболее неблагоприятно влияющих трубопроводных сетей: Р^_р ⁼

= P,f --кмР„ =1-0,3(2-91 +2-131)9,81-10~³ = 13,07 кН. гор верт

Определенные в примере 2 максимальные вертикальные нагрузки от инженерных сетей действуют как на балочные конструкции одного пролета, так и на каждую колонну и ее фундаменты. Полныё же осевые горизонтальные нагрузки действуют только на балочные конструкции. Далее эти нагрузки полностью или частично могут передаваться балками на неподвижную опору, расположенную на определенном расстоянии, или на промежуточные опоры, несущие конкретную балочную конструкцию. Осевые горизонтальные нагрузки, передаваемые неподвижной опоре или опоре, несущей балочную конструкцию, зависят от следующих факторов:

способности балочных конструкций принять на себя осевые горизонтальные нагрузки;

конструкции промежуточных опор, расположенных под эстакадой между неподвижными опорами. Они могут быть защемлены в грунте или быть шарнирными, то есть иметь шарнир над фундаментами опор и, при необходимости, также шарнир под балками;

способности к изгибу защемленных в грунте стоек неподвижных и промежуточных опор, зависящей как от материала стойки опоры, так и от ее высоты. Высокая опора из того же материала будет всегда иметь большую амплитуду изгиба, чем низкая опора, (рис. 4.12). Это говорит о том, что при эстакадах низкой или средней высоты возможности передачи осевых горизонтальных нагрузок на неподвижную опору мень-

Рис. 4.12. Изгиб стального трубопровода и высоких промежуточных опор, защемленных в грунте, при нагреве и скачкообразном сдвиге трубопровода

а — изгиб трубопровода и стоек промежуточных опор; б изменение горизонтальных осевых нагрузок на промежуточные опоры до и после сдвига трубопровода при его нагреве; НО — неподвижная опора; ПО — промежуточная опора; Р_ГОр ^— горизонтальная осевая нагрузка на промежуточную опору; Т — время нагрева трубопровода; 1 — положение трубопровода до начала нагрева; 2 — положение трубопровода при нагреве перед его сдвигом; 3 — положение промежуточных опор до начала нагрева трубопровода; 4 — положение промежуточных опор при нагреве перед сдвигом трубопровода; 5 — положение опор после сдвига

ше, чем при высоких эстакадах. Рис. 4.12 показывает, что трубопровод, удлиняясь из-за нагрева участка, расположенного между двумя промежуточными опорами, перед моментом сдвига как бы приобретает дугообразную форму и одновременно изгибает стойку опоры. После момента сдвига трубопровод и стойка опоры выпрямляются. В результате скачкообразного происхождения сдвигов трубопровод и стойка опоры сразу после момента сдвига выпрямляются;

разницы амплитуды изгиба неподвижных и промежуточных опор. Чем больше эта разница, тем больше возможность передачи осевых горизонтальных нагрузок на неподвижную опору-расстояния от точек приложения осевых горизонтальных нагрузок на балочные конструкции до ближайшей неподвижной опоры. Это расстояние в любом случае должно быть меньше длины максимально допустимого температурного блока конкретной балочной конструкции. Все это говорит о том, что балочные конструкции в общем случае, делают наземные эстакады более прочными, способными принимать на себя определенную долю или даже все осевые горизонтальные нагрузки, что дает возможность уменьшить размеры колонн, фундаментов и расход строительных материалов на их изготовление.

Горизонтальные боковые нагрузки от инженерных сетей должны восприниматься каждой конкретной балочной конструкцией, колонной и ее фундаментом. На неподвижные опоры, расположенные на определенном расстоянии, горизонтальные боковые нагрузки не передаются.

Нагрузки на неподвижные опоры. Они определяются после расчета нагрузок на подвижные опоры. Нагрузки на неподвижные опоры трубопроводных сетей могут быть вертикальными и горизонтальными. Вертикальные нагрузки определяют так же, как для подвижных опор.

Расчет горизонтальных нагрузок выполняют иначе. Горизонтальные нагрузки на неподвижные опоры трубопроводов возникают под влиянием следующих сил:

сил трения в подвижных опорах при термических перемещениях трубопроводов;

сил трения в сальниковых компенсаторах при термических перемещениях трубопроводов;

сил упругой деформации гибких компенсаторов или само-компенсирующих участков трубопроводов при термических перемещениях сетей или их растяжке в холодном состоянии;

внутреннего давления при использовании неуравновешенных сальниковых и сильфонных компенсаторов (то есть при наличии разрезных трубопроводов). При П-образных компенсаторах силы внутреннего давления воспринимаются самим трубопроводом и на неподвижные опоры не передаются.

При установке на конкретном участке сети уравновешенных сальниковых и сильфонных компенсаторов силы внутреннего давления уравновешиваются самой конструкцией компенсаторов и поэтому на неподвижные опоры не передаются.

Внутреннее давление создает горизонтальные нагрузки на неподвижные опоры, если в сети имеются заглушки и запорная арматура, находящаяся в закрытом состоянии. Это создает разницу давлений в участках сети, расположенных до и после этих элементов сети.

Горизонтальные нагрузки, порожденные упомянутыми силами, суммарно действуют на неподвижную опору только в том случае, когда она нагружена односторонне. Это имеет место, когда сети сразу за неподвижной опорой делают поворот, близкий к прямому углу (в плане или по вертикали), а также если неподвижная опора является концевой. Во всех остальных случаях горизонтальные нагрузки от сетей, расположенных по одну сторону неподвижной опоры, имеют действие, обратное нагрузкам, создаваемым трубопроводами, размещенными на другой стороне. Они в определенной степени как бы взаимно нейтрализуются. Так, например, при нагреве трубопроводов они удлиняются под действием сил трения и создают осевые горизонтальные нагрузки, встречно направленные к неподвижной опоре и сжимающие ее с обеих сторон. При охлаждении тех же трубопроводов происходит противоположное: силы трения растягивают неподвижную опору. На стойку колонны и фундамент неподвижной опоры наземной эстакады в этих случаях действует только разница осевых горизонтальных нагрузок, которая в определенных условиях может равняться даже нулю.

Значения горизонтальных нагрузок, действующих на неподвижные опоры и на отдельные строительные конструкции, зависят от схемы расположения сетей, запорной и другой арматуры трубопроводов, имеющих термические перемещения. Разнообразие этих схем велико и они хорошо освещены в специальной технической литературе. Там же даны формулы, вспомогательные номограммы и практические примеры, помогающие выполнению необходимых расчетов (наиболее полно эти вопросы рассмотрены в справочнике проектировщика "Проектирование тепловых сетей". — М.: Стройиздат, 1965 г.).

Глава 5. проектирование строительных конструкций  »

Библиотека »