Текст книги "Санитарно-технические работы"

Глава 5
Теплоснабжение

5.1. Общие сведения о теплоснабжении

Теплоснабжение — снабжение тепловой энергией систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения зданий различного назначения и технологических потребителей от единого теплоэнергетического центра: квартальной или районной котельной или ТЭЦ.

Теплоносителями в системах теплоснабжения могут быть горячая вода и пар. В систему централизованного теплоснабжения входят источник тепловой энергии, тепловые сети, центральный тепловой пункт (ЦТП). Генератором теплоты в таких системах могут быть котлы местных, квартальных, районных котельных или ТЭЦ и АТЭЦ, от которых теплота с помощью высокотемпературного теплоносителя по тепловым сетям подается в теплообменные устройства (бойлеры, элеваторные узлы) центральных тепловых пунктов и затем по теплопроводам с меньшей температурой теплоносителя поступает к отопительным приборам системы отопления здания.

Чтобы увеличить радиус действия источника теплоснабжения и уменьшить количество транспортируемого теплоносителя, а следовательно, уменьшить диаметры трубопроводов, используют воду с температурой до 150 °C (иногда и до 180 °C). Использование высокотемпературного теплоносителя объясняется тем, что вода, нагретая до 130–150 °C, отдает потребителю значительно большее количества тепла, чем вода, нагретая до 95 °C. Так, если 1 кг воды, нагретой до 130 °C, охладить до 70 °C, то в систему отопления выделится 60 ккал тепла, а 1 кг воды, нагретой до 95 °C, – только 25 ккал, т. е. в 2,4 раза меньше, чем в первом случае.

Тепловые сети, как правило, монтируют тупиковыми. Чтобы повысить надежность теплоснабжения зданий и сооружений, необходимо предусмотреть резервирующие перемычки между смежными магистралями, которые могут быть использованы как распределительные тепловые сети. Для зданий, в которых не допускается перерыв в подаче тепла, устраивают два ввода (двустороннее питание), каждый из которых обеспечивает подачу расчетного количества тепла на эти здания.

Водяные тепловые сети прокладывают двухтрубными, подающими одновременно тепло на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. В таких системах все время происходит циркуляция теплоносителя между источником теплоснабжения и местными системами потребителей тепла. В некоторых случаях, с учетом технико-экономических обоснований, допускается применять однотрубные тепловые сети. В однотрубных сетях теплоноситель полностью используется потребителем; охлажденная в системе отопления вода используется на технологические цели; излишек ее сбрасывается в систему канализации или водостоков.

Принципиальная схема теплоснабжения от районной котельной приведена на рис. 5.1, а. Нагретая в котлах 1 до температуры 115 °C вода подается по наружным магистралям 2 в системы отопления 3 (температура теплоносителя 95 °C) отдельных зданий и, охладившись в них, отводится в котлы по обратным магистралям 4.

Вода в системе циркулирует с помощью насоса 5, установленного в котельной. Расширительный сосуд присоединяется к обратной магистрали ближе к котельной.

Рис. 5.1. Схемы районного теплоснабжения: а – при температуре теплоносителя 95 °C; б – при температуре теплоносителя 160 °C; 1 – котлы; 2 – наружная подающая магистраль; 3 – система отопления здания; 4 – наружная обратная магистраль; 5 – насос; 6 – элеватор

Схема теплоснабжения с высокотемпературной водой (рис. 5.1, б) отличается от предыдущей схемы тем, что в зданиях устанавливают водоструйные элеваторы 6, которые к перегретой воде, поступающей в них, подмешивают охлажденную воду из местной системы отопления. Благодаря этому в местную систему отопления поступает вода с расчетной температурой 95 – 105 °C. Кроме того, элеваторы создают в системе циркуляционный напор. Водоструйный элеватор (рис. 5.2) состоит из сопла 7, камеры всасывания 3, в которую поступает охлажденная вода из обратной магистрали отопительной системы, смесительного конуса 4, где горячая вода смешивается с охлажденной, и диффузора 5, присоединяемого к подающему трубопроводу местной системы отопления. Благодаря конусообразной форме сопла 7 вода из него поступает в смесительный конус 4 с большой скоростью, создавая разрежение в кольцевом пространстве между соплом и конусом. Под влиянием разрежения вода из обратной линии подсасывается в смесительный конус, где смешивается с горячей водой, и через диффузор поступает в систему отопления.

Рис. 5.2. Водоструйный элеватор:1 – сопло; 2, 6, 7 – фланцы; 3 – камера всасывания; 4 – смесительный конус;5 – диффузор

Элеваторы различных номеров имеют разную подачу. Диаметр отверстия эжектирующего сопла перед установкой элеватора рассверливают до размера, указанного в проекте.

Вода в сети циркулирует с помощью сетевого насоса, установленного на источнике теплоснабжения. Использовать высокотемпературную воду потребитель может по закрытой или открытой системе. В закрытой системе высокотемпературная вода из сети не разбирается, а циркулирует в теплосети, в открытой же системе частично разбирается потребителем. Закрытая и открытая системы различаются между собой принципом подсоединений горячего водоснабжения.

Рис. 5.3. Схема теплоснабжения с двумя последовательно подключенными бойлерами горячего водоснабжения:1 – система горячего водоснабжения; 2 – водонагреватель второй ступени;3 – элеватор; 4 – холодный водопровод; 5 – водонагреватель первой ступени

Закрытая система (рис. 5.3) состоит из двух последовательно включенных водонагревателей 2 и 5, в которых холодная водопроводная вода сначала нагревается обратной сетевой водой в водонагреватель 5 первой ступени, а затем в водонагревателе 2 второй ступени согревается до заданной температуры. Водонагреватель второй ступени подсоединен к сетевой воде. Вода из подающей линии, пройдя водонагреватель, опять поступает в эту же линию. На подающей линии теплосети установлены регулятор расхода с термореле или трехходовой клапан, которые поддерживают постоянную температуру горячего водоснабжения.

Рис. 5.4. Схема теплоснабжения с непосредственным разбором горячей воды;1 – терморегулятор ТРЖ-ОРГРЭС-3; 2 – выход воды в систему горячего водоснабжения; 3 – выход воды в местную систему отопления

Водонагреватели установлены, как правило, в отдельно стоящем центральном тепловом пункте (ЦТП), обслуживающем несколько зданий. Здания подключают к ЦТП по четырехтрубной схеме – две трубы для отопления и две трубы для горячего водоснабжения (подающая и циркуляционная).

В открытых системах (рис. 5.4) при непосредственном разборе воды из тепловых сетей для целей горячего водоснабжения устанавливают регуляторы (ТРЖ-ОРГРЭС-3 и РТБ), которые автоматически поддерживают температуру смешанной воды, поступающей к потребителю и равной 65 °C.

5.2. Тепловые сети

Теплоноситель транспортируется от источника теплоснабжения к потребителям (жилым домам, общественным зданиям и промышленным предприятиям) по теплопроводам, называемым тепловыми сетями. Тепловые сети разделяются на магистральные, прокладываемые на главных направлениях населенного пункта, распределительные – внутри квартала, микрорайона и ответвления к отдельным зданиям.

Схемы тепловых сетей радиальные. Чтобы не было перерывов в снабжении потребителей теплотой, отдельные магистральные сети соединяют между собой, устраивают перемычки между ответвлениями. Радиус действия водяных сетей достигает значительной величины (15 км и более). В больших городах сооружают кольцевые тепловые сети.

По способу прокладки тепловые сети делятся на надземные (воздушные) и подземные. Надземную прокладку теплопроводов (на отдельно стоящих мачтах или эстакадах, на кронштейнах, заделываемых в стены здания) применяют на территориях промышленных предприятий, при сооружении тепловых сетей вне черты города, при пересечении оврагов, при высоком стоянии грунтовых вод и т. п. Подземная прокладка теплопроводов – канальная и бесканальная – предусматривается для тепловых сетей городов и населенных пунктов.

При канальной прокладке теплопроводы размещаются в проходных и полупроходных каналах и коллекторах (прямоугольных и цилиндрических), иногда совместно с другими коммуникациями, и в непроходных каналах (прямоугольных, цилиндрических и полуцилиндрических). Каналы выполняют по типовым проектам, чаще из железобетона. Высота проходного канала – не менее 1,8 м, полупроходного – не менее 1,4 м, свободный проход в проходном канале – не менее 0,7 м, в полупроходном – не менее 0,6 м. Общие коллекторы оборудуются монтажными проемами, вентиляцией, освещением, телефонной связью и средствами водоотлива. В непроходных каналах размещаются теплопроводы тепловых сетей, не требующие постоянного наблюдения. Обычно такие каналы оборудуют системой дренажа.

Бесканалъная прокладка теплопроводов по конструкции тепловой изоляции подразделяется на засыпную, сборную, сборнолитую, литую и монолитную. Основной недостаток бесканальной прокладки – повышенная просадка и наружная коррозия теплопроводов, а также увеличенные теплопотери в случае нарушения гидроизоляции теплоизолирующего слоя. Этот недостаток устраняется при использовании теплогидроизоляции на основе полимербетонных смесей.

К бесканальной сборной прокладке относятся также теплопроводы, окрашенные снаружи и устанавливаемые на подвижных опорах ПО-1, которые размещают на плитах днища канала теплотрассы и закрывают сверху, как крышей, сборными лотками из керамзитобетона.

Теплопроводы в каналах укладывают на подвижные или неподвижные опоры. Подвижные опоры служат для передачи собственного веса теплопроводов на несущие конструкции. Кроме того, с их помощью обеспечивается перемещение труб, происходящее вследствие изменения их длины при колебании температуры теплоносителя. Подвижные опоры бывают скользящие и катковые.

Скользящие опоры используют в тех случаях, когда основание под опоры достаточно прочное для восприятия больших горизонтальных нагрузок. В противном случае устанавливают катковые опоры, создающие меньшие горизонтальные нагрузки. При прокладке трубопроводов больших диаметров в тоннелях, на каркасах или на мачтах монтируют катковые опоры.

Неподвижные опоры служат для распределения температурных удлинений теплопровода между компенсаторами и для обеспечения равномерной работы последних. В камерах подземных каналов и при надземных прокладках неподвижные опоры выполняют в виде металлических конструкций, сваренных или соединенных на болтах с трубами.

Для восприятия температурных удлинений и разгрузки теплопроводов от термических напряжений на теплосети устанавливают радиальные (гибкие и волнистые шарнирного типа) и осевые (сальниковые и линзовые) компенсаторы или самокомпенсирующиеся теплопроводы (из труб с винтовыми гофрами).

Рис. 5.5. Оборудование тепловых сетей: а – радиальные П-образные компенсаторы в непроходном канале; б – камера для установки задвижек на тепловых сетях; 1,2 – ответвления подающего и обратного магистральных теплопроводов; 3 – камера; 4 – параллельные задвижки; 5 – опоры теплопроводов; 6,7 – магистральные теплопроводы

Гибкие П– и S-образные компенсаторы изготовляют из труб и отводов (гнутых, крутоизогнутых и сварных) для теплопроводов диаметром от 50 до 1000 мм. Такие компенсаторы устанавливают в непроходных каналах, когда невозможен осмотр проложенных теплопроводов, а также в зданиях при бесканальной прокладке. Допустимый радиус изгиба при изготовлении компенсаторов составляет 3,5–4,5 наружного диаметра трубы (рис. 5.5).

Рис. 5.6. Сальниковые компенсаторы: а – односторонний; б – двусторонний; 1 – корпус; 2 – стакан; 3 – фланцы

С целью увеличения компенсирующей способности гнутых компенсаторов и уменьшения компенсационных напряжений обычно их предварительно растягивают. Для этого компенсатор в холодном состоянии растягивается в основании петли, с тем чтобы при подаче горячего теплоносителя и соответствующем удлинении теплопровода плечи компенсатора оказались в положении, при котором напряжения будут минимальными. Сальниковые компенсаторы (рис. 5.6) имеют небольшие размеры, большую компенсирующую способность и оказывают незначительное сопротивление протекающей жидкости. Их изготовляют односторонними и двусторонними для теплопроводов диаметром от 100 до 1000 мм. Сальниковые компенсаторы состоят из корпуса с фланцем на уширенной передней части. В корпус компенсатора вставлен подвижный стакан с фланцем для установки компенсатора на теплопроводе. Чтобы сальниковый компенсатор не пропускал теплоноситель, в промежутке между корпусом и стаканом укладывают сальниковую набивку, которую вжимают фланцевым вкладышем с помощью шпилек, ввинчиваемых в корпус компенсатора.

При подземных прокладках теплосетей для обслуживания запорной арматуры устраивают подземные камеры прямоугольной формы, в которых прокладывают ответвления и сети к потребителям. Горячая вода в здание подается по теплопроводу, укладываемому с правой стороны канала. Подающий и обратный теплопроводы устанавливают на опоры и покрывают изоляцией. Стены камер выкладывают из кирпича, блоков или панелей, перекрытия – из сборного железобетона в виде ребристых или плоских плит, дно камеры – из бетона. Вход в камеры – через чугунные люки. Для спуска в камеру под люками в стене заделывают скобы или устанавливают металлические лестницы. Высота камеры должна быть не менее 1800 мм. Ширину выбирают с таким расчетом, чтобы проходы между стенами и трубами были не менее 500 мм.

5.3. Теплоизоляция трубопроводов

Тепловую изоляцию устраивают для трубопроводов тепловых сетей, арматуры, фланцевых соединений, компенсаторов и опор труб независимо от температуры теплоносителя и способов прокладки. Температура на поверхности теплоизоляционной конструкции трубопровода в технических подпольях и подвалах жилых и общественных зданий должна быть не более 45 °C, а в тоннелях, коллекторах, камерах и других местах, доступных обслуживанию, не более 60 °C.

Теплопроводы отопления, чтобы сократить непроизводительные потери теплоты, покрывают слоем тепловой изоляции. Для ее устройства (рис. 5.7, а, б) первоначально наружную поверхность теплопровода очищают металлическими щетками и покрывают антикоррозионным лаком 5, затем трубы обертывают матами 4 из минеральной ваты. После этого наружную поверхность обтягивают металлической сеткой 7, которую оштукатуривают асбестоцементным раствором 2 (для защиты изоляции) толщиной 10 мм при диаметре труб до 300 мм и 15 мм – при диаметре труб более 300 мм. Для внутренних коммуникаций поверхность изоляции оклеивают мешковиной или марлей 6 и окрашивают масляной краской 7. Для защиты тепловой изоляции применяют асбестоцементные полуцилиндры (скорлупы), которые крепят металлическими хомутами.

В целях индустриализации работ по устройству тепловой изоляции используют также перлитоцементные полуцилиндры 9 (рис. 5.7, в), предназначенные для теплопроводов с температурой теплоносителя до 150 °C, которые прокладывают в проходных каналах, технических подпольях и внутри зданий. Изоляцию теплопроводов полуцилиндрами выполняют с перевязкой поперечных швов. Полуцилиндры укладывают насухо, вплотную один к другому и стягивают крепежными хомутами 10 – металлическими поясами толщиной 0,3–0,5 мм, шириной 25 мм. Высокоэффективную теплоизоляцию обеспечивают заполнители на пенополиуретановой основе. Заполнители подают в зазор между теплопроводом и металлическим кожухом, который крепится к теплопроводу специальными распорками. После заполнения зазора изоляционный материал в результате химической реакции затвердевает.

Рис. 5.7. Тепловая изоляция теплопроводов:

а – для наружных магистралей; б – для внутренних магистралей; в – из перлитоцементных скорлуп; 1 – металлическая сетка; 2 – асбестоцементный раствор; 3 – гидроизоляционный слой; 4 – маты; 5 – антикоррозионное покрытие; 6 – марля; 7 – краска; 8 – теплопровод; 9 – полуцилиндр; 10 – хомут

Битумоперлитовая изоляция представляет собой смесь вспученного перлитового песка, нефтяного битума и пассивирующей добавки, которая надежно защищает трубопроводы от коррозии. Сверху битумоперлитовой изоляции наносят покровный слой из двух слоев стеклоткани, наклеенной на битумной мастике или латексе СКС-65.

5.4. Центральные тепловые пункты

Центральный тепловой пункт (ЦТП) – это отдельно стоящее здание, в котором располагаются водонагреватель (бойлеры), тепловые и водомерные узлы, циркуляционные, повысительные установки хозяйственно-питьевого противопожарного водоснабжения, приборы автоматики и запорнорегулирующая арматура.

Система автоматизации ЦТП предусматривает управление циркуляционными насосами систем горячего водоснабжения и насосами холодного водоснабжения, поддержание постоянного давления после насосов холодного водоснабжения, поддержание постоянной температуры в системе горячего водоснабжения, поддержание постоянного расхода теплоносителя на вводе.

Управление циркуляционными насосами систем отопления сводится к тому, что при аварии одного из насосов автоматически включается в работу резервный насос и одновременно подаются световой и звуковой сигналы на щит управления.

Подпиточный насос для восполнения водой систем отопления включается в зависимости от уровня воды в расширительном сосуде или при снижении давления теплоносителя в теплопроводе ниже нормированного. Как только вода достигнет критического (нижнего) уровня, поплавковое реле уровня подает сигнал и автоматически включает в работу насос. При заполнении систем и достижении верхнего предела насос останавливается.

При зависимом подключении системы отопления к тепловым сетям с высокотемпературным теплоносителем на вводе в здание монтируют индивидуальный тепловой пункт (ИТП). Он может быть без элеватора или с элеватором, к которому присоединяется местная система. Вода температурой выше 105 °C поступает в водоструйный элеватор с постоянным или регулируемым соплом, где смешивается с частью обратной воды из местной системы. Требуемая температура смешанной воды регулируется задвижками. Обратная вода из системы через водомер, который соединен с тепломером штуцерами, поступает в тепловую сеть. Температуру воды контролируют тремя термометрами, установленными до и после элеватора и на обратной линии; давление – тремя манометрами, размещенными на одном уровне. Ввод оборудован регулятором, автоматически поддерживающим постоянный расход воды. В отдельных случаях устанавливают регулятор подпора. Грязь, попадающая в сеть, улавливается грязевиками.

В современных системах отопления для автоматического регулирования количества теплоносителя применяется электронный элеватор с регулируемым соплом (рис. 5.8).

Рис. 5.8. Электронный элеватор с регулируемым соплом типа «Электроника Р-1»: 1 – синхронный электродвигатель; 2 – трехступенчатый цилиндрический редуктор; 3 – элеватор; 4 – манометр; 5 – термометр; 6 – грязевик; 7 – водомер; 8 – реледавления

Внутри сопла установлена игла, работающая от редуктора с встроенным электродвигателем. Управление перемещением штока с иглой происходит от электронной системы, состоящей из блока электронного управления, датчиков температур теплоносителя и наружного воздуха. Внутри сопла установлена игла, работающая от редуктора с встроенным электродвигателем. Управление перемещением штока с иглой происходит от электронной системы, состоящей из блока электронного управления, датчиков температур теплоносителя и наружного воздуха.

5.5. Монтаж систем теплоснабжения

Для тепловых сетей в зависимости от параметров теплоносителя (температуры, давления) применяют стальные электросварные и бесшовные трубы.

Для теплопроводов тепловых сетей при рабочем давлении пара 0,07 МПа и менее и температуре воды 115 °C и ниже следует использовать электросварные трубы и арматуру из ковкого чугуна.

Все работы по подготовке теплопровода – очистку и противокоррозионную изоляцию стальных труб (если изоляция не выполняется специальными машинами на трассе), заготовку и сборку узлов теплопровода, изготовление стальных фасонных частей, П-образных компенсаторов и проверку их испытательным давлением, изготовление подвижных и неподвижных опор и других деталей – выполняют заранее на трубозаготовительных заводах или на механизированных базах и готовыми доставляют на трассу.

Монтажно-сборочные работы на трассе включают следующие операции: перемещение привезенных труб к месту укладки; подготовку и обработку концов труб для сварки стыков; опускание труб в траншею или подъем на мачты с помощью кранов; монтаж и сварку опор; установку труб на опоры; подгонку концов труб; установку и подгонку отводов, компенсаторов и фланцев при сварке; установку в колодцах задвижек; гидравлическое испытание труб.

Для уменьшения термических напряжений в теплопроводах при их эксплуатации в период монтажа производят их предварительную растяжку.

Трубы тепловых сетей соединяют на сварке. В местах, где установлена арматура, делают фланцевые соединения. Сварной стык должен быть не ближе 1 м от опоры, а трубы – плотно лежать на опорах. Подающие теплопроводы тепловых сетей, как правило, нужно укладывать с правой стороны по движению теплоносителя. При использовании самокомпенсирующихся труб, чтобы упростить устройство на теплопроводе перемычек, ответвлений, спускников и задвижек, а также для проведения ремонтных работ, вваривают вставки из гладкостенных труб (до 10 м на 100 м теплопровода).

Оси проложенных труб в каналах на участке между двумя смежными неподвижными опорами должны быть параллельными. Допускается отклонение в пределах 5 мм на 10 м длины теплопровода в горизонтальной плоскости и 10 мм в вертикальной.

Уклоны тепловых сетей в сторону спускных устройств должны быть: при подземной прокладке и отсутствии грунтовых вод и надземной прокладке – 0,002, а при прокладке в зоне грунтовых вод – 0,003.

После завершения строительно-монтажных работ теплопроводы тепловых сетей подвергают окончательным (приемочным) испытаниям на прочность и герметичность. Кроме того, конденсатопроводы и теплопроводы водяных тепловых сетей должны быть промыты, паропроводы – продуты паром со сбросом в атмосферу через специально установленные продувочные патрубки с запорной арматурой, а трубопроводы водяных тепловых сетей при открытой системе теплоснабжения – промыты водой питьевого качества и продезинфицированы. Теплопроводы закрытых систем теплоснабжения и конденсатопроводы подвергают гидропневматической промывке.

Теплопроводы, прокладываемые бесканально и в непроходных каналах, также предварительно испытывают на прочность и герметичность.

Грунтовую воду из каналов, тоннелей и сетей отводят самотеком или откачивают насосами в ливневую канализацию, водоемы и поглощающие колодцы.

Узлы индивидуальных тепловых пунктов на абонентских вводах монтируют в следующем порядке: производят разметку и пристрелку креплений; устанавливают элеваторный узел; выверяют установку элеваторного узла; присоединяют теплопроводы к элеваторному узлу.

Монтаж ЦТП ведут объемными блоками полной заводской готовности.

Испытание тепловых сетей. Теплопроводы тепловых сетей подвергают гидростатическому испытанию давлением, равным рабочему с коэффициентом 1,25 МПа.

Гидростатическое испытание производят, соблюдая следующие требования: задвижки на испытуемом участке должны быть полностью открыты, сальники уплотнены; для отключения испытуемого участка теплопровода от действующих сетей должны быть установлены гладкие фланцы или заглушки.

Гидростатическое испытание выполняют в такой очередности: после заполнения линии водой температурой не менее 5 °C в теплопроводах устанавливают давление, равное рабочему, и выдерживают в течение 10 мин. Если при рабочем давлении не будут обнаружены какие-либо дефекты или утечки, его доводят до испытательного и выдерживают в течение того времени, которое необходимо для осмотра трассы, но не менее 10 мин.

Результаты испытания теплопроводов считают удовлетворительными, если во время их проведения давление не упало, а в сварных швах труб и корпусах арматуры не обнаружено признаков разрыва, течи или запотевания.