Виды труб, их соединения и способы прокладки

Для тепловых сетей наибольшее распространение получили электросварные трубы, стальные бесшовные трубы. Кроме металлических труб в последние годы находят применение неметаллические трубы. В экспериментальных целях для прокладки тепловых сетей используются асбестоцементные, железобетонные и с пластмассовым покрытием трубы. В дальнейшем предполагается применять и пластмассовые трубы. Стальные трубы изготовляют из мягкой углеродной стали. Что облегчает выполнение изгибов, резьбы на трубах и различных монтажных операций. Стоимость бесшовных труб выше, чем сварных, но они более надежны в эксплуатации и их рекомендуется использовать в местах, не доступных для ремонта.

Широкое применение стальных труб в системах централизованного отопления объясняется их прочностью, простотой сварных соединений, близким соответствием коэффициента линейного расширения коэффициенту расширения бетона, что важно при заделке труб в бетон (например, в бетонных панелях радиатора). Перспективно применение гибких стальных труб с защитной пластмассовой оболочкой.

Стальные трубы соединяются, как правило, сваркой. Это вид соединения по прочностным свойствам не уступает прочности самих труб. Асбестоцементные трубы соединяются с помощью манжетных компенсаторов либо муфт с резиновыми уплотнительными кольцами, служащими одновременно и для компенсации температурных деформаций.

Эти соединения менее надежны, чем сварные: при просадке грунта или нарушении соосности труб возможны нарушения стыков и утечка воды.

Термостойкие пластмассовые трубы обладают пониженным коэффициентом трения, вследствие чего снижается их гидравлическое сопротивление, они не зарастают и не подвержены коррозии. Гибкость пластмассовых труб, простота их обработки значительно облегчают монтаж, пониженная теплопроводность уменьшает теплопотери через их стенки. Внедрение пластмассовых труб в отопительную технику ограничивается повышенной стоимостью термостойких их видов, которые не размягчаются или не изменяют свою структуру (не «стареют») при длительном взаимодействии с теплоносителем.

В системах отопления используют неоцинкованные (черные) стальные сварные водогазопроводные трубы (ГОСТ 3262-75*) D_у=10-50 мм трех типов: легкие, обыкновенные и усиленные (в зависимости от толщины стенки). Усиленные толстостенные трубы применяют редко – в уникальных долговременных сооружениях при скрытой прокладке. Легкие тонкостенные трубы предназначены под сварку или накатку резьбы для их соединения при открытой прокладке в системах отопления. Обыкновенные трубы используют при скрытой прокладке и в системах парового отопления.

Размер водогазопроводной трубы обозначается цифрой условного диаметра в мм (например, D_у=20). Водогазопроводная труба D_у20 имеет наружный диаметр 26,8 мм, а ее внутренний диаметр изменяется в зависимости от толщины стенки от 20,4 (усиленная труба) до 21,8 мм (легкая труба). Изменение внутреннего диаметра влияет на площадь поперечного сечения «канала» для протекания теплоносителя. Поэтому одно и то же количество теплоносителя будет двигаться в трубе одного и того же условного диаметра с различной скоростью большей – в усиленной и меньшей – в легкой трубе.

Стальные электросварные трубы(ГОСТ 10704-76*) выпускают со стенками различной толщины. Поэтому в условном обозначении выбранной трубы указывают наружный диаметр и толщину стенки (если выбрана труба 76Х2,8 мм, то это означает, что она имеет наружный диаметр 76 мм, толщину стенки 2,8 мм и, следовательно, внутренний диаметр 70,4 мм). При этом стенку принимают наименьшей толщины (по сортаменту труб, выпускаемых заводами). Например, используют трубы D_у=20 со стенкой толщиной 2,0 мм (легкая водогазопроводная труба D_у=20 имеет стенку толщиной 2,5 мм).

Стальные трубы, применяемые в системах центрального отопления. Выдерживают, как правило, большее гидростатическое давление (не менее 1 МПа), чем отопительные приборы и арматура. Поэтому предельно допустимое гидростатическое давление в системе водяного отопления устанавливают по рабочему давлению, на которое рассчитаны не трубы, а другой менее прочный элемент (например, отопительные приборы).

Сеть трубопроводов, по который под определенным давлением перемещается вода, или пар, состоит из отдельных соединенных между собой участков стальных труб. Трубопровод на всем протяжении, в том числе в местах соединений, должен быть прочным, плотным и сохранять свою непроницаемость при удлинении или укорачивании от температурных изменений.

Стальные трубы можно соединять на резьбе и сварке.

Для соединения стальных труб на резьбе используют соединительные части (фитинги) из ковкого чугуна и стали. Соединительные части из ковкого чугуна применяют для трубопроводов, по которым проходит вода или пар с температурой не выше 175⁰С и давлением до 16 кгс/см² при проходах не свыше 1,05" и до 10 кгс/см² при проходах от 2 до 4".

Стальные соединительные части (фитинги) можно использовать для трубопроводов всех диаметров при давлении до 16 кгс/см² .

Соединительные части изготавливают с цилиндрической резьбой. Фитинги из ковкого чугуна на концах имеют утолщения – буртики, необходимые для большей прочности.

Фитинги из стали не имеют на концах буртиков. Соединительными частями из ковкого чугуна с цилиндрической резьбой для соединения труб по прямой и заглушки концов являются: муфты прямые и переходные, соединительные гайки, футорки, контргайки, пробки (рисунок 22).

 

Рисунок - 22 Соединительные части из кованого чугуна для соединения труб по прямой: а) муфта прямая; б) муфта переходная; в) соединительная гайка; г) футорка; д) контргайка; е) пробка

Рисунок - 23 Соединительные части из кованого чугуна для соединения труб под углом и устройства ответвлений: а) угольник прямой; б) угольник переходной; в) тройник прямой; г) тройник переходной; д) тройник с двумя переходами; е) крест прямой; ж) крест переходной; з) крест с двумя переходами

 

Для соединения труб под углом применяют следующие соединительные части из ковкого чугуна (рисунок 23): угольники прямые и переходные, тройники прямые и переходные, кресты прямые и переходные.

Торцы фитингов должны быть ровными и перпендикулярными к оси соединительной части. Внутренняя и наружная резьбы должны быть чистыми, без заусенцев и рванин и нарезанными точно по осевым линиям фитингов. Допускаются участки с сорванной резьбой, если их длина в сумме не превышает 10% длины резьбы.

Чтобы обеспечить непроницаемость стыка при резьбовых соединениях, применяют уплотнительный материал – лен, асбест, натуральную олифу, белила, суриковую и графитную замазку.

При цилиндрических резьбовых соединениях труб, по которым идет холодная и горячая вода (с температурой до 100⁰С), уплотнительным материалом служит льняная прядь, пропитанная суриком или белилами, замешанными на натуральной олифе.

Для трубопроводов с температурой теплоносителя выше 100⁰С в качестве уплотнителя применяют асбестовую прядь вместе с льняной прядью, пропитывая их графитом, замешанным на натуральной олифе. Резьбу вначале промазывают суриком или белилами. На короткие резьбы льняную прядь наматывают со второй нитки от торца трубы по ходу резьбы тонким ровным слоем «врасстилку», без обрыва. Прядь необходимо предварительно тщательно рассучить, чтобы волокна хорошо отделялись. Прядь должна быть сухой. Намотанную прядь сверху по ходу резьбы промазывают разведенным суриком. Прядь не должна свисать с конца трубы или входить внутрь трубы, так как это может вызвать засорение трубопровода.

Фасонные части нужно навертывать на трубы до отказа, т.е. так, чтобы они заклинились на последних двух конусных нитках (сбеге) резьбы, чем обеспечивается надежное соединение.

Кроме короткой резьбы, трубы соединяют и на длинной резьбе, применяя сгоны.

Стандартные сгоны длиной 110 мм изготавливают из труб диаметром 1/2 и 3/4", 130 мм – из труб диаметром 1 и 1,25 и 150 мм из труб диаметром 1,5 - 2"; сгон длинный, устанавливаемый на сгонах отопления; имеет длину 300 мм; сгон компенсирующий длиною 130 мм изготавливают из труб диаметром ½ и 3/4" и 140 мм – из труб диаметром 1 и 1,25", устанавливаемый у нагревательных приборов.

Соединяют сгон следующим образом. На длинную резьбу насухо навертывают контргайку и муфту. Свинчивая муфту с длинной резьбы,ее навинчивают до конца короткой резьбы, применяя уплотнительный материал. Затем наматывают у торца муфты по хо­ду резьбы свитый в жгутик уплотнительный материал, контргай­ку плотно подгоняют к муфте. Жгутик помещается в фаске муфты и препятствует просачиванию воды или пара по резьбе.

При отсутствии в муфте фаски жгутик уплотнительного мате­риала можно выдавить контргайкой, и соединение не будет доста­точно плотным.

Места соединения труб необходимо очистить от выступающего уплотнительного материала ножовочным полотном.

Асбестовый шнур со льном наматывают от сбега к началу резь­бы, что позволяет более плотно уложить его на резьбе и не сбить при навинчивании фасонной части.

В последнее время вместо льна, сурика и олифы для уплотнения резьбовых соединений при монтаже систем из водогазопроводных труб применяется уплотнительная лента на основе фторопластов — лента ФУМ.

Лента ФУМ состоит из фторлона 4Д (80—84%) и вазелинового масла для смазки (20—16%).

Фторлон 4Д стоек ко всем минеральным кислотам, щелочам и другим агрессивным средам.

Для уплотнения резьбовых соединений используется лента ши­риной 10—15 мм и толщиной 0,08—0,12 мм.

Поверхность ленты должна быть ровной, без разрывов и вздутий.

По внешнему виду лента имеет белый цвет, допускается наличие небольших оттенков и пятен.

Лента ФУМ применяется при монтаже систем водоснабжения, отопления и газопроводов, а также и монтаже технологических трубопроводов, транспортирующих среду с температурой от -50 до +200° С.

Для соединения трубопроводов с применением ленты ФУМ пред­варительно резьбы очищают от загрязнения, протирая их ветошью;

затем на резьбы наматывают ленту по направлению резьбы, как показано на рисунке 69, после чего навертывают фитинг или арматуру. На трубы диаметром 15—20 мм ленту наматывают в три слоя, а на трубы диаметром 25—32 мм — в четыре слоя.

При выполнении разъемных соединений (сгонах) между муфтой и контргайкой наматывают жгут из 3-х слоев той же ленты.

Если резьбовое соединение не обеспечивает герметичности и по­является необходимость замены уплотняющего материала, резьбу нужно хорошо очистить от ленты и заново произвести соединение с соблюдением всех указанных выше операций.

Сварка труб должна производиться, как правило, до уплотнения резьбового соединения лентой ФУМ. В случае необходимости выполнения сварного стыка после уплотнения резьбового соединения последний должен быть расположен не ближе чем на 400 мм от места сварки.

Трубы соединяют также при помощи соединительных гаек. На обоих концах соединяемых труб нарезают короткие резьбы и навинчивают на уплотнительном материале штуцера соединительной гайки. Затем, поставив между соприкасающимися плоскостями штуцеров прокладку из тряпочного картона, проваренную в олифе, или паронитовую прокладку (для пара), стягивают штуцера накидной гайкой.

При соединении труб с муфтовой арматурой нарезают трубы с уменьшенной короткой резьбой, соответствующей длине резьбы на арматуре.

Трубопроводы тепловых сетей прокладываются параллельно рельефу местности с минимальным уклоном 0,002. В нижних точках сети предусматриваются выпуски для опорожнения сетей, в верхних - воздушники для выпуска воздуха.

Прокладка тепловых сетей может осуществляться в проходных и непроходных каналах, а также быть надземной. Первый вид прокладки широкого использования не нашел, хотя применение его целесообразно в крупных городах. В таких каналах (коллекторах) прокладываются большая часть инженерных подземных городских сетей: теплопроводы, водопроводы, силовые и осветительные кабели, кабели связи и др.

Размеры проходных коллекторов выбираются таким образом, чтобы они обеспечивали свободное обслуживание всех трубопроводов и оборудования (задвижки, сальниковые компенсаторы, дренажные устройства, КИП и т.п.). Такие каналы оборудуются вентиляцией с целью поддержания температуры воздуха не выше 30 град С, электрическим освещением (напряжением до 30 В) и устройствами для быстрого отвода воды из каналов.

В случаях, когда количество прокладываемых трубопроводов невелико, но доступ к инженерным сетям необходим, устраиваются полупроходные каналы. Размеры этих каналов выбирают таким образом, чтобы была возможность прохода человека в полусогнутом состоянии. С учетом этого обстоятельства высота каналов должна быть не менее 1400 мм.

Прокладка теплопроводов в настоящее время преимущественно осуществляется в непроходных каналах, непосредственно в грунтах (бесканальная прокладка) и на опорах по выравненной поверхности земли.

При прокладке трубопроводов в непроходных каналах наибольшее распространение получили каналы лоткового и сборного типов. В том случае, если по каким-то причинам монтаж железобетонных каналов невозможен, выкладываются кирпичные каналы.

 

Рисунок - 24 Непроходные каналы:

а) каналы из лотковых элементов (типа КЛ); б) – то же из сборных элементов (типа КС);

в) – то же кирпичные

1 – плита перекрытия; 2 – лотковый элемент; 3 – песчаная или бетонная подготовка

4 – стеновая плита; 5 – плита днища; 6 – кирпичная стена.

 

Наземная прокладка может осуществляться на низких (Н=0,5...2,0 м) и высоких опорах (Н=2...3м). Этот вид прокладки применяется на производственных предприятиях, в районах вечной мерзлоты, а также и в других случаях при достаточном обосновании.

При бесканальной прокладке трубопроводы со специальной тепловой изоляцией укладываются непосредственно в грунт на специальную подготовку.

Если на трассе тепловых сетей имеются грунтовые воды с высоким уровнем воды, то предусматривается водопонижение (дренаж). С этой целью, параллельно теплопроводам, прокладываются дренажные трубопроводы, которые и удаляют грунтовые воды. Уклон труб попутного дренажа должен быть не менее 0,003, причем он может не совпадать с уклоном тепловых сетей.

 

Рисунок - 25 Бесканальная прокладка трубопроводов с продольным дренажем.

1 - канализационный или дренажный колодец; 2 - обратный клапан- ”захлопка”;

3 - асбестоцементная труба дренажного выпуска Æ 100 мм; 4 - асбестоцементная труба продольного дренажа Æ 100 мм с отверстиями 3х150 мм; 5 - обратный фильтр из гравия;

6 - среднезернистый песок содержанием пылеватых частиц (0,01...0,25 мм) не более 40%;

7-теплопроводы.

 

Рисунок - 26 Бесканальная прокладка трубопроводов с продольным дренажем

а - конструкция сборно-литая; б-то же, литая.

1 - плотный слой; 2 - пористый слой; 3 - то же, порошкообразный.

 

В последнее время нашла применение бесканальная прокладка теплопроводов в засыпных порошках. Изоляция трубопроводов с помощью засыпных гидрофобных порошков получила широкое распространение за рубежом. Одной из конструкций такого типа, разработанной Всесоюзным теплотехническим институтом, прокладка теплопроводов в засыпных самоспекающихся асфальтитах. Основным компонентом для изготовления самоспекающегося порошка служит природный битум - асфальтит или искусственный битум - продукт нефтеперерабатывающих заводов. Процесс производства работ по прокладке таких трубопроводов состоит из двух основных операций: засыпки труб в траншее порошкообразным асфальтоизолом, нагрева труб до температуры его плавления (140....150⁰С) и поддержания этой температуры в течение 30....40 ч. В период разогрева трубопровода непосредственно на поверхности трубы образуется плотный слой из расплавленного асфальтоизола, имеющий адгезию к наружной поверхности стального трубопровода и защищающий ее от увлажнения и коррозии. За этим плотным слоем образуется второй спекшийся слой, который имеет пористую структуру и является основным теплоизоляционным слоем. Наружный, третий, порошкообразный неспекшийся слой асфальтоизола служит дополнительной тепло- и гидроизоляцией.

 

Рисунок - 27 Городской коллектор

1 - железобетонный объемный элемент; 2 – 3 - подающий и обратный теплопроводы;

4 - водопровод; 5 - силовые кабели; 6 - кабели связи.

 

Бесканальная прокладка теплопроводов может быть выполнена также из литых конструкций. В качестве материала для сооружения таких теплопроводов используется пенобетон или перлитобетон. Смонтированные в траншее стальные трубопроводы заливают жидкой композицией изолирующего материала, приготовленной непосредственно на трассе или доставленной в контейнере с производственной базы. После схватывания композиции траншея засыпается грунтом.

Прокладка сетей в каналах обходится дороже, чем бесканальная. Однако к достоинствам прокладки в каналах следует отнести меньше потери тепла в окружающую среду, большую долговечность и удобство эксплуатации при вскрытии каналов во время ремонта тепловых сетей. Их недостатком является возможность заиливания каналов при попадании в них талых и дождевых вод.

Дополнительно можно отметить, что толщина песчаной подушки должна быть не менее 0,25...0,30 м; размеры h₁ в сухих грунтах принимаются в пределах 120....180 мм, , в мокрых - 220...230 мм, h=100...150 мм, h₂³500 мм, а L»700...800 мм.

Для отключения отдельных участков сети при проведении ремонтных работ предусматривается установка задвижек через 1000 м. Кроме того, задвижки необходимо устанавливать на всех ответвлениях от магистрали.

Глубину заложения тепловых сетей при прокладке в каналах принимают не менее 0,5 м до верха перекрытий каналов, при бесканальной - не менее 0,7 м до верха изоляционной оболочки трубопровода. В проходных, полупроходных и непроходных каналах трубопроводы покрываются изоляцией. Изоляция осуществляется сравнительно просто - нанесением теплоизоляционного слоя непосредственно на трубопровод или поверх его покровного гидрофобного рулонного материала.

С целью предохранения теплоизоляционных конструкций теплопроводов от внешних воздействий рекомендуется применять различные защитные покрытия. При подземной бесканальной прокладке можно применять полимерную оболочку из полиэтилена высокого давления, делать гидроизоляцию на изольной массе или же из асбестоцементной штукатурки по металлической сетке и др. Теплопроводы, уложенные в непроходных каналах и тоннелях, защищаются рулонным стеклопластиком, армопластмассовыми материалами, стеклотекстолитом, фольгоруберондом, фольгоизолом, рубероидом, покрытым стеклотканью, алюминиевой фольгой, асбестоцементной штукатуркой по металлической сетке и пр.

Особенно тщательно следует изолировать теплоизоляционные конструкции теплопроводов при их наземной прокладке. В этом случае применяются алюминиевые или из его сплавов листы, тонколистовая сталь, сталь листовая углеродистая общего назначения стеклопластик рулонный, армоплстмассовые материалы и др. При небольших объемах работ можно использовать асбестоцементную штукатурку по металлической сетке.

В случае применения в тоннелях защитного покрытия из трудногорючих материалов требуется устройство поясов из негорючего материала длиной не менее 5 м.

Тепловая изоляция трубопроводов.Тепловая изоляция трубопроводов системы отопления при прокладке их в неотапливаемых помещениях, а также в подпольных и подземных каналах предохраняет трубопроводы от промерзания и уменьшает их непроизводительные теплопотери.

Существует ряд способов изоляции трубопроводов, но для трубопроводов систем отопления наиболее часто применяются мастичная, формовочная (из отдельных скорлуп-сегментов) и оберточная (из минеральной ваты, войлока, асбестового шнура и др.) изоляция.

Для простейшего вида мастичной изоляции мастика изготовляется из 70-80% (по весу) гжельской огнеупорной глины, замешанной с 20-30% шерстяных очесов. Такую мастику набрасывают на горячую поверхность трубопровода двумя слоями по 25 мм каждый, при этом второй слой набрасывают только после высыхания первого. После просушки слоев изоляционную поверхность штукатурят той же мастикой, но более густым замесом, слоем 5-6 мм, что повышает механическую прочность изоляции. Если конструкция с изоляцией предназначена для размещения в местах с повышенной влажностью воздуха, в слой штукатурки добавляют некоторые водонепроницаемые материалы (например, цемент с церезитом) или поверхность изоляции покрывают мешковиной и окрашивают масляной краской.

Для повышения коэффициента полезного действия мастичной изоляции мастику изготовляют из материалов с малым коэффициентом теплопроводности таких, как совелит, ньювель, а для усиления ее конструктивной прочности на второй слой (основной) накладывают металлический каркас из проволоки.

При температуре теплоносителя свыше 100⁰С на поверхность трубопровода вначале наносят термоизоляционный слой толщиной 5-10 мм из асбозурита или асбеста, после чего накладывают мастичную изоляцию.

На рисунке 28 показана одна из конструкций мастичной теплоизоляции, которая нашла наибольшее распространение в практике.

 

Рисунок - 28 Мастичная теплоизоляция трубопровода

1 - подмазочный слой; 2 - основной слой; 3 - каркас из проволоки;

4 - штукатурный слой; 5 - оклейка; 6 - окраска

Основное преимущество мастичной теплоизоляции состоит в монолитности и возможности наносить ее на поверхность любого очертания (трубы, котла, теплообменника и др). Существенным недостатком этого вида изоляции является то, что мастичную теплоизоляцию можно наносить только на горячий трубопровод и чередующимися слоями, с просушкой предыдущего слоя.

Формовочная теплоизоляция состоит из отдельных скорлуп-сегментов, равных 1/8-1/10 части окружности, которыми изолируют холодные поверхности трубопроводов, что является большим ее преимуществом. Предварительно до укладки сегментов поверхность трубопровода очищают и промазывают мастикой, изготовленной из тех же материалов, из которых изготовлены сегменты-скорлупы.

Скорлупы перед соединением друг с другом промазывают той же мастикой и закрепляют вязальной проволокой - по два кольца на сегмент. При формовочной изоляции в два слоя швы между сегментами укладывают в разбежку. По верху формовочной изоляции накладывают изоляционный слой толщиной 5-7 мм, служащий для выравнивания поверхности формовочной изоляции. После этого, как и при мастичной изоляции, поверхность изоляции покрывают мешковиной и окрашивают масляной краской.

Оберточная изоляция чаще применяется в виде матов, изготовленных из минеральной ваты. Маты укладывают по верху трубопровода таким образом, чтобы их горизонтальные швы находились сбоку труб. На стыках поперечные и продольные швы сшивают мягкой проволокой. Для придания уложенным матам круглой формы их обжимают на трубопроводе.

На маты накладывают сетку из проволоки и наносят отделочный защитный слой. При необходимости на изоляционный слой устанавливают бандажи.

Изоляция матами из минеральной ваты отличается эластичностью и гибкостью.