Проектирование металлических дымовых труб - Студенческий научный форум

XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Проектирование металлических дымовых труб

Попова Ю.А. 1
1Балаковский инженерно-технологический институт – филиал Научно-исследовательского ядерного университета Московского инженерно-физического института (НИЯУ МИФИ)
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

1. Актуальность вопроса. Энергетическое строительство – область строительства, которая осуществляет возведение объектов, обеспечивая выполнение плана внедрения электроэнергии в народное хозяйство.

Объектами энергетического строительства являются: электрические станции, линии электропередачи, подстанции и предприятия энергетического строительства [1]. Ни одна станция АЭС, ТЭС, ГЭС, объекты промышленности не могут обойтись без дымовых труб. Данные объекты имеют колоссальное значение в энергетическом строительстве.

Дымовая труба – это сложное инженерное сооружение, формирующее воздушную тягу для отвода и рассеивания вредных продуктов горения топлива в атмосферу до допустимых концентраций, которые регламентируются действующими санитарными нормами. В настоящее время без дымовых труб не может обойтись ни одна современная котельная и когенерационная установка [2].

Главная часть сооружения – это вертикальный ствол и отдельные секции для крепления к теплогенерирующему агрегату [3]. В ходе проектирования разработчик должен тщательно изучить имеющуюся литературу и провести основательные расчеты с подготовкой проектно-конструкторской документации. В противном случае на внутреннюю поверхность стенки будет осаживаться пепел и сажа, блокируя отводящий канал и значительно затрудняя вывод дымных масс, делая работу котельной невозможной [3].

2. Классификация дымовых труб. Металлические дымовые трубы подразделяют на следующие типы.

1. Фасадные дымовые трубы. Дымоходы настенного крепления чаще используют на встроенных и пристроенных котельных, при возможности крепления дымовой трубы к фасаду здания [4]. Монтаж фасадных труб производят посредством легкой рамы или анкерными соединениями (рис.1,а). На рис.1,а обозначено: 1 – дымоход; 2 – крепление к стене; 3 – крепежный хомут; 4 – опорная деталь.

Достоинства:

- относительно небольшой вес;

- отсутствие фундамента и несущих конструкций;

- легкость монтажа;

- удобство транспортировки;

- ремонтопригодность.

Недостатки:

- невозможность установки на открытой местности;

- необходимость крепежа конструкции к торцу здания.

Применяются чаще на небольших производствах или в частных компаниях.

2. Самонесущие одноствольные и многоствольные дымовые трубы. Прогресс не стоит на месте и вместо кирпичных труб стали чаще применяться модульные конструкции газоотводов. Для таких труб применяют нержавеющую сталь. Чаще, данное сооружение представляет собой многоствольную систему – один ствол на котел в составе котельной [3]. На рис.1, б показано: 1 – одноствольная; 2 – двухствольная; 3 – трехствольная; 4 – четырехствольная. Отметим общие достоинства и недостатки труб.

Достоинства самонесущих дымовых труб:

- осуществление установки нескольких газоотводящих стволов на один фундамент;

- возможность повышения числа газоотводящих стволов при повышении мощностей котельной;

- практичность обслуживания при чистке или замене одного ствола без остановки работы системы котлов;

- относительно небольшой вес;

- повышенная прочность и надежность конструкций вследствие использования нержавеющей стали, устойчивой к воздействиям агрессивных сред, и применения специального утеплителя, уменьшающего появление конденсата содержащего кислоты;

- круглое сечение и универсальность, что позволяет использовать их со многими отопительными агрегатами;

- невысокая стоимость работ по установке.

Недостатки:

- при неправильном монтаже или использовании влечет серьезные последствия [4].

Применение. Самонесущие дымовые трубы находят применение в котельных, которые могут располагаться как на промышленных объектах, так и на объектах электроэнергетики.

- В США на электростанции Кийстоун возведена самонесущая дымовая трубы высотой 244 м. Расход стали 1100 т, в том числе арматуры 400 т.

- На ТЭС (Огайо) внутренний ствол трубы – металлический, высотой 252 м. Расход стали 8940 т, в том числе арматуры 414 т. [5].

3. Мачтовые фермовые одноствольные и многоствольные. Несущими элементами ферменной трубы являются один, либо несколько газоходов и ферма квадратного или треугольного сечения [4]. Количество газоходов может достигать шести, что зависит от типа фермы. Бывает внутреннее и наружное расположение стволов, которые крепятся к ферме кронштейнами или хомутами. На рис.1, в обозначено: 1 – башня; 2 – труба; 3 – опорная пластина.

Достоинства:

- относительно небольшой вес;

- удобство транспортировки;

- легкость монтажа;

- ремонтопригодность;

- удобство обслуживания;

- незначительная ветровая нагрузка на фундамент ввиду «прозрачности» высотной конструкции фермы.

Недостатки:

- повышенная металлоемкость;

- повышенный срок выполнения монтажных работ.

Применяется на котельных АЭС, ТЭС и ГЭС. Примером может служить дымовая мачтовая фермовая труба, установленная на Северо-Западной ТЭЦ высотой 100 м. г. Санкт-Петербург, пос. Ольгино.

   

а

б

   

в

г

Рис.1. Разновидности дымовых труб: а – фасадная дымовая труба; б – трубы дымовые самонесущие; в – мачтовая фермовая башня с четырьмя газоотводами; в – мачтовая фермовая башня с четырьмя газоотводами; г – трубы дымовые мачтовые колонные

4. Трубы дымовые мачтовые колонные. Газоотводящие стволы мачтовых труб крепятся хомутами на колонну, которая является несущим каркасом [4]. Дымовые трубы мачтового типа применяются на котельных небольшой мощности. Максимальная высота данного типа труб 60 м (рис.1, г). Здесь обозначено: 1 – башня, 2 – газоотводы, 3 – анкерное крепление, 4 – опорная плита.

Достоинства:

- относительно небольшой вес;

- одна мачта может стать несущей для нескольких дымоходов;

- легкость ремонта и обслуживания дымохода ввиду возможности не прерывать работы остальных;

- удобство транспортировки;

- легкость монтажа.

Недостатки:

- высота колонных труб не превышает 60 м;

- повышенная сложность монтажа.

Колонные дымовые трубы применяются для отвода газов на небольших ТЭЦ [6].

Конструктивное решение ствола трубы подбирают на основании технико-экономического обоснования и в зависимости от производства, с учетом экологических условий места сооружения объекта.

Металлические дымовые трубы футеруются разными материалами, начиная с однослойного защитного покрытия из кислотостойкого бетона и заканчивая комбинированными материалами и жаростойким торкретбетоном. Вид футеровки зависит от температур и степени агрессивности газов. Антикоррозионной защитой поверхности стволов металлических труб служат преимущественно перхлорвиниловые покрытия, для внутренней поверхности – органосиликатные краски.

Исходя из краткого анализа, выявлено, что наиболее эффективными являются самонесущие дымовые трубы (рис.1,б). Рассмотрим разновидности данного типа труб более подробно.

3. Конструкция самонесущих труб. Эти трубы нашли применение в промышленной отрасли для отвода дымовых масс от котлов. Котлы работают как на жидком, так и газообразном топливе и от газогенераторов. Данные сооружения могут применяться при отводе дымовых масс с температурой до 500°С, избыточным давлением до 1кПа и, имеющих агрессивную химическую среду [7].

Достоинством самонесущих дымовых башен является материалоемкость, высокую степень монтажной готовности и меньшая масса по сравнению с другими типами башен тех же габаритов [2]. Помимо этого, самонесущие трубы не фильтруют конденсат, что увеличивает скорость прохождения газа по трубе.

Дымовые самонесущие трубы подразделяются: одноствольные и многоствольные. Это зависит от числа работающих агрегатов котельной.

Комплектация дымовой трубы производится по требованию заказчика. Существуют следующие конструктивные решения:

- с площадками, расположенными на требуемой высоте (для обслуживания трубы);

- с лестничным маршем;

- с ограждением расположенным вдоль трубы;

- со специальными сигнальными маячками [8].

Ствол трубы производят из нержавеющей стали, которая стойка к высоким температурам и кислотной среде конденсата. Ствол может быть утепленным и не утепленным, этот параметр указывается в заказе. Слой теплоизоляции необходимо закрыть внешней обечайкой. Обечайка может быть из алюминия, оцинкованной и нержавеющей стали. Таким образом, ствол дымовой трубы состоит из трех элементов: рабочая поверхность, теплоизоляция и внешняя обечайка.

При необходимости конструкция трубы может быть усилена следующим образом: основание каркаса обеспечивают дополнительными ребрами жесткости (рис. 2), за счет этого площадь основания ствола увеличивается, и нагрузка дымовой трубы распределяется по фундаменту более равномерно [8].

   

а

б

Рис. 2. Самонесущая башенная труба: а – общий вид, г. Ногинск; б – конструкция трубы;

1 – опора; 2 – ребра жесткости; 3 – газоотводящий ствол; 4 – маркировка; 5 – вертикальная лестница; 6 – площадка для технического обслуживания; 7 – молниеприёмник

Самонесущие трубы возводят двух типов:

- трубы стальные самонесущие утепленные (ТССУ), которые выполнены из листовой стали и сварные;

- трубы, металлические самонесущие утепленные (ТМСУ), которые выполнены из трубы сварные, прямошовные.

Рассмотрим более подробно каждый из указанных типов металлических труб.

4. Трубы стальные самонесущие утепленные (ТССУ). Такие служат для отвода и рассеивания вредных продуктов горения топлива в атмосферу. Сооружение представляет собой отдельностоящую конструкцию по типу «труба в трубе». Конструкция типа «труба в трубе» состоит из двух труб, одна из которых является несущим стволом. Несущий ствол воспринимает внешние нагрузки, а внутренний – это дымоотводящий ствол меньшего диаметра. Основным конструктивным элементом ТССУ является царга высотой 4…6 м.

Царги имеют форму цилиндров с различными параметрами стенок, изготовленными из листовой стали. Размеры царг зависят от параметров трубы и объемов выводимых вредных газов (рис.3). Наружный ствол царги изготовлен из стали 09Г2С толщиной 4,0…6,0мм. Внутренний ствол изготовлен из нержавеющей стали AISI 304 толщиной 0,8 мм. Диаметр внутреннего ствола обычно 400…800 мм. Между стволами необходима изоляция. Изоляция предотвращает быстрое понижение температуры и способствует прогреву, что минимизирует образование конденсата на стенках ствола, тем самым улучшает тягу и продлевает срок эксплуатации металлической дымовой трубы.

Рис. 3. Разрез самонесущей трубы

При возведении таких труб применяется изоляция, обладающая высокими противопожарными свойствами - «пожарная изоляция». Внутренние поверхности царг наружного ствола обрабатываются антикоррозийной термостойкой эмалью Церта ТУ 2312-001- 49248846-2000, а наружные поверхности – грунтовкой ГФ021 ГОСТ 25129-82 (рис.3) [9]. Технические характеристики ТССУ приведены в табл. 1.

Таблица 1

Технические характеристики трубы ТССУ [9]

Наименование параметра

ТССУ (типоразмеры царг)

Диаметр внутреннего ствола, мм

400

500

600

700

800

Диаметр наружного ствола, мм

500

600

700

800

900

Высота одной царги

4,5 или 6 м

Толщина теплоизолирующего слоя, мм

50

Общая высота дымовой трубы, м

От 6 до 18

Количество царг, шт

От 1 до 3

Температура газов в дымоходе, °С

До 500

Химическая агрессивность дымовых газов

Слабоагрессивная среда

Температура наружной обечайки при работе

Не более 80 °С

Сечение дымохода, м2

0,126

0,196

0,28

0,385

0,503

Достоинства:

- устойчивость к коррозии и долговечность;

- удобный и оперативный монтаж;

- возможность применения при любом типе газового отопительного устройства или котла, работающего на жидком топливе;

- малый объем работ в процессе установки, обслуживания и ремонта дымовых труб. Недостатки:

- относительная дороговизна нержавеющей стали [9].

Применение: ТССУ используют в котельных, которые могут располагаться как на промышленных объектах, так и на объектах энергетики.

5. Трубы металлические самонесущие утепленные типа ТМСУ. Труба служит для отвода и рассеивания вредных продуктов горения топлива в атмосферу. Она представляет собой отдельностоящую конструкцию по типу «труба в трубе». Тип «трубе в трубе» состоит из двух труб, одна из которых является несущим стволом, которая воспринимает внешние нагрузки, а вторая – это дымоотводящий ствол меньшего диаметра. Основным конструктивным элементом трубы является царга (секция). Она имеет следующие размеры: наружный ствол диаметром 600…950 мм, а внутренний ствол 500…850 мм. Высота секции зависит от проектной высоты трубы и может достигать от 6 до 11 метров [3].

Секции имеют форму цилиндров, которые изготавливаются из электросварной трубы, основание дымовой трубы выполняют из листа, различной длины и толщины, что зависит от параметров трубы и объемов выводимого газа.

Наружный ствол секции изготавливается из стали 09Г2С толщиной 4…10 мм. Внутренний ствол изготовливается из нержавеющей стали AISI 304 толщиной 0,8…2 мм (рис.4). Между стволами предусмотрена изоляция. Изоляция предотвращает быстрое понижение температуры и способствует ускоренному прогреву, что минимизирует образование конденсата на стенках ствола, тем самым улучшая тягу и продлевая срок эксплуатации дымовой трубы.

При возведении дымовых труб применяется только изоляция, которая относится к категории «пожарная изоляция». Внутренние поверхности царг наружного ствола обработаны антикоррозийной термостойкой эмалью Церта ТУ 2312-001- 49248846-2000, а наружные поверхности – грунтовкой ГФ021 ГОСТ 25129-82 [10]. На рис.4 обозначено [9]: 1, 2, 3 – царги; 4 – плита; 5 – ребра жесткости; 6, 7 – крепежные уголки; 8 – болт, гайка, шайбы; 9 – анкерные болты; 10 – фундамент; 11 – труба. Технические характеристики ТМСУ представлены в табл.2.

Рис. 4. Самонесущие металлические дымовые трубы: а – одноствольная; б – двухствольная;

в – трехствольная; г – четырехствольная

Таблица 2

Технические характеристики ТМСУ [9]

Наименование параметра

Типоразмеры царг

Диаметр внутреннего ствола, мм

500

600

700

800

850

1000

1200

1300

Диаметр наружного ствола, мм

630

720

820

1020

1020

1220

1420

1420

Высота одной царги

6-11

Толщина теплоизолирующего слоя, мм

50

Общая высота дымовой трубы,м

Согласно проекту

Количество царг, шт

Согласно проекту

Температура газов в дымоходе

До 500°С

Химическая агрессивность дымовых газов

Слабоагрессивная среда

Температура наружной обечайки при работе

Не более 80°С

Сечение дымохода, м2

0,196

0,28

0,385

0,503

0,567

0,785

1,131

1,327

Достоинства:

- не требуют проводить демонтаж дымовых труб, поскольку представляют собой вкладыши, установленные в канал из кирпича;

- снижение образования конденсата, как известно температура выброса продуктов сгорания выше точки росы.

Недостатки:

- довольно большая металлоемкость, что отражается на стоимости всей конструкции;

- значительный вес, который влечет за собой необходимость в массивном фундаменте;

- дорогостоящая перевозка из-за веса объекта [11].

Применение. Дымовые металлические самонесущие утепленные трубы используют в котельных, которые могут располагаться как промышленных объектах, так и на объектах электроэнергетики.

6. Выводы. На основании проведенного обзора можно сделать следующие выводы.

- Дымовые трубы имеют глобальное значение в энергетике, так как их целью является отвод и рассеивание вредных продуктов горения топлива в атмосферу до допустимых концентраций.

- Выбор типа металлической дымовой трубы производится на основании технико-экономического обоснования в зависимости от производства, с учетом экологических и климатических условий места сооружения объекта. При этом у каждого типа труб есть свои достоинства, недостатки и область применения.

- Значительным достоинством фасадных дымовых труб является отсутствие несущих конструкций и фундамента. Но в то же время немаловажный недостаток – это узкое применение на объектах с малым объемом производства.

- Самонесущие дымовые трубы применяются на крупных энергетически важных объектах, благодаря возможности повышения мощности тепловой электростанции за счет увеличения количества газоходов. Достоинством также является практичность обслуживания при чистке или замене одного ствола без остановки работы системы котлов.

- Преимуществомфермовых дымовых труб является небольшая ветровая нагрузка на фундамент ввиду «прозрачности» конструкции фермы. Однако та же «прозрачность» требует дополнительных элементов в несущих конструкциях.

- Колонные мачтовые дымовые трубы равны в преимуществах с самонесущими, однако они имеют небольшую высоту (до 60 м).

Таким образом, рассмотренные металлические самонесущие дымовые трубы имеют ряд достоинств, которые доказывают значительное преимущество их перед другими типами аналогичных высотных сооружений. Показана важность применения дымовых труб в энергетической отрасли. Представленный материал на текущий момент имеет особую актуальность.

Список литературы

1. Он-лайн энциклопедия зданий [Электронный ресурс] / URL: https://www.zdanija.ru / (дата обращения 6.12.2019).

2. Ельшин А.М. Дымовые трубы // А.М. Ельшин, М.Н. Ижорин, В.С. Жолудов, Е.Г. Овчаренко / М.: Стройиздат, 2001 – 296 с.

3. Общество с ограниченной ответственностью «БорКотлоМаш» «Каталог трубы дымовые» [Электронный ресурс] / URL: https://borkotlomash.ru / (дата обращения: 25.11.2019)

4. Газовые промышленные отопительные котлы [Электронный ресурс] / URL: http://rossen-rs.ru / (дата обращения 01.12.2019).

5. Коробов Л.А. Дымовые и вентиляционные трубы высотой 200-500 метров как пространственный сооружения // Л.А. Коробов, А.Ф. Жарков, А.О. Шерняк / М.: Компания Спутник*, 2006. – 246 с.

6. Группа БТС. Комплексный инжиниринг [Электронный ресурс] / URL: https://biyskteplo.ru/article/promyshlennye-dymovye-truby/ (дата обращения 11.12.2019).

7. Свод правил СП 375.1325800.2017. Трубы промышленные дымовые. Правила проектирования. – 50 c.

8. Гефест [Электронный ресурс]/ URL: ttps://gefest-nn.com/ (дата обращения 6.12.2019)

9. Боргазоаппарат [Электронный ресурс] / URL: https://borgasoapparat.ru / (дата обращения 6.12.2019)

10. Федеральный Закон от 30 декабря 2009 г. №384-ФЗ. Технический регламент о безопасности зданий и сооружений (с изменениями на 2 июля 2013 года) [Электронный ресурс] / URL: http://docs.cntd.ru/document/902192610 / (дата обращения 25.11.2019).

11. Уфимский завод металлических конструкций [Электронный ресурс] / URL: http://uzmk-vnzm.ru / (дата обращения 8.12.2019).

Просмотров работы: 73