Конструктивные решения железобетонных промышленных газоотводящих труб



При анализе данных литературных источников были рассмотрены основные конструктивные элементы ствола железобетонной промышленной дымовой трубы.

Ключевые слова: промышленные дымовые трубы, промышленные газоотводящие трубы, железобетон, сборные и монолитные дымовые трубы, футеровки, многоствольные дымовые трубы.

На сегодняшний день актуальным является вопрос реконструкции существующих и возведение новых сооружений для промышленных предприятий. Одними из наиболее сложных с точки зрения проектирования и возведения являются промышленные дымовые трубы. В России действующий парк промышленных газоотводящих труб исчисляется десятками тысяч единиц, сооруженных в разное время по различным проектам. Для грамотного технического облуживания нужно иметь представление о конструкции сооружения в целом и отдельных узлов в частности.

Промышленные (дымовые и вентиляционные) трубы представляют собой самостоятельную отрасль строительного производства, требующую обширных знаний и серьезного производственного опыта, так как каждая промышленная дымовая труба является сложным инженерным сооружением, представляющая повышенную опасность.

Промышленные трубы являются сложными, дорогостоящими инженерными сооружениями, от технически грамотной эксплуатации которых зависит бесперебойность работы промышленных объектов.

В настоящей работе рассматриваются, преимущественно, конструктивные решения монолитных железобетонных дымовых труб.

Что такое дымовая труба?

Дымовая труба — это вертикально расположенное устройство, которое служит для отвода продуктов сгорания в верхние слои в атмосферы. Принцип действия основан на эффекте тяги, который обеспечивает перемещение газов по всей длине ствола от входного к выпускному отверстию трубы. Ствол трубы имеет форму по горизонтали круглое, овальное или многоугольное, а по вертикали — форму цилиндра, усеченного конуса и изготавливаются из негорючих материалов (природного камня, кирпича, керамики, асбоцемента, металла или бетона). Высотой промышленные трубы могут достигать нескольких сотен метров, к примеру, высота самой высокой трубы на сегодняшний день составляет 420 м, которая была возведена в 1988 году на Экибастузской ГРЭС-2 (Казахстан) [1].

Дымовые трубы широко используются в металлургическом комплексе, в энергетике, в химической промышленности и в других областях. Важным фактором влияния на работу таких сооружений является воздействие повышенных температур и агрессивной газовой среды.

Ствол дымовой трубы разделяется на два типа: одноствольный и многоствольный. Одноствольные дымовые трубы состоят из наружного слоя оболочки. Однако в этом случае для ремонта и осмотра трубы требуется приостановить работу тепловых агрегатов, что является нерациональным. Многоствольная конструкция трубы предполагает устройство в трубе- оболочке нескольких стволов от каждого теплового агрегата с вентилируемым пространством между ними, в котором предполагается устройства лифта и площадок, которые позволяют производить осмотр ствола трубы. К достоинству многоствольной трубы можно отнести надежную защиту несущего ствола оболочки от агрессивной среды отводимых газов, возможность отдельного ремонта каждого газохода без остановки всех блоков предприятия [2].

Многоствольные трубы получили широкое распространение в Англии, представленные на (рис. 1) [2]. На (рис. 1) даны схемы размещения стволов в несущей трубе-оболочке. Наиболее часто газоотводящие трубы выполняются круглыми в сечении, рис. 1 «а», «б», «в». Максимальное количество круглых газоотводящих стволов в построенных конструкциях достигает шести. Достаточно сложным является и задача передачи их веса на наружные трубы-оболочки. Первые газоотводящие стволы в виде призм из кремнебетонных панелей имели в сечении форму правильного четырнадцатиугольника, рис. 1 «г», затем выполнены стволы с сечением в виде правильного девятиугольника, рис. 1 «д». Рассматривались вопросы создания стволов с сечением в виде шестиугольника, при таком количестве граней в трубе-оболочке компактно размещается три и более газоотводящих стволов. Шестигранные стволы могут плотно прилегать друг к другу, рис.1 «ж», «з», «и». В этом случае более эффективно используется объем трубы-оболочки и снижается стоимость сооружения, однако ухудшаются условия наблюдения за газоотводящими стволами и условия их ремонта. Заслуживает внимания опыт применения газоотводящих стволов с овальным сечением, рис. 1 «к», «л». В этом случае по сравнению с круглыми газоотводящими стволами более полно используется пространство несущей трубы-оболочки. Форма сечения газоотводящего ствола, приближающаяся к круглой более благоприятна с точки зрения её аэродинамических показателей, однако сборные железобетонные газоотводящие стволы проще изготовлять из меньшего количества плоских панелей. Уменьшение числа граней в призме ствола уменьшает количество стыков, а, следовательно, повышает и надежность конструкции [2].

Рис. 1. Газоотводящие стволы в дымовых трубах [3]: а, б, в — стволы с кольцевым сечением; г, д, е, ж, з, и — стволы призматической формы; к, л — стволы с овальным сечением

В зависимости от материала, из которого сооружаются дымовые трубы, подразделяются на кирпичные, сборные железобетонные, монолитные железобетонные, металлические и существует ограничение возведения по высоте и по диапазону температуры работы трубы [3].

Кирпичные дымовые трубы обычно возводятся не выше 100 м и используются в широком диапазоне температуры от 350⁰С и выше. За счет разнообразного количества футеровок, они нашли свое применение в сельских котельных, в металлургических, химических и других предприятий. Такие трубы наиболее распространены в России.

Сборные железобетонные трубы предназначены для небольших котельных. Обычно такие трубы строятся высотой от 35 до 45 метров, хотя имеются трубы высотой 60 метров. Температурный диапазон использования от 120–350⁰С. Сборные дымовые трубы состоят из отдельных, изготовленных заранее железобетонных царг, соединяемых между собой путем установки и натяжении шпилек. Они возводятся без футеровок, но при наличии высоких температур могут иметь футеровку.

Во многих конструкциях дымовых труб применятся футеровки. Футеровки имеют функцию ограждающих поверхности для защиты ствола от температурного и агрессивного воздействия отходящих газов. Имеются различные конструктивные решения футеровок. На (рис. 2) [2] представлены трубы с различным устройством футеровок. Трубы без футеровки, (рис. 2.б), применяются при вытяжной вентиляции при отсутствии химически агрессивных и высокотемпературных воздействий. Футеровка может выполняться из кирпича в виде прижимной стенки, расположенной на консолях, рис.2. в. Широкое распространение получила конструкция, в которой внутренняя поверхность трубы покрывается из минеральной ваты. За слоем теплоизоляции выкладывается прижимная стенка из обыкновенного кирпича. Широкое распространение получили трубы с футеровкой из легкого бетона, монолитно соединенной с конструктивным бетоном, (рис 2 г). В некоторых случаях внутренняя поверхность труб облицовывается сталью. При этом между стальной облицовкой и железобетонной трубой размещается слой теплоизоляции, например, из шлаковаты, (рис. 2.д). Стальную облицовку иногда с внутренней стороны покрывают торкретбетоном, (рис.2.е). Толщина стенки футеровки на консолях в большинстве случаев составляет 12 см (1/2 кирпича). Между футеровкой и стенкой трубы или между футеровкой и прижимной стенкой иногда выполняется вентилируемый зазор, (рис.2.ж, з), наличие которого обеспечивает дополнительную защиту несущего ствола от тепла и коррозии. Смена воздуха в зазоре осуществляется естественной тягой или при помощи принудительной вентиляции. При естественной вентиляции зазор в верхней части трубы часто делается узже, чем в нижней, что увеличивает тягу воздуха [2].

Рис. 2. Трубы с различным устройством футеровок [3]: а — общий вид; б — труба без футеровок; в — с прижимной футеровкой (1) из кольцевых консолях; г — с примоноличенной футеровкой (1) из легкого бетона; д — с теплоизоляцией (1) и внутренней стальной облицовкой (2); е — с теплоизоляцией (1), внутренней стальной облицовкой (2) и слоем торкребетона (3); ж,з — с вентилируемым зазором между стволом и футеровкой при размещении последней, соответственно, на консолях в виде пилоиов и в виде сплошного кольцевого выступа; и — с теплоизоляцией (1), прижимной стенкой (2), воздушным зазором (3) и футеровкой (4)

Отдельное вниманию следует уделить вопросу об изоляции дымохода. Если не защищать трубу, то в ней за счет перепада температуры, возникает конденсат, который скапливается на стенках и стекает в дымоход. Нагреваясь, он испаряется и создает давление, которое препятствует печной тяге. Кроме того, от сильного давления пара может произойти разрушение дымохода в печи. Часто бывает так, что среди зимы, в сильный мороз хозяева сильно натопили печь, а она начала дымить и неожиданно разорвалась на части. Причина этого явления, скопившийся в дымоходе конденсат, поэтому изоляция дымовых труб необходима. Устраивают изоляцию для печных труб в банях, загородных домах, помещениях с печным отоплением. От температуры газов и от особенностей окружающей среды зависит толщина и марка теплоизоляции. В основном для изоляции труб используют минеральную базальтовую вату толщиной 5–6 см [2].

Для лучше видимости с самолетов промышленные дымовые трубы высотой более 100 метров окрашивают с отметки +75 метров в контрастные цвета, полосами темного цвета шириной 5 метров и светлого — шириной 10 метров. Обычно окрашивают красным и белым цветом.

Для подъема персонала на светофорные площадки (рис.3) [2] дымовой трубы, связанного с заменой сигнальных фонарей, осмотром наружной поверхности ствола, различными ремонтными работами в процессе эксплуатации служат ходовые лестницы. В сборных железобетонных они предназначены также для подъема и спуска людей в период строительства и монтажа.

Рис. 3. Светоограждение дымовой трубы [3]: 1 — электрощит; 2 — электрокабели; 3 — Маркировочная покраска — пояс черного или красного цвета; 4 — сигнальные огни; 5 — светофорные площадки; 6 — осветительные коробки

Ходовые лестницы монолитных железобетонных, сборных железобетонных дымовых труб состоят из отдельных звеньев шириной 300 мм, соединяемых между собой накладками и болтами (рис. 4. [3]). Длина звеньев для монолитных труб — 2,5 м, для сборных — в зависимости от размеров царг.

Рис. 4. Ходовая лестница дымовой трубы [3]: а — кирпичной; б — железобетонной; 1 — ствол трубы; 2 — ходовая скоба; 3 — планки ограждения; 4 — скоба для отдыха; 5 — скоба ограждения; 6 — планка; 7 — дюбели; 8 — держатели; 9 — тетива

Все здания и сооружения в зависимости от назначения, а также от возможного числа поражений в течение года делят на различные категории. Дымовые трубы относятся к III категории устройств молниезащиты.

Устройство, принимающее на себя удар молнии и отводящее энергию от этого удара в землю, называется молниеотводом (рис. 5) [3]. Он состоит из опоры, молниеприемников, объединяющего их каната, одного или двух токоотводящих канатов и электродов заземления, соединенных между собой шиной.

Рис. 5. Молниезащита дымовой трубы [3]: а — кирпичной; б — железобетонной; 1 — молниеприемник; 2 — объединяющий стальной канат; 3 — токоотводящий стальной канат; 4 — защитная труба токоотводящего каната; 5 — шина заземления; 6 — электрод заземления; 7 — держатель токоотводящего каната; 8 — держатель молниеприемника и защита трубы.

В дымовых трубах опорой молниеотвода служит само сооружение, функцию защиты от прямых ударов молнии выполняют отдельно стоящие не изолированные молниеприемники из водогазопроводных труб диаметром 40 мм и длиной 3650 мм. Верхние концы молниеприемников заостряют и возвышают над уровнем головки на 1800мм. Количество молниеприемников зависит от высоты и верхнего диаметра дымовой трубы. Молниеприемники соединены между собой объединяющим канатом. От молниеприемников вдоль ходовой лестницы прокладывают не менее двух токоотводящих канатов, которые крепят специальными держателями, заделанными в ствол дымовой трубы, и соединяют с шиной заземления электродов, находящихся в грунте [2].

Заключение

На сегодняшний день дымовые трубы лежат в основе важнейших для страны производств — металлургического, химического, нефтехимического, изготовления строительных материалов, а также получения энергии на тепловых электростанциях [3].

Необходимость создания такого сооружения было вызвано с появлением обогревательных средств, в которых использовался открытый огонь. Быстрое развитие техники, постоянный рост производства и экологические требования ведут к увеличению высоты дымовых труб. И вот уже на протяжении многих лет дымовые трубы высотой более 100 метров считаются уникальными сооружениями. Со временем усложнились условия эксплуатации в частности температурных, аэродинамических режимов и внешних воздействий. Поэтому, сейчас стволы стали возводить титановыми, нержавеющими и другие, а также рассматривается вариант применения высокопрочного бетона.

Литература:

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Дымовая_труба
2. Коробов Л. А., Жарков А. Ф., Шерник А. О. Дымовые и вентиляционные трубы высотой 200–500 метров как пространственные сооружения. — М.: Компания Спутник +, 2006. — 246 с.
3. Ельшин А. М., Ижорин М. Н., Жолудов В. С., Овчаренко Е. Г. Дымовые трубы / Под редакцией Сатьянова С. В. — М.: — Стройидат, 2001. — 296 с.; ил.
4. Волков Э. П., Гаврилов Е. И., Дужих Ф. П. Газоотводящие трубы ТЭС и АЭС»
5. Сатьянов В. Г., Пилипенко П. Б., Французов В. А., Сатьянов С. В. Экспертиза промышленной безопасности производственных зданий и сооружений.
6. Рыков А. Н., Жидович О. В., Хасеневич Л. С. и др. Строительство, реконструкция и ремонт дымовых труб энергообъектов концерна Белэнерго // Электрические станции. 2002. № 3. С. 25–30.
7. Ельшин А. М., Ижорин М. Н., Жолудов В. С. Овчаренко Е. Г. Дымовые трубы том 2. Под редакцией Сатьянова С. В. — М.: Стройиздат, 2001. — 296 с.; ил.
8. Сырых В. А., Губайдулин Р. Г., Губайдулин М. Р. О перспективе развития трубостроения в России.
9. Шишков И. А., Лебедев В. Г., Беляев Д. С. Дымовые трубы энергетических установок. — М.: Изд. стандартов, 1987. — 28 с.
10. Санаев М. Е., Соколова Л. Е., Советкина Л. А. Опыт работ института «УралВНИПИЭНЕРГОПРОМ» / ОАО «Инженерный центр энергетики Урала» по проектированию, обследованию и реконструкции дымовых железобетонных труб / Там же. С. 163–166.
11. Крайнов В. К., Шамков В. Н., Дужих Ф. П. Повышение надежности дымовых труб способом восстановления тепловой изоляции // Новое в российской электроэнергетике (электронный журнал). 2001. № 9.
12. ВСН 286–90. Указания по расчету железобетонных дымовых труб. Москва 1990.
13. Hampe E. Die Indystrieschornsteine, veb Verlaq for Bauwesen, Berlin. 1970.
14. СП 13–101–99. Правила надзора, обследования, проведения технического обслуживания и ремонта промышленных дымовых и вентиляционных труб. — М.: Госстрой России, 1999.
15. http://promvest.info/ru/novosti-promyishlennosti/na-kirishskoy-gres-nachalsya-montaj-gazoturbinnoy-ustanovki-pgu-800/