Menu

Kształtowanie trasy sieci cieplnych

12.1 Czynniki wpływające na przebieg trasy sieci cieplnej

 

  ŚREDNICA RUROCIĄGÓW.
Średnica rurociągu jest tą wielkością na którą mamy niewielki wpływ, gdyż jest ona określona
wymaganą przepustowością rurociągu. Ma jednak bardzo duże znaczenie w kontekście
określenia trasy sieci cieplnej. Średnica rury przewodowej wpływa na:
- zajęcie pasa terenu pod sieć,
- minimalną grubość ścianki rury przewodowej,
- minimalne wysięgi elementów kompensacyjnych,
- głębokość układania rurociągów,
- wpasowywanie się sieci między istniejące uzbrojenie terenu,
- szerokość i wielkość wykonywanych wykopów,
- miejsca składowania materiałów, czy - sposoby zabezpieczania rurociągu przed przekraczaniem stanów krytycznych.
Należy wystrzegać się zbyt pochopnego projektowania trasy, zwłaszcza dla dużych średnic, bez uwzględniania niemalże dokładnych wymiarów elementów kompensacyjnych.

 

GRUBOŚĆ ŚCIANKI RURY PRZEWODOWEJ

Do produkcji rurociągów preizolowanych, w zakresie stosowania których traktują normy EN 253 i EN 13941, stosuje się minimalne grubości ścianek rur stalowych określonych w normie EN253.

 

WPŁYW ŚREDNICY I GRUBOŚCI ŚCIANKI
Grubość ścianki rury stalowej oraz średnica zewnętrzna rurociągu mają wpływ na określenie
metody układania rurociągu. Wielkość ilorazu:

 

gdzie: dm - średnia średnica rurociągu, t grubość ścianki rury

 

decyduje jaka może być wielkość przyrostu naprężeń a co za tym idzie do której klasy, na podstawie
przewidywanych skutków awarii zaklasyfikować dany rurociąg. Wartość ta – przy czym liczbą graniczną jest 28,7 – sprawia, że jeden rurociąg możemy projektować jako rurociąg klasyfikujący się w klasie A
lub B (np. 508x11,0 mm bez szwu) natomiast inny, jako rurociąg klasy C (508x6,3mm ze szwem ).
W tabeli  1 przedstawiono wartość stosunku   dla rurociągów ze szwem i bez szwu wykorzystywanych (rm = dm/2)
przy produkcji elementów preizolowanych. Wpływa zatem także na sposób podejścia do projektowania zadanej sieci cieplnej. Rurociągi o znacznych średnicach > dn=500 mm wymagają uwzględnienia przy obliczaniu, większej ilości oddziaływań, z których niektóre mają pierwszoplanowe znaczenie.

 

12.2 Zagospodarowanie terenu

 

Projektując trasę sieci poprzez tereny zurbanizowane napotykamy konieczność dostosowania się do istniejącej zabudowy. W przypadku budynków i elementów punktowych
jakimi są słupy czy drzewa sprawa jest prosta - da się
ominąć. Jednak inaczej ma się sprawa w przypadku
jezdni i torowisk. Najczęściej sposób rozwiązania konkretnej kolizji z drogami czy torami narzuca projektantowi
instytucja nadzorująca dany szlak komunikacyjny.
Istnieją trzy główne sposoby pokonywania kolizji
z uzbrojeniem naziemnym:
A- prowadzenie rurociągów w wykopie poprzez przekopanie drogi czy nasypu torowiska na czas
prowadzenia prac montażowych - przy czym należy pamiętać by nie projektować armatury czy urządzeń
kompensujących wydłużenia termiczne w obrębie kolizji.
B- prowadzenie rurociągów w rurach ochronnych czyli przeciski i przewierty
C- prowadzenie rurociągów na estakadzie ponad pokonywanym szlakiem komunikacyjnym.
Niezależnie od przyjętej metody rozwiązanie kolizji z uzbrojeniem naziemnym należy zaprojektować z wykorzystaniem samokompensacji jak na rysunkach 1 i 2.

  

 

12.3 Podziemne uzbrojenie terenu

 

Prowadzenie sieci cieplnych przez tereny obszary zurbanizowane doprowadza zazwyczaj do
występowania szeregu kolizji z uzbrojeniem terenu. Na rysunku 3 przykładowo przedstawiono, na
co może się natknąć projektant kształtujący trasę nowej sieci cieplnej.

Rys.3 Przykład uzbrojenia podziemnego i możliwa głębokość ułożenia.

 

SKRZYŻOWANIA Z INNYMI INSTALACJAMI
Najprostszymi do pokonania kolizjami
z uzbrojeniem podziemnym są kolizje typu
skrzyżowania. Rozwiązanie ich sprowadza się do zmiany rzędnej posadowienia kolidujących ze sobą
rodzajów uzbrojenia (jednego z nich lub obydwu). Niewielkie zmiany rzędnej osi sieci cieplnej należy wykonać przy pomocy załamań na połączeniach
elementów oraz przy wykorzystaniu gięcia
elastycznego. Rozwiązania takie mają uzasadnienie w przypadku pojedynczego skrzyżowania. W przypadku większej ilości skrzyżowań należy przeprowadzić analizę ekonomiczną stosowanych rozwiązań. W analizie należy uwzględnić zmianę rzędnych posadowienia kolidującego uzbrojenia (oprócz kanalizacji), z jednej strony, z drugiej zaś, zmianę zagłębienia sieci cieplnej z uwzględnieniem konieczności montażu na niej dodatkowych elementów (odpowietrzenia - odwodnienia) czy, w ostateczności, zmiany geometrii sieci. Rozpatrywanie należy rozpoczynać od najmniejszego zagłębienia sieci cieplnej.

 

PROWADZENIE RÓWNOLEGŁE
Niekorzystne dla pracy sieci cieplnej bezkanałowej może stać się ułożenie równoległe do uzbrojenia podziemnego, zwłaszcza do znacznie zagłębionych sieci sanitarnych. Podstawową zasadą jaką trzeba przestrzegać w przypadku projektowania sieci cieplnej wzdłuż innego uzbrojenia jest zachowanie odległości między siecią a uzbrojeniem w zależności od kąta odłamu gruntu.
Warunki pracy sieci cieplnej mogą ulec (na znacznym odcinku) diametralnej zmianie na skutek
niekontrolowanego wypływu czynnika z rurociągów innych sieci czy też na skutek odkrycia sieci cieplnej
w czasie prowadzenia prac ziemnych. Odkrycie pracujących rurociągów może doprowadzić do ich zniszczenia. Przy projektowaniu sieci cieplnej równolegle do innego uzbrojenia:
- dobierając elementy kompensacyjne nie należy uwzględniać redukcji wydłużenia termicznego
wywołanej silą od tarcia gruntu o płaszcz osłonowy rury,
- nie należy projektować rurociągu unieruchomionego przez grunt w obszarze równolegle prowadzonej innej sieci.
- nie należy projektować sieci z urządzeniami kompensującymi wydłużenia termiczne pracujące na
zasadzie trwałego naprężenia rury przewodowej.
Dla rurociągów o dużych osiowych siłach ściskających każdorazowo w przypadku zbliżeń do
innego uzbrojenia należy przeprowadzić obliczenia sprawdzające stan graniczny C-2 – ogólna
niestabilność. (wg EN:13941).

UWAGA!
Przy projektowaniu sieci w terenie zurbanizowanym bez innego uzbrojenia należy pamiętać, że w chwili obecnej, w Polsce, projektant sieci np. wodociągowej układanej często poniżej rurociągów cieplnych, wg swoich wytycznych, może zbliżyć się ze swoją siecią do sieci cieplnej na odległość 0,5 m (skrajnie) bez konieczności dokonywania jakichkolwiek obliczeń sprawdzających czy uwzględniania stanu naprężeń w sieci cieplnej.

 

12.4 Wpływ ukształtowania terenu

 

Projektowanie trasy sieci cieplnej napotyka się często na konieczność ominięcia przeszkód
terenowych (rzeki, wąwozy itp) lub prowadzenia jej przez tereny podmokłe czy też przez tereny o bardzo
urozmaiconej rzeźbie.


RZEKI, WĄWOZY, ZAGŁĘBIENIA TERENU.
W przypadku przeszkód tego rodzaju - rys. 4 - rozwiązanie przejścia przez przeszkodę należy uzależnić od szerokości przeszkody, jej głębokości oraz poziomu wód powierzchniowych i gruntowych.

- w przypadku rzeki lub innego cieku wodnego najkorzystniejszym rozwiązaniem jest prowadzenie
sieci na estakadzie - napowietrznie. Przemawiają za tym względy eksploatacyjne oraz montażowe.

 

Rys.4 i 5. PO lewej przekraczanie rzeki na estakadzie, po prawej przekraczanie wąwozu na estakadzie z wykorzystaniem kompensatora osiowego

 

- pokonywanie wąwozów czy jarów projektujemy w zależności od szerokości pokonywanej przeszkody.
Należy unikać zbyt dużego zagłębiania sieci cieplnej przed i za przeszkodą terenową ze względu na koszty eksploatacyjne (odwodnienia, odpowietrzenia). Najkorzystniej projektować sieć jako napowietrzną, a na odcinku wyjścia ze zbocza musi być zaprojektowana samokompensacja, natomiast
w przypadku małej szerokości wąwozu dopuszcza się stosowanie kompensatorów swobodnych o małej
zdolności kompensacji z zastosowaniem podpór kierunkowych jak na rysunku 5.
- w przypadku znacznej szerokości przeszkody korzystnym jest po wyjściu na estakadę, sprowadzić
sieć pod ziemię - rysunek 6.

- pokonywanie wąskich przeszkód (wąwozów czy cieków wodnych) można projektować jak na rysunku 7.

 

Rys. 6 i 7, po lewej przekraczanie szerokiego wąwozu, po prawej przekraczanie wąskiego wąwozu, rzeki w rurze ochronnej pełniącej jednocześnie rolę podpory.

 

UWAGI!
- Konstrukcja podparć nie powinna obciążać dodatkowo skarp wąwozu.
- Nie zaleca się projektowania uskoków rurociągów w skarpach wąwozu.
- W przypadku uskoków sieci należy uwzględnić konieczność zastosowania odwodnień i odpowietrzeń.
- Za wszelką cenę unikać ingerencji w istniejącą rzeźbę terenu.

 

TERENY PODMOKŁE.
Nie ma przeciwwskazań w prowadzeniu preizolowanych sieci cieplnych przez tereny o wysokim poziomie wód gruntowych. Należy jednak:
- unikać projektowania trasy sieci przez obszary stałego występowania wód powierzchniowych,
- stosować rurociągi o zwiększonej grubości warstwy izolacji termicznej,
- w projekcie technicznym wykazać konieczność takiego przebiegu trasy sieci cieplnej.
- przy doborze elementów kompensacyjnych nie uwzględniać redukcji wydłużenia termicznego na
skutek działania siły od tarcia,
- zabezpieczyć konstrukcję przed "pływaniem".

 

TEREN POFAŁDOWANY.
Większość podstaw obliczeniowych traktuje rurociągi sieci cieplnych jako elementy geometrycznie płaskie, prowadzone ze spadkiem do ok 20 %. W przypadku projektowania rurociągów w terenie
o znacznym spadku należy:
- zmianę spadku wykonywać tylko na kolanach kompensacyjnych (przestrzennych) i połączeniach
elementów preizolowanych -rysunek 8.
- do sił działających na rzeczywisty punkt stały RPS, doliczyć składową oddziaływania ciężaru bloku
betonowego, ciężar wypełnionego wodą rurociągu oraz uwzględnić możliwość jego osuwania się po
zboczu,
- zabezpieczyć kompensatory (zwłaszcza osiowe) przed płynięciem po zboczu poprzez odpowiednie mocowanie przy zastosowaniu RPS,
- pomijać redukcję wydłużenia termicznego spowodowaną siłą od tarcia,
- uwzględniać konieczność stosowania zwiększonej ilości uzbrojenia sieci cieplnej (zwłaszcza odwodnień, odpowietrzeń),
- projektować spadki sieci tak, aby stosowanie elementów omówionych w powyższych punktach ograniczyć do minimum

 

Rys.8 Wykorzystanie kompensatora u-kształtowego do wykonania nachylenia sieci

 

12.5 Szkody górnicze

 

Specyficzne warunki pracy sieci pojawiają się na terenach objętych szkodami górniczymi. Nie istnieje 100 % sposób ochrony rurociągów sieci cieplnych przed niszczącym wpływem przemieszczeń, zwłaszcza uskoków, terenu spowodowanych eksploatacją złóż. Podział na kategorie ternu górniczego
przedstawiony został w tabeli                                                       

Podstawą do rozpoczęcia projektowania na
terenie objętym szkodami górniczymi jest wykonana
ekspertyza geologiczno górnicza, której brak
uniemożliwia praktycznie jakiekolwiek sensowne
próby zabezpieczenia rurociągów sieci cieplnej.
Ekspertyza geologiczno górnicza winna zawierać:
1 - Przedstawienie budowy geologicznej i tektonikę
przedmiotowego rejonu.
2 - Warunki hydrogeologiczne.
3 - Analizę dokonanej i projektowanej eksploatacji górniczej w rejonie projektowanej sieci cieplnej.
4 - Metodykę prognozowania wpływów eksploatacji górniczej na powierzchni terenu. Przewidywane
skutki powinny być zobrazowane w postaci wykresów:
- obniżeń "W",
- nachyleń "T",
- poziomych przemieszczeń "U",
- poziomych odkształceń właściwych "ε",

Rys. Zbocze górniczej niecki osiadania

 

- zasięgu wpływów głównych "r",
- promieni krzywizny "R".
Podstawę wykresów stanowić powinna:
- trasa sieci cieplnej dla zobrazowania ww
skutków eksploatacji górniczej, prostopadłych do osi
sieci,
- profil podłużny trasy sieci cieplnej dla zobrazowania
ww skutków eksploatacji górniczej prostopadłych
do powierzchni terenu.
Na wykresach należy oznaczyć przyjęty kierunek
przemieszczeń (dodatni) a wykresy obrazujące
deformację terenu w profilu i planie należy
przedstawić w czasokresach eksploatacji, po każdym jej przebiegu mającym wpływ na deformację terenu oraz w przypadku zatrzymania eksploatacji górniczej w położeniu najbardziej niekorzystnym dla magistrali.
5 - Jeżeli eksploatacja jest przewidywana lecz technologia i kierunek eksploatacji nie są znane, należy przewidywane skutki przedstawić w wariancie  niekorzystnym.

6 - W przypadku deformacji nieciągłej należy na planie sytuacyjnym powierzchni nanieść miejsca jej
wystąpienia uwzględniając długość, szerokość i zakres jej wpływów a parametry deformacji
zobrazować w postaci wykresów jak w pkt.4.
7 - W przypadku wychodni uskoku należy pokazać i podać:
- kierunek zrzutu,
- parametry szczelin i progów oraz zakres ich wystąpienia,
- stosunki wodne i ich zmiany w rejonie uskoku,
- skutki na powierzchni w postaci wykresów jak w pkt.4
8 - W przypadku zapadlisk należy przedstawić na mapie powierzchni:
- pola ich występowania,
- średnicę i ich głębokość,
- prawdopodobieństwo ich wystąpienia w rozpatrywanym okresie czasu.
9 - Wnioski i zalecenia dla budowy sieci cieplnej.


Według instrukcji ITB "Wymagania techniczne dla obiektów budowlanych wznoszonych na terenach
górniczych" W-wa 2007 r., obliczeniowe wartości oddziaływań górniczych wyznacza się mnożąc
charakterystyczne wartości wskaźników deformacji przez częściowe współczynniki bezpieczeństwa –
zgodnie z poniższymi wzorami:

 

 

 

W tabeli powyżej przedstawiono zalecane w instrukcji 364/2007 częściowe współczynniki bezpieczeństwa.
Aby zobrazować skalę zjawiska należy zwrócić uwagę, że odkształcenie gruntu o parametrach kat. I
odpowiada odkształceniu termicznemu sieci spowodowanemu zmianą temperatury rzędu 125
°C,
natomiast odkształcenia dla kat. V, dla sieci cieplnej wysokoparametrowej pracującej w przyroście
temperatury 120
°C, odpowiadają dodatkowej zmianie temperatury rzędu ±975°C !!

 

PODSTAWOWE ZASADY.
1 - Odkształcenia termiczne rur przejmuje się głównie poprzez stosowanie kompensacji naturalnej.
2 - Na terenach górniczych nie można stosować kompensatorów osiowych wymagających zachowania
współosiowości łączonych odcinków rur.
3 - nie projektować wstępnego podgrzewania sieci cieplnych ani zimnego montażu. Dopuszcza się
wstępny podgrzew sieci niskotemperaturowych składających się z układów swobodnych.
4 - nie projektować rurociągów naprężanych przy użyciu kompensatorów osiowych,
5 - nie uwzględniać redukcji wydłużenia termicznego wywołanej siłą od tarcia między gruntem
a płaszczem osłonowym,
6 - odgałęzienia od sieci projektować z uwzględnieniem przemieszczenia punktu włączenia
w rurociąg główny,
7 - wejścia do budynków projektować przy zastosowaniu "Z-" lub "U" kształtu, przy czym pierwsze
kolano kompensacji, niezależnie od układu instalacji w budynku, musi być zlokalizowane w odległości 3.0 do 6.0 m od ściany budynku.
8 - Jeśli nie dysponujemy szczegółową ekspertyzą tylko kategorią terenu górniczego, trzeba założyć, że
kierunek deformacji gruntu względem osi sieci może być dowolny a więc także najniekorzystniejszy dla
sieci, oraz, że w każdym przekroju sieci (na każdym jej odcinku) mogą wystąpić ekstremalne wartości
wskaźników deformacji odpowiadające danej kategorii

9 - W terenach wymagających zabezpieczeń konstrukcji unikać stosowania rurociągów wykonywanych
w systemie rury PODWÓJNE.

 

12.6 Pozostałe czynniki


WODY GRUNTOWE I POWIERZCHNIOWE
Chociaż rurociągi preizolowane sieci cieplnych mogą zostać ułożone poniżej poziomu wód gruntowych to występowanie wysokiego poziomu wód gruntowych jest wystarczającym powodem by na etapie podejmowania decyzji o projektowaniu inwestycji rozważyć inny sposób prowadzenia rurociągów.
Wody gruntowe stwarzają niestabilne otoczenie rurociągów utrudniając kontrolę nad odkształceniami
rurociągów a ponadto zmieniają warunki cieplne na powierzchni płaszcza osłonowego. Często dla potrzeb sprawności eksploatacyjnej lepiej jest taki teren ominąć lub układać rurociągi na niskich estakadach.
BUDOWLE HYDROTECHNICZNE
Warunki prowadzenia prac w pobliżu budowli hydrotechnicznych i cieków wodnych określi pozwolenie wodnoprawne wymagane kiedy prace przebiegają w pobliżu cieku wodnego lub nad takim ciekiem. Nawet na rurociąg który przekracza strumyk, bez wspierania się o teren bezpośrednio do strumyka przylegający, wymagane jest pozwolenie.
DOJAZDY
Często sieć cieplna układana jest w terenie, który wydaje się być wolnym od ruchu ciężkiego sprzętu,
ale okresowo może odbywać się tam przetaczanie maszyn budowlanych, sprzętu wojskowego itp.
Tereny w okolicy jednostek wojskowych, poligonów czy baz budowlanych. W takim wypadku należy przewidzieć możliwość poruszania się tam sprzętu o ponadprzeciętnym nacisku na podłoże poprzez stosowanie rur ochronnych lub obudów betonowych czy choćby płyt odciążających.
BAZY SPRZĘTU
Analogicznie sytuacja przedstawia się na terenach serwisowania takiego sprzętu – baz remontowych,
jednostek wojskowych, lotnisk. Wszędzie, gdzie może pojawić się okresowo dodatkowe obciążenie nawierzchni terenu wykraczające znacznie ponad poziom przeciętny, należy przewidzieć zabezpieczenia rurociągów.
WŁASNOŚĆ NIERUCHOMOŚCI
Znaczący wpływ na projektowanie trasy sieci mają prawa do poszczególnych nieruchomości.
Projektant na etapie projektowania powinien zbadać, u właścicieli praw do nieruchomości, możliwość prowadzenia sieci przez ich teren. I chociaż zgody takie nie mają mocy prawnej to zdecydowanie
ułatwiają dalsze prace.
POLA UPRAWNE
Pola uprawne należy traktować na podobnej zasadzie jak dojazdy czy bazy sprzętu. Zazwyczaj obciążenia takim sprzętem są mniejsze niż sprzętem budowlanym czy wojskowym ale prace polowe trwają niezależnie od pogody i w okresie długotrwałych opadów deszczu zbyt płytko ułożony rurociąg może zostać narażony na uszkodzenie mechaniczne maszynami rolniczymi (np. pługami). Należy pamiętać aby rurociągi pod polami prowadzić na głębokości przekraczającej oddziaływanie maszyn rolniczych.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});