Рассмотрены вопросы резвития инженерных сетей, способы их подземного и наземного устройства, возможность применения совмещенной прокладки. Даны основные положения проектирования сетей, их злементов, строительных конструкций при совмещенной прокладке трубопроводов. Приведены гидравлический ресчет трубопроводов, а также методика определения нагрузок на строительные конструкции и опоры. Для инженерно-технических работников проектных и строительных организаций, а также может быть использована студентами вузов.

Предисловие
Введение
Гпава 1. Инженерные трубопроводные сети и их прокладка
Глава 2. Проектирование соомащенной прокладки инженерных сетей
Глава 3. Проектирование элементов соамвшенно прокладываемых трубопроводных сетей
Гпава 4. Опирание сетей
Гпава 5. Проектирование строительных конструкций
Заключение
Приложения
Список литературы

Предисловие

Совершенствование проектирования и строительства трубопроводов различного назначения, повышение надежности их работы представляет важную, еще не полностью разрешенную проблему городского и промышленного строительства.

В настоящей книге рассмотрены главным образом новые технические вопросы и решения, появившиеся перед проектировщиками и строителями сравнительно недавно в связи с переходом к совместной прокладке технологических трубопроводов и электрических кабелей высокого напряжения с теплопроводами и паропроводами при подземном и наземном устройстве коммуникаций. Внедрение совмещенной прокладки инженерных сетей снижает финансовые, материальные и трудовые затраты в строительстве, увеличивает срок службы и повышает надежность в эксплуатации объектов народного хозяйства.

Особое внимание в книге уделено вопросам выборе того или иного способа осуществления совмещенной прокладки сетей, развития опыта проектирования, строительства и эксплуатации сетей, выбору наиболее рациональных конструкций. При освещении этих вопросов широко использован передовой опыт проектных организаций Латвийской ССР, Москвы и Киева.

Автор выражает благодарность инж, О.И. Шапиро за корректировку текста книги и полезные советы, сотрудникам Латгипропрома, ЛО ЛенПСК и РижТЭПа инженерам Р.Я. Крауя, Э.Р. Смилтенису, Я.И. Формальскому, М.К. Эртнеру, Ю.М. Онзупу, Г.Э. Карклину за полезные советы и участие в разработке отдельных тем и рисунков, рассмотренных и приведенных в книге. Латвийскому республиканскому правлению Союза НИО СССР и Э.Д. Карклину за творческий вклад в рассмотрение и внедрение новых прогрессивных технических решений, рецензенту канд. техн. наук А.А. Скворцову за творческий вклад при работе над книгой.

Введение

Трубопроводное транспортирование материалов, прежде чем получить широкое распространение, имело долгую историю, В далекой древности прообразом современных инженерных сетей являлись водоводы, предназначенные для орошения полей и водоснабжения населенных мест. Рост численности населения, развитие ремесел и мануфактур способствовали появлению уже целых систем водоводов различного назначения: для орошения полей, производства товаров и строительных материалов, осуществления строительства и транспорта, питьевых нужд и т. п. Возникла также необходимость улучшения санитарного состояния населенных мест, в результате чего были созданы канализационные системы в виде закрытых самотечных канализационных каналов. Предполагается, что они появились в четвертом тысячелетии до н. э. Известно, что Афины, Микены, Троя и другие города древнего мире имели уже весьма развитые системы городской канализации. В конце существования Римской империи в Риме была сооружена настолько совершенная система канализации, что некоторые ее участки эксплуатируются еще до сих пор (Клоака Максима и др.).

Водоводы и канализационные сети со временем появились во всех технически развитых странах древнего мира, однако до появления других видов инженерных сетей прошли тысячелетия. Следующими (хронологически) были паропроводы. Водяной пар, конечно, был известен уже древним римлянам и они применяли его в своих банях-термах, но паропроводов значительной протяженности для применения в производстве промышленной продукции или для транспортирования каких-то веществ римляне не знали. Только в конце XVIII в. создание И. Ползуновым и Дж. Ваттом паровых машин, а также общее совершенствование технологии производства с использованием теплоты и давления водяного пара привело к появлению паропроводов. Большое значение в развитии паропроводов и многих последующих видов инженерных сетей имело освоение производства труб, способных работать под давлением, из цветных и черных металлов и различных неметаллических материалов. Заводское изготовление таких труб началось в конце XVIII столетия.

Широкое применение водяного пара в производстве способствовало появлению конденсатопроводов, в условиях отсутствия в те времена систем химической водоочистки и деаэрации питательной воды паровых котлов срок службы котлов, паропроводов, пароиспользующего оборудования и машин был крайне мал. Сбор и возврат конденсата паровому котлу оказался необходимым и экономически выгодным мероприятием, поскольку оно сокращало расход топлива и воды и удлиняло срок службы парового котла, паропроводов и оборудования.

В первой половине XIX столетия появились сети светильного газа, который использовали для освещения улиц и зданий, а также для приготовления пищи, нагрева воды в жилых зданиях и на производстве.

Создание динамоэлектрических машин в 1832—1870 гг. вызвало необходимость в электропроводах, которые сначала были неизолированными. Потом началось изготовление одножильных и многожильных изолированных проводов и бронированных кабелей.

Провода связи начали появляться после изобретения электромагнитного телеграфа П. Шиллингом в 1832—1835 гг. и С. Морзе в 1837 г., а также телефона — Г. Беллом в 1876 г. Развитие производства голых и изолированных проводов и кабелей связи шло параллельно с производством электропроводов и электрокабелей.

После внедрения теплофикации в энергетическое хозяйство страны широкое развитие получило строительство водяных тепловых сетей. 25 ноября 1924 г. в Ленинграде был введен в строй первый теплопровод общего назначения, сооруженный по проекту и под руководством пионеров советской теплофикации Л.Л. Гинтера и В.В. Дмитриева.

Развитию водяных тепловых сетей в дальнейшем способствовала также централизация теплоснабжения потребителей посредством создания районных котельных.

Нефтепроводы и нефтепродуктопроводы появились после создания двигателей внутреннего сгорания Н. Отто в 1867—1876 гг. и моторов-дизелей конструкции Р. Дизеля в 1893—1897 гг. Возник большой спрос на бензин, керосин, дизельное топливо и смазочные материалы. Начались форсированная добыча и переработка нефти. Необходимость транспортирования нефти и различных нефтепродуктов на большие расстояния от места добычи к нефтеперерабатывающим заводам, крупным городам, железнодорожным узлам, речным и морским портам дала мощный импульс развитию трубопроводного транспорта.

Сети природного газа появились в середине XX века после освоения техники глубокого бурения скважин и открытия в стране крупных Месторождений газа. Спрос на природный газ резко возрос, когда вылепилось, что он является не только дешевым, высококалорийным и чистым топливом, позволяющим весьма просто осуществить автоматизацию процессов горения в топках котельных и технологических печей, но представляет собой также сырье для производства полимеров, синтетических волокон, резины, красителей и многих химико-фармацевтических материалов. В настоящее время по всей стране сооружаются газовые сети высокого, среднего и низкого давления, в том числе и для экспорта газа за границу.

Бурное развитие науки и техники в XX веке, появление новых технологий и материалов, особенно в металлургической, химической, нефтехимической, химико-фармацевтической, биологической, целлюлозно-бумажной, деревообрабатывающей, машиностроительной и пищевой отраслях промышленности, а также в строительстве и в производстве строительных материалов привело к невиданному до сих пор массовому сооружению все новых инженерных сетей для транспортирования материалов и осуществления технологических процессов производства:

• кислородопроводов для экономической выплавки высококачественных металлов с применением кислородного дутья, а также для резки и сварки металлов;
• сетей сжатого воздуха для транспортирования твердых веществ, работы в системе пневмотранспорта, осуществления технологических процессов производства;
• кислотопроводов, для транспортирования кислот разной концентрации и разного качества на предприятиях химической, пищевой и химико-фармацевтической промышленности, в целлюлозно-бумажном производстве;
• трубопроводов щелочных растворов — известкового молока, каустической соды, едкого натра и калин и др., применяемых в целлюлозно-бумажной, химической и химико-фармацевтической промышленности дли производства разных лекарств, реагентов, минеральных удобрений, целлюлозы, бумаги, картонов и др.;
• сетей хладагентов (разных рассолов, фреона и других материалов), сооружаемых для охлаждения продуктов на холодильниках, мясо-, рыбо- и молококомбинатах, плодоовощных, консервных предприятиях, пивзаводах, предприятиях химической, химико-фармацевтической, медицинской промышленности, в сооружениях зимнего спорта и др. Сети хладагентов применяют также в качестве спутников-охладителей для ряда транспортируемых по трубопроводам материалов, разлагающихся или портящихся от воздействия теплоты окружающей среды;
• сетей горючих и взрывоопасных веществ — эфиров, бензинов, бензолов, мазутов, водорода, аммиака, уксусной кислоты высокой концентрации, метанолов, этанолов и других материалов, используемых на предприятиях по производству резиновых и древесно-стружечных изделий, продукции химической, химико-фармацевтической, медицинской и других отраслей промышленности, а также на автобазах, в аэропортах, котельных, нефтебазах;
• сетей растворов солей и реагентов, применяемых в химической, химико-фармацевтической и других отраслях промышленности при изготовлении лекарств, химических реактивов и химикатов; в котельных, ТЭЦ, ГРЭС, АЭС и АТЭЦ как составная часть аппаратуры химической очистки питательной воды котлов и тепловых сетей. Осуществляется перекачка морской воды по сетям для использования ее в целебных целях выделения из воды разных солей и веществ, а также для опреснения ее и получения воды питьевого качества;
• сетей пищевых продуктов — молокопроводов, винопроводов, пивопроводов, трубопроводов для транспортирования разных фруктово-ягодных соков, минеральных вод и освежающих напитков. Сооружаются рыбопроводы дня транспортирования рыбы как на близкие, так и на весьма значительные расстояния из судна на причалы, участки сортировки и обработки, рыбоконсервные заводы;
• сетей инертных и активных газов, применяемых, как, например, азот, для рпорожненин различных трубопроводов и систем, наполненных активными материалами — кислотами, щелочами, различными растворами солей, реагентами, вредными, горючими и взрывоопасными веществами;
• сетей для транспортирования твердых веществ — песка, гравия, грунта разного состава, дробленого каменного угля и разных руд, пылевидного топлива, древесной стружки, зерна и других твердых веществ небольших размеров. При этом такое пылевидное топливо, как каменноугольная пыль разных марок, пылевидный торф, древесная стружка, а также разные зерна, семена и другие вещества, требующие сухого состояния, транспортируются по трубопроводам с помощью струи воздуха разного давления, а песок, грунт, мелкогабаритный уголь и руда — с помощью струи воды, в виде водяной пупьпы;
• транспортных линий с горизонтальными, наклонными и вертикальными участками для перемещения каменных углей, руд, грунтов и других ископаемых в открытых, опрокидываемых контейнерах, движущихся по кольцевой линии от мест добычи к сортировочным и обогатительным предприятиям — потребителям, железнодорожным, шоссейным и водным транспортным узлам. Горизонтальное и наклонное перемещение контейнеров осуществляется движущимися канатами, а вертикальное — подъемными элеваторами;
• сетей пневмопочты с плавными поворотами, подъемами и опусками, по которым осуществляют транспортирование с помощью сжатого воздуха небольших контейнеров-ампул с документами, литературой, лекарствами, реагентами и разными другими малогабаритными предметами. Пневмопочта связывает отдельные цеха предприятий, а также различные предприятия и организации, расположенные на определенном расстоянии в одном и том же городе.

Кроме упомянутых инженерных сетей и городских коммуникаций существует еще и целый ряд других. Считается, что в настоящее время общее число разновидностей инженерных сетей достигает 200 единиц.

Эксплуатация многочисленных систем трубопроводного транспорта Различного назначения убедительно доказала, что трубопроводные инженерные сети являются дешевым, надежным, быстрым, хорошо герметизированным и управляемым транспортным средством для газо¬нах и жидких веществ, а также для целого ряда твердых материалов небольших размеров, Это способствует более широкому распространению уже известных и появлению новых, разнотипных инженерных сетей, что, в свою очередь, вызывает необходимость всесторонней разработки экономичных и эффективных способов прокладки сетей.

Начиная со времени появления первых сетей для транспортирования материалов, технология их сооружения развивалась в двух направлениях — подземная и наземная прокладка.

Подземную прокладку сетей стали применять при сооружении крытых самотечных трубопроводов для перемещения воды. Расположение сетей под землей хорошо предохраняло транспортируемые воды от атмосферного влияния, загрязнения, испарения и доступа насекомых. Это приобретало особое санитарно-гигиеническое значение при отводе хозяйственно-фекальных и сточных вод.

Примером наземной прокладки сетей могут быть акведуки, которые служили для сооружения длинных самотечных водоводов, проходящих по местности с резко выраженным рельефом. Акведуки совместно с мостами образовали целую отрасль в строительном деле древних времен и выполнялись они на весьма высоком для той эпохи архитектурно-техническом уровне.

При заселении более северных географических районов, с холодными зимами превалирующим направлением стала подземная прокладка, которая давала возможность предохранить сети от замерзания и механических повреждений. Мнение о необходимости и целесообразности прокладки инженерных сетей только подземно в течение многих столетий развивалось и закреплялось во Франции. Англии, Германии, в странах Средней Европы, Скандинавии, России, США (подземная прокладка сетей по традиции зачастую преобладает в этих странах и в настоящее время). Предпочтение, отдаваемое подземной прокладке сетей, укрепилось в XVIII веке с развитием производства металлических труб и паровых насосов, дающих возможность сооружения трубопроводных сетей, способных работать под давлением.

Важным этапом в развитии способов прокладки инженерных сетей считается появление в XIX веке трубопроводов, покрытых теплоизоляционным слоем — паропроводов, конденсатопроводов и водяных тепловых сетей. Нанесение теплоизоляционного слоя, предохраняющего от замерзания трубопроводы с непрерывным движением рабочей среды, дало возможность применить наземную прокладку многих инженерных сетей в районах с холодными зимами, где ранее эти сети прокладывались только подземно.

Следующим шагом в развитии способов прокладки инженерных сетей явилось освоение техники попутного нагревания или охлаждения трубопроводов. Трубопроводы со спутником-нагревателем дают возможность транспортировать по трубам материалы, которые должны сохранять определенную положительную температуру (например, мазут), а также такие, которые должны быть гарантированно защищены от замерзания (например, воду). Трубопровод спутника-нагревателя размещается под нагреваемым трубопроводом, чтобы теплота, выделяемая спутником-нагревателем, поднимающаяся вверх, наиболее эффективно использовалась нагреваемым трубопроводом. Обогрев транспортируемого материала возможно также осуществить путем использования электричества. В настоящее время в стране и за рубежом разработаны различные типы нагревателей и греющих систем. Существуют системы прямого обогрева, при которых ток пропускается непосредственно через обогреваемый трубопровод, и системы косвенного обогрева, при которых трубопровод нагревается, получая теплоту от электронагревателя-спутника, проложенного параллельно обогреваемому трубопроводу или спирально намотанного на этот трубопровод.

Анализируя пройденные этапы развития инженерных сетей и способов их прокладки, изучая практический опыт, можно сделать вывод, но в большинстве случаев наземная прокладка сетей имеет определение преимущества технического и экономического характера перед подземной прокладкой (подробнее эти вопросы будут рассмотрены в следующих главах). Следует, однако, заметить, что в настоящее время подземную прокладку сетей применяют относительно редко. Одной из причин является недостаточное совершенство имеющихся строительных инструкций и разработанных современных архитектурных форм наземных эстакад. Представляется очевидным, что если в древности необходимость решения аналогичных задач привела к поиску и созданию эстетически выразительных форм наземных эстакад, то и в наше время, когда для этого имеются гораздо более обширные возможности, настоящая задача будет решена. Второй причиной является традиционно сложившееся за многие столетия мнение о необходимости и целесообразности прокладки инженерных сетей подземно. Подробная всесторонняя обработка способов наземной прокладки сетей, широкое освещение имеющегося в этом области опыта дадут определенные результаты в перестройке сложившихся представлений.