ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ ДЫМОВАЯ ТРУБА

Полезная модель относится к области строительства высотных сооружений и может быть использована при ремонте и реконструкции железобетонных дымовых труб.
Известны дымовые трубы, содержащие фундамент, железобетонный ствол, футеровку (кирпичную или монолитную) и теплоизоляцию в зазоре между стволом и футеровкой [1]. Железобетонный ствол обеспечивает несущую способность сооружения, футеровка обеспечивает защиту железобетонного ствола от непосредственного воздействия дымовых газов, теплоизоляция обеспечивает защиту ствола от температурного воздействия дымовых газов и позволяет обеспечивать «безопасный» уровень температурных напряжений в стенке ствола. Часто в процессе эксплуатации теплоизоляция разрушается значительно раньше расчетного (проектного) срока службы, установленного равным 50 лет. Основной причиной преждевременного разрушения теплоизоляции является температурно-влажностное воздействие отводимых газов, которые проникают через футеровку и теплоизоляцию, конденсируются на «холодной» внутренней поверхности железобетонного ствола, увлажняют теплоизоляцию, что приводит к преждевременному ее разрушению.
Главными факторами, определяющими проникновение дымовых газов через футеровку и теплоизоляцию в стенку ствола являются:
- градиент давлений (разрежений) дымовых газов внутри и атмосферного воздуха снаружи ствола;
- градиент температуры по стенке ствола, который появляется в случае разрушения теплоизоляции.
Основной причиной градиента давлений дымовых газов внутри и атмосферного воздуха снаружи ствола является то, что при обтекании трубы ветровым воздушным потоком по периметру вокруг ствола трубы образуются зоны пониженного давления (разрежения) [2]. При этом разрежение внутри ствола меньше, чем разрежение атмосферного воздуха снаружи в зонах перпендикулярных ветровому потоку и с подветренной стороны.
Кроме того, появление дополнительных температурных напряжений в стенке ствола связано с воздействием солнечной радиации и ветра. Температура участков ствола с солнечной и теневой, с наветренной и подветренной сторон могут отличаться на 20…25°С. Это вызывает также и дополнительные температурные деформации (отклонение от вертикальной оси) ствола.
Под воздействием атмосферных факторов происходит замораживание и размораживание влаги, проникающей в составе газов и конденсирующейся из газов в стенке ствола. В результате этого разрушается поверхностный слой бетона, цветомаркировочное покрытие, ухудшается внешний вид трубы.
В случае разрушения теплоизоляции в стенке ствола появляется значительный температурный градиент по ее толщине, который приводит к резкому увеличению температурных напряжений. Температурные напряжения достигают максимальной величины на наружной (растягивающие) и внутренней (сжимающие) поверхностях ствола и вызывают его разрушение. Первоначально разрушение проявляется в виде трещин в защитном слое бетона на наружной поверхности ствола, а затем - в полном его отслоении.
После этого, как правило, требуется капитальный ремонт и усиление ствола, в частности железобетонными обоймами. Чтобы не допустить этого, необходимо своевременно восстанавливать теплоизоляцию в зазоре. Широкое применение в настоящее время приобрел способ восстановления теплоизоляции путем засыпки в зазор через специально устраиваемые в футеровке «окна» сыпучего теплоизоляционного материала [3].
Восстановление теплоизоляции подобным способом позволяет лишь временно замедлить процессы разрушения, так как при этом не устраняются причины, из-за которых перед этим разрушилась теплоизоляция. Кроме того, для восстановления теплоизоляции требуется остановка работы трубы на длительное время. Высока трудоемкость и затруднен контроль качества выполнения этих работ. Теплоизоляция в случае увлажнения по вышеуказанным причинам во многом утрачивает свои теплоизолирующие свойства, просушить ее практически не представляется возможным, в результате состояние трубы будет хуже, чем на момент ремонта. Потребуется удаление увлажненной теплоизоляции из зазора, замена на новую.
Полезная модель решает задачи:
- повышения эксплуатационной надежности существующих железобетонных дымовых труб, у которых в процессе эксплуатации разрушилась теплоизоляция или значительно ухудшились ее теплозащитные свойства;
- снижения стоимости, трудоемкости, повышения качества и обеспечения возможности выполнения работ в любое время года без остановки работы трубы на длительное время;
Для этого согласно полезной модели в дымовой трубе, содержащей фундамент, железобетонный ствол, футеровку и теплоизоляцию, предлагается теплоизоляцию выполнять снаружи ствола и защищать от атмосферных воздействий защитным экраном, при этом между защитным экраном и теплоизоляцией оставлять вентилируемый зазор или продухи. Теплоизоляция может быть выполнена из минераловатных плит, закрепленных на поверхности ствола на клеевых составах или других связях. Защитный экран может быть выполнен из стальных или пластиковых фасадных плит и панелей, стального профилированного настила, которые закрепляются к обрешетке, например, из тонкостенных профилей из оцинкованного железа. Элементы обрешетки крепятся к наружной поверхности ствола анкерами или дюбелями. Между экраном и теплоизоляцией оставляется воздушный зазор или продухи. Для естественной вентиляции зазора в нижней и верхней части трубы в защитном экране предусматривают продухи, сообщающиеся с атмосферой.
Теплоизоляция снаружи ствола обеспечивает: уменьшение температурного градиента по толщине стенки, а, следовательно, и снижение величины температурных напряжений; повышение температуры внутренней поверхности ствола и устраняет или в значительной степени уменьшает возможность образования на ней конденсата.
Защитный экран устраняет градиент давления (разрежения) газов внутри ствола и в воздушном зазоре между теплоизоляцией и защитным экраном, непосредственное воздействие атмосферных факторов (температуры, осадков, ветра, солнечной радиации) на ствол, обеспечивает защиту теплоизоляции. Вентилируемый зазор между экраном и теплоизоляцией обеспечивает благоприятные условия эксплуатации и долговечность теплоизоляции.
На фиг.1 показан продольный разрез железобетонной дымовой трубы, на фиг.2 и фиг.3 - фрагменты поперечных разрезов стенки трубы с защитным экраном из плоских и профилированных панелей или листов соответственно на фиг.4 - фрагмент продольного разреза стенки трубы.
Дымовая труба (фиг.1) представляет из себя несущий железобетонный, футерованный и теплоизолированный ствол, закрепленный на фундаменте. Стенка дымовой трубы (фиг.2, 3, 4) содержит: футеровку 1, выполненную, например, из кирпича или монолитного кремнебетона; воздушный зазор 2 с разрушившейся теплоизоляцией между футеровкой 1 и железобетонным стволом 3; несущий железобетонный ствол трубы 3; теплоизоляционный слой 4, выполненный, например из минераловатных плит, наклеенных или закрепленных при помощи анкеров на поверхности ствола; элементы обрешетки 7, выполненные, например, из оцинкованных гнутых профилей, закрепленных к стволу анкерами или дюбелями; защитный экран 6, выполненный, например, из стальных или полимерных плоских или профилированных листов или панелей, закрепленных к элементом обрешетки 7, например, при помощи саморезов; воздушный зазор или продухи 5, между теплоизоляционным слоем 4 и защитным экраном 6. На наружной поверхности ствола может быть нанесена пароизоляция, например, паропроницаемыми лакокрасочными материалами, теплоизоляционный слой может быть накрыт защитным слоем из воздухо- и паропроницаемых тканей. Защитный экран 6 может быть выполнен из стальных оцинкованных, окрашенных в заводских условиях плоских и профилированных панелей и листов или из стеклопластика.
Дымовая труба работает на нагрузки и воздействия следующим образом.
Ветровая нагрузка воздействует на защитный экран 6 трубы. Элементы обрешетки 7, к которым закреплен защитный экран 6, передают ветровую нагрузку, действующую на экран, на ствол трубы 3, а ствол трубы 3 передает эту нагрузку на фундамент. При обтекании трубы воздушным потоком, по периметру защитного экрана 6 образуются зоны пониженного давления (разрежения), а под экраном в воздушном зазоре 5 между теплоизоляцией 4 и экраном 6 давление изменяется незначительно.
Температурные воздействия со стороны дымовых газов передаются через футеровку 1 и зазор 2 с разрушенной или поврежденной теплоизоляцией на ствол трубы 3. На начальном этапе футеровка 1 и зазор 2 обеспечивают постепенность прогрева стенки ствола 3, не допуская появления в ней опасного градиента температуры по толщине, а, следовательно, и температурных напряжений. Благодаря теплоизоляции снаружи 4 стенка ствола постепенно и равномерно прогревается по всей толщине. Вследствие имеющейся защиты и ограничения теплоотдачи температура по толщине стенки быстро выравнивается, что исключает появления значительных по величине температурных напряжений при пусках, остановках и резких изменений режимов работы. Внутренняя поверхность ствола 3 имеет более высокую температуру, чем у прототипа [1]. Этим исключается конденсация паров, входящих в состав дымовых газов, на внутренней поверхности ствола и ее увлажнение.
Наружная теплоизоляция 4 и защитный экран 6 с воздушной прослойкой 5 обеспечивают защиту ствола 3 от атмосферных воздействий (температурных, солнечной радиации, осадков), тем самым исключаются процессы увлажнения, эрозии, замораживания и оттаивания влаги в стенке ствола, устраняются причины отличия температур ствола в разных его зонах.
Вентилируемый зазор 5 обеспечивает удаление проникающих через стенку газов и паров и предотвращают возможность увлажнения теплоизоляции, вследствие конденсации паров в теплоизоляционном слое.
Работы по теплоизоляции и устройству защитного экрана могут выполняться в любое время года без остановки работы трубы. Для этого могут быть использованы хорошо освоенные и широко применяемые системы утепленных вентилируемых фасадов зданий. Все это обеспечивает гарантированный уровень качества работ. По сравнению с прототипом полезная модель отличается высокой ремонтопригодностью, доступностью осмотрам и удобством эксплуатации. Заводская окраска элементов защитного экрана обеспечивает долговечность и хороший облик сооружения.
Таким образом, по сравнению с прототипом [1], предлагаемое конструктивное решение по восстановлению теплоизоляции железобетонных дымовых труб позволяет: повысить их эксплуатационную надежность и долговечность за счет устранения причин преждевременного разрушения теплоизоляции, уменьшения температурных напряжений в стволах труб и более благоприятных условий работы; упростить, снизить стоимость и обеспечить более высокое качество ремонтных работ, выполнять работы в любое время года без остановки работы труб.
Источники информации
1. А.М.Ельшин, М.Н.Ижорин, В.С.Жолудов, Е.Г.Овчаренко. Дымовые трубы/ Под ред. С.В.Сатьянова. - М.: Стройиздат, 2001. - 296 с.: ил.
2. Е.В.Субботин, В.А.Лужков В.А., В.А.Пазущан. Учет градиента статических давлений внутри и снаружи дымовых труб при оценке причин их разрушения// Безопасность труда в промышленности. - 2006. - №6. - с.31-32.
3. М.Г.Ладыгичев, Ф.П.Дужих, В.П.Осоловский. Промышленные дымовые и вентиляционные трубы: Справочное пособие. - М.: Теплотехник, 2004. - 484 с.