Как строят дымовые трубы
Однако, пока человечество не научилось избавляться от газообразных отходов предприятий и электростанций, не выбрасывая эти отходы подальше в атмосферу, трубы будут строиться, а возведение этих сооружений останется сложнейшей и интереснейшей инженерной задачей.
Самая высокая дымовая труба в мире была построена в 1987 году в СССР, а находится ныне на территории Казахстана. На высоту 420 м она отводит выбросы Экибастузской ГРЭС-2, вырабатывающей электроэнергию из местного высокозольного угля. Этой трубе немного уступает по высоте канадская Inco Superstack с ее 385 м, возведенная в 1971 году.
В XXI веке ничего подобного уже не строилось — сегодня ставка делается на очистные сооружения, которые серьезно снижают токсичность выбросов. Это, однако, не означает, что трубы утратили свою актуальность — просто появилась возможность строить их ниже, но не так чтобы намного: трубы выше 200 м возводятся и сегодня. Они не столь зрелищны, как небоскребы, но многие инженерные проблемы, которые приходится решать при строительстве сверхвысоких зданий, присутствуют и в работе трубокладов — да-да, именно так называют строителей дымовых труб.
Один из финальных этапов сооружения трубы — ее окраска. Здесь не может быть никаких вольностей: труба — высотный объект и должна быть хорошо заметна для экипажей летательных аппаратов.
Кирпич отступил
Классическим и самым первым материалом для строительства дымовых труб был кирпич. Пока трубы оставались невысокими, все было отлично, но по мере увеличения их высоты выяснилось, что кирпич имеет свои прочностные пределы и недостаточно хорошо работает на сжатие. Впрочем, если подобрать кирпич покрепче и связующие растворы с особыми качествами, то рекорды возможны и в этой области. Еще в 1919 году американской компанией Custodis Chimney в городе Анаконда, штат Монтана, была возведена самая высокая в мире кирпичная труба для отвода газов от множества медеплавильных печей. Труба имеет коническую форму (диаметр 23 м у основания и 18 у вершины) и уходит в небо на 178,3 м. Толщина ее кирпичных стен у основания составляет 180 см.
У этого рекордсмена не было последователей. В грядущие десятилетия самым популярным конструкционным материалом стал железобетон. Железобетонные трубы возводят и поныне, хотя уже существуют альтернативы в виде металла и пластика. Чтобы узнать, что представляют собой современные гигантские дымовые трубы, «ПМ» отправилась в Санкт-Петербург, где расположилась штаб-квартира ЗАО «Корта». Эта компания проектирует и строит высокие дымовые трубы, градирни, а также занимается их ремонтом и обслуживанием в 40 регионах России.
При возведении железобетонной трубы в зимнее время, особенно если речь идет о скользящей опалубке, строительную площадку окружают так называемым тепляком, где плюсовая температура поддерживается с помощью калорифера.
«Видео в интернете, на которых жаждущие адреналина молодые люди прыгают с высоких труб с тарзанок и с парашютами, в нашей профессиональной среде воспринимаются без восторга, — говорит Алина Смирнова, генеральный директор ЗАО «Корта». — Эти сорвиголовы рискуют ради риска, а работа трубоклада сопряжена с риском по необходимости. До сих пор работа на высоте — это тяжелый, по преимуществу ручной труд, где невнимательность и пренебрежение техникой безопасности может стоить жизни». Кубометр бетона, залитый вблизи земли, и кубометр бетона, залитый на высоте 150 м, колоссально отличаются по стоимости — так нам говорят специалисты. Чтобы убедиться в справедливости этого утверждения, стоит разобраться, как устроена и как строится современная железобетонная дымовая труба.
Все ближе к небу
Все, конечно, начинается с фундамента, и тут аналогии с небоскребом напрашиваются сами собой. Подобно ядру высотного здания, дымовая труба — это стержень, консольно защемленный в основании. Как под будущей трубой, так и под будущим небоскребом заливается бетонная плита. Плита может опираться на сваи, а может и не опираться, но в последнем случае придется значительно увеличить ее площадь. Поскольку дымовые трубы строятся, как правило, в стесненных условиях промышленных территорий, сваи обычно используют. Над плитой устанавливается так называемый стакан — круглое основание будущей трубы.
На шахтном подъемнике (решетчатой конструкции) установлена подъемная головка, к которой будет прикреплена рабочая площадка с внешней опалубкой.
Сооружение трубы в чем-то сходно с монолитным строительством зданий — она поэтапно растет вверх. Разница лишь в том, что в распоряжении трубокладов не просторные этажи, а пространство, ограниченное диаметром трубы — всего несколько метров. Существует два основных метода сооружения труб — подъемно-переставной опалубки и скользящей опалубки. Первый метод технологически проще, дешевле, но уступает второму в скорости работ и в качестве железобетонного ствола трубы.
Если трубу возводят методом подъемно-переставной опалубки, то на фундаменте (внутри будущей трубы) устанавливают наращиваемую решетчатую конструкцию — «шахтный подъемник». Он используется для подъема наверх строительных материалов (арматуры, бетона), а также служит опорой для электромеханического подъемного механизма — «подъемной головки». К головке подвешивается круглая площадка, с которой свисает внешняя часть опалубки. Внутренняя (переставная) часть опалубки монтируется дополнительно. Опалубка собрана, закреплена, в ней установлена арматура, туда заливают бетонный раствор. После того как бетон застывает и обретает конструктивную прочность, головка поднимает площадку на 2,5 м. Все повторяется снова. Таким образом труба нарастает кольцами, и каждое из этих колец имеет внутренний выступ, так называемую консоль. Зачем она?
О чем плачут трубы?
Сооружение финальной части фундамента под дымовую трубу — так называемого стакана. Сначала монтируется арматура, затем создается бетонная форма.
Иногда он выступает на наружной поверхности трубы в виде белесых пятен, а в зимний период превращается в огромные сосульки. Тогда говорят: труба плачет. Чтобы исключить такие явления, футеровку покрывают специальными составами, снижающими ее проницаемость для конденсата. А вот в трубах, отводящих газы при сжигании угля (в России много угольных разрезов и много ТЭЦ при них), защита футеровки возникает естественным образом: образующийся налет прекрасно защищает кирпич.
Недешевое скольжение
В 1960-е годы в Швеции была разработана более прогрессивная технология строительства железобетонных труб — метод скользящей опалубки. В этом случае рабочая площадка с опалубкой двигается от нулевой отметки, поднимаясь на домкратных стержнях, которые остаются в теле бетона. Высота опалубки 1,2 м, но укладка бетона происходит слоями по 20−30 см. Как только слой обретает конструктивную прочность 5 МПа, укладывается следующий. Метод скользящей опалубки позволяет наращивать строящуюся трубу на 3 м и более в сутки, процесс идет практически непрерывно, и нет необходимости разбирать и собирать опалубку.
«Однако это сложная и дорогая технология, — говорит директор по производству ЗАО «Корта» Андрей Кузнецов. — Оборудование для строительства труб методом скользящей опалубки производят только две фирмы в мире, и его эксплуатация настолько сложна, что нам приходится использовать его только под контролем иностранных супервайзеров, представляющих производителя. Строить же конические сооружения этим методом умеют только австрийцы. Кроме дороговизны, в России метод скользящей опалубки имеет еще два недостатка. Во‑первых, его практически нельзя применять при минусовых температурах (из-за постоянной подачи жидкого раствора, который может замерзнуть), а во-вторых, технология предполагает бесперебойный подвоз раствора в течение, скажем, двух месяцев, и далеко не в каждом регионе нашей страны производственные мощности такое позволяют».
Но какой бы сложной ни была технология опалубки, работа на высоте предъявляет людям высокие требования. Если строящаяся труба не оснащена лифтовым оборудованием (а до определенных высот оно не устанавливается), только забраться на высоту 100−150 м — это приличная затрата времени и сил. Работа на высоте нелегка и психологически — страх высоты заложен в человеке с рождения. Как нам рассказали, некоторые трубоклады, успешно работающие на 120-метровых трубах, отказываются наотрез от работы на 200-метровых. Страшно! Наверху на небольшой площадке нет места для тяжелой техники — для заливки раствора в опалубку рабочие используют тачки и много разного ручного инструмента. Куб бетона, залитый на высоте, «золотым» делает еще и необходимость обеспечивать безопасность трубокладов, а это стоит больших денег. «Экономия на безопасности позволяет некоторым компаниям предлагать низкие цены, — говорит Андрей Кузнецов, — но в итоге это может привести к трагическим последствиям, вроде гибели трех рабочих во время ремонта трубы Конаковской ГРЭС в мае этого года. Люди сорвались вниз вместе с люлькой, которая, очевидно, не прошла положенных испытаний».
Железный аргумент
Впрочем, железобетонным трубам с их трудоемкими технологиями есть альтернатива — металлические конструкции. Металлические трубы бывают отдельно стоящими (в этом случае металла нужно много) или закрепленными в несущем портале, имеющем вид решетчатой фермы. Возведение таких труб технологически проще, они более ремонтопригодны, но менее долговечны.
«Выбор в пользу металлической трубы должен основываться на экономических расчетах, — поясняет Андрей Кузнецов. — Если железобетонная труба наращивается, то металлическую надо собирать из кольцевых элементов с помощью кранов. Краны, способные поднять детали трубы на высоту 150 м, — это уникальные машины, аренда которых может обходиться в миллион рублей в день и выше. Чтобы удешевить процесс, мы сейчас экспериментируем с другой технологией. На всю высоту трубы выстраивается решетчатая легкосборная ферма, а затем внутри нее монтируется труба из металлических колец. Она наращивается либо сверху (тогда секции поднимаются вверх с помощью лебедки), либо снизу (тогда построенная часть трубы поднимается на домкратах). В данном случае тяжелые краны не нужны».
Дымовые трубы
Наше предприятие ООО «УГК-Энергетика» занимается разработкой проектов, изготовлением и монтажом дымовых труб для котельных и мини-ТЭЦ (ТЭС), установка которых проводится непосредственно на объекте Заказчика.
Дымовые трубы могут быть изготовлены из черной углеродистой или из нержавеющей стали. Конструкция дымовой трубы представляет собой отдельные секции, количество которых зависит от высоты трубы. Благодаря такой конструкции легко осуществляется перевозка и монтаж конструкции на месте объекта.
Основные виды производства дымовых труб от ООО «УГК-Энергетика» :
Стальная самонесущая дымовая труба. Стальная самонесущая дымовая труба – одноствольная металлическая труба, высота которой может достигать 30 метров. В неё заводятся газоходы от одной либо нескольких установок. При выборе такой дымовой трубы нужно проанализировать возможность ее эксплуатации.
Ферменные самонесущие дымовые трубы Труба дымовая самонесущая ферменная представляет собой несущую ферменную колонну, к которой крепится один или несколько газоотводящих стволов с теплоизоляцией. Такая конструкция может иметь до шести стволов. Наше предприятие производит и поставляет ферменные самонесущие дымовые трубы высотой до 50 метров.
Стальная самонесущая дымовая труба. Дымовые трубы данной конструкции состоят из пакета внутренних газоотводящих стволов и наружной несущей обечайки. Внутри обечайки может располагаться до 5 газоотводящих стволов различного диаметра. Специалисты ООО «УГК-Энергетика изготавливает дымовые трубы такой конструкции высотой до 60 м и диаметром обечайки до 3450 мм. Внутренние газоотводящие стволы изготавливаются из нержавеющей стали.
Фасадная дымовая труба состоит из легкой рамы и нескольких газоотводящих стволов. Иногда фасадные трубы можно устанавливать и без рамы, так как их крепят к фасаду хомутами анкерного крепления. Газоотвод фасадной трубы состоит из нескольких модулей, изготовленных из нержавеющей стали.
Дымовая труба на растяжках — представляет собой металлическую одноствольную трубу с фиксацией одним или несколькими поясами оттяжек. Эта конструкция является самой распространенной простой и доступной из всех стальных дымовых труб.
По всем вопросам покупки вспомогательного оборудования обращайтесь к нашим специалистам:
ППР на котельные и дымовые трубы
Принцип работы
Для того чтобы поддерживать постоянный огонь в топке котельной, к нему непрерывно должен поступать воздух. При этом происходит вывод продуктов сжигания топлива с дальнейшим их рассеиванием в атмосфере. Оба этих процесса обеспечиваются естественной тягой.
Дымовые трубы для котельных работают по принципу физического закона сообщающихся сосудов — масса воздуха низкой температуры больше, чем разогретого в форме столба такой же высоты. Таким образом происходит круговорот, при котором чистый воздух поступает в котел, выталкивая обработанный через дымоход.
В обеспечении тяги большую роль играют высота конструкции, температура внутри и снаружи, а также давление атмосферы.
Типы дымоходов для котельных
Существует несколько типов дымоходов для котельных:
Кирпичные дымоходы строятся в виде конуса для обеспечения устойчивости. Нижние части обкладываются огнеупорным кирпичом с зазором между стенками для компенсации расширения материала под воздействием высоких температур.
Железобетонные конструкции достаточно прочные, но менее стойкие к коррозии. При их строительстве выполняют внутреннюю укладку для защиты от действия агрессивных газов.
В отличие от первых двух типов, труба металлическая дымовая для котельной может быть нескольких типов:
В зависимости от сложности системы отопления все типы могут быть одноствольными или многоствольными.
Типовая технологическая карта (ТТК). Строительство труб различных диаметров
ТИПОВАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА (ТТК)
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТРУБ РАЗЛИЧНЫХ ДИАМЕТРОВ
1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Типовая технологическая карта разработана на строительство труб различных диаметров.
К огнеупорной кладке предъявляются дополнительные требования по прочности, плотности и химической стойкости. Это достигается предварительным подбором и подгонкой кирпича друг к другу насухо, строгим соблюдением перевязки и выдерживанием требуемой толщины шва.
Огнеупорную кладку производят по однорядной системе перевязки с той лишь разницей, что вертикальные поперечные швы верстовых рядов и забутки также перевязывают между собой. Основные правила разрезки и системы перевязки кирпичной огнеупорной кладки изображены на рис.1.
Рис.1. Перевязка швов огнеупорной кладки стен толщиной:
— в 1/2 кирпича;
б
— в 1 кирпич;
в
— в 1 1/2 кирпича;
г
— в 2 кирпича
Качество кладки обмуровки в значительной степени зависит от толщины и качества выполнения швов кладки. По этим признакам огнеупорная кладка может быть разделена на следующие четыре категории: особо тщательная огнеупорная кладка с толщиной шва не более 1 мм; тщательная — с толщиной шва не более 2 мм; обыкновенная — с толщиной шва не более 3 мм и грубая (красная) — с толщиной шва более 3 мм.
При выполнении обмуровки в кладке оставляют температурные горизонтальные и вертикальные швы, размеры и расположение которых устанавливают в каждом случае рабочим проектом, рабочей документацией или заводской инструкцией по эксплуатации котлоагрегатов.
Сопряжение стен кладки обычно выполняют с устройством температурных вертикальных швов, указанных в рабочей документации. Для удобства устройства таких швов закладывают деревянные рейки длиной 1,5 м и переставляют их по ходу кладки. Готовый температурный шов очищают от раствора и мусора и заполняют асбестовым шнуром. Шнур, расположенный ближе к огневому пространству, промазывают жидким раствором огнеупорной глины или графитом.
Горизонтальные температурные швы в случае отсутствия разгрузочных кронштейнов делают путем опирания футеровки на наружный слой из обыкновенного кирпича. Для этой цели в наружный облицовочный слой выпускают несколько рядов огнеупорного кирпича.
Производство каменной кладки в зимних условиях
В зависимости от назначения здания или сооружения и вида кладки каменные работы при отрицательных температурах выполняются следующими основными способами: замораживанием; с применением противоморозных добавок, обеспечивающих твердение раствора при отрицательной температуре; замораживанием в сочетании с искусственным оттаиванием и обогревом кладки нижележащих слоев; с искусственным обогревом раствора в швах в процессе возведения кладки; в тепляках.
Способ замораживания (наиболее экономичный и распространенный) основан на том, что замерзший в швах раствор твердеет в основном после оттаивания кладки и частично до замерзания (вследствие положительной температуры раствора), а также при зимних и весенних оттепелях или искусственном отогревании кладки. Способом замораживания допускается возводить здания и сооружения высотой не более 15 м с выполнением ряда мероприятий, препятствующих возникновению опасных деформаций в кладке (установка дополнительных стальных связей, анкеров и сжимов, особенно в углах наружных стен и в местах примыкания внутренних стен к наружным). Кладку ведут с использованием пластичных цементных, цементно-известковых или цементно-глиняных растворов. Марки растворов назначают исходя из температуры воздуха в момент кладки. Они к месту кладки должны подаваться в подогретом состоянии 278…288 К (5…15 °С), при морозе 263…253 К (10…20 °С).
Получить полный текст
С целью повышения прочности раствора к моменту замерзания и понижения температуры замерзания в раствор вводят противоморозные добавки (нитрит натрия, хлориды кальция и поташ). Количество и состав добавок зависят от среднесуточной температуры воздуха и определяются строительной лабораторией. Кладку на растворах с противоморозными добавками ведут, как и кладку способом замораживания, но при условии, что приготовленный раствор должен быть использован в дело с температурой не ниже 278 К (5 °С) до начала его схватывания.
Если невозможно строить здания на всю высоту способом замораживания, то этот способ сочетают с искусственным отогревом возведенных конструкций нижерасположенной части здания. Таким образом, возводят такую часть здания, которая даст возможность оставшуюся часть здания по высоте выполнить способом замораживания.
При возведении специальных сооружений иногда искусственно прогревают раствор в швах переменным электрическим током, реже паром или горячим воздухом. Электрический ток к раствору подводят с помощью стержневых электродов диаметром 4…6 мм, укладываемых в горизонтальные швы. Расстояние между электродами и подводимое напряжение определяют расчетом.
В исключительных случаях сравнительно небольшие здания и сооружения возводят в тепляках, где с помощью нагревателей или калориферов обеспечивают температуру окружающей среды в пределах 278…283 К (5…10 °С).
2. ОРГАНИЗАЦИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ
Рис.2. Перевязка швов кладки стен толщиной:
— в 1 кирпич;
б
— в 1 1/2 кирпича;
в
— в 2 кирпича;
г
— в 2 1/2 кирпича;
д
— в 3 кирпича
Радиальные швы перевязывают на 1/4 кирпича при обычном кирпиче и наполовину ширины при лекальном кирпиче. Кладку наружного ряда кирпичей ведут так, чтобы тычковые грани ложились точно по очерченной линии наружной окружности. Таким же образом выкладывают ряд кирпичей по внутренней окружности. Наружный ряд кирпичей кладут под расшивку, а внутренний — вподрезку. Забутку ведут с полным заполнением швов. Для того чтобы вертикальные швы по мере кладки конической трубы не набегали друг на друга, применяют трехчетвертки кирпича,- укладываемые ложками вдоль поверхности стены. Проверку уклона конической трубы в вертикальной плоскости производят не менее одного раза в сутки сбавочным уровнем, который прикладывают косой частью к наружной поверхности трубы. Вертикальность оси ствола проверяют отвесом через каждые 5 м по высоте. Толщина стенки ствола трубы по высоте уменьшается за счет устройства уступов с внутренней стороны трубы.
В результате сжигания различного топлива в топках котлов образуются продукты сгорания с разной степенью агрессивности и влажности и различными температурами отходящих газов. Для защиты ствола трубы от их воздействия чаще всего устраивают футеровку — специальную защитную стенку внутри трубы из обычного керамического или специального кирпича (рис.3). При этом между внутренней поверхностью ствола трубы и наружной поверхностью футеровки оставляют зазор, который может быть воздушной прослойкой или заполняется шлаком, шлаковатой и другим термоизоляционным материалом.
Рис.3. Футеровка трубы в 1/2 кирпича:
— прямая;
б
— сопряжение смежных поясов футеровки;
1
— стенка ствола трубы;
2
— футеровка;
3
— шаблон для проверки правильной футеровки;
4
— воздушный зазор;
5
— напускные ряды футеровки;
6
— температурный зазор между рядами футеровки
Кладку кирпичных труб производят с переставных подмостей, оборудованных простейшими грузоподъемными средствами (возведение труб высотой до 40 м) или шахтных подъемников, оснащенных подъемными головками в виде пространственной рамы с рабочей площадкой. Кладка борова обычно состоит в устройстве двух стенок, перекрытых сводом, и выстилки по бетонной подготовке. Сооружение боровов из кирпича начинают с разбивки на готовом бетонном основании осей каналов, а также размещения шиберов и клапанов. Потом по бетонному основанию делают выстилку из кирпича с последующей кладкой стен канала борова. Затем устанавливают опалубку и производят кирпичную кладку свода (рис.4) от пят к замку (вершине) одновременно с двух сторон. Пятовые опоры изготовляют из специальных фасонных камней или вытесывают из нормальных кирпичей. Для предохранения пятового кирпича от быстрого разрушения пяты сводов обычно углубляют в стены на 20…30 мм.
Рис.4. Кирпичная кладка боровов:
— из обыкновенного глиняного кирпича;
б
— план свода при кладке кирпича кольцами;
в
— то же, вперевязку;
г
— футеровка борова огнеупорным кирпичом;
1
— кладка из обыкновенного глиняного кирпича;
2
— фасонный пятовый камень;
3
— окат свода из глиняного кирпича;
4
— угольник для проверки кладки кирпичей свода;
5
— опалубка;
6
— кружала;
7
— стойка;
8
— клинья;
9
— выстилка;
10
— кладка кольцами;
11
— клиновой кирпич;
12
— кладка вперевязку;
13
— слой жирной глины;
14
— окат свода из огнеупорного кирпича;
15
— футеровка из огнеупорного кирпича
Получить полный текст
Замыкающие кирпичи в своде предварительно подбирают насухо так, чтобы последний кирпич при нажиме рукой заходил в свод не более 2/3 своей длины. После указанного подбора кирпичи укладывают на раствор, а замковый кирпич забивают с помощью киянки или металлической кувалды через деревянную прокладку.
Кирпичные высокотемпературные борова выкладывают с футеровкой из огнеупорного кирпича в следующем порядке: выкладывают выстилку по бетонному основанию и стены из обыкновенного керамического кирпича; выполняют все работы по огнеупорной футеровке выстилки, стен, свода; по своду из огнеупорного кирпича делают смазку густой глины толщиной 15…20 мм, по которой кладут второй слой из обыкновенного керамического кирпича со швами толщиной 10 мм. Кладку футеровки ведут со швами для стен 3 мм, для выстилки — 5 мм, для сводов — 2 мм. Температурные швы в огнеупорной кладке боровов размером 10…15 мм оставляют через каждые 5 м по длине, а в кладке из обыкновенного керамического кирпича температурные швы не делают.
3. ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ
Требования к качеству каменных работ
Качество кладки необходимо проверять на протяжении всего процесса ее возведения, применяя соответствующие инструменты и приспособления. Во время каменной кладки следует осуществлять приемку скрытых работ с составлением соответствующего акта. Промежуточной приемке с составлением актов подлежат следующие законченные работы и конструктивные элементы: основания и фундаменты; гидроизоляция (особенно горизонтальная); установленная арматурная сталь; участки кладки в местах опирания ферм, прогонов и балок; установка закладных частей; закрепление карнизов и балконов; деформационные швы; защита от коррозии стальных элементов и деталей, заделываемых в кладку; заделка концов прогонов и балок в стенах и столбах; опирание плит перекрытий на стены.
Отклонения в размерах и положении каменных конструкций от проектных не должны превышать допустимых. В частности, неровности на поверхности стен, обнаруженные при накладывании рейки длиной 2 м, не должны быть более 100 мм для оштукатуриваемых и не более 5 мм для неоштукатуриваемых стен. Качество применяемых для кладки материалов и изделий устанавливают по паспортам заводов-изготовителей, а качество раствора — по актам лабораторных испытаний.
4. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ
Инструменты и приспособления для каменной кладки
Процесс кладки состоит из ряда производственных и контрольно-измерительных операций, выполняемых с помощью соответствующих инструментов и приспособлений.
Рис.5. Основной производственный инструмент каменщика: