Госстрой СССР

Центральный научно-исследовательский
и проектно-экспериментальный институт
промышленных зданий и сооружений
(ЦНИИпромзданий)

РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И РАСЧЕТУ СИСТЕМ
ОБОГРЕВА ПОЛОВ ОТКРЫТЫХ ПЛОЩАДОК

Москва - 1985

Рекомендованы к изданию Главстройпроектом Госстроя СССР.

Предназначены для проектирования и расчета систем обогрева полов открытых площадок нефтехимических (НХЗ) и нефтеперерабатывающих (НПЗ) заводов и содержат конструктивные решения обогреваемых полов, требования к их устройству, к размещению и прокладке нагревательных трубопроводов, а также зависимости для определения тепловых нагрузок на системы обогрева, их теплотехнического и гидравлического расчета.

Для инженерно-технических работников и проектировщиков.

Рекомендации составлены ЦНИИпромзданий (кандидаты техн. наук Л.П. Ананикян, В.В. Пономарева, Г.К. Саранчина, Е.О. Шилькрот) совместно с Ростовским Промстройниипроектом.

Замечания и предложения, а также сведения об использовании Рекомендаций просим направлять по адресу: 127238, Москва, Дмитровское ш., 46, ЦНИИпромзданий, лаборатория отопления и вентиляции.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

b - ширина площадки, м;

d - толщина слоя, м;

S - шаг между трубами, м;

l - длина прямого участка змеевика, м;

h - глубина заложения труб, м;

j - интенсивность процесса, м/ч (м³/м × ч)

F - площадь, м²;

f - площадь живого сечения, м²;

u - скорость ветра, м/с;

w - скорость жидкости, м/с;

G - расход, кг/ч;

Dh - потери давления в сети, кПа (м вод. ст.);

H - располагаемое давление, кПа (м вод. ст.);

t - температура, °С;

t - время процесса, ч;

q - удельный тепловой поток (удельная тепловая нагрузка), Вт/м² [ккал/(м² × ч)];

Q - общая тепловая нагрузка, Вт (ккал/ч);

r - плотность, кг/м³;

l - коэффициент теплопроводности, Вт/м × °С [ккал/(м × ч × °С)];

a - коэффициент температуропроводности, м²/ч;

c - удельная теплоемкость, кДж/(кг × °С) [ккал/(кг × °С)];

r - удельная теплота, Вт × ч/кг [ккал/кг];

R - термическое сопротивление м² × °С/Вт [м² × ч × °С/ккал];

n - количество, шт.;

A - коэффициент неравномерности распределения.

ИНДЕКСЫ

в - вода

с - снег

пл - плавление

исп - испарение

н - наружная

к - конвективная составляющая

л - лучистая составляющая

п - пол

о.п. - обогреваемый пол

min - минимальное значение

под - подающая

обр - обратная

опт - оптимальная

ст - стальные

пэ - полиэтиленовые

тр - требуемое

тн - теплоноситель

у - участок

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие рекомендации предназначены для проектирования обогреваемых полов открытых промышленных площадок. Рекомендации не распространяются на проектирование обогреваемых полов, устраиваемых на вечномерзлых грунтах.

1.2. Обогреваемые полы должны устраиваться в тех районах, где продолжительность периода с отрицательной среднесуточной температурой наружного воздуха больше 0 [1].

1.3. Обогреваемые полы открытых промышленных площадок должны обеспечивать: плавление снега, попадающего на площадку при снегопадах и метелях, за продолжительность снегопада (t_c); предотвращать обледенение площадок и высушивать площадки за заданное время (24 - t_c £ t_исп £ 120 ч.).

1.4. Обогреваемые открытые (с боковых сторон) площадки должны иметь, как правило, вертикальные ограждения (с необходимыми проемами для проветривания).

1.5. Обогрев пола осуществляется системой стальных или полиэтиленовых трубопроводов, замоноличенных в бетонном слое с определенным шагом. Рекомендуемые трубы - стальные - ГОСТ 3262-75, полиэтиленовые - ПВП (высокой прочности) - ГОСТ 18599-83.

В системах обогрева не допускается применение электросварных труб со спиральным швом.

1.6. Теплоносителем в системах обогрева является нагретая вода или антифриз. Целесообразно использовать вторичные тепловые ресурсы: горячую воду промтеплофикационных контуров, работающих на паре пароспутников технологических трубопроводов, мятом паре от насосов, технологическом конденсате и т.д. В случае их отсутствия используется горячая вода тепловой сети ТЭЦ.

1.7. При применении стальных труб начальная температура теплоносителя может соответствовать параметрам сети промтеплофикационных контуров. Требуемая минимальная температура теплоносителя определяется расчетом (см. разд. 4).

В случае применения полиэтиленовых труб начальная температура теплоносителя не должна превышать 70 °С.

1.8. Системы обогрева полов должны быть круглогодично заполнены теплоносителем и работать постоянно в период отрицательных температур наружного воздуха.

1.9. Для предупреждения замораживания системы обогрева возможно применение антифриза (например, препарат НОЖ-2: смесь хлористого кальция - 27 %, ингибитор коррозии - натриевая соль сульфанилформальдегидного полиэлектрика - 3 % и химически очищенная вода - 70 %). Температура замерзания антифриза минус 47 °С, кипения 100 °С. Удельная теплоемкость 3,6 Кдж/кг × °С [0,865 ккал/(кг × °С)]. Он пожаро- и взрывобезопасен и нетоксичен, коррозионным действием на металлы не обладает.

Предельно допустимая концентрация НОЖ-2 для слива в канализацию не выше 30 %. Препарат разработан Ташкентским автомобильно-дорожным институтом Минвуза УзССР (700047, г. Ташкент, ул. К. Маркса, 32). Выпуск препарата намечен в Производственном объединении «Пигмент» (г. Тамбов). На использование препарата имеется предварительное разрешение НИИ гигиены труда и профзаболеваний АМН СССР.

Применение в качестве антифриза раствора воды с этиленгликолем или нитритом натрия следует согласовывать с органами Минздрава СССР для конкретных условий в связи с вредным воздействием их на организм человека.

2. ТРЕБОВАНИЯ К ОБОГРЕВАЕМЫМ ПОЛАМ И ИХ КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ

2.1. Полы открытых площадок следует устраивать на утрамбованных непромерзающих грунтах, исключающих возможность деформации пола.

2.2. Выбор конструктивного решения пола, а также системы обогрева должен проводиться с учетом конкретных условий строительства, механических и химических воздействий на полы, температуры теплоносителя и технико-экономической целесообразности.

2.3. Рекомендуются конструктивные решения обогреваемых полов, разработанные Гипрокаучуком, Госниихлорпроектом, ЦНИИпромзданий и Ростовским Промстройниипроектом (рис. 1 - 3).

2.4. Конструкции полов, представленные на рис. 1, рекомендуется применять при отсутствии попадания на полы кислот и их растворов. При температуре теплоносителя не выше 70 °С основной слой, в который замоноличены нагревательные трубопроводы, выполняется из обычного бетона марки М 300. При температуре теплоносителя выше 70 °С рекомендуется жаростойкий бетон прочностью не менее 2 кПа (200 кгс/м²). При применении стальных труб бетон не должен содержать хлоридов.

2.5. Конструкции полов, представленные на рис. 2, рекомендуются при воздействии кислотных и кислотощелочных сред. Трубы размещаются в термостойком бетоне, связующим которого является жидкое стекло с уплотняющей добавкой. Такой бетон устойчив к трещинообразованию во всем диапазоне рабочих температур теплоносителя, а также не проницаем для кислот, малопроницаем для воды, морозостоек. Непроницаемость и сохранение высокой щелочности в бетоне исключает химическую коррозию металлических труб отопления.

Рис. 1. Конструкции обогреваемых полов при отсутствии кислотных воздействий

а - покрытие пола монолитное; б - из плит; 1 - покрытие пола из бетона на портландцементе; 2 - прослойка из цементно-песчаного раствора; 3 - гидроизоляция; 4 - бетон в два слоя при 70 °С (рекомендуется жаростойкий); 5 - трубы отопления; 6 - теплоизоляция; 7 - гидроизоляция от грунтовых вод; 8 - подстилающий слой (по расчету); 9 - щебень, втрамбованный в грунт; 10 - грунт основания

Для конструкции на рис. 2б, не проницаемой для жидкостей, специальный гидроизоляционный слой от сточных и атмосферных вод, проникающих сверху, отсутствует.

2.6. Конструкция полов, представленная на рис. 3, рекомендуется при жидкостных воздействиях слабой агрессивности и температуре теплоносителя не выше 70 °С. Конструкция состоит из покрытия, слоя с замоноличенными нагревательными элементами и подстилающего слоя. Основной слой с замоноличенными нагревательными элементами выполняется из бетона марки по водонепроницаемости В-6, плотностью 2400 кг/м³. Для защиты от коррозии рекомендуемая толщина слоя под трубами не менее 40 мм. Подстилающий слой выполняется из конструктивного керамзитобетона марки М 200. Гидроизоляция от капиллярного поднятия грунтовых, а также промышленных сточных вод представляет собой слой щебня с пропиткой битумом до насыщения.

Рис. 2. Конструкции обогреваемых химически стойких полов

а - при переменных кислотно-щелочных воздействиях; б - кислотных воздействиях и отсутствии щелочей; 1 - покрытие пола из кислотоупорных плит; 2 - заполнение швов эпоксидным компаундом; 3 - прослойка из кислотоупорного раствора с уплотняющей добавкой; 4 - бетон на жидком стекле с уплотняющей добавкой; 5 - стяжка цементно-песчаная; 6 - гидроизоляция; 7 - трубы отопления; 8 - теплоизоляция; 9 - гидроизоляция от грунтовых вод; 10 - подстилающий слой (по расчету); 11 - щебень, втрамбованный в грунт; 12 - грунт основания

2.7. Толщину покрытий и подстилающего слоя полов вышеперечисленных конструкций следует назначать в зависимости от действующих на пол механических нагрузок согласно прил. 1 [2]. Размеры слоев проверяются и уточняются теплотехническим расчетом системы в зависимости от требуемой тепловой нагрузки (см. разд. 4).

2.8. При расположении подстилающего слоя в зоне опасного капиллярного поднятия грунтовых вод и для любой из вышеперечисленных конструкций следует применять гидроизоляцию от грунтовых вод из рулонных гидроизоляционных материалов на соответствующих мастиках.

Высоту опасного капиллярного поднятия грунтовых вод следует принимать от горизонта грунтовых вод: 0,3 м - от крупного песка; 0,5 м - для песка средней крупности и мелкого; 1,5 м - для песка пылеватого; 2 м - для суглинка, пылеватых суглинка и супеси и глины.

2.9. Проектирование деталей полов следует проводить в соответствии с [2].

Рис. 3. Конструкция обогреваемого пола при умеренных механических нагрузках и жидкостных воздействиях слабой агрессивности

1а - мозаичное или цементно-песчаное покрытие пола; 1б - керамическая плитка; 2 - слой бетона повышенной плотности В-6; 3 - нагревательные элементы (змеевики); 4 - подстилающий слой из конструктивного керамзитобетона; 5 - гидроизоляция; 6 - уплотненный грунт

2.10. Продукты гидросмыва полов и конденсат, подтекающий из спусков от технологических паропроводов, устраиваемых в противопожарных целях, так же, как и вода, образовавшаяся от плавления снега, должны максимально удаляться через трапы по уклону пола, составляющему не менее 0,005.

3. РАЗМЕЩЕНИЕ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ И ПОДГОТОВКА К БЕТОНИРОВАНИЮ

3.1. Нагревательные трубопроводы в толще пола должны размещаться, как правило, в виде змеевиков по бифилярной схеме (рис. 4).

3.2. Расстояние между трубами S (шаг) в змеевике определяется расчетом. В змеевиках из стальных труб (по техническим условиям изготовления змеевиков) шаг составляет 8 - 10 диаметров (S/d = 8 ... 10); для полиэтиленовых труб он должен быть не менее 0,2 м [3]. Предпочтительный диаметр труб в стальных змеевиках 32 мм, полиэтиленовых - 25 мм. Допускается применение труб диаметром 20 - 57 мм. Змеевики укладываются горизонтально.

Прокладку магистральных трубопроводов, их изоляцию, размещение запорной арматуры, спускных и воздуховыпускных устройств необходимо осуществлять в соответствии с положениями [4].

Рис. 4. Схемы размещения трубопроводов

а - бифилярная из двух змеевиков; б - то же, из одного

3.3. Минимальная длина трубы в одном змеевике определяется расчетом при условии, что скорость движения теплоносителя составит не менее 0,25 м/с.

3.4. Максимальная длина трубы в одном змеевике определяется следующими условиями:

для полиэтиленовых труб - длиной поставляемых труб в бухте (l = 100 м);

для стальных труб - расчетом в зависимости от тепловой нагрузки и оптимальной скорости движения теплоносителя в змеевиках (0,25 м/с < w £ 0,8 м/с).

3.5. Максимальная длина прямых участков змеевиков ограничивается расстоянием между температурными швами пола площадки, для полиэтиленовых труб во избежание устройства специальных компенсирующих камер размер l₁ не должен превышать 2 м.

3.6. Стальные трубы в змеевики соединяются сваркой. Стальные трубопроводы должны иметь антикоррозийную защиту (покрытие термостойким лаком).

3.7. Укладка полиэтиленовых труб проводится в соответствии с инструкцией [3]. Соединение полиэтиленовых труб в толще пола не допускается. Соединение полиэтиленовых змеевиков с магистральными трубопроводами необходимо выполнять вне массива пола (на высоте 0,8 - 1,2 м).

Изгибание полиэтиленовых труб в змеевики в холодном состоянии производится по шаблону с фиксацией ветвей в расчетном положении на металлической сетке, замоноличенной в пол вместе с трубами. Фиксирование труб рекомендуется производить мягкой проволокой диаметром 1,5 - 2 мм так, чтобы поверхность труб не была пережата. Трубы изгибаются без заполнения. При S ³ 200 мм рекомендуется применять элементы лирообразной формы. В местах изгибов недопустимо наличие гофр, изломов, овальности свыше 12 %.

После монтажа змеевика в торце входного патрубка необходимо ставить заглушки.

3.8. Перед бетонированием стальные трубы змеевика следует тщательно очищать от загрязнения и жировых пятен, продувать струей сжатого воздуха давлением 300 - 600 кПа (3 - 6 атм), а полиэтиленовые - 600 кПа (6 атм) [5].

4. РАСЧЕТ СИСТЕМ ОБОГРЕВА ПОЛОВ ОТКРЫТЫХ ПЛОЩАДОК

Общие положения

4.1. Расчет систем обогрева заключается в определении:

расчетных параметров климата, устанавливающих значения температуры наружного воздуха соответствующей условиям максимального снегопада, в зависимости от района расположения и вида площадки;

расчетной температуры поверхности пола, обеспечивающей таяние снега за время снегопада, предотвращающей замерзание талой воды и обеспечивающей ее испарение за заданное время;

расчетной тепловой нагрузки на систему;

термического сопротивления конструкции пола, глубины заложения и шага раскладки труб (теплотехнический расчет);

расхода теплоносителя, длины змеевиков и гидравлического сопротивления системы (гидравлический расчет).

4.2. Для расчета систем обогрева полов следует принимать следующие значения физических параметров снега и воды:

r_c = 170 кг/м³; r_в = 1000 кг/м³; С_с = 2,3 кДж/(кг × °С) [0,55 ккал/(кг × °С)]; C_в = 4,19 кДж/(кг × °С) [1 ккал/(кг × °С)]; l_c = 0,151 Вт/(м × °С) [0,13 ккал/(м × ч × °С)]; l_в = 0,6 Вт/(м × °С) [0,5148 ккал/(м × ч × °С)]; а_с = 1,4 × 10^-3 м²/ч; а_в = 0,515 × 10^-3 м²/ч; r_пл = 92,5 Вт × ч/кг (79,5 ккал/кг); r_исп = 694 Вт × ч/кг (595 ккал/кг).

Определение расчетных параметров климата в районе расположения площадки

4.3. Исходными данными для расчета являются: размеры площадки (в´l´h, м), наличие и размеры вертикальных ограждений, отметки и размеры проемов (данные по типовым размерам уровней расположения проемов, вертикальных ограждений представлены в прил. 2); интенсивность, продолжительность и повторяемость снегопадов (j_с, м/ч, t_c, ч, n_c/мес); температура и скорость наружного воздуха при снегопадах (t_н, °С, u, м/с), их повторяемость по месяцам в год (n_t и n_u).

Для районов расположения основных НХЗ и НПЗ данные представлены в прил. 4 [6].

4.4. В ходе расчета определяются: а) слой снега, отложившийся на площадке при снегопаде

                                                       (1)

где К_с - коэффициент интенсивности попадания снега на площадку при снегопаде, принимается по табл. 6 прил. 3;

б) слой снега, отложившийся на площадке при метели за время снегопада

                                                (2)

где К_от - коэффициент, учитывающий отложения снега у препятствий при метели, принимается по табл. 7 прил. 3;

в) расчетный слой снега на площадке

                                                          (3)

г) расчетный слой воды, образовавшийся на площадке при таянии снега

                                                          (4)

Расчетный слой воды d_в £ 0,015 м. Если d_в > 0,015 м, при проектировании системы следует обратить внимание на обеспечение уклона пола к трапам (не менее 0,005) для максимального стока воды через них;

д) коэффициент наиболее вероятных значений параметров климата [t_н, °С, u, м/с,] при снегопаде

                                    (5)

е) расчетный коэффициент наиболее вероятных значений параметров климата

                                                         (6)

ж) по К_расч выбирается расчетный месяц, по которому принимается расчетная температура наружного воздуха при снегопадах.

Для площадок основных НХЗ и НПЗ расчетные параметры климата приведены в табл. 1.

Определение расчетной температуры поверхности пола

4.6. Исходными данными для расчета являются: расчетный слой снега (воды) на площадке d_с (в), м; расчетная температура наружного воздуха t_н, °С; время снегопада (испарения) t_с(исп), ч. 24 - t_с £ t_исп < 120 ч.

Предпочтительным временем испарения следует считать t_исп = 24 ч.

4.6. В ходе расчета определяются:

а) температура поверхности пола, обеспечивающая таяние снега за время снегопада

                                     (7)

Для принятых значений физических параметров снега и воды

                                                      (8)

Номограмма для определения t_пл представлена на рис. 5.

б) температура поверхности пола, предотвращающая замерзание воды

                                                   (9)

                                                           (10)

где a_н - коэффициент теплообмена поверхности пола, равный 24,5 Вт/м² × °С [21 ккал/(м² × ч × °С)].

Номограмма для определения t_min представлена на рис. 6.

Рис. 5. Номограмма для определения t_пл, °С

Рис. 6. Номограмма для определения t_min, °С.

в) температура поверхности пола, обеспечивающая испарение воды за заданное время

                           (11)

                                           (12)

Таблица 1. Расчетные параметры климата по наиболее вероятному значению для площадок основных НХЗ и НПЗ

Примечание. Перед чертой - для площадок без вертикальных ограждений, за чертой - с вертикальными ограждениями при максимальном попадании снега.

Рис. 7. Номограмма для определения комплекса

Номограммы для определения t_исп представлены на рис. 6 и 7.

г) расчетная температура поверхности пола t_п, °С, принимается наибольшей из величин t_пл, t_min, t_исп;

д) если температура пола задана и превышает t_min, определяется время, необходимое для испарения воды:

                                                   (13)

                                                 (14)

Оно должно удовлетворять условию п. 4.5. В противном случае температура пола недостаточна для принятых исходных данных.

Для площадок основных заводов расчетные значения d_в, t_min, t_пл, t_исп при t_исп = 24 ч представлены в табл. 2 и 3.

Определение тепловой нагрузки на систему

4.7. Исходными данными для определения тепловой нагрузки являются: расчетная температура поверхности пола t_п, °С; расчетный слой воды d_в, м.

4.8. В ходе расчета определяются:

а) удельная тепловая нагрузка на систему q_оп, Вт/м² [ккал/(м² × ч)]

                                 (15)

                                                          (16)

где К₁ - коэффициент, учитывающий потери тепла в грунт, К₁ = 1,1; К₂ - коэффициент запаса, К₂ = 1,15.

Рис. 8. Номограмма для определения удельной тепловой нагрузки на систему обогрева q_оп

Значения q_оп при t_исп = 24 ч для площадок основных заводов представлены в табл. 4. Номограмма для определения q_оп дана на рис. 8.

б) общая тепловая нагрузка на систему Q_оп, Вт(ккал/ч)

                                                            (17)

Таблица 2. Требуемая расчетная минимальная температура поверхности пола t_пл, °С, для площадок основных НХЗ и НПЗ, расчет по формуле (8)

Примечания: 1. Перед чертой - для площадок без вертикальных ограждений, за чертой - с вертикальными ограждениями при максимальном попадании снега.

2. Расчетный слой снега принят по табл. 1.

Теплотехнический расчет системы

4.9. Исходными данными для теплотехнического расчета системы являются: средняя температура теплоносителя t_тн, °С, равная t_тн = (t_под + t_обр)/2, °С; расчетная и минимальная температура поверхности пола t_п и t_min, °С; удельная тепловая нагрузка на обогреваемый пол q_оп, Вт/м² [ккал/(м² × ч)]; коэффициент теплообмена a_н, Вт/(м² × °С) [ккал (м² × ч × °С)].

4.10. В ходе расчета определяются следующие величины:

Таблица 3. Расчетная температура поверхности пола t_исп, °С, при t_исп = 24 ч