Молниезащита металлической дымовой трубы

Обновлено: 21.09.2024

Нормативный документ РД 34.21.122-87 гласит, что дымовые и прочие трубы предприятий и котельных, башни и вышки всех назначений высотой 15м и более в местах со средней продолжительностью гроз 10 часов в год и более относятся к третьей категории молниезащиты.

Защита от прямых ударов молнии неметаллических труб, башен, вышек высотой:

более 15 м. должна быть выполнена путем установки на этих сооружениях при их высоте: одного стержневого молниеприемника высотой не менее 1м;
от 50 до 150м двух стержневых молниеприемников высотой не менее 1м, соединенных на верхнем торце трубы
более 150м не менее трех стержневых молниеприемников высотой 0,2-0,5м или по верхнему торцу трубы должно быть уложено стальное кольцо сечением не менее 160 мм

В качестве молниеприемника может также использоваться защитный колпак, устанавливаемый на дымовой трубе, или металлические конструкции типа антенн, устанавливаемые на телебашнях.

При высоте сооружения до 50м от молниеприемников должна быть предусмотрена прокладка одного токоотвода; при высоте сооружения более 50м токоотводы должны быть проложены не реже чем через 25м по периметру основания сооружения, их минимальное количество два.

Сечения (диаметры) токоотводов должны удовлетворять требованиям табл. 3, а в зонах с высокой загазованностью или агрессивными выбросами в атмосферу диаметры токоотводов должны быть не менее 12мм.

В качестве токоотводов могут использоваться ходовые металлические лестницы, в том числе с болтовыми соединениями звеньев, и прочие вертикальные металлические конструкции.

На железобетонных трубах в качестве токоотводов следует использовать арматурные стержни, соединенные по высоте трубы сваркой, скруткой или внахлест; при этом прокладка наружных токоотводов не требуется. Соединение молниеприемника с арматурой должно выполняться минимум в двух точках.

Все соединения молниеприемников с токоотводами должны быть выполнены сваркой.

Для металлических труб, башен, вышек установка молниеприемников и прокладка токоотводов не требуется.

В качестве заземлителей защиты от прямых ударов молнии металлических и неметаллических труб, башен, вышек следует использовать их железобетонные фундаменты согласно п. 1.8. При невозможности использования фундаментов на каждый токоотвод должен быть предусмотрен искусственный заземлитель из двух стержней, соединенных горизонтальным электродом при периметре основания сооружения не более 25м искусственный заземлитель может быть выполнен в виде горизонтального контура, проложенного на глубине не менее 0,5м и выполненного из электрода круглого сечения. При использовании в качестве токоотводов арматурных стержней сооружения их соединения с искусственными заземлителями должны выполняться не реже чем через 25м при минимальном количестве присоединений, равном двум.

При возведении неметаллических труб, башен, вышек металлоконструкции монтажного оборудования (грузопассажирские и шахтные подъемники, кран-укосина и др.) должны быть присоединены к заземлителям. В этом случае временные мероприятия по молниезащите на период строительства могут не выполняться.

О молниезащите дымовых труб

Почему нужно защищать от молнии дымовую трубу? Наверное потому, что она очень высокая? А правда, почему? В стандарте МЭК 62305 и в отечественном документе по молниезащите СО-153-34.21.122-2003 о дымовых трубах даже не упоминается. В более древней Инструкции по молниезащите РД 34.21.122-87 отношение к дымовым трубам более внимательное. Во-первых, их рассматривают как естественные молниеотводы и рекомендуют для защиты соседних зданий и сооружений меньшей высоты, а во-вторых, при высоте более 15 м такие трубы предписывается защищать от прямых ударов молнии независимо от материала, из которого они изготовлены (см. таблица 1). Правда потом в п. 2.31 Инструкции все-таки оговаривается, что защищать надо только неметаллические трубы, в том числе и железобетонные. Для этой цели рекомендуется установка одного, двух или трех стержневых молниеприемников при высоте труб до 50 м, до 150 м или более 150 м соответственно. Высота этих молниеприемников должна быть не менее 1 м. Однако, для труб выше 150 м требования к высоте стержней, по непонятной причине, снижаются. Здесь стержневые молниеприемники могут иметь высоту даже в 20 см. Годится и плоское кольцо, уложенное по внешнему периметру верхнего торца трубы.

Как относиться ко всей этой путанице, непонятно. Предписания полностью противоречат нормативным требованиям того же документа к выбору молниеотводов. По предписываемой методике они должны обязательно превышать защищаемый объект по крайней мере на 8%. Для трубы высотой 150 м речь, таким образом, должна идти о стержневых молниеприемниках высотой никак не меньше 12 м. Очевидно, что нормативные требования к защите дымовых труб не выдерживают даже самой элементарной критики. Начинать приходится с самого начала.

Зачем защищать дымовые трубы? Ответ “…потому что они высокие” вполне заслуживает внимания. Высокое сооружение притягивает к себе молнии с достаточно большой площади. Ее радиус Rat ≈ 3h. При высоте h = 100 м (вполне умеренная высота для трубы промышленной котельной) в средней полосе России труба примет на себя примерно 1 удар молнии в год и таким образом станет источником достаточно частых и опасных электромагнитных наводок в своей ближайшей окрестности. Поэтому трубу надо бы не защищать, а убирать, так как установленный на трубе молниеприемник никак не ослабит электромагнитного поля от тока молнии, а стало быть и не спасет от электромагнитных наводок.

Трудно надеяться, что котельную оставят без дымовой трубы. Тогда приходится надеяться только на установку DAS. Облако объемного заряда над этой системой сделает трубу как бы невидимой для молнии. Она перестанет “различать” и саму трубу, и металлоконструкции DAS над ней. В итоге частые электромагнитные наводки прекратятся. Правда, при таком исполнении труба уже не сможет выполнять функцию естественного молниеотвода. Ведь с установленным DAS она перестанет притягивать к себе нисходящие молнии. Проектировщик будет вынужден решать, что важнее для проектируемых объектов, использование дымовой трубы в качестве естественного молниеотвода или сокращение числа опасных электромагнитных наводок в цепях соседних сооружений. Двух зайцев одним выстрелом здесь не добудешь.

Существует проблема и с материалом DAS. Дымовые газы часто содержат химические активные компоненты, в первую очередь серу. Вместе с парами воды при конденсации выбросы производят серную кислоту. В атмосфере кислотного дождя будут работать тонкие коронирующие иглы DAS. Их материал должен быть особо устойчивым к коррозии.

Большинство труб современного исполнения выполнено из железобетона. Его состояние принципиально отличается от пропитанного влагой железобетона фундамента здания. Сухой бетон дымовой трубы снаружи непроводящий, а внутри ток молнии может транспортироваться по слою сажи. В таких условиях последствия прямого удара молнии в трубу трудно предсказать однозначно.

На рисунке труба Экибазтузской ГРЭС высотой 420 м. Легко оценить, что диаметр ее торца вряд ли заметно меньше 10 м. А теперь представьте себе 3 стерженька высотой по 20 см, которыми по мнению составителей Инструкции РД-34.21.122-87 должны защитить трубу от прямых ударов молнии. или кольцо, проложенное по ее внешнему периметру. Кроме скептической улыбки такие технические решения не могут вызвать иной, более положительной реакции. Ясно, что при подобной молниезащите за годы эксплуатации высокие дымовые трубы приняли на себя далеко не один прямой удар молнии. Слой сухого бетона при этом должен быть пробит вплоть до ближайшей металлической арматуры. По ней ток молнии направится к фундаменту трубы, исполняющему функцию ее заземляющего устройства. Трудно предполагать возможность сколько-нибудь значительного повреждения на поверхностном слое бетона. Такие разрушения обычно свойственны композитным или полимерным материалам с большой газогенерирующей способностью Возникающий при этом электрогидравлический удар подобен взрыву. Воздействие такого рода не пропитанному влагой бетону не грозит. Скорее всего повреждение в месте удара молнии окажется незначительным. Во всяком случае, оно не повлияет на механическую прочность трубы.

Возможет и иной ход событий. Внутренняя поверхность трубы покрыта слоем сажи. Фактически это почти чистый углерод с достаточно высокой проводимостью. Если труба не прикрыта металлическим колпаком (дымовым зонтом, флюгаркой), молния вполне может ударить во внутреннюю поверхность трубы. В определенной степени этому будет способствовать пониженная плотность горячих дымовых газов. Их температура превышает температуру окружающего воздуха по крайней мере на 1000, от чего плотность снизится примерно на 30%. Это достаточно заметное снижение. Из-за него электрическая прочность упадет примерно в такой же степени, провоцируя молнию “заглянуть” внутрь трубы. Опыт эксплуатации подтверждает возможность такой ситуации. Наблюдались даже повреждения внутренней поверхности трубы.

Нужна ли молниезащита для дымовых труб?

Нормативный документ РД 34.21.122-87 гласит, что дымовые и прочие трубы предприятий и котельных, башни и вышки всех назначений высотой 15 м и более в местах со средней продолжительностью гроз 10 часов в год и более относятся к третьей категории молниезащиты.

Конкретные детали приведены в пункте 2.31 этого же нормативного документа:

Защита от прямых ударов молнии неметаллических труб, башен, вышек высотой более 15 м должна быть выполнена путем установки на этих сооружениях при их высоте:

• до 5О м — одного стержневого молниеприемника высотой не менее 1 м;
• от 50 до 150 м — двух стержневых молниеприемников высотой не менее 1 м, соединенных на верхнем торце трубы;
• более 150 м — не менее трех стержневых молниеприемников высотой 0,2 — 0,5 м или по верхнему торцу трубы должно быть уложено стальное кольцо сечением не менее 160 мм

В качестве молниеприёмника может также использоваться защитный колпак, устанавливаемый на дымовой трубе, или металлические конструкции типа антенн, устанавливаемые на телебашнях.

При высоте сооружения до 50 м от молниеприёмников должна быть предусмотрена прокладка одного токоотвода; при высоте сооружения более 50 м токоотводы должны быть проложены не реже чем через 25 м по периметру основания сооружения, их минимальное количество два.

На железобетонных трубах в качестве токоотводов следует использовать арматурные стержни, соединенные по высоте трубы сваркой, скруткой или внахлест; при этом прокладка наружных токоотводов не требуется. Соединение молниеприёмника с арматурой должно выполняться минимум в двух точках.

Все соединения молниеприёмников с токоотводами должны быть выполнены сваркой.

В качестве заземлителей защиты от прямых ударов молнии металлических и неметаллических труб, башен, вышек следует использовать их железобетонные фундаменты согласно п. 1.8. При невозможности использования фундаментов на каждый токоотвод должен быть предусмотрен искусственный заземлитель из двух стержней, соединенных горизонтальным электродом (см. табл. 2); при периметре основания сооружения не более 25 м искусственный заземлитель может быть выполнен в виде горизонтального контура, проложенного на глубине не менее 0,5 м и выполненного из электрода круглого сечения (см. табл. 3). При использовании в качестве токоотводов арматурных стержней сооружения их соединения с искусственными заземлителями должны выполняться не реже чем через 25 м ври минимальном количестве присоединений, равном двум.

Молниезащита котельных

Надежная молниезащита дымовой трубы котельной,является необходимым условием для обеспечения безопасности работы обогревательной системы, в том числе и для безопасности обслуживающего персонала. Дымоходы котельной поднимаются обычно выше всех зданий в округе. Причиной тому являются установленные ГОСТ требования, согласно которым дымоход должен обеспечивать отвод дыма и газов на максимальную высоту, так, чтобы какие либо препятствия не останавливали потоки ветра, создавая завихрения. Поэтому вопрос защиты котельных от ударов молнией является обязательным к решению. В некоторых случаях установленный на котельной громоотвод защищает окружающие здания. Для достижения максимальной защиты и создания безопасных условий применяются некоторые параметры, принятые международными нормами.

Расчет громовой защиты труб котельных

Если дымоход котельной возвышается на 50 метров или меньше, то молниезащита дымовой трубы котельной обеспечивается, как правило, одним молниеприемником, высотой не менее 1 метра. Молниеприемником может служить стальной стержень, закрепленный непосредственно на самой конструкции с помощью металлических кронштейнов. В случае если высота неметаллической трубы дымохода в пределах 50 – 150 метров, тогда устанавливается не менее двух молниеприемников, высотой 1 метр. Стальные прутья соединяются между собой на верхней части трубы. Когда дымоход возвышается выше, чем на 150 метров, количество молниеприемников увеличивается до трех штук, между собой они соединяются металлическим кольцом, уложенным наверху. Сечение соединительного кольца должно быть не менее 160 мм 2 .

Токоотводящие проводники

Токоотводом на неметаллической трубе котельной может служить ходовая металлическая лестница. При высоте более 50 метров количество проложенных токоотводов не должно быть менее двух. Соединения пластин или прутьев конструкции громоотвода, должно выполняться сваркой либо болтовыми соединениями на медных или омедненных контактах. Устанавливая защиту от попадания молнии на железобетонную конструкцию, можно использовать в качестве токоотводов металлическую арматуру, при этом она должна соединяться сварочными швами.

Трубы из металла

Металлический дымоход не нуждается в установке молниеприемников и токоотводящих конструкций. Главным условием надежной защиты полностью железной системы дымохода является обустройство надежного контура заземления. Расстояние от трубы до контура у основания не должно превышать 25 метров. Соединение металлической башни и контура заземления должно производиться не менее в двух местах. Все соединение выполняются только сварочными швами.

Что нужно помнить, чтобы надежно защитить котельную от попадания молнии?

Так как для хорошей работы котельной важно создание достаточной тяги в трубе, то делать ее ниже просто нет смысла. Достаточная высота делает постройку обычно самым высоким сооружением в округе. В результате она подвержена попаданию грозы. Защитой для железобетонного дымохода может служить только правильно спроектированная система громоотвода. Для этой цели учитывается показатель среднего количество часов грозы в год, соответственно учитывают риски и возможные нагрузки на токоотводы. Нет сомнений, что создание громоотвода и работающего контура заземления возможно только при правильном и профессиональном расчете. После сборки конструкции каждая деталь тестируется на показатели электрического сопротивления, а также проверяются сечения всех узлов, включая и надежность соединений. Поэтому, если нет желания тратить много времени и средств, лучше всего отдать эту работу мастерам своего дела.

Молниезащита промышленной дымовой трубы

Молниезащитой называют комплекс устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, сохранности зданий, сооружений и оборудования от возможных разрушений и загораний, возникающих при ударе молнии.

Все здания и сооружения в зависимости от назначения, а также от возможного числа поражений молнией в течение года делят на различные категории. Дымовые трубы относятся к III категории устройств молниезащиты.

Молниеприемники и молниеотводы устанавливаются на неметаллических дымовых трубах (кирпичных, железобетонных сборных и монолитных, стеклопластиковых и п.т.) и на металлических трубах с наружной теплоизоляцией. На металлических трубах молниеприемники и токоотводы не устанавливаются, т.к. сам стальной ствол является молниеприемником и токоотводом. Для обеспечения неразрывной токоведущей цепи в металлических трубах соединяемых на болтах через фланцы без последующей обварки стыков, устанавливают на сварке дополнительные металлические перемычки из полосовой или круглой стали, соединяющие царги ствола между собой. В металлических трубах устанавливается только заземляющий контур молниезащиты, который токоотводами соединяется со стволом трубы.

В дымовых трубах опорой молниеотводящей системы служит само сооружение, функцию защиты сооружения от прямых ударов молнии выполняют отдельно стоящие не изолированные стальные молниеприемники из металлических труб диаметром 40 мм и длиной 3650 мм. Верхние концы молниеприемников заостряют и возвышают над уровнем головки на 1800 мм. Молниеприемники закрепляют к закладным деталям ствола трубы или к ограждению верхней светофорной площадки.

Количество молниеприемников зависит от высоты и верхнего диаметра дымовой трубы. Молниеприемники должны быть соединены между собой объединяющим канатом. От молниеприемников вниз вдоль ходовой лестницы прокладывают не менее двух токоотводящих канатов, которые крепят специальными держателями, заделанными в ствол дымовой трубы, и соединяют с шиной заземления электродов, находящихся в грунте.

Для токоотводящих элементов используют стальной оцинкованный канат или круглую сталь диаметром 10…12 мм. В нижней части трубы каждый токоотводящий канат заключают в металлическую трубу, чтобы предохранить его от механических повреждений. При наличии сварных соединений в конструкции ходовой лестницы по всей ее высоте, ходовая лестница может быть использована в качестве второго токоотвода. В этом случае вдоль дымовой трубы прокладывают только один токоотводящий канат.

Заземляющий контур состоит из электродов и объединяющей их шины из полосовой стали 6x60 мм. В качестве электродов обычно используют металлические трубы диаметром 50 мм или металлические стержни диаметром 20 мм длиной 3,0 м.

К верхней части электродов приваривают шину заземления, к которой припаивают токоотводящие канаты.

Электроды и шину заземляющего контура располагают рядом с фундаментом и на расстоянии не менее 1,0 м от плиты фундамента. Электроды устанавливают по окружности на расстоянии 5 м друг от друга. В стесненных условиях шаг электродов допускается уменьшать до 2,5 м.

Рис. 1.7. Молниезащита дымовой трубы:

а – кирпичной; б — железобетонной; 1 – молниеприемник; 2 – объединяющий стальной канат; 3 — токоотводящий стальной канат; 4 – защитная труба токоотво-дящего каната; 5 — шина заземления; 6 - электрод заземления; 7 – держатель токоотводящего каната; 8 – держатель молниеприемника и защитной трубы.

Футеровка применяется в кирпичных, железобетонных и металлических трубах. Она служит для защиты ствола от температурного и агрессивного воздействий отходящих газов.

Наиболее часто в качестве футеровки используется кладка из штучных материалов — кирпич различных видов и материалов, блоки, керамика и т.п.

Футеровку из штучных керамических изделий и кирпича выполняют звеньями таким образом, чтобы вышележащее звено не препятствовало температурному росту футеровки нижнего звена. Звенья футеровки при толщине ее в 1 кирпич выполняют высотой до 25 м, при толщине в полкирпича — высотой до 12,5 м. Обрыв футеровки посредине звена не допускается.

Опирается футеровка на выступы при уменьшении толщины ствола трубы по высоте или на специально устраиваемые консоли.

При температуре дымовых газов менее 100 °С футеровку из штучной керамики выполняют вплотную к стволу трубы, при более высоких температурах газов между стволом и футеровкой оставляют зазор, величина которого обычно 50 мм.

При температуре дымовых газов выше 300 °С в зазоре устанавливают дополнительную теплоизоляцию, используя штучные либо волокнистые изделия. Для уменьшения возможности проседания волокнистых изделий при их постепенном уплотнении в футеровочном слое устанавливают противоосадочные пояса. В качестве дополнительной теплоизоляции используют дополнительную кирпичную кладку вприжим к стволу трубы. Воздушный зазор может выполняться также вентилируемым с естественной или принудительной вентиляцией. Для исключения возможности попадания конденсата в зазор между стволом и футеровкой, зазор между звеньями футеровки перекрывают козырьком из кислотоупорных изделий, носящих название «слезниковые», т.е. устраивают кольцевые слезниковые пояса.

В железобетонных дымовых трубах большой высоты футеровку зачастую выполняют монолитной из полимерцементного или полимерсиликатного бетона, эти работы ведутся параллельно с возведением ствола. Такая футеровка выполняется вплотную к стволу дымовой трубы.

Иногда футеровку наносят методом торкретирования.

Детально конструкция футеровки рассматривается в разделах, посвященным трубам конкретного типа.

Читайте также: