Kominy stalowe

Kominy stalowe to budowle przemysłowe służące do odprowadzania do wyższych warstw atmosfery spalin lub innych szkodliwych gazów powstałych w procesach produkcyjnych. Projektowanie kominów jest przedmiotem normy (PN-EN 1993-3-2+Ap1, 2008) i są wyczerpująco przedstawione w wielu pracach, np: (Fenkanin, Meller, 1994) i (Rykaluk, 2005).

Wprowadzenie

Na rys.1. przedstawiono najczęściej występujące typy kominów wolnostojących: b) jednopowłokowy, c) dwupowłokowy, a) wieloprzewodowy. Głównymi częściami komina są: trzon 13, podstawa 5 oraz głowica. Na rys tym pokazano główne elementy  komina z wyjątkiem wyposażenia (drabin, galerii, urządzeń pomiarowych, itd)

Definicje komin

Rys.1. Definicje dotyczące kominów: a) komin wieloprzewodowy, b) jednopowłokowy, c) dwupowłokowy (PN-EN 1993-3-2+Ap1, 2008)

Rodzaje kominów

Kominy można pogrupować zależnie od następujących parametrów :

  • Konstrukcja  (wolnostojący, z odciągami, w wieży),
  • Odprowadzane substancje (spalinowe, wentylacyjne, gazy produkcyjne),
  • Temperatura odprowadzanych gazów (zimne, cieple , gorące),
  • Wysokość (niskie, wysokie),
  • Sposób odprowadzania gazów (ciąg naturalny, wymuszony),
  • Doprowadzenie gazów (z jednego, z kilku  źródeł),
  • Przekrój poprzeczny (kołowy, owalny, prostokątny),
  • Kształt komina (cylindryczny, zbieżny, schodkowy),
  • Rodzaj zastosowanego metalu (stal zwykłą, stopowa, trudnordzewiejąca, aluminium),
  • Ochrona termiczna (bez wykładziny, z wykładziną),
  • Ochrona przeciw korozji chemicznej (bez izolacji, z izolacją: wewnątrz, zewnątrz, instalacja skroplin),
  • Sposób łączenia segmentów (spawane, śrubowane),
    Uwaga kominy z segmentami łączonym i na śruby też traktuje się jako spawane: Re=0,012,
  • Zainstalowane urządzenia (ze stożkiem górnym, z galeriami,reklamami, urządzeniami zapobiegającymi nadmiernym drganiom)

Konstrukcja i typy kominów kominów

Na rys.2 pokazano najważniejsze konstrukcje kominów.

Kominy

Rys.2 Schematy podstawowych typów kominów stalowych: A1 -wolnostojący, A2 – wolnostojący na budynku, A3 – wolnostojący wieloprzewodowy , A3- wolnostojący wieloprzewodowy ze skratowaniem, A4- wolnostojący wieloprzewodowy (przewody w górnej partii połączone), B2- z odciągami na jednym poziomie , B2- z odciągami w dwóch poziomach, B3-wiloprzewodowy z odciągami, C2- z dodatkowym podparciem słupami ukośnymi, C3- z dodatkowym przymocowaniem do budynku, D1- w oddzielnej konstrukcji kratowej wsporczej, D2- wieloprzewodowy w kratowej konstrukcji wsporczej, D3- wieloprzewodowy w kratowej konstrukcji wsporczej zdodatkowym podparciem.

Efekt kominowy i ciąg technologiczny instalacji kominowej

Efekt kominowy

Rys.3. Efekt kominowy

Grawitacyjny efekt kominowy (ciąg, cug) jest podstawowym zjawiskiem fizycznym, umożliwiającym działanie komina. Efekt kominowy polega na powstawania spontanicznego przepływu cieplejszego gazu (np.powietrza) z dołu do góry . Efekt kominowy występuje też w szybach wentylacyjnych, szybach wind, szybach kopalnianych i wielu innych miejscach o pionowym układzie.
Siłą napędową efektu kominowego są różnice gęstości wynikające np. z różnicy temperatury pomiędzy powietrzem (lub ściślej: gazem) zewnętrznym, a wewnętrznym (w przewodzie komina). Słup wewnętrznego, ogrzanego powietrza jest lżejszy niż zimnego – zewnętrznego. Wynika z tego, że u podstawy komina w jego wnętrzu ciśnienie jest mniejsze niż na zewnątrz na tej samej wysokości. Ta różnica ciśnień wywołuje przepływ powietrza. Efekt jest tym większy im wyższy komin i większa różnica temperatur. Z tego powodu kominy bywają ocieplane. W przemysłowych kominach o wysokości 100 m, efekt kominowy jest na tyle silny, że u jego szczytu, w ładną, bezwietrzną pogodę, prędkość przepływu powietrza dochodzi do 50-60 km/h[potrzebne źródło]. Energia kinetyczna rozpędzonego w kominie powietrza może zostać wykorzystana do produkcji energii elektrycznej. Kominy zbudowane specjalnie w tym celu są nazywane wieżami słonecznymi. Umieszczone w nich turbiny napędzają prądnice wytwarzające prąd.

Efekt kominowy zilustrowano na rys.3 , gdzie wskazania manometrów pokazują wartości ciśnień na zewnątrz i wewnątrz komina.(Wikipedia, 2015).

W kominach, szybach wentylacyjnych o słabo ocieplonych ściankach może dochodzić do skraplania pary wodnej zawartej w powietrzu, co wywołuje zawilgocenie komina i ściany, oraz spływanie i kapanie wody z instalacji wentylacyjnej. W przypadku gazów z zawartością siarki (np podczas spalania zasiarczonego węgla) może dochodzić do powstawania kwasu siarkowego i w konsekwencji do szybkiej korozji blachy płaszcza. Aby temu zapobiec, kominy z tendencją do wykraplania spalin – są ocieplane.

Jeśli ciąg komina jest za mały wówczas ciąg wymuszamy przez zainstalowany wentylator). Na rys. 4 pokazano ciąg technologiczny komina z włączonym w ciąg wentylatorem i/lub urządzeniem oczyszczającym „cyklonem” 3.

Schemat technologii komina

Rys.4 Schemat przykładowego ciagu technologicznego komina: 1- kocio, 2- wymiennik ciepła, 3- wentylator i/lub „cyklon”, 4- czopuch, 5-komin, 6 – wyczystka 

Komin BN

Rys.5 Schemat komina wg normy branżowej (1976)  (BN-76/2378-01, 1976)

Do standardowego wyposażenia komina należą:

  • drabina wejściowa (1 – rys.5),
  • pomosty (2 -rys.5),
  • urządzenia odgromowe (3– rys.5),
  • znaki ostrzegawcze lotnicze,
  • urządzenia zapobiegające drganiom (22 – rys.1)
  • urządzenia pomiarowo-kontrolne.

Wykonanie kominów

Warunki wykonania kominów podano w załączniku E  (PN-EN 1991-1-4, 2008).

Kominy powinny być wykonywane zgodnie z  oraz (PN-EN 13084-7+AC, 2013).

Szczeliny pomiędzy kołnierzami podczas scalania nie powinny przekraczać 1,5 mm. Tolerancje płaskości dla kołnierzy wynoszą 0, 5 mm na 100 mm szerokości i 1 mm na obwodzie.

W przypadku kominów z blachami podstawy i kotwami stosuje się niekurczliwą podlew pomiędzy podstawą a fundamentem.

Dopuszczalne poziome odchylenie Δ powłoki od pionu na dowolnym poziomie h [m] ponad podstawą komina wolnostojącego wynosi E.1  (PN-EN 1991-1-4, 2008):

$\Delta = \frac {h}{1000} \sqrt {1+ \frac {50}{h}}$   (1)

Obciążenia kominów

Klasy niezawodności kominów i współczynniki obciążenia

Klasa niezawodności komina zależy od jego przeznaczenia (tab.1)

Tab.1  Zróżnicowane klasy niezawodności kominów (PN-EN 1993-3-2+Ap1, 2008)

W zależności od klas niezawodności można stosować współczynniki obciążeń wg tab.2

Tab.2  Współczynniki obciążenia kominów (PN-EN 1993-3-2+Ap1, 2008)

Obciążenie wiatrem

Kominy stalowe to budowle podatne na dynamiczne działanie wiatru i sił sejsmicznych.

Zjawiska wprawiające trzon komina w nadmierne drgania to (PN-EN 1991-1-4, 2008) :

  • wzbudzenie wirowe,
  • drgania owalizujące,
  • drgania kominów w cieniu aerodynamicznym.

Zjawisko drgań parametrycznych (wirowych) oraz zabezpieczenia przeciwwirowe kominów omówiono w artykule Drgania parametryczne kominów.

Standardowe obciążenia komina

Standardowymi obciążeniami kominów są: ciężar własny, obciążenie użytkowe (galerie, drabiny), obciążenie termiczne, obciążenie śniegiem (głównie galerii oraz lin odciągów), a także w szczególnych sytuacjach obciążenia od odkształceń podłoża (szkody górnicze)oraz obciążenie oblodzeniem , jeśli komin jest narażony na oblodzenie. Obciążenie użytkowe pomostów wynosi 2, 0 kN/m2  , a obciążenie poziome barier 0,5 kN/m (PN-EN 1993-3-2+Ap1, 2008). Ciężar własny uwzględnia się bez naddatków korozyjnych. Należy brać pod uwagę ryzyko wystąpienia pożaru wewnątrz komina.

Kombinacje obciążeń kominów należy dobierać zgodnie z  (PN-EN 1990, 2004) oraz  (PN-EN 1993-3-2+Ap1, 2008).

Projektowanie w kominów

Kominy należy projektować zgodnie z normą (PN-EN 1993-3-2+Ap1, 2008).

Trwałość

Zalecany okres użytkowania kominów wynosi T= 30 lat.

Obliczenia na trwałość są prowadzone poprzez sprawdzenie wytrzymałości zmęczeniowej oraz uwzględnienie efektów korozyjnych.

Naddatek korozyjny jest sumą naddatku zewnętrznego cext i wewnętrznego cint, liczonego na każde 10 lat eksploatacji. Sumaryczny dodatek korozyjny dodaje się do potrzebnej grubości blach ze względu na stateczność i wytrzymałość. Sprawdzenia zmęczeniowe prowadzi się dla stali skorodowanej, chyba że w warunkach nominlanych uzyskuje się bardziej niekorzystne wyniki.

Zewnętrzny dodatek korozyjny stosuje się tylko na górnym odcinku komina do długości 5b, gdzie b jest średnicą komina, o wartościach podanych w tab.2.

Tab.2 Zewnętrzny naddatek na korozję cext – tab.4.1. (PN-EN 1993-3-2+Ap1, 2008)Komin cext

Wewnętrzny naddatek na korozję cint przyjmuje się zgodnie z normą (PN-EN 13084-7+AC, 2013).

Sprawdzenie wytrzymałości i stateczności komina

Podczas wymiarowania kominów stalowych należy sprawdzić:

  1. naprężenia występujące w przekrojach trzonu
  2. naprężenia w przekrojach osłabionych otworami
  3. połączenia elementów trzonu (segmentów)
  4. sprawdzenie elementów drabin galerii
  5. możliwość utraty stateczności trzonu

Należy przy tym uwzględnić: wpływy zmęczenia, wpływy termiczne oraz osłabienie na skutek wystąpienia korozji.

Literatura

BN-76/2378-01. Instalacje odpylające - Kominy stalowe wolno stojące (1976).
Fenkanin, O., & Meller, M. (1994). Kominy stalowe. Koszalin: Wydawnictwo Wyższej Szkoły Inżynierskiej,.
PN-EN 13084-7+AC. Kominy wolno stojące - Część 7: Wymagania dotyczące cylindrycznych wyrobów stalowych przeznaczonych na jednopowłokowe kominy stalowe oraz stalowe wykładziny (2013). UE: PKN.
PN-EN 1990. Eurokod: Podstawy projektowania konstrukcji (2004). UE: PKN.
PN-EN 1991-1-4. Eurokod 1: Oddziaływania na konstrukcje. Część 1-4: Oddziaływania ogólne. Oddziaływania wiatru (2008). UE: PKN.
PN-EN 1993-3-2+Ap1. Eurokod 3-Projektowanie konstrukcji stalowych- Część 3-2: Wieże, maszty i kominy.  Kominy (2008). UE: PKN.
Rykaluk, K. (2005). Konstrukcje stalowe: kominy, wieże, maszty. Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej.
Wikipedia. (2015, December 15). Efekt kominowy. In Wikipedia, wolna encyklopedia. Retrieved from https://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Efekt_kominowy&oldid=44342090

Related Hasła

Comments : 0
O autorze

* dr inż. Leszek Chodor. Architekt i Inżynier Konstruktor; Rzeczoznawca budowlany. Autor wielu projektów budowli, w tym nagrodzonych w konkursach krajowych i zagranicznych, a między innymi: projektu wykonawczego konstrukcji budynku głównego Centrum „Manufaktura” w Łodzi, projektu budowlanego konstrukcji budynku PSE w Konstancinie Bielawa, projektów konstrukcji „Cersanit” ( Starachowice, Wałbrzych, Nowograd Wołyński-Ukraina). Autor kilkudziesięciu prac naukowych z zakresu teorii konstrukcji budowlanych, architektury oraz platformy BIM w projektowaniu.

Wyślij

Translate »