Молниезащита дымовых труб

Когда говорят про молниезащиту дымовых труб, многие сразу представляют себе стандартный стержень на оголовке, купленный в первом попавшемся магазине. Вот это и есть главная ошибка. За годы работы с высотными конструкциями, особенно с теми же сборными трубами из нержавейки, пришлось убедиться, что подход ?поставить и забыть? здесь не просто не работает, а может привести к серьезным последствиям. Речь не только о прямом ударе, но и о вторичных эффектах — наведенных токах, которые могут вывести из строя чувствительное оборудование системы мониторинга тяги или той же ?умной? системы сбора конденсата. Начинать нужно не с выбора троса или стержня, а с оценки самой конструкции.

Почему дымовая труба — особый объект для защиты

Тут дело не только в высоте, хотя она, конечно, ключевой фактор. Возьмем, к примеру, современные сборные двухслойные теплоизолированные трубы, которые поставляет, скажем, ООО Пекин Хантянь Люйюань Оборудование для Дымовых Труб. Конструкция сама по себе сложная: внутренний контур из нержавеющей стали, внешний — часто из оцинковки или тоже нержавейки, между ними утеплитель. Это не монолитная железобетонная труба прошлого века. Заземление такого ?сэндвича? — отдельная задача. Если неправильно объединить токоотводы с обоих контуров, можно создать паразитные контуры, которые только усугубят проблему при импульсном воздействии.

Или другой момент — тепловое расширение. Труба работает, нагревается, металл ?играет?. Жесткое крепление токоотвода в верхней части может со временем привести к деформации или разрыву контакта. Видел случаи, когда после пары лет эксплуатации на трубе завода в Липецке оказалось, что верхняя точка молниеприемника просто висит на честном слове, потому что кронштейн не рассчитали на постоянный цикл нагрева-остывания. А ведь компания, та же Хантянь Люйюань, в своем оборудовании как раз закладывает расчеты на температурные нагрузки, но защиту часто монтируют другие подрядчики, которые об этом не задумываются.

Еще один нюанс — коррозия. Казалось бы, нержавейка. Но в зоне крепления, где идет контакт с токоотводом из другого металла (медь, оцинкованная сталь), может начаться электрохимическая коррозия. Особенно в агрессивных средах, около химических или металлургических производств. Поэтому узлы сопряжения требуют или применения биметаллических переходников, или очень тщательного подбора пар материалов. Это не та деталь, на которой стоит экономить.

Типичные провалы на этапе проектирования

Самая частая история — проектировщики берут за основу типовую схему из руководящего документа для зданий и просто масштабируют ее на трубу. Но труба — не здание. У нее другая геометрия, другие динамические нагрузки, другая электромагнитная обстановка на вершине. Расчет зоны защиты по простой формуле для стержня часто дает ложное чувство безопасности. На практике, для высоких труб (от 40-50 метров) уже нужно считать по вероятностным методам или моделировать, особенно если рядом есть другие высотные объекты.

Второй провал — игнорирование внутренних коммуникаций. По трубе могут проходить кабели датчиков температуры, давления, сигнализации о засорении. Их трассы нужно сразу закладывать в проект молниезащиты, чтобы правильно выполнить экранирование или установить УЗИП (устройства защиты от импульсных перенапряжений) на вводе в здание. Иначе первый же близкий разряд выжжет всю эту автоматику. Помню случай на котельной, где после грозы перестала работать система контроля выбросов. Оказалось, сигнальный кабель шел в отдельном кабель-канале снаружи трубы, но его просто ?забыли? включить в контур экранирования.

И третий момент — доступность для обслуживания. Спроектировать идеальную систему — полдела. Нужно, чтобы раз в год, а то и чаще после сильных гроз, можно было подняться и проверить контакты, целостность проводников, отсутствие коррозии. Если для этого требуется специальный альпинистский снаряд и согласование работы на высоте на три дня — такую систему никто проверять не будет. Все должно быть максимально приспособлено для планового осмотра. Это касается и расположения испытательных колодок для замеров сопротивления заземления.

Заземление: куда уходит ток?

Самый критичный узел. Можно поставить отличный молниеприемник, смонтировать толстенные токоотводы, но если заземление сделано спустя рукава — вся работа насмарку. Для дымовых труб, особенно стоящих отдельно, часто делают кольцевой заземлитель по периметру. Но грунт — штука неоднородная. В том же проекте под Казанью пришлось столкнуться с тем, что с одной стороны трубы был сухой песок, а с другой — влажная глина. Сопротивление растеканию тока отличалось в разы. Пришлось делать не симметричное кольцо, а ?уши? в сторону хорошего грунта и применять специальные электролитические заземлители с заполнителем, чтобы выровнять параметры.

Важный момент — соединение с фундаментом и арматурой самой трубы (если она железобетонная). Часто металлический каркас фундамента — это отличная естественная часть заземляющего устройства. Но его нужно правильно электрически соединить с контуром молниезащиты. Не просто приварить, а именно создать надежное, долговечное соединение, защищенное от почвенной коррозии. Сварка здесь предпочтительнее болтовых соединений, но и ее нужно выполнять с перекрытием шва, а не точечно.

Для сборных стальных труб на анкерных фундаментах история другая. Сама труба опирается на анкерные болты. Их тоже можно и нужно включать в систему заземления. Но здесь есть риск: если болт корродирует и потеряет контакт с закладной деталью в фундаменте, цепь разорвется. Поэтому дублирующие проводники, идущие от металлоконструкции трубы напрямую к контуру заземления в обход анкеров, — обязательное требование. Это та самая ?перестраховка?, которая в итоге спасает.

Материалы и комплектующие: что на рынке и как не ошибиться

Рынок завален предложениями: и отечественными, и импортными. С медью, с оцинковкой, с нержавейкой. Для молниезащиты дымовых труб я бы не советовал слепо брать ?самое дорогое? — чистейшую медь. Да, медь имеет отличную проводимость и стойкость к атмосферной коррозии. Но на высоте, в потоке горячих газов (особенно если есть выбросы агрессивных соединений), медь может начать активно окисляться. Оцинкованная сталь, особенно горячего цинкования, часто оказывается более долговечной в таких специфических условиях. А для креплений в зоне оголовка, где температуры максимальны, иногда имеет смысл смотреть в сторону нержавеющей стали AISI 316.

Отдельная тема — готовые комплекты. Есть компании, которые предлагают ?коробочное решение? для труб определенной высоты и диаметра. Это может быть удобно, но требует очень внимательной проверки. Соответствуют ли сечения проводников реальным расчетным токам? Предусмотрены ли компенсаторы температурных расширений? Подходят ли хомуты для крепления к конкретной конструкции вашей трубы? Например, для гладких труб от ООО Пекин Хантянь Люйюань Оборудование для Дымовых Труб нужны одни хомуты, а для труб с ребрами жесткости или винтовыми соединениями — совершенно другие. Универсальных решений тут почти нет.

И, конечно, нельзя забывать про сертификаты. Не только на соответствие ТР ТС, но и, желательно, протоколы испытаний на стойкость к конкретным климатическим и температурным воздействиям. Бумажка — не гарантия, но хотя бы какой-то фильтр. На практике же лучший показатель — это рекомендации по применению от самого производителя трубы или опыт успешной эксплуатации на аналогичных объектах. Всегда полезно поинтересоваться у поставщика основного оборудования, есть ли у них проверенные партнеры по монтажу защитных систем.

Из практики: один день из жизни монтажника

Хочу описать один не самый удачный, но поучительный монтаж лет семь назад. Объект — новая котельная, труба сборная, 35 метров. Погода ясная, ветер умеренный. Собрались ставить тросовую молниезащиту между двумя мачтами на растяжках. По проекту трос должен был идти строго по центру оголовка. Когда начали натягивать, выяснилось, что из-за производственного допуска одна из мачт стоит на 15 сантиметров ближе к центру, чем другая. Трос лег несимметрично. Казалось бы, ерунда. Но инженер настоял на переделке креплений, чтобы выровнять положение. Потому что смещенный трос не обеспечивает расчетную зону защиты для всего оголовка, особенно для датчика контроля состава газов, который торчал сбоку. Пришлось сверлить новые отверстия, ставить дополнительные талрепы. Работа затянулась на день, но это был правильный выбор.

В другой раз, уже на промышленной печи, столкнулись с тем, что проектом было предусмотрено заземление на технологическую металлоконструкцию, которая, как выяснилось при замерах, сама имела сопротивление растеканию выше нормы. Пришлось в срочном порядке, уже по ходу приемки, бурить дополнительные вертикальные электроды. Вывод простой: никогда не доверяй старой инфраструктуре как данности. Всегда делай контрольные замеры, даже если на бумаге все красиво.

И последнее, о чем часто забывают, — документация. После монтажа нужно не просто сдать объект, а оставить заказчику понятную исполнительную схему, паспорт с указанием всех материалов и, главное, рекомендации по обслуживанию. Какие узлы проверять раз в полгода, какие — раз в год, на что обращать внимание после сильной грозы. Без этого даже самая грамотно смонтированная система со временем превратится в груду металла, не выполняющую свою функцию. Молниезащита — это не разовое мероприятие, а часть жизненного цикла инженерного сооружения, такой же, как покраска или проверка сварных швов. И относиться к ней нужно соответственно.