Материал: Трубопровод

7.3.3.Компенсаторы

Все трубопроводы при изменении температуры транспортируемого продукта и окружающей среды подвержены температурным деформациям (удлинению, укорочению).

Вследствие теплового удлинения в трубопроводе возникают значительные продольные усилия, которые оказывают давление на конечные закрепленные точки (опоры), стремясь сдвинуть их с места. Эти усилия настолько значительны, что могут разрушить опоры 1 (рис. 7.15.а), вызвать продольный изгиб трубопровода 2 или привести к нарушению фланцевых и сварных соединений.

Для защиты трубопровода от дополнительных нагрузок, возникающих при изменении температуры, его проектируют и конструктивно выполняют так, чтобы он мог свободно удлиняться при нагревании и укорачиваться при охлаждении без перенапряжения материала и соединительных труб. Способность трубопровода к деформации под действием тепловых удлинений в пределах допускаемых напряжений в материале труб называется компенсацией тепловых удлинений.

Способность трубопровода компенсировать тепловые удлинения за счет конфигурации участка линии к упругих свойств металла без специальных устройств, встраиваемых в трубопровод, называется самокомпенсацией (рис. 7.17.б). Самокомпенсация осуществляется благодаря тому, что в линии трубопровода 2, кроме прямых участков между неподвижными опорами 1, имеются повороты или изгибы (отводы). Расположенный между двумя прямыми участками поворот или отвод обеспечивает компенсацию значительной части удлинения благодаря эластичности конструкции, а остальная часть компенсируется за счет упругих свойств металла прямого участка трубопровода.

1 2

а

4

1 2

1 3 5 2

б в

Р ис. 7.17. Деформации трубопровода и их компенсация:

а – трубопровода без компенсатора, б – самокомпенсация Z-образного трубопровода,

в – трубопровода с П-образным компенсатором;

1 – неподвижная опора, 2 – трубопровод, 3 – направляющая опора,

4 – пружинная подвеска, 5 – П-образный компенсатор

В зависимости от конструкции, принципа работы компенсаторы делятся на П-образные, линзовые, волнистые и сальниковые.

П-образные компенсаторы, обладающие большой компенсирующей способностью (до 700 мм), широко применяют при надземной прокладке технологических трубопроводов независимо от их диаметра. Преимущества таких компенсаторов – простота изготовления и удобство эксплуатация; недостатки – повышенное гидравлическое сопротивление, большой расход труб, значительные размеры к необходимость сооружения дополнительных опорных конструкций.

П-образные компенсаторы изготовляют с применением гнутых (рис. 7.18.а), крутоизогнутых (рис. 7.18.б) и сварных (рис. 7.18.в) отводов. П-образные компенсаторы в зависимости от соотношения длин прямого участка спинки Р и прямого участка имеют различную компенсирующую способность.

^{P P P}

h h h

а б в

Рис. 7.18. П-образные компенсаторы с отводами:

а – гнутыми; б – крутоизогнутыми; в – сварными

Линзовые компенсаторы (рис. 7.19.а) состоят из нескольких последовательно включенных в трубопровод линз. Линза сварной конструкции состоит из двух тонкостенных стальных штампованных полулинз 1 и благодаря своей форме легко сжимается. Компенсирующая способность каждой линзы сравнительно небольшая (58 мм). Число линз компенсатора выбирают в зависимости от его необходимой компенсирующей способности. Чаще всего применяют компенсаторы, состоящие из трех или четырех линз. Чтобы уменьшить сопротивление движению рабочей среды, внутри компенсатора помещают стаканы 3 (рис. 7.19.б).

Компенсаторы со стаканами используют на прямых участках трубопроводов для восприятия только осевых нагрузок, а компенсаторы без стаканов применяют в тех случаях, когда они работают в качестве шарниров. На горизонтальных участках трубопроводов конденсаторы устанавливают с дренажными штуцерами 2, которые вваривают в нижних точках каждой линзы. Для восприятия распорных усилий, возникающих в трубопроводах, приваривают стяжки 5 (рис. 7.19.в).

Линзовые компенсаторы применяют на Р_у до 2,5 МПа для трубопроводов Д_у от 100 до 1600 мм, транспортирующих неагрессивные и малоагрессивные вещества. К трубопроводам линзовые компенсаторы присоединяют на сварке или на фланцах. Преимущества линзовых компенсаторов по сравнению с П-образными – небольшие размеры и масса; недостатки – небольшие допускаемые давления, малая компенсирующая способность и большие распорные усилия, передаваемые на неподвижные опоры.

1

3

2

а б

4 5

в

Рис. 7.19. Линзовые компенсаторы:

а – трехлинзовый без стакана, б – трехлинзовый со стаканом, в – сдвоенный со стяжкой; 1 – полулинза, 2 – штуцер, 3 – стакан, 4 – тяга, 5 – стяжка

Волнистые компенсаторы – наиболее совершенные устройства, обладающие большой компенсирующей способностью и небольшими габаритами. Основная отличительная особенность волнистых компенсаторов по сравнению с линзовыми – гибкий элемент, представляющий собой эластичную и прочную гофрированную оболочку. Гибкий элемент в зависимости от направления нагрузки, прикладываемой к его концам, получает деформации различного характера (рис. 7.20): сжатие, растяжение, изгиб, смещение оси.

В зависимости от назначения и условий эксплуатации волнистые компенсаторы изготовляют различных типов: осевые, угловые, шарнирные и т.д.. Компенсаторам каждого основного типа соответствует определенный характер деформации гибкого элемента. Гибкий элемент осевых компенсаторов работает на сжатие и растяжение вдоль продольной оси на величину /2 по отношению к его начальному положению.

а г

б

д

в

Р ис. 7.20. Схемы деформации гибкого элемента

волнистого компенсатора:

а – начальное положение; б – сжатие по продольной оси; в – растяжение по продольной оси; г – изгиб под углом; д – смещение продольной оси при параллельности плоскостей

Волнистые компенсаторы предназначены для работы при температуре от -70 до +700 °С на Р_у до 6,3 МПа. Применение волнистых компенсаторов вместо П-образных сокращает расход труб и тепловой изоляции на 1525%. снижает гидравлическое сопротивление и уменьшает количество опор и опорных конструкций, поддерживающих трубопровод. По сравнению с линзовыми компенсаторами волнистые имеют более широкий диапазон допускаемых давлений, большую компенсирующую способность и значительно меньшие продольные усилия, передаваемые на неподвижные опоры.

Сальниковые компенсаторы (рис. 7.21) представляют собой трубу 1, вставленную в корпус 4. В зазоре между ними установлено уплотнительное кольцо 3 с грундбуксой 2. По конструкции тальниковые конденсаторы подразделяют на одно- и двусторонние. Компенсаторы соединяются с трубопроводом на сварке или на фланцах. Сальниковые компенсаторы изготовляют на Р_у до 1,6 МПа, температуру до 300°С и Д_у от 100 до 1000 мм.

1 2 3 4

Рис. 7.21. Сальниковый компенсатор:

1 – труба; 2 – грундбукса; 3 – уплотнительное кольцо;

4 – корпус компенсатора

Сальниковые компенсаторы отличаются высокой компенсирующей способностью, небольшими размерами. Однако из-за трудности герметизация сальниковых уплотнений в технологических трубопроводах их применяют редко, а для трубопроводов горючих, токсичных и сжиженных газов их использование не допускается. Основные недостатки сальниковых компенсаторов – необходимость систематического наблюдения и ухода за ними в процессе эксплуатации, сравнительно быстрый износ сальниковой набивки и. как следствие, отсутствие надежной герметичности.

7.3.4.Контроль качества сварных соединений

Качество сварных швов трубопроводов проверяют путем систематического пооперационного контроля, внешнего осмотра и измерения, неразрушающих методов контроля; испытаний механических свойств образцов пробных стыков и металлографических исследований. Результаты контроля сварных соединений фиксирует в соответствующих документах.

Пооперационный контроль включает в себя: проверку состояния и качества подлежащих сварке труб, деталей к элементов трубопроводов, арматуру и сварочных материалов, а также проверку правильности подготовки кромок и чистоты их поверхностей; контроль качества сборки стыков под сварку, смещений кромок, зазоров и величины несоосности; контроль технологии и параметров режима в процессе сварки.

Внешнему осмотру и измерению подлежат все сварные стыки для выявления возможных дефектов: трещин, выходящих на поверхность шва или основного металла в зоне термического влияния; наплывов и подрезов в зоне перехода от основного металла к сплавленному: прожогов и кратеров; неравномерности усиления сварного шва по ширине и высоте, а также его отклонения от оси (перекосов); непроваров в случаях, если сварное соединение можно осмотреть изнутри трубопровода; несоответствия геометрических размеров швов требованиям чертежей, проекта и ГОСТов.

Внешний вид сварных швов, выполненных дуговой сваркой, должен удовлетворять следующим требованиям. Поверхность швов должна быть слегка выпуклой и гладкой (при ручной сварке – мелкочешуйчатой); ноздреватость, пористость, грубая чешуйчатость не допускаются. Переход от наплавленного металла к основному должен быть плавным. Швы не должны иметь трещин, прожогов, кратеров и подрезов глубиной более 0,5 мм.

К неразрушающим методам контроля, с помощью которых выявляют в сварных соединениях возможные наружные, не доступные для внешнего осмотра, и внутренние дефекты (трещины, непровары, поры, шлаковые включения и др.), относят радиографический с применением рентгеновских и электрографических аппаратов, гамма-дефектоскопов, а также ультразвуковой с использованием ультразвуковых дефектоскопов УДМ-3, ДУК-66П, УД-10М, УД-24, УД-20УА и «ЭХО».

В качестве рентгеновских аппаратов непрерывного действия применяют РУП-120-5-1, РАП-150-7, РАП-150-03, РАП-160-6П, РУП-200-5-2, РАП-150/300 и РУП-400-5/1 и импульсных – МИРА-1Д, МИРА-2Д и МИРА-ЗД. Для гаммаграфирования используют радиоизотопные источники и гамма-дефектоскопы: Гаммарид-192/40Т, Гаммарид-170/400 и Стапель-5М. Из электрорадиографических аппаратов наибольшее применение нашли ЭРГА-ПС, ЭРЕНГ, ЭРГА-П2 и АРЕКС-2.

7.4.Монтаж стальных межцеховых трубопроводов общего назначения

7.4.1.Способы прокладки межцеховых трубопроводов

Межцеховые трубопроводы прокладывают надземным или подземным способом. Способ прокладки определяется проектной организацией. В пределах границы промышленного предприятия прокладку межцеховых трубопроводов и паропроводов проектируют преимущественно над землей.

Надземным способом межцеховые трубопроводы прокладывают, как правило, на эстакадах (рис. 7.22.а); отдельно стоящих стойках; балочных одноярусных эстакадах (рис. 7.22.б), в которых трубопроводы прокладывают по поперечным траверсам; опирающимся на балки; балочных двухъярусных (рис. 7.22.в), в которых трубопроводы прокладывают по поперечным траверсам, опирающимся на балки или стойки эстакады; многоярусных с пролетными строениями ферменного типа (рис. 7.22.г), а также на низких опорах, шпалах и др.

а б в

г

Р ис. 7.22. Типы эстакад межцеховых трубопроводов:

а – отдельно стоящая стойка; б – балочная одноярусная; в – балочная двухъярусная;

г – многоярусная

Для обеспечения свободного проезда внутризаводского транспорта и беспрепятственного прохода людей минимальная высота до низа трубопроводов или пролетных строений высоких эстакад на территории предприятия должна быть (м): над внутризаводскими железнодорожными путями (от головки рельсов) – 5,5; над автомобильными дорогами и проездами – 4,5 и над пешеходными проходами – 2,5.

Высоту от уровня земли до низа труб (или поверхности их изоляции), прокладываемых на низких опорах, принимают с учетом возможности производства ремонтных работ, но не менее: при ширине группы труб до 1,5 м – 0,35 м; при ширине 1,5 м и более – 0,5 м.

Для того чтобы использовать несущую способность трубопроводов, прокладываемых на стойках, к ним крепят трубопроводы меньших диаметров (с обязательной проверкой расчетом труб большего диаметра на допускаемый прогиб). Такой способ закрепления не допускается на трубопроводах: транспортирующих высокоагрессивные, ядовитые, токсичные вещества и сжиженные газы; работающих под давлением от 6,3 МПа и более; транспортирующих вещества температурой выше 300°С.

При многоярусном расположении трубопроводов на верхнем ярусе эстакад или опор размещают трубопроводы больших диаметров, транспортирующие горючие и инертные газы, а такие пар. Трубопроводы, транспортирующие кислоты, – ниже всех остальных трубопроводов.

Межцеховые трубопроводы прокладывают также в открытых лотках и укладывают на железобетонные шпалы по дну в один ряд. Чтобы можно было выполнять монтажные и ремонтные работы, лотки прокладывают вдоль внутризаводской дороги с одной или двух сторон. Основные дороги приподнимают на 0,70,8 м над уровнем земли, что позволяет при пересечении лотков с другими дорогами и проходами устраивать переезды и переходные площадки. Такой способ прокладки снижает стоимость монтажных и ремонтных работ, а также улучшает условия эксплуатации трубопроводов.

При подземном способе трубопроводы прокладывают в проходных, полупроходных и непроходных подземных каналах (рис. 7.23), непосредственно в грунте (бесканальная прокладка).

Подземную прокладку технологических трубопроводов на территории промышленных предприятий, особенно в непроходных подземных каналах, выполняют в тех случаях, когда сооружение надземных эстакад экономически нецелесообразно или практически неосуществимо. Подземная бесканальная прокладка, а также прокладка в подземных непроходных каналах трубопроводов для горючих и сжиженных газов не разрешается. Бесканальную прокладку применяют в основном для одиночных трубопроводов, транспортирующих вещества температурой не более 150°С и в благоприятных грунтовых условиях.

Подземные трубопроводы укладывают непосредственно в грунт обычно на глубине, несколько превышающей глубину промерзания грунта, но не менее чем на 0,6 м (от верха трубы до планировочной отметка).

При пересечениях с внутризаводскими железнодорожными путями, автомобильными дорогами и проездами подземные трубопроводы прокладывают в защитных патронах (футлярах) из стальных труб большого диаметра. При таких пересечениях глубина заложения подземных трубопроводов от подошвы шпалы или поверхности дорожного покрытия до верха защитного патрона трубопровода должна быть не менее 1 м. При выборе пересечения следует пользоваться методом оптимального проектирования.

3 4

6

2 5

1

а

2 1

6

б