Узлы и детали трубопроводов
Трубы являются основной частью трубопроводов. По назначению трубопроводы делятся на технологические, тепловые, газовые, трубопроводы водоснабжения и канализации. Различают пять категорий технологических трубопроводов. Наиболее ответственная 1 категория. Для продуктов с токсическими свойствами применяют трубопроводы только 1 и 2 категорий, для легковоспламеняющихся жидкостей и горючих газов – трубопроводы первых 4 категорий. Каждая категория трубопроводов характеризуется предельно допустимыми значениями давления (P) и температуры (t), причем 1 категория имеет самые низкие значения указанных величин. Все трубопроводы характеризуются условным диаметром Dу (номинальный внутренний диаметр трубопровода) и условным давлением Ру (наибольшее рабочее давление при t = 20°С). Изготавливают трубопроводы в основном из легированных и углеродистых сталей, но находят применение также медные, латунные, алюминиевые и свинцовые трубы.
Трубопроводный фитинг (фасонная часть) - это любой отдельный элемент трубопровода, за исключением устройств, таких как вентили. Фитинги устанавливаются в местах разветвлений, поворотов или переходов трубы на другой диаметр, а также при необходимости частой разборки труб. Если фитинги соединяют концы труб одинакового диаметра, то они называются прямыми, а если скрепляют трубы разного диаметра – переходными. Основными материалами для изготовления фитингов являются сталь, чугун и латунь.
В зависимости от назначения трубопроводные фитинги подразделяются на: угольники и отводы (изменяют направление потока на 45-120°С), тройники, коллекторы (обеспечивают ответвление в одном направлении от главной трубы), крестовины (ответвление в двух направлениях), муфты (соединяют одинаковые трубы прямого участка). Также выделяют переходники (соединяют разные трубы), заглушки, пробки, колпаки (используют для герметичной заделки концов труб) и штуцеры (обеспечивают соединение с гибким шлангом).
В основном, фитинги выпускают диаметров условного прохода от 8 до 100 мм. Фитинги для металлических труб делятся на резьбовые, фланцевые и сварные (с гладкими концами под сварку). Резьбовые фитинги для водопроводных и газопроводных стальных труб изготовляют с цилиндрической резьбой. Наружная и внутренняя поверхности фитинга не должны иметь раковин и инородных включений. Торцовые плоскости фитингов должны быть перпендикулярны к осям проходов. Трубопроводные фитинги используются для соединения водопроводных труб, которые могут иметь одинаковый или разный диаметры. Некоторые фитинги применяют для изменения направления трубопровода: к ним относятся У-образные и Т-образные тройники и гибы. Прямые или линейные фитинги включают: муфты, переходники, сгоны и заглушки. Набор фитингов показан на рис. 1.13., 1.14. Детали конструктивного решения каждого элемента зависят от материала, из которого он изготовлен.
Рис. 1.13. Трубопроводные фитинги: 1, 2, 3 – отводы сварные под 90º соответственно с одно, двумя и тремя вставками;
4 – сварной двойник; 5 – тройник сварной; 6 – тройник сварной косой; 7, 8, 9, 10, 11 – штампованные отвод, полуотвод, двойник, тройник и переходник
Рис. 1.14. Трубопроводные фитинги:а – отвод;
б – калач; в – утка; г – скоба
Неметаллические трубопроводы менее прочны, чем металлические, однако их коррозионная стойкость обычно выше металлических и они дешевле. К ним относятся керамические, фарфоровые, стеклянные, резиновые и пластмассовые. Там, где нужно гибкое соединение, и в местах, подверженных, вибрациям, применимы резиновые шланги (рукава).
Компенсаторы
Для защиты трубопровода от дополнительных нагрузок, возникающих при пуске и остановке технологического процесса, его проектируют и конструктивно выполняют так, чтобы он мог свободно удлиняться при нагревании и укорачиваться при охлаждении без перенапряжения материала. В промышленности для решения данных задач применяют компенсаторы. Компенсирующая способность их зависит от конструкции.
Внутрицеховые трубопроводы, имеющие сложную конфигурацию, обладают самокомпенсирующей способностью. Самокомпенсация осуществляется благодаря тому, что в линии трубопровода, кроме прямых участков между неподвижными опорами, имеются повороты или изгибы (отводы) (рис.1.15.).
Рис. 1.15. Участки трубопровода с самокомпенсацией:
а – Г-образный; б – Z-образный
Различают гнутые (рис.1.16.), сальниковые (рис.1.17.), линзовые (рис.1.18.) и волнистые (рис.1.19.,1.20.) компенсаторы.
Рис. 1.16. Гнутые компенсаторы трубопроводов:
а – П-образный; б – двойной; в – лирообразный; г – угловой
Преимущества таких компенсаторов (см. рис.1.16.) - простота изготовления и удобство эксплуатации; недостатки - повышенное гидравлическое сопротивление, большой расход труб, значительные размеры и необходимость сооружения дополнительных опорных конструкций.
Сальниковые компенсаторы (рис.1.17.) представляют собой трубу 1, вставленную в корпус 4. В зазоре между ними установлено уплотнительное кольцо 3 с грундбуксой 2. Сальниковые компенсаторы изготовляют на давление до 1,6 МПа, температуру до 300 °С и условный диаметр от 100 до 1000 мм. Сальниковые компенсаторы отличаются высокой компенсирующей способностью, небольшими размерами. Однако из-за трудности герметизации сальниковых уплотнений в технологических трубопроводах их применяют редко, а для трубопроводов горючих, токсичных и сжиженных газов их использование не допускается.
Рис. 1.17. Сальниковый компенсатор: 1 - труба; 2 - грундбукса;
3 - уплотнительное кольцо; 4 - корпус компенсатора
Линзовые компенсаторы (рис. 1.18. 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. 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. 1.18. 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 компенсаторы устанавливают с дренажными штуцерами 2, которые вваривают в нижних точках каждой линзы. Для восприятия распорных усилий, возникающих в трубопроводах, приваривают стяжки 5 (рис. 1.18. в). Линзовые компенсаторы применяют на Ру до 2,5 МПа для трубопроводов Ду от 100 до 1600 мм, транспортирующих неагрессивные и малоагрессивные вещества. Преимущества линзовых компенсаторов по сравнению с гнутыми - небольшие размеры и масса; недостатки - небольшие допускаемые давления, малая компенсирующая способность и большие распорные усилия, передаваемые на неподвижные опоры.
Рис. 1.18. 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 (рис.1.19., 1.20.) - 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: сжатие, растяжение, изгиб, смещение оси.
Волнистые компенсаторы предназначены для работы при температуре от -70 до +700 °С на Р до 6,3 МПа. Применение волнистых компенсаторов вместо гнутых 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.
Рис. 1.19. 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
Рис. 1.20. Волнистые компенсаторы серийного выпуска:
а) освой (КЗО); 1 – подставка; 2 – опорные кольца; 3 – гибкий элемент (эластичная гофрированная оболочка хромоникелевой стали); 4 – направляющая обечайка; 5 – бандажные кольца;
6 – патрубки; привариваемые к трубам; 7 и 8 – соответственно болт и гайка для крепления полуколец; 9 – накладка
10 и 11 – гайка и шпилька подставок; 12 – ограничительные полукольца;
б) универсальный (КВУ); 1 – шарниры; 2 – ограничительные полукольца; 3 – гофрированный гибкий элемент; 4 – опорные кольца; 5 – бандажные кольца; 6 – патрубки; 7 – усилительные ребра; 8 – шпилька; 9, 10 – гайки; 11 – приставки; 12 – гайки;
13 – шпильки; 14 – цилиндрическая обечайка;
15 – коническая обечайка
Опоры трубопроводов
Опоры трубопроводов– ответственные детали теплопроводной системы. Именно опора воспринимает усилие от трубопровода и передаёт их несущим конструкциям либо грунту. Все виды опор делятся на неподвижные и скользящие. Неподвижная же - фиксирует в определенных местах положение трубопроводной системы, воспринимая нагрузки, которые возникают в этих точках при изменении температурных условий, а также внутреннего давления (рис. 1.21. а, б).
Скользящие опоры выдерживают вес трубопровода и в то же время позволяют свободно перемещаться в осевом направлении для компенсации температурных удлинений (рис. 1.21. в, г).
Внутри цеха трубопроводы крепятся к стенам, колоннам, балкам и перекрытиям. Направляющие опоры могут быть горизонтальными и вертикальными.Крепление труб к стенам осуществляется на кронштейнах (рис. 1.21. д), для высоко расположенных труб применяются подвески (рис. 1.21. е)
Рис. 1.21. Опоры трубопроводов: а – неподвижная сварная;
б – неподвижная на хомутах; в – подвижная; г – катковая; д – на кронштейнах; е – подвесная
Надземным способом межцеховые трубопроводы прокладывают, как правило, на эстакадах (рис. 1.22.).
Рис. 1.22. Типы эстакад межцеховых трубопроводов:
а - отдельно стоящая стойка; б - балочная одноярусная;
в - балочная двухъярусная; г - многоярусная
При многоярусном расположении трубопроводов (см. рис.1.22. г) на верхнем ярусе эстакад или опор размещают трубопроводы больших диаметров, транспортирующие горючие и инертные газы, а также пар. Трубопроводы, транспортирующие кислоты, - ниже всех остальных трубопроводов.
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.