Цветные металлы

Стали

МАТЕРИАЛЫ ТРУБОПРОВОДОВ, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

КОМПЕНСАЦИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ УДЛИННЕНИЙ ТРУБОПРОВОДОВ

Трубопроводы, служащие для транспортировки сред с высокой температурой, подвергаются значительным удлинениям при нагреве и укорачиваются при остывании. Расчетами показано, что если нагреть метровый отрезок трубы Ø273×10 мм от 0 до 100^оС, то возникает усилие в 190 т, что приведет к разрушению трубы.

Величина удлинения трубопровода Δ l может быть определена по выражению:

Δ l =(t _ст.– t _нар.)· l ≈ α (t _ср.– t _нар.)· l,

где t _ст. – температура стенки трубы; t _нар. – температура окружающего воздуха; t _ср. – температура перекачиваемой по трубопроводу среды; α – коэффициент линейного расширения материала трубы; l – длина участка трубопровода между неподвижными опорами.

При этом в жестко закрепленном трубопроводе возникают напряжения сжатия или растяжения σ, величина которых равна

σ = α(t _ср.– t _нар.) Е,

где Е – модуль упругости материала трубы.

Усилия, возникающие в трубопроводах, передаются на аппараты и неподвижные опоры, к которым присоединены эти трубопроводы. Поэтому такие трубопроводы должны иметь специальные устройства – компенсаторы, которые всегда устанавливаются между двумя неподвижными опорами.

На практике применяют следующие типы компенсаторов: П-образные; лирообразные; типа «петля» (рисунок 4), линзовые (рисунок 5), волнистые (рисунок 6) и сальниковые (рисунок 7).

Рисунок 4. Компенсаторы:

1 – П-образные; 2 – лирообразные; 3 – типа «петля»

Рисунок 5. Линзовый компенсатор:

1 – тяга; 2 – лапа.

Рисунок 6. Волнистый компенсатор:

1 – патрубок; 2 – защитный кожух; 3 – ограничительные кольца; 4 – гибкий элемент; 5 – внутренняя труба.

Рисунок 7. Сальниковый компенсатор:

1 – опора; 2 – набивка; 3 – корпус; 4 – грундбукса; 5 – внутренняя труба.

Наиболее широкое распространение на предприятиях нефтяной и газовой промышленности получили линзовые и П- образные компенсаторы.

Компенсирующая способность П-образного компенсатора тем больше, чем больше вылет трубы. Такие компенсаторы могут воспринимать удлинение до 450 мм. Для трубопроводов диаметром более 350 мм габариты П-образных компенсаторов и их масса становятся значительными, поэтому целесообразно становится применять, хотя и более сложные, линзовые компенсаторы. Линзовые компенсаторы изготавливают для трубопроводов диаметром до 2400 мм, работающих при давлениях до 0,6 МПа. Компенсатор сваривают из отдельных штампованных полулинз. Каждая линза имеет компенсирующую способность от 10 до 45 мм.

Трубы стальные сварные, изготовленные из углеродистых сталей, например Ст.2, Ст.3 и другие работают обычно при температуре до 300^оС и давлении до 1,6МПа. Они применяются чаще всего для паропроводов в условиях мало интенсивной коррозии.

Трубы стальные бесшовные, изготовленные из конструкционных и низколегированных сталей марок сталь 10, 20. 35, 45, 10Г2, 20Х, 40Х применяются в слабо коррозионных средах при температурах до 450^оС.

Трубы стальные бесшовные, изготовленные из легированных сталей 15Х5М, 12МХ, 15Х5, 15Х5ВФ, применяются при температурах 450-550^оС и давлениях до 10МПа. Стали 12Х18Н10Т и 10Х17Н13М2Т могут применяться для более высоких температур и давлений.

Для трубопроводов, работающих при температурах до минус 70^оС, применяют марганцовистую сталь, например 09Г2С.

Трубы из свинца, несмотря на присущую свинцу невысокую механическую прочность, невозможность работы при температурах свыше 140^оС и высокую стоимость до недавнего времени широко использовали в качестве материала для трубопроводов серной кислоты и некоторых других химически активных сред. Сейчас применение свинца в химической промышленности резко сократилось вследствие внедрения в практику новых материалов, главным образом, пластических масс.

Медь в чистом виде для изготовления трубопроводов применяется весьма редко. Значительно чаще используют сплавы меди с цинком – латуни и оловом – бронзы. Верхний температурный предел применения латуней и бронз – 250^оС.

Реже для изготовления трубопроводов используют алюминий, который используется для транспортирования азотной, уксусной и муравьиной кислот. Температура применения алюминия ограничена 200^оС.