Термические напряжения в трубопроводах и их компенсация, компенсаторы

 

План:

1. Термические напряжения в трубопроводах и их компенсация.

2. Компенсаторы- гнутые, линзовые, сальниковые.

 

1.В процессе эксплуатации температурные условия могут изменяться в довольно широких пределах (от минус 50 °С до плюс 50 °С) в результате чего изменяется длина трубопроводов. На участках защемленного трубопровода возникает нагрузка, которая может привести к разрушению трубопровода или места его присоединения к арматуре, резервуару. Величина тепловой деформации трубопровода может быть определена по формуле:

   

δ = α·l·∆t,    (м)       

где:

α – коэффициент линейного расширения (для стальных труб α=11.5:14)·10^(6)град (-1);

l – длина прямого участка трубопровода, м,;

∆t- изменение температуры, °С.

 

При значительной длине магистралей тепловая деформация может достигать величины в десятках сантиметров. Для устранения возможных вредных последствий в трубопроводной магистрали, если их само компенсация оказывается недостаточной, должно быть предусмотрены компенсаторы. Если магистраль имеет повороты и изгибы трассы трубопровода, то возникает естественная само компенсация, устраняющая возникновения больших дополнительных нагрузок в трубопроводах.

На участках защемленного трубопровода действует при тепловой деформации осевая сила.

 

N=δс × F̥, (Н) 

 

 где:

с δс- величина напряжения в трубопроводе, Па

δс=α×E∆t,  (Па)

 где:

Е- модуль упругости металла труб; Па (для стали Е=2,1×10” Па)

F̥- площадь поперечного сечения стенок трубопровода, м^(2)

 

Величина осевой силы не зависит от длины трубопровода, при большом значении этой силы возможно разрушение и трубопровода, и опор.

 

2. В зависимости от конструкций и принципа работы компенсаторы делятся на следующие группы:

-гибкие радиальные, которые подразделяются на П-образные, S –образные, лирообразные и кольцеобразные;

- гибкие осевого типа, к которым относятся линзовые и волнистые компенсаторы;

- осевые скользящие – сальникового типа.

 

Характеристика компенсаторов для технологических трубопроводов.

Группа и вид компенсатора	Нормаль	Ду,мм	Условное давление в т-дах.Ру	Компенсирующая способность   ∆, мм
Гибкие П-образные радиальные гнутые из труб   Сварные с крутоизогнутыми отводами   Со сварными отводами	Не нормализованы   Норма из нефтяной промышленности Н549-57   Не нормализованы	25-400   40-350   150-1000	Не орган.   До 10   До 6,4	До 700   До 400   До 700
Гибкие осевого типа линзовые   Волнистые осевые   Волнистые универсальные	МН2894-62-2908-62     Не нормализованы   То же	100-2400     150-400   200 и 250	До 0.6     1,6;2,5;4,0   2,5	1линзы 7,5-9,5 при Ру=0,6мПа   Ду=100/700мм   8/18мм на 1 волну
Осевые скользящего типа(сальниковые) Односторонние   Двухсторонние   Разгруженные с опорой	МН 2593-61   МН 2598-61   Нормаль нефтяной промышленности Н 572-51	100-1000   100-1000   150-600	1,6   1,6   1,6	250-400   500-800   200-300

 

 

Наибольшее распространение из гибких радиальных компенсаторов имеет П-образные, гнутые или сварные. Их устанавливают вертикально или горизонтально на участках трубопроводов большой протяженности. Предпочтительнее горизонтальная установка, т.к. при вертикальной возможно образование воздушных мешков. Компенсатор выполнен из труб того же диаметра, что и сам трубопровод, и соединен с ним или сваркой, или фланцевыми соединениями. Их различают по соотношению размеров- длины прямой вставки(спинка) L и длины прямой вставки (вылета) h;

Компенсаторы с большим вылетом (l=0,5)

Компенсаторы со средним вылетом (l=h)

Компенсаторы с малым вылетом (l=2h)

Наибольшей компенсирующей способностью обладает компенсаторы с большим вылетом. В зависимости от диаметра труб П-образные компенсаторы могут быть гнутыми из труб (для ∆ 90 мм) или собранными из прямых отрезков труб и готовых нормализованных гнутых деталей.

Компенсаторы этого типа просты по конструкции и эксплуатации, обладает значительной компенсирующей способностью, могут использоваться при высоких температурах и давлениях перекачиваемых продуктов, они надежны, могут работать при незначительных перекосах осей трубопроводов и осадке опор. К недостаткам компенсаторов относятся их значительные габариты и дополнительное сопротивление движению продукта.

Линзовые компенсаторы применяются на трубопроводах диаметрам от 100 до 1600 мм, работающих при давлении до 0,6 мПа. Корпус такого компенсатора представляет собой пакет из штампованных и соединенных между собой линз. Внутри корпуса устанавливается направляющая труба(стакан), он приваривается к одному из патрубков корпуса и служит для сглаживания полости отдельных линз (уменьшение гидросопротивления). На трубопроводе крепится или сваркой, или фланцевым соединением, компенсирующая способность определяется числом линз, которые ограничено возможностью осевых перекосов и не превышает 12, компенсирующая способность одной линзы при максимальном давлении до 0,6 мПа в зависимости от диаметра трубопровода составляет от 7,5 мм до 9,5 мм.

Волнистые компенсаторы в зависимости от способа компенсации линейного расширение трубопровод разделяется на следующие основные типы:

-Осевые типы КВО, предназначенные для компенсации термического изменения длины трубопровода, направленного по оси последнего;

-Универсальные типа КВУ, предназначенные для компенсации термического изменения длины трубопровода, направленного под углом к его оси.

Волнистые компенсаторы изготавливают с присоединительными фланцами ил и под сварку, они предназначены для работы при температуре до 450°С и давлении не более 4,0 мПа.

Компенсирующая способность одной волны зависит от количества рабочих циклов в год и составляет от 8 до 18мам.

Компенсаторы изготавливают из углеродистых, а гибкие элементы из легированных сталей. Линзовые и волнистые компенсаторы не рекомендуется применять на трубопроводах с пульсирующим давлением.

Сальниковые компенсаторы делят на односторонние и двусторонние, разгруженные и неразгруженные. Компенсаторы этого типа в основном применяются на паропроводах, теплопроводах, а также на трубопроводах, транспортирующих негорючие жидкости их пары и инертные газы.

Стальные сальниковые компенсаторы рассчитаны на давление до 1,6 мПа, чугунные на давление до 1,3 мПа, могут эксплуатироваться при температуре до 300°С. При монтаже сальниковых компенсаторов недопустим осевой перенос. Такие компенсаторы просты по конструкции, компактны, но не обеспечивают достаточной герметичности, поэтому на трубопроводах для ЛВЖ не применяются. Конструктивно представляют собой корпус со скользящим стаканом 4 узел уплотнения с грундбуксой.