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.