Растяжка сильфонных компенсаторов тепловых сетей

Проектирование трубопроводов тепловых сетей бесканальной прокладки с применением сильфонных компенсаторов

К.т.н. В.Я. Магалиф, заместитель генерального директора,
ООО «НТП Трубопровод», г. Москва

В современных конструкциях тепловых сетей используются преимущественно стартовые и осевые сильфонные компенсаторы.

Применение стартовых компенсаторов позволяет выполнить растяжку трубопровода, защемленного в грунте. Конструкция стартового компенсатора схематично показана на рис. 1. Ограничитель 1 выполнен в виде кожуха, одна половинка которого «вдвигается» в другую.

Трубопровод укладывается в траншею и засыпается грунтом по всей длине, кроме приямков, в которых монтируются стартовые компенсаторы (рис. 2). Растяжка осуществляется путем предварительного нагрева трубопровода до расчетной температуры замыкания Т_зам. После срабатывания стартовых компенсаторов (их сжатия) и заварки кромок ограничителей (конечное состояние после наложения шва 3 на рис. 1 помечено пунктиром), трубопровод превращается в неразрезную конструкцию. Оголенные участки изолируются, и приямки засыпаются грунтом. Таким образом, стартовые компенсаторы срабатывают всего один раз. В идеале применение стартовых компенсаторов позволяет прокладывать трубопроводы в виде длинных прямых участков, в которых температурные деформации при нагреве и охлаждении компенсируются осевыми напряжениями растяжения- сжатия в материале труб.

Размах напряжений при переходе трубопровода из холодного состояния в рабочее и обратно составляет:

где Т_раб — температура трубопровода в рабочем состоянии; Т_хол — температура трубопровода в холодном состоянии; Е_раб — модуль упругости материала при рабочей температуре; α — коэффициент линейного расширения.

Прямолинейная прокладка с применением стартовых компенсаторов возможна при соблюдении условия:

где [σ] — номинальное допускаемое напряжение; [σ_ос] — допускаемые осевые напряжения при наличии стартовых компенсаторов; P — расчетное давление; D — внутренний диаметр трубопровода; s — толщина стенки трубопровода.

Если это условие не выполняется, нужно переходить на другие способы компенсации температурных расширений (например, использовать П-образные компенсаторы).

Максимальная длина прямого участка трубопровода, «обслуживаемого» стартовым компенсатором, определяется по формуле:

где q-φ — сила трения о грунт, приходящаяся на единицу длины трубопровода; F — площадь поперечного сечения трубопровода.

Разность в фигурных скобках выражения (3) весьма «чувствительна» к температурному перепаду. Например, для трубопровода 426×7 мм из стали 20 при P=1,6 МПа, Т_раб=130 О С и Т_хол=0 О С, будем иметь:

и потребное количество стартовых компенсаторов сократится на треть. В импортных пособиях по тепловым сетям с ППУ изоляцией в примерах расчета L_max, как правило, фигурируют Т_раб=120 О С и Т_хол=10 О С (монтаж в летнее время), т.е. температурный перепад составляет ΔT=(T_раб-T_хол)=110 О С, а допускаемые осевые напряжения при наличии стартовых компенсаторов [σ _ос] L max= (0 , 8 F / q тр ) x

Температура замыкания стартовых компенсаторов Т_зам вычисляется таким образом, чтобы обеспечить одинаковый температурный перепад при охлаждении и нагреве трубопровода:

Это условие учитывает то обстоятельство, что трение о грунт достигает максимального значения при первом прогреве, но затем достаточно быстро уменьшается (релаксирует) практически до нуля («тоннельный эффект»). Величину сжатия стартового компенсатора в момент замыкания можно рассчитать по формуле:

где L — длина участка трассы; Т_н — начальная температура (рекомендуется принимать среднюю температуру стенок трубопровода непосредственно перед началом термического натяжения), для трубопроводов бесканальной прокладки обычно принимается Т_н=0 О С; Т_зам — температура замыкания стартового компенсатора.

Сжатие стартового компенсатора не должно превышать максимальной величины его осевого хода [δ] (рис. 1), принимаемого по стандартам и техническим условиям на стартовые компенсаторы δ О С минимальная осевая нагрузка составит: P=1,2.10 -5 .2.10 6 .65.92=143520 (кг) «143,5 (т).

В последнее время наметилась тенденция использования осевых компенсаторов вместо П-образных. Этому в немалой степени способствовало то обстоятельство, что современные конструкции сильфонных осевых компенсаторов обладают высокой степенью надежности, не требуют постоянного мониторинга и обслуживания. Например, для трубопроводов бесканальной прокладки ОАО «НПП «Компенсатор» разработало конструкцию типа «сильфон в сильфоне» (наружный сильфон служит защитным кожухом от проникновения грунта и грунтовых вод на рабочие поверхности внутреннего рабочего сильфона). В этой связи расчеты теплопроводов бесканальной прокладки с осевыми компенсаторами становятся весьма актуальными.

Сжатие осевого компенсатора на прямом участке теплопровода бесканальной прокладки рассчитывается по формуле:

где L — длина участка трассы (рис. 3).

Если в качестве d принять допустимый осевой ход компенсатора (с учетом его растяжки), то, решив квадратное уравнение относительно неизвестной длины L, получим искомое расстояние, «обслуживаемое» осевым компенсатором:

Растяжка сильфонных и сальниковых компенсаторов при монтаже

Многие технические устройства применяемые на трубопроводах с давлением имеют ряд рекомендаций для монтажа и эксплуатации. Соблюдая данные рекомендации Вы не только продлеваете срок службы изделий, но и сохраняете гарантию производителя.

Сильфонные (волнистые) и сальниковые компенсаторы следует монтировать в собранном виде.

При подземной прокладке тепловых сетей установка компенсаторов в проектное положение допускается только после выполнения предварительных испытаний трубопроводов на прочность и герметичность, обратной засыпки трубопроводов бесканальной прокладки, каналов, камер и щитовых опор.

Осевые сильфонные и сальниковые компенсаторы следует устанавливать на трубопроводы без перелома осей компенсаторов и осей трубопроводов.

Допускаемые отклонения от проектного положения присоединительных патрубков компенсаторов при их установке и сварке должны быть не более указанных в технических условиях на изготовление и поставку компенсаторов.

При монтаже сильфонных компенсаторов не разрешаются их скручивание относительно продольной оси и провисание под действием собственного веса и веса примыкающих трубопроводов. Строповку компенсаторов следует производить только за патрубки.

Монтажная длина сильфонных и сальниковых компенсаторов должна быть принята по рабочим чертежам с учетом поправки на температуру наружного воздуха при монтаже.

Растяжку компенсаторов до монтажной длины следует производить с помощью приспособлений, предусмотренных конструкцией компенсаторов, или натяжными монтажными устройствами.

Растяжку П-образного компенсатора следует выполнять после окончания монтажа трубопровода, контроля качества сварных стыков (кроме замыкающих стыков, используемых для натяжения) и закрепления конструкций неподвижных опор.

Растяжка компенсатора должна быть произведена на величину, указанную в рабочих чертежах, с учетом поправки на температуру наружного воздуха при сварке замыкающих стыков.

Растяжку компенсатора необходимо выполнять одновременно с двух сторон на стыках, расположенных на расстоянии не менее 20 и не более 40 диаметров трубопровода от оси симметрии компенсатора, с помощью стяжных устройств, если другие требования не обоснованы проектом.

На участке трубопровода между стыками, используемыми для растяжки компенсатора, не следует производить предварительное смещение опор и подвесок по сравнению с проектом (рабочим проектом).

Непосредственно перед сборкой и сваркой труб необходимо произвести визуальный осмотр каждого участка на отсутствие в трубопроводе посторонних предметов и мусора.

Отклонение уклона трубопроводов от проектного допускается на величину +/- 0,0005. При этом фактический уклон должен быть не менее минимально допустимого по СНиП II-Г.10-73* (II-36-73*) .

Подвижные опоры трубопроводов должны прилегать к опорным поверхностям конструкций без зазора и перекоса.

При выполнении монтажных работ подлежат приемке с составлением актов освидетельствования по форме, приведенной в СНиП 3.01.01-85, следующие виды скрытых работ: подготовка поверхности труб и сварных стыков под противокоррозионное покрытие; выполнение противокоррозионного покрытия труб и сварных стыков.

О проведении растяжки компенсаторов следует составить акт по форме, приведенной в обязательном приложении 1.

Защита тепловых сетей от электрохимической коррозии должна быть выполнена в соответствии с Инструкцией по защите тепловых сетей от электрохимической коррозии, утвержденной Минэнерго СССР и Минжилкомхозом РСФСР и согласованной с Госстроем СССР.

Данные условия монтажа и эксплуатации для каждого конкретного компенсатора могут иметь свои особенности или дополнения. Подробную информацию уточняйте у поставщика компенсатора либо в техническом паспорте производителя, поставляемого вместе с компенсирующим устройством.

Предлагаем так же ознакомиться с продукцией:

Правила по монтажу компенсаторов

Правила по монтажу и установке компенсаторов.

1. Сильфонные, линзовые и сальниковые компенсаторы следует монтировать в собранном виде.
2. Осевые сильфонные, линзовые и сальниковые компенсаторы следует устанавливать соосно с трубопроводами.

Допускаемые отклонения от проектного положения присоединительных патрубков компенсаторов при их установке и сварке должны быть не более указанных в технических условиях на изготовление и поставку компенсаторов.

3. При установке линзовых, волнистых и сальниковых компенсаторов, а также арматуры направление стрелки на их корпусе должно совпадать с направлением движения вещества в трубопроводе.

4. При монтаже сильфонных и линзовых компенсаторов следует исключить скручивающие нагрузки относительно продольной оси и провисание под действием собственной массы и массы примыкающих трубопроводов, а также обеспечить защиту гибкого элемента от механических повреждений и попадания искр при сварке.

5. Монтажная длина сильфонных, линзовых и сальниковых компенсаторов должна быть принята по рабочим чертежам с учетом поправки на температуру наружного воздуха при монтаже.

6. Для компенсации температурных деформаций трубопроводов при монтаже П-образные, сильфонные, линзовые и сальниковые компенсаторы должны устанавливаться с растяжением (сжатием) на указанную в проекте величину. Если температура воздуха в момент монтажа отличается от принятой в проекте, то величину растяжения (сжатия) компенсатора следует увеличить (если в проекте указано растяжение) или уменьшить (если указано сжатие) на значение (мм):

а- температурный коэффициент линейного расширения металла трубопровода,°С -1 , принимаемый для углеродистых и низколегированных сталей 0,012 и высоколегированных — 0,017;
L- расчетная длина участка трубопровода, м;
t_п — принятая в проекте температура воздуха в момент монтажа,°С;
t_м— фактическая температура воздуха в момент монтажа,°С.

7. При монтаже сальниковых компенсаторов должны быть обеспечены свободное перемещение подвижных частей и сохранность набивки.
8. Монтаж односекционных осевых сильфонных, линзовых, сальниковых и П-образных компенсаторов с приспособлениями для растяжения производят в такой последовательности (черт.1,а):

Растяжение компенсаторов до монтажной длины следует производить с помощью приспособлений, предусмотренных конструкцией компенсатора или натяжными монтажными устройствами.

Черт.1. Последовательность операций (1-5) при монтаже компенсаторов:

а — П-образных, осевых сильфонных односекционных, линзовых и сальниковых с приспособлением для растяжки;
б — то же без приспособления для растяжки;
в — П-образного компенсатора при групповой прокладке.

а) компенсатор одной стороной присоединяется сваркой или на фланце к трубопроводу;
б) участок трубопровода с присоединенным компенсатором устанавливается в направляющих и скользящих опорах и закрепляется в неподвижной опоре.

В зависимости от условий монтажа (например, для П-образных компенсаторов) могут производиться сначала установка трубопровода в направляющих и скользящих опорах и закрепление его в неподвижной опоре, а затем присоединение к этому участку компенсатора;

в) с помощью распорных приспособлений компенсатор подвергается растяжению на проектную величину. Допускается производить предварительную растяжку компенсатора до его присоединения к трубопроводу;

г) участок трубопровода с другой стороны, свободно лежащий в направляющих и скользящих опорах, подтягивается к свободному стыку компенсатора и присоединяется к нему сваркой или на фланце;

д) присоединяемый участок трубопровода закрепляется в другой неподвижной опоре;

е) с компенсатора снимается устройство для предварительной растяжки.

11. Монтаж осевых сильфонных компенсаторов без приспособления для растяжения производят в такой последовательности (см. черт.15,б):

а) участок трубопровода с одной стороны от компенсатора устанавливается в направляющих и скользящих опорах и закрепляется в неподвижной опоре;

б) участок трубопровода с другой стороны от компенсатора устанавливается так, чтобы расстояние между торцами участков трубопровода равнялось монтажной длине компенсатора, и закрепляется в другой неподвижной опоре. Монтажная длина компенсатора должна быть равна его строительной длине (компенсатор разгружен) плюс предварительное натяжение (сжатие)

в) компенсатор присоединяется к одному из участков трубопровода;

г) с помощью монтажных приспособлений компенсатор подвергается растяжке и присоединяется к другому участку трубопровода;

д) монтажные приспособления снимаются.

12. При групповом расположении П-образных компенсаторов (см. черт.15,в) параллельно прокладываемых трубопроводов растяжку компенсаторов следует производить натяжением трубопровода в холодном состоянии. В этом случае растяжку П-образного компенсатора следует выполнять после окончания монтажа трубопровода, контроля качества сварных стыков (кроме замыкающего, используемого для натяжения) и закрепления трубопровода в неподвижных опорах.

1. Сварной стык, у которого следует производить растяжку компенсатора, указывают в проекте. Если такого указания нет, то во избежание снижения компенсационной способности компенсатора и его перекоса следует использовать стык, расположенный на расстоянии не менее 20 Дн от оси компенсатора
2. В качестве стяжного устройства для натяжения используют съемные или приварные хомуты с монтажными удлиненными шпильками и гайками.
3. При групповом расположении П-образных компенсаторов последовательность монтажа следующая:

а) участки трубопровода и П-образный компенсатор устанавливают на опоры. В зазор, оставленный для натяжения стыка, вставляется деревянная проставка шириной, равной величине растяжения;

б) компенсатор с помощью сварки обеими сторонами присоединяется к соответствующим участкам трубопровода;

в) участок трубопровода закрепляется в неподвижных опорах;

г) проставка удаляется, осуществляется предварительное натяжение компенсатора, стык соединяется сваркой;

д) монтажные приспособления удаляются.

1. Для трубопроводов тепловых сетей согласно требованиям СНиП 3.05.03-85 растяжение компенсатора натяжением следует выполнять одновременно с двух сторон в стыках, расположенных на расстоянии не менее 20 Дн и не более 40 Дн от оси симметрии компенсатора
2. О растяжении (сжатии) компенсатора должен быть составлен акт по форме приложения 6 СНиП 3.01.01-85.
3. П-образные компенсаторы следует устанавливать с соблюдением общего уклона трубопровода, указанного в проекте.
4. Линзовые, волнистые и сальниковые компенсаторы рекомендуется устанавливать в узлах и блоках трубопроводов при их сборке, применяя при этом дополнительные жесткости для предохранения компенсаторов от деформации и повреждения во время транспортирования, подъема и установки. По окончании монтажа временно установленные жесткости удаляют.
5. При монтаже вертикальных участков трубопроводов следует исключить возможность сжатия компенсаторов под действием массы вертикального участка трубопровода. Для этого параллельно компенсаторам на трубопроводах следует приваривать по три скобы, которые срезают по окончании монтажа.
6. Для определения правильного положения арматуры, устанавливаемой на трубопроводе, необходимо руководствоваться указаниями каталогов, технических условий и рабочих чертежей. Положение осей штурвалов определяется проектом.
7. Трубопроводную арматуру надлежит монтировать в закрытом состоянии. Фланцевые и приварные соединения арматуры должны быть выполнены без натяжения трубопровода. Во время сварки приварной арматуры ее затвор следует открыть до отказа, чтобы предотвратить заклинивание его при нагревании корпуса.