Компенсация температурных расширений
С. В. Комаров, ведущий специалист отдела промышленного оборудования, ros-pipe.ru
Любые перемещения, возникающие вследствие внешних воздействий на трубопровод (например, сейсмических и др.), должны быть учтены при его проектировании, также следует учитывать и температурное расширение трубопроводов.
Строительные изделия, такие как трубы, оборудование, строительные конструкции, изменяют свои размеры в результате изменения температур. В настоящей статье затронуты вопросы компенсации теплового расширения и сжатия трубопроводов.
Вследствие изменения температуры рабочей среды в трубах возникают температурные напряжения, которые могут передаваться на арматуру, насосное оборудование и т.д. в виде реактивных сил и моментов. Это создает потенциальную опасность разгерметизации стыков, разрушения арматуры или оборудования.
Три наиболее часто используемых способа компенсации перемещений трубопроводов:
Выбор способа компенсации зависит от вида системы трубопроводов, ее схемы, а также от особенностей ландшафта, наличия рядом других коммуникаций и прочих условий.
Перечисленные выше примеры представлены в качестве общих инженерных решений и не должны рассматриваться как единственно верные для конкретной системы трубопроводов. Мы будем рассматривать способ компенсации расширения прямолинейных участков трубопроводов при помощи осевых сильфонных компенсаторов.
Расширение трубопроводов
Первым шагом для решения вопроса компенсации температурных перемещений является вычисление точного изменения длины участков трубопроводной системы в соответствии с предъявляемыми условиями безопасности.
Определение (расчет) теплового расширения трубопровода производится по следующей формуле:
где а – коэффициент температурного расширения, мм/ (м·°С);
L – длина трубопровода (расстояние между неподвижными опорами), м;
∆t – разница значений между максимальным и минимальным значениями температур рабочей среды, °С.
Коэффициент температурного расширения берется из таблицы линейного расширения труб из различных материалов.
Как видно из таблицы, наиболее подвержены температурному расширению трубопроводы из полимерных материалов, в связи с этим способы компенсации полимерных труб несколько отличаются от способов компенсации стальных.
Значения коэффициента линейного расширения являются усредненными для каждого вида материала. Эти значения не должны применяться для расчетов трубопроводов из других материалов. Коэффициенты растяжения в разных источниках могут различаться на 5% и более, поскольку их вычисления проводятся при разных условиях и различными методами. Желательно применять для расчетов коэффициент линейного расширения, который представлен в технической документации производителя труб.
Рассмотрим реальный пример.
Возьмем прямолинейный участок трубопровода диаметром 219 мм из черной углеродистой стали длиной 100 м. Максимальная температура tmax = 140 °С, минимальная tmin = –20 °С.
Производим расчеты:
∆t = 140 – (–20) = 160 °С,
изменение длины трубопровода:
∆L = 0,0115 × 160 × 100 = 184 мм.
Полученный результат говорит о том, что трубопровод при заданных значениях меняет свою длину на 184 мм. Для обеспечения правильной работы трубопровода подходит осевой сильфонный компенсатор условным диаметром 200 мм и компенсирующей способностью 200 мм (например, КСО 200–16–200). При подборе данного типоразмера компенсатора имеется запас компенсирующей способности, а это положительно скажется на сроке работы трубопровода.
В случае, если полученное значение ∆L будет превышать значение компенсирующей способности производимых типоразмеров компенсаторов, то следует уменьшить длину участка трубопровода между двумя неподвижными опорами пропорционально имеющейся компенсирующей способности, а затем подобрать необходимый сильфонный компенсатор, пользуясь вышепредставленным расчетом.
| Таблица | ||||||||||||||||||||||||||||
|
Установка сильфонных компенсаторов
Цель установки сильфонного компенсатора – это поглощение теплового расширения трубы. Обычно температура рабочей среды (жидкости) является основным источником изменения размеров трубопровода, однако в некоторых случаях температура окружающей среды может вызвать тепловое движение трубопровода, т.е. его удлинение или сжатие.
Рекомендации по установке
1. Устанавливая сильфонные компенсаторы, следует проверить соответствие их основных параметров указанным в проекте, таких как
2. Диаметр и давление трубопровода должны соответствовать выбираемому компенсатору.
3. При установке сильфонных компенсаторов необходимо монтировать не более одного компенсатора на участке трубопровода между каждыми двумя последовательно стоящими неподвижными опорами.
4. Скользящие опоры должны быть охватывающими (хомуты, рамочные и др.). Они не должны создавать большую силу трения. Целесообразно применение фторопластовых прокладок и т.п. При движении труб не должно быть заклиниваний и перекосов.
Максимальный размер люфтов для Ду ≤ 100 мм – 1 мм, а для Ду ≥ 125 мм – 1,6 мм.
5. При проведении расчетов трубопроводов необходимо учитывать влияющие силы (силы трения, силы упругости сильфонов и др.).
6. При выборе места установки сильфонных компенсаторов нужно выбрать наиболее оптимальный вариант их расположения на трубопроводе.
7. При опрессовке труб давление не должно превышать 1,25 × Ру.
8. Процесс опрессовки проводить только после полного монтажа трубопровода.
9. Напряжения скручивания, угловые усилия, поперечные перемещения должны быть полностью исключены на участке трубопровода, на котором установлен осевой сильфонный компенсатор.
Определение точек установки компенсаторов и направляющих опор для трубы
Для обеспечения правильной работы трубопровода в рабочем режиме следует разделить систему на отдельные участки с целью установки на них сильфонных компенсаторов. Основная задача компенсаторов – контроль расширения трубопровода между неподвижными опорами, перемещение должно происходить строго в осевом направлении для обеспечения жесткости конструкции.
Неподвижные же опоры предназначены для приема всех сил, действующих на трубопроводе.
Направляющие (скользящие) опоры для труб обеспечивают выравнивание движения сильфона компенсатора и предотвращают смещение относительно оси трубопровода. При отсутствии направляющих опор сильфонный компенсатор, обладающий высокой гибкостью в сочетании с внутренним давлением, может потерять устойчивость и деформироваться, что может привести к выходу из строя трубопровода.
Основная рекомендация состоит в установке осевого сильфонного компенсатора рядом с неподвижной опорой. Обычно осевой сильфонный компенсатор устанавливают на расстоянии не более 4Ду от неподвижной опоры. Данное условие обусловлено обеспечением жесткости конструкции.
Соблюдая правила монтажа сильфонных компенсаторов, вы продлите до максимума срок службы трубопровода, что сэкономит средства на его неплановый ремонт.
| Схемы установки осевых сильфонных компенсаторов | |||||||||||||||||||||||
Поделиться статьей в социальных сетях: Установка сильфонных компенсаторов
Сегодня мы рассмотрим правила подбора компенсаторов, поговорим об их установке и эксплуатации. Материал будет полезен начинающим мастерам и опытным специалистам. С какими средами могут работать компенсаторы?При выборе оборудования учитывается специфика транспортируемого продукта. Она определяет материал, используемый при изготовлении сильфона и соединительных элементов. Выделяют три типа компенсаторов. Для сетей, транспортирующих выхлопные газы, предусмотрены особые компенсаторы. Они изготавливаются из стали AISI 32, востребованы при эксплуатации техники, оснащенной ДВС. Из чего состоит типовое устройство?
В состав стандартного компенсатора входит четыре компонента. Некоторые устройства имеют изоляцию. При ее изготовлении используются пенополиуретановые и пенополиминеральные составы. Материал устойчив к внешнему воздействию, сокращает тепловые потери. Он невосприимчив к температурным перепадам и высокой влажности, не является благоприятной средой для размножения насекомых. Расстановка сильфонных компенсаторов на трубопроводеДля малогабаритных сетей достаточно одного компенсатора. Устройство размещается в начале магистрали, фиксируется посредством сварки, фланцев либо муфт. Монтаж нескольких компенсаторов оправдан при значительной протяженности сети или наличии ответвлений. Магистраль делится на участки, за каждым из которых закрепляется отдельный модуль. Длина участка соответствует компенсирующей способности устройства. Рекомендации по позиционированию изделий: Корректное расположение компенсирующих элементов обеспечит долгую работу магистрали, снизит расходы на сервисное обслуживание. Места вероятного размещения устройств: При установке гильзованных компенсаторов учитывается направление движения среды. Соответствующие отметки присутствуют на корпусе устройств. Каков ресурс сильфонных компенсаторов?Срок службы изделий зависит от следующих факторов: К преждевременному износу компенсаторов приводит: Монтируемый компенсатор проходит тщательный осмотр. Наличие механических повреждений исключает эксплуатацию устройства. Дефектное оборудование не подлежит восстановлению, отправляется на утилизацию. Правила монтажа сильфонных компенсаторовПри проведении монтажных работ учитываются параметры оборудования, характеристики труб, особенности составов, прокачку которых планируется осуществлять. Требования к формируемым узлам прописаны в проектной документации. Там указывается катет сварного шва, характер разъемных соединений, удаленность компенсатора от насосного и фильтрационного оборудования. Отображается тип и расположение опорных элементов. При прокладке внешнего трубопровода обязательно утепление сформированных соединений. Проведение монтажных работУстановка сильфонных компенсаторов проходит в несколько этапов. Герметичность узлов проверяется при пуске сети. Обнаруженные подтеки и запотевания подлежат устранению. Число специалистов, участвующих в монтаже, зависит от сложности поставленных задач, параметров объекта, внешних факторов. Нарушение допусков снизит эксплуатационные показатели узла, повысит риск аварийных ситуаций. По завершении испытаний измеряется длина компенсатора. Увеличение параметра более чем на 15% свидетельствует об ошибках, допущенных при монтаже. В данном случае проверяется правильность расположения опор, выполняется замена устройства. Требования к специалистам, выполняющим монтажные работыУстановку компенсаторов производит подрядная организация, имеющая соответствующую аккредитацию. Штат компании комплектуется сварщиками, слесарями, инженерами. Обязательно наличие отдела ОТК. При подборе подрядчика учитываются следующие факторы: Сотрудничество с ответственным подрядчиком – залог качественного и своевременного монтажа. Где приобрести сильфонные компенсаторы?Компания «КОМПЕНС» реализует компенсаторы для нефтепроводов, водонапорных и отопительных сетей. Продукция обладает высокими эксплуатационными показателями. Она удобна в монтаже, не требует периодического обслуживания, соответствует требованиям отраслевых нормативов. Товар производится из марочной стали. Подобрать подходящие решения помогут менеджеры «КОМПЕНС». Специалисты расскажут о действующих расценках, порекомендуют продукцию, соответствующую требованиям клиента. Предприятие сотрудничает с частными лицами, коммерческими организациями, государственными учреждениями. Заказы оформляются по телефону, посредством электронной почты либо формы обратной связи. ИНСТРУКЦИЯ ПО УСТАНОВКЕ СИЛЬФОННЫХ КОМПЕНСАТОРОВНа участке трубопровода меж2-ух неподвижных опор разрешается монтировать только один компенсатор. Расстояние от компенсатора до неподвижной опоры не должно быть больше длины, равной четырем номинальным диаметрам трубопровода. Перед монтажом компенсатор должен быть проверен на соответствие техническим условиям и на отсутствие дефектов или повреждений при перевозке. При передвижении компенсатора во время установки должны приниматься меры, исключающие повреждение компенсатора и его загрязнение. Перед монтажом компенсатор необходимо проверить на наличие/отсутствие заводской предварительной растяжки. Компенсаторы могут поставляться в свободном и полностью растянутом виде, что указывается в товарно-сопроводительных документах. С целью правильной установки компенсатора, если это необходимо, направление потока указывается стрелкой на его кожухе или окончаниях.
Компенсатор освобождается от транспортных ограничителей перед началом растяжки. Растяжку осуществляют на длину установочного расстояния Lуст, которое определяется следующим образом: где ΔL – полный осевой ход компенсатора, tуст – температура окружающей среды при монтаже, tмин – минимальная расчетная рабочая температура, tмакс – максимальная расчетная рабочая температура.
Если компенсатор поставлен в свободном состоянии, установку рекомендовано осуществлять в следующей последовательности: Участки трубопровода до и после компенсатора должны быть смонтированы и закреплены в неподвижных опорах Н1 и Н2 таким образом, чтобы расстояние между торцами труб в месте установки компенсатора соответствовало монтажной длине компенсатора при температуре окружающей среды, соответствующей моменту закрепления компенсатора. Температура окружающей среды и значение монтажной длины компенсатора должны быть зафиксированы в акте. После стыковки с одним концом трубопровода, проверяются отклонения соединения компенсатора и трубопровода, которые не должны превышать следующих значений:
Зазор между компенсатором и трубопроводом (между фланцами или приварными патрубками) не более 2 мм. Стыковочные плоскости патрубков/фланцев должны быть параллельны. После устранения погрешностей, производится стыковка компенсатора со вторым концом трубопровода.
Все действия аналогичны примеру 1 с той разницей, что зазор между участками трубопровода Lмонт устраивается не в месте установки компенсатора. Компенсатор устанавливают в трубопровод перед выполнением растяжки и растяжка производиться совместно с участком трубопровода. Требования по соблюдению отклонений такие же, как описаны в примере 1.
Ось участка трубопровода, на котором устанавливается сильфонный компенсатор и ось компенсатора должны совпадать.
Поверхности соединяемых фланцев должны быть строго перпендикулярны оси трубопровода.
Неподвижные и плавающие направляющие опоры обязаныустанавливаться как показано на рисунке справа: L1 = 4×D max; L2,3 = 14×D max; D – диаметр трубопровода.
Во избежание перекоса, затяжку гаек на шпильках стяжного устройства необходимо осуществлять последовательно или крестообразно с поворотом гайки на один оборот. В случае, если компенсатор поставлен в предварительно растянутом виде, то после подгонки Lмонт к условиям установки, компенсатор монтируется как элемент трубопровода с соблюдением всех требований по соосности трубопровода и компенсатора. Транспортные ограничители удаляются только после окончания установки. Монтаж сильфонных компенсаторов на трубопроводе
Принцип работы сильфонного компенсатора
Устройства нужно устанавливать в системах: Сильфонные установки надежно соединяют участки теплотрассы, если правильно подобраны и смонтированы. Конструкции гасят вибрацию с малыми и большими амплитудами, при этом размах колебаний не должен быть больше 10% от общих сдвигов компенсатора.
Компенсаторы для полипропиленовых труб
Технические характеристики
Устройства исследуются на стойкость к нагреванию повышением температуры до +270°С и выдержкой в этих условиях не менее 1 часа. Проверяется внутренние разрывы, вспучивания и отслоения. Испытание на жесткость проводится сжатием и растяжением образца, значение должно соответствовать ГОСТ 286. 1997. Продольные швы обечаек при изготовлении выполняются сваркой на одинаковом расстоянии один от другого. Металлические сильфоны производят способом формовки с калибровкой гофров. Устройства мелкого диаметра делают гидравлической прессовкой. Основные размеры
С помощью измерения проверяют параметры:
Компенсаторы для полипропиленовых труб и способы их установки в систему отопления
Сильфонные устройстваЭтот тип компенсаторов предназначен для установки в особо ответственных системах. Это связано с конструкцией устройства – основа его состоит из гофры из нержавеющей стали. Наружная часть выполняется из качественного алюминия. Основное назначение высокотемпературные трубопроводы и трубопроводы высокого давления. Применяются для работы с водяным насыщенным паром, водой, нагретой до 90-95 градусов, а также давлением до 16 бар. П-образные вставки
Вставка типа петля
Разновидности компенсаторов
Производитель изготавливает типы расширительных вставок: Разгруженные компенсаторы применяют в теплотрассе для предупреждения распорной нагрузки, сейсмические виды используются в районах предполагаемых землетрясений. Устройства внешнего давления ставят в магистралях, когда в окружающей среде присутствует высокий напор жидкости или газа или ощущается его недостаток. Конструкции отличаются длиной и диаметром, числом сильфонов и видом стали, размером и маркой металла патрубков. Изделия работают на поворот, растяжение, сгиб, сжатие, выпускаются с соединительными фланцами или без них. Осевой
Осевые компенсаторы отличаются характеристиками:
Фланцевый
Фланцевые конструкции снижают вибрацию, уменьшают температурные сдвиги по длине, компенсируют отхождение от центральной оси трубопровода.
Угловой
Характеристики поворотных (угловых) компенсаторов:
Карданный
Сильфон делается из нержавейки, соединители, патрубки из хромированной стали. Ставится в проектное положение сваркой или с помощью поворотного фланца. Используется в системе любых трубопроводов. Сдвиговый
Параметры сдвиговых компенсирующих устройств:
Стартовый
Технология такелажных работ на трубопроводахП-образные, компенсаторы устанавливают в горизонтальном положении и лишь в исключительных случаях, при отсутствии необходимой площади, вертикально или наклонно. Вертикальное или наклонное расположение компенсаторов нежелательно, так как в нижних точках происходит скопление конденсата, для отбора которого требуется установка дренажных штуцеров. Во всех случаях элементы компенсатора должны располагаться в одной плоскости. К установке допускаются компенсаторы, прошедшие после изготовления контрольную проверку. Все компенсаторы перед их окончательным креплением к трубопроводу должны быть растянуты или сжаты на величину, указанную в проекте (от 50 до 100% теплового удлинения участка трубопровода). Растяжку применяют для горячих линий трубопровода, а сжатие для холодных. Операция растяжки или сжатия называется холодным натягом трубопровода и производится для того, чтобы уменьшить напряжение в металле при тепловом удлинении трубопровода. Она может быть выполнена предварительно, до установки компенсатора на место или непосредственно на трубопроводе. Для предварительной растяжки применяют винтовое приспособление. Перед растяжкой замеряют длину компенсатора в свободном состоянии, а затем путем вращения гайки разводят его на необходимую величину. До установки компенсатора трубопровод должен быть уложен на все опоры, а неподвижные опоры его должны быть окончательно затянуты. Компенсаторы необходимо устанавливать не менее чем на трех подвижных опорах. Предварительно растянутый компенсатор вместе с распорным приспособлением устанавливают в проектное положение, после чего его соединяют с линией трубопровода на фланцах или прихваткой сварных стыков. Окончательно сваривают стыки или затягивают фланцевые соединения после сборки и выверки всего участка трубопровода. Распорное приспособление снимают с помощью грузоподъемных средств по окончании всех работ, связанных с монтажом компенсатора. На растяжку компенсаторов независимо от способа ее выполнения составляют акт, в котором указывают строительные длины компенсаторов до и после растяжки. При групповом расположении П-образных компенсаторов нескольких параллельных трубопроводов (один внутри другого) их предварительно не растягивают. При установке нерастянутого компенсатора трубопровод собирают обычным способом, но в одном из стыков (сварном или фланцевом) оставляют зазор, равный величине растяжки компенсатора. Стык, у которого будет произведена растяжка компенсатора, указывают в проекте. Если указания нет, то во избежание перекоса для растяжки не следует использовать стык, непосредственно прилегающий к компенсатору. Для этой цели нужно оставлять зазор в соседнем стыке. После установки компенсатора в проектное положение, сварки всех стыков (кроме одного) и закрепления трубопровода на всех неподвижных опорах по обе стороны компенсатора стык стягивают до требуемого зазора, а затем его сваривают. Стык на фланцевом соединении стягивают с помощью удлиненных (монтажных) болтов или шпилек, устанавливаемых во фланцах в шахматном порядке. Между монтажными болтами или шпильками оставляют отверстия для установки постоянных болтов. Диаметр и количество шпилек для холодного натяга трубопроводов указаны в проекте. После затяжки фланцевых соединений постоянными болтами удлиненные шпильки удаляют и на их место устанавливают постоянные болты или шпильки. Установка сильфонного компенсатора
Предполагаемые точки установки: Курс передвижения энергоносителя учитывается при монтаже компенсаторов с защитными внутренними гильзами. Направляющие элементы предупреждают сдвиг труб по касательной прямой. Учитывается диаметр Ду в миллиметрах, рабочее давление и способность уравновешивать сдвиги. Диаметр должен соответствовать аналогичному параметру теплотрассы. Расстояние между трубамиКомпенсаторы устанавливают параллельно на участках магистрали Обычно сильфонное устройство врезается на расстоянии двух условных диаметров от подпорной детали. Если оно ставится между опор, расстояние до поддерживающих элементов выбирается 4 Ду. Такие размеры предупреждают изгиб трубопровода и сводят его до минимума.
Рекомендации к монтажуНа период транспортирования к месту монтажа сильфонных компенсаторов и в период монтажа должны быть приняты меры, исключающие повреждения компенсаторов.
Правильная эксплуатация
Материалы для гидроизоляции: Изоляция ставится с учетом возможного смещения кожуха при расширении или сжатии трубопровода. Теплозащита проверяется и ремонтируется время от времени вместе с изоляцией магистрали.  Приветствую, дорогие ученики! Сегодня я хочу поделиться  Приветствую вас, мои маленькие ученики! «  Привет, мои умные и любознательные ученики! | |||||||||||||||||||||||
Сильфонные компенсаторы востребованы при прокладке промышленных и хозяйственных трубопроводов. Они нивелируют температурные напряжения, предотвращают деформацию сети и сопряженного оборудования. Устройства различаются габаритами, числом сильфонов, компенсирующей способностью.
