1. Технология монтажа компенсаторов.
1.1. общие сведения о компенсаторах.
Все трубопроводы приизменении температуры транспортируемого продукта и окружающей среды подверженытемпературным деформациям. Линейное удлинение 1м трубопровода при егонагревании на 1оС называют коэффициентом линейного удлинения.
Поскольку трубопроводыимеют большую протяженность, то суммарное их удлинение может достичь большихвеличин.
Тепловое удлинениеучастка трубопровода ∆l определяютпо формуле:
αl (t – tВ)
/>∆l= мм
100
Вследствие тепловогоудлинения в трубопроводе возникают значительные продольные усилия, которыеоказывают давление на конечные закрепленные точки (опоры), стремясь сдвинуть ихс места. Эти усилия настолько значительны, что могут разрушить опоры, вызватьпродольный изгиб трубопровода (рис.1, а) или привести к нарушению фланцевых исварных соединений.
Для защиты трубопроводаот дополнительных нагрузок, возникающих при изменении температуры, егопроектируют и конструктивно выполняют так, чтобы он имел возможность свободноудлиняться при нагревании и укорачиваться при охлаждении без перенапряженияматериала и соединений труб. Способность трубопровода к деформации поддействием тепловых удлинений в пределах допускаемых напряжений в материале трубназывается компенсацией тепловых удлинений. Способность трубопроводакомпенсировать тепловые удлинения за счет эластичности конструкции участкалинии и упругих свойств металла, без специальных устройств, встраиваемых втрубопровод, называется самокомпенсациейи (рис.1, б).
Самокомпенсацияосуществляется благодаря тому, что в линии трубопровода, кроме прямых участков,между неподвижными опорами имеются повороты или изгибы (отводы). Расположенныймежду двумя прямыми участками поворот или отвод обеспечивает компенсациюзначительной части удлинения благодаря эластичности конструкции, а остальнаячасть компенсируется за счет упругих свойств металла прямого участкатрубопровода.
Когда при проектированиии монтаже нельзя использовать самокомпенсацию трубопроводов или ее недостаточнодля защиты трубопровода от усилий, возникающих под действием тепловыхудлинении, устанавливают специальные устройства, называемые компенсаторами (рис.1, в).
В зависимоти от конструкции, принципа работы компенсаторыделятся на четыре основные группы: П-образные, линзовые, волнистые исальниковые.
П-образные компенсаторыобладают большой компенсационной способностью (до 600-700мм) и применяются втрубопроводах для широкого диапазона давлений и температур. П-образныекомпенсаторы получили наибольшее применение в технологических трубопроводахввиду сравнительной простоты их изготовления в эксплуатации. Их недостатки –большой расход труб, большие габаритные размеры и необходимость сооруженияспециальных опорных конструкций.
П-образные компенсаторыособенно неэкономичны для трубопроводов больших диаметров, так как значительноудорожают стоимость строительства и увеличивают расход труб.
П-образные компенсаторыизготовляют полностью гнутыми из одной трубы или сварными с применением гнутых,крутоизогнутых или сварных отводов. Компенсаторы гнутые и сварные скрутоизогнутыми отводами можно устанавливать на трубопроводов для любыхдавлений и температур. При этом компенсационная способность трубопроводов скрутоизогнутыми отводами выше, чем гнутых, за счёт более длинных прямыхучастков.
П-образные компенсаторыиз сварных отводов используют для трубопроводов условным диаметром не более500мм. Для трубопроводов пара и горячей воды такие компенсаторы можно применятьна трубопроводах III и IV категорий на условное давление до64кгс/см2.
П-образные компенсаторы,как правило, устанавливают в горизонтальном положении, соблюдая необходимыйуклон газопровода. При ограниченной площади компенсаторы можно устанавливать ввертикальном и наклонном положении петлей вверх или вниз, при этом они должныбыть снабжены дренажными устройствами и воздушниками.
Для трубопроводов,требующих разборки для очистки, П-образные компенсаторы изготовляют сприсоединительными концами на фланцах.
Конструкция П-образныхкомпенсаторов и их размеры должны быть указаны в проекте.
Линзовые компенсаторы(рис.2) состоят из ряда последовательно включённых в трубопровод линз. Линзасварной конструкции состоит из двух тонкостенных стальных штампованныхполулинз, и благодаря своей форме легко сжимается. Компенсирующая способностькаждой линзы сравнительно небольшая (10 – 16мм). Число линз компенсаторавыбирают в зависимости от необходимой компенсирующей способности. Дляуменьшения сопротивления движению продукта внутри компенсатора устанавливаютстаканы. Для спуска конденсата в нижних точках каждой линзы вварены дренажныештуцера. Линзовые компенсаторы применяют на уловное давление до 6кгс/см2при температуре до +450оС. Устанавливают их на газопроводах ипаропроводах диаметром от 100 до 1600мм.
Преимущество линзовыхкомпенсаторов по сравнению с П-образными это небольшие размеры и масса;недостатки – небольшие допускаемые давления, малая компенсирующая способность ибольшие продольные усилия, передаваемые на неподвижные опоры.
Волнистые компенсаторы –наиболее совершенные компенсаторные устройства. Они имеют большуюкомпенсационную способность, небольшие габариты и могут применяться присравнительно высоких давлениях и температурах.
Отличительнойособенностью волнистых компенсаторов по сравнению с линзовыми является то, чтогибкий элемент представляет собой тонкостенную стальную гофрированнуювысокопрочную и эластичную оболочку. Профиль волны имеет омегообразную или U-образную форму, благодаря чемугибкий элемент может сокращаться или увеличиваться в длину, а также изгибатьсяпри приложении нагрузки. В основу технологии изготовления гибкого элементакомпенсатора положен принцип гидравлической вытяжки (формовки) волн вцилиндрической обечайке с осадкой её по высоте (для этой цели применяютспециальные гидравлические прессы).
Волнистые осевыекомпенсаторы КВО-2 устанавливают на прямых участках трубопроводов и наповороте.
Волнистые универсальныешарнирные компенсаторы КВУ-2 и КВУ-3 устанавливают в П-образных, Z-образных и угловых шарнирныхсистемах трубопроводов по 2–3 в каждой системе.
Шарнирные сдвоенныекомпенсаторы КВШ устанавливают в угловых, Z-образных и П-образных системах и на ответвлениях.
Компенсаторы КВУи КВШ устанавливают на участках трубопроводов при значительных температурныхперепадах или при больших расстояниях между жёсткими опорами, на которыепередаются сравнительно небольшие усилия.
Волнистыекомпенсаторы предназначены для работы при температуре от –40 до +450оС.
Техническаяхарактеристика волнистых компенсаторов приведена в таблице 1.
Сальниковыйкомпенсатор представляет собой два патрубка, вставленных один в другой. Взазоре между патрубками установлено сальниковое уплотнение с грундбуксой.
Сальниковыекомпенсаторы имеют высокую компенсирующую способность, небольшие габариты, ноиз-за трудности герметизации сальниковых уплотнений в технологическихтрубопроводах применяются редко, а для трубопрводов горючих, токсичных исжиженных газов их применять нельзя.
Табл.1.Техническаяхарактеристика волнистых компенсторов.Марка
Условный проход Ду, мм
Условное давление Ру, ксг/см2 Число волн КВО-2 от 100 до 700 25 3, 4, 6 8, 10 64 3 4 6, КВО-3 10 3, 4, 6 8, 10 КВУ-2 от 100 до 700 25 3, 4, 6 КВУ-3 10 3, 4, 6 КВШ от 100 до 600 25 6
Основныенедостатки сальниковых компенсаторов следующие: необходимость систематическогонаблюдения и ухода за ними в процессе эксплуатации, сравнительно быстрый износсальниковой набивки и, как следствие, отсутствие надёжной герметичности.
Сальниковыекомпенсаторы утсанавливают на водо-, паро- и теплопроводах, а также натрубопроводах, транспортирующих негорючие жидкости. Вследствие малых габаритовони легко размещаются в камерах и проходных туннелях. Стальные сальниковыекомпенсаторы применяют на условное давление до 16кгс/см2, а чугунные(из серого чугуна марки не ниже Сч 15–32) – до 13 кгс/см2 притемпературе не выше 300оС. По конструкции сальниковые компенсаторыделятся на односторонние и двухсторонние, разгруженные (не создающие большогоосевого усилия на неподвижные опоры) и неразгруженные. Компенсаторы соединяют струбопроводом сваркой или на фланцах.
1.2. монтаж компенсаторов.
Перед установкойкомпенсаторов в проектное положение необходимо произвести их конроль внешнимосмотром. Как правило, все компенсаторы пред окончательным присоединением ктрубопроводу должны быть предварительно растянуты или сжаты на величину,указанную в проекте, и установлены на труюопроводы вместе с распорным (илисжимающим) приспособлением, которое снимают лишь после окончательногозакрепления трубпорводов на неподвижных опорах. Величина предварительнойрастяжки компенсатора указывается в чертжах.
Растяжкуприменяют для “горячих” линий трубопровода, а сжатие – для “холодных”. Операциярастяжки или сжатия называется холодным наятгом трубпорвода и производится длятого, чтобы уменьшить напряжение в металле при тепловом удлинении трубопровода.
На растяжкукомпенсаторов независимо от способа её выполнения составляют акт, в которомуказывают строительные длины компенсаторов до и после растяжки.
П-образныекомпесаторы, как правило, устанавливают в горизонтальном положении и лишь какисключение верикально или наклонно. При установке таких компенсаторовветрикально или наклонно в нижних точках с обоих сторон компенсаторовнеобходимо поместить дренажные штуцера для отвода конденсата, а в верхней части– воздухоотводчики.
Для обеспечениянормальной работы П-образный компенсатор устанавливают не менее чем на трёхподвижных опорах (рис.5). Две опоры располагают на прямых участкахтрубопровода, присоединяемых к компенсатору (при этом край опоры долженотстоять от сварного стыка не менее чем на 500мм), третью опору ставят подспинку компенсатора, обычно на специльной колонне.
Дляпредварительной растяжки П-образного компенсатора применяют винтовоеприспособление, состоящее из двух хомутов, между которыми установлены винт ираспорка с натяжной гайкой.
Перед растяжкойзамеряют длину компенсатора в свободном состоянии, а затем путём вращения гайкиразводят его на необходимую величину. Распорное приспособление устанавливаютпараллельно спинке компенсатора. Стык, у которого будет произведена растяжкакомпенсатора, указывают в проекте. Если указания нет, то во избежание перекосадля растяжки нельзя использовать стык. Непосредственно прилегающий ккомпенсатору. Для этой цели нужно оставлять зазор в соседнем стыке.
При подъёмекомпенсаторы следует захватывать в трёх точках и ни в коем случае за распорноеприспособление. Лишь после прихватки стыков и заркепления компенсаторотсоединяют от грузо-подъёмных средств. Необходимо также проверить надёжностьустановки распорного приспособления.
П-образныекомпенсаторы устанавливают в проектное положение с помощью одного или двухкранов.
При групповомрасположении П-образных компенсаторов параллельных трубопроводов (один внутридругого) и в некоторых других случаях предварительную растяжку компенсаторовзаменяют натяжением трубопровода в холодном состоянии. В этом случае при установкекомпенсаторов трубопровод собирают обычным способом, но в одном из стыков(сварном или фланцевом) оставляют зазор, равный заданной величине растяжкикомпенсатора.
Перед растяжкойследует убедиться в том, что все сварные стыки на данном участке трубопроводазаварены, окончательно закреплены неподвижные опоры.
При установкекомпенсаторов без предвариел но растяжки для удобства монтажа трубопровода встык, намеченный для растяжки, вставляют патрубок длиной, равной величинерасятжки, и прихватывают электросваркой к обеим кромкам трубопровода. Иногда наконцах стыкуемых труб наплавляют кольцевые валики и устанавливают временныехомуты из уголков (рис.6). Через отверстия в них пропускают удлинённые стяжныешпильки и, затягивая гайки, зажимают временное прокладочное вставное кольцо,установленное между торцами стыка. После сварки стыка хомуты удаляют.
Фланцевый стык,оставленный для растяжки, сременно (без постоянных прокладок) стягиваютудлинёнными шпильками, устанавлива их через одну и оставляя отверстия дляпостоянных болтов. Диаметр и количество шпилек для натяжения трубопроводов вхолодном состоянии указывается в проекте.
После установкикомпенсаторов в проектное положение, сварки всех стыков(кроме одного) изакрепления трубопровода на всех неподвижных опорах по обе стороны компенсатораудаляют временное прокладочное кольцо и стягивают стяк для сварки путём затяжкигаек на удлинённых шпильках. При фланцевом соединении перед окончательной затяжкойустанавливают прокладку, предусмотренную проектом. После затяжки фланцевогосоединения постоянными болтами удлинённые шпильки вынимают, и на их местоустанавливают постоянные болты или шпильки.
При установкелинзовых компенсаторов необходимо следить за тем, чтобы дренажные штцера (еслиони имеются) находились в нижнем положении, а направляющий стакан компенсаторабыл вварен по направлению движения продукта.
Линзовыекомпенсаторы рекомендуется устанавливать на трубах, узлах или блоках до подъёмав проектное положение. Собранный узел или блок с линзовыми компенсатораминеобходимо на время транспортирования, подъёма и установки предохранять отдеформаций и повреждений. Для этого применяют дополнителные жесткости накомпенсаторах. После установки узлов на опоры и закрепления временные жёсткостиудаляют.
При монтаже вертикальныхучастков трубопроводов необходимо принимать меры, исключаюище возможностьсжатия и дефомации компенсаторов под действием силы тяжести трубопроводов. Дялэтого параллельно компенсаторам на трубопровдах приваривают по три скобы,которые срезают по окончании монтажа трубопровода.
Линзовыекомпенсаторы растягивают на половину их компенсирующей способности.
Линзовыйкомпенсатор растягивают при монтаже после его сварки или окончательногосоединения на фланцах с трубпороводом, а также после установки всех опор иподвесок трубопроводов и закрепления трубопроводов в неподвижных опорах.
В этом случаерастяжку компенсатора произодят за счёт стягивания ближайшего от компенсаторамонтажного стыка, у которого специально оставляют соответствующийдополнительный зазор.
Сжатиекомпенсатора осуществляют после окончательного соединения с трубопроводом, нодо закрепления на неподвижных опорах. Для сжатия или растяжки линзовогокомпенсатора применяют приспособление, состоящее из двух стяжных хомутов,закрепляемых на трубопрооде по обе стороны от компенсатора, и удлинённыхстяжных шпилек с гайками.
При установке налинии трубопровода нескольких линзовых компенсаторов в проекте должны бытьпредусмотрены неподвижные опоры за каждым компенсатором, чтобы исключитьвозможность прогиба трубопровода, находящегося в сжатом состоянии, и обеспечитьболее равномерную деформацию всех компенсаторов, установленных на трубопроводе,так как действительная жёсткость всех компенсаторов может быть неодинаковой.
У волнистыхкомпенсаторов перед установкой проверяют строительную длину; с помощьюпроставок и шпилек устанавливают зазор, соответствующий предварительнойрастяжке.
Осевыекомпенсаторы монтируют в такой последовательности. Сначала их приваривают однимконцом к трубопроводу. Между вторым концом и привариваемой трубой проверяютзазор, равный величине предварительной растяжки, производят растяжкукомпенсатора с помощью имеющихся на нем гаек со шпильками, приваривают второйконец компенсатора к трубопроводу, после чего удаляют шпильки и гайки.
При установкешарнирных или универсальных компенсаторов их приваривают к трубопроводу обоимиконцами в соответствии с монтадной схемой, не снимая болтов, скрепляющих щекишарниров и предохраняющих компенсатор от изгиба.
Далее проверяютзазор между фланцами на трубопроводе, после чего снимают болты и производятрастяжку шарнирной схемы, стягивая фланцы шпильками.
Сальниковыекомпенсаторы при монтаже необходимо устанавливать строго сооно с трубопроводом,без перекосов во избежание заедания подвижных частей и повреждения набивкикомпенсатора. Направляющие устройства трубопроводов в местах подсоединения ксальниковым компенсаторам должны плотно обжимать трубы пригнанными к нимроликами и центрировать трубу в горизонтальной и вертикальной поверхностях, не создаваябольших продольных усилий трения.
Сальниковыекомпенсаторы не подвергаются растяжке после установки, так как при приваркекомпенсатора к трубопроводу его раздвигают на величину, указанную в проекте иопределяемую по расстоянию между рисками, нанесёнными на его корпусе и стакане.При этом между упорными кольцами на патрубке и в корпусе компенсатора долженбыть оставлен зазор на случай понижения температуры по сравнению с температуройвоздуха в момент монтажа. Минимальная велиина зазора при длине участкатрубопровода 100мм должна составлять при температуре наружного воздуха в моментмонтжа ниже –5оС – 30мм, от –5оС до +20оС –50мм, свыше +20оС – 60мм. При установке необходимо предусмотреть,чтобы в случае срыва неподвижных опор движущаяся часть трубы не вырывалась изкорпуса компенсатора. В большинстве случаев для этого на скользящую часть трубыприваривают ободок так, чтобы он не мешал работе компенсатора.