Трубопроводные системы. Классификация и номенклатура. Конструктивный расчет. Характеристика отдельных элементов трубопроводных систем.
Трубопроводная система являются важнейшим элементом любого промышленного производства, которая в значительной степени определяет его надежность, производительность, обеспечивая транспортировку исходных реагентов, промежуточных и конечных продуктов, энергетических потоков, устойчивость поддержания заданного технологического режима.
Неслучайно, в химической промышленности доля затрат на трубопроводные системы составляет от 15 до 40% суммарных затрат на оборудование.
По своему назначению трубопроводы подразделяются следующим образом:
– материалопроводы – для транспортировки исходных, промежуточных и конечных веществ;
– паропроводы;
– конденсатопроводы;
– водопроводы;
– трубопроводы сжатого воздуха;
– вакуумные системы;
– промканализация.
К основным частям трубопроводных систем относятся:
· трубы;
· соединительные детали (фланцы, муфты);
· фасонные части (отводы, тройники перехода);
· арматура (краны, вентили, задвижки, клапаны и т. д.);
· компенсаторы;
· опоры
Кратко охарактеризуем отдельные части трубопроводных систем.
Трубы и фасонные части трубопроводов
Материал труб выбирают с учетом коррозионной активности среды, давления и температуры.
Толщину стенок труб принимают по ГОСТам на сортимент труб, в котором указывается предельно допустимое давление [Р], либо по известному уравнению расчета S для обечаек, работающих под давлением.
Длина труб, число поворотов, количество арматуры зависят от компоновки оборудования и выбирается конструктивно на основании имеющихся компоновочных чертежей (планов, разрезов).
Внутренний диаметр труб рассчитывают по формуле
,
где w – расход жидкости (газа), м3/с; v – линейная скорость жидкости (газа) в трубопроводе.
Из анализа формулы видно, что с увеличением скорости жидкости или газа уменьшается диаметр трубы и расход материала, но возрастает гидравлическое сопротивление и расход энергии. Рекомендуемые скорости:
– для газовых систем, работающих под давлением, близким к атмосферному (создается вентиляторами, дымососами), – 12–15 м/с;
– в нагнетательных трубопроводах после газодувок и компрессоров – 15–25 м/с;
– в вакуумных линиях – 40–90 м/с;
– при движении жидкости самотеком – 0,1–0,5 м/с;
– во всасывающих трубопроводах – 0,8–2 м/с;
– в нагнетательных трубопроводах – 1,5–10 м/с.
По расчетному диаметру подбирается ближайший стандартный.
Базовым диаметром для труб является диаметр наружный, а внутренний зависит от толщины стенки.
Фасонные части трубопроводов служат для изменения направления, диаметра труб, разветвления трубопровода. Их изготавливают по соответствующим нормалям или ГОСТам.
Соединения трубопроводов
Соединения трубопроводов могут быть разъемными и неразъемными.
Разъемные соединения труб осуществляются с помощью фланцев, резьбы, раструбов и т. д.;
Неразъемные – соединяются методами сварки, пайки, склеивания и т. д.
Выбор типа соединения определяется материалом труб и технологическими требованиями. Например, керамические, антегмитовые, стеклянные трубы можно соединять только с помощью неразъемных соединений; для металлических труб возможны оба типа соединений, но в этом случае учитываются технологические требования. Так, в случаях, когда требуется высокая герметичность, для транспортировки кристаллизующихся растворов, коррозионноактивных веществ используются цельносварные трубопроводы; если необходима частая промывка и очистка трубопроводов рациональней использование разъемных соединений.
Подробнее типы фланцевых соединений рассмотрим позже.
Компенсаторы
Компенсаторы служат для компенсации изменения длины труб при нагреве или охлаждении без потери герметичности. Например, изменение длины трубопровода длиной 300 м из углеродистой стали при нагреве от 20 до 200°С составляет 756 мм!!, следовательно, возможна деформация или разрушение труб.
По принципу работы компенсаторы делятся на:
– гибкие;
– скользящие (сальникового типа).
Скользящие применяются редко в связи со сложной конструкцией и меньшей герметичностью.
Гибкие компенсаторы делятся на: радиальные (П-образные) и осевого типа (S-образные).
Достоинства П-образных компенсаторов – простота изготовления и эксплуатации, значительная компенсирующая способность (Δ l = 600–700 мм), возможность применения при высоких температурах и давлениях.
Компенсаторы осевого типа – линзовые осевые компенсаторы –используются на трубопроводах диаметром 100–1600 мм, работающих под давлением до 1,6 МПа. Число линз компенсатора обычно меньше либо равно четырем; компенсирующая способность одной линзы составляет 7,5–50 мм. Для снижения гидравлического сопротивления внутри пропускается манжета.
Волнистые компенсаторы применяются для трубопроводов с давлением до 4 Па и температурой до 450°С. Напоминают линзовые элементы, однако гибкие элементы волнистых компенсаторов изготавливаются из стали Х18Н10Т, а сам трубопровод – из углеродистой стали.
Опоры трубопроводов
Различают: подвижные (скользящие, катковые, направляющие подвесные, пружинные)
и неподвижные (мертвые) опоры.
Неподвижные опоры предназначены для жесткого крепления трубопровода. Они воспринимают вертикальную нагрузку от массы трубопровода и реагентов, а также горизонтальную нагрузку от вибрации, гидроударов, температурных расширений труб. Подобные опоры изготавливаются для труб с диаметром 57–1620 мм и используются при температуре среды не выше 300°С.
ь
Подвижные опоры воспринимают вертикальную нагрузку, но не препятствуют осевому перемещению. Используются для труб с диаметром 45–1620 мм при температуре продукта от –30 до 300°С.
Арматура трубопроводов: назначение, классификация, конструкция области применения