Тепловые компенсаторы. Расчет тепловых расширений трубопроводов Растяжка компенсаторов тепловых сетей таблица

27.02.2018

Сильфонные компенсаторы (далее СК) и сильфонные компенсационные устройства (далее СКУ), предназначенные для герметичного соединения относительно перемещающихся элементов и компенсации температурных деформаций стальных трубопроводов водяных тепловых сетей и горячего водоснабжения (далее ГВС), а также водопроводов и паропроводов III категории при всех способах их прокладки и любых видах тепловой изоляции.

Чтобы обеспечить работу трубопровода, необходимо правильно осуществить выбор сильфонного компенсатора и монтаж. При выборе типа СК или СКУ следует руководствоваться способом прокладки теплопровода, видом его тепловой изоляции, а также его компенсирующей способностью. Так как СК и СКУ поставляются в нейтральном положении, относительно которого они могут растягиваться и сжиматься на величину амплитуды осевого хода, то для использования максимального рабочего хода (компенсирующей способности 2*λ- 1 =λ), СК и СКУ во время монтажа необходимо растянуть на величину ∆L монт, которая зависит от температуры наружного воздуха, при которой ведется монтаж (t монт).

Величина предварительной растяжки (монтажной) деформации осевых СК и СКУ определяется по формуле:

∆L монт = L λ µ *α* , мм

Где: L λ µ - длина участка, на котором устанавливается СК или СКУ.

Монтажная длина СК или СКУ определяется по формуле:

L монт =L ск + ∆L монт, мм

Где: L ск - длина СК или СКУ в состоянии поставки (указана в паспорте СК или СКУ), мм;

Пример расчёта предварительной растяжки сильфонного осевого компенсатора при монтаже

Для примера рассмотрим сильфонный компенсатор ОПН-16-1000-220-2.2. Согласно принятым обозначениям он представляет собой устройство, у которого максимальная компенсирующая способность составляет 220 мм: 110 мм на сжатие и 110 мм на растяжение.

∆L монт - величина предварительной растяжки СК или СКУ (искомая величина);

t maх + t min – минимальная и максимальная температуры эксплуатации, °С;

t монт – температуры наружного воздуха, при которой ведется монтаж;

L λ µ - длина участка, на котором устанавливается СК или СКУ;

α – коэффициент линейного расширения трубопровода;

Пример: для Московской области: t min = -28°С;

для подающего трубопровода: t maх = 150°С; t монт = 20°С;

для обратного: t maх = 90°С; t монт = 20°С;

длина участка: L λ µ = 163;

коэффициент линейного расширения трубопровода α = 0,0122

Величина предварительной растяжки для подающего трубопровода:

∆L монт = 163*0,0122* = 101,4 мм

Величина предварительной растяжки для обратного трубопровода:

∆L монт = 163*0,0122* = 41,8 мм

Для наземной и канальной прокладки трубопровода tmin соответствует расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления по СНиП 23-01-99.

Завод АО «НПП «КОМПЕНСАТОР» занимается разработкой, изготовлением и поставкой сильфонных компенсаторов собственного производства. Ассортимент нашей продукции включает множество инженерных устройств, которые отличаются простотой монтажа и способны выдерживать значительные нагрузки. Компенсаторы имеют IV класс герметичности по ОСТ5Р.0170, сохраняют свои параметры в течение 30 лет и производятся согласно требованиям ГОСТ Р ИСО 9001-2015 (ISO 9001:2015).

Величина смещения (компенсирующая способность) компенсаторов, как правило, выражается комбинацией положительных и отрицательных числовых значений (±). Отрицательное (-) значение обозначает допустимое сжатие компенсатора, положительное (+) - его допустимое растяжение. Сумма абсолютных величин таких значений представляет собой полное смещение компенсатора. В большинстве случаев компенсаторы работают на сжатие, компенсируя температурное расширение трубопроводов, реже (охлажденные среды и криогенные продукты) - на растяжение.

Предварительная растяжка при монтаже нужна для рационального использования полного смещения компенсатора в зависимости от характера работы трубопровода, условий монтажа и предотвращения возникновения стрессовых условий.

Пиковые значения расширения трубопровода зависят от минимальной и максимальной температур его эксплуатации. Например, минимальная температура работы трубопровода Tmin = 0°С и максимальная Т тах = 100°С. Т.е. разница температур At = 100°C. При длине трубопровода L равной 90 м, максимальное значение его удлинения трубопровода AL составит 100 мм. Представим, что для установки на таком трубопроводе используются компенсаторы со смещением ±50 мм, т.е. с полным смещением 100 мм. Также представим, что температура окружающей среды на этапе их монтажа Т у равна 20°С. Характер работы компенсатора при таких условиях будет таким:

при 0°С - компенсатор будет растянут на 50 мм
при 100°С - компенсатор будет сжат на 50 мм
при 50°С - компенсатор будет находится в свободном состоянии
при 20°С - компенсатор будет растянут на 30 мм

Следовательно, предварительная растяжка на величину 30 мм при монтаже (Т у = 20°С) обеспечит эффективную его работу. Когда температура поднимется от 20°С до 50°С при вводе в эксплуатацию трубопровода, компенсатор вернется в свободное (ненапряженное) состояние. При повышении температуры трубопровода от 50°С до 100°С, смещение компенсатора относительно свободного состояние в сторону сжатия составит расчетные 50 мм.

Определение значения предварительного растяжения

Примем длину трубопровода равную 33 метрам, максимальную/минимальную рабочую температуру +150°С /-20°С соответственно. При такой разнице температур коэффициент линейного расширения а составит 0,012 мм/м*°С.

Максимальное удлинение трубопровода может быть рассчитано следующим образом:

ΔL = α*L* Δt = 0,012 х 33 х 170 = 67 мм

Значение предварительного растяжения PS определяется по формуле:

PS = (ΔL/2) - ΔL(Ty-Tmin): (Tmax-Tmin)

Таким образом, в процессе монтажа компенсатора его необходимо установить с предварительным растяжением PS равным 18 мм.

На рис. 1 показано расстояние необходимое для монтажа компенсатора в линию трубопровода, определяемое как сумма значений длины компенсатора lq в свободном состоянии и предварительного растяжения PS.

На рис. 2 показано, что при монтаже, с одной стороны компенсатор фиксируется фланцем или приваривается.

Величина смещения (компенсирующая способность) компенсаторов, как правило, выражается комбинацией положительных и отрицательных числовых значений (±). Отрицательное (-) значение обозначает допустимое сжатие компенсатора, положительное (+) — его допустимое растяжение. Сумма абсолютных величин таких значений представляет собой полное смещение компенсатора. В большинстве случаев, компенсаторы работают на сжатие, компенсируя температурное расширение трубопроводов, реже (охлажденные среды и криогенные продукты) — на растяжение.

Пиковые значения расширения трубопровода зависят от минимальной и максимальной температур его эксплуатации. Например, минимальная температура работы трубопровода Tmin = 0°С и максимальная Т тах = 100°С. Т.е. разница температур At = 100°C. При длине трубопровода L равной 90 м, максимальное значение его удлинения трубопровода AL составит 100 мм. Представим, что для установки на таком трубопроводе используются компенсаторы со смещением ±50 мм, т.е. с полным смещением 100 мм. Также, представим, что температура окружающей среды на этапе их монтажа Т у равна 20°С. Характер работы компенсатора при таких условиях будет такой:

при 0°С — компенсатор будет растянут на 50 мм
при 100°С — компенсатор будет сжат на 50 мм
при 50°С — компенсатор будет находится в свободном состоянии
при 20°С — компенсатор будет растянут на 30 мм

Определение значения предварительного растяжения

Примем длину трубопровода равную 33 метрам, максимальную/минимальную рабочую температуру +150°С /-20°С соответственно. При такой разнице температур, коэффициент линейного расширения а составит 0,012 мм/м*°С.

Максимальное удлинение трубопровода может быть рассчитано следующим образом:

ΔL = αxLx Δt = 0,012 х 33 х 170 = 67 мм

Значение предварительного растяжения PS определяется по формуле:

PS = (ΔL/2) — ΔL (Ty-Tmin): (Tmax-Tmin)

Таким образом, в процессе монтажа компенсатора, его необходимо установить с предварительным растяжением PS равным 18 мм.

На рис. 2 показано, что при монтаже, с одной стороны компенсатор фиксируется фланцем или приваривается.

4.1. Монтаж трубопроводов должен быть выполнен специализированными монтажными организациями, при этом технология монтажа должна обеспечивать высокую эксплуатационную надежность работы трубопроводов.

4.2. Детали, .элементы трубопроводов (компенсаторы, грязевики, изолированные трубы, а также узлы трубопроводов и другие изделия) должны быть изготовлены централизованно (в заводских условиях, цехах, мастерских) в соответствии со стандартами, техническими условиями и проектной документацией.

4.3. У кладку трубопроводов в траншею, канал или на надземные конструкции следует производить по технологии, предусмотренной проектом производства работ и исключающей возникновение остаточных деформаций в трубопроводах, нарушение целостности противокоррозионного покрытия и тепловой изоляции путем применения соответствующих монтажных приспособлений, правильной расстановки одновременно работающих грузоподъемных машин и механизмов.

Конструкция крепления монтажных приспособлений к трубам должна обеспечивать сохранность покрытия и изоляции трубопроводов.

4.4. Прокладку трубопроводов в пределах щитовой опоры необходимо выполнять с применением труб максимальной поставочной длины. При этом оварные поперечные швы трубопроводов должны быть, как правило, расположены симметрично относительно щитовой опоры.

4.5. Укладку труб диаметром свыше 100 мм с продольным или спиральным швом следует производить со смещением этих швов не менее чем на 100 мм. При укладке труб диаметром менее 100 мм смещение швов должно быть не менее трехкратной толщины стенки трубы.

Продольные швы должны находиться в пределах верхней половины окружности укладываемых труб.

Крутоизогнутые и штампованные отводы трубопроводов разрешается сваривать между собой без прямого участка.

Приварка патрубков и отводов в сварные стыки и гнутые элементы не допускается.

4.6. При монтаже трубопроводов подвижные опоры и подвески должны быть смещены относительно проектного положения на расстояние, указанное в рабочих чертежах, в сторону, обратную перемещению трубопровода в рабочем состоянии.

При отсутствии данных в рабочих чертежах подвижные опоры и подвески горизонтальных трубопроводов должны быть смещены с учетом поправки на температуру наружного воздуха при монтаже на следующие величины:

скользящие опоры и элементы крепления подвесок к трубе - на половину теплового удлинения трубопровода в месте крепления;

катки катковых опор - на четверть теплового удлинения.

4.7. Пружинные подвески при монтаже трубопроводов необходимо затягивать в соответствии с рабочими чертежами.

Во время выполнения гидравлических испытаний паропроводов диаметром 400 мм и более следует устанавливать в пружинных подвесках разгружающее устройство.

4.8. Трубопроводную арматуру надлежит монтировать в закрытом состоянии. Фланцевые и приварные соединения арматуры должны быть выполнены без натяга трубопроводов.

Отклонение от перпендикулярности плоскости фланца, приваренного к трубе, по отношению к оси трубы не должно превышать 1 % наружного диаметра фланца, но быть не более 2 мм по верху фланца.

4.9. 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.

4.10. 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.

4.11. 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.

4.12. 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.

4.13. 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).

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

4.15. 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.

4.16. 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.

4.17. 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.