Проектирование хим. предприятий. Навчальний посібник до вивчення курсу основи проектування хімічних виробництв
 Скачать 6.93 Mb.
|
|
Глава 14 ТРУБОПРОВОДЫ И ТРУБОПРОВОДНАЯ АРМАТУРА На предприятиях химической промышленности трубопроводы являются неотъем- лемой частью технологического оборудования. Затраты на их сооружение достигают 30% от стоимости предприятия. Суммарная длина всех трубопроводов завода составляет десятки и сотни километров. С помощью трубопроводов передаются продукты в самых различных состояниях: жидкости, пары и газы, пластические и сыпучие материалы. Температура этих сред может находиться в пределах от низких (минусовых) до чрезвычайно высоких, а давление - от глубокого вакуума до десятков мегапаскаль. Обычно трубопроводы классифицируют в зависимости от основного назначения: - технологические, служащие для транспортировки различных химических соеди- нений; - тепловые и газовые сети, используемые для подвода инертного газа или пара; - линии водоснабжения и канализации. В зависимости от расположения по отношению к оборудованию трубопроводы де- лят на внутренние и внешние. Внутренние трубопроводы располагаются внутри агрегата и связывают в единое целое его отдельные элементы, например трубы котла или теплообменника. Внешние трубопроводы связывают отдельные агрега- ты в единый производственный комплекс. В зависимости от параметров транспортируемой среды трубопроводы делят на пять категорий, которые подчиняются правилам Госгортехнадзора и Госстроя. Каждая категория трубопроводов характеризуется предельно-допустимыми значе- ниями давлений и температур, причем самые низкие их значения соответствуют первой категории. Так, для транспортировки токсичных веществ применяют трубопроводы только 1-й и 2-й категории, легковоспламеняющихся веществ и горючих газов - трубопроводы первых четырех категорий, негорючих жидкостей и паров -трубопроводы всех пяти категорий. Все трубопроводы после монтажа и испытания окрашивают масляной краской. Трубопроводы, покрытые изоляцией, допускается окрашивать клеевой краской. Окраска не только защищает трубы от коррозии и придает им эстетический вид, но и облегчает работу обслуживающего персонала, связанную с эксплуатацией и ремонтом трубопроводных систем. В табл. 14.1 приведены цвета окраски трубопроводов в зависимости от их назначения. При проектировании к трубопроводам предъявляются следующие требования: - надежность и минимум расчетных затрат; - унификация узлов и деталей; - высокая маневренность (быстрое включение в работу); - уменьшение тепловых потерь в трубах, - снижение шумовых эффектов; - уменьшение длины труб и соответственно гидравлических сопротивлений. Таблица 14.1. Цвета окраски трубопроводов в зависимости от назначения
Для нахождения оптимального решения необходимо выполнить вариантные проектные разработки и произвести выбор наиболее выгодного в технико-экономи- ческом отношении варианта. Рабочее проектирование, по существу, сводится к подбору соответствующих элементов по действующим стандартам и нормалям. При этом важное значение имеют характеристики - условный проход и условное давление. Условный проход (Dу) - величина, условно характеризующая внутренний диаметр элемента трубопровода, не обязательно совпадающая с его действительной величиной (ГОСТ 355-67). Если два элемента имеют одинаковые значения условного прохода, то они имеют присоединительные размеры, обеспечивающие их стыковку. Условное давление (ру) - величина, характеризующая пригодность элемента для надежной эксплуатации при данных рабочих параметрах среды. При умеренной рабочей температуре (до 200 °С) условное давление равно рабочему. При более высокой рабочей температуре значение условного давления больше рабочего. Имеется специальный стандарт (ГОСТ 356-68) на условные, рабочие и пробные давления. При определении условного давления учитывается и марка материала. Достаточно важным для обеспечения надежности и работоспособности трубопроводов является вопрос о правильном выборе материалов для труб и фасонных деталей. Для изготовления трубопроводов в химической промышленности применяются чугуны, углеродистые и легированные стали, медь и ее сплавы, фарфор, стекло, пластмассы, углеграфит и т.д. Основными факторами, определяющими выбор материала для труб и арматуры, являются: достаточная механическая прочность, температуростойкость, коррозионная стойкость. К частям трубопроводных систем относятся: трубы, их фасонные части, детали для крепления и соединения труб, компенсаторы температурных напряжений и трубо- проводная арматура. Трубы. Основным составляющим элементом трубопроводов являются трубы того или иного типа и размера, в зависимости от технологического назначения трубопровода. В трубопроводах используются трубы бесшовные, сварные (с продольным или спиральным сварным швом), кованно-прессованные и кованно-сверленные. Сварные трубы имеют сварные швы, поэтому они менее надежны и используются для транспортировки воды, сжатого воздуха, газа, пара низкого давления и других веществ при температурах от - 15 до +200 °С и давлениях до 1 МПа (обыкновенные) или до 1,6 МПа (усиленные). Бесшовные трубы - цельнотянутые или цельнокатанные - более надежны и используются для транспортировки самых разных веществ в широком интервале температур (от - 180 до 800 °С) и давлений до 200 МПа. Способы соединения труб. Трубы соединяются между собой и с арматурой. Трубные соединения делятся на разъемные и неразъемные. К неразъемным относятся соединения пайкой, сваркой и склеиванием. К разъемным - раструбное соединение, которое может быть разобрано только путем разрушения элементов, заполняющих раструб. К основным факторам, лежащим в основе выбора типа соединения, относятся следующие: - материал соединяемых деталей; - характер передаваемой среды (токсичность, огнеопасность, наличие осадка, склонность к застыванию); - необходимость частых разборок - сборок: - взрывоопасность; - температура и давление рабочей среды. Стальные, алюминиевые, свинцовые и титановые трубы чаще всего соединяются сваркой встык (рис. 14.1).
Трубы из цветных металлов, их сплавов и пластмасс соединяются пайкой внахлестку или склеиванием с помощью надвижных муфт. Для чугунных, керамических, графитовых, а иногда и для фаолитовых труб используют раструбные соединения (рис. 14.2). Гладкий конец одной трубы вставляется в раструб другой. Кольцевое пространство заполняется пеньковой прядью, а затем увлажненным цементом. Резьбовое соединение применяется преимущественно для стальных труб, но иногда и для винипластовых (рис. 14.3). Наиболее распространенным разъемным соединением труб является фланцевое (рис. 14.4).
Конструкция фланцев меняется в зависимости от материала трубы, рабочего давления в трубопроводе, температуры рабочей среды и от других факторов. Герметичность фланцевых соединений достигается с помощью прокладок, устанавливаемых между фланцами. Фасонные части трубопроводов - служат для соединения отдельных отрезков труб или же выполняют следующие функции: изменение диаметра или направления трубопровода; ответвление от трубопровода одной или двух линий того же или меньшего диаметра. К ним относятся: отвод (а), колено (б), двойник (в), тройник (г), крестовина (д) и переход (е) - на рис. 14.5.  Рис 14.5. Фасонные части трубопроводов Колена, отводы и угольники применяют для изменения направления трубопровода, переходы - для соединения труб разного диаметра, а тройники и крестовины - для создания одного или двух ответвлений. Соединительные части изготовляют путем гнутья труб или сварки заготовок из листового материала или отрезков труб. Опоры трубопроводов. Внутрицеховые трубопроводы крепятся к стенам, колоннам, балкам и перекрытиям. Межцеховые трубопроводы часто укладываются на эстакадах. Все виды опор делятся на неподвижные и скользящие. Скользящие опоры поддерживают вес трубопровода и одновременно позволяют ему свободно переме- щаться в осевом направлении для компенсации температурных удлинений. На рис. 14.6 показаны примеры крепления трубопроводов на горизонтальных опорах. На рис. 14.7 изображена подвеска, позволяющая крепить трубопровод к высоко расположенным элементам здания.
Подвески могут применяться для крепления труб малого диаметра к трубопроводу большого диаметра. Крепление труб к стенке осуществляется с помощью кронштейна. Температурные компенсаторы. Трубопроводы подвержены колебаниям температуры в зависимости от времени года, температуры транспортируемой среды и состояния теплоизоляции. При изменении температуры трубопровода, жестко закрепленного в опорах, по сравнению с температурой, при которой производился его монтаж, в стенке труб возникают температурные напряжения и деформации. Для их компенсации используют специальные устройства - компенсаторы (рис.14.8).  Рис. 14.8. Компенсаторы: а - волнообразный:1 - трубы, 2 - кожух, 3 - ограничи- тельные кольца, 4 - гофрированный гибкий элемент, 5 – стакан. б – сальниковый: 1 - опора, 2 - набивка, 3 -корпус сальника, 4 - грунд-букса, 5 - внутренняя труба По принципу действия и особенностям устройства компенсаторы можно разделить на два класса: компенсаторы деформирования (гофрированные) и компенсаторы проскальзывания (сальниковые). Компенсаторы первого класса понижают температурные напряжения в трубопроводе за счет деформации своих гибких элементов. Компенсаторы второго класса являются разрезными и допускают проскальзывание концов трубопровода. Трубопроводная арматура. Арматура - это устройства, устанавливаемые на трубопроводах, аппаратах, емкостях и обеспечивающие управление потоком сред. По функциональному назначению трубопроводную арматуру подразделяют на следующие классы: - запорная - для перекрытия потока среды (составляет около 80% от всей арматуры), - регулирующая - для изменения параметров среды (температуры, давления и т.д.); - предохранительная - для предотвращения аварийного повышения давления в системе; - защитная (отсечная) - для защиты оборудования от аварийных изменений параметров среды отключением обслуживающей линии, - фазоразделительная - для удаления конденсата из паро- и газопроводов. Арматура любого класса включает три основных элемента: корпус, привод и рабочий орган (запорный, регулирующий и т.д.), состоящий из седла и перемещающегося или поворачивающегося относительно него затвора (золотника). По конструкции корпуса арматуру подразделяют на проходную, в которой среда не меняет направления своего движения на выходе по сравнению со входом, и угловую, в которой это направление меняется на угол до 90°. В зависимости от способа герметизации рабочего органа в корпусе различают сальниковую, сильфонную и мембранную арматуру. В первой герметичность обеспечивается сальником, во второй - сильфоном, а в третьей - мембраной. В зависимости от конструкции привода рабочего органа арматуру подразделяют на автоматически действующую, в которой привод осуществляется самим потоком среды, и управляемую, с ручным или механическим (электрическим, пневматическим и др.) приводом. Запорная арматура. Серийно выпускают запорную арматуру следующих типов: краны, вентили, задвижки и заслонки. Кранами называется арматура с затвором в форме тела вращения, который может поворачиваться вокруг оси, перпендикулярной направлению потока. Пример пробкового крана представлен на рис. 14.9. Краны имеют малое гидравлическое сопротивление; на трубопроводе могут устанавливаться в любом положении, однако они требуют постоянного ухода и периодического смазывания, в противном случае пробка может «прикипеть» к корпусу. Вентили представляют собой запорную арматуру с затвором в виде плоской или конической тарелки (золотника), которая перемещается возвратно-поступатель но вместе со шпинделем относительно седла (рис. 14.10). Вентили выполняются с ручным управлением или с электроприводом. Вентили на трубопроводе устанавливаются так, чтобы среда в них попадала из-под золотника. Область приме- нения вентилей весьма обширна. Заслонками называют арматуру, в которой затвор выполнен в виде диска, поворачивающегося на оси, перпендикулярной потоку и проходящей через диаметр диска. Их используют обычно на трубопроводах большого диаметра при малом давлении среды и нежестких требованиях к герметичности запорного органа. Их устанавливают на паро- и водопроводах, на линиях транспортиро вания, не загрязненных осадками жидкостей, так как твердые частицы, попадая под седло, могут нарушить его герметичность. Задвижка - это арматура, в которой затвор в виде диска или клина перемещается вдоль уплотнительной поверхности перпендикулярно оси потока (рис. 14.11).
Предохранительная арматура исключает возможность возникновения недопустимо больших давлений в трубопроводах и в аппаратах. Предохранительные клапаны бывают рычажно-грузовыми (рис. 14.12) и пружинными (рис. 14.13).
Регулирующая арматура. Это, прежде всего, регулирующие клапаны и вентили, смесительные клапаны, редукционные клапаны и регуляторы уровня. В системах автоматического регулирования регулирующие клапаны управляют расходом среды в соответствии с поступающей командой. Фазоразделительная арматура состоит в основном из отводчиков конденсата, используемых для вывода из трубопроводной системы конденсата. В настоящее время преимущественно используют термостатические и поплавковые конденсато - отводчики. Выбор трубопроводной арматуры. Основной тип запорной арматуры, рекомендуемый для трубопроводов диаметром от 50 мм и более, - задвижка; она имеет ми- нимальное гидравлическое сопротивление, надежное уплотнение затвора и допус- кает изменение направления движения среды. Вентили рекомендуется устанавливать на трубопроводах диаметром до 50 мм; при диаметре более 50 мм вентили используют главным образом в случаях, когда по условиям технологического процесса требуется ручное дросселирование. Основное преимущество вентилей - отсутствие трения уплотнительных поверхностей, что позволяет их использование при более высоких давлениях. В связи с этим вентили устанавливаются на трубопроводах высокого давления. Краны используют, когда требуются запорные устройства, обладающие незна чительным гидравлическим сопротивлением или способные управлять нескольки- ми расходящимися потоками, в последнем случае используют трех - или четырехходовые краны. |
