5. Материалы, применяемые для изготовления трубопроводов
При проектировании, изготовлении, монтаже и ремонте трубопроводов должны применяться материалы согласно Правилам Госгортехнадзора. Соглас- но этим Правилам качество и свойства материалов и полуфабрикатов должны удовлетворять требованиям соответствующих стандартов и технических усло- вий, что должно быть подтверждено сертификатами заводов-поставщиков.
Химический состав, режимы термообработки, порядок отбора и испытания проб и образцов, механические и технологические свойства, методы, объемы и результаты контроля, а также клеймение и маркировка материалов и полуфаб- рикатов должны соответствовать требованиям стандартов и технических усло- вий.
Материалы, не имеющие паспортов или сертификатов, могут применяться только после их испытания и контроля согласно требованиям соответствующих стандартов, технических условий и Правил Госгортехнадзора.
Марки стали для труб выбираются в зависимости от рабочего давления, температуры и свойств среды.
Для станционных трубопроводов применяются стальные бесшовные трубы холоднотянутые, холоднокатаные, горячетянутые и теплокатаные, стальные сварные трубы с продольным или спиральным швом, а также трубы из пласт- масс [4].
14
Каждую партию труб завод-изготовитель обязан снабдить сертификатом, в котором удостоверяется соответствие труб требованиям ГОСТ: указываются марка стали, наружный диаметр, толщина стенки и результаты испытаний.
На тепловых электростанциях наибольшее распространение получили тру- бы, изготовленные из углеродистых и низколегированных марок сталей, а для трубопроводов сверхвысоких параметров – из сталей аустенитного класса.
Стали,
применяющиеся для изготовления труб паропроводов, транспорти- рующих пар высокий температуры, подвергаются легированию для повышения прочностных показателей, в первую очередь жаропрочности. Основными при- садками в перлитных сталях в этом случае являются молибден и ванадий. По- скольку молибден при температуре >470-480° резко повышает склонность ста- ли к графитизации, а присадка хрома в небольших количествах ликвидирует это неблагоприятное свойство, используются хромомолибденовые стали. При температурах среды до 450° применяются трубы из углеродистой стали. По- этому водопроводные линии при любых давлениях и температуре воды изго- товляют из углеродистых сталей. При температурах выше 450°, но не более
570-580° используются низколегированные перлитные стали, содержащие мо- либден, хром, ванадии. При более высоких температурах применяются стали аустенитного класса, содержащие значительные количества хрома и никеля и некоторые другие элементы. Стали аустенитного класса необходимы при особо высоких температурах среды, поскольку перлитные стали при этих условиях резко теряют свои прочностные свойства, в первую очередь жаропрочность.
Аустенитные стали дороже легированных перлитных в 2-2,5 раза и, кроме того, очень чувствительны ко всяким нарушениям их механической и термической обработки и эксплуатации трубопроводов [5].
Для трубопроводов высокого и сверхвысокого давления трубы изготавли- ваются по специальным техническим условиям из сталей 20, 15ГС, 12Х1МФ,
15Х1М1Ф. Трубы имеют толщину стенки до 80 мм.
Электросварные трубы со спиральным швом разрешается применять толь- ко на прямых участках трубопроводов. Из них не разрешается изготовлять фа- сонные части.
Трубы из нержавеющей стали применяются в системах химводоочистки для трубопроводов с коррозионной средой. Эти трубы изготавливаются из ста- лей марок 08Х18Н10, 12Х18Н9, 12Х18Н10Т и др.
В системах химводоочистки для трубопроводов, по которым транспорти- руется агрессивная среда (растворы кислот, осветлённая вода), во избежание их быстрого выхода из строя в результате коррозии применяют также стальные трубы, на внутреннюю поверхность которых наносится специальное защитное
15
покрытие резиной или лаками, или же трубы из пластмасс.
В настоящее время в системах химводоочистки применяются трубы из ви- нипласта - НПВХ, из полиэтилена высокой плотности - ПВП и из полиэтилена низкой плотности - ПНП.
Пластмассовые трубы имеют следующие преимущества по сравнению с металлическими: кислотоупорность,
высокую стойкость против коррозии, не- большую массу, простоту обработки. Например, трубы из ПВП на 40% легче труб из НПВХ и в 8 раз легче стальных труб.
Недостатком пластмассовых труб является значительная потеря прочности при высоких температурах, поэтому предел их применения по температуре среды ограничен.
6. Типы и размеры труб, применяемых для станционных трубопроводов В зависимости от свойств, температуры и давления транспортируемой среды применяют трубы из различных материалов. Номенклатура труб, изго- тавливаемых промышленностью, очень велика и характеризуется наружным диаметром D
н и толщиной стенки S. При выборе трубы ее размеры опре- деляются расчетом. Диаметр трубы зависит от количества протекаемой среды и скорости ее протекания в трубопроводе, а толщина стенки - от механической прочности материала при заданных температуре и давлении среды в трубопро- воде и диаметра трубопровода.
Следовательно, труба при одном и том же наружном диаметре D
н может иметь различные внутренние диаметры D
вн
. Для унификации диаметров труб, фасонных частей, арматуры и фланцев введено понятие «условный проход», имеющий обозначение Dу. Под условным проходом труб, фасонных частей, фланцев и арматуры следует понимать номинальный внутренний диаметр, вы- раженный целым числом. ГОСТ 355-67 устанавливает следующие условные проходы труб, фасонных частей арматуры и фланцев: 6, 8, 10, 15, 20, 25, 32, 40,
50, 65, 80, 100, 125, 150, 175, 200, 225, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800,
900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200, 2400, 2600, 2800, 3000, 3200, 3400,
3600, 3800, 4000 мм.
По методу изготовления стальные трубы разделяют на бесшовные, изго- товленные из сплошной заготовки, и сварные, изготовленные из листовой ста- ли. Бесшовные трубы подразделяются на горячекатаные (ГОСТ 8732-70), теп- лотянутые, холоднотянутые и теплокатаные (ГОСТ 8734-70).
16
ГОСТ 8732-70 предусматривает изготовление труб диаметром от 25 до 820 мм, длиной от 4 до 12,5 м, а ГОСТ 8734-70 - холоднотянутых и холоднокатаных труб диаметром от 1 до 200 мм, длиной от 1 м до 9 м.
В настоящее время промышленность изготовляет бесшовные трубы диа- метром от 42 до 465 мм. Для изготовления станционных трубопроводов высо- кого давления применяются бесшовные трубы, а для трубопроводов низкого давления - бесшовные и сварные.
Промышленностью поставляются сварные трубы с прямым швом наруж- ным диаметром от 426 до 1620 мм, длиной от 2 до 10 м из углеродистой стали.
Сварные трубы большого диаметра изготовляются также из низколегированных сталей
Трубы стальные водогазопроводные изготовляются сварными или бесшов- ными из мягкой стали условным проходом от 6 до 150 мм, длиной от 4 до 12 м.
Трубы поставляются как оцинкованные так и
неоцинкованные с резьбой на обоих концах, с муфтой, навернутой на один конец, и гладкими концами. Все трубы изготовляются заводами по техническим требованиям соответствующих
ГОСТ и технических условий заводов-изготовителей.
Размеры труб и допускаемые отклонения должны соответствовать техни- ческим требованиям ГОСТ.
В зависимости от условий работы трубопроводов и предъявляемых требо- ваний трубы подвергаются технологическим испытаниям на раздачу, сплющи- вание, бортование, а также гидравлическому испытанию. Трубы всех видов, ра- ботающие под давлением, должны выдерживать испытательное гидравлическое давление, МПа, определяемое по формуле:
S
2
D
σ
S
200
p н
доп
−
=
где S - минимальная толщина стенки трубы, мм;
σ
доп
- допускаемое напряжение, равное 40% временного сопротивления разрыву для данной марки стали, МПа;
D
н
- наружный диаметр, мм.
По требованию потребителя трубы из стали марок 10, Ст2сп, 20, Ст4сп,
ВКСт4сп, ВМСт4сп и 15ХМ в зависимости от условий работы должны выдер- живать одно или несколько технологических испытаний.
Специальные требования к трубам устанавливаются отдельными стандар- тами или техническими условиями.
На трубах, поставляемых в необработанном виде, для определения марки стали наносятся цветные полосы по всей длине следующих цветов:
17
Марка стали
Цвет маркировки
20 зеленый
15ГС коричневый
12ХМ фиолетовый
12Х1МФ красный
15Х1М1Ф белый
12Х2МФСР синий
Х18Н12Г черный
Х18Н10Т черный + белый
1Х11В2МФ черный + синий
7. Определение диаметра и толщины стенки труб Каждый трубопровод рассчитывают на пропускную способность, исходя из допускаемого падения давления при заданной конфигурации и длине трубо- провода, а также принятых скоростей движения среды в трубопроводах.
Падение давления в трубопроводах определяют, исходя из следующих ве- личин:
условных проходов трубопроводов, допускаемых скоростей среды, ко- эффициентов трения, зависящих от критерия Рейнольдса и степени шерохова- тости труб, развернутой длины участка трубопровода, плотности протекающей среды, разности геодезических высот в начале и в конце трубопровода и мест- ных сопротивлений деталей трубопровода.
Условные проходы труб принимают по сортаменту. Скорость движения среды, при расчете трубопроводов принимается для следующих видов трубо- проводов равной, м/с:
Паропроводы свежего пара от парогенераторов к турбинам:
⎯ сверхвысокого давления: 40 – 50;
⎯ высокого давления: 40 – 60;
⎯ повышенного среднего давления: 40 – 70.
Прочие паропроводы:
18
⎯ низкого давления: 40 – 70;
⎯ насыщенного пара: 20 – 40;
⎯ подвода пара к РОУ: 60 – 90;
⎯ выхлопные: 20 – 30.
Водопроводы, работающие под действием насосов:
⎯ питательные трубопроводы парогенераторов: 2,5 – 4;
⎯ конденсатопроводы: 2 – 3.
Вспомогательные трубопроводы химически очищенной воды(техниче- скойи смывных вод): 2—3.
Водопроводы, работающие без давления:
⎯ всасывающиек насосам всех назначений: 0,6 -1,5;
⎯ свободногослива перелива и т. п.: 1 – 2;
⎯ дренажные и продувочные трубопроводы: 15 – 30;
⎯ трубопроводывязких веществ (масло, мазут и др.): 1 – 2;
⎯ трубопроводы сжатого воздуха и других газов: 10 – 20.
При малых диаметрах труб следует принимать меньшие скорости, а при временной и периодической работе трубопроводов большие скорости.
Задаваясь скоростью среды, можно определить внутренний диаметр тру- бопроводов по формуле, м:
πωρ
G
4
D
в
=
, где G -расход среды, кг/с; р - плотность среды, кг/м
3
;
ω - скорость среды, м/с.
После найденного внутреннего диаметра трубопровода, а затем и толщины стенки по сортаменту на трубы принимаем трубу ближайшего диаметра и тол- щины.
Для определения толщины стенки трубы необходимо произвести расчет трубопровода на механическую прочность. Расчет производится на основную и дополнительную нагрузку.
Основной нагрузкой является внутреннее давление среды в трубопроводе.
Дополнительными нагрузками являются: внешние нагрузки (собственная масса трубопровода и ветровая нагрузка) и нагрузки, возникающие при компенсации тепловых удлинений (изгибающий и крутящий моменты, силы упругой дефор- мации, силы трения в подвижных опорах и сальниковых компенсаторах).
19
В условиях монтажа при замене труб производится проверка заданной толщины стенки трубы по допускаемым напряжениям от внутреннего рабочего давления среды при максимальной температуре стенки.
Толщина стенки бесшовных труб, подбирается в соответствии с внутрен- ним давлением, диаметром труб и механической прочностью металла при мак- симальной температуре стенки трубы в рабочем состоянии трубопровода и оп- ределяется по формуле:
C
p
σ
230
pD
S
доп н
+
+
≥
Для сварных труб расчет на прочность производится по формуле:
C
p
σ
230
pD
S
доп н
+
+
≥
Значение допускаемого внутреннего давления, МПа, для данных труб оп- ределяется по формуле доп н
доп
σ
)
C
S
(
D
)
C
S
(
230
p p
−
−
−
=
≤
, где S - толщина стенки трубы, мм; р
- давление среды в трубах, МПа; D
н
-
наружный диаметр трубы, мм; С - прибавка к расчетной толщине стенки трубы, мм;
σ
доп - допускаемое напряжение при рабочей температуре, МПа;
ϕ — коэф- фициент прочности сварного шва, принимаемый до настоящего времени рав- ным 0,8. Для стыков, сваренных с подкладнымкольцом
, ϕ=0,9.
При расчетной толщине стенки труб S
pacч
≤ 6 мм прибавка, зависящая от технического допуска на толщину стенки труб, принимается равной 1 мм, а для труб с S
расч
>6 мм прибавка С, мм, подсчитывается по формуле:
С=A
1
S
расч
В зависимости от значения технологического допуска на толщину стенок труб A
1 принимается:
20
А
1
Допуск, %
0,2
±15 0,15
±10 0,1
±5
При допусках, отличающихся от приведенных, коэффициент A
1
определя- ется путем линейной интерполяции и принимается равным 0,05.
Прибавка С сварных труб в зависимости от толщины стенки принимается равной:
C, мм S, мм
0,5
<6 0,6 6-8 0,8
>8
Во всех случаях расчета труб прибавка С должна приниматься не менее 0,5 мм.
Так как приведенные уравнения для расчета толщины стенки учитывают только внутреннее давление и температуру среды и не учитывают массовые на- грузки, термические напряжения и другие внешние нагрузки, то при проекти- ровании трубопроводов, после подбора диаметра и толщины стенки труб, про- изводят общий расчет прочности трубопровода с учетом всех действующих сил и нагрузок и устанавливают их влияние на напряжение в материале труб.
Увеличение толщины стенки сверх расчётной с учётом коррозии для стальных труб, работающих при р у
≤10 и предназначенных для транспортирова- ния среднеагрессивных продуктов приведены в таблице 3.
Таблица 3.
Увеличение толщины стенки, с учётом коррозии труб (р у
≤10 МПа), мм
D
у
, мм
Углеродистая сталь
Легированная сталь
10-40 1,5-2 -
50-100 3,5-4,5 1,5-3,5
≥125 4-5 3-6
21
8. Фасонные части трубопроводов К фасонным частям трубопроводов относятся: отводы (колена), переходы, тройники и развилки (рис. 1). Согласно ГОСТ 355-67 все фасонные части тру- бопроводов унифицированы по диаметрам и имеют те же условные проходы, что и трубы, изготовляются на те же параметры, что и трубопроводы.
Рис. 1. Фасонные части трубопроводов:
1-отвод; 2-переход; 3-тройник; 4-развилка.
Отводы (колена) служат для изменения направления потока среды. По способу
производства они подразделяются на штампованные, штампосварные, литые, гнутые (в виде гиба трубы) и сварные (секторные) с разными углами по- ворота. Крутоизогнутые отводы (колена), как правило, изготовляются штампо- ванными, штампосварными, литыми и имеют меньший радиус гиба, чем гну- тые. К крутоизогнутым отводам относится и часть гнутых отводов трубопрово- дов высокого давления с отношением R/D
н
<3,5. По Правилам Госгортехнадзора
РФ при заводском изготовлении эти отводы могут использоваться для трубо- проводов всех категорий.
Отводы гнутые в виде гибов труб с разными углами поворота применяют- ся для трубопроводов как высокого, так и низкого давления. Радиус гиба труб по нейтральной линии рекомендуется принимать не менее 3,5 значения номи- нального наружного диаметра. Минимальная длина прямого участка трубы по- сле радиуса гиба выбирается по условиям закрепления трубы в процессе ее гну- тья. Гидродинамическое сопротивление гнутого отвода меньше, чем крутои- зогнутого.
В зависимости от параметров транспортируемой среды и диаметра трубопрово- да гнутые отводы могут изготовляться из тех же труб, что и основной трубо-
22
провод, или же из труб усиленных, т. е. с большей толщиной стенки. Это обу- словливается утонением стенки трубы в процессе ее гнутья, а иногда и требо- ванием выдержать определенную овальность. Для трубопроводов с р у
≤ 4 МПа гнутые отводы могут изготовляться на станах с нагревом токами высокой час- тоты (ТВЧ). В этом случае радиусы гибов отводов уменьшаются и возможно выполнение гибов одной трубы в разных плоскостях.
Сварные отводы изготовляются из отдельных секторов, вырезанных из труб или сваренных из листов, с различными углами скоса, зависящими от тре- буемого угла поворота и количества секторов отвода. По Правилам Госгортех- надзора сварные отводы допускается применять для трубопроводов 3-й и 4-й категорий. Как правило, сварные отводы изготовляются из тех же труб, что и трубопровод. Однако для трубопроводов диаметром более 500 мм в зависимо- сти от условного давления на внутренней стороне сектора отвода возникают такие напряжения, что требуется увеличение толщин их стенок. Конфигурация сварных отводов выбирается в зависимости от конфигурации трубопровода с учетом его гидродинамического сопротивления.
Тройники и развилки служат для отвода части транспортируемой трубо- проводом среды к другому потребителю (элементу схемы).
При присоединении (врезке) ответвляемого трубопровода к основному се- чение последнего в месте врезки развилки ослабляется отверстием. Соединение трубопроводов, для которого это ослабление компенсируется имеющимся запа- сом прочности основного трубопровода (например, при сравнительно малых диаметрах ответвляемого трубопровода или в случае, если толщина стенки ос- новного трубопровода имеет сравнительно большой запас прочности по расче- ту на внутреннее давление), выполняется непосредственной врезкой трубы в трубу без специальных усилений. Развилки, для которых ослабление основного трубопровода врезаемым ответвлением не
компенсируется запасом прочности его труб, должны выполняться при помощи специальных усилений. Эти усиле- ния в зависимости от условного давления, марки стали и диаметров соединяе- мых труб могут выполняться в виде накладок в месте вварки трубы в трубу, усиленных штуцеров, а иногда одновременно тем и другим способом. Такие усиления обычно применяются для трубопроводов низкого давления. Для тру- бопроводов высокого давления усиление достигается за счет применения тол- стостенных тройников. Усиления в виде тройниковых соединений для станци- онных трубопроводов как высокого, так и низкого давления стандартизированы и выполняются в виде отдельных деталей. Тройники выпускаются равно- проходными, когда основной и ответвляемый трубопроводы имеют одинаковые диаметры, и переходными, когда эти диаметры разные. В зависимости от пара-
23
метров среды и технологии изготовления тройники выполняются штампован- ными, коваными, литыми и сварными.
Скачать 0.78 Mb.