Трубопроводы ТЭС. Тепловых электрических станций
 Скачать 0.78 Mb.
|
|
Переходы применяются для изменения сечения трубопровода, т. е. для со- единения между собой труб различных диаметров. Переходы между трубами разных диаметров выполняются концентрическими и эксцентрическими. Для трубопроводов низкого давления переходы выполняются сварными листовыми на р у 1, 1,6 и 2,5 МПа для D у от 50 до 1400 мм. Возможно также применение для этих трубопроводов штампованных переходов. Кроме того, для трубопроводов низкого давления разработаны сварные лепестковые переходы, в которых из конца трубы вырезают определенного размера клинья, затем ко- нец обжимают и клинья трубы сваривают между собой. Эти переходы рассчи- таны на р у 1,0 и 1,6 МПа для D у от 150 до 1400 мм. Однако лепестковые пере- ходы следует применять только при отсутствии листовых и штампованных пе- реходов. Для трубопроводов высокого давления применяются переходы точеные, ковано-точеные и изготовленные обжатием или осадкой бесшовных труб. 9. Трубопроводная арматура Арматура представляет собой органы управления и служит для перекры- тия или регулирования параметров потока среды в трубопроводах. Конструк- ция арматуры зависит от параметров среды, для которой она предназначена, и диаметра трубопровода. В зависимости от назначения арматура подразделяется на: запорную, регулирующую, предохранительную, контрольную и группи- руется в следующие четыре класса [6]. Первый класс - арматура запорная, служит для периодического включения или отключения потока среды. Запорная арматура предназначена только для полного закрытия или открытия потока среды и может находиться только в полностью закрытом или открытом положении. К запорной арматуре относятся вентили, задвижки, краны, поворотные затворы. Второй класс - арматура регулирующая и дросселирующая, служит для изменения или поддержания в трубопроводе или резервуаре параметров среды и ее расхода. Регулирующая арматура предназначена только для регулирования количества среды, протекающей через нее, и в качестве запорной арматуры служить не может. В качестве регулирующей и дросселирующей арматуры применяют регулирующие вентили, клапаны игольчатые, дросселирующие устройства, регуляторы питания, регуляторы уровня, конденсатоотводчики. Третий класс - арматура предохранительная, служит для защиты резер- вуара или трубопровода от чрезмерного повышения давления, а также для пре- 24 дотвращения обратного потока среды. Типичные представители предохрани- тельной арматуры - предохранительные клапаны, аварийные клапаны, им- пульсно-предохранительные устройства, состоящие из импульсного вспомо- гательного и предохранительного главного клапана, обратные клапаны, предна- значенные для автоматического прекращения прохода среды в обратном на- правлении. Четвертый класс - арматура контрольная, служит для контроля наличия среды или уровня среды в трубопроводах, сосудах и оборудовании. Типичные представители контрольной арматуры - пробные и спускные вентили (или кра- ны), указатели уровня. Каждый класс в зависимости от принципа действия арматуры подразделя- ется на две группы: приводная арматура, приводимая в действие при помощи привода (ручного, механического, электрического, электромагнитного, гидрав- лического, пневматического и др.), и автоматическая арматура, приводимая в действие автоматически, непосредственно потоком рабочей среды или из- менением ее параметров. Классы и группы арматуры подразделяются на типы согласно таблице 4. По роду рабочей среды арматура делится на паровую, водяную, газовую и воздушную. Рабочая среда существенно влияет на конструкцию арматуры и на марки металла, из которого она изготовляется. По направлению потока среды арматура делится на проходную, в которой направление потока, выходящего из арматуры, совпадает с направлением вхо- дящего потока, и на угловую, в которой указанные направления не совпадают (обычно угол между ними составляет 90°). Предохранительные клапаны вы- полняются обычно угловыми. По способу изготовления основных частей (корпуса и крышки) арматура делится на литую, штампованную (или кованую) и сварную. Литая арматура в свою очередь делится на стальную, чугунную и из цветных металлов. Штампованная (кованая) арматура применяется при малых диаметрах про- хода, когда производство литых корпусов из-за малых размеров и фасонного характера литья отличается исключительно большим процентом брака. Литая арматура для теплосиловых установок изготовляется в основном стальной. Чугунная арматура для трубопроводов на электростанции применяется в соответствии с правилами Госгортехнадзора согласно таблице 5. Соединение чугунной арматуры с элементами трубопровода должно выполняться на флан- цах. Сварная арматура (точнее сварные корпуса) находит применение в отдель- ных случаях при сверхвысоких параметрах, когда нет уверенности в качестве 25 литья. В этом случае части корпуса изготовляются штамповкой или ковкой и свариваются между собой. По способу присоединения арматуры к трубам и оборудованию арматура делится на фланцевую, муфтовую, цапковую и приварную. Таблица 4. Классификацияарматуры Класс Группа Тип арматуры I. Запорная арма- тура Приводная Краны Вентили Задвижки II. Арматура ре- гулирующая Приводная Автомати- ческая Поворотные затворы Регулирующие вентили Регулирующие клапаны Регуляторы уровня Конденсатоотводчики III. Арматура пре- дохранительная и защитная Автоматическая Предохранительные клапаны Обратные клапаны IV. Арматура контрольная Приводная Автомати- ческая Пробные и спускные вентили Указатели уровня Таблица 5. Область применения чугунной арматуры Давление среды (условное), МПа Температура среды (не выше), 0 С Условный проход (не более), мм ГОСТ и марка чугуна 1,6 300 80 ГОСТ 1215-59 (не ниже марки кч-ЗО-б) 1,0 200 300 ГОСТ 1412-70 (не ниже марки 4- 15-32) 0,6 120 600 0,25 120 1600 26 Фланцевая арматура характеризуется наличием фланцев на входе среды в арматуру и на выходе из нее. Муфтовая арматура имеет внутреннюю резьбу на входном и выходном патрубках, при помощи которой арматура присоединяется к нарезанному на наружной поверхности концу трубы. В цапковой арматуре имеется наружная резьба на входном патрубке, с по- мощью которого арматура вворачивается в резьбу на конце трубы. Приварная арматура характерна тем, что торцы обоих ее патрубков обра- батываются под сварку с трубами. Резьбовая (муфтовая и цапковая) арматура применяется при низких пара- метрах среды и малых диаметрах прохода. Таким образом, в современных энергетических установках используются только приварная и фланцевая арматура. Приварная арматура в области высокого давления среды почти полностью вытеснила фланцевую по той причине, что в сварных стыках появление не- плотных мест является весьма редким явлением, а как известно, неплотность фланцевых соединений - их основной недостаток. Для ремонта арматуры дос- таточно часто приходится вынимать ее из трубопровода. Эта операция при ис- пользовании приварной арматуры вызывает необходимость ее вырезки, что, естественно, является отрицательной особенностью. Очевидно, что к качеству конструкции, изготовления и эксплуатации приварной арматуры следует предъявлять особо строгие требования. В зависимости от материала корпуса арматуры наружные необработанные поверхности (корпус, крышка, сальник) окрашиваются в отличительные цвета: Сталь углеродистая ……………………… Серый Сталь легированная………………………..Синий Сталь кислотостойкая и нержавеющая…Голубой Чугун серый, ковкий и др…………………Черный В зависимости от материала уплотнительных поверхностей деталей затво- ра арматура имеет следующую дополнительную окраску маховика или рычага: Бронза или латунь ....…………………………Красный Сталь кислотостойкая и нержавеющая ……. Голубой Сталь нитрированная или твердые сплавы ...Фиолетовый Баббит .........…………………………………. Желтый Алюминий……………………………………Алюминиевый Резина…………………………………………Коричневый Эбонит .........………………………………… Зеленый Пластмасса .......…………………Серый с синими полосками по периметру 27 Без колец.......……………………Цвет окраски корпуса и крышки Каждому типоразмеру арматуры присваивается шифр, состоящий из бук- венных и цифровых обозначений. Согласно принятому обозначению арматура имеет следующиечетыреус- ловные характеристики: Первая характеристика в обозначении изделия указывает наименование арматуры в виде двух следующих цифр: Спускной кран .........……………………………………..…………10 Кран для трубопровода…………………………………………….11 Указательуровня……………………………………………………12 Вентиль………………………………………………………………14 и 15 Обратный подъемный и приемный клапаны………………………16 Предохранительный клапан………………………………………...17 Редукционный клапан .………………………………………......... 18 Обратный поворотный клапан ......……………………………….. 19 Клапан, регулирующий давление или уровень………………….. 25 Задвижка .................………………………………………………... 30 и 31 Затвор……………………………………………………………….32 Инжектор……………………………………………………………40 Конденсатоотводчик………………………………………………45 Вторая характеристика в обозначении арматуры указывается в зависимо- сти от материала, применяемого для изготовления корпуса, а именно: Стальуглеродистая………………………………с Сталь легированная и нержавеющая ………….. нж Чугун серый ……………………………………… ч Чугун ковкий ……………………………………..кч Бронза, латунь ...............…………………………. б Алюминий…………………………………………а Винипласт…………………………………………вп Пластмассы (кроме винипласта)…………………п Третья характеристика в обозначении - цифры, помещенные после букв, указывают на конструктивные особенности привода, в частности: Механический привод с червячной передачей … 3 Привод с цилиндрической передачей ……………4 Привод с конической передачей ………………… 5 Пневматический привод …………………………. 6 Гидравлический привод ………………………….. 7 Электромагнитный привод ………………………..8 28 Электрический привод …………………………….9 Четвертая характеристика в обозначении арматуры указывает материал, из которого выполнены уплотнительные поверхности: Бронза, латунь …………………………………….бр Кислотостойкая и нержавеющая сталь………….нж Нитрированная сталь …………………………….нт Арматура с уплотнительными кольцами, выполненными непосредственно на самом корпусе или затворе, имеет обозначения «бк» (без колец). Если арматура имеет внутреннее покрытие, материал внутреннего покры- тия обозначается: эмалирование - эм, освинцование - cв, футерование пласт- массой - п. Условное обозначение изделия дополняется римской цифрой, указываю- щей различные варианты конструктивного исполнения основного вида изделия, а также выполнение его из другого материала. Пример условного обозначения арматуры: 15кч22нж. Здесь 15 - вентиль, кч - корпус выполнен из ковкого чугуна, 22 - конструкция вентиля, нж - уплотнительные поверхности выполнены из нержавеющей кислотостойкой ста- ли. 10. Компенсация тепловых удлинений трубопроводов Трубопроводы тепловых электростанций из-за теплообмена между транс- портируемой средой и стенками труб при эксплуатации нагреваются и удлиня- ются. Поскольку трубопроводы имеют большую протяженность, их суммарное удлинение может достигать значительных величин. Удлинение трубопровода при нагреве зависит от его геометрической дли- ны, температуры среды, коэффициента линейного расширения материала тру- бопровода и определяется по следующей формуле, мм: 100 Lkt l = ∆ , где L - длина трубопровода, м; k - коэффициент линейного расширения 1 м трубы при нагреве ее на 100°С, x 10 2 мм/(м ⋅°С); t - температура среды, °С. При неподвижном закреплении трубопровода в двух точках и его тепло- вом расширении в металле труб возникают напряжения. Усилия, возникающие при увеличении длины трубопровода и при отсутствии элементов, уменьшаю- 29 щих или воспринимающих эти усилия, достигают значительных размеров и мо- гут привести к деформации или разрушению линии трубопровода. Напряжение, возникающее в материале трубопровода при тепловом расширении, определяется по закону Гука: σ = Ei , где Е - модуль упругости; i - относительное удлинение или сокращение перво- начальной длины трубы, равное: i = σ∆t, где ∆t - величина изменения температуры стенки трубы. Усилие, возникающее при изменении температуры в прямолинейном участке трубопровода, не имеющего компенсационных устройств, определяется по формуле: Р=ЕiF, где F - площадь поперечного сечения трубы. Компенсация тепловых удлинений за счет упругого сжатия прямой тру- бы, закрепленной между двумя неподвижными опорами, не может быть приме- нена из-за больших усилий, передаваемых на неподвижные опоры и элементы трубопровода. Значение этих усилий не зависит от расстояния между непод- вижными опорами и определяется по формуле: N=0,76(D H -S)S(t p -t 0 ), где D H - наружный диаметр трубы; S – толщина стенки трубы; t p - расчетная температура трубопровода; t о - температура, при которой трубопровод был за- креплен в неподвижных опорах. Пример: Усилие от трубы диаметром 245 ×20 мм на неподвижные опоры при t =540°С и t о = 0 равно: N=0,76(245-20) ⋅20⋅540==1 846800 Н. Как видно из приведенного примера, усилие, возникающее при измене- нии длины трубопроводов и при отсутствии элементов, уменьшающих или вос- 30 принимающих его, может привести к деформации или разрушению трубопро- вода. Поэтому трубопроводы вне зависимости от назначения и параметров должны быть спроектированы и смонтированы таким образом, чтобы они име- ли возможность расширяться и укорачиваться при охлаждении. Тепловые расширения трубопроводов могут быть скомпенсированы эла- стичностью самого трубопровода. В случае, когда кроме прямых участков меж- ду неподвижными опорами имеются отводы, тепловые расширения трубопро- вода могут быть скомпенсированы отводами и компенсаторы не устанавлива- ются (рис. 2). Когда же прямые участки между двумя неподвижными опорами имеют значительную длину и недостаточную компенсацию, необходимо уве- личивать гибкость линий этого участка путем выбора для него другой трассы с поворотами труб и применением отводов, изменения радиусов гиба труб или перенесения мест установки неподвижных креплений. Увеличение естествен- ной гибкости является самым лучшим способом компенсации тепловых расши- рений трубопроводов. Совершенно недопустимы подключения к главной магистрали прямых участков трубопроводов, которые не имеют самокомпенсации. При отсутствии гибкости в ответвлениях могут возникнуть опасные напряжения в местах под- ключения труб к главной магистрали. Ответвления от магистрали выполняются при помощи колен с большими радиусами гибов, они должны иметь длинные прямые участки, способные воспринимать тепловые удлинения за счет упруго- сти этих участков. Рис. 2. Самокомпенсация трубопроводов: а - трубопровода, расположенного в одной плоскости; б - трубопровода, расположенного в пространстве. 31 При невозможности компенсировать тепловые удлинения трубопроводов за счет изменения трассы трубопровода устанавливают компенсаторы различ- ных типов и конструкции в зависимости от параметров среды. Компенсаторы не устанавливаются на трубопроводах, по которым транс- портируется среда с температурой, не превышающей 80°С. Удовлетворитель- ная работа указанных трубопроводов объясняется возможностью поглощения небольших тепловых удлинений за счет упругого сдвига прямых участков тру- бопровода и нежесткого его закрепления в опорах [2]. Ответвления от магистральных паропроводов всех параметров, как прави- ло, выполняются так, чтобы они не препятствовали компенсации тепловых рас- ширений магистралей. В настоящее время для компенсации тепловых расширений трубопроводов применяют следующие типы компенсаторов: 1) П-образные компенсаторы из гнутых труб для любых давлений, темпе- ратур и сред; 2) линзовые компенсаторы для параметров, не превышающих 0,7 МПа и 300 °С, в основном на участке, где необходимо компенсировать продольные изменения при подключении трубопроводов к оборудованию; 3) сальниковые компенсаторы для давлений, не превышающих 1,6 МПа, и температур не более 300°С. Для того чтобы правильно выбрать тип и размеры компенсатора, необхо- димо произвести расчет трубопровода на компенсацию, которая заключается в определении: величин напряжений, возникающих в трубопроводе при упругой компенсации температурных удлинений; опорных реакций и моментов; смеще- ния оси трубопровода в промежуточных точках между неподвижными опорами и холодного натяга трубопровода. Расчет компенсации производится проектной организацией при проекти- ровании трубопровода. П - образные компенсаторы (рис. 3) бывают трех типов, различающихся между собой по соотношению длины прямой вставки плеча р и длины прямой вставки вылета h (рис. 4). Компенсаторы первого типа имеют большой вылет p=0,5h, второго типа - средний вылет р=h, третьего типа - с малым вылетом р=2h. Линзовые компенсаторы (рис. 5) применяются для компенсации тепло- вых удлинений прямых участков трубопроводов с использованием компенсато- ров в качестве шарниров (рис. 6), а также осевой деформации участков ломаной трассы. Линзовые компенсаторы изготовляются с одной, двумя и тремя линза- ми, с рубашкой или без рубашки. С большим числом линз они не применяются 32 из-за того, что их жесткость в поперечном направлении недостаточна. Рубашка ставится для уменьшения гидравлического сопротивления и приваривается к трубе со стороны входа среды. Если компенсаторы воспринимают только осевые нагрузки, то они ставят- ся с рубашкой, а если работают на изгиб, то без рубашки и на них ставятся две тяги, располагаемые в плоскости, перпендикулярной плоскости поворота. Под гайки тяг (рис. 5, в) ставят по одной конической 1 и одной сферической 2 шайбе для того, чтобы гайки не препятствовали повороту компенсатора в поперечном направлении. Рис. 3. Схема работы П-образного компенсатора. Рис. 4. Характерные размеры П-образных компенсаторов. 33 Линзовые компенсаторы в зависимости от диаметров трубопроводов и температуры протекающей среды применяются на давления [3]: D y , мм t, 0 С р, МПа 100 - 1400 ≤300 0,6 100 - 400 200 0,7 700 <200 0,4-0,5 Параметры среды и диаметры трубопроводов, на которых устанавливаются линзовые компенсаторы, могут быть увеличены при условии применения более прочных сталей для их изготовления. Компенсирующая способность однолин- зового компенсатора составляет для D y 200 мм - 16 мм, D y 250 - 400 мм - 12 мм, D y от 450 мм и выше - 10 мм. Линзовые компенсаторы удобны тем, что имеют небольшие габариты вдоль оси трубы и занимают мало места. Основными их недостатками являются малая компенсирующая способность, ограниченность применения по давлению и значительное сопротивление проходу среды. Они применяются обычно на циркуляционных трубопроводах, конденсатоотводах и паропроводах отбора пара. Сальниковые компенсаторы (рис. 7) могут применяться на всех трубопро- водах, не связанных со средами повышенной опасности. В теплоэнергетике они применяются в основном на теплофикационных и циркуляционных трубопро- водах. Сальниковые компенсаторы бывают односторонние и двусторонние. Двухсторонние сальниковые компенсаторы имеют в 2 раза большую компенси- рующую способность по сравнению с односторонними соответствующих ус- ловных диаметров. Пределы применения сальниковых компенсаторв этих ви- дов приведены в таблице 6. Расчетная компенсирующая способность сальниковых компенсаторов принимается за вычетом запаса на непредвиденные увеличения тепловых удли- нений трубопроводов, которая для односторонних компенсаторов составляет [3]: 10 мм…………. Dу 200 мм 20 мм…………. Dу 300 мм 30 мм…………. Dу 400 мм Для двусторонних компенсаторов запас принимается в 2 раза больше соот- ветствующего запаса для одностороннего компенсатора. 34 а) б) в) Рис. 5. Линзовые компенсаторы: а – без рубашки; б – с рубашкой; в – со стяжками. 35 Рис. 6. Использование линзовых компенсаторов в качестве шарниров. Рис. 7. Сальниковый односторонний компенсатор: 1 - труба; 2 - грундбукса; 3 - корпус; 4 - уплотнительное кольцо; 5 - контрбукса; 6 - ограни- чительное кольцо; 7 - болт с Т-образной головкой; 8 - упор. 36 Таблица 6. Пределы применения сальниковых компенсаторов р раб (наибольшее) при температуре среды до, °С D у , мм р у , МПа 200 250 300 Односторонние 100—350 1,6 1,6 1,5 1,3 400—700 2,0 2,0 1,8 1,6 800—1000 1,6 1,6 - - Двусторонние 100—150 1,6 1,6 1,5 1,3 400-700 2,0 2,0 1,8 1,6 Сальниковые компенсаторы имеют небольшие габариты и способны вос- принимать значительные тепловые удлинения трубопроводов. Недостатками сальниковых компенсаторов являются ненадежность работы сальникового уп- лотнения и ограниченная область применения по давлению и температуре. Неполадки в работе сальниковых компенсаторов происходят чаще всего из-за неправильной центровки элементов компенсаторов между собой и ком- пенсаторов с трубами, а также небрежной установки направляющих опор и не- равномерного износа деталей. |