Трубопроводы ТЭС. Тепловых электрических станций
 Скачать 0.78 Mb.
|
|
11. Соединения элементов трубопроводов Соединения трубопроводов могут быть разъемными и неразъемными. Не- разъемные соединения осуществляются с помощью сварки. Разъемные соеди- нения разделяются на фланцевые и резьбовые. В настоящее время основным видом соединения всех элементов трубопро- водов между собой и подсоединения их к оборудованию являются сварные со- единения. Данный вид соединения надежен в эксплуатации, прост по кон- струкции и обслуживанию. Резьбовые соединения применяются только на трубопроводах, выполнен- ных из газоводопроводных труб, в основном на трубопроводах технической во- ды, работающих при давлении до 1,6 МПа с Dу не более 100 мм. Фланцевые соединения до освоения сварки были основным видом соеди- нений всех категорий трубопроводов. В настоящее время фланцевые соедине- ния в станционных трубопроводах применяются либо в тех случаях, когда тре- буется иметь разъемный трубопровод (трубопроводы химводоочистки с анти- коррозийным покрытием, маслопроводы турбины и др.), либо в случаях при- 37 соединения трубопровода к фланцевой арматуре, фланцевым измерительным устройствам и оборудованию, имеющему фланец. Фланцевые соединения – ма- лонадежные элементы трубопроводов, особенно при высоких параметрах сре- ды, поэтому где это возможно, их заменяют сварными соединениями. Каждое фланцевое соединение состоит из фланцев, прокладки, болтов или шпилек с гайками и шайбами. Конструкция фланцевых соединений зависит от параметров транспортируемой среды по трубопроводу. Чем выше эти пара- метры, тем сложнее конструкция фланцевого соединения. Работа фланцевого соединения основана на том, что между двумя фланца- ми устанавливается прокладка, которая сжимается жесткими фланцами, стягиваемыми при помощи болтов или шпилек. Прокладка заполняет все неровности на уплотняющей поверхности фланцев и тем самым создает плотное соединение, препятствующее выходу среды из трубопровода. Для трубопроводов с повышенным давлением среды фланцы выполняются с впадиной и выступом, между которыми зажимается прокладка. Эти поверхности обрабатываются более гладко, прокладки из мягких материалов выбираются более тонкими, а на металлических прокладках делается больше зубцов или гофр. Это исключает возможность выдувания прокладок из соединений. Для станционных трубопроводов применяются фланцы плоские привар- ные (дисковые) и приварные встык (воротниковые). Плоские приварные фланцы (рис. 8) изготовляются на условное давление до 2,5 МПа и температуру не выше 300 0 С. а) б) в) Рис. 8. Плоские приварные фланцы: а - без выступа; б – с выступом; в – с выступом или впадиной. У плоских приварных фланцев па условное давление 1,6 и 2,5 МПа на зад- ней стороне, в месте приварки фланца к трубе, делается кольцевая фаска под углом 60° для повышения прочности сварного стыка. Поскольку у плоских 38 фланцев стык расположен в месте, испытывающем наибольшие напряжения при работе фланцевого соединения, то для более высоких давлений применя- ются фланцы приварные встык, у которых сварной стык расположен далеко от места концентрации напряжении. Основные типы фланцев приварных встык изображены на рисунке 9. Количество отверстий под шпильки или болты во фланцах, и заглушках кратно 4 и равно 4, 8, 12, 16 и т. д. При подборе размеров фланцев и заглушек по ГОСТ нужно иметь в виду, что они даны для каждого условного давления н что размеры фланцев на один и тот же условный диаметр, но для разных условных давлений могут отличать- ся. Например, фланец стальной приварной встык будет иметь на трубе с услов- ным диаметром 800 мм при р у =0,6 МПа, наружный диаметр 975 мм, при р у =1 МПа 1010 мм, при р у = 1,6 МПа 1020 мм, при р у =2,5 МПа 1075 мм. Рис. 9. Фланцы приварные встык: а - без выступа на условное давление 4 МПа и температуру до 450°С; б - с выступом; в - с выступом или впадиной на условное давление до 20 МПа и температуру до 530°С; г - с шипом или пазом на условное давление до 10 МПа и температуру до 530 о С; д - для присоединения трубопроводов меньшего давления к арматуре, изготовленной на более высокое давление. Для повышения плотности фланцевых соединений на зеркалах плоских фланцев вытачиваются концентрические канавки. Выступы и впадины па зер- калах фланцев обеспечивают правильное положение прокладки и препятствуют выдавливанию ее наружу. Если требуется обеспечить высокую плотность фланцевого соединения, применяют фланцы с уплотнительными поверхностя- ми типа «шип - паз» (рис. 9, г), а при установке арматуры более высокого дав- 39 ления на трубопровод, имеющий меньшее давление, - специальные фланцы (рис. 9, д). Для закрытия торца на конце трубопровода применяются фланцевые или приварные заглушки (рис. 10), а для отключения участков трубопровода, не за- конченных монтажом, или во время ремонта - поворотные заглушки (рис. 10, г). б) в) г) Рис. 10. Типы заглушек: а - фланцевые с соединительным выступом; б - приварные на высокое давление; в - привар- ные на низкое давление; г - поворотные. Для фланцев и заглушек на условное давление до 2,5 МПа применяются болты и гайки, а на условное давление до 4,0 МПа и более используются шпильки. Длина болтов и шпилек выбирается с таким расчетом, чтобы их кон- цы после затяжки выступали за гайку на две-три нитки резьбы. Шпильки имеют ряд преимуществ перед болтами: отсутствует концентрация напряжений, кото- рая возникает у болтов в местах перехода стержня в головку; имеется возмож- ность их установки в труднодоступных местах; обеспечивается более легкая разборка фланцевого соединения при заедании резьбы в гайке. Шпильки должны изготовляться с гладкой шейкой между участками резь- бы, которая обеспечивает равномерную упругую вытяжку шпильки во всех се- чениях. Шайбы под гайки ставятся для того, чтобы избежать задирания между опорной поверхностью гайки и фланца при завертывании гаек. Шайбы изготов- ляются из более мягкой стали. Марки сталей, а также ГОСТ на технические требования для болтов, шпи- лек, гаек и шайб в зависимости от параметров среды, транспортируемой трубо- проводами, должны применяться строго в соответствии с Правилами Госгор- технадзора. Качество фланцевого соединения зависит от материала, применяемого для изготовления прокладок, и от степени пригонки фланцев друг к другу. Назна- 40 чение прокладок состоит в заполнении неровностей на поверхности фланцев и создании плотности. При плохой пригонке фланцев происходит неравномерное зажатие про- кладки, вследствие чего легко образуются неплотности. Для полного уничто- жения неплотностей материал прокладки должен обладать удовлетворительной способностью к пластическим деформациям. К материалу прокладки предъяв- ляются следующие требования: 1) он должен иметь достаточную прочность и жесткость для восприятия внутреннего давления и температурных удлинений трубопровода, так как при отсутствии данного свойства прокладка может быть выжата давлением; 2) быть устойчивым против разъедающего действия среды, протекающей через трубопровод; 3) быть стойким в отношении температуры. В качестве материала прокладок фланцевых соединений в зависимости от от вида среды и ее параметров (давления и температуры) используются сле- дующие вещества: 1) Паронит, состоящий из 65% волокна асбеста, 12% синтетического кау- чука, 10% графита, 5% каолина и 5% других минеральных примесей. Парони- товые прокладки перед установкой необходимо смочить в горячей воде и нате- реть разведенным на масле графитом, в противном случае прокладки сильно прилипают к фланцам и при снятии часто разрываются. 2) Листовая фибра, которая является хорошим прокладочным материалом для воды, бензина, керосина, минеральных масел и щелочей. 3) Лен, не содержащий костры и грязи, применяется для уплотнения сты- ков водопроводных линий. Обычно он применяется в виде плоских плетенок, пропитанных смесью свинцового сурика с вареным маслом. 4) Металлические прокладки, изготовляемые из свинца, красной меди, алюминия, мягкой стали и нержавеющей стали. Металлические прокладки бывают зубчатые и линзовые (рис. 11). Для тру- бопроводов электростанций применяются только зубчатые прокладки. При затяжке фланцевого соединения с зубчатой прокладкой усилие вос- принимается небольшой площадью зубцов, благодаря чему создается большое удельное давление, вызывающее смятие верхней части зубцов, чем обеспечива- ется плотность прилегания прокладки и поверхности зеркала фланца. Для уп- лотнения соединения крышки с корпусом в арматуре высокого давления ста- вятся также гофрированные штампованные прокладки, изготовляемые из жести толщиной 0,3-0,5 мм с прослойкой из листового асбеста. 41 а) б) Рис. 11. Металлические прокладки: а - зубчатая; б - линзовая. Стальные зубчатые прокладки применяются для условных давлений 6,4 - 40 МПа и условных диаметров трубопроводов от 20 до 450 мм. Зубчатые про- кладки изготовляют из материала более мягкого, чем материал фланцев, так как при этом достигается лучшая плотность соединения. Обычно для их изготовле- ния применяют сталь марок 10 и 15, нержавеющую сталь, никель. 12. Опоры и подвески трубопроводов Надежная работа трубопровода во многом зависит от правильности выбора конструкции опор и подвесок и размещения их на трубопроводе. Расстояние между опорами и подвесками определяется в проекте в зави- симости от массы трубопровода и находящейся в нем среды, а также от жестко- сти трубы. Опоры и подвески должны воспринимать нагрузку от массы трубо- провода, среды, находящейся в нем, тепловой изоляции, усилия от теплового удлинения трубопровода, вибрации и гидравлических ударов, которые могут возникать в процессе эксплуатации. Опоры подразделяются на два основных типа: неподвижные и подвижные. Неподвижные опоры предназначаются для жесткого закрепления трубопровода к строительным элементам зданий или к иным жестким точкам и воспринима- ют на себя усилия, возникающие в трубопроводе от теплового расширения, гидравлических ударов и вибрации. Опоры данного типа должны удерживать трубопровод от продольного перемещения и воспринимать скручивающие уси- лия. Неподвижные опоры (рис. 12) выполняются хомутовыми в приварными. В хомутовых опорах труба закрепляется путем затяжки гаек на хомуте, в приварных трубах она приваривается к опоре. Хомутовые опоры включают в себя корпус 1 и хомут 2. Корпус приваривается к опорной конструкции 3. Удержание трубопровода от перемещения в продольном направлении обеспе- 42 чивается затяжкой хомутов и приваркой к трубе упоров 4, устанавливаемых вплотную к корпусу опоры. Подвижные опоры (рис. 13), поддерживая трубопровод, в то же время по- зволяют ему перемещаться в случае удлинения трубопровода при его нагреве. а) б) в) Рис. 12. Неподвижные опоры: а - хомутовая с корпусом; б - приварная; в - хомутовая бескорпусная. Опоры разделяются на горизонтальные и вертикальные в зависимости от расположения в пространстве соответствующих участков трубопровода. Подвижные опоры разделяются также по признаку видов перемещений, которые допускаются конструктивными особенностями опор. По этому при- знаку возможна следующая классификация: скользящие опоры, обеспечиваю- щие, перемещение трубопровода в горизонтальной плоскости, катковые, обес- печивающие перемещение трубопровода вдоль оси и шариковые пружинные опоры, обеспечивающие перемещение в горизонтальной плоскости и в верти- кальном направлении. При помощи опор трубопровод разбивают на несколько участков, причем на концах каждого из этих участков устанавливают неподвижные опоры, а ме- жду последними – подвижные. Применение такой схемы дает ясное представ- ление о величинах и направлениях расширения отдельных участков, благодаря чему появляется возможность выбрать и рассчитать компенсационное устрой- ство, воспринимающее температурное удлинение. Подвижные опоры рассчи- тывают на соответствующую весовую нагрузку, а также на усилия, создавае- мые трением при перемещении опоры. Неподвижные опоры рассчитывают на 43 б) в) Рис. 13. Подвижные опоры: а - хомутовая скользящая; б - катковая; в – шариковая пружинная; 1 - корпус; 2 - хомут; 3 - опорная плита; 4 - обойма с катками, перемещающимися вдоль тру- бы; 5 - обойма шариковая; 6 - пружина. весовую нагрузку и на те усилия, которые в них возникают при компенсации температурных расширений соответствующих участков. Кроме того, при рас- четах необходимо учитывать усилия, возникающие от трения в подвижных опорах горизонтальных трубопроводов, либо в вертикальных участках трубо- проводов в связи со сжатием или расширением пружин, широко используемых в подвижных опорах. Подвески трубопроводов подразделяются, на два основных типа: жесткие н пружинные. Длина тяг подвесок регулируется при монтаже с помощью гаек 1 (рис. 14, а) или талрепа 2 (рис. 14, б). Подвески могут крепиться к трубе через косынку 5, приваренную непо- средственно к трубе (рис. 14, б), или через накладку 4 (рис. 14, а). На трубопроводах для горячей среды применяются пружинные подвески, на трубопроводах для, холодной среды - жесткие. Если трубопровод имеет 44 большую массу, ставятся две пружины 5 на одном уровне (рис. 14, б). Для того чтобы подвеска не препятствовала перемещению трубопровода в горизонталь- ной плоскости при тепловом удлинении, на ней имеются шарнирные узлы 6. На рисунке 15 изображены два типа подвесок для вертикальных трубопроводов. Тяги подвесок крепятся к трубам с помощью плавников или с помощью лап. В остальном устройство этих подвесок такое же, как и подвесок для горизонтальных трубопроводов. Выбор пружин для опор и подвесок производится по двум характеристи- кам: величине компенсирующей способности и допускаемой нагрузке. По ве- личине компенсирующей способности пружины подразделяются на две группы с максимальной величиной сжатия 140 и 70 мм. Рис. 14. Подвески для горизонтальных трубопроводов: а - жесткая с гайкой; б - жесткая с талрепом; в - пружинная. На рисунке 16 изображены блоки пружин, применяемые в опорах и под- весках. В нижней опорной плите 1 имеются отверстия с резьбой, а в верхней плите 2 - гладкие (рис. 16, а) для установки монтажных шпилек, применяемых для предварительной стяжки пружин. К опорным плитам приварены направ- ляющие стаканы 3, не допускающие прогиба пружин в поперечном направле- нии. Регулирование высоты пружины производится с помощью гаек 4. 45 а) б) Рис. 15. Подвески для вертикальных трубопроводов: а – жесткая; б – пружинная с блоками пружин. а) б) в) Рис. 16. Блоки пружин: а – для опор; б – одинарный для подвесок; в – двойной для подвесок. 13. Мероприятия по обеспечению надежной работы трубопроводов Для обеспечения надежной работы трубопроводов необходимо, чтобы все элементы трубопровода были изготовлены из материалов согласно проекту трубопровода и выполнены технические условия на его изготовление и монтаж, согласно проекту установлены опоры и подвески, применены материалы, соот- 46 ветствующие параметрам среды, правильно установлена арматура, выдержаны уклоны трубопровода и дренажных устройств. Кроме того, трубопровод дол- жен иметь прочную тепловую изоляцию без оголенных мест. После окончания монтажа трубопровода необходимо правильно произве- сти его холодную растяжку, если она предусмотрена проектом. Трубопровод не должен иметь защемлений в опорах и в местах прохода через стены и перекрытия, а также должен быть правильно произведен натяг пружин подвесок и опор. Во время эксплуатации трубопровода параметры протекающей среды не должны превышать значений, указанных в проекте. Металл трубопроводов, транспортирующих среду с температурой 450°С и выше, должен систе- матически контролироваться по росту остаточных деформаций (ползучести), графитизации, структурных изменений. При установке опор и подвесок особое внимание необходимо обратить на закладные детали, находящиеся в железобетоне. Эти закладные детали должны иметь прочное крепление к основной арматуре конструкции. Особое внимание должно быть обращено на отсутствие защемлений в под- вижных и направляющих опорах. Жесткие и пружинные подвески не должны препятствовать тепловому расширению и работать на разрыв. Это достигается за счет правильной их установки и выбора длины тяг. Должна быть обеспечена достаточная несущая способность неподвижных опор и трубопровод должен быть надежно в них закреплен. При выполнении сварочных работ на ответственных узлах трубопроводов не рекомендуется сваривать стали разных структурных классов или значитель- но отличающихся по уровню легирования. Не следует приваривать трубы и де- тали трубопроводов к литым элементам корпусов арматуры и другого оборудо- вания. Следует приваривать в заводских условиях к корпусам арматуры и дру- гого оборудования патрубки, длина которых должна обеспечивать возможность проведения сварки и местной термообработки монтажных стыков. К патрубкам затем привариваются трубы. Сварные соединения следует выполнять без резких изменений сечений, вызывающих концентрацию напряжений, отказываться от подкладных колец и широко внедрять аргоно-дуговую сварку корня шва, а при возможности весь шов желательно заварить аргоно-дуговой сваркой. В сварных стыках трубопро- водов с толщиной стенки более 45 мм из сталей марок 12Х1МФ, 15Х1МФ из высокохромистых и аустенитных сталей при толщине стенки более 20 мм ре- комендуется снимать усиление шва до плавного сопряжения с основным ме- таллом. 47 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Глухенький Т.Е. Станционные трубопроводы, их изготовление и монтаж. - М.: Энергия, 1977. -414 с. 2. Есарев В.И. Компенсаторы для трубопроводов электростанций. -М.: Энергоатомиздат, 1983. -80 с. 3. Никитина И.К. Справочник по трубопроводам тепловых электростанций. - М.: Энергоатомиздат, 1983. -175 с. 4. Рудомино Б.В., Ремжин Ю.Н. Проекти- рование трубопроводов тепловых электростанций. -Л.: "Энергия", Ленингр. отд.-ние, 1970. 4. Смирнов Г.М. Трубопроводы тепловых электростанций: устройство и мон- таж. -М.: Энергия, 1979. -95с. 5. Щепетильников М.И. Трубопроводы тепловых электрических станций: Учеб- ное пособие / М.И. Щепетильников, В.И. Хлопушин; Иван. энерг. ин.-т им. В.И. Ленина, Кафедра тепловых электр. станций. -Иваново: [Б.и.], 1975. -112 с. 6. Каменицкая И.В. Арматура для трубопроводов тепловых электростанций. -М.: Энергия, 1977. 48 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………….3 1. Назначение и классификация трубопроводов………………………………….4 2. Факторы, влияющие на работу трубопроводов………………………………...8 3. Давления условные, рабочие и пробные………………………………………..9 4. Влияние среды с температурой выше 450°С на металл трубопровода…..….10 5. Материалы, применяемые для изготовления трубопроводов………………..13 6. Типы и размеры труб, применяемых для станционных трубопроводов.……15 7. Определение диаметра и толщины стенки труб………………………………17 8. Фасонные части трубопроводов………………………………………………..21 9. Трубопроводная арматура……………………………………………….……...23 10. Компенсация тепловых удлинений трубопроводов…………………………28 11. Соединения элементов трубопроводов……………………………………….36 12. Опоры и подвески трубопроводов…………………………………………….41 13. Мероприятия по обеспечению надежной работы трубопроводов………….46 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………….47 49 Калютик Александр Антонович Сергеев Виталий Владимирович ТРУБОПРОВОДЫ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ Учебное пособие Редактор … Технический редактор … Корректор … Директор Издательства Свод. темплан 2003 г. Лицензия ЛР № 020593 от 07.08.97 Сдано в набор … Подписано в печать … Формат 60х84/16. Печать офсетная. Усл. печ. л. … Уч.-изд. л. … Тираж … Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. Издательство СПбГПУ, член Издательско-полиграфической ассоциации вузов Санкт-Петербурга. Адрес университета и издательства: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая, 29. |