МАШИНОСТРОЕНИЕ

ТРУБОПРОВОДЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Основное назначение трубопроводов - транспортирование газообразных, парообраз­ных и жидких продуктов. В зависимости от назначения и территориального расположения различают магистральные и технологические трубопроводы. К магистральным относятся газо - и нефтепроводы, по которым транспорти­руют продукты от места добычи к месту по­требления и переработки. К технологическим относятся трубопроводы, расположенные в пределах предприятия и транспортирующие различные вещества, в том числе, сырье, полу­фабрикаты, конечные продукты и отходы про­изводства, необходимые для ведения техноло­гического процесса или являющиеся его ко­нечными продуктами или отходами. В зависи­мости от расположения по отношению к обору­дованию технологические трубопроводы могут быть внутренними и внешними. Внутренние трубопроводы расположены внутри агрегата и связывают в единое целое его элементы (аппа­раты, компрессорные машины и др.). Внешние трубопроводы связывают отдельные агрегаты в единый производственный комплекс.

Ниже рассмотрены вопросы, относящиеся только к технологическим трубопроводам вы­сокого давления.

В химической промышленности суммар­ная длина технологических трубопроводов высокого давления достигает десятков кило­метров, а их стоимость составляет до 20...25 % стоимости всего оборудования. Основные тре­бования при проектировании трубопроводов - их надежность и минимальные затраты при изготовлении и эксплуатации. Требования к надежности и безопасной эксплуатации трубо­проводов высокого давления содержатся в ПБ 03-585-03.

При эксплуатации на трубопроводы дей­ствуют различные нагрузки. Давление транс­портируемой среды вызывает в материале тру­бопровода преимущественно напряжения рас­тяжения. Нагрузки от массы труб, транспорти­руемой среды, тепловой изоляции, распреде­ленные по длине, а также сосредоточенные нагрузки от массы арматуры и реакции опор вызывают напряжения изгиба и кручения. Компенсационные нагрузки от температурных деформаций вызывают напряжения растяже­ния, изгиба и кручения. В период монтажных работ трубопроводы испытывают нагрузки от давления гидроиспытаний, при пуске - нагруз­ки от неравномерного прогревания. Кроме того, возникают нагрузки от защемления тру­бопроводов в опорах или чрезмерного трения в них.

Нагрузки от давления транспортируемой среды относятся к внутренним, все остальные нагрузки являются внешними. Внутреннее давление считается основной нагрузкой, ос­тальные - дополнительными. Толщины стенок элементов трубопроводов определяют при рас­чете на прочность от действия внутреннего давления. Расчеты трубопроводов в целом, с учетом всех нагрузок, действующих при экс­плуатации, выполняют в процессе проектиро­вания с учетом конфигурации трассы, опор и их конструкции. При этом определяют и на­грузки от трубопроводов на штуцеры соеди­няемых элементов (аппаратов, компрессорного оборудования и др.). Эти сложные расчеты выполняют с использованием компьютерной техники по специальным программам, что по­зволяет достичь оптимальной металлоемкости при обеспечении надежности трубопроводов.

Проектирование трубопроводов высокого давления сводится к подбору отдельных стан­дартизованных элементов. Государственные стандарты на элементы трубопроводов основа­ны на двух характеристиках: условном проходе

Dy и условном давлении Ру. Для конкрет­ных установок химических производств разра­ботаны отраслевые стандарты. В последних отраслевых стандартах в качестве основной характеристики принято не условное, а рабочее давление. Это сделано для исключения излиш­них запасов прочности и удобства использова­ния нормативных документов. Отраслевые стандарты включают номенклатуру материалов и деталей, не вошедших в государственные стандарты, но необходимых для изготовления конкретных установок.

Под условным проходом Dу понимают

Величину, характеризующую внутренний диа­метр элемента трубопровода (в мм) и не обяза­тельно совпадающую с его действительным внутренним диаметром.

Согласно ГОСТ 356 рекомендуется при­нимать следующие условные проходы, мм: 3; 6: 10; 15; 20; 25; 32; 40; 50; 65; 80; 100; 125; 150; 200; 250: 300; 400; 500 и 600.

Условное давление ру - это наибольшее

Избыточное давление при температуре среды 20 °С. при котором допустима длительная ра­бота деталей трубопровода с заданными разме­рами, обоснованными расчетом на прочность при выбранных материалах и их прочностных характеристиках, соответствующих температу­ре 20 °С. Для трубопроводов высокого давле­ния рекомендуются значения условного давле­ния принимать из следующего ряда, МПа: 1,00; 12.5; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80 и 100.

Значения условного, рабочего и пробного давлений для деталей трубопроводов высокого давления, изготовленных из сталей различных марок, приведены в табл. 8.2.1 и табл. 8.2.2. При определении условного давления по рабочему давлению, не указанному в табл. 8.2.1, допуска­ется превышение рабочего давления по сравне­нию с его ближайшим значением, не более чем на 5 %. Если рабочее давление превышает при­веденные в табл. 8.2.1 значение более чем на 5 %, то условное давление принимают по сле­дующей более высокой ступени.

Температуру среды принимают равной температуре, при которой происходит дли­тельная эксплуатация изделия, без учета крат­ковременных отклонений, допускаемых соот­ветствующими стандартами или нормативно- технической документацией.

Значения рабочего давления и температу­ры не должны выходить за пределы примене­ния, установленные Правилами Госгортехнад­зора России для различных материалов трубо­проводов.

При известных условном проходе и номере исполнения по ГОСТ 22791 - ГОСТ 22826 выби­рают требуемую деталь (колено, тройник и др.). Для труб и деталей трубопроводов, работающих в условиях пульсации давления, переменных тем­ператур, повышенных вибраций, частых гидрав­лических ударов, специфических свойств среды, рабочее давление следует определять с учетом поправочных коэффициентов и дополнительных прибавок к толщине стенки труб и деталей.