Расчет котлов и котельных установок

Трубопроводы и арматура

Производство металлорукава

Трубопроводы — это система соединенных между собой труб для транспортирования газообразной и жидкой среды. По назначению и виду транспортируемой среды различают: паро-, нодо-, масло-, мазуто - и газопроводы, трубопроводы различных - ммических растворов; внутренние трубопроводы (в пределах оборудования, например в пределах котла, турбины, тепло­обменника и т. д.) и внешние. Последние соединяют различные

Типы оборудования на ТЭС и за ее пределами. Основные виды трубопроводов электростанции — это паропроводы от котла к тур­бине, паропроводы промежуточного перегрева пара, общестан­ционные паропроводы и водопроводы (различных назначений), паропроводы отборов пара, паропроводы от РОУ и редукционных установок, трубопроводы питательной воды, тепловых сетей и др.

В соответствии с правилами устройств и безопасной эксплу­атации трубопроводов пара и горячей воды трубопроводы (с ра­бочим давлением пара более 0,07 МПа или с температурой воды более 115 °С) по параметрам рабочей среды делят на четыре кате­гории (табл. 18).

При определении категории трубопровода за рабочие пара­метры принимают их номинальные значения (в паропроводах за котлом, в трубопроводах питательной воды за деаэратором) или максимальные (за соответствующим оборудованием).

Трубопроводы содержат: прямые участки, фасонные элементы, Дренажную систему и воздушники, опоры и подвески, компенса­торы, арматуру, контрольно-измерительную аппаратуру для опре­деления и регистрации параметров рабочей среды и состояния металла трубопроводов. Для контроля за тепловыми расшире­ниями на трубопроводах устанавливают указатели тепловых Удлинений (реперы) с соответствующими регистраторами. С целью предотвращения ожогов людей (при соприкосновении) и снижения

Рис. 77. Фасонные элементы трубопроводов

Рис. 78. Неподвижные опоры:

А — приварная; б — хомутовая; 1 — элемент опорного каркаса; 2 —> корпус опора. 3 — трубопровод; 4 — хомут; 5 —• упор (приваривается к трубе)

Тепловых потерь трубопроводы снаружи покрывают изоляцией.

Для станционных трубопроводов применяют (в зависимости от параметров среды) трубы из углеродистой, низколегированной и легированной стали, а в некоторых случаях трубы из поли­этилена. Паропроводы высокого давления, трубопроводы пита­тельной воды и некоторые другие изготовляют из бесшовных труб более высокой надежности по сравнению со сварными.

Фасонными элементами (рис. 77) трубопровода являются: поворотные колена 1, которые изменяют направление потока рабочей среды, тройники 2 и развилки 3, предназначенные для разделения или сборки потоков, переходы 4, устанавливаемые в местах сопряжения труб различных диаметров с целью измене­ния скорости.

Опоры и подвески служат для восприятия массовых нагрузок (трубопровода и протекающего по нему рабочего тела, арматуры, изоляции и других расположенных на нем устройств), статиче­ских, динамических и термических нагрузок.

Опоры могут быть подвижными и неподвижными. Неподвиж­ные опоры (рис. 78) воспринимают практически все перечисленные виды нагрузок. В зависимости от способа крепления трубы 3 к опоре 1 их выполняют приварными (рис. 78, а) или хомутовыми

(рис. 78, б).

Подвижные опоры (рис. 79) воспринимают преимущественно

Весовые нагрузки от трубопровода 3 и обеспечивают плоскостное или пространственное перемещение трубопроводов и каркаса опо­ры 2 по опорной плите 1. По способу обеспечения перемещения раз­личают скользящие (рис. 79, а), не привариваемые к опорному каркасу 1, шариковые, катковые (рис. 79, б) и пружинные (рис. 79, в).

Подвески трубопроводов (рис. 80) выполняют в виде тяг 3, соединяемых непосредственно с трубами 5 через косынки 4 или с помощью хомутов 6, или через пружинные блоки 8. Шарнирные соединения 2 обеспечивают линейные перемещения трубопрово­дов 5. Направляющие стаканы 9 пружинных блоков, приваренные к опорным пластинам 10, позволяют исключить поперечный прогиб пружин. Натяжение подвески обеспечивается с помощью гаек.

Компенсаторы и самокомпенсирующиеся трубопроводы умень­шают тепловые напряжения, возникающие при нагреве или охла­ждении трубопроводов. Самокомпенсирующиеся или «гибкие» трубопроводы — это такие, в которых удлинения воспринимаются изгибами или коленами (в том числе П-образными). Поэтому трубопроводы выполняют, как правило, со значительным количе­ством гибов и петель. В первую очередь это относится к трубопро­водам с высоким давлением среды (более 6,4 МПа) и диаметром труб менее 0,4 м.

В трубопроводах меньшего давления и больших диаметров применяют гофрированные компенсаторы — устройства, основным элементом которых является обечайка изогнутой формы. Иногда

Рис, 81. Формы гофр компенсаторов: а — линзового; б — волнистого; в — сильфонного

(например, в тепловых сетях) устанавливают сальниковые ком­пенсаторы. По форме гофр различают линзовые, волнистые и сильфонные компенсаторы (рис. 81). На компенсаторах пред­усматривается установка натяжных устройств для холодной растяжки и кожухов для защиты от повреждений и нанесения тепловой изоляции.

По виду деформации компенсаторы делят на поворотные с пло­скими (рис. 82, а) и пространственными (рис. 82,6) шарнирами и осевые (рис. 82, в, г). В шарнирных компенсаторах находятся соединенные с трубами 1 поворотные (относительно осей 3) уст­ройства 4.

По действующим нагрузкам компенсаторы делят на неразгру­женные и полуразгруженные. В неразгруженных компенсаторах распорные усилия от давления рабочего тела полностью пере­даются на гофры 2, а затем на неподвижные опоры и основания. В полуразгруженных (гидравлических или механических) ком­пенсаторах создается уравновешивающая сила транспортирующей средой, например, путем двустороннего ее воздействия на пере городку 5 камеры 6 (рис. 82, г) или с помощью натяжных уст­ройств 7 (рис. 82, s).

Осевые компенсаторы обеспечивают возможность продольного теплового удлинения труб, угловые и поворотные компенсаторы допускают еще одноплоскостный или пространственный поворот. При этом уменьшаются изгибающие моменты, действующие на трубопровод. С помощью компенсаторов можно получить более компактную трассировку трубопроводов.

Каждый участок трубопровода между неподвижными опорами должен быть рассчитан на компенсацию тепловых удлинений.

Зозникающее тепловое удлинение А/ трубопровода между сосед­ними неподвижными опорами на длине I зависит от разности температур Гр его стенки в рабочих условиях и Тм при монтаже й от коэффициента at линейного теплового расширения:

M^at(Tp-T№)l.

Число гофр яг в компенсаторе определяется компенсирующей способностью гофра Д/г и его монтажной растяжкой А/мр:

Пг = Д//(Д/Г+дгмр).

Контрольно-измерительные устройства контролируют соответ­ствие тепловых перемещений отдельных участков трубопроводов расчетным значениям. Специально устанавливаемые индикаторы (реперы) фиксируют перемещения. С помощью индикаторов можно отмечать и регистрировать перемещения (линейные, пло­скостные и пространственные). Реперы крепят на трубопроводах. В простейшем случае они представляют собой штыри — указа­тели, перемещающиеся с элементами трубопровода вдоль за­крепленных на специальном каркасе рамок с градуированными пластинами.

Для контроля и измерения давления и температуры среды на трубопроводах предусматриваются штуцера с импульсными линиями к приборам или гильзы для различных термометров, термопар и т. д.

Расход среды контролируют с помощью мембран или сопл, имеющих внутренний диаметр меньше диаметра трубопровода. Штуцера с импульсными линиями присоединяют до мембраны и после нее или до сопла и в его наиболее узком сечении. При установке измерительных устройств следует учитывать возможное искажающее влияние на показания приборов близко располо­женных элементов трубопровода (гибов, арматуры и т. д.).

Дренажи, продувки и воздушники устанавливают на горизон­тальных участках паропроводов. Здесь может накапливаться Конденсат (например, при прогреве трубопроводов или при ло­кальном охлаждении, нарушении изоляции и т. д.), что может вызвать температурную неравномерность по периметру и толщине труб, а следовательно, дополнительные напряжения. Кроме того, при останове оборудования часто возникает необходимость пол­ного удаления рабочей среды из трубопроводов. В соответствии с установленными правилами горизонтальные участки трубопро­водов следует прокладывать с уклоном не менее 0,002, а в нижних точках каждого отключаемого задвижками участка предусматри­вать дренаж (на трубопроводах с водой — системы опорожнения), Т. е. устанавливать сливной штуцер с арматурой. В ряде случаев Дренаж выполняют и йа гофрах компенсаторов.

В верхних точках трубопроводов предусматриваются также Штуцера с запорной арматурой (воздушники) для отвода воздуха Из них, например, при заполнении трубопровода рабочим телом.

На ТЭС часто возникает необходимость прогревать трубо­проводы, особенно паропроводы, при отключении некоторого оборудования, например при пуске энергоблока (до включения турбины и др.). По трубопроводам приходится пропускать рабочее тело с постепенным повышением его параметров. Поэтому перед запорными органами устанавливают оборудование продувок, т. е. трубопроводы определенного (зависящего от расхода среды) сече­ния с запорной арматурой. Часто дренажные и продувочные устройства и воздушники соединяют в единую дренажно-про - дувочную систему.

Арматуру размещают на трубопроводах или сосудах для управления потоками рабочей среды путем изменения площадей проходных сечений с помощью перемещения (поворота) рабочего органа (затвора).

Рассмотрим устройство клапана (рис. 83). Он состоит из кор­пуса 1 с крышкой 4, рабочего органа — затвора (золотника) 3, перемещающегося при регулировании относительно неподвижно установленного (или выточенного) в корпусе седла 2. Между корпусом и крышкой помещают прокладки.

Золотник 3 приводится в движение через шпиндель (шток) 5 вручную (с помощью маховика 6) или электродвигателем через специальную систему перемещающихся (поворотных) шарнирно - соединенных тяг. С целью устранения протечек рабочей среды, возникающих в зоне прохода шпинделя через корпус, применяют^ устройство уплотнения (герметизации). Уплотнение выполняют с помощью сальниковой набивки 8 (рис. 83, а), установкой в со­членениях прохода шпинделя через корпус сильфонных коробок 10 (рис. 83, б) или расположением эластичных мембран 11 (рйс. 83, в) между золотником и седлом, отделяющих полость с рабочей средой от золотника со шпинделем.

Соединение арматуры с элементами трубопровода может осу­ществляться сваркой (приварная арматура), с помощью фланцев (фланцевая), муфт (внутренняя резьба в арматуре) или цапф (наружная резьба). На ТЭС устанавливают как правило, привар­ную арматуру, как более надежную.

По назначению различают арматуру: запорную, предназна­ченную для перекрытия потока среды; регулирующую, изменя­ющую расход среды; распределительно-смесительную, распре­деляющую среду по определенным направлениям или смешива­ющую потоки; предохранительную, предназначенную для защиты оборудования при отклонении параметров рабочего тела от до­пустимых пределов; обратную, автоматически предотвращающую обратное движение среды; фазораспределительную, обеспечива­ющую автоматическое разделение рабочего тела по фазовому состоянию.

По перемещению рабочего органа запорно-регулировочной арматуры относительно потока можно выделить задвижки (рис. 84, а), клапаны (см. рис. 83), краны (см. рис. 84, б) и затворы (рис. 84, в).

В задвижках затвор 1 совершает возвратно-поступательное движение перпендикулярно оси потока рабочей среды, в клапа­нах — соосно потоку. В кранах регулирующий орган 2 поворачи­вается вокруг своей оси, перпендикулярной оси потока. В затво­рах ось регулирующего органа не совпадает с осью потока.

Следует отметить, что задвижки по сравнению с клапанами имеют меньшее гидравлическое сопротивление. Их широко при­меняют в трубопроводах больших диаметров. К запорной регули­рующей арматуре относят также конденсатоотводчики, регуля­торы уровня и др.

Наиболее распространенным видом предохранительной арма­туры являются импульсно-предохранительные устройства, состоящие (для Ру > 3,9 МПа) из главного предохранительного Клапана, вспомогательного импульсного устройства и электро - Контактного манометра; обратные клапаны и затворы.

О)

Рис. 84. Арматура

Проектирование трубопроводов начинают с разработки схемьГ

Их трассировки. Затем производят компоновку трубопроводов с тепломеханическим оборудованием: выбирают их диаметры на основе технико-экономических расчетов; разрабатывают схемы и способы компенсации тепловых удлинений, продувок и дрена­жей; проводят расчеты на самокомпенсацию трубопроводов, креплений, гидродинамические, прочностные, тепловой изоляции; выбирают арматуру. Расчет трубопроводов на прочность проводят согласно нормам расчета элементов котлов на прочность.

При выборе материалов и типоразмеров отдельных элементов трубопроводов, проведении расчетов, при трассировке трубопро­водов руководствуются нормативными материалами: ГОСТами, отраслевыми стандартами (ОСТами), техническими условиями, руководящими техническими материалами (РТМ), а также дан­ными справочно-методической литературы.

Выбор отдельных элементов трубопроводов осуществляют по условному проходу и давлению среды. Под условным проходом Dy понимают номинальный внутренний диаметр присоединяемого трубопровода (мм). Различают условное, рабочее и пробное да­вление. Под условным давлением ру принимается наибольшее избыточное давление среды при температуре 293 К, при котором допустима длительная работа элементов трубопровода с задан­ными, обоснованными расчетами, размерами и выбранными ма­териалами (и их характеристиками прочности при 293 К).

Под рабочим давлением понимают наибольшее избыточное давление, при котором обеспечивается заданный режим зксплу - 124

Л

Атации арматуры и деталей трубопроводов. Под пробным давле­нием Pup следует понимать избыточное давление, при котором должно проводиться гидравлическое испытание элементов трубо­провода на прочность и герметичность при температуре 278— 343 К или другой, определенной нормативно-технической доку­ментацией.