Перекачивающих станций (ПС) и нефтебаз

Длина трубопровода, свободно лежащего на опорах, меняется с изменением температуры стенки трубы в зависимости от температуры перекачиваемой жидкости и окружающей среды. Если концы трубопровода жестко закреплены, то от температурных воздействий в нем возникнут термические напряжения растяжения или сжатия. Возникшие в трубе термические напряжения вызывают в точках закрепления трубопровода усилия, направленные вдоль оси трубопровода и не зависящие от длины.

Термические напряжения могут достигать больших значений и приводить к разрушению трубопроводов, опор и арматуры. Поэтому предусматривается компенсация термических напряжений путем применения специальных устройств – компенсаторов. По конструкции они делятся на линзовые, сальниковые и гнутые (П-, Z- и лирообразные).

Линзовые компенсаторы изготавливают по нормалям МН 2894-62÷2908-62 ([64], стр. 79, рис. 5.10 и рис. 24 данного пособия) для компенсации деформации трубопроводов с диаметром условного прохода от 100 до 1200 мм с условным давлением до 6 кгс/см².

Они представляют собой гибкую вставку в трубопровод, состоящую из попарно сваренных линз, так что каждая пара образует волну высотой 50÷200 мм.

Компенсаторы выпускают одно-, двух-, трех- и четырехлинзовыми. Компенсирующая способность одной линзы колеблется от 7 до 16 мм ([64], стр. 80-81, табл. 56). Линзовые компенсаторы характеризуются герметичностью и малыми размерами, но применяются ограниченно ввиду малой компенсирующей способности и низкого допускаемого давления

(6 кгс/см² ).

Сальниковые компенсаторы по нормалям машиностроения МН2593-61 и МН2598-61 ([64], стр. 83, рис. 5.11; [11], стр. 206, рис. 117 и рис.25 данного пособия) изготовляют одно- и двусторонними из стальной трубы (сталь марки Ст3) на условное давление 16 кгс/см² для труб с диаметром условного прохода от 100 до 1000 мм. Сальниковые компенсаторы состоят из стального или чугунного корпуса и входящего в него стакана. Уплотнение между кор-

пусом и стаканом создается сальником. Для его набивки используют асбестовый прографиченный шнур по ГОСТ 1779-72 и термостойкую резину по ГОСТ 7338-77. Характеристика сальниковых компенсаторов приведена в [64], стр. 82, табл. 5.7. Для сальниковых компенсаторов требуется весьма точный монтаж. Перекосы присоединяемых трубопроводов вызывают заедание стакана и разрушение компенсатора. Сальниковые компенсаторы имеют большую компенсирующую способность (от 150 до 500 мм), но применяются ограниченно, так как недостаточно герметичны и требуют постоянного надзора за уплотнением сальников.

Рис.24 Линзовые компенсаторы:

а – однолинзовый; б – четырехлинзовый

1 – патрубок; 2 – полулинза; 3 – стакан; 4 – фланец; 5 – дренажная трубка

Рис. 25 Сальниковый односторонний компенсатор:

1 – фланец; 2 – стакан; 3 – нажимная втулка; 4 – уплотнительный элемент;

5 – корпус; 6 – опора; 7 – шпилька

Рис.26 Гнутые компенсаторы:

а – П - образный из бесшовных труб при нормальном радиусе гнутья и длине, равной

4÷ 6 диаметрам трубы; б, в – лирообразные соответственно гладкий и складчатый

Наибольшее применение для технологических трубопроводов на ПС получили гнутые гладкие П-образные компенсаторы ([11], стр. 207, рис. 118 и рис.26 данного пособия). Наружный диаметр, толщину стенки и марку стали труб для изготовления П-образных компенсаторов принимают такими же, как и для основных участков трубопровода. Гнутые компенсаторы пригодны для высоких давлений и герметичны. Недостатками их являются значительные размеры и сравнительно небольшая компенсирующая способность. Монтаж гнутых компенсаторов ведется с предварительной растяжкой на половину температурного удлинения трубопровода. Это позволяет вдвое увеличить компенсирующую способность компенсатора. Расчет П-образных компенсаторов ведется по номограмме в зависимости от теплового удлинения ([64], стр. 83, рис. 5.12; [11], стр. 208, рис. 119 и рис.27 данного пособия).

Рис. 27 Номограмма для определения вылета П – образных компенсаторов

Пример. Определить вылет и силу упругости (усилие жесткости) П – образного компенсатора для восприятия теплового удлинения ∆L = 118 мм трубы D = 127´13 мм.

Решение. На вертикальной оси ∆L отложить 118 мм. Провести горизонтальную линию до пересечения со штрих - пунктирной кривой 127´13, опустить вертикальную линию до горизонтальной оси. h = 2850 мм. Для определения силы упругости провести вертикальную линию до пересечения со сплошной кривой 127´13, от точки пересечения провести горизонтальную линию до вертикальной оси R_ж¢. R_ж ¢ = 315 к г с.

1 Наружный диаметр, толщину стенки и марку стали труб для изготовления П-образных компенсаторов принимают такими же, как и для основных участков трубопровода.

2 Определяется деформация трубы, т.е. изменение длины трубопровода в зависимости от теплового воздействия.

ΔL = ± α · L· (t _у - t _р), м,

где α – коэффициент линейного расширения металла, град.^-1 ([59], стр.153; [58], стр.199);

L – длина трубопровода, м;

t _у – температура укладки трубопровода, град;

t _р – рабочая температура трубопровода, град.

3 Определяется продольное напряжение в трубопроводе

σ_t = α · Е · (t _у - t _р), Па,

где Е – модуль упругости стали при растяжении, сжатии и изгибе трубы (модуль Юнга), Па (МПа) ([58], стр. 199; [59], стр. 153);

4 Определяется осевая (продольная) сила, возникающая в трубопроводе в результате термического напряжения

N = σ_t· F, Н (МН),

где F – площадь поперечного сечения материала трубы, м²

F = (π/4)·(D ² - d ² ), м²,

где D – наружный диаметр трубы, м,

d – внутренний диаметр трубы, м.

5 Определяется вылет компенсатора h в зависимости от теплового удлинения ΔL и размеров трубопровода по номограмме ([64], стр. 83, рис 5.12; [11], стр. 208, рис. 119).

6 Определяется сила упругости (усилие жесткости) R_ж¢ в зависимости от теплового удлинения ΔL и размеров трубопровода по номограмме ([64], стр. 83, рис 5.12; [11], стр. 208, рис. 119).