L1.Т2.2. Конструктивні елементи трубопроводів. L1.Т2.2.1. Фасонні елементи (фітинг).

З азвичай трубопроводи збираються по місцю. Якщо монтаж трубопроводів проводиться зваркою то доцільно використовувати наперед заготовленні фасонні елементи в вигляді колін, відводів, перехідників на більший чи менший діаметр, повороти. Ці фасонні частини називаються фітингом і приварюються до прямих ділянок труб для забезпечення необхідних поворотів, розгалужень та інш. Слід відмітити, що останні роки появилось багато фасонних частин з елементами різьбового з’єднання, що дозволяє монтувати трубопроводи і без використання зварки (звичайно коли це дозволяється по умовам експлуатації трубопроводу).

На рис. 2.2 приведені найбільш широковживані фасонні елементи передбачені для монтування трубопроводів зваркою. Зрозуміло, що комплектувати трубопроводи фасонними елементами необхідно з врахуванням умовного проходу та номінального тиску.

L1.Т2.2.2. З’єднання елементів трубопроводу.

Окремі ділянки трубопроводу та його елементи а також запірна арматура з’єднуються з допомогою спеціальних з’єднань.

В залежності від а) виробничої необхідності ( роз’ємне чи нероз’ємне з’єднання); б) умов експлуатації (низький чи високий тиск та температура); в) від матеріалу труб та фітингу (придатний чи не придатний матеріал до зварювання) вибирається той чи інший спосіб монтажу трубопроводу. Основні види монтажу трубопроводу та області застосування приведені в табл. 2,2.

Зварне з’єднання – є нероз’ємним з’єднанням. Ці з’єднання можуть навантажуватись по температурі та тиску до межі міцності зварного шва, що є близькою до міцності самого матеріалу. Якщо немає необхідності в демонтажу лінії чи вмонтованих елементів, якісне зварне з’єднання є самим надійним, дешевим та вигідним. Тому цей спосіб є найбільш поширеним для матеріалів, що можна зварювати.

Таблиця 2.2. Види з’єднань труб в трубопроводах.

З’єднання труб	Зображення з’єднання	Умовне позначення	Тип	Область застосування
Зварне			Нерозємне	Для всіх температур та тисків. Для матеріалів, що можна зварювати
Фланцеве			Роз’ємне	Є обмеження по високій температурі і тиску.
Різьбове			Роз’ємне	Для середніх тисків та температур
Муфтове			Роз’ємне або нерозємне	Для низьких тисків та температури

Фланцеве з’єднання – є роз’ємним з’єднанням. Серед роз’ємних з’єднань це самий поширений спосіб в промислових установках. Практично більшість вмонтованих елементів приєднуються саме цим способом. Розроблено дуже багато варіантів фланцевих з’єднань. Серед найбільш поширених:

• Фланці з різьбою – фланець на трубі можна закріпити різьбовим з’єднанням; можна проводити без зварювання;

• Цільні фланці або фланці, що приварюються – найбільш поширений спосіб; існує пару різних виконань – плоскі фланці та фланці з горловиною, також фланці можуть бути точені або литі, литі фланці виготовляються тільки з горловиною;

В ільні фаланці – сам фланець і елемент герметизації (зеркало) виготовлені окремо, що їх відрізняє від цільних фланців; завдяки цьому значно зручніше проводити монтаж, тому що отвори кріплення завжди можна узгодити провертанням фланця; виконання, як і в попереднього типу, -- плоскі і з горловиною, литі фланці цього типу зустрічаються рідко; вільні фланці в основновному використовуються для монтажу трубопроводів;

Фланцеве з’єднання складається з двох фланців, які приварені (або накручені) до кінців труб стягнуті між собю болтовим з’єднанням. Герметизація (обтюрація) досягається за рахунок стискання прокладок, які певним чином розміщуються між фланцями. Прокладка виготовляється з м’якшого ніж зеркало фланця матеріалу, але при цьому враховується корозійна стійкість до середовища а також температура, при якій буде використовуватись прокладка. Такий спосіб герметизації називається прокладочною обтюрацією. Рідше, для високих тисків і тоді, коли неможливо підібрати матеріал покладки, використовується безпрокдадочна обтюрація. В такому випадку, герметизація досягається за рахунок спеціального профілю дзеркал, їх підгонці одне до одного. Даний тип обтюрації є дорогим і використовується лише при необхідності.

Таблиця 2.3. Матеріал фланців в залежності від тисків та температури їх використання.

Назва		py, атм	Марка матеріалу при температурі середовища не більше оС
			300	350	425	450	530
Фланці	литі	< 16	Не нижче СЧ 15-32	-	-	-	-
		16 - 25	15Л-ІІ
			20ЛІІ і 25ЛІІ			20Л-ІІІ 25Л-ІІІ	-
		40 -64
		10 -- 20	25Л-ІІІ				20ХМЛ
	Плоскі приварні	< 25	Ст3 сп	--	--	--	--
	З горловиною приварні в стик			20 і 25
		40 -- 200	20 і 25				15ХМ 15ХМА

Найбільш поширені плоскі приварні фланці, через їх відносну дешевизну. Точені фланці з горловиною використовуються лише в відповідальних місцях при підвищених температурі та тиску, а також на трубопроводах з великим умовним проходом. Вони є відносно дорогими. Литі фланці з горловиною виготовляються переважно з чавуна. Через особливість фізико-механічних властивостей їх не можна ставити на лінії з високими тисками та температурою і при тому вони є дорожчими за плоскі приварні флаці. Тому даний тип фланців використовується все менше і тільки там де ще використовуються реакційна апаратура з чавуну. Уяву, про діапазон використання фланцевих з’єднань можна скласти по даним табл._2.3_.

Так фланці з сірого чавуну можна використовувати до 300^оС і тиску до 16 атм. При тому є ще обмеження по умовному проходу. Литі стальні фланці з горловиною до 200 атмосфер і 450^оС (сталі 25Л-ІІІ) і 530^оС (20ХМЛ). Найбільш поширені фланці з чорної сталі загального використання Ст3 монтуються в трубопроводи до 25 атм і температїури 300^оС. Це дозволяє використовувати дані фланці в водопостачанні гарячої та холодної води, перегрітого пару. Таких трубопроводів в кожній ХТС є дуже багато. Фланці з горловиною, які виготовлені з спеціальних марок сталі можна використовувати в трубопроводах до 200 атм та температури 530^оС. Цей діапазон практично повністю перекриває потремби органічного синтезу, особливо в ХТС з періодичним циклом роботи, тому фланцеві з’єднання є найбільш поширеним в цій галузі.

Стосовно обтюрації. При монтажі трубопроводів по способу фіксації прокладок використовуються два типи фланцевих пар – це фланцеві пари з плоскими дзеркалами та з герметизацією типа шип-паз (рис.2.4). Перший тип передбачає відповідно плоскі прокладки, для другого –використовується фасонні прокладки. Герметизація типу шип-паз є дорожчими за герметизацію плоскими прокладками а монтаж – утрудненим, тому цей тип використовується рідко, лише в спеціалізованих трубопроводах з високою температурою та тиском або в тих, для яких необхідно забезпечити підвищену надійність експлуатації. Матеріал прокладок і область використання з них прокладок наведені в таблиці 2.4 ( в таблиці зроблено вибірку найбільш відомих та доступних). Найбільш широко вживаними є пароніт, хічно стійка резина, прорезинена тканина. Останнім часом набула широкого поширення комбінована прокладка плоский пароніт в обточці з тефлону.

Таблиця 2.4. Матеріали прокладок та область їх застосування.

Матеріал прокладки	Січення	DN	PN	Температура, оС
Резина, картон	Прямокутне	≤ 3000	≤ 6	-30 ÷ 100
Прорезинена тканина			≤ 100
Азбестовий картон			≤ 16	≤500
Пластікат, поліетилен			≤ 40	-30 ÷ 60
Фібра, шкіра			≤ 20	-200 ÷ 50
Пароніт		≤ 3000	≤ 100	-200 ÷ 400
Фторопласт		≤ 1000	≤ 100	-200 ÷ 250
			Вакуум	-30 ÷ 100
Вакуумна резина
Алюміній, мідь, латунь, свинець, нікель		50 до 800	100 ÷ 400	-200 ÷ 300
Вакуумна резина	Круглого січення	50 до 1000	Вакуум	-30 ÷ 100
Алюміній, мідь, латунь, свинець, нікель		≤ 200	25 ÷ 100	-200 ÷ 300
Сталь вуглецева і високолегована	Плоска зубчата	25 до 400	40 ÷ 100	200 ÷ 540
Комбіновані (азбестовий картон в обочці зі сталі, алюмінія, міді, латуні, нікіля, монеля	Плоска	400 до 2200	10 ÷ 64	-200 ÷ 540
	Плоска гофрована	≤ 400

Герметичність фланцевих з’єднань в першу чергу залежить від трьох речей:

• Правильного вибору матеріалу прокладки (крім тиску та температуру при виборі матеріалу не слід забувати про корозійну стійкість)

• Якості поверхні дзеркала – вона повинна бути спланована на токарному станку з чистоті не менше _____ і бути абсолютно вільною від бруду.

• Рівномірного стискування прокладки. Досягається затягуванням поперемінно протилежних болтів, бажано затягування проводити з допомогою динамометричних ключів.

Різьбове з’єднання -- роз’ємне з’єднання. Відоме також під назвою – штуцерне з’єднання. Складається з штуцера та накидної гайки. Штуцер складається з двох половинок, які приварюються або фіксується спеціальним кріпленням на кінцях труб. При затягуванні накидної гайки поверхні двох половин штуцера притискаються одна до одної або стискають прокладку. Таким чином, обтюрація досягається або за допомогою герметизуючої поверхоні штуцера – безпрокладкова обтюрація (рис. 2.5) або за допомогою стискання пластичної фасонної прокладки – прокладкова обтюрація. Різьбове з’єднання використовується для трубопроводів з невеликим умовним проходом, так як зусилля яке розвиваються при закручуванні гайки є невеликими. Знаходять застосування в системах подачі стиснутих газів.

М уфтове з’єднання може бути як розбірним так і не розбірним. Розбірний варіант муфтового з’єднання відображений на рис.2.6. Найчастіше використовується для з’єднання каналізаційних труб з сірого чавуна. Труба та фітинг, при цьому способі з’єднання, на одному кінці мають розтруб, який і відграє роль муфти. Вузький кінець труби вставляється в розтруб, в кільцевий міжтрубний постір, що при цьому утворюється, заганяється пластична прокладка з м’якого матеріалу (переважно промаслений азбестовий шнур) а потім фіксуюча прокладка. Історично ця операція називається зачеканюванням – раніше в якості прокладки використовували свинець, який в муфту заганявся чеканом. Сучасні каналізаційні труби з полімерних матеріалів монтуються таким же чином але муфти мають уже наперед вставлені фасонні резинові прокладки спеціальної форми, що дозволяють проводити монтаж простим вставлянням (перед тим змазують поверхню прокладки і труби мильною водою) труби в муфту з прокладкою без процедури зачеканювання. Для забезпечення водовідведення такої герметизації достатньо, а монтаж, при цьому, сильно спрощується.

Нерозбірне муфтове з’єднання використовують в основному для труб з полівінілхлориду (ПВХ). Як і в класичному (розбірному) муфтовому з’єднанні ПВХ труби мають розтруб але його внутрішній діаметр підігнаний по діаметру труби. Зовнішню поверхню труби і внутрішню розтруба перед з’єднанням змазують спеціалізованим клеєм (зазвичай поставляється в комплекті з трубами) і об’єднують. Через пару годин пари склеюються і трубопровід можна використовувати. Для таких трубопроводів номінальний тиск може становити 6 – 12 і їх з успіхом можна використовувати для траспордтування холодної води, часто використовується для подачі деіонізованої води. Для пластикових труб можливе також з’єднання зварюванням встик.