6.4 Компенсация тепловых удлинений трубопроводов

Металл паропроводов работает в условиях сложнонапряженного состояния. Различают напряжения от внутреннего давления, от компенсации температурных удлинений, от весовой нагрузки, от внешних воздействий, от динамического воздействия потока пара и температурных напряжений.

Одной из основных составляющих напряжений в паропроводах считается напряжение от компенсации температурных удлинений.

Тепловые удлинения трубопроводов при температуре теплоносителя от 50˚C и выше должны восприниматься специальными компенсирующими устройствами, предохраняющими трубопровод от возникновения недопустимых деформаций и напряжений, которые могут привести к разрушению трубопровода [13].

Для компенсации тепловых удлинений трубопроводов применяются сальнико­вые и гибкие П-образные компенсаторы, а также используются повороты трассы (самокомпенсация).

Для обеспечения правильной работы компенсаторов и самокомпенсации трубо­проводы делятся неподвижными опорами на отдельные участки, независимые один от другого в отношении теплового удлинения. На каждом участке трубопровода, ограниченном смежными неподвижными опорами, предусматривается установка компенсатора или самокомпенсация.

Установка компенсаторов (сальниковых, гибких) вызывает дополнительные за­траты при монтаже и в период эксплуатации, поэтому при разработке монтажной схемы необходимо стремиться к минимальному их количеству.

При расстановке по трассе неподвижных опор нужно иметь в виду следующее:

неподвижные опоры устанавливаются в первую очередь в местах ответвлений трубопровода;

самокомпенсацию теплового удлинения можно использовать при величине обра­зуемого трубами угла не более 120°; при больших углах трубы должны быть закреп­лены;

при расстановке неподвижных опор на остальных прямых участках исходят из допускаемых расстояний между неподвижными опорами в зависимости от диаметра труб, типа компенсаторов и параметров теплоносителя.

При надземной про­кладке применяются гибкие компенсаторы.

Расчет трубопроводов на компенсацию тепловых удлинений с гибкими компенса­торами и при самокомпенсации производят на допускаемое изгибающее компенса­ционное напряжение σ_доп, которое зависит от способа компенсации, схемы участка и других расчетных величин. Определяется σ_доп расчетом [20].

Величина теплового удлинения трубопровода определяется по формуле [20]:

(17)

где - коэффициент линейного расширения углеродистых трубных сталей в мм/м·˚С;

t₁ – максимальная температура стенки трубы, принимаемая равной максимальной температуре теплоносителя в ˚C;

t₂ – минимальная температура стенки трубопровода, принимаемая равной расчетной температуре наружнего воздуха для отопления (t₂ = t_н.о.) в ˚C;

l – длина рассчитываемого участка трубопровода в м.

Расчет компенсации тепловых удлинений трубопроводов рассмотрим на примере участка от кол. А234 до кол. А239.

Исходные данные:

d_н = 219 мм;

α = 1,31∙10^-2 мм/м∙˚С;

t₁ = 250˚С;

t₂ = -27˚С;

l = 78 м.

Величину теплового удлинения трубопровода определяем по формуле (17):

;

На всех участках трубопровода устанавливаем П-образные компенсаторы. Для увеличения компенсирующей способности П-образного компенсатора и снижения компенсационных напряжений в трубопроводе предусматриваем предварительную растяжку компенсатора в размере 50% теплового удлинения.

Расчетное тепловое удлинение с учетом предварительной растяжки в размере 50% составит:

; (18)

При спинке компенсатора, равной половине вылета компенсатора, т.е. при В=0,5 Н и при вылет компенсатора равен Н=5,3 м и сила упругой деформации равна р_к = 0,65 т.

Аналогично рассчитываем остальные участки трубопровода и сводим в таблицу №9.

Для участка магистрали от колонны К11 до колонны 10 производим расчет возможности использования для самокомпенсации Г-образных участков трубопровода.

Рассчитаем возможность использования для самокомпенсации Г-образного участка трубопровода от колонны К11 до колонны 2.

Исходные данные:

d_н = 325 мм;

α = 1,31∙10^-2 мм/м∙˚С;

Е = 1,82∙10^-6 кгс/см²;

t₁ = 250˚С;

t₂ = -27˚С;

l_м = 28,5 м;

l_б = 44,5 м;

Расчет ведем по следующей формуле:

(19)

где l_м – длина меньшего плеча;

l_м – длина большего плеча;

n – соотношение плеч.

Тогда по формуле (19) находим:

По номограммам [20] определяем вспомогательный коэффициент С_макс, который при п = 1,5 равен С_макс = 3,6.

Продольное изгибающее компенсационное напряжение определяется по формуле:

(20)

где – коэффициент линейного расширения трубных сталей, мм/м·˚C;

Е – модуль упругости, кгс/см²;

– расчетная разность температур.

Полученное значение не превышает заданного предела 11 кгс/мм², следовательно, Г-образный участок трубопровода может быть использован для самокомпенсации.

Рассчитаем возможность использования для самокомпенсации Г-образного участка трубопровода от колонны 2 до колонны 10.

Исходные данные:

d_н = 325 мм;

α = 1,31∙10^-2 мм/м∙˚С;

Е = 1,82∙10^-6 кгс/см²;

t₁ = 250˚С;

t₂ = -27˚С;

l_м = 40,76 м;

l_б = 41 м;

Найдем соотношение плеч по формуле (19):

По номограммам определяем вспомогательный коэффициент С_макс, который при п = 1 равен С_макс = 3.

Продольное изгибающее компенсационное напряжение определяем по формуле (20):

Полученное значение не превышает заданного предела 11 кгс/мм², следовательно, Г-образный участок трубопровода может быть использован для самокомпенсации.