50.Трубопроводы. Принцип выбора труб. Расчет.

Трубопроводная система являются важнейшим элементом любого промышленного производства, которая в значительной степени определяет его надежность, производительность, обеспечивая транспортировку исходных реагентов, промежуточных и конечных продуктов, энергетических потоков, устойчивость поддержания заданного технологического режима.

Неслучайно, в химической промышленности доля затрат на трубопроводные системы составляет от 15 до 40% суммарных затрат на оборудование.

По своему назначению трубопроводы подразделяются следующим образом:

– материалопроводы – для транспортировки исходных, промежуточных и конечных веществ;

– паропроводы;

– конденсатопроводы;

– водопроводы;

– трубопроводы сжатого воздуха;

– вакуумные системы;

– промканализация.

К основным частям трубопроводных систем относятся:

трубы;

соединительные детали (фланцы, муфты);

фасонные части (отводы, тройники перехода);

арматура (краны, вентили, задвижки, клапаны и т. д.);

компенсаторы;

опоры

Кратко охарактеризуем отдельные части трубопроводных систем.

Трубы и фасонные части трубопроводов

Материал труб выбирают с учетом коррозионной активности среды, давления и температуры.

Толщину стенок труб принимают по ГОСТам на сортимент труб, в котором указывается предельно допустимое давление [Р], либо по известному уравнению расчета S для обечаек, работающих под давлением.

Длина труб, число поворотов, количество арматуры зависят от компоновки оборудования и выбирается конструктивно на основании имеющихся компоновочных чертежей (планов, разрезов).

Внутренний диаметр труб рассчитывают по формуле

,

где w – расход жидкости (газа), м3/с; v – линейная скорость жидкости (газа) в трубопроводе.

Из анализа формулы видно, что с увеличением скорости жидкости или газа уменьшается диаметр трубы и расход материала, но возрастает гидравлическое сопротивление и расход энергии. Рекомендуемые скорости:

– для газовых систем, работающих под давлением, близким к атмосферному (создается вентиляторами, дымососами), – 12–15 м/с;

– в нагнетательных трубопроводах после газодувок и компрессоров – 15–25 м/с;

– в вакуумных линиях – 40–90 м/с;

– при движении жидкости самотеком – 0,1–0,5 м/с;

– во всасывающих трубопроводах – 0,8–2 м/с;

– в нагнетательных трубопроводах – 1,5–10 м/с.

По расчетному диаметру подбирается ближайший стандартный.

Базовым диаметром для труб является диаметр наружный, а внутренний зависит от толщины стенки.

Фасонные части трубопроводов служат для изменения направления, диаметра труб, разветвления трубопровода. Их изготавливают по соответствующим нормалям или ГОСТам.

Соединения трубопроводов

Соединения трубопроводов могут быть разъемными и неразъемными.

Разъемные соединения труб осуществляются с помощью фланцев, резьбы, раструбов и т. д.;

Неразъемные – соединяются методами сварки, пайки, склеивания и т. д.

Выбор типа соединения определяется материалом труб и технологическими требованиями. Например, керамические, антегмитовые, стеклянные трубы можно соединять только с помощью неразъемных соединений; для металлических труб возможны оба типа соединений, но в этом случае учитываются технологические требования. Так, в случаях, когда требуется высокая герметичность, для транспортировки кристаллизующихся растворов, коррозионноактивных веществ используются цельносварные трубопроводы; если необходима частая промывка и очистка трубопроводов рациональней использование разъемных соединений.

Компенсаторы

Компенсаторы служат для компенсации изменения длины труб при нагреве или охлаждении без потери герметичности. Например, изменение длины трубопровода длиной 300 м из углеродистой стали при нагреве от 20 до 200°С составляет 756 мм !!, следовательно, возможна деформация или разрушение труб.

По принципу работы компенсаторы делятся на:

– гибкие;

– скользящие (сальникового типа).

Скользящие применяются редко в связи со сложной конструкцией и меньшей герметичностью.

Гибкие компенсаторы делятся на: радиальные (П-образные) и осевого типа (S-образные).

Достоинства П-образных компенсаторов – простота изготовления и эксплуатации, значительная компенсирующая способность (Δl = 600–700 мм), возможность применения при высоких температурах и давлениях.

Компенсаторы осевого типа – линзовые осевые компенсаторы –используются на трубопроводах диаметром 100–1600 мм, работающих под давлением до 1,6 МПа. Число линз компенсатора обычно меньше либо равно четырем; компенсирующая способность одной линзы составляет 7,5–50 мм. Для снижения гидравлического сопротивления внутри пропускается манжета.

Волнистые компенсаторы применяются для трубопроводов с давлением до 4 Па и температурой до 450°С. Напоминают линзовые элементы, однако гибкие элементы волнистых компенсаторов изготавливаются из стали Х18Н10Т, а сам трубопровод – из углеродистой стали.

Опоры трубопроводов

Различают: подвижные (скользящие, катковые, направляющие подвесные, пружинные)

и неподвижные (мертвые) опоры.

Неподвижные опоры предназначены для жесткого крепления трубопровода. Они воспринимают вертикальную нагрузку от массы трубопровода и реагентов, а также горизонтальную нагрузку от вибрации, гидроударов, температурных расширений труб. Подобные опоры изготавливаются для труб с диаметром 57–1620 мм и используются при температуре среды не выше 300°С.

Подвижные опоры воспринимают вертикальную нагрузку, но не препятствуют осевому перемещению. Используются для труб с диаметром 45–1620 мм при температуре продукта от –30 до 300°С.

51. Неорганические неметаллические коррозионно-устойчивые материалы широко используются в химической промышленности, успешно заменяя во многих случаях дорогостоящие дефицитные легированные стали и сплавы.

Специфические свойства ННМ:

1) низкая механическая прочность на растяжение и высокая на сжатие;

2) низкая теплопроводность;

3) меньший по сравнению с металлами коэффициент линейного расширения;

4) высокая теплостойкость.

Андезит и бештаунит – горные породы вулканического происхождения. Применяют для футеровки аппаратуры, работающей в тяжелых условиях, а также как конструкционные материалы при изготовлении корпусов башен, электрических фильтров. Применяются также в виде щебня и муки в качестве наполнителей кислотоупорных бетонов. Недостаток – как и большинство силикатов, неустойчивы к плавиковой кислоте.

Асбест – тонковолокнистый материал, состоящий, в основном, из гидросиликатов магния (41–58% Si; 29–40% MgO; 2–10% FeO и Fe2O3, 1,7–12,5% Н2О). Обладает низкой теплопроводностью, может применяться в качестве теплоизоляторов и прокладок при температурах до 600–800°С. Используется в виде листов толщиной 2–12 мм, шнуров, ваты, огнестойкой ткани, а также в качестве наполнителя различных коррозионно-устойчивых композиций на основе органических смол.

Диабаз и базальт – горные породы. Применяют для изготовления различных деталей путем литья при температуре 1400–1500°С. Отличаются высокой прочностью на сжатие и изгиб, износостойкостью, кислотостойкостью во всех кислотах, кроме плавиковой. Используются в виде футеровочной плитки, труб диаметром 200–400 мм, фасонных деталей трубопроводов (штуцеров, тройников), а также в виде порошка в кислотоупорных замазках.

Керамика состоит из 50–75% кремнезема и 20–30% глинозема. Изделия из керамики получают формовкой и обжигом специально подобранной глины с добавкой кремнезема и полевого шпата. Керамика обладает высокой прочностью, газопроницаемостью, в связи с чем изделия из керамики покрывают глазурью), а также стойкостью к большинству минеральных и органических кислот; неустойчива к плавиковой кислоте, щелочам, горячей фосфорной кислоте. Применяется в виде кирпича, плитки, труб, арматуры, насадочных тел для адсорбционных колонн (кольца Рашига). К недостаткам керамики относятся хрупкость и низкая механическая прочность.

Вяжущие материалы – служат для плотного и прочного соединения (склеивания) защищаемой поверхности со штучными или листовыми материалами защитного покрытия (пояснить механизм действия).