Задача №26 Расчет параметров очистки полости и испытания трубопроводов

1. Определение давления исытания трубопровода на прочность

В настоящее время одним из основных направлений обеспечения начального качества строящихся (ремонтируемых) магистральных трубопроводов и надежности их при эксплуатации являются испытания различными способами (гидравлический и пневматические), на повышенные давления, вызывающие в металле труб напряжения, близкие или равные пределу текучести.

Величину давления при этом рассчитывают по формуле:

(26.1)

где - минимальное значение предела текучести металла по Госстандартам или техническим условиям (ТУ) на трубу, кгс/см²;

D_Н – наружный диаметр трубы, мм;

- номинальная толщина стенки трубы;

- минусовой допуск на толщину стенки трубы, принимаемый по Госстандартам и ТУ, мм. (При расчете принимается равным мм).

С целью упрощения расчета величины испытательного давления (Р_исп) разработана номограмма, представленная на рис.26.1.

Номограмма состоит из двух частей, разделенных горизонтальной линией, обозначающих величины давлений (кгс/см²).

Верхняя часть используется для расчета Р_исп 530, 720 и 820 мм, а нижняя часть на трубопроводах диаметрами 1020, 1220 и 1420 мм.

В левой стороне номограммы даны горизонтальные прямые значений пределов текучести ( ) от 3200 до 4700 кгс/см².

Наклонные линии номограммы обозначают различные толщины стенок труб в мм. Значения толщин стенок труб указаны под наклонными линиями.

Алгоритм определения Р_исп следующий.

В зависимости от наружнего давления находим в верхней или нижней части номограммы горизонтальную линию .

Находим наклонную линию и D_Н.

Из точки пересечения горизонтали, соответствующей и наклонной ( и D_Н ), опускаем перпендикуляр до пересечения с осью абсцисс и получаем искомое значение Р_исп.

На номограмме рассматривается пример отыскания Р_исп для трубопровода диаметром 530 мм, толщиной стенки 7 мм, из металла, предел текучести которого 3800 кгс/см². Значение Р_исп=91 кгс/см².

Точность построения номограммы около 1 кгс/см².

Полученное по номограмме испытательное давление (на прочность) сравнить со значением давления, полученным по формуле 26.1.

2. Расчет времени заполнения трубопровода и чистого времени испытания (гидравлическим способом).

Для очистки внутренней полости и испытания трубопроводов используется комплекс специальных машин. Сжатый воздух закачивается в трубопровод при продувке, освобождении от воды и пневматическом испытании передвижными компрессорными станциями (табл.26.1). Вода для промывки и гидравлического испытания закачивается передвижными или переносными насосными установками (табл. 26.2 и 26.3).

Номограмма (рис. 26.2), состоящая из двух частей, предназначена для определения времени заполнения трубопровода воздухом до создания в нем избыточного давления 1 кгс/см² или до полного наполнения водой.

В правой части по оси абсцисс отложена протяженность участка трубопровода от 1 до 100 км, наклонные линии обозначают условные диаметры D_у трубопроводов от 200 до 1400 мм.

По оси абсцисс в левой части отложена продолжительность наполнения от 0,1 до 1000 ч, наклонные линии означают производительность Q компрессорных станций и наполнительных агрегатов. Номограмма позволяет производить расчеты при работе на любом давлении несколькими агрегатами.

Таблица 26.1. Техническая характеристика компрессорных станций, используемых при продувке и пневматическм испытании трубопроводов

Марка станции	Производи-тельность, м3/мин	Давление нагнетания, кгс/см2	Привод от двигателя	Мощность двигателя, л.с.	Масса, кг
Низкого давления
ЗИФ-55	5	7	ЗИЛ-121	98	2750
КС-9	8,5	6	КДМ-100	100	5750
ДК-9	10	6	КДМ-100	100	5600
ПК-10	10,5	7	Д-108	108	5100
Высокого давления
КС-100	16	100	1Д12Б	410	23000
УКС-400П	2,2	400	ЯАЗ-М204В	15	5000
АПС-8	2	230	ЛАЗ-204	110	3950
УКП-80	8	80	В2-300	300	16100

Таблица 26.2. Техническая характеристика наполнительных агрегатов, используемых при промывке и гидравлическом испытании трубопроводов

Марка агрегата	Марка установленного насоса	Подача, м3/ч	Напор, м вод.ст.	Привод от двига-теля	Мощность двигателя, л.с.	Масса, кг
АН-3001	ВИСХОМ-МВТ	3000	160	АН-20А	3000	8000
АН-1002		1000	60	12Б-300
АН-501	3В-200х4	240/500	240/150	Д-12	300	5800
АН-2	8МС-7х3	300	180	1Д12	300	8200
АН261	8МС-7х3	260	155	1Д12Б	300	9800
АН-151	6МС-6х8	150	360	1Д12	300	8100
АН-0202	3К-6	45	54	321-01	30	2800

На рис.26.2 пример определения времени заполнения трубоповода водой или воздухом (t_Н) участка трубопровода диаметром D_у=1000 мм, протяженностью 20км, насосным агрегатом АН-1002 с производительностью 1000 м³/ч.

Таблица 26.3. Техническая характеристика опрессовочных агрегатов, используемых при гидравлическом испытании трубопроводов

Марка агрегата	Марка установленного насоса	Подача, м3/ч	Развивае-мое давление, кгс/см2	Привод	Мощность двигателя, л.с.	Масса, кг
Самоходные
МЦА-1,4/150	4Т	18, 6/84	123/12,7	ЯАЗ-М204А	110	11000
ЦА-300	9Т	15, 7/82,2	190/36	ЯАЗ-206	165	15500
ЦА-320М	9Т	18, 4/82,2	182/40	ЯАЗ-М206А	180	17200
2АН-500	2Р-500	18/4,54	508/173	В2-500А4	500	20000
АзИНМАШ-32	1НП-160	12,7/51,1	160/40	КДМ-100	100	15100
Прицепные
АН-0202	ГБ-351А	1,8	200	321-01	30	2800
АО-161	ОМТр-61	22	160	А-01М	130	9500
АО-2	9Т	25/56	80/36	Д-108	108	9200
ГН-850/250	ГН-850/250	0,854	250	Электро-двигатель	10кВт	500
ГН-1200/400	ГН-1200/400	1,2	400	- « -	22кВт	1000
Переносные
ВМС-45м	ВМС-45м	0,8	25	Эл.двигатель	1,1кВт	150
ГН-60	ГН-60	0,1	60	Ручной	-	14
ГН-200М	ГН200М	0,37/0,03	300	- “ -	-	23

Из этой точки опускаем перпендикуляр на ось абсцисс и находим, что время заполнения участка трубопровода вместимостью 12000 м³ до избыточного давления 1 кгс/см² составляет .

Для определения времени заполнения трубопровода воздухом до требуемого давления р необходимо найденное время умножить на величину создаваемого давления.

При использовании для заполнения трубопровода группы наполнительных агрегатов или компрессоров необходимо найденное время разделить на число этих агрегатов.

Рис. 26.2. Номограмма для определения времени заполнения трубопровода водой или воздухом

Если трубопровод заполняется воздухом последовательно компрессорами низкого и высокого давления, то время заполнения следует определять раздельно для каждого приема, а затем полученные результаты просуммировать.

При необходимости определения времени заполнения трубопровода агрегатами, производительность которых не указана в номограмме, по двум произвольно выбранным продолжительностям заполнения проводят наклонную линию, которая, естественно, пройдет параллельно ранее нанесенным (пунктирная линия)

Последовательность полного испытания трубопровода на прочность, а затем на герметичность приведена рис.26.3.

Закачивать испытательную среду в трубопровод следует со скоростью 0,3 МПа/ч с обязательным осмотром трассы при давлении, равном 0,3 от испытательного на прочность, но не менее 2 МПа.

При пневматическом испытании на прочность допускается снижение давления на 1 % за 12 часов.

В частности время на выполнение гидравлического испытания без учета подготовительных, организационно-технических и заключающих операций составляет:

, (26.2)

где t_Н – время наполнения (для рассматриваемого примера равно 15 ч); при этом Р_НАП=0,3Р_Р, но не более 2МПа;

t_НАГН – время нагнетания (зависит от нагнетательного агрегата, который подбирается по максимальному значению Р_исп ); ;

t_ПРОЧ – продолжительность испытания на прочность (t_ПРОЧ 12 ч);

t_СН- время снижения давления до номинального рабочего давления (давления испытания на герметичность) - t_СН 0,1t_Н;

t_ГЕРМ – время испытания на герметичность, принимается равным или более 12 ч.

Таким образом, чистое время испытания трубопровода:

Т_ИСП=1,6t_Н +( ч) (26.3)

Рис.16.3. Последовательность испытания трубопроводов

Варианты задачи приведены в табл. 26.4.

Таблица 26.4

Показатели	Номер варианта
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
DН (мм)	1420	1220	1020	820	530	720	820	720	1220	1420
(мм)	20	15	12	12	11	12	14	12	16	22
(кгс/см2)	45	43	41	38	36	37	38	34	40	44
)	15	20	25	30	35	40	45	50	40	30