18.3. Компенсация тепловых удлинений

Трубопроводы в процессе эксплуатации подвержены температурным колебаниям в зависимости от времени года, температуры транспортируемой среды и состояния изоляции.

Температурные деформации устраняются за счет самокомпенсации или предусматриваются специальные компенсаторы П, Г, Z – образные, линзовые, волнистые и др.

Если трубопровод жестко закреплен в опорах, в нем в результате тепловых напряжений могут возникать разрывы (при охлаждении) или выпучиваниния (при нагреве). Компенсаторы необходимы на трубопроводах, материал которых имеет большой коэффициент линейного расширения и незначительную прочность (например, винипластовых) - даже при передаче сред с температурой до 50 °С. На трубопроводах для сжатого воздуха, холодной воды и других холодных жидкостей и газов, как правило, компенсаторы не требуются.

Самокомпенсация. Самокомпенсация основана на том, что трубопровод прокладывают на неподвижные и подвижные (скользящие, катковые, подвесные) опоры, которые дают возможность трубопроводу перемещаться при температурных деформациях (принципиальная схема самокомпенсации показана на рис. 1).

Недостатком трубопровода с самокомпенсацией является неизбежность некоторого перемещения участков трубопровода между опорами. Это усложняет конструкцию опор и затрудняет прокладку трубопровода в затесненных местах. Преимущества данного метода заключаются в отсутствии специальных компенсирующих устройств, а следовательно, в уменьшении начальных затрат и в упрощении обслуживания. Самокомпенсация возможна лишь в том случае, когда трасса трубопровода представляет собой ломаную линию. Самокомпенсация не применяется, если материал труб хрупок и плохо работает на изгиб (например, чугун, керамика, фарфор, термореактивные пластмассы).

Компенсаторы. Наиболее распространены П-образные компенсаторы согнутые из цельных труб (рис. 2).

Компенсатор устанавливают на горизонтальном участке трубопровода с учетом общего уклона. Гнутые компенсаторы изготавливают только из упругих материалов (сталь, алюминий, медь, титан, винипласт). Для трубопроводов больших диаметров компенсаторы выполняются с гофрами (складками). Для трубопроводов из неупругих и хрупких материалов, служащих для транспортирования химически активных сред (стеклянных, керамических, фарфоровых и т. п.) применяют сальниковые компенсаторы, которые допускает перемещение только одной ветви трубопровода, поэтому его называют односторонним.

18.4. Арматура

Арматура трубопроводов в зависимости от назначения подразделяется на запорную, регулирующую, предохранительную, специальную и должна соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.063 «Арматура промышленная трубопроводная. Общие требования безопасности».

Запорная арматура перекрывает трубопроводы в целях превращения движения среды и открывает их для пропуска продукта и подразделяется на приводную и автоматическую. У приводной арматуры проход открывается и закрывается под действием внешней силы: от руки, электродвигателем, гидро- или пневмоприводом. По характеру работы затвора приводная запорная арматура подразделяется на три типа: кран, вентиль, задвижка (рис. 3).

Основным типом запорной арматуры для трубопроводов с условным проходом от 50 мм является задвижка, имеющая минимальное гидравлическое сопротивление, надежное уплотнение затвора, небольшую строительную длину и допускающая переменное направление движения среды. Вентили рекомендуется применять для трубопроводов диаметром до 50 мм. Краны применяют, если использование задвижек и вентилей по технологическим соображениям недопустимо или нецелесообразно. Запорную арматуру запрещено применять в качестве регулирующей.

У автоматической арматуры проход открывается и закрывается под действием транспортируемой среды.

Регулирующая арматура - это обратные и редукционные клапаны, автоматические регуляторы давления.

Обратные клапаны (подъемные и поворотные) пропускают среду только в одном направлении. Обратные клапаны подъемного типа устанавливают на линиях воды (часто после насосов) и пара, а также на материальных линиях. Чугунные гуммированные поворотные обратные клапаны устанавливают на трубопроводах, транспортирующих серную и соляную кислоты и другие химически активные вещества.

Подъемные обратные клапаны устанавливают только на горизонтальных участках трубопроводов. Поворотные клапаны устанавливают как на горизонтальных участках, так и на вертикальных, соблюдая особенности установки.

Герметичность подъемных клапанов выше, чем поворотных. Обратные клапана теряют герметичность при попадании под золотник песка, твердых комков и других случайных включений, оказавшихся в среде. Они легко удаляются при снятии крышки.

Редукционный клапан служит для снижения давления среды в трубопроводе и поддержания его за клапаном независимо от давления перед ним. Устанавливаются чаще всего на входе в цех трубопроводов пара и сжатого воздуха.

Автоматический регулятор давления прямого действия служит для поддержания заданного давления в трубопроводах для неагрессивных газов, воздуха, нефтепродуктов, пара при температуре до 300С.

Предохранительная арматура. К ней относятся предохранительные клапаны и мембраны.

Предохранительные клапаны служат для предупреждения возникновения в трубопроводе или в аппарате давления, превышающего допустимое и устанавливаются на линиях газа и пара и жидкостей. При повышении давления клапаны сбрасывают часть среды в атмосферу (непосредственно или через поглотительное устройство). После снижения давления до нормы предохранительный клапан автоматически закрывается.

Предохранительные клапаны устанавливают на автоклавах, в котельных и компрессорных на трубопроводах, подающих рабочую среду в цехи, а также на цеховых трубопроводах после редукционных клапанов.

Предохранительные клапаны подразделяются на пружинные и ры-чажно-грузовые. К трубопроводу или аппарату клапаны присоединяются нижним штуцером, через боковой штуцер отводится избыток среды. В отличие от пружинного клапана грузовой не имеет сальникового уплотнения в месте выхода штока из крышки, поэтому он не обеспечивает полной герметичности. В связи с этим его нельзя устанавливать на трубопроводах для горючих сред, проходящих внутри помещений.

Установка какой-либо запорной арматуры между источником давления и предохранительным клапаном категорически запрещается.

Среда, отводимая из предохранительного клапана при его срабатывании, направляется по выхлопному трубопроводу в атмосферу или в поглотительное устройство. Выход газообразной среды (сжатого воздуха или пара) должен быть хорошо слышен с рабочего места аппаратчика. Иногда для этой цели на конце выхлопного трубопровода устанавливают свисток. При отводе пара предусматривают еще и удаление конденсата из выхлопного трубопровода.

Предохранительные мембраны устанавливают иногда взамен предохранительных клапанов на сосудах или трубопроводах. Мембраны обеспечивают безусловную герметичность и надежность срабатывания. Они просты в изготовлении и дешевы. Их недостатком является одноразовость действия.

Специальная арматура - водоотделители, конденсатоотводчики, смотровые фонари, обратные клапаны, ловушки, дыхательные клапаны, огнепреградители.

Водоотделители. При движении пара по трубопроводу происходит его конденсация вследствие охлаждения при соприкосновении со стенками трубы. Тепловая изоляция уменьшает конденсацию, но полностью устранить ее не может. Присутствие конденсата в паропроводе означает потерю части тепла, содержащегося в паре, и опасно из-за возможности возникновения гидравлического удара при переносе капелек конденсата с большой скоростью через фитинги и арматуру.

Для отделения капель сконденсировавшегося пара и удаления их из паропровода устанавливают водоотделители. Независимо от их конструкции выпадение капель из пароводяной смеси происходит в результате резкого уменьшения скорости смеси и изменения направления ее движения.

Конденсатоотводчики. Значительная часть пара, потребляемого на предприятиях химической промышленности, расходуется для нагрева различных веществ (в сушилках, теплообменниках, змеевиках, рубашках реакционных аппаратов и т. п.). Глухой пар не успевает отдать всю содержащуюся в нем теплоту и целиком не конденсируется. Часть теплоты остается не использованной. На пути пара устанавливают приспособление (конденсатоотводчик), отделяющее из выходящей смеси конденсат и выводящее из аппарата только этот конденсат. Конденсатоотводчики способствуют увеличению производительности установки в результате более рационального использования тепла, которое отдает пар. Конденсатоотводчики устанавливают в конечных точках паровых отопительных систем.

Существует несколько типов конденсатоотводчиков, отличающихся по принципу действия: поплавковые, дросселирующие (подпорные шайбы), лабиринтные, термостатические, гидрозатворы и др. Наибольшее применение на предприятиях химической промышленности нашли конденсатоотводчики первых двух типов.

Смотровые фонари. В тех случаях, когда необходимо следить за поступлением продукта в аппарат для регулирования скорости его подачи или проверки состава (наблюдение за цветом, за присутствием осадка и т. п.), на трубопроводе, у рабочего места аппаратчика устанавливают смотровой фонарь.

Обратный клапан для вакуум-трубопроводов. Внешне такой клапан напоминает смотровой фонарь. Этот фонарь-клапан устанавливают на вакуум-трубопроводе, соединяющем аппарат, заполняемый жидкостью, с вакуум-насосом. Предназначен для защиты вакуум-трубопроводоы от возможного поступления в него химически активных жидкостей путем перекрывания клапана.

Ловушки. В жидкости, передаваемые по трубопроводам, иногда попадают посторонние твердые предметы. Перед подачей таких загрязненных жидкостей в трубопровод эти примеси задерживают в ловушке, устанавливаемой на начальном участке трубопровода.

Дыхательный клапан предназначен для выравнивания давления внутри резервуаров с горючими жидкостями. Дыхательный клапан поддерживает в резервуаре атмосферное давление в процессе наполнения и опорожнения резервуара, а также при колебаниях наружной температуры.

Огнепреградители. На линиях, сообщающих реакционные аппараты, содержащие горючие пары или газы, с атмосферой устанавливают огнепреградители (см. гл. 19).