Skip to main content

Технологические трубопроводы

При строительстве предприятий нефтяной, химической, пищевой, металлургической промышленности, а также объектов топливно-энергетического и агропромышленного комплексов значительный объем составляют работы по изготовлению и монтажу технологических трубопроводов.

Технологические трубопроводы — важнейшая часть промышленного объекта. От качества их изготовления и монтажа зависит надежная, длительная и безопасная эксплуатация многочисленных промышленных установок и оборудования.

В общем объеме монтажных работ стоимость монтажа технологических трубопроводов достигает 65 % при строительстве предприятий нефтяной и нефтехимической промышленности, 40 % — химической и пищевой, 25 % — металлургической. Для предприятий топливно-энергетического комплекса стоимость монтажа трубопроводов составляет 30 %.

Технологические трубопроводы работают в разнообразных условиях, находятся под воздействием значительных давлений и высоких температур, подвергаются коррозии и претерпевают периодические охлаждения и нагревы. Их конструкция в связи с расширением единичной мощности строящихся объектов год от года становится все более сложной вследствие увеличения рабочих параметров транспортируемых веществ и роста диаметра трубопроводов. Для сооружения технологических трубопроводов, особенно в химической и пищевой промышленности, все шире используются полимерные материалы, что объясняется их высокой коррозионной стойкостью, малой массой, технологичностью обработки и монтажа, низкой теплопроводностью и, как следствие, меньшими затратами на теплоизоляцию. Все это требует от специалистов по монтажу и технической эксплуатации промышленного оборудования глубоких знаний устройства и условий работы трубопроводов, четкого соблюдения требований применения разнообразных материалов, выполнения правил и специальных технологических норм по изготовлению и монтажу трубопроводов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТРУБОПРОВОДАХ

 

1.1. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ТРУБОПРОВОДОВ

Трубопровод — сооружение, состоящее из плотно соединенных между собой труб, деталей трубопроводов, запорно-регулирующей аппаратуры, контрольно-измерительных приборов, средств автоматики, опор и подвесок, крепежных деталей, прокладок, материалов и деталей тепловой и противокоррозионной изоляции и предназначенное для транспортирования газообразных, жидких и твердых веществ. К технологическим трубопроводам относятся находящиеся в пределах промышленного предприятия или группы этих предприятий трубопроводы, по которым транспортируют различные вещества, в том числе сырье, полуфабрикаты, промежуточные и конечные продукты, отходы производства, необходимые для ведения технологического процесса или эксплуатации оборудования. Условия изготовления и монтажа технологических трубопроводов определяются разветвленной сетью большой протяженности и различием конфигурации обвязки технологического оборудования; разнообразием применяемых материалов, типов труб, их диаметров и толщин стенок; характером и степенью агрессивности транспортируемых веществ и окружающей среды; различием способов прокладки (в траншеях, без траншей, в каналах, тоннелях, на стойках, двух и многоярусных эстакадах, на технологическом оборудовании, а также на разных высотах и часто в условиях, не удобных для производства работ, числом разъемных к неразъемных соединений, деталей трубопроводов, арматуры, компенсаторов, контрольно-измерительных приборов и опорных конструкций. Для того чтобы смонтировать 1 т стальных технологических трубопроводов, необходимо помимо труб израсходовать в среднем различных деталей и арматуры, масса которых составляет до 22 % от массы трубопровода (табл. 1.1).

Таблица 1.1 Расход материалов и изделий на 1 т стальных технологических трубопроводов.Наименование, расход материалов и изделий при монтаже в зависимости от типа труб.

  Внутрицехового Межцехового
кг. шт. кг. шт.
Трубы 810 - 968 -
Отводы 97 16,5 9,7 1,65
Тройники 5 0,8 0,5 0,05
Переходы 5,5 2,1 0,5 0,2
Заглушки 2,3 1,5 0,2 0,15
Фланцы 48 5,5 4,8 0,55
Болты, гайки, шпильки, шайбы 12 - 1,2 -
Прокладки 1,5 - 0,2 -
Опоры и подвески 12 9 15 7,5
Арматура 178 3,5 17,8 0,35

При изготовлении и монтаже технологических трубопроводов пользуются терминами, приведенными далее. Линия — участок трубопровода, по которому транспортируется вещество с постоянными рабочими параметрами. В проекте линии трубопровода присваивается отдельный индекс.

Рис.1.1.

Узел (рис. 1.1) — часть линии трубопровода, ограниченная транспортным габаритом. Узел трубопровода (сборочная единица) состоит из одного или нескольких элементов и арматуры, собранных с помощью неразъемных и разъемных соединений. Узел может быть установлен в проектное положение сразу или направлен для последующей укрупненной сборки в трубопроводные блоки. Узлы бывают плоские, у которых ось находится в одной плоскости, и пространственные, у которых ось находится в двух и более плоскостях.

Рис. 1.2. Элементы трубопроводов

а — труба и отвод; б - отвод, труба и отвод; в — труба и фланец; г — фланец, труба и отвод; д — фланец и отвод; е — труба и заглушка; ж — труба и тройник; з — труба и концентрический переход; и — тройник, труба и эксцентрический переход; к — тройник, труба и фланец; л — тройник, труба и отвод; м — труба и тройник, труба и отвод; « — тройник, труба и тройник; о — фланец, труба и фланец

Элемент (рис. 1.2) — часть узла трубопровода (сборочная единица), состоящая из сваренных между собой отрезков труб и деталей или нескольких деталей. Трубопроводный блок — линия или часть линии трубопровода, которая состоит из одного или нескольких узлов, арматуры и отрезков труб, собранных с помощью разъемных и неразъемных соединений. Блок по размерам и конфигурации может быть установлен в проектное положение без предварительного укрупнения. Рис.1.1. Узел трубопровода

Деталь — часть линии трубопровода, предназначенная для соединения отдельных его участков с изменением и без изменения направления, проходного сечения (отвод, переход, тройник, заглушка, фланец) и его крепления (опора, подвеска, болт, гайка, шайба, прокладка).

Секция — часть линии трубопровода (сборочная единица), состоящая из нескольких сваренных между собой труб одного диаметра, ось которых составляет одну прямую линию и общая длина находится в пределах транспортного габарита.

Плеть — линия или часть линии трубопровода, состоящая из нескольких сваренных между собой секций трубопроводов. Плеть обычно собирают и сваривают на месте прокладки трубопровода. Основная характеристика трубопровода — внутренний диаметр, определяющий его проходное сечение, необходимое для прохождения заданного количества вещества при рабочих параметрах эксплуатации (давление, температура, скорость). При строительстве трубопроводов для сокращения числа видов и типоразмеров входящих в состав трубопроводов соединительных деталей и арматуры, используют единый унифицированный ряд условных проходов.

Условный проход Dу — номинальный внутренний диаметр присоединяемого трубопровода. Труба при одном и том же наружном диаметре может иметь разные номинальные внутренние диаметры. Для арматуры и соединительных деталей технологических трубопроводов наиболее часто применяют следующий унифицированный ряд условных проходов, мм: 10; 15; 20; 25; 32; 40; 50; 65; 80; 100; 125; 150; 200; 250; 300; 350; 400; 500; 600; 800; 1 000; 1 200; 1 400; 1 600. Для труб этот ряд — рекомендуемый, и Dy, для них устанавливается в проекте, стандартах или технической документации.

При выборе трубы для трубопровода под условным проходом понимают ее расчетный округленный внутренний диаметр. Например, для труб наружным диаметром 219 мм и толщиной стенки 6 и 16 мм, внутренний диаметр которых соответственно равен 207 и 187 мм, в обоих случаях за условный проход принимают ближайший из унифицированного ряда Dy, т.е. 200 мм. Механическая прочность труб, соединительных деталей и арматуры снижается при определенных интервалах температур транспортируемого по трубопроводу вещества или окружающей среды. Понятие «условное давление» введено для учета изменений прочности соединительных деталей и арматуры трубопроводов под действием избыточного давления и температуры транспортируемого вещества или окружающей среды.

Условное давление ру — наибольшее избыточное давление при температуре вещества или окружающей среды 20 °С. При этом давлении обеспечивается длительная работа арматуры и деталей трубопровода, имеющих заданные размеры, обоснованные расчетом на прочность при выбранных материалах и характеристиках их прочности, соответствующих температуре 20 "С. Например, для арматуры и деталей трубопроводов из стали 20, работающих при избыточном давлении 4 МПа и транспортирующих вещество при температуре 20 "С, условное давление ру = 4 МПа, при температуре 350 °С —ру = 6,3 МПа. Для сокращения числа типоразмеров арматуры и деталей трубопроводов установлен унифицированный ряд условных давлений (ГОСТ356-80), МПа: 0,1; 0,16; 0,25; 0,4; 0,63; 1; 1,6; 2,5; 4; 6,3; 10; 12,5; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 160; 250. Рабочее давление рраб — наибольшее избыточное давление, при котором обеспечивается заданный режим эксплуатации арматуры и деталей трубопроводов.

Пробное давление рпр — избыточное давление, при котором должно проводиться гидравлическое испытание арматуры и деталей трубопроводов на прочность и плотность водой с температурой не менее 5 и не более 70 "С. На трубопроводы и трубы ГОСТ 356 — 80 «Арматура и детали трубопроводов. Давления условные, пробные и рабочие» не распространяется, а является рекомендуемым, ру и рпр для них устанавливаются проектом, стандартами или технической документацией. Технологические трубопроводы классифицируют по роду транспортируемого вещества, материалу труб, рабочим параметрам, степени агрессивности среды, месту расположения, категориям и группам. По роду транспортируемого вещества технологические трубопроводы можно разделить на нефтепроводы, газопроводы, паропроводы, водопроводы, мазутопроводы, маслопроводы, бензопроводы, кислотопроводы, щелочепроводы, а также специального назначения (трубопроводы густого и жидкого смазочного материала, трубопроводы с обогревом, вакуум-проводы) и др. По материалу, из которого изготовлены трубы, различают трубопроводы стальные (из углеродистой, легированной и высоколегированной стали), из цветных металлов и их сплавов (медные, латунные, титановые, свинцовые, алюминиевые), чугунные, неметаллические (полиэтиленовые, винипластовые, фторопластовые, стеклянные), футерованные (резиной, полиэтиленом, фторопластом), эмалированные, биметаллические и др. По условному давлению транспортируемого вещества трубопроводы разделяют на вакуумные, работающие при давлении ниже 0,1 МПа, низкого давления, работающие при давлении до 10 М Па, высокого давления (более 10 МПа) и безнапорные, работающие без избыточного давления. По температуре транспортируемого вещества трубопроводы подразделяют на холодные (температура ниже 0°С), нормальные (1 ...45 °С) и горячие (от 46 °С и выше). По степени агрессивности транспортируемого вещества различают трубопроводы для неагрессивных, малоагрессивных, среднеагрессивных и агрессивных сред. Стойкость металла в коррозионных средах оценивают скоростью проникновения коррозии — глубиной коррозионного разрушения металла в единицу времени, мм/год. К неагрессивной и малоагрессивной средам относят вещества, вызывающие коррозию стенки трубы, скорость которой менее 0,1 мм/год, среднеагрессивной — в пределах 0,1... 0,5 мм/год и агрессивной — более 0,5 мм/год. Для трубопроводов, транспортирующих неагрессивные и малоагрессивные вещества, обычно применяют трубы из углеродистой стали; транспортирующих среднеагрессивных вещества, — трубы из углеродистой стали с повышенной толщиной стенки (с учетом прибавки на коррозию), из легированной стали, неметаллических материалов, футерованные; транспортирующих высокоагрессивные вещества — только из высоколегированных сталей, биметаллические, из цветных металлов, неметаллические и футерованные. По месторасположению трубопроводы бывают внутрицеховые, соединяющие отдельные аппараты и машины в пределах одной технологической установки или цеха и размещаемые внутри здания или на открытой площадке, и межцеховые, соединяющие отдельные технологические установки, аппараты, емкости, находящиеся в разных цехах. Внутрицеховые трубопроводы по конструктивным особенностям могут быть обвязочные (около 70 % общего объема внутрицеховых трубопроводов) и распределительные (около 30 %). Внутрицеховые трубопроводы имеют сложную конфигурацию с большим числом деталей, арматуры и сварных соединений. На каждые 100 м длины таких трубопроводов приходится выполнять до 120 сварных стыков. Масса деталей, включая арматуру, в таких трубопроводах достигает 41 % общей массы трубопроводов в целом. Межцеховые трубопроводы характеризуются довольно длинными прямыми участками (длиной до нескольких сот метров) со сравнительно небольшим числом деталей, арматуры и сварных соединений. Масса деталей в межцеховых трубопроводах (включая арматуру) составляет около 3...4%, а масса П-образных компенсаторов — около 7 %. Стальные трубопроводы разделяют на категории в зависимости от рабочих параметров (температуры и давления) транспортируемого по трубопроводу вещества и группы в зависимости от класса опасности вредных веществ и показателей пожарной опасности веществ. По степени воздействия на организм человека все вредные вещества разделяют на четыре класса опасности (ГОСТ 12.1.005 — 88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» и ГОСТ 12.1.007 — 76* «Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности»): 1 — чрезвычайно опасные; 2 — высоко опасные; 3 — умеренно опасные; 4 — малоопасные. По пожарной опасности (ГОСТ 12.1.004 — 91 «Пожарная безопасность. Общие требования») вещества бывают негорючие (НГ), трудногорючие (ТГ), горючие (ТВ), горючие жидкости (ГЖ), легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ), горючие газы (ГГ), взрывоопасные (ВВ). Технологические стальные трубопроводы, рассчитанные на условное давление до 10 МПа, в соответствии с СН 527 — 80 «Инструкция по проектированию технологических стальных трубопроводов на pу до 10 МПа» подразделяют на пять категорий (I — V) и три группы (А, Б, В).

Трубопроводы из пластмассовых труб (полиэтилена, полипропилена и поливинилхлорида) применяют для транспортирования веществ, к которым материал труб химически стоек или относительно стоек, и классифицируют по категориям и группам, установленным для стальных трубопроводов. При этом трубопроводы из пластмассовых труб запрещается применять для транспортирования вредных веществ 1-го класса опасности, взрывоопасных веществ и сжиженных углеводородных газов (СУГ). Трубопроводы, изготовленные из пластмасс, по которым транспортируют вредные вещества 2-го и 3-го классов опасности, относят к категории II и группе А; легковоспламеняющиеся жидкости, горючие газы, горючие вещества, горючие жидкости относят к категории III и группе Б, а трудногорючие и негорючие — к категории IV или V и группе В. Стальные трубопроводы, рассчитанные на давление выше 10 МПа, относятся к I категории, за исключением трубопроводов для систем густой смазки и гидравлики, которые относятся к II категории при давлении выше 6,3 МПа. Категория трубопровода устанавливается проектом, при этом определяющим является тот параметр трубопровода, который требует отнесения его к наибольшей категории.

 

1.2. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА РАБОТУ ТРУБОПРОВОДОВ

Технологические трубопроводы в процессе эксплуатации испытывают значительные нагрузки: давление (от глубокого вакуума до 250 МПа), температуру (~253...+700°С и более) транспортируемого вещества; собственный вес труб, деталей, арматуры, транспортируемого вещества, теплоизоляции, тепловое удлинение; вибрационные и ветровые нагрузки; давление грунта. Кроме того, на отдельных участках трубопровода могут возникать периодические нагрузки от неравномерного нагрева, защемления подвижных опор и повышенного трения в них. Нагрузки от массы металла труб и теплоизоляции, внутреннего давления транспортируемого вещества, давления ветра являются распределенными нагрузками, а нагрузки от веса арматуры и металлоконструкций — сосредоточенными. Нагрузки от тепловых удлинений возникают в ветвях и опорах трубопроводов и всегда имеют сосредоточенный характер. Нагрузки от давления транспортируемого вещества относятся к внутренним нагрузкам, а нагрузки от веса, тепловых удлинений, вибрации, натяжки трубопроводов, распора встроенных в трубопровод компенсаторов, а также ветровые, давление грунта (в случае прокладки в земле) — к внешним. Способность трубопровода противостоять перечисленным нагрузкам называется прочностью трубопровода. Прочность трубопровода зависит от прочности деталей, из которых он состоит. Так как трубопроводы работают при низких и высоких температурах, при определении прочности металла, из которого изготовлены детали трубопроводов, исходят из прочностных характеристик сталей при соответствующих температурах. Надежность технологических трубопроводов является важнейшим условием их эксплуатации, так как неисправность в какой-либо части трубопровода, как правило, не имеющего резервной линии, может привести к аварии и полной остановке производства или всего промышленного объекта. Для обеспечения надежной работы трубопроводов необходимо выполнение следующих требований:

  • при проектировании трубопровода следует учесть все условия, влияющие на его работу и прочность; выбрать необходимые материалы для всех его частей; рассчитать компенсацию и самокомпенсацию трубопроводов и целесообразно подобрать и разместить средства для его крепления по всей трассе;
  • качественно изготовить все детали, узлы и секции трубопроводов из материалов, предусмотренных проектом, и тщательно контролировать все изделия и материалы, поступающие на строительство трубопроводов;
  • качественно выполнить монтажные работы, соблюдая заданную технологию и технические условия;
  • обеспечить постоянное и систематическое наблюдение за работой трубопровода, которая должна проходить без нарушения режима эксплуатации и превышения параметров, указанных в проекте и инструкциях.

 

1.3. СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ТРУБОПРОВОДОВ

Соединения труб между собой, с арматурой, технологическим оборудованием, контрольно-измерительными приборами и средствами автоматики бывают неразъемные и разъемные. К неразъемным относятся соединения, получаемые путем сварки, пайки или склеивания, к разъемным — фланцевые, резьбовые, дюритовые, бугельные и др. Выбор соединения трубопроводов зависит от материала соединяемых деталей, физико-химических свойств (агрессивность, токсичность, способность к застыванию или выпадению осадка), давления и температуры транспортируемого вещества, условий эксплуатации (герметичность, необходимость частых разборок, огне-и взрывобезопасностъ производства). Широко распространен способ получения неразъемных соединений технологических трубопроводов путем дуговой сварки, которая обеспечивает высокую надежность, прочность и плотность соединений.

 

1.3. Виды неразъемных сварных соединений труб и деталей трубопроводов

 Рис. 1.3. Виды неразъемных сварных соединений труб и деталей трубопроводов: а — стыковое продольное с односторонним швом; б — стыковое продольное с двусторонним швом; в — стыковое поперечное с односторонним швом без скоса кромок; г — стыковое поперечное с односторонним швом со скосом кромок; д — стыковое поперечное с подкладным кольцом без расточки; е — стыковое поперечное с подкладным кольцом с внутренней расточкой; ж — стыковое контактное; з — угловое одностороннее без скоса кромок; и — угловое одностороннее без скоса кромок; к — угловое одностороннее со скосом кромок; л — раструбное; м — раструбное с муфтой

Сварные соединения (рис. 1.3) могут быть следующих видов: стыковые, раструбные, в некоторых случаях угловые (приварка штуцеров, плоских фланцев).

Стыковые соединения в трубопроводах могут иметь продольное (рис. 1.3, а, б) и поперечное (рис. 1.3, в—ж) расположения швов.

По характеру выполнения сварного соединения швы можно разделить на односторонние (см. рис. 1.3, а, в, г), двусторонние (см. рис. 1.3, б) и односторонние с подкладным кольцом (рис. 1.3, д, ё). Трубопроводы с условным проходом до 500 мм сваривают только односторонним швом. Двусторонний шов, т.е. с подваркой корня шва с внутренней стороны для повышения прочности соединения, применяют для трубопроводов с Dу= 600 мм и более. Подкладные кольца применяют ограниченно, так как они уменьшают проходное сечение трубопровода, вызывают дополнительное гидравлическое сопротивление и препятствуют полному сливу вещества из трубопровода. Угловые сварные соединения без скоса (рис. 1.3, з, и) и со скосом (рис. 1.3, к) кромок выполняют при изготовлении сварных деталей трубопроводов, а также при сварке деталей с трубами. Раструбные соединения (рис. 1.3, л, м) менее прочны, чем стыковые, и требуют дополнительного расхода труб, а также вызывают необходимость предварительно подготовить концы труб по диаметру (снять фаску). Такие соединения используют в основном при сварке труб из цветных металлов, а также при пайке или склеивании.

Фланцевые Соединения состоят из двух фланцев, прокладки или уплотнительного кольца, соединительных болтов (или шпилек) с гайками. Герметичность соединения достигается благодаря прокладкам из упругого материала, установленным между торцевыми поверхностями фланцев. Конструкция фланцев зависит от рабочих параметров и физико-химических свойств транспортируемого вещества, материала труб и других факторов.

Фланцы могут привариваться к трубе или устанавливаться на резьбе. Применяют фланцы, свободно сидящие на трубе и удерживаемые на ней путем отбортовки концов труб или приваренных к трубам колец.

Фланцевые соединения применяют для присоединения труб к фланцевой арматуре, к штуцерам оборудования, для трубопроводов, требующих периодической разборки, чистки отложений транспортируемых веществ или замены участков из-за повышенной коррозии, а также для временных, периодически демонтируемых трубопроводов. Основными недостатками фланцевых соединений являются: большой расход металла, высокая стоимость изготовления, а также меньшая по сравнению с неразъемными сварными соединениями надежность в эксплуатации — при частом изменении температуры или давления транспортируемого вещества возможно ослабление соединения и, как следствие, возникновение утечек. В связи с этим технологические трубопроводы соединяют, как правило, с помощью сварки. Резьбовые соединения технологических трубопроводов используют ограниченно: главным образом при прокладке систем густого и жидкого смазочного материала, коммуникаций высокого давления, на трубопроводах из водогазопроводных труб, а также для присоединения резьбовой трубопроводной арматуры и контрольно-измерительных приборов и автоматики. При помощи резьбы так-же,соединяют трубопроводы из чугуна и стальных футерованных труб. Из резьбовых соединений трубопроводов более распространены муфтовые и штуцерные.

В муфтовом соединении, применяемом в основном для водогазопроводных труб, на конце одной трубы нарезается удлиненная резьба (сгон), на которой полностью могут поместиться муфта и контргайка , на конце другой трубы — резьба длиной, равной примерно половине длины муфты. Трубы соединяют путем свинчивания муфты со сгона на другой конец трубы до конца резьбы.


Другие статьи: