Ахметов и др. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа (2006)

Продольно-подвижные — системы, в которых температурные удлинения полностью воспринимаются компенсаторами, способными изменять свою длину по направлению перемещения трубопровода. Неподвижные опоры в таких системах и примыкающее оборудование воспринимают лишь усилия распора компенсатора.

Из трубопроводных систем, работающих при низком давлении, наиболее распространены гибкие и продольно-подвижные. Насыщенность близко расположенного оборудования, простые конструкции компенсаторов низкого давления создают благоприятные условия для их применения. Продольно-подвижные системы широко применяют также при реконструкции и удлинении трубопроводных систем.

В некоторых случаях весьма эффективно применение схем с шарнирными устройствами — шарнирными компенсаторами. Преимущество таких компенсаторов — малая величина усилий, передаваемых на неподвижные опоры. Усилия, вызываемые распором от внутреннего давления, полностью воспринимаются соединительными связями. Компенсирующая способность системы в этом случае зависит от допустимого угла раскрытия линзы компенсатора. Однако схемы трубопроводов с шарнирными компенсаторами пока не нашли широкого применения в системах промышленных трубопроводов большого диаметра. В значительной степени это объясняется пространственной конфигурацией систем, что требует большого количества шарниров и значительно усложняет их установку.

Компоновочную схему трассы выбирают исходя из следующих положений. Места изменения направлений трассы рационально использовать для самокомпенсации. Внутри температурного блока устанавливаютпромежуточныеопоры,расстояниемеждукоторымиопределяется несущей способностью ведущего трубопровода, нагрузкой, типом опор и их способностью обеспечить восприятие температурных перемещений. На рис. 2.141 приведены примеры компоновочных схем разных трасс. В общем случае расстояние между неподвижными опорами может определяться по формуле

L = λn/α∆t ,

где λ—полезнаякомпенсирующаяспособностьоднойволныдискового компенсатора, м; n — число волн компенсатора; ∆t — расчетный температурный перепад; α— коэффициент линейного расширения материала ведущего трубопровода.

В зависимости от компоновки поперечного сечения трубопроводных систем могут выбираться различные варианты их построения. На рис. 2.141 показаны поперечные сечения характерных типов, к которым

231

может быть сведено большинство встречающихся в практике поперечных сечений трубопроводных систем.

Рис. 2.141. Компоновочные схемы трасс:

1 — плоская опора; 2 — неподвижная опора; 3 — скользящая опора; 4 — маятниковая опора; 5 — компенсатор

232

Рис. 2.142. Типы (I…VII) поперечных сечений трубопроводных систем

Тип I. При благоприятных условиях генерального плана система решается способом балочной прокладки с установкой компенсаторов на прямолинейных участках (рис. 2.143). Компенсаторы располагают, как правило,междудвумяблизко расположенными промежуточными плоскими опорами. Допускается установка компенсатора

по оси пространственной опоры. При этом опирание трубопровода на одну ветвь должно быть неподвижным, а на другую — подвижным. Расстояние между промежуточными опорами определяется несущей способностью ведущего трубопровода. Если этот пролет оказывается недопустимым для второй трубы, то применяют дополнительные подвески. Верхний ряд технологических трубопроводов опирается на систему кронштейнов, прикрепленных к ведущему трубопроводу. Опирание труб на кронштейны может быть подвижным (скользящим или на катках) или неподвижным.

Рис. 2.143. Конструктивная схема

при поперечном сечении типа I:

1 — сопутствующие трубопроводы; 2 — трубопровод верхнего яруса (ведущий); 3 — трубопровод нижнего яруса; 4 — плоские опоры сопутствующихтрубопроводов; 5 — неподвижная опора сопутствующих трубопроводов; 6, 7 — соответственно неподвижная и промежуточные опоры системы

233

Тип II. Система решается также по балочной схеме с устройством дополнительных опор для трубопроводов нижнего яруса. Эти опоры выполняют в виде плоских качающихся рам при одном ярусе труб и пространственных или плоских закрепленных рам при числе ярусов более одного (рис. 2.144). В связи с возможностью односторонней перегрузки рам их вертикальные элементы выполняют жесткими.

Рис. 2.144. Конструктивная схема при поперечном сечении типа II:

1, 7, 8 — сопутствующие трубопроводы; 2 — ведущий трубопровод; 3 — неподвижная плоская подвеска; 4, 5 — соответственно промежуточные и неподвижные опоры системы; 6 — подвеска в виде рамы

Тип III. Здесь следует различать два случая: все трубы эксплуатируютсятолькоодновременноиимеютодинаковыйтемпературныйрежим; трубымогутэксплуатироватьсянеодновременноилииметьразныетемпературные режимы. В первом случае система решается аналогично поперечному сечению типа I. Во втором случае такое решение может привести к перекосам, закручивающим промежуточные опоры. Во избежание этого можно рекомендовать несколько решений. Первое — постановкаповсейтрассепространственныхопорсподвижнымопираниемтруб.Такаясхемавсвязисозначительнымигоризонтальныминагрузками от трения приводит к утяжелению опор и фундаментов. Второе — использование одной трубы для закрепления ее за промежуточные плоские опоры. Остальные трубы подвешивают к специальной надстройке (рис. 2.145) либо опирают через подвижные опорные части. При прокладке двух труб можно принять схему, показанную на рис. 2.145б Одна труба используется для закрепления ветвей опор, вторая опирается подвижно.

Тип IV отличается от типа III наличием второго яруса труб большого диаметра. Системы с одинаковыми температурными режимами

234

Рис. 2.145. Конструктивная схема при поперечном сечении типа III:

1—трубопровод-распорка;2—подкос;3,4—соответственно промежуточные и неподвижная опоры; а — при осевом положении «ведущей» трубы; б — при боковом положении

всех труб встречаются редко. Поэтому по всей трассе целесообразно применение пространственных опор с подвижным опиранием труб. Возможно также аналогичное принятому решение для типа III с подвесками.

Тип V. Поперечное сечение с большим числом труб небольшого диаметра предполагает применение эстакадной прокладки с устройствомспециальныхпролетных строений и подвижных опираний труб.

Тип VI. Конструктивная сложность закрепления всех сопутствующих трубопроводов к основной трубе вызывает необходимость устройства пролетных строений с расположением по их верху трубопроводовбольшого диаметра.

ТипVII.Небольшиедиаметрытрубопроводовпредполагаютустройствооблегченныхпролетныхстроений,основнымназначениемкоторых является ограничение прогибов для создания непрерывного одностороннего уклона.

Технологические сопутствующие трубопроводы создают значительные нагрузки на систему, величина которых зависит от взаимного расположения основных опор, опор сопутствующих трубопроводов и компенсаторов. Поэтому, рационально располагая эти элементы систем, можно в достаточно широком диапазоне изменять нагрузки на опоры.

235

2.6.3. Опоры основных трубопроводов

Всоответствии с классификацией опор, приведенной в табл. 2.2, на рис. 2.146 показаны принципиальные схемы каждого типа опор. Решетка опор проектируется треугольной или полураскосной с совмещенными в пространственных опорах по граням узлами. При больших размерахопорывпланеибольшихпоперечныхсилахможноприменять крестовую решетку, элементы которой подбирают обычно из расчета работы их только на растяжение. Если невозможно воспринять усилие однимрастянутымэлементом,атакжеприэкономическомобосновании элементы можно принимать сжатыми. При многотрубной прокладке схема решетки определяется необходимостью пропуска трубопроводов сквозь опору. При невозможности устройства решетки во всех панелях принимаются конструктивные меры по обеспечению восприятия опорой поперечной силы, например создание рамных участков.

Внекоторых случаях при относительно коротких опорах, которые

врезультате частичного защемления анкерными болтами при удлинениях трубопровода не обеспечивают достаточной податливости, ветви опор опирают на фундамент через центрирующие подкладки, приближающиеузелкшарнирному.Принеобходимостисозданияболеегибкой схемы опорыможнопроектировать рамные конструкции,податливость которых выше, чем решетчатых.

Подвесные опоры, относящиеся к классу подвижных опор, распространены весьма широко, так как практически не препятствуют перемещению трубопровода в горизонтальной плоскости в направлении его оси. Наиболее простая конструктивная форма подвесной опоры – подвески в виде круглых тяжей. Как правило, трубопровод подвешивают за опорное кольцевое ребро, а в некоторых случаях без него с помощью полосового элемента. Предпочтительнее подвеска за ребро, таккактакоерешениеобеспечиваетчеткуюпередачуусилийивосприятие поперечных сил, а также позволяет сохранить неизменным контур поперечногосечения.Работоспособностьподвесныхопоропределяется их гибкостью, зависящей, в основном, от длины подвесок, которую следует принимать не менее 1,5…2 большего по величине диаметра трубопровода. При более коротких подвесках необходимо принимать меры по обеспечению перемещения трубопровода.

Применяются также подвесные опоры в виде опорных балок, прикрепленных через подвески, с расположением на балках одного или нескольких трубопроводов.

Впоследнем случае компоновка ряда трубопроводов на одной опоре допускается только для трубопроводов с общей системой опор

236

и работающих постоянно в одном температурном режиме. При прокладке трубопроводов по опорам разной жесткости, в состав которых входят и подвески, для обеспечения проектного положения трубопровода в процессе эксплуатации успешно применяют пружины, например тарельчатые, включаемые в опорный узел подвески.

Рис. 2.146. Опоры трубопроводов:

а — маятниковая; б, г — плоская промежуточная; в — пространственная неподвижная

2.6.4. Опоры сопутствующих трубопроводов

При прокладке сопутствующих трубопроводов необходима независимаясистемаопор,устанавливаемыхнанесущиетрубопроводы.Опорные конструкции сопутствующих трубопроводов не должны препятствовать температурным расширениям основной несущей системы, для чего принимаются соответствующие меры — устройство независимых опор, скользящих столиков, овальных дыр и др.

При балочной прокладке все сопутствующие трубопроводы опираются на ведущий трубопровод и компонуются в общую независимую систему. Опоры таких трубопроводов стандартизированы официальными документами — нормалями — и могут быть разными по исполнению. Одна из важных задач проектирования трубопроводов —

237

Рис. 2.148. Подвеска сопутствующих трубопроводов: а — система с подкосами; б — система с развитыми подвесками: 1 —плоские подвески; 2 — подкосы; 3 — развитые пространственные подвески

создание системы конструкций, на которые устанавливаются опоры сопутствующих трубопроводов. Такие конструкции принято называть подопорными. Наиболее простая подопорная конструкция — кронштей-

Рис. 2.147. Элементы подопорных конструкций: ны на ведущем трубопроводе.

а — подкосная система; б — связевая система: Здесь необходимо кроме пере- 1 — кронштейны; 2 — подкосы; 3 — связи

дачи вертикальной нагрузки обеспечить восприятие горизонтальной нагрузки, вызванной температурным удлинением трубопровода. При незначительных горизонтальных усилиях они могут быть восприняты специально подобранным сечением верхнего пояса кронштейна достаточной жесткости. При больших усилиях необходимы специальные мероприятия — устройство подкосов к каждому кронштейну или создание связевой системы (рис. 2.147).

В некоторых случаях одиночные сопутствующие трубопроводы могут опираться на отдельные столики, расположенные на ведущем трубопроводе. Распространено устройство подопорных элементов в виде подвесных конструкций. Аналогично кронштейнам, взависимостиотвеличины и места приложения приходящихся на них горизонтальных сил, их можно выполнять плоскими с подкосами или системой связей, а также пространственными —

развитыми в направлении действия сил (рис. 2.148).

Приустройствепродольнойсвязевойсистемыважнейшимусловием является сохранение свободы температурных перемещений ведущего трубопровода.

238

2.6.5.Назначение и классификация трубной арматуры: запорная, регулирующая и предохранительные устройства

Технологические установки нефтеперерабатывающих заводов, резервуарное и трубопроводное хозяйство заводов снабжены разнообразной арматурой, предназначенной для разобщения оборудования или подключения его к работающей системе, регулирования количества проходящей через трубопровод среды (нефти, нефтепродукта, воды, пара, газа и т.д.) или поддержания в системе давления, не превышающего допустимого.

2.6.5.1.Классификация трубной арматуры

Арматура любого класса включает три основных элемента: корпус, привод и рабочий орган (запорный, регулирующий и др.), состоящий из седла и перемещающегося или поворачивающегося относительно него затвора (золотника).

Арматуру классифицируют по основным признакам:

—по функциональному назначению;

—по условиям работы — давление, температура, агрегатное состояние,химическаяактивностьитоксичностьтранспортируемойсреды, температура и особые свойства (например, взрывоопасность окружающей среды);

—по диаметру условного прохода (номинальный размер арматуры);

—по способу присоединения корпуса к трубопроводу;

—по конструкции корпуса;

—в зависимости от способа герметизации рабочего органа в корпусе;

—в зависимости от конструкции привода рабочего органа.

По назначению арматуру делят на следующие основные классы:

—запорная, предназначенная для полного перекрытия потока среды;

—предохранительная, обеспечивающая частичный выпуск или перепускрабочейсредыприповышениидавлениядозначения,угрожающего прочности системы, а также предотвращающая недопустимый по технологическим соображениям обратный поток среды;

—регулирующая, назначение которой управлять рабочими параметрами потока среды (давлением, расходом, температурой) путем изменения проходного сечения;

—контрольная, определяющая уровень рабочей среды;

—прочая, предназначенная для различных конкретных операций (отвод конденсата, выпуск воздуха из трубопровода и впуск воздуха в него, приемо-раздаточные операции, выпуск подтоварной воды из резервуаров и т.п.).

239

По условиям работы к арматуре предъявляют следующие требования. Это прежде всего прочность, герметичность и надежность работы, взрывобезопасность и коррозионная стойкость. Требуемая прочность арматуры диктуется в основном рабочим давлением и температурой. Рабочие давления и температуры практически могут иметь любые значения из довольно широких диапазонов в зависимости от технологии конкретных производств. Поэтому с целью стандартизации и унификации арматуры принята следующая система условных давлений.

По величине условного давления арматуру можно разделить на три основные группы:

1)низкого давления на Ру до 1,6МПа;

2)среднего давления на Ру от 1,6 до 10МПа;

3)высокого давления на Ру от 10 до 100МПа.

Крометого,можновыделить вакуумнуюарматуруиарматурусверх-

высокого давления (более 100 МПа), которую изготовляют на рабочее давление или вакуум по специальным техническим условиям.

Условное давление Ру является единственным параметром для изготовляемой арматуры, гарантирующим ее прочность и учитывающим как рабочее давление, так и рабочую температуру. Условное давление соответствует допустимому для данного изделия рабочему давлению при нормальной температуре.

До пуска в эксплуатацию арматуру необходимо испытать водой при температуре ниже 100°С, на прочность и плотность материала – пробным давлением. Это давление также нормировано ГОCT 356. Для условных давлений до Ру = 20МПа пробное давление Рпр = 1,5Ру; при более высоких Ру превышение пробного давления над условным постепенно снижается до 25%.

Рабочей температурой считается наивысшая длительная температура перекачиваемой по трубопроводам среды (без учета кратковременных повышений температуры, допускаемых техническими условиями).

Подиаметруусловногопрохода.Основнойпараметрарматуры—ди- аметрусловногопроходаDy —номинальныйвнутреннийдиаметртрубо- провода, на котором устанавливают данную арматуру. Различные типы арматурыприодномитомжеусловномпроходемогутиметьразныепроходныесечения(например,полнопроходныйшаровойкран,конический кран с трапециевидным проходом и дроссельный игольчатый клапан).

Не следует смешивать диаметр условного прохода с диаметром проходного сечения в арматуре, последний часто меньше Dy (арматура с сужением прохода) или больше Dy (затворы с кольцевым проходным сечением). В то же время условный проход арматуры не совпадает

240