15_Truboprovody_i_armatura

410

15. ТРУБОПРОВОДЫ, АРМАТУРА И ГАРНИТУРА ПАРОВОГО КОТЛА

15.1.Трубопроводы паровых котлов

15.1.1.Классификация трубопроводов

Назначение трубопроводов, применяемых для энергетических устано- вок – транспортирование рабочей среды (воды, пара). По назначению и виду рабочей среди различают следующие виды трубопроводов: паропроводы, во- допроводы, маслопроводы и др. В зависимости от расположения по отноше- нию к оборудованию трубопроводы разделяются на внутренние (например, трубопроводы в пределах котла, теплообменника) и внешние (станционные трубопроводы). Внешние трубопроводы служат для соединения отдельных агрегатов в единый комплекс.

В соответствии с требованиями «Правил устройства и безопасной экс- плуатации трубопроводов пара и горячей воды» все трубопроводы, транс- портирующие водяной пар с рабочим давлением более 0,07 МПа или горя- чую воду с температурой выше 115 °С, делятся на четыре категории.

КI категории паропроводов относятся трубопроводы, выполненные из стали аустенитного класса и работающие при температуре пара 610–660 °С, а также из стали перлитного класса и при температуре пара 450–570 °С.

Ко II категории – паропроводы из углеродистой стали для пара давле- нием до 3 МПа и температурой 350–450 °С.

КIII категории – паропроводы из углеродистой стали марки 20 и 10 для пара давлением до 2 МПа.

КIV категории – трубопроводы из углеродистой стали 10 для давления 0,1–1,6 МПа. Аналогичное деление имеют и проводы для насыщенного пара

иводы.

Основные типы трубопроводов на тепловой электростанции – это глав- ные паропроводы от котлов к турбинам, трубопроводы питательной воды до деаэраторов к котлам, трубопроводы пара промежуточного перегрева. Для атомной электростанции – главные циркуляционные трубопроводы теплоно- сителя от реактора к парогенератору.

В зависимости от компоновки в установках применяются в основном две схемы паропроводов (рис. 15.1): схема с поперечной связью (рис. 15.1, а), включающая общий паропровод и отводы к каждому котлу (К) и турбине (Т), и блочная схема для системы котел – турбина (рис. 15.1, б).

Трубопроводы характеризуются двумя основными характеристиками:

условным проходом (условным диаметром) и условным давлением. Имеются стандарты на условные проходы, условные давления, а также на наружные диаметры труб и толщины стенок.

Условные проходы устанавливаются на диаметры прохода среды для трубопроводов и арматуры. При стандартах на наружный диаметр внутрен- ний диаметр трубы может быть разным в зависимости от толщины стенки.

411

Поэтому при расчетах внутренний диаметр подбирают ближайшим к услов- ному диаметру.

				Условное
		давление связано
		с	определенной
		предельно допус-
		тимой		температу-
		рой	протекающей
		среды.		Стандарт
		на условное дав-
		ление		устанавли-
а)	б)	вает		пробное	и
		рабочее давление
Рис. 15.1. Принципиальные схемы паропроводов: а – секционная;		для	арматуры		и
б – блочная		трубопроводов.			В

соответствии с ГОСТ все материалы разделены на несколько групп и для каждой группы в зависимости от рабочей температуры установлены темпе- ратурные ступени, в пределах которых дается количественная связь между рабочим, условным и пробным давлением. На пробное давление производит- ся испытание арматуры и трубопроводов на прочность.

15.1.2. Фасонные детали трубопроводов

При разветвлении трубопроводов, изменении их направления, а также при переходе от одного Диаметра трубопровода к другому используют фа-

сонные детали – отводы, тройники и переходы.

При сравнительно малых диаметрах ответвляемого трубопровода, а также в том случае, если толщина стенки основного трубопровода имеет большой запас прочности, ответвление осуществляется непосредственной врезкой трубы в трубу. Область и параметры применения деталей и элемен- тов трубопроводов определяются по ОСТ 34–42–481–80 ... ОСТ 34–42–500– 80.

Отводы – это изогнутые под углом 180; 90; 60; 45 и 30° участки трубо- проводов, изготовленные способами гнутья, сварки и штамповки. В зависи- мости от этих способов отводы подразделяются на гладкие и сварные (секци- онные).

Гладкие отводы бывают нормальные и крутоизогнутые.

Нормальные отводы (рис. 15.2, а) имеют радиус изгиба R , равный (3– 4,5) Dн , где Dн – наружный диаметр трубы. Длина прямого участка (от нача-

ла изгиба) должна быть не менее Dm трубы, но не менее 100 мм, а овальность в месте изгиба не превышать 10% от DH трубы. Эти отводы изготовляют спо- собом холодного или горячего гнутья.

Крутоизогнутые отводы (рис. 15.2, б) имеют радиус изгиба, величина которого не превышает одного наружного диаметра трубы. У таких отводов нет прямых участков, а скос кромки под сварку расположен в месте оконча-

412

ния изгиба. Это дает возможность применять крутоизогнутые отводы в тес- ных местах, и, кроме того, позволяет сократить расход труб для изготовления отводов.

				Крутоизогнутые отводы из-
				готовляют способом	горячей
				штамповки или протяжки и вы-
				пускают изогнутыми	под углом
				180; 90; 60 и 45°. Отводы с углом
	а)	б)	в)	изгиба 180° обычно называют ка-
				лачами. Размеры и масса крутои-
	Рис. 15.2. Отводы: а – нормальный. б – кру-
	тоизогнугый. в – сварной			зогнутых отводов меньше, чем у
	воды для трубопроводов с Dу			нормальных. Крутоизогнутые от-
			от 40 до 600 мм изготовляют в соответствии с

ГОСТ 17375–83.

Сварные отводы (рис. 15.2, в) изготовляют из отдельных вырезанных из труб секций, которые затем сваривают. Радиус изгиба R этих отводов со- ставляет не менее 1,5 диаметра трубы. Сварные (секционные) отводы приме- няют для трубопроводов с Dу более 600 мм.

Тройники – детали с помощью которых устраивают разветвления тру- бопроводов равнопроходные (без изменения диаметра ответвления) и пере- ходные (с изменением диаметра ответвления).

По способу изготовления тройники бывают сварные (рис. 15.3, а) и штампованные (рис. 15.3, б). В отличие от сварных штампованные тройники благодаря бесшовному плавному сопряжению горловины с корпусом обла- дают более высокой прочностью. Штампованные тройники (ГОСТ 17376–83) изготовляют из углеродистой стали с Dу от 40 до 400 мм на Pу от 0,1 до 10

МПа.

Переходы, применяемые для изменения диаметра трубопровода, разде- ляют на штампованные и сварные.

а)

в)

а)

б)

б)

г)

Рис. 15.3. Тройники: а – сварной; б – штампованный

Рис. 15.4. Переходы: I –

штампо-

ванные; II – сварные; а – концен-

трические; б – эксцентрический; в –

из трубы; г – из листа

413

Штампованные переходы, которые могут быть концентрические (рис. 15.4, а) и эксцентрические (рис. 15.4, б), изготовляют из труб методами горя- чей штамповки в соответствии с ГОСТ 17378-83 и применяют в трубопрово- дах, рассчитанных на давление от 0,1 до 10 МПа и температуру транспорти- руемого вещества до 450 °С. Преимущества штампованных переходов – ма- лая длина, гладкая внутренняя поверхность, уменьшающая внутренние со- противления в трубопроводе, высокая точность размеров.

Сварные переходы (рис. 15.4, в) предназначенные для работы под дав- лением до 1,6 МПа при температуре до 200 °С. изготовляют из труб путем вырезки соответствующих клиньев и подгибки (в горячем состоянии) обра- зовавшихся на трубе лепестков до соприкосновения их один с другим. Для подгибки на лепестках снимают фаски. Сварные переходы изготовляют так- же из листового металла (рис. 15.4, г).

Фасонные детали для трубопроводов пара и горячей воды могут изго- товляться заводами, имеющими разрешение местных органов Ростехнадзора РФ. К каждой партии деталей для трубопроводов пара и горячей воды дол- жен быть приложен сертификат, в котором указываются параметры приме- нения деталей, механические свойства примененных материалов, а также разрешения Ростехнадзора РФ на изготовление данных деталей.

15.1.3. Соединение трубопроводов

Соединения трубопроводов бывают неразъемные и разъемные. К не- разъемным относятся соединения, получаемые путем сварки, пайки или склеивания, к разъемным – резьбовые, фланцевые, раструбные и др. В ко- тельных установках трубопроводы соединяют на резьбовых муфтах, фланцах и сварке.

Резьбовое соединение применяют во внутренних системах водопровода и газоснабжения котельной для трубопроводов с Dу до 100 мм и Pу до 1

	МПа. Трубы соединяют резьбовыми муфтами на короткой и длинной резьбе.
		Короткая резьба (рис. 15.5, а)
		труб должна иметь сбег на участке
	а)	двух последних ниток резьбы и ко-
		роче половины длины муфты на од-
		ну нитку резьбы. Благодаря сбегу
		одна резьба заклинивается в другой
	б)	и плотность соединении повышает-
		ся.
		В тех случаях, когда необхо-
		димо создать разъемное соединение,
		применяют соединение на длинной
	Рис. 15.5. Соединение стальных труб на	резьбе (рис. 15.5, б), для чего на од-
	муфте: а – с короткой резьбой; б – с длин-	ной из труб делают длинную резьбу,
	ной резьбой	а на другой – короткую. Такое со-

414

единение принято называть сгоном. Длинную резьбу выполняют такой вели- чины, чтобы на нее можно было полностью навернуть (согнать) контргайку и муфту и сверх этого осталось бы еще не менее двух свободных ниток резьбы.

Для уплотнения стыков резьбовых соединений применяют льняную прядь с суриком, затертым на натуральной олифе, или со свинцовыми белилами. Прядь наматывают тонким ровным слоем на нарезку. Контргайка со стороны муфты имеет фаску для уплотнительного материала.

Фланцевые соединения – наиболее распространенный вид разъемных соединений трубопроводов, что объясняется простотой конструкции, легко- стью сборки и разборки, а также тем, что в котельных чаще всего используют фланцевую арматуру. Недостатки фланцевых соединений – большая трудо- емкость и высокая стоимость изготовления, а также меньшая по сравнению со сварными соединениями надежность в эксплуатации, так как при измене-

нии температуры и давления транспортируемой среды возможно ослабление соединения и возникновение утечки.

Фланцевые соединения состоят из двух фланцев, крепежных деталей (болтов или шпилек и гаек), прокладки или уплотнительного кольца.

		Фланцы (ГОСТ 12815-80) по
		способу присоединения к трубам бы-
		вают плоские (рис. 15.6, а), которые
		привариваются угловым швом, и
		приварные встык (рис. 15.6, б) – во-
а)	б)	ротниковые. Соединения с примене-
Рис. 15.6. Приварные фланцы: а – плоские;		нием воротниковых фланцев удобны
б – воротниковые		и экономичны. Трудоемкость сборки

такого соединения в среднем на 20% меньше, чем сборка с использованием плоских фланцев. Кроме того, использование воротниковых фланцев сокра- щает объем сварочных работ в два раза.

Уплотнительные поверхности фланцев при рабочем давлении Pраб до 2,5 МПа выполняют гладкими, а при Pраб выше 2,5 МПа на уплотнительных

поверхностях протачивают риски (рис. 15.7, а), размеры и количество кото- рых зависят от диаметра трубопровода и давления в нем. Уплотнительные поверхности для фланцев с впадиной и выступом приведены на рис. 15.7, б.

Рис. 15.7. Уплотнительные поверхности фланцев: а – гладкая с рисками; б – выступ-

впадина

415

По форме фланцы бывают круглые и овальные. Наиболее распростране- ны круглые фланцы; овальные чаше всего применяют в местах подсоедине- ния трубопроводов к аппаратам и механизмам.

Крепежные детали – стандартные болты, шпильки и гайки – служат для сборки фланцевых соединений. Крепежные детали выбирают в зависимости от рабочих параметров среды и указывают в проекте.

Длину болтов и шпилек выбирают с таким расчетом, чтобы после за- тяжки гаек выступали концы не менее 5 мм.

Материал для изготовления крепежных деталей выбирают в зависимо- сти от давлении и температуры транспортируемого продукта: при PY до 2,5

МПа и температуре до 300 °С применяют малоуглеродистую сталь обыкно- венного качества Ст. 3, Ст. 4; при Pу от 4 до 10 МПа и температуре до 450 °С

– качественную углеродистую сталь 25, 35 и 40. При более высоких темпера- турах и давлениях используют легированные стали.

Прокладочные материалы, предназначенные для уплотнения фланце- вых соединении, должны быть пластичны, прочны, а также устойчивы к тем- пературным условиям и коррозионному действию среды. В качестве прокла- док для трубопроводов, работающих при давлении до 6,4 МПа, применяют листовой паронит (ГОСТ 481–80), асбестовый картон (ГОСТ 2850–80), про- кладочный картон (ГОСТ 9347–74), листовую техническую резину и другие материалы.

Паронит – основной прокладочный материал для трубопроводов, транспортирующих воду и пар температурой до 450 °С. Его хранят в темном помещении при температуре не выше 30 °С. Плоские неразъемные соедине- ния типа «гладких», «шип-паз», «выступ-впадина» уплотняют паронитом об- щего назначения (ПОН).

Размеры прокладок соответствуют размерам уплотнительных поверх- ностей фланцев, при этом внутренний диаметр прокладки должен быть на 1–2 мм больше внутреннего диаметра фланцев.

Сварные соединения более надежны, чем фланцевые и резьбовые, что особенно важно при высоких давлении и температуре рабочей среды. Приме- нение сварки дает также значительную экономию металла. Поэтому о боль- шинстве случаев трубы соединяют между собой с помощью сварки. Основ- ные виды сварных соединений и швов трубопроводов изображены на рис. 15.8. Чаще всего используют сварное стыковое соединение, которое выпол- няют после тщательной обработки кромок и калибровки труб.

Заглушками, которые по конструкции подразделяются на плоские (при- варные и фланцевые) и сферические, закрывают концы трубопроводов.

Плоские приварные заглушки (рис. 15.9, а) используют в трубопроводах, условное давление в которых до 1,5 МПа. Изготовляют их с условным прохо- дом от 40 до 600 мм.

Фланцевые заглушки (рис. 15.9, б) по форме, конструкции уплот- нительных поверхностей, присоединительным размерам Н точности обработ-

416

ки должны полностью соответствовать требованиям, предъявляемым к флан- цам.

а)

б)

в)

г)

д)

е)

Рис. 15.8. Основные виды сварных соеди- нений и швов трубопроводов: а – соеди- нение встык однослойное; б – соединение встык двухслойное; в – соединение встык многослойное; г – угловой шов; д – тор- цовый шов; е – шов контактной сварки

а)

	h
	Н
S
	D
б)	в)

Рис. 15.9. Заглушки: а – плоская приварная; б – фланцевая; в – эллиптическая

Эллиптические заглушки (рис. 15.9, в) в соответствии с ГОСТ 17379–83

изготовляют с условным проходом от 40 до 500 мм.

15.1.4. Компенсаторы

При нагревании трубопроводы удлиняются. Удлинение трубо- проводов зависит от их длины, материала, из которого они изготовле- ны, и температуры транспортируемого вещества. При изменении ли- нейных размеров трубопроводов могут быть разрушены сварные, резь- бовые и фланцевые соединения и повреждены другие детали. Поэтому трубопроводы проектируют и конструктивно выполняют так, чтобы они могли удлиняться при нагревании и укорачиваться при охлажде- нии.

Способность трубопровода компенсировать тепловые удлинения за счет своей геометрической формы и упругих свойств металла без специальных устройств, включенных в трубопровод, называется само- компенсацией. В других случаях надо устанавливать компенсаторы, которые подразделяются на гнутые, линзовые, сальниковые и волни- стые.

Гнутые компенсаторы из труб, воспринимающие удлинение за счет их изгиба без остаточных деформаций, удобны для эксплуатации. Изготовляют их П-образной формы из тех же труб, что и сам трубо- провод.

П-образные компенсаторы (рис. 15.10) сваривают из отдельных изогнутых труб или из отводов и прямых отрезков труб между ними. Некоторые компенсаторы нельзя выполнить целиком, так как их раз-

417

меры превышают габариты, допустимые для перевозки к месту монта- жа. В этом случае компенсаторы собирают и сваривают на месте мон- тажа.

П-образные компенсаторы рекомендуется применять для трубо- проводов диаметром до 600 мм. Компенсирующая способность П- образных компенсаторов зависит от их геометрических размеров и мо- жет достигать 600–700 мм. Недостатки таких компенсаторов: дополни- тельный расход труб, увеличение сопротивления движению продукта по трубопроводу, большие размеры и необходимость сооружения специ- альных опор.

R

R

а)

R

Сварной

шов

R

в)

Сварной

шов

R

	R
б)	Сварной шов

R

г)

Рис. 15.10. П-образные компенсаторы: а – из целой трубы; б – из двух частей; в – из трех частей, г – из семи частей

Линзовые компенсаторы (рис. 15.11) состоят из включенных в тру- бопровод линз. Линза представляет собой сварную конструкцию, состоя-

щую из двух тонкостенных стальных штампованных тарельчатой формы полулинз. Форма линзы позволяет легко изменять ее длину. Компенси- рующая способность каждой линзы сравнительно небольшая – 10–16 мм. Количество линз выбирают в зависимости от необходимой компенсирую- щей способности. Что бы уменьшить сопротивление движению продукта, внутри компенсаторов устанавливают стаканы 4 (манжеты), которые при- варивают к трубе со стороны входа транспортируемого продукта. Наруж- ный диаметр стакана должен быть меньше внутреннего диаметра компен- сатора на 2 мм. Для спуска конденсата в нижних точках каждой линзы вварены штуцера 3, к которым присоединяют дренажные или продувоч- ные устройства.

418

Lmin

Lmаx

Рис. 15.11. Линзовый компенсатор: 1 –	Рис. 15.12. Сальниковый компенсатор: 1 –
рубашка; 2 – полулинза; 3 – дренажный	грундбукса; 2 – сальниковое уплотнение; 3,
штуцер; 4 – стакан (манжета)	4 – патрубки; 5 – упорное кольцо

Линзовые компенсаторы, обладающие небольшими размерами и массой, применяют для трубопроводов диаметром от 200 до 1400 мм, рас- считанных на условное давление транспортируемой среды Pу до 1,6 МПа.

С трубопроводами компенсаторы соединяют на фланцах и с помощью сварки. Их недостатки: небольшие допускаемые давления и малая ком- пенсирующая способность.

Сальниковый компенсатор (рис. 15.12) представляет собой патрубок 4, вставленный в фасонный патрубок 3 большего диаметра. Компенсация происходит за счет перемещения патрубков один относительно другого. В зазоре между патрубками установлено сальниковое уплотнение с грун- дбуксой.

Сальниковые компенсаторы отличаются высокой компенсирующей способностью и небольшими размерами. Их недостатки; трудность со- держания сальников в состоянии надежной плотности, сложность изго- товления и монтажа, сравнительно быстрый износ сальниковой набивки.

Сальниковые компенсаторы применяют в трубопроводах, транспор- тирующих пар, горячую и холодную воду, рассчитанных на давление Pу =

1,6 МПа.

Для надежной работы сальникового компенсатора необходимо, что-

бы между ним и неподвижной опорой трубопровода была установлена (возможно, ближе к компенсатору) хотя бы одна направляющая опора с тем, чтобы исключить перекос в сальнике.

				419
6 5	4	3	2	1		Волнистые			осевые
					компенсаторы				(рис.
					15.13)		применяют			для
					трубопроводов с Dу до
					400 мм и Pу до 6,4 МПа.
	D				Основную			деталь	волни-
D				S H	стых	компенсаторов				–
					гибкий элемент 3 – изго-
				D D
					товляют		из одношовной
					цилиндрической				обечай-
					ки гидравлическим фор-
					мованием. Концы гибкого
					элемента			приварены		к
Рис. 15.13. Волнистый осевой компенсатор: 1 – патру-					патрубкам			1. Компенса-
бок; 2 – внутренняя обечайка; 3 – гибкий элемент; 4 –					ция	температурного				из-
шпилька; 5 – стойка; 6 –гайка					менения длины трубопро-
водов между двумя неподвижными опорами осуществляется за счет осе-
вого перемещения (сжатия – растяжения) гибкого элемента компенсато-
ра.
Волнистые осевые компенсаторы обладают большей компенси-
рующей способностью, меньшими размерами и более длительным сро-
ком эксплуатации, чем линзовые. При использовании этих компенсато-
ров сокращается расход труб, а также снижается трудоемкость монтажа.

15.1.5. Опоры и подвески

Нормальные условия работы трубопроводов в значительной степе- ни зависят от правильной их установки и прочности закрепления. Трубо- проводы закрепляют с помощью опор, которые по назначению и устрой- ству подразделяются на неподвижные и подвижные. По способу крепле- ния к ним трубопровода различают приварные, привариваемые непо- средственно к трубе, и хомутовые опоры, которые крепят к трубе хому- тами.

Неподвижные опоры должны жестко удерживать трубу и не допус- кать ее перемещения ни по вертикали, ни по горизонтали. Корпуса не- подвижных опор приваривают или крепят болтами к несущим конструк- циям трубопровода. Конструкции наиболее распространенных непод- вижных опор изображены на рис. 15.14.