Ахметов А. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа

Подождите немного. Документ загружается.

231

Продольно-подвижные — системы, в которых температурные уд-

линения 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, наи

более распространены гибкие и продольно-подвижные. Насыщенность

близко расположенного оборудования, простые конструкции компен

саторов низкого давления создают благоприятные условия для их при

менения. Продольно-подвижные системы широко применяют также

при реконструкции и удлинении трубопроводных систем.

В некоторых случаях весьма эффективно применение схем с шар

нирными устройствами — шарнирными компенсаторами. Преиму-

щество таких компенсаторов — малая величина усилий, передаваемых

на неподвижные опоры. Усилия, вызываемые распором от внутренне

го давления, полностью воспринимаются соединительными связями.

Компенсирующая способность системы в этом случае зависит от до

пустимого угла раскрытия линзы компенсатора. Однако схемы тру

бопроводов с шарнирными компенсаторами пока не нашли широко

го 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 по

ложений. Места изменения направлений трассы рационально исполь

зовать для самокомпенсации. Внутри температурного блока устанавли

вают промежуточные опоры, расстояние между которыми определяется

несущей способностью ведущего трубопровода, нагрузкой, типом опор

и их способностью обеспечить восприятие температурных перемеще

ний. На рис. 2.141 приведены примеры компоновочных схем разных

трасс. В общем случае расстояние между неподвижными опорами мо

жет определяться по формуле

L = λn/α∆t ,

где λ — полезная компенсирующая способность одной волны дискового

компенсатора, м;

n — число волн компенсатора; ∆t — расчетный

температурный перепад;

α — коэффициент линейного расширения

материала ведущего трубопровода.

В зависимости от компоновки поперечного сечения трубопровод

ных систем могут выбираться различные варианты их построения. На

рис. 2.141 показаны поперечные сечения характерных типов, к которым

232

может быть сведено большинство встречающихся в практике попереч-

ных сечений трубопроводных систем.

Рис. 2.141. Компоновочные схемы трасс:

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

5 — компенсатор

233

Тип I. При благопри-

ятных условиях гене

рального плана система

решается способом ба

лочной прокладки с уста

новкой компенсаторов на

прямолинейных участках

(рис. 2.143). Компенсато-

ры располагают, как пра

вило, между двумя близко

расположенными про

межуточными 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 оказывает

ся недопустимым для второй трубы, то применяют дополнительные

подвески. Верхний ряд технологических трубопроводов опирается на

систему кронштейнов, прикрепленных к ведущему трубопроводу. Опи

рание труб на кронштейны может быть подвижным (скользящим или

на катках) или неподвижным.

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

трубопроводных систем

Рис. 2.143. Конструктив-

ная схема

при поперечном

сечении типа I:

1 — сопутствующие тру-

бопроводы;

2 — трубо-

провод верхнего яруса

(ведущий);

3 — трубо-

провод нижнего яруса;

4 — плоские опоры сопут-

ствующих трубопроводов;

5 — неподвижная опора

сопутствующих трубо

проводов;

6, 7 — соот-

ветственно неподвижная

и промежуточные опоры

системы

234

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 пере

грузки рам их вертикальные элементы выполняют жесткими.

Тип III. Здесь следует различать два случая: все трубы эксплуатиру

ются только одновременно и имеют одинаковый температурный режим

;

трубы могут эксплуатироваться неодновременно или иметь разные тем

пературные режимы. В первом случае система решается аналогично

поперечному сечению типа

I. Во втором случае такое решение может

привести к перекосам

, закручивающим промежуточные опоры. Во из-

бежание этого можно рекомендовать несколько решений. Первое

—

постановка по всей трассе пространственных опор с подвижным опирани

ем труб. Такая схема в связи со значительными горизонтальными нагруз

ками от трения приводит к утяжелению опор и фундаментов. Второе

—

использование одной трубы для закрепления ее за промежуточные пло

ские опоры

. Остальные трубы подвешивают к специальной надстрой-

ке

(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 опира-

ется подвижно.

Тип

IV отличается от типа III наличием второго яруса труб боль-

шого диаметра

. Системы с одинаковыми температурными режимами

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

1, 7, 8 — сопутствующие трубопроводы; 2 — ведущий трубопровод; 3 — неподвижная плоская под-

веска; 4, 5 — соответственно промежуточные и неподвижные опоры системы; 6 — подвеска в виде

рамы

235

всех труб встречаются

редко. Поэтому по всей

трассе целесообразно

применение простран

ственных опор с под-

виж ным опиранием

труб. Возможно также

аналогичное принято

му решение для типа III

с подвесками.

Тип V. Поперечное

сечение с большим чис

лом труб небольшого

диаметра предполагает

применение эстакадной

прокладки с устрой

ством специальных про-

летных строений и под-

вижных опираний труб.

Тип VI. Конструк

тивная сложность за-

крепления всех сопут

ствующих трубопрово

дов к основной трубе

вызывает необходи

мость устройства про

летных строений с рас

положением по их верху

трубопроводов большого

диаметра

Тип VII. Небольшие диаметры трубопроводов предполагают устрой

ство облегченных пролетных строений, основным назначением которых

является ограничение прогибов для создания непрерывного односто

роннего уклона.

Технологические сопутствующие трубопроводы создают значи

тельные нагрузки на систему

, величина которых зависит от взаимного

расположения основных опор, опор сопутствующих трубопроводов

и компенсаторов

. Поэтому, рационально располагая эти элементы сис-

тем, можно в достаточно широком диапазоне изменять нагрузки на

опоры.

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 поло

жении «ведущей» трубы; б — при боковом положении

236

2.6.3. Опоры основных трубопроводов

В соответствии с классификацией опор, приведенной в табл.

2.2, на

рис. 2.146 показаны принципиальные схемы каждого типа опор. Ре

шетка опор проектируется треугольной или полураскосной с совме

щенными в пространственных опорах по граням узлами. При больших

размерах опоры в плане и больших поперечных силах можно применять

крестовую решетку, элементы которой подбирают обычно из расчета

работы их только на растяжение. Если невозможно воспринять усилие

одним растянутым элементом, а также при экономическом обосновании

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 опо

рой поперечной силы, например создание рамных участков.

В некоторых случаях при относительно коротких опорах, которые

в результате частичного защемления анкерными болтами при удлине

ниях трубопровода не обеспечивают достаточной податливости, ветви

опор опирают на фундамент через центрирующие подкладки, прибли

жающие узел к шарнирному. При необходимости создания более гибкой

схемы опоры можно проектировать рамные конструкции, податливость

которых выше, чем решетчатых.

Подвесные опоры, относящиеся к классу подвижных опор, распро

странены весьма широко, так как практически не препятствуют пере

мещению трубопровода в горизонтальной плоскости в направлении

его оси. Наиболее простая конструктивная форма подвесной опоры –

подвески в виде круглых тяжей. Как правило, трубопровод подве

шивают за опорное кольцевое ребро, а в некоторых случаях без него

с помощью полосового элемента. Предпочтительнее подвеска за ребро,

так как такое решение обеспечивает четкую передачу усилий и восприя-

тие поперечных сил, а также позволяет сохранить неизменным контур

поперечного сечения. Работоспособность подвесных опор определяется

их гибкостью, зависящей, в основном, от длины подвесок, которую сле

дует принимать не менее

1,5…2 большего по величине диаметра трубо-

провода. При более коротких подвесках необходимо принимать меры

по обеспечению перемещения трубопровода.

Применяются также подвесные опоры в виде опорных балок, при

крепленных через подвески, с расположением на балках одного или

нескольких трубопроводов.

В последнем случае компоновка ряда трубопроводов на одной

опоре допускается только для трубопроводов с общей системой опор

237

и работающих постоянно в одном температурном режиме. При про-

кладке трубопроводов по опорам разной жесткости, в состав которых

входят и подвески, для обеспечения проектного положения трубопро

вода в процессе эксплуатации успешно применяют пружины, например

тарельчатые, включаемые в опорный узел подвески.

2.6.4. Опоры сопутствующих трубопроводов

При прокладке сопутствующих трубопроводов необходима незави

симая система опор, устанавливаемых на несущие трубопроводы. Опор

ные конструкции сопутствующих трубопроводов не должны препят

ствовать 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 опи

раются на ведущий трубопровод и компонуются в общую независи

мую систему. Опоры таких трубопроводов стандартизированы офи

циальными документами — нормалями — и могут быть разными по

исполнению. Одна из важных задач проектирования трубопроводов —

Рис. 2.146. Опоры трубопроводов:

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

238

создание системы конструкций,

на которые устанавливаются

опоры сопутствующих трубо

проводов. Такие конструкции

принято называть подопорны

ми. Наиболее простая подопор

ная конструкция — кронштей

ны на ведущем трубопроводе.

Здесь необходимо кроме пере

дачи вертикальной нагрузки

обеспечить восприятие горизонтальной нагрузки, вызванной темпе

ратурным удлинением трубопровода. При незначительных горизон

тальных усилиях они могут быть восприняты специально подобран

ным 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 сопутствую

щие трубопроводы могут

опираться на отдельные

столики, расположенные

на ведущем трубопро

воде. Распространено

устройство подопорных

элементов в виде подвес

ных конструкций. Ана

логично кронштейнам

в зависимости от величи

ны и места приложения

приходящихся на них

горизонтальных сил, их

можно выполнять плос-

кими с подкосами или

системой связей

, а также

пространственными

—

развитыми в направлении действия сил (рис. 2.148).

При устройстве продольной связевой системы важнейшим условием

является сохранение свободы температурных перемещений ведущего

трубопровода.

Рис. 2.147. Элементы подопорных конструкций:

а — подкосная система; б — связевая система:

1 — кронштейны; 2 — подкосы; 3 — связи

Рис. 2.148. Подвеска сопутствующих трубопроводов:

а — система с подкосами; б — система с развитыми под

весками:

1 —плоские подвески; 2 — подкосы; 3 — развитые

пространственные подвески

239

2.6.5. Назначение и классификация трубной арматуры:

запорная, регулирующая и предохранительные устройства

Технологические установки нефтеперерабатывающих заводов, ре

зервуарное и трубопроводное хозяйство заводов снабжены разнообраз

ной 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 превышаю-

щего 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 состоя-

ние, химическая активность и токсичность транспортируемой среды

температура и особые свойства

(например, взрывоопасность окру-

жающей 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 пере-

пуск рабочей среды при повышении давления до значения, угрожаю

щего прочности системы, а также предотвращающая недопустимый

по технологическим соображениям обратный поток среды;

— регулирующая, назначение которой управлять рабочими парамет-

рами потока среды

(давлением, расходом, температурой) путем из-

менения проходного сечения;

— контрольная, определяющая уровень рабочей среды;

— прочая, предназначенная для различных конкретных операций (от-

вод конденсата, выпуск воздуха из трубопровода и впуск воздуха

в него, приемо

-раздаточные операции, выпуск подтоварной воды из

резервуаров и т. п

.).

240

По условиям работы к арматуре предъявляют следующие требова-

ния. 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 зна

чения из довольно широких диапазонов в зависимости от технологии

конкретных производств. Поэтому с целью стандартизации и унифи

кации арматуры принята следующая система условных давлений

По величине условного давления арматуру можно разделить на три

основные группы:

1) низкого давления на

до 1,6 МПа;

2) среднего давления на Р

от 1,6 до 10 МПа;

3) высокого давления на Р

от 10 до 100 МПа.

Кроме того, можно выделить вакуумную арматуру и арматуру сверх

высокого давления (более

100 МПа), которую изготовляют на рабочее

давление или вакуум по специальным техническим условиям

Условное давление

является единственным параметром для из-

готовляемой 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

= 20 МПа пробное давление Р

пр

= 1,5 Р

; при

более высоких

превышение пробного давления над условным по-

степенно снижается до 25 %.

Рабочей температурой считается наивысшая длительная температу-

ра перекачиваемой по трубопроводам среды

(без учета кратковремен-

ных повышений температуры, допускаемых техническими условиями).

По диаметру условного прохода. Основной параметр арматуры — ди-

аметр условного прохода

— номинальный внутренний диаметр трубо-

провода, на котором устанавливают данную арматуру. Различные типы

арматуры при одном и том же условном проходе могут иметь разные про

ходные сечения (например, полнопроходный шаровой кран, конический

кран с трапециевидным проходом и дроссельный игольчатый клапан).

Не следует смешивать диаметр условного прохода с диаметром про

ходного сечения в арматуре, последний часто меньше

(арматура

с сужением прохода) или больше

(затворы с кольцевым проходным

сечением). В то же время условный проход арматуры не совпадает