Трубы соединяют различные аппараты химических установок. Они используются для переноса веществ между различными коммуникациями. Конструкция включает несколько отдельных труб, которые с помощью соединений образуют единую трубопроводную систему.
Система трубопроводов
Трубопровод — система компонентов цилиндрической формы, соединенных соединительными элементами и используемых для транспортировки химических веществ и других материалов. Как правило, подземные трубопроводы используются на химических заводах для перевозки веществ. Что касается автономных и изолированных частей установки, они также относятся к трубопроводной системе или сети.
Конфигурация автономной системы трубопроводов может включать:
- Трубы.
- Соединительные фитинги.
- Уплотнение, соединяющее две съемные секции.
Все указанные элементы производятся индивидуально, после чего они соединяются как единая трубопроводная система. Кроме того, трубопроводы могут быть оснащены отоплением и необходимой изоляцией из разных материалов.
Размер труб и материалов для их изготовления выбирается на основе требований процесса и отставки, установленных в каждом отдельном случае. Но для стандартизации размеров трубопроводов была проведена их классификация и унификация. Ключевым критерием является допустимое давление, при котором работа трубопровода возможна и безопасна.
Номинальный внутренний диаметр
Номинальный диаметр — это параметр, используемый в трубопроводных системах в качестве коэффициента характеристики, с помощью которого выполняется выравнивание деталей, таких как трубы, клапаны, фитинги при гидравлическом расчете трубопровода.
Номинальный диаметр — объемная величина, численно равная внутреннему диаметру конструкции. Пример номинального внутреннего диаметра: DN 125.
Номинальный внутренний диаметр не обозначается на чертежах и не заменяет реальные диаметры труб. Он приблизительно соответствует четкому диаметру для определенных участков трубопровода при гидравлическом расчете. Если подразумеваются числовые значения номинальных внутренних диаметров, они выбираются таким образом, чтобы увеличить пропускную способность трубопровода в пределах 40% при переходе от одного номинального внутреннего диаметра к следующему.
Размеры номинальных внутренних диаметров устанавливаются во избежание проблем с взаимным выравниванием деталей при расчете гидравлических потерь в трубопроводе. При определении номинального диаметра на основе данного значения выбирается показатель, максимально приближенный к диаметру трубы.
Номинальное давление
Номинальное давление — это величина, соответствующая максимальному давлению перекачиваемой среды при 20 °C, что обеспечивает долгосрочную работу трубопровода с указанными размерами. Номинальное давление — безразмерная величина - была откалибрована на основе накопленного опыта эксплуатации.
Номинальное давление для трубопровода при расчете гидравлических потерь выбирается, исходя из созданного в нем давления при эксплуатации путем выбора наибольшего значения. Кроме того, фитинги и клапаны также должны соответствовать одному и тому же уровню давления в системе. Толщина стенок труб рассчитывается на основе номинального давления и обеспечивает возможность работы трубы с величиной давления, равной номинальной.
Допустимое рабочее избыточное давление
Номинальное давление применяется только при рабочей температуре 20 °C. С повышением температуры нагрузка на трубу падает. В то же время, допустимое избыточное давление, соответственно, уменьшается. Данное значение указывает на максимальное избыточное давление, которое может находиться в трубопроводной системе при повышении значения рабочей температуры при расчете гидравлического сопротивления трубопровода.
Из чего делают трубопроводы?
При выборе материалов для изготовления трубопроводных систем учитываются характеристики, такие как параметры среды, подлежащей транспортировке по трубопроводу, и предварительное рабочее давление в этой системе. Следует также учитывать возможность коррозионного воздействия внутренней среды на материал стенок при гидравлическом расчете трубопроводов отопления.
Большинство трубопроводных систем изготавливается из стали. Серый чугун или нелегированные конструкции используются для изготовления трубопроводов при отсутствии высоких механических нагрузок и коррозионного воздействия.
При гидравлическом расчете трубопроводов отопления при высоком рабочем давлении и отсутствии нагрузок с активным воздействием коррозии используется трубопровод из улучшенных стальных отливок.
Если средняя коррозионная стойкость велика, или строгие требования предъявляются к чистоте продукта, трубопровод выполняется из нержавеющей стали.
Если трубопроводная система должна противостоять влиянию морской воды, для его производства применяются медно-никелевые сплавы. Также используются алюминиевые сплавы и металлы, такие как тантал или цирконий.
Различные типы пластиков часто используются в качестве трубных материалов при гидравлическом расчете напорных трубопроводов, что обусловлено его высокой устойчивостью к коррозии, малой массой и простотой обработки. Такой материал подходит для трубопроводов сточных вод.
Трубопроводные элементы
Трубопроводы из пластмассы подходят для сварки и конструируются на месте монтажа. Такие материалы включают сталь, алюминий, термопластик, медь. Для подключения прямых секций труб применяются специально изготовленные фасонные элементы, например, разветвители и редукторы диаметра. Такие фитинги входят в систему любого трубопровода.
Специальные соединения используются для монтажа отдельных деталей и фитингов. Они также используются для подключения к трубопроводу необходимых клапанов и аппаратов.
Соединительные элементы выбираются в зависимости от следующих параметров:
- Материалы, используемые для производства труб и фитингов. Основным критерием отбора является возможность сварки.
- Условия работы: низкое или высокое давление и низкая или высокая температура.
- Требования к производству для системы трубопроводов: наличие фиксированных или съемных соединений в системе трубопроводов.
Линейное расширение труб и его компенсация
Геометрическая форма объектов может быть изменена как силовым действием, так и изменением их температуры. Эти физические явления приводят к тому, что трубопровод на стадии монтажа в безударных условиях и без температурного воздействия подвергается некоторому линейному расширению или сокращению, отрицательно влияя на его функциональные характеристики, при обслуживании из-за давления и температуры.
В случае, когда расширение не требуется для компенсации, происходит деформация системы трубопровода. В этом случае могут быть повреждены фланцевые уплотнения и соединения труб.
Термическое линейное расширение
При расчете гидравлического сопротивления трубопровода и монтаже следует учитывать потенциальное изменение длины из-за повышения температуры или, так называемое, тепловое линейное расширение. Эта величина равна значению линейного расширения труб длиной 1 м при повышении температуры на 1 °C.
Пример гидравлического расчета трубопроводов: Q = (Πd²/4)·w
Изоляция труб
В случае, когда высокотемпературная среда транспортируется по трубопроводу, ее следует изолировать, чтобы избежать потерь тепла. Если низкотемпературная среда транспортируется по трубопроводу, изоляция используется для предотвращения ее нагрева. В таких случаях изоляция выполняется с использованием специальных изоляционных материалов, обернутых вокруг труб.
Как правило, используются следующие материалы:
- При низких температурах до 100 °C - жесткий пенопласт (полистирол или полиуретан).
- При средних температурах около 600 °С - в форме оболочек или минерального волокна, таких как каменная вата или стеклянный войлок.
- При высоких температурах около 1200 °C — керамическое волокно (силикат алюминия).
Трубы с номинальным внутренним диаметром ниже DN 80 и толщиной слоя изоляции менее 50 мм изолированы, как правило, с помощью изоляционных формованных элементов. С этой целью две оболочки обернуты вокруг трубы и закреплены металлической лентой, а затем закрыты корпусом из оловянной пластины.
Номограмма для гидравлического расчета трубопроводов
Трубопроводы с номинальным внутренним диаметром свыше DN 80 должны быть оснащены теплоизоляцией, имеющей нижнюю оболочку. Такая оболочка содержит зажимные кольца, скобы и металлическую облицовку из оцинкованной мягкой стали или нержавеющей листовой стали. Пространство между трубопроводом и металлическим корпусом заполнено изоляционным материалом.
Толщина изоляции рассчитывается как определение издержек производства и потерь, которые возникают из-за утраты тепла, и составляет от 50 до 250 мм.
Таблица для гидравлического расчета трубопроводов
Правильный выбор изоляции трубопроводной системы решает многочисленные проблемы, такие как:
Избежание резкого снижения температуры окружающей среды и, как следствие, энергосбережения.
Предотвращение падения температуры в системах по транспортировке газа ниже точки росы, что исключает образование конденсата и может привести к серьезным разрушениям.
Избегание выбросов конденсата в паропроводах.
Пример:
| Материал | Скорость движения, м/с | ||
|---|---|---|---|
| Жидкость | Самотек: | ||
| Вязкая субстанция | 0,1 – 0,5 | ||
| Маловязкие компоненты | 0,5 – 1 | ||
| Насос: | |||
| Всасывающий | 0,8 – 2 | ||
| Нагнетательный | 1,5 – 3 | ||
Тепловая изоляция должна применяться по всей длине трубопроводной системы. Фланцевые соединения и клапаны должны быть снабжены формованными изоляционными элементами. Они обеспечивает беспрепятственный доступ к точкам соединений без необходимости удаления изоляционного материала из всей системы трубопроводов в случае, если произошел разрыв воздушной герметичности.
