Учебное пособие 800263

крестовины и другие фасонные части могут изготовляться сваркой из труб.

Фланцевые соединения применяются при подключении трубопровода к аппаратуре, в местах установки арматуры и контрольно-измерительных приборов, а также па границах монтажных участков.

Для трубопроводов с диаметром от 3 до 32 мм и на давление до 10 МПа допускается штуцерно-торцевое соединение труб.

Соединение труб в коммуникациях сверхвысокого давления (до 70 МПа) осуществляется при помощи сферических линз, устанавливаемых в конусные выточки торцов труб.

В последние годы в России все более широко используются полимерные трубы (взамен металлических) для газопроводов, водопроводов и др. целей.

Для пневмосистем в основном используют полиэтиленовые трубы. Полиэтилен - синтетический полимер, бесцветное вещество с температурой плавления 105... 130 °С в зависимости от способа получения. Он обладает высокой прочностью при растяжении и эластичностью, устойчив к воздействию агрессивных сред. Полиэтилен применяется для изготовления труб для газоснабжения, водоснабжения и отопления, емкостей, изоляции и др.

Преимущества полиэтиленовых труб:

-пропускная способность не снижается со временем (внутренняя поверхность благодаря малой шероховатости практически не зарастает);

-не подвержены коррозии, не требуют защиты от нее, поэтому гарантийный срок значительно выше, чем у стальных труб – до 50 лет;

-в 2-4 раза легче стальных труб, что существенно облегчает их транспортировку и монтаж;

-большинство типоразмеров выпускаются длинномерными отрезками (бухтами), поэтому количество стыков труб

80

минимальное (например, на 1 км полиэтиленовой трубы диаметром 110 мм приходится всего два стыка, в то время как для стальной - более 80);

- сварка труб проводится ручным или полностью автоматизированным контактно-термическим способом (быстрее и дешевле чем у стальных труб), причем стык не требует дополнительных расходных материалов (изоляции, электродов).

В качестве гибких трубопроводов применяют резинотканевые рукава, трубки из синтетических материалов (полиэтилена, полихлорвинила и др.), пневматические кабели из синтетических трубок. Гибкие трубопроводы из таких материалов обладают высокой стойкостью к коррозии, имеют небольшую стоимость, малую массу и удобны при монтаже

6.3. Прокладка внутристанционных и межцеховых воздухопроводов

Внутри помещений компрессорных станций воздухопроводы прокладываются как открыто - по стенам, колоннам, балкам, так и в каналах - проходных, полупроходных и непроходных.

Воздухопроводы в районе компрессорной станции, а также воздухопроводы, идущие к цехам, т. е. межцеховые воздухопроводы, могут быть как подземные, так и надземные. Выбор способа прокладки межцеховых воздухопроводов зависит от комплексного решения генерального плана завода, технологических и технико-экономических соображений.

Прокладка подземных воздухопроводов разрешается по проездам и территории, не подлежащей застройке.

Разрешается совместная открытая и канальная прокладка воздухопроводов с трубопроводами других газов и жидкостей, а также в траншеях, засыпаемых грунтом, если технические условия на прокладку трубопроводов этих газов и жидко-

81

стей допускают такое совмещение. Допускается прокладка воздухопроводов в каналах совместно с силовыми, осветительными и телефонными кабелями при условии защиты кабелей в соответствии с правилами устройства электротехнических установок.

Прокладка подземных воздухопроводов должна осуществляться с соблюдением минимально допустимых расстояний от естественных и искусственных препятствий.

Воздухопроводы, по которым транспортируется сжатый воздух низкого давления (до 2,5 МПа) и содержащий в себе влагу, должны укладываться ниже уровня промерзания грунта. Воздухопроводы осушенного воздуха могут укладываться в зоне промерзания грунта, но не менее 0,8 м от верха трубы до поверхности земли. При этом глубина укладки воздухопроводов должна выбираться такой, чтобы влияние возможных динамических нагрузок не вызывало в трубах опасных напряжений.

Прокладка межцеховых воздухопроводов может быть осуществлена на эстакадах, мачтах, столбах, а также на кронштейнах по стенам зданий. Воздухопроводы, прокладываемые на кронштейнах по наружным стенам зданий, должны быть удалены от стен на расстояние, исключающее возможность попадания на них стекающих с крыш атмосферных вод и обрушивающихся наледей.

Подземные воздухопроводы, предназначенные для транспортировки воздуха под давлением до 1 МПа, должны иметь уклон по рельефу местности не менее 0,002 по ходу и не менее 0,005 против хода воздуха. Ответвления должны прокладываться с уклоном в сторону магистрали. Воздухопроводы, транспортирующие воздух под давлением свыше 1 МПа, могут быть проложены без уклонов.

Воздухопровод должен иметь возможность свободного температурного удлинения, под влиянием которого не должны происходить выпучивание трубопровода, расстройство его

82

фланцевых соединений и деформации соединенных с воздухопроводом машин или аппаратов. Отсюда опоры под трубопроводы должны быть подвижными.

Для определения величины пролета между опорами, а также при расчете опор и подвесок должна приниматься большая из приведенных ниже двух нагрузок:

-нагрузки от собственного веса трубопровода с учетом веса воды, наполняющей трубопровод;

-нагрузки от собственного веса трубопровода, конденсата и изоляции.

Для труб диаметром до 100 мм вес конденсата берется равным 20 % от сечения, для труб диаметром от 101 до 500 мм

-15 % от сечения, и для труб диаметром более 500 мм - 10 % от сечения.

Определения расстояния между опорами под неизолированные трубопроводы производится механическим расчетом или по таблицам в зависимости от диаметра трубы.

6.4. Испытания и ввод в эксплуатацию

После монтажа трубопроводы должны быть испытаны. Перед испытанием воздухопроводы подвергаются наружному осмотру, подземные - до засыпки траншей, надземные - до укладки на опоры. При осмотре производится проверка уклона трубопровода, глубины его заложения, состояния основания (постели) и изоляции, в соответствии с требованиями инструкций по монтажу.

После наружного осмотра участок воздухопровода с установленными на нем арматурой, компенсаторами и пр. подвергается предварительному гидравлическому испытанию на прочность.

Для воздухопроводов с рабочим давлением ниже 0,5 МПа пробное давление устанавливается 150 % от рабочего, но

83

не менее 0,2 МПа, а для воздухопроводов с рабочим давлением выше 0,5 МПа пробное давление устанавливается 125 % от рабочего.

Смонтированный и подготовленный к сдаче участок или весь воздухопровод (подземный после засыпки его не менее как на 0,5 м грунтом, надземный - после укладки на опоры) подвергается испытанию на плотность сжатым воздухом под давлением, равным рабочему. Начало испытания устанавливается не ранее чем через 24 часа после наполнения трубопровода воздухом с тем, чтобы температура воздуха в трубопроводе сделалась равной температуре окружающей среды.

Испытание на плотность продолжается 34 часа. Величина утечки воздуха из системы в среднем за 1 час испытания должна быть не более: для воздухопроводов с рабочим давлением до 0,1 МПа – 2 %, для воздухопроводов с рабочим давлением свыше 0,1 МПа - 1 % от объема воздуха, находящегося в воздухопроводе в начале испытания.

После окончания монтажа и всех испытаний воздухопроводы необходимо продуть чистым воздухом. Скорость воздуха в трубопроводе должна быть 15 - 20 м/сек.

Продувку необходимо производить до тех пор, пока на белой бумаге (наклеенной на щит), поднесенной к концу труб, не будет замечено следов твердых частиц, выносимых струей воздуха из трубопровода.

Все трубопроводы как внутри компрессорной станции, так и вне ее должны покрываться антикоррозийным лаком или масляной краской. Лаком покрываются трубопроводы, подлежащие термоизоляции.

Термоизоляцией покрываются всасывающие воздухопроводы, если они прокладываются по стенам и колоннам внутри машинного зала, а также в тех случаях, если всасывающий воздухопровод почему-либо прокладывается в одном канале с нагнетательным воздухопроводом.

84

6.5. Гидравлический расчет межцеховых тупиковых воздухораспределительных сетей

В результате гидравлического расчета сетей воздухоснабжения определяются качественные и количественные потери при транспортировке сжатого воздуха (СВ) от места выработки до места использования, а так же диаметры трубопроводов на каждом участке сети.

6.5.1. Методика расчета воздухопроводов

Расчет воздухопровода сводится к определению его диаметра и потерь давления.

Расчет сети воздухопроводов производится в следующем порядке.

-составляется в изометрии схема воздухопроводной сети с нанесением длин участков, расходов протекающего воздуха и установленной арматуры;

-задаются падением давления по всей длине трубопровода и распределяют это давление пропорционально длинам участков;

-по формулам или номограмме находятся диаметры труб всех участков воздухопроводной сети и скорости движения сжатого воздуха в них;

-найденные расчетные размеры диаметров округляются до ближайших стандартных;

-определяются эквивалентные и приведенные длины участков;

-находятся действительные потери давления на участках с учетом сопротивления арматуры;

-определяются суммарные потери давления по магистрали (от компрессора до максимально удаленной точки и до других потребителей).

85

6.5.2. Количественные потери

Потери на участках от неплотностей и утечек Qут , м3/с,

определяются как [1]

где l- длина участка, м;

pcp - среднее избыточное давление на участке, Па.

Потери в местах присоединения потребителей Qпр , м3/с,

где pп - избыточное давление в месте подключения по-

требителей, Па.

6.5.3. Качественные потери

Качественные потери связаны с потерями энергии:

-в связи с охлаждением СВ после выхода из компрессорной станции (КС);

-гидравлическими потерями при течении СВ по трубам

ипотерями на преодоление местных сопротивлений;

После воздухоохладителей СВ обычно имеет темпера-

туру на 15-20 превышающую температуру окружающей среды. С достаточной степенью точности потери, связанные с охлаждением воздуха, можно считать происходящими на выходе из компрессорной станции. Снижение давления при ох-

86

лаждении газа рассчитывается по уравнению политропного процесса:

где p, pKC - давление воздуха с учетом охлаждения и на выходе из компрессорной станции, Па;

T , TKC - температуры воздуха в сети и на выходе из

станции, К;

n - показатель политропы (для воздуха принимается равным 1,6).

Температуру воздуха в сети следует принимать равной средней температуре окружающего воздуха за год [9] в случае надземной прокладки трубопроводов либо средней температуре воздуха в канале в случае канальной прокладки [12] .

Для определения гидравлических потерь используем формулу для расчета газопроводов среднего и высокого давления в турбулентной области течения газа [8]:

где p1, p2 - абсолютные давления в начале и в конце участков, Па;

- коэффициент аэродинамического сопротивления; Q0 - расход при нормальных условиях, м3/с;

d - внутренний диаметр трубопровода, м; Lp - расчетная длина участка, м;

87

T, T0 - температура среды и температура при нормаль-

ных условиях, К.

0 - плотность среды при нормальных условиях, кг/м3; p0 -давление при нормальных условиях, Па;

z - коэффициент сжимаемости газов.

Коэффициент аэродинамического сопротивления может быть определен по формуле:

где n - эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности труб (для бывших в эксплуатации стальных труб – 0,001 м, для полимерных труб – 7∙10-6 м);

Re - критерий Рейнольдса, определяемый как

где - коэффициент кинематической вязкости, м2/с, (для воздуха 1,33*10-5 м2/с);

w - скорость воздуха на участке, м/с.

Для сетей воздухоснабжения с внутренним давлением до 10 атм (1 МПа) формула (23) может быть упрощена на основании следующих данных:

- нормальные условия это T0 273 К и p0 101325 Па; - плотность воздуха при давлении до 1 МПа можно по-

лагать как 0 1.23 кг/м3;

88

- величина гидравлических потерь на преодоление местных сопротивлений в несколько раз меньше чем линейные гидравлические потери, поэтому их учет ведется путем увеличения геометрической длины участка:

kпот - коэффициент потерь на местные сопротивления

(0,05…0,1).

Коэффициент сжимаемости воздуха согласно [13] при давлениях до 25 МПа и в диапазоне температур от 270 до 300

Кс достаточной степенью точности можно считать какz 1.

Сучетом допущений и формул (24), (25) и (26) формула (23) преобразуется к виду:

Для определения гидравлических потерь необходимо предварительно выбрать скорость воздуха и диаметр трубопровода на участке.

Внутренний диаметр воздухопровода dвн , м, рассчиты-

вается по выражению:

где Q0 - расход на участке при нормальных условиях,

м3/с;

p, p0 - абсолютные давления воздуха сжатого воздуха и при нормальных условиях, Па;

T, T0 - абсолютные температуры сжатого воздуха и при нормальных условиях, К.

89