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.

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.

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.

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

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.

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-

418

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.

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.