Общие сведения о трубопроводах. Классификация и структура
Трубопроводы являются одним из самых распространенных видов сварных конструкций и находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства. Особенно большой объем трубопроводных работ при строительстве и реконструкции различного назначения промышленных объектов; сооружении объектов транспорта; мелиорации и сельского хозяйства. Большое количество трубопроводов прокладывается также при строительстве жилых домов и других объектов социального назначения. Ежегодно строители и монтажники прокладывают свыше 5 млн. т трубопроводов различного назначения.
Удельный вес трубопроводных работ в общем объеме строительно-монтажных работ достаточно велик и достигает, например, при сооружении объектов нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности 65% стоимости механомонтажных работ.
Трубопроводы представляют собой устройства для транспортировки жидких, газообразных и сыпучих веществ при различных давлениях и температурах. Так как пропускная способность трубопроводов различна, то и размеры их (диаметры) тоже колеблются в большом диапазоне.
Неразъемные соединения в трубопроводах выполняют при помощи сварки, очень редко - при помощи пайки или склеивания, а разъемные - посредством резьбовых соединений (на фланцах или муфтах). Ниже будут рассматриваться трубопроводы как сварные конструкции.
К подавляющему большинству трубопроводов предъявляются повышенные требования, связанные с соблюдением определенных правил при их проектировании, изготовлении и монтаже, так как от качества трубопроводов, их прочности и работоспособности зависит надежность и долговечность сооружаемых объектов. Это в равной степени относится как к промышленным производствам, где авария трубопровода может привести к пожарам, взрывам и остановкам производства, так и объектам коммунального хозяйства, где, например, дефекты в трубопроводах газа могут привести к тяжелым последствиям.
Под надежностью трубопровода понимается его способность в течение заданного времени обеспечить транспортирование продукта с заданным проектом и техническими условиями параметрами процесса: давлением, расходом, температурой и т. д. Критериями, характеризующими надежность трубопровода, являются безотказность, долговечность и ремонтопригодность.
Безотказность трубопровода определяется способностью его работать с заданным режимом в течение определенного времени без отказов, т. е. без нарушения его работоспособности. Нарушение работоспособности может происходить в результате целого ряда причин (разрыв трубы или стыка, нарушение герметичности трубопроводной системы, образование гидратной пробки в полости трубы и т. д.).
Под долговечностью понимается способность трубопровода сохранять работоспособность в течение заданного промежутка времени при соблюдении определенных правил его эксплуатации, в том числе осуществлении ремонтов. Трубопровод должен работать до достижения им предельного состояния, которое определяется невозможностью или нецелесообразностью его дальнейшей эксплуатации. Показателем долговечности является срок службы трубопровода.
Поскольку долговечность трубопровода предусматривает проведение необходимых ремонтов, то его конструкция должна быть приспособлена к возможности предупреждения, обнаружения и устранению отказов путем проведения технического обслуживания и ремонтов. Например, предусматривать возможность вспрыска металла для предупреждения появления пробок в газопроводах; проектировать разъемные (фланцевые) соединения для разборки трубопроводов, нуждающихся в регуляторных очистках, и т. д. Это свойство трубопровода называется ремонтопригодностью.
Кроме перечисленных выше, один из показателей надежности трубопровода - стойкость против коррозии. Повышение коррозионной стойкости трубопроводов достигается путем применения специальных покрытий в качестве коррозионно-стойких материалов (например, нержавеющих сталей) для изготовления трубопроводов, а также увеличением толщин стенки трубы, если агрессивность транспортируемого продукта невелика.
Основной показатель надежности трубопровода - вероятность безотказной работы, которая является функцией времени и изменяется в пределах 1-0 в течение определенного времени.
В течение первых трех лет работы надежность трубопровода достаточно велика, так как вероятность безотказной работы его более 0,75. В последующем надежность интенсивно падает и эксплуатация данного трубопровода представляется нецелесообразной.
Здесь мы будем рассматривать подробно лишь технологические трубопроводы.
К технологическим трубопроводам относятся трубопроводы промышленных предприятий, по которым транспортируются: сырье; полуфабрикаты и готовая продукция; материалы, обеспечивающие ведение технологического процесса и эксплуатацию оборудования (пар, вода, топливо, реагенты); отработанные и промежуточные продукты; отходы производства. В зависимости от территориального размещения трубопроводы разделяются на внутрицеховые и межцеховые.
Внутрицеховые или обвязочные трубопроводы соединяют между собой отдельные виды оборудования или трубопроводы и располагаются в пределах одной технологической установки, цеха, резервуарного парка. Они наиболее сложны по конфигурации, насыщены деталями и трубопроводной арматурой и весьма трудоемки в изготовлении и при монтаже из-за большого числа неразъемных и разъемных соединений. В среднем принимают, что на 1 м таких трубопроводе приходится один сварной стык.
Межцеховые технологические трубопроводы соединяют между собой отдельные цехи, технологические установки, насосные и компрессорные станции, резервуарные парки и другие сооружения, входящие в состав данного промышленного объекта. Основой таких трубопроводов являются прямолинейные участки. Они имеют по сравнению с внутрицеховыми увеличенный средний диаметр труб и значительно меньшее число сварных соединений (в среднем один сварной стык на 6-10 м трубопровода).
Порядок и выбор исходных данных для расчета трубопроводов на прочность, определение технологии изготовления и монтажа, требования к сварным соединениям и их качеству зависят от того, к какой группе ответственности (категории) относится данный трубопровод. Для технологических трубопроводов существуют два метода классификации: в соответствии со СНиП (кроме трубопроводов пара и горячей воды) и Правилами устройства и эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды.
Трубопроводы в зависимости от физико-химических свойств транспортируемой среды и рабочих параметров подразделяют на пять категорий и три группы.
В проекте технологического трубопровода для каждой линии указывают группу и категорию. Следует учитывать, что, если трубопровод транспортирует среду с рабочей температурой, которая равна или превышает температуру его воспламенения, а также в том случае, когда продукт несовместим с водой или кислородом воздуха, то вне зависимости от рабочих параметров такой трубопровод относится к 1-й категории.
Кроме показателей, учитываемых в приведенных выше классификационных характеристиках, для трубопроводов важными являются величина условного прохода, определяющая геометрические размеры, условное рабочее и пробное давление, а также степень агрессивности транспортируемой по трубопроводу среды.
Под условным проходом труб, соединительных деталей и арматуры понимается номинальный внутренний диаметр изделия по соединительным концам. Нормативными документами установлен следующий нормальный ряд величин условных проходов (мм): 6, 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350. 400, 500, 600, 800, 1000, 1200, 1400, 1600, 2000, 2400, 3000. Следует при этом отметить, что внутренние фактические диаметры труб могут отличаться по величине от условных проходов. Это объясняется тем, что стандартные толщины стенок труб данного диаметра могут колебаться в значительных пределах, в то время как наружные диаметры труб имеют постоянный размер, определяемый технологией производства труб.
В трубопроводах различают условное, рабочее и пробное давления. Условное давление. Наибольшее избыточное рабочее давление при температуре среды 20 °С, при котором обеспечивается длительная работа арматуры и соединительных частей. Их геометрические размеры определяются расчетами на прочность, основанными на физических и механических свойствах материалов, из которых они изготовляются, соответствующих температуре 20 °С.
Под рабочим давлением понимается наибольшее избыточное давление при рабочей температуре проводимой среды, обеспечивающее заданную долговечность арматуры и соединительных частей трубопровода.
Пробное давление является избыточным давлением, при котором трубопровод подвергают гидравлическому испытанию водой при температуре не выше 100°С.
По температуре транспортируемого продукта трубопроводы могут быть горячими (свыше 45°С), холодными (до 45°С) и криогенными, транспортирующими сжиженные водород и гелий.
Степень агрессивности среды характеризуется скоростью коррозии стенки трубы из малоуглеродистой стали (мм/год). По этому показателю транспортируемые по трубопроводу среды разделяются на:
неагрессивные, при которых скорость коррозии не превышает 0,001 мм/год;
малоагрессивные со скоростью коррозии 0-0,1 мм/год;
среднеагрессивные - 0,1-0,5 мм/год;
высокоагрессивные, у которых скорость коррозии свыше 0,5 мм/год.
В соответствии со степенью агрессивности среды подбирают материалы для изготовления трубопроводов.
Несмотря на большое разнообразие трубопроводов по назначению, рабочим параметрам и размерам, на их сложную, не похожую одна на другую конфигурацию, любой трубопровод можно разложить на подобные составляющие.
Основой трубопроводных конструкций являются трубы и патрубки. Трубы поставляют в зависимости от диаметра и способа изготовления длиной 6-12 м и поэтому без дополнительной обработки применяют только при прокладке межцеховых трубопроводов. Обычно трубы разрезают на мерные отрезки, называемые патрубками. В отличие от остальных структурных составляющих технологических трубопроводов, патрубки являются единственными ненормализованными или нестандартизованными деталями. В зависимости от толщины стенки труб, применяемого способа сварки, и характера привариваемой к патрубку детали на концах патрубков выполняют соответствующую подготовку кромок, а в ряде случаев (тонкостенные трубы, приварка плоских фланцев) разделку кромок не выполняют.
При проектировании, изготовлении и монтаже технологических трубопроводов применяют приварные детали, которые по способу их изготовления можно разделить на: бесшовные, изготавливаемые методами протяжки, высадки, штамповки; штампосварные и сварные.
Бесшовные и штампосварные детали изготавливаются на специализированных предприятиях, оснащенных соответствующим оборудованием. Сварные детали, как правило, изготавливают силами монтажных организаций. Бесшовные отводы могут быть крутоизогнутые и гнутые.
Приварные детали, называемые тройниками и служащие для осуществления ответвления потока транспортируемого продукта от основной магистрали. Тройники по своей конструкции могут быть равнопроходные, без уменьшения диаметра ответвления и переходные, сопровождаемые уменьшением диаметра ответвления.
Для изменения диаметра трубопровода служат переходы, которые могут быть концентрическими и эксцентрическими. Первые устанавливаются на вертикальных участках трубопровода, вторые - на горизонтальных. Свободные концы трубопроводов закрываются заглушками.
Особым, весьма распространенным в технологических трубопроводах, видом деталей являются фланцы, служащие для осуществления разъемных соединений. Присоединительные размеры фланцев стандартизированы в зависимости от условных проходов и давлений. Для создания необходимой герметичности трубопровода на фланцах предусматривают специальные типы уплотняющих поверхностей, между которыми устанавливают прокладки из соответствующих материалов. Плоские приварные фланцы применяют на трубопроводах с условным давлением до 2,5 МПа включительно и температурой продукта до 300 °С. Эти фланцы приваривают к трубам (патрубкам) двумя кольцевыми угловыми швами.
Фланцы плоские приварные стыковые применяют на условные давления до 20 МПа включительно и температуру продукта до 530°С. Присоединяют такие фланцы к трубопроводу при помощи стыкового шва.
Свободные фланцы применяются в основном на трубопроводах из средне- и высоколегированных сталей, с целью их экономии. В этом случае фланцы изготавливают из углеродистых сталей и не приваривают к трубопроводу, а накидывают на отбортованный патрубок (поэтому ранее назывались накидными).
Для установки на трубопроводах с условным давлением свыше 20 МПа, а также из специальных сталей и сплавов, фланцы изготовляются по особым нормативным документам.
Важной структурной составляющей технологических трубопроводов является трубопроводная арматура - устройства, устанавливаемые на трубопроводах для выполнения функций отключения, распределения, регулирования, смешения и сброса транспортируемых по трубопроводу продуктов или предохранения трубопроводов от перегрузок. Трубопроводную арматуру разделяют на запорную, регулирующую, предохранительную и разного назначения.
Запорная арматура открывает или отключает поток транспортируемого продукта в трубопроводе, кроме того, она может регулировать расход продукта, частично открывая или закрывая проходное сечение трубопровода. К запорной арматуре относятся краны, вентили, задвижки и поворотные затворы.
Регулирующая арматура служит для регулирования параметров транспортируемого продукта, изменяя его расход, давление, смешение продуктов. К ней относятся всякого рода регулирующие вентили, регуляторы давления, смесители, форсунки.
Предохранительная арматура предназначена для предохранения трубопроводов и оборудования от возможных перегрузок, недопустимого повышения давления, которые могут привести к авариям. К предохранительной арматуре относятся предохранительные клапаны: рычажные и пружинные; гидравлические и дыхательные; перепускные и обратные и т. д.
Всю трубопроводную арматуру изготовляют на специализированных предприятиях и, как правило, устанавливают на трубопроводах при помощи фланцевых соединений или на резьбе, т. е. при помощи разъемных соединений. Однако, в первую очередь на газопроводах, иногда встречается арматура, чаще всего запорная, которую устанавливают на трубопроводе при помощи сварки.
Параметры процессов, при которых работает трубопровод, весьма разнообразны, в большинстве случаев технологические трубопроводы работают при температурах, весьма отличных от температуры окружающей среды, которая сама по себе меняется в зависимости от времени года, а также климатических и погодных условий. Кроме того, температура в каждом конкретном трубопроводе может изменяться в зависимости от температуры транспортируемого продукта. Поэтому в трубопроводах возникает перепад температур, приводящий к изменению длины трубопровода. Тепловое удлинение трубопровода будет зависеть от физических свойств металла, из которого изготовлен трубопровод, градиента температур и его длины. В том случае, когда трубопровод закреплен в неподвижных опорах, тепловое удлинение будет зависеть не от общей длины трубопровода, а от расстояния между неподвижными опорами. В связи с этим в трубопроводе возникают усилия от температурной нагрузки, которые могут быть значительны. Поэтому необходимо принимать меры к компенсации температурных усилий и перемещений, которые могут привести к нарушению работы трубопровода. Этим целям служат устанавливаемые на трубопроводах устройства, предназначенные для восприятия деформаций, возникающих в трубопроводе под действием тепловых удлинений. По своей конструкции компенсаторы могут быть сальниковыми, линзовыми и волнистыми, изготавливаемыми на промышленных предприятиях, и сварными, которые изготавливаются монтажными организациями.
Сальниковый компенсатор состоит из двух основных деталей - трубы и корпуса, которые присоединяются к трубопроводу посредством фланцев или на сварке. В зазоре между трубой и корпусом находится уплотнительное кольцо с грундбуксой, которая служит для сжатия уплотнительного кольца и повышения герметичности компенсатора. Из-за трудностей с обеспечением гарантированной герметичности сальниковые компенсаторы на технологических трубопроводах применяют редко, а на трубопроводах горючих, токсичных и сжиженных газов применение сальниковых компенсаторов запрещается.
Схема линзового компенсатора. В нем основным компенсирующим элементом является полулинза. Полулинзы сваривают попарно между собой, образуя линзы, которые и служат компенсаторами. В зависимости от заданной компенсирующей способности они могут набираться и свариваться в одно-, двух-, трех- и четырехлинзовые компенсаторы. Линзовые компенсаторы могут присоединяться к трубопроводу на сварке или на фланцах. Для удаления из линз компенсатора конденсата или остатков транспортируемого продукта служат дренажные штуцеры.
Волнистые компенсаторы работают по принципу осевого перемещения, основой их является гибкий элемент сифонного типа, концы которого приварены к патрубкам. Для предотвращения выпучивания стенки гибкого элемента служат ограничительные кольца. Кожух предохраняет гибкий элемент от механических повреждений, одним концом он приварен к стойке. Система, состоящая из упора, гаек, шпилек и бобышек, служит для установки компенсатора на заданную длину и для предварительной его растяжки или сжатия. Для того чтобы гибкий элемент создавал завихрения потока продукта при прохождении его через компенсатор, в полость компенсатора устанавливают внутреннюю обечайку, которую одной стороной приваривают к патрубку. Компенсатор устанавливают на трубопровод при помощи сварки, при этом концы трубопровода приваривают к патрубкам компенсатора.
В самостоятельную группу следует выделить так называемые несущие конструкции, предназначенные для крепления трубопроводов к зданиям, сооружениям, металлоконструкциям и оборудованию. К ним относятся опоры, подвески и опорные конструкции. Опоры могут быть неподвижные и подвижные. Первые должны иметь продольные перемещения трубопровода, для чего им необходима достаточная прочность и жесткость. Неподвижные опоры крепятся к трубе при помощи хомутов или сварки. Назначение подвижных опор - поддерживать трубопровод, не препятствуя при этом его продольному перемещению под действием температуры. Подвески крепят горизонтальные трубопроводы к металлоконструкциям, перекрытиям зданий, эстакадам. Опорные конструкции применяют для крепления опор трубопроводов к стенам зданий и другим вертикальным конструкциям. Они имеют чаще всего вид консолей или кронштейнов. Опорные конструкции выполняются преимущественно по индивидуальным проектам непосредственно монтажными организациями.
Стандартизация и нормализация деталей, входящих в состав трубопроводов, освоение их промышленного производства в необходимых количествах, оснащение монтажных организаций сварочной техникой, необходимой оснасткой и приспособлениями, создали возможность осуществить широкую индустриализацию трубопроводных работ. Были созданы специализированные цехи и мастерские по изготовлению трубопроводов.
Ранее трубопроводы изготовляли непосредственно на монтажных площадках «по месту», т. е. путем постепенного наращивания отдельных труб и деталей. Уровень механизации сборочно-сварочных работ был низок, производительность труда и качество работ тоже, основным видом технической документации были схемы трубопроводов без необходимых размеров и спецификаций, с указаниями «монтаж производить по месту».
В целях повышения уровня индустриализации трубопроводных работ была разработана система централизованного изготовления трубопроводов, включающая в себя нормативные документы на детали трубопроводов, технологию изготовления узлов и секций трубопроводов, а также систему технической документации.
В деталировочных чертежах на трубопроводы содержатся монтажно-сборочные схемы, необходимые данные по каждой линии, включая спецификации, категорию и параметры транспортируемых продуктов к т. д.
Линии трубопроводов разбивают на узлы с учетом конкретных условий производства, при этом монтажные стыки, а точнее места разъемов, рекомендуется выполнять по фланцевым соединениям или местам установки арматуры, а также по конструктивным сварным стыкам. При этом следует учитывать, что разбивка линии на узлы и элементы должна предусматривать необходимые допуски для компенсации возможных отклонений мест присоединения линии к оборудованию или мест стыковки узлов или элементов между собой на месте монтажа.
Стандартом предусмотрен ряд условных обозначений, упрощающих оформление деталировочных чертежей. Введена следующая шифровка деталей трубопроводов. Крутоизогнутый бесшовный отвод обозначается буквой Г, после которой ставится цифра, указывающая, под каким углом поворота выполнен отвод. Таким образом, шифр Г60 указывает, что применен крутоизогнутый бесшовный отвод под углом 60°. Для сварных деталей трубопроводов перед шифром, обозначающим тип детали, ставится буква С. Шифр СГ60 показывает, что отвод сварной с углом поворота 60°. Равнопроходные тройники обозначают буквой Т, переходные (неравнопроходные) в шифре содержат цифру, указывающую размер ответвления (например, Т108). Концентрические и эксцентрические переходы имеют соответственно шифры ПК и ПЭ, к шифру прибавляется цифра, обозначающая меньший наружный диаметр трубы (например, ПЭ89). Эллиптические штампованные заглушки обозначаются шифром Д.
Несколько более сложная шифровка фланцев. Здесь применяется следующий принцип, при котором в шифре указывается не только тип фланцев, но и условное давление, на которое рассчитан фланец, и тип уплотнительной поверхности. Давление обозначают цифрой, которая является десятикратным условным давлением, выраженным в МПа. Гладкая уплотнительная поверхность не имеет обозначений, впадину обозначают индексом, «вп», а выступ - «вс».
Технологические трубопроводы по своему составу можно разделить на две неравные части: а) трубопровод как сварную конструкцию, неразъемные соединения которой выполняют при помощи сварки, в которую входят трубы, патрубки и детали трубопроводов, и б) - трубопроводную арматуру, поддерживающие конструкции, метизы и прокладки.
Для внутрицеховых трубопроводов часть, представляющая собой сварные конструкции, составляет по массе 72,4%, а для межцеховых трубопроводов - 97,8%.
Сварные детали и узлы трубопроводов
Часть деталей трубопроводов изготавливают монтажные организации в сварном исполнении, например: сварные отводы, тройники, переходы и заглушки. Сварные отводы, называемые также секционными, изготавливают из вырезанных из труб секций, количество и размеры которых зависят от радиуса отвода и угла поворота.
Применение сварных отводов рекомендуется ограничивать и использовать их только в тех случаях, когда по каким-либо причинам отсутствуют крутоизогнутые бесшовные или штампосварные отводы.
В технологических трубопроводах широко применяют сварные тройники, которые можно использовать как в виде отдельных, заранее приготовленных деталей, так и выполненных по месту, в монтажных условиях. В этом случае их называют «врезки». В конструкции тройников различают понятия «коллектор» и «штуцер». Под коллектором понимается основной трубопровод, в который производится врезка, а под штуцером - собственно ответвление. При выполнении сварных врезок, в особенности равнопроходных, для повышения прочности тройников применяют штампованные накладные седловины. Седловины привариваются к тройнику после сварки-врезки.
К числу сварных деталей относятся также сварные заглушки. Эллиптические сварные заглушки изготавливают, как правило, на месте монтажа. Плоские заглушки также изготавливают и вваривают в трубопровод на месте монтажа.
В соответствии с принятой терминологией технологические трубопроводы вне зависимости от назначения и сложности конструкции разделяют на следующие составные части.
Наряду с сальниковыми, линзовыми и волнистыми компенсаторами в трубопроводах широко применяются П-образные сварные компенсаторы, эти компенсаторы изготавливают монтажные организации в трубозаготовительных цехах и мастерских из труб и деталей на любое давление и диаметр в соответствии с технической документацией на трубопровод. Размеры компенсаторов не нормализованы и указываются в монтажных и деталировочных чертежах. П-образные компенсаторы просты в изготовлении и удобны в эксплуатации, но имеют повышенные показатели металлоемкости, габариты и дополнительные потери на повышенном гидравлическом сопротивлении. Различают компенсаторы с большим вылетом, средним и малым, при этом наибольшей компенсационной способностью обладают компенсаторы с большим вылетом.
Линия - участок трубопровода, предназначенный для транспортирования продукта с постоянными рабочими параметрами, который предназначен для соединения между собой нескольких аппаратов, установок, трубопроводов и т. д. Сохраняя суммарный расход продукта, линия может состоять из труб одного или нескольких диаметров, а протяженность ее может составлять от нескольких метров до сотен метров. Каждая линия в проектной документации имеет присвоенный ей номер или индекс.
Деталь - элементарная часть трубопровода. К деталям относятся патрубки, отводы разных типов, концентрические и эксцентрические переходы, тройники, седловины, приварные фланцы и заглушки, а также отдельные изделия, входящие в состав трубопровода.
Элемент - две и более сваренных между собой деталей. Характерной особенностью элемента является то, что все его сварные соединения лежат в параллельных плоскостях, а так как швы в элементах трубопроводов, как правило, кольцевые, то все сварные соединения элемента можно выполнять механизированным способом с одной стоянки его на вращателе.
Узел трубопровода - часть линии, состоящая из нескольких элементов и арматуры, соединенных между собой на разъемных (болтовых или муфтовых) или неразъемных, сварных соединениях. Узлы могут быть плоскими, у которых оси элементов лежат в одной плоскости, или пространственными, у которых оси элементов располагаются в двух или трех плоскостях. Из общего числа узлов 82 % являются плоскими и 18 % - пространственными. Как правило, оси элементов, составляющих узлы, расположены под прямым углом одна к другой, и лишь на небольшом числе узлов встречаются элементы, расположенные под углами, отличными от прямых. Разбивка линий на узлы производится исходя из конкретных условий производства с учетом возможностей транспортировки и монтажа. Максимальные размеры узлов ограничиваются обычно следующим образом:
узлы, монтируемые внутри зданий, - 6X1,5X0,8 м;
узлы, монтируемые вне зданий, плоские - 10X2,5 м;
то же, пространственные - 6X2,5X1,5 м.
Блок - несколько узлов или линий с арматурой, собранных на болтовых соединениях или на сварке, которые по своему габариту и конфигурации могут быть установлены в проектное положение без дополнительного укрупнения.
Секция - несколько сваренных между собой прямолинейных труб. Длина секции обычно составляет 24-36 м и определяется возможностью транспортировки. Секции в подавляющих случаях используют при монтаже межцеховых трубопроводов.
Плеть - несколько сваренных между собой секций при укладке межцеховых трубопроводов в траншеи. Секции и плети труб применяют также при прокладке магистральных и промысловых трубопроводов.
Одной из важных особенностей конструкции технологических трубопроводов является то, что, несмотря на многообразие форм и конфигурации, различие в размерах, диаметрах, рабочих параметрах, сварные соединения трубопроводов ограничены по форме и характеру выполнения.
При изготовлении и монтаже трубопроводов применяют следующие типы сварных соединений: стыковое кольцевое, угловое кольцевое, стыковое фасонное и угловое фасонное. Наиболее распространенным является стыковое кольцевое. Угловое кольцевое используют только при приварке плоских фланцев. Фасонные стыковые соединения применяют при изготовлении сварных тройников (приварка штуцера к коллектору), фасонные угловые для приварки накладных седловин. По мере увеличения объема применения бесшовных тройников количество сварных деталей постоянно уменьшается. Поэтому можно считать, что подавляющее большинство сварных соединений на технологических трубопроводах является стыковыми кольцевыми швами, что способствует унификации технологии сварки и повышению уровня механизации сварочных работ.
Основные принципы конструирования и расчета трубопроводов
Кроме основных требований, общих для всех сварных конструкций, к конструкциям технологического трубопровода предъявляется ряд специфических.
В частности, для трубопроводов пара и горячей воды предусматривается применение сварки для соединения элементов трубопроводов. Фланцевые соединения допускаются только для присоединения трубопровода к арматуре и оборудованию, а резьбовые - только для присоединения арматуры на трубопроводах IV категории диаметром не более 100 мм.
Угловые и тавровые сварные соединения допускаются только для приварки плоских фланцев и вварки штуцеров и бобышек в трубопровод. Применение угловых швов требует обязательной подготовки кромок, если толщина свариваемых элементов более 15 мм. Во всех остальных случаях должны применяться стыковые сварные соединения. В том случае, когда в составе трубопроводов имеются гнутые элементы, не разрешается размешать сварные швы на гнутых участках. Сварные секционные отводы разрешается использовать только на трубопроводах III и IV категорий. Запрещается также размещать штуцеры, дренажные трубы и другие врезки в местах сварных швов, а также гнутых участков.
Большое значение для прочности трубопровода имеет соблюдение требований к утонению стенки гнутых элементов и зллипсности. Фактические утонения стенки и зллипсность не должны превышать величины, допускаемой нормативными документами для данного трубопровода.
При сварке трубопроводов диаметром более 100 мм, если свариваемые трубы или детали имеют продольные швы, не разрешается совпадение швов. При сборке таких элементов следует смещать продольные швы относительно друг друга таким образом, чтобы смещение составляло не менее трехкратной толщины стенки труб, но не менее 100 мм.
Расстояние между двумя соседними стыками в трубопроводе должно составлять не менее трехкратной толщины стенок свариваемых элементов, но не менее 100 мм, а для трубопроводов IV категории - не менее 50 мм.
Это условие соблюдается для сварных стыков, не подлежащих термической обработке и ультразвуковому контролю.
При выполнении сварных врезок расстояние от стенки штуцера до оси поперечного стыкового шва должно быть не менее наружного диаметра штуцера, но не менее 50 мм, если наружный диаметр штуцера менее 100 мм, и не менее 100 мм для штуцеров диаметром 100 мм и более. При установке трубопроводов на опоры следует учитывать, что расстояние от края опоры до сварного соединения должно быть не менее 200 мм.