Монтаж технологических трубопроводов
Технологические трубопроводы — одна из главных составляющих оборудования различных инженерных сооружений. К таким трубопроводам предъявляются повышенные требования при их изготовлении и монтаже, так как по ним могут транспортироваться опасные для здоровья и жизни обслуживающего персонала взрывоопасные, ядовитые и горючие вещества.
Технологические трубопроводы, действующие под рабочим давлением до 10 МПа, подразделяются на работающие под низким, средним и высоким вакуумом; без давления (безнапорные); под низким давлением до 10 МПа. В зависимости от температурного режима работы различают трубопроводы, работающие с нормальной температурой транспортируемой среды — от 0 до 100° С; горячие — с температурой среды от 100 до 300° С; перегретые — с температурой среды более 300° С; холодные — с отрицательной температурой среды.
По способу соединения отдельных участков технологические трубопроводы делят на разъемные и неразъемные. Неразъемными являются сварные и клеевые соединения, к разъемным относятся фланцевые, резьбовые, муфтовые и раструбные соединения.
В составе проектной документации на технологические трубопроводы порядок изображения деталей и самих трубопроводов в основных проекциях, изображения деталей в разрезе должен отвечать общим правилам исполнения чертежей. Трубопроводы на схемах показывают в одну линию, а арматуру и детали — условными обозначениями. Технологическое оборудование изображается схематически с указанием отметок по высоте расположения. Все трубопроводы на технологических схемах маркируются в зависимости от характера транспортируемой среды и параметров работы. Монтажно-технологическую схему совмещают со схемой трубопроводов контроля и автоматики.
На монтажных чертежах технологической части показывают: строительные конструкции с горизонтальными осями и вертикальными отметками; технологическое и вспомогательное оборудование с местами установки опор, компенсаторов и арматуры; места присоединения к технологическому оборудованию трубопроводов с привязкой их к строительным конструкциям; материалы и размер труб с указанием направления движения среды, уклонов и отметок в начале и конце трубопроводов, мест расположения фланцев и сварных стыков, положения арматуры, опор и подвесок. В отдельных случаях делается увязка с другими коммуникациями, влияющими на размещение технологических трубопроводов.
Для наиболее сложных объектов применяют макетно-модельный способ проектирования. Этот способ позволяет наглядно определять наиболее удобные места расположения трубопроводов и оборудования, что в значительной степени сокращает объем неувязок в проекте и количество переделок при монтаже. В процессе сборки макета выявляются недостатки первоначальных решений, становится возможным более детально учесть взаимное положение трубопроводов и оборудования.
Все работы по проектированию, изготовлению, монтажу, испытаниям и сдаче технологических систем в эксплуатацию регламентированы соответствующими главами СНиП и правилами Госгортехнадзора. На основе этих нормативных документов отдельными ведомствами, которые изготавливают и монтируют технологические трубопроводы и оборудование, разрабатываются технические условия, более детально определяющие требования, обязательные для изготовителей и монтажников, исполнение которых гарантирует высокое качество работ.
Для технологических линий применяют трубопроводы и арматуру, изготовленные из углеродистых и легированных сталей, чугуна, цветных металлов и их сплавов, пластических масс, стекла, фарфора, керамики и других неметаллических материалов. Использование того или иного материала зависит от совокупности технологических (свойства транспортируемой среды, температура и рабочее давление и т. п.) и экономических факторов.
Прочность и надежность крепления технологических трубопроводов — одно из важнейших условий их долговечной и безаварийной эксплуатации.
Средства крепления трубопроводов подразделяются на опоры, кронштейны и подвески (могут применяться и другие разновидности средств крепления трубопроводов).
По характеру работы и назначению опоры можно подразделить на подвижные, к которым относятся скользящие, катковые, шариковые, пружинные и т. п., и неподвижные, которые бывают приварными, хомутовыми и упорными.
Подвижные опоры устанавливаются для обеспечения свободного перемещения технологических трубопроводов на опорах при температурных деформациях. Эти опоры воспринимают вертикальную нагрузку — силу тяжести трубопроводов с размещенной на них арматурой и теплоизоляции различных типов, а также горизонтальную нагрузку, зависящую от коэффициента трения на подошве опоры. На величину трения влияет конструкция подвижной опоры. Наиболее распространенными подвижными опорами являются скользящие опоры, перемещающиеся вместе с трубой по различным опорным конструкциям; коэффициент трения для скользящей опоры принимают равным 0,3. Для организации более свободного перемещения трубопровода применяют катковые опоры с коэффициентом трения 0,1, Шариковые опоры воспринимают горизонтальные осевые и боковые нагрузки. Пружинные опоры применяются для поглощения вибрации, передаваемой от технологического оборудования, и обеспечивают надежную работу как сварных, так и фланцевых соединений.
Неподвижные (мертвые) опоры устанавливают на технологических трубопроводах для обеспечения поглощения линейных удлинений при температурных перепадах транспортируемой среды. Кроме вертикальных нагрузок от собственного веса трубопровода, изоляции и др. неподвижные опоры воспринимают весьма значительные горизонтальные усилия, возникающие при температурных деформациях. Между неподвижными опорами, как правило, устанавливаются компенсаторы. Горизонтальные усилия, действующие на неподвижные опоры, можно подразделить на осевые и боковые: осевые — передаются на все неподвижные опоры, боковые — на опоры, расположенные вблизи поворотов трубопровода и в местах подсоединения их вблизи опор. Горизонтальные усилия и расстояния между неподвижными опорами определяются соответствующими расчетами.
Наиболее часто применяемыми опорными конструкциями при монтаже технологических трубопроводов являются кронштейны и консоли. Кронштейны (к ним относятся консоли) можно подразделить на индивидуальные (при прокладке на них одной трубы) и групповые (при прокладке нескольких труб). Кронштейны крепятся к стенам, колоннам и другим строительным конструкциям. Кронштейны и консоли очень часто применяются в сочетании с вышеописанными опорными конструкциями: на кронштейнах устанавливают подвижные и неподвижные опоры; к кронштейнам и консолям крепят различного типа подвески (одинарные, двойные, шпренгельные, индивидуальные и групповые).
Подвески применяются для крепления технологических трубопроводов при невозможности использования поддерживающих снизу опор и бывают нерегулируемые (привариваемые или пристреливаемые к строительным конструкциям на жестких тягах) и регулируемые (снабженные талрепами, винтовыми стяжками или с верхней регулировкой), позволяющие изменять отметку прокладываемого трубопровода.
Различные типы опорных конструкций показаны на рис. 2.10.
Рис. 2.10. Типы опорных конструкций
а — неподвижные опоры; б — скользящие опоры; в — роликовые опоры; г — подвески:
1 —нерегулируемая; 2 — регулируемая; 3 — пружинная
Арматуру, применяемую при прокладке технологических трубопроводов, можно классифицировать по следующим основным признакам: по назначению — запорная, регулирующая, предохранительная, дросселирующая, указательная и контрольная; по принципу действия — приводная и самодействующая; по типу привода — ручная, механическая, электрическая, пневматическая и гидравлическая; по материалу корпуса — стальная, чугунная, из цветных металлов, из специальных материалов и со специальными покрытиями; по материалам запорных органов; по способу присоединения; по рабочим параметрам. Некоторые типы арматуры показаны на рис. 2.11
Рис. 2.11. Типы арматуры технологических систем
а — винипластовый вентиль с вращающимися фланцами; б — гуммированный мембранный вентиль: 1 — вращающийся фланец; 2 — мембрана
Перед монтажом технологических трубопроводов выполняют их укрупнительную сборку с целью максимального сокращения объема сварных и фланцевых соединений во время монтажа в верхней зоне. Масса узлов после укрупнительной сборки не должна превышать грузоподъемности такелажных устройств.
Для монтажа трубопроводов и оборудования используются различные грузоподъемные механизмы и монтажные приспособления. Наибольшее распространение получили различные лебедки, работающие совместно с грузовыми и отводными блоками и полиспастами. Кроме лебедок при небольших перемещениях и значительных усилиях применяются винтовые и гидравлические домкраты.
Как было отмечено выше, при монтаже технологических трубопроводов ставятся неподвижные опоры, между которыми монтируются компенсаторы. Установка трубопроводов и компенсаторов производится при обычной температуре, при транспортировании же среды с повышенной температурой трубопроводы начнут расширяться и сжимать компенсатор. В связи с этим компенсаторы во время монтажа растягивают в холодном состоянии на величину, равную половине температурного удлинения трубопровода между неподвижными опорами. В ближайшем к компенсатору стыке оставляют зазор, равный величине растяжки. На концы трубопровода и компенсатора приваривают временные стальные уголки и с помощью болтов трубопровод и компенсатор стягивают до образования необходимого сварочного зазора. Затем зазор заваривают, а уголки срезают газовой резкой. Растяжка П-образного компенсатора показана на рис. 2.13.
При монтаже технологических трубопроводов и арматуры, предназначенных для транспортирования кислорода, особое внимание уделяется обезжириванию трубопроводов, сальниковых набивок, прокладок и др. в четыреххлористом углероде или этиловом спирте.
На трубопроводах, транспортирующих кислоты и другие ядовитые жидкости, фланцевые соединения закрывают защитными кожухами. При групповом расположении трубопроводов на одном кронштейне кислотопроводы прокладывают в нижней зоне, чтобы избежать разрушения других трубопроводов при попадании на их поверхность кислоты.
Для предотвращения повреждения трубопроводов из цветных металлов их монтируют в последнюю очередь — после стальных трубопроводов.
Во время монтажа футерованных трубопроводов не разрешается производить подгибание труб, также приваривать штуцера и средства креплений, так как при этом можно повредить внутренний футеровочный слой.
Неметаллические трубопроводы технологических систем, а именно: винипластовые, полиэтиленовые, фторопластовые, текстолитовые, фарфоровые, кварцевые и т. п. — монтируют, соблюдая правила, обусловленные физическими свойствами материалов.
Особое внимание следует обращать на сборку стыков, которые должны выполняться без каких-либо перекосов. Для этого трубопроводы и отдельные узлы собирают сначала без прокладок, и только после установки средств крепления и надежного закрепления трубопроводов ставят прокладки в стыках, равномерно затягивая болты.
Каждый участок трубопровода между двумя разъемными соединениями должен иметь не меньше двух опор (кронштейны, подвески или другие опоры). Расстояние между опорами принимается небольшим для предотвращения прогибов трубопроводов и уменьшения нагрузки на фланцевые соединения.
После выполнения всех монтажных работ технологические трубопроводы подвергаются гидравлическому или пневматическому испытаниям. Результаты считаются удовлетворительными, если во время испытаний не отмечено падения давления по контрольному манометру, в местах расположения стыков не обнаружено протечек или других дефектов.
По окончании гидравлического испытания трубопроводы технологических систем промывают и высушивают. Промывка производится при значительных скоростях движения транспортируемых сред в трубопроводах (15...20 м/с).