Основные преимущества сильфонных компенсаторов – их герметичность и температуростойкость. Они надежней обычных сальниковых компенсаторов в эксплуатации и не требуют обслуживания в течение всего срока службы.
Основные марки стали, используемые при производстве сильфонов для сильфонных компенсаторов: лента 08Х18Н10Т или 12Х18Н10Т по ГОСТ 5632-72; AISI 321, AISI 304, 1.4541, 1.4571 и др.
Область применения:
— компенсация температурного расширения трубопроводов;
— предотвращение разрушения труб при деформации трубопроводов;
— компенсация несоосности в трубопроводных системах, возникших вследствие монтажных работ;
— изолирование вибрационных нагрузок от работающего оборудования и потока транспортируемой среды;
— герметизация трубопроводов;
— производство соединений труб различного типа.
Рабочая среда:
— Газообразная коррозионная среда (слабой агрессивности);
— Жидкая коррозионная среда (слабой агрессивности);
— Парогазовая смесь;
— Вода, воздух, азот;
— Растворы дизактивации и промывки;
— Инертная газовая среда и жидкие не агрессивные среды;
— Среды к которым материал сильфона коррозионностоек.
Типы сильфонных компенсаторов:
Осевой компенсатор, предназначен для компенсации температурных линейных расширений за счет перемещения сильфона (сжатия-растяжения) в осевом направлении.
Угловой компенсатор, работает по принципу смещения осей патрубков под углом в одной плоскости с изгибом оси сильфона по дуге.
Сдвиговый компенсатор, работает по принципу смещения патрубков в различных плоскостях при параллельности их осей.
Чем отличаются сальниковые и сильфонные компенсаторы?
-Компенсатор сальниковый -предназначен для компенсации термических деформаций трубопроводов тепловых сетей. Компенсатор сальниковый разработан для трубопроводов водяных и паровых тепловых сетей с параметрами воды и пара до Рраб.≤2,5 МПа (25 кгс/см2) при температуре воды до 200 ºС и при температуре пара до 300 ºС, при этом односторонний компенсатор сальниковый для условных проходов от Ду100 до 1400 мм, а двухсторонний компенсатор сальниковый - от Ду100 до 800 мм. Компенсирующая способность сальниковых компенсаторов изменяется в зависимости от условного прохода от 200 до 500 мм. Срок службы: 1-3 года.
-Компенсатор сильфонный – это устройство, гибкая вставка (гофра), используемое в системах трубопроводов, служащее для компенсации изменения длины участков трубопроводов, возникшее из-за температурного расширения материала труб или вследствие монтажных работ. Сильфонные компенсаторы состоят из одного или двух сильфонов - тонкостенных гофрированных оболочек из антикоррозионной нержавеющей стали; патрубки из малоуглеродистой стали, служащих для присоединения компенсаторов к трубопроводу;защитного кожуха из листовой малоуглеродистой стали, закрепленного на стойках винтами. Среда: вода, пар, нефть, газ, пульба и т.д.. Температура до +700 по цельсию, Давление до 250 атмасфер. Срок службы 10-20 лет.
-Компенсаторы сильфонные осевые неразгруженные (КСО) ТУЗ- 120-81
Материалы: Сильфон - коррозийно-стойкая жаропрочная сталь 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Н по ГОСТ 5632-72; присоединительные патрубки - бесшовные горячедеформированные трубы по ГОСТ 8732-78, ТУ 14-3-190-82 сталь 20 ГОСТ 1050-88 с поставкой по группе в ГОСТ 8731-87. Возможные другие материальные исполнения компенсаторов.
СКУ(СКУ.ППУ) предназначены для компенсации температурных изменений длины трубопровода, снятия вибрационных нагрузок, герметизации трубопроводов, предотвращения разрушения и деформации трубопроводов. Для сильфонных узлов возможна подземная безканальная укладка, изоляция сильфонных устройств СКУ (СКФ). Основным элементом компенсационного устройства является осевой сильфонный компенсатор, установленный в защитный кожух, который обеспечивает защиту сильфона от поперечных усилий, изгибающих и крутящих моментов, а также от механических повреждений и попадания грунта между гофрами.
Компенсаторы сильфонные с условным проходом DN100, DN125, DN150, DN200, DN250, DN300, DN350, DN 400, DN 450, DN 500, DN 550, DN600, DN 700, DN 800, DN 900, DN 1000, DN 1200, рабочим давлением Рр до 4 МПа и температурой t до плюс 500 ºС. Сильфонные компенсаторы предназначены для компенсации относительного перемещения элементов трубопроводов с жидкими и газообразными рабочими средами. Разработаны с учетом требований ПБ 10-573-03 «Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды».
Конструктивные особенности:
- С внутренним экраном;
- С защитным кожухом;
- С двумя разнесенными по оси сильфонами.
Характеристики сильфонных компенсаторов:
DN от 100 до 1200 мм;
PN до 4 МПа;
Темп. рабочей среды от -70 до +500 ºС;
Присоединение: под приварку, фланец.
Назначенная наработка сильфонных компенсаторов и сильфонных компенсаионных устройств (СКУ) при осевых циклических перемещениях:
— 200 циклов с нагружением 100% осевым ходом;
— 50 циклов с нагружением 100% осевым ходом + 5000 циклов с нагружением 30% осевым ходом.
Назначенный срок службы СК и СКУ – 25 лет;
Для СК и СКУ тепловых сетей назначенный срок службы в зависимости от содержания хлоридов в проводимой среде составляет:
— при содержании хлоридов менее 15 млг/л – 25 лет;
— при содержании хлоридов от 15 до 30 млг/л – 20 лет;
— при содержании хлоридов свыше 30 млг/л (но не более 200) – 10 лет.
Срок сохраняемости СК и СКУ до ввода в эксплуатацию – 5 лет.
По требованию заказчика, теплоизоляция СКУ может быть укомплектована системой оперативно-дистанционного контроля (ОДК) состояния влажности пенополиуретана в процессе эксплуатации.
УГЛОВЫЕ КОМПЕНСАТОРЫ КАРДАННОГО ТИПА
• Угловые движения допускаются во всех плоскостях.
• Осевые и боковые силы исключаются карданной конструкцией.
• Существует комбинированное применение двух или более соединений.
• Монтаж не восприимчив к плоскости трубы.
Карданные сильфонные компенсаторы предназначены для компенсации угловых перемещений трубопроводов в двух плоскостях.
Это интересно:
Опыт применения осевых сильфонных компенсаторов в тепловых сетях
Для компенсации температурных деформаций трубопроводов в теплосетях Санкт-Петербурга до начала 1980-х гг. применялись сальниковые, П-, S- и Г-образные компенсаторы, а во многих регионах РФ они применяются до сих пор. Каждому из этих компенсаторов свойственны отдельные серьезные недостатки.
Наиболее сложными в эксплуатации и монтаже являются сальниковые компенсаторы. Они требуют постоянного обслуживания, связанного с периодической подтяжкой уплотнения и заменой уплотнительного материала. При подземной прокладке теплопроводов установка сальниковых компенсаторов требует строительства дорогостоящих камер. Длительная практика эксплуатации сальниковых компенсаторов показала, что даже при наличии регулярного их обслуживания имеют место протечки теплоносителя. При большой протяженности тепловых сетей суммарная величина затрат на пополнение и нагрев теплоносителя может достигать достаточно больших значений.
Для П-образных компенсаторов характерны большие габариты, увеличение зон отчуждения дорогостоящей городской земли, необходимость строительства дополнительных направляющих опор, а при подземной прокладке – специальных камер (что довольно затруднительно в городских условиях). Да и стоимость П-образных компенсаторов, особенно больших диаметров, достаточно высока.
В целях повышения надежности теплоснабжения, снижения капитальных вложений, потерь, связанных с утечками, и эксплуатационных расходов в начале 1980-х гг. специалисты ведущих Ленинградских проектных институтов рассмотрели возможность применения сильфонных компенсаторов (СК) в тепловых сетях вместо П-образных и сальниковых компенсаторов и с 1981 г. в ГУП «ТЭК СПб» при проведении капитального ремонта и строительства тепловых сетей началась установка осевых СК.
Типы сильфонных компенсаторов, конструкция и особенности их эксплуатации.
Осевые сильфонные компенсаторы. Компенсаторы типа ОПКР разработаны для замены сальниковых компенсаторов и предназначены, как и компенсаторы типа КСО, для наземной и канальной прокладок теплопроводов с тепловой изоляцией из минеральной ваты.
При подземной прокладке теплопроводов в каналах, туннелях, камерах, а также при надземной прокладке и в помещениях, СК могут устанавливаться на прямолинейных участках теплопровода в любом месте между двумя неподвижными опорами (концевыми или промежуточными), при этом не должно быть препятствий для возможных перемещений кожуха вместе с частью теплопровода. Между двумя неподвижными опорами допускается размещать только один СК.
При монтаже и эксплуатации осевых СК не допускается нагружать их поперечными усилиями, изгибающим и крутящим моментами, а также весом присоединяемых участков труб и фасонных изделий. С этой целью при монтаже осевых СК обязательна установка направляющих опор. Первая пара направляющих опор должна устанавливаться с двух сторон от СК на расстоянии 2-4 Ду. Вторая пара ставится с каждой стороны от СК на расстоянии 14-16 Ду.
Число и необходимость последующих направляющих опор определяется при проектировании по результатам расчета теплопровода на устойчивость. Некоторые предприятия для увеличения компенсирующей способности компенсаторов применяют спаренные осевые сильфонные компенсаторы, тем самым, нарушая вышеизложенные требования. Это может привести к потере устойчивости компенсаторов
При размещении СК у неподвижной опоры расстояние до нее должно быть в пределах 2-4 Ду. В этом случае направляющие опоры устанавливаются только с одной стороны. С другой стороны их функцию выполняет неподвижная опора.
В случае размещения СК в камерах функции направляющих опор могут выполнять стенки камер со специальной конструкцией обвязки входного и выходного проемов камеры. Направляющие опоры следует применять, как правило, охватывающего типа (хомутовые, трубообразные, рамочные), принудительно ограничивающие возможность поперечного или углового сдвига и не препятствующие осевому перемещению.
Начиная с 1981 г. в тепловых сетях, находящихся на балансе ГУП «ТЭК СПб», было установлено более 14 тыс. СК. Анализ состояния трубопроводов и элементов конструкций тепловых сетей ГУП «ТЭК СПб», выполненный в 1998 г., подтвердил, что общее количество поврежденных СК за период внедрения составило 92 шт.
Основными причинами повреждений СК были:
- нарушение требований к монтажу осевых СК во время их монтажа;
- нарушение соосности трубопроводов во время монтажа, а также из-за просадки направляющих опор в процессе эксплуатации;
- разрушение неподвижных опор из-за неправильного расчета нагрузок на них;
- наружная коррозия сильфонов осевых компенсаторов из-за сверхдопустимого содержания хлоридов в грунтовых водах
Дальнейший анализ условий монтажа и применения СК показал, что эксплуатация трубопроводов и других элементов тепловой сети в г. Санкт-Петербурге и его пригородах происходит при воздействии следующих факторов:
- высокий уровень грунтовых вод и частые подъемы воды при наводнениях приводят к периодическому их затоплению;
- большая часть трубопроводов и других элементов тепловых сетей ГУП «ТЭК СПб» находится в зонах с повышенной коррозионной активностью грунта (насыпные и торфяные почвы, повышенная концентрация хлоридов, блуждающие токи, высокий уровень и электропроводность грунтовых вод);
- посыпание проезжей части дорог солью и увеличение концентрации хлоридов в грунте приводит к снижению коррозионной стойкости металла (аустенитной нержавеющей стали) наружного слоя компенсаторов (75% теплотрасс расположены около проезжей части дорог). Как известно, скорость коррозии аустенитной стали резко увеличивается в среде, содержащей хлор;
- длительное хранение компенсаторов под от крытым небом без антикоррозийной защитной смазки, нарушения инструкции по их транспортировке без защитных кожухов приводят к ударам, появлению царапин, вмятин и т.д.;
- нарушение технологии строительно-монтажных работ приводит к проникновению влаги под изоляцию или нарушению соосности, что сокращает срок работы компенсатора.
Еще в 1983 г. Технический совет Главного топливно-энергетического управления Ленинграда потребовал от проектных, конструкторских организаций и заводов-изготовителей:
- решить проблему влияния хлоридов на долговечность металла сильфонов;
- доработать конструкцию компенсационного устройства таким образом, чтобы обеспечить перемещение компенсатора в защитном кожухе только в продольном направлении. Это обеспечит повышение надежности конструкции независимо от качества установки подвижных и неподвижных опор;
- доработать конструкцию защитного кожуха для обеспечения 100% герметизации сильфона от проникновения грунтовых вод;
- предусмотреть нанесение антикоррозийного покрытия на наружную поверхность сильфонов СК, применяемых в тепловых сетях;
- для увеличения сроков службы СК необходимо ужесточить требования к хранению, транспортировке и монтажу с целью недопущения их повреждений и коррозии при их хранении.
Сильфонные компенсационные устройства (СКУ). Во избежание разрушения осевых СК из-за несоосности трубопроводов, возникающей из-за просадки грунта, в гг. Санкт-Петербурге, Москве и в других регионах России стали применять СКУ различных конструкций. СКУ должны были конструктивно защищать сильфон от поперечных усилий, изгибающих и крутящих моментов, а также от попадания грунтовых вод на сильфон и грунта между гофрами. Учитывая недостатки, выявленные при эксплуатации осевых СК, а также недостатки конструкций разработанных компенсационных устройств рядом российских производителей, ОАО «НПП «Компенсатор» в 1998 г. начало выпуск принципиально новой конструкции СКУ (рис. 5) для теплопроводов с теплоизоляцией из минеральной ваты, в пенополиуретановой (ППУ) или в армопенобетонной (АПБ) изоляции.
В отличие от СКУ, изготавливаемых другими предприятиями-производителями, этой конструкцией предусмотрены:
- направляющие опоры цилиндрической формы, установленные с обеих сторон от сильфона, которые телескопически перемещаются вместе с патрубками СКУ по внутренней поверхности толстостенного кожуха.
Это придает конструкции достаточную жесткость и обеспечивает соосность сильфонов и их защиту от поперечных усилий и изгибающих моментов, возникающих при возможных прогибах теплопровода из-за просадки грунта или направляющих опор;
ограничители хода сильфона, которые также защищают сильфон от крутящих моментов;
толстостенный кожух, изготавливаемый из труб, применяемых для теплопроводов, который задает направление перемещения цилиндрических направляющих опор СКУ, и, в то же время, обеспечивает защиту сильфона от нагрузок, возникающих под действием давления грунта и автотранспорта при бесканальной прокладке теплопровода.
При использовании СКУ данной конструкции устанавливать направляющие опоры на расстоянии 2-4 Ду от СКУ нет необходимости. При бесканальной прокладке также гарантируется защита сильфона от поперечных усилий и изгибающих моментов, которые могут возникнуть из-за просадки грунта. Так, на СКУ Ду 1000, установленных на Нирюнгринской ГРЭС, несоосность составила 17мм, но СКУ осталось работоспособным.
Стартовые сильфонные компенсаторы для трубопроводов в ППУ-изоляции. В Западной Европе и в некоторых регионах России для компенсации температурных деформаций теплопроводов при бесканальной прокладке не применяют осевые СК. В этих случаях используется способ частичной разгрузки температурных деформаций теплопровода за счет предварительного нагрева теплопровода во время его монтажа до температуры, равной 50% от максимальной.
Суть этого способа заключается в следующем. Между двумя неподвижными опорами теплопровода необходимо установить стартовый СК (или, так называемый, Е-компенсатор), после чего теплопровод заполняется теплоносителем и нагревается до температуры, равной 50% от максимальной рабочей. При этом стартовый компенсатор (рис. 6) должен сжаться на полную величину рабочего хода. После выдержки при указанной температуре (как правило, в течение суток) кожухи стартового компенсатора завариваются между собой. И так на всем теплопроводе между каждой парой неподвижных опор. При этом сильфон стартового компенсатора исключается из дальнейшей работы теплопровода, и теплопровод остается в эксплуатации в напряженном состоянии.
Кроме того, использование предварительно нагретых во время монтажа теплопроводов имеет еще несколько неудобств:
- окончательный монтаж теплопровода (заварку кожухов всех стартовых компенсаторов и их последующую тепло-, гидроизоляцию) приходится производить во время отопительного сезона;
- при выполнении ремонта теплопровода необходимо на данном участке теплотрассы заменять и стартовый сильфонный компенсатор и выполнить в дальнейшем вышеизложенные требования по его монтажу и изоляции.
Применение при бесканальной прокладке предварительно нагретых во время монтажа теплопроводов с ППУ-изоляцией с использованием стартовых компенсаторов возможно на тепловых сетях в тех системах теплоснабжения, где применяется качественное регулирование тепловых нагрузок. Кроме того, их можно использовать в регионах с мягкими климатическими условиями, когда перепады температур теплоносителя относительно средней температуры незначительны и стабильны.
В пиковые же режимы отопления, а также при остывании теплоносителя и его сливе, что довольно часто происходит во многих регионах России, температурные напряжения на трубопровод и неподвижные опоры резко возрастают.
Область применения:
Назначенная наработка сильфонных компенсаторов и сильфонных компенсаионных устройств (СКУ) при осевых циклических перемещениях:
УГЛОВЫЕ КОМПЕНСАТОРЫ КАРДАННОГО ТИПА
