Неподвижные опоры при монтаже теплотрасс

Неподвижные опоры как объекты надежности в системе теплоснабжения

Фридман Я.Х. — старший научный сотрудник,

издательство «Новости теплоснабжения».

Одними из важнейших конструкционных элементов тепловых сетей, которые обеспечивают эксплуатационную надежность, являются неподвижные опоры. Они служат для разделения теплопроводов на участки, независимые друг от друга в восприятии различного вида усилий. Обычно неподвижные опоры размещаются между компенсаторами или участками трубопроводов с естественной компенсацией температурных удлинений. Они фиксируют положение теплопровода в определенных точках и воспринимают усилия, возникающие в местах фиксации под действием силовых факторов от температурных деформаций и внутреннего давления. Благодаря этой своей функции они еще называются «мертвыми».

В данной работе высказывается ряд соображений касательно усилий и вызванных ими напряжений, возникающих в неподвижных опорах.

Усилия, воспринимаемые неподвижными опорами, складываются из:

1) неуравновешенных сил внутреннего давления;

2) реакции подвижных (свободных) опор;

3) реакции компенсаторов от силовых факторов, вызванных температурными деформациями;

4) гравитационных нагрузок.

Неподвижные опоры бывают следующих конструкционных исполнений: лобовые, щитовые и хомутовые.

Согласно статистике отказов в камерах на дефекты от наружной коррозии труб приходится 80-85%. Это количество дефектов примерно распределено согласно прилагаемой таблице из [1]. Это согласуется и с нашими наблюдениями, где на повреждения, относящиеся к неподвижным опорам, приходится около 50% от числа повреждений в камерах, имеющих неподвижные опоры.

Причины коррозии неподвижных опор.

Неподвижные опоры подвергаются различным видам коррозии, которые вызваны следующими причинами:

1) влияние блуждающих токов в щитовых опорах из-за отсутствия надежных электроизоляционных вставок

2) возникновение капели с перекрытий из-за конденсации влаги приводит к усиленной коррозии наружной поверхности труб

3) приварка косынок создает предпосылки для интенсификации процессов внутренней коррозии в местах расположения сварных швов и околошовной зоны.

4) одновременное воздействие переменных циклических напряжений и коррозионной среды вызывают понижение коррозионной стойкости и предела выносливости металла.

Методика прочностного расчета неподвижных опор.

Согласно СНиП 2.04.07-86 «Тепловые сети» c.39 п.7: «Неподвижные опоры труб должны рассчитываться на наибольшую горизонтальную нагрузку при различных режимах работы трубопроводов, в том числе при открытых и закрытых задвижках».

В настоящее время неподвижные опоры подбираются по альбомам «Нормали тепловых сетей. НТС-62-91-35. НТС-62-91-36. НТС-62-91-37», выпущенным институтом «Мосинжпроект». По этим нормалям для каждой величины Ду приводится максимальная осевая сила, величину которой не должна превосходить результирующая сила от действующих осевых сил как слева так и справа. На самом деле на опору кроме осевой действуют еще две перерезывающие силы, а также крутящий и два изгибающих момента. В наиболее общем случае на опору действуют все виды нормальных и касательных напряжений т.е. имеет место сложнонапряженное состояние.

При прочностном расчете оказывается, что запасы прочности в сечениях теплопровода, проходящих через неподвижные и подвижные опоры, принимают наименьшие значения по длине теплопровода, т.е. это наиболее нагруженные сечения. В нормативной документации не существует никаких рекомендаций по запасам прочности расчетных точек сечений теплопроводов относительно допускаемого временного сопротивления и допускаемого напряжения текучести.

Предлагается следующий порядок прочностного расчета неподвижных опор:

1) Прочностной расчет участков теплопровода, находящихся от рассматриваемой опоры как с левой таки с правой стороны. В результате определяются 3 силовые и 3 моментные нагрузки, действующие на неподвижную опору со стороны правого теплопровода (P1x, P1y, P1z, M1x,M1y, M1z.) и левого теплопровода(P2x, P2y, P2z, M2x, M2y, M2z.) (рис. 2 и 3).

2) Решение системы уравнений относительно 6 результирующих неизвестных: Px, Py, Pz, Mx, My, Mz,где:

Px, Py — поперечные силы, паралельные соответственно осям OX и OY

Pz — продольная сила, направленная сила вдоль оси OZ

Мх и My — изгибающие моменты, вектора моментов которых направлены соответственно по осям OX и OY

Mz — крутящий момент, вектор момента которого направлен вдоль оси OZ.

3) В каждой расчетной точке вычисляются 6 напряжений (по 6-тисиловым факторам из п.3), характеризующих напряженное состояние:

3 нормальных напряжения: ах, ау, az и 3 касательных напряжения: тху, xxz, xyz.

4) Выбор коэффициента прочности сварного шва.

Наиболее слабым местом стальных трубопроводов, по которому следует вести проверку напряжений, являются сварные швы. ф — коэффициент прочности сварного шва (ф = 0,7 . 0,9)

4.1 По маркам сталей из которых изготовлены неподвижная опора и теплопровод выбирается та сталь напряжения текучести (at) и временного сопротивления (ав ), которой являются меньшими. Расчетные at и ав берутся при t = 150 ОC.

4.2 Определение допустимых расчетных напряжений относительно напряжений текучести и временного сопротивления: [at] = ф xat; [ав] = ф х ав

5) По 6 напряжениям (ax, ay, az,тху, xxz, xyz) особым образом выбираются новые оси координат OX₁,OY1 и OZ1 так, чтобы 3 касательныхнапряжения приняли нулевые значения ( существует только один возможный вариант направления осей).

В итоге получаем только 3 нормальных напряжения: al, a2 и a3, причем al > а2 > аЗ.

На основании 3-ей и 4-ой теорий прочности (в машиностроении и статической прочности металлоизделий применяют 3-ью и 4-ую теории прочности ) получаем коэффициенты запаса относительно допускаемых напряжений текучести и коэффициентов запаса по допускаемому временному сопротивлению сварных швов.

6) Рекомендуемые величины запасов:

по текучести [m]= 2 . 2.2; по временному сопротивлению [n] = 4. 4.5.

Такой высокий запас по текучести обеспечит уменьшение вероятности появления отказов, связанных с усталостью металла, из-за термических напряжений возникающих при регулировании температуры воды в отопительный период.

Разработана компьютерная программа TENZOR 11.ЕКА, опирающаяся на ряд положений из [2] и позволяющая выполнить п.п. 1. 6.

В подавляющем большинстве случаев неподвижные опоры являются узлами, на которые приходятся самые большие нагрузки. Это происходит из-за плохой работы подвижных опор, вызванной увеличенным коэффициентом трения скольжения (до 0,4) и их увеличенной просадочности. При наружной и внутренней коррозии в неподвижных опорах происходит перераспределение напряжений, что приводит к их повышенной повреждаемости.

При ремонтах лучше не разрушать всю неподвижную опору и не вырезать старую трубу, а использовать своеобразную вставку. На рис. 1 показан один из применяемых вариантов подхода при производстве ремонта щитовой неподвижной опоры. После выполнения обрезки трубопровода, внутрь тела трубы опоры 1 вставляется и приваривается предварительно разрезанная вдоль образующей труба усиления 2. Для этой вставки берется заготовка из той же самой трубы. Это позволит, как довести запасы прочности соответственно рекомендациям п. 6, так и уменьшить объемы ремонтных работ.

При наличии неподвижной опоры промышленного изготовления, для повышения ее долговечности и надежности во время эксплуатации возможно проведение усиления такой опоры, которое проводится точно таким же образом.

Для защиты трубы и неподвижной опоры от коррозии и как один из наиболее простых методов по обеспечению надежности работы опор можно предложить увеличение толщины стенки трубы в опоре. При этом, толщина стенки трубы s подбирается так, чтобы ее величина при прочностном расчете соответствовала рекомендуемым величинам запаса прочности п.6.

В хомутовых неподвижных опорах кроме расчета теплопровода рассчитывается также и толщина стержня хомута на напряжения растяжения, с учетом рекомендаций п.6.

Рассмотрим практический пример расчета неподвижной опоры.

Данные для расчета:

Ду = 200 (0 219X6), длина участка 209 м.

1 = 8 м — расстояние между подвижными опорами

р = 10 ати = 10,2 МПа — давление воды (избыточное)

t1 = 10 ОC — монтажная температура

t₂ = 130 ОC — максимальная температура воды

а = 12×10 6 град ‘ — коэффициент линейного расширения стали.

По марке стали (сталь 20 при t=150ОC)

at = 165 МПа — напряжение текучести ав = 340 МПа — временное сопротивление

Е = 2.1ХЮ 6 кг/см 2 = 2.14ХЮ 5 мПа — модуль упругости 2-го рода

ц = 0,3 — коэффициент Пуассона

ф = 0,8 — коэффициент ослабления металла сварного шва.

Определение расчетных напряжений относительно допускаемых напряжений текучести и временного сопротивления

[at] = q>xat = 132 МПа = 1346 кг/см 2 — допускаемое напряжение текучести

[ав] = фХав = 272 МПа =2775 кг/см 2 — допускаемое напряжение для временного сопротивления.

Выполняя п. 1. 3 для схемы (рис. 2) и рассмотрев систему уравнений равновесия п.2 получаем на рис. 3 следующие результирующие усилия действующие на опору A:

Рх = 4.5 кН; Py = 11.2 кН; Pz = 9.5 кН;

Мх = 5.2 кНХм ; My = 4.1 кНХм; Mz = 0. кНХм.

Выполняя п.п. 4. 6 получаем следующие запасы прочности относительно допускаемых напряжений текучести и временного сопротивления соответственно по 3-ей и 4-ой теориям прочности:

тЗ = 2.43; m4 = 1.67.

Данные системы не удовлетворяют п.6, поэтому требуется взять из сортимента трубопроводов трубу с тем же внутренним диаметром, но большей толщиной стенки (s = 7).

В случае невозможности реализации такого варианта, можно изменить конструкции щитовых и лобовых опор, введя трубу усиления поз.2 так, как это показано на рис.1.

Выводы. В заключении отметим, что прочностной расчет неподвижных опор и анализ статистических данных повреждений позволяет сделать следующие выводы:

1. При проектировании Тепловых сетей для повышения надежности неподвижной опоры необходимо выполнять прочностные расчеты участков теплотрассы, располагающихся с обеих сторон от этой опоры, что позволит определить результирующие усилия, действующие на опору.

2. Прочностные расчеты участков теплопровода требуется проводить как для режима эксплуатации, так и для режима опрессовки. Необходимо проводить прочностной расчет по допускаемым напряжениям для всех участков теплопровода с учетом ослабления металла сварного шва.

3. Для малых диаметров для упрощения процедуры проектирования необходимо применять трубу как минимум в 2 раза большей толщины стенки, чем на основном трубопроводе.

4. В связи с высокой частой отказов неподвижных опор требуется усилить конструкции узлов этих опор так, чтобы величина запаса прочности относительно допускаемого напряжения текучести была не менее [m]= 2 . 2.2 , а значения запасов прочности по допускаемому временному сопротивлению должны быть не меньше [n] = 4. 4.5.

5. Все металлические конструкции должны быть надежно защищены.

6. При проектировании следует обязательно предусматривать двусторонний доступ к неподвижной опоре для возможности ее осмотра, полного восстановления антикоррозионного покрытия и герметизации кольцевого зазора.

1. Л.В.Родичев. Статистический анализ процесса коррозионного старения те-

СТРОИТЕЛЬСТВО ТРУБОПРОВОДОВ. № 9, 1994 г.

2. А.П.Сафонов. Сборник задач по теплофикации и тепловым сетям. М.: Энерго-издат, 1980.

Источник

Закрепление трубопроводов в местах установки неподвижных опор

После внедрения конструктивных компонентов трубопровод оказывается разделен на отдельные зоны. Это удобно: при аварии ремонтировать отрезки линии проще, чем демонтировать массивные фрагменты сооружения.

Монтаж неподвижной опоры трубопровода

Чтобы выполнить надежную фиксацию опорных конструкций, мастера создают специальные железобетонные платформы. Их устанавливают в определенных точках магистрали. Металлоконструкции, которые предназначены для сборки фиксированных изделий, замоноличивают непосредственно на участке установки.

К фундаменту-основанию компенсаторы крепят с помощью сварки, а к самой магистрали ‒ специальными крепежными элементами. Обычно их называют «хомуты». В зависимости от нагрузки на систему, специалисты могут использовать один или два приспособления. Для лучшей фиксации комплектующих к торцевой части хомутов приваривают специальные упорные пластины. Их изготавливают из металла. Между хомутами и опорными установками создают небольшой компенсационный зазор. Примерная его величина составляет 1,5 мм. С целью защиты от коррозии в точках соприкосновения двух комплектующих применяют алюминиевые листы.

Между установленными конструкциями помещают гибкие вставочные элементы ‒ сильфонные компенсаторы. Приспособления изготавливают из качественных нержавеющих марок стали. Эти устройства нужны, чтобы минимизировать подвижки (изменения длины) объекта при перепадах температур. Они также компенсируют недочеты, которые могли быть допущены при прокладке бытовой или промышленной коммуникации. Например, ошибки строителей могут привести к тому, что отдельные части сети расположены не на одной линии с другими участками трубопровода.

Расстояние между опорами рассчитывают по специальной формуле. Ее можно найти в нормативной документации, техническом паспорте на компенсаторы. Количество фиксаторов и величина пролета между ними зависит от общего веса инженерной системы, степени ветрового воздействия на сооружение и других условий. Поддерживающие устройства обязательно монтируют на угловых поворотах сети, рядом с трубопроводной арматурой и резервуарными емкостями.

Применение с строительстве.

Основание каналов для прокладки трубопроводов и размещения в них опор делают двух видов — бетонное или железобетонное, которые в свою очередь могут быть либо сборными либо монолитными. Бетонные и железобетонные каналы создают очень надежные основания для размещения строительных конструкций и предохраняют канал от проникновения в него грунтовых вод. Бетонное или железобетонное основание выполняют важнейшую роль — воспринимают вес строительных конструкций и грунта над каналом, нагрузки от транспорта, вес трубопровода с изоляцией и теплоносителем, рассредоточивает давление и тем самым снижается возможность осадки строительных конструкций в местах сосредоточенных нагрузок: под опорными камнями и под стенами канала.

Паровые системы теплоснабжения бывают однотрубными и двухтрубными, а образующийся при работе конденсат возвращается по специальной трубе — конденсатопроводу. При начальном давлении, которое составляет от 0,6 до 0,7 МПа, а иногда и от 1,3 до 1,6 МПа, скорость распространения пара — 30…40 м/с. При выборе способа прокладки теплопроводов главной задачей является обеспечение долговечности, надежности и экономичности решения.

Сами тепловые сети монтируют из стальных электросварных труб, расположенных на специальных опорах. На трубах устраивают запорную и регулирующую арматуры (задвижки, вентили). Опоры трубопроводов создают горизонтальное незыблемое основание. Интервал между опорами определяют при проектировании.

Опоры тепловых сетей подразделяют на неподвижные и подвижные. Неподвижные опоры фиксируют расположение конкретных мест сетей в определенной позиции, не допускают никаких смещений. Подвижные опоры допускают перемещение трубопровода по горизонтали вследствие температурных деформаций.

Опоры поставляются комплектно согласно рабочим чертежам, разработанным в установленном порядке. Мы гарантируем соответствие опор и подвесок требованию соответствующего стандарта при соблюдении потребителем правил монтажа и хранения (в соответствии с настоящим стандартом). Гарантийный срок эксплуатации — 12 месяцев со дня поставки изделия заказчику. На все опоры предоставляется паспорт качества и сертификаты на используемые для изготовления материалы (по запросу).

Особенности установки на теплотрассе

Неподвижные стабилизаторы для систем теплоснабжения выпускают в двух вариантах: для подземной и наземной эксплуатации. Размещение фиксаторов в подземных коммуникациях необходимо для поглощения сверхнагрузок, которые возникают при смещении слоев грунта.

Равномерное расположение опорных элементов по всей длине теплотрассы снижает вертикальные и линейные нагрузки на трубопроводную ветку. Конструкционные компоненты монтируют перед тепловым оборудованием, сильфонными гофротрубами и арматурой для магистральных объектов. Они позволяют предотвратить температурное влияние на вышеперечисленные устройства.

При постановке опоры закрепляют в железобетонные каркасы на тех сегментах линии, которые отмечены в техническом проекте.

Прокладка систем под землей требует помещения труб и самих опорных элементов в полиэтиленовую оболочку. Она обеспечивает теплоизоляционную защиту инженерного сооружения, снижая тепловые потери в коммуникации.

Количество фиксаторов прописывается в технической документации. Расчет оптимального расстояния между ними является важным этапом при конструировании гражданских и производственных объектов. При этом инженеры учитывают пропускную способность и длину магистрали, принимают во внимание указания строительных норм и правил. Так, СНиП 2.09.03.-85 определяет минимальный шаг в 6 метров (кратный трем) при проектировании промышленных коммуникаций, в т. ч. стабилизаторов трубопроводных веток. Эти размеры меняются, когда трасса пересекает железнодорожные и автомобильные пути сообщения, подходит к разным постройкам.

Основные характеристики и предназначение

Неподвижная опора – это стальной несущий элемент, на который идет основная нагрузка трубопровода. Фиксация на опоры противодействует продольно-поперечному смещению стальных фланцев коммуникаций. От механических воздействий НОП защищает оболочка ППУ и оцинковка. Для дополнительной защиты конструкции от разрушительного воздействия влаги используется усадочная термолента.

Совет! Приобретая опоры, следите за соблюдением стандартов и сертификацией!

Неподвижные опоры в ППУ выпускаются нескольких разновидностей, в соответствии со стандартами ГОСТ. По нормам, описанным в документах, НОП выпускается диаметром в пределах 32 – 1420 мм.

Стандартизированная продукция после посадки в теплотрассу бетонируется на укрепленном основании, поэтому неподвижные опоры нередко называют «мертвой», то есть посаженной «намертво». Нормативы по производству данного номинала подробно описаны:

• ОСТ 36-94-83;
• ГОСТ 30732-2006;
• ГОСТ 14911-82.

Для изготовления неподвижных опор для труб теплоснабжения в ППУ используются разные материалы:

• горячекатаный стальной лист;
• стальная заготовка (труба);
• центратор;
• термолента;
• пенополиуретан (ППУ) для оболочки;
• оболочка (изоляция) оцинкованная.

Опора может быть изготовлена из стали- обычной и нержавеющей

НОП также выпускается в тепловой изоляции или без неё. Есть также варианты по прокладыванию трубопровода:

• надземного трубопровода;
• подземных безканальных коммуникаций в ППУ.

Внимание! В качестве гидрозащиты для опор под трубы в ППУ изоляции для безканального подземного прокладывания стандартизация предписывает оболочку из пенополиуретана (или полиэтилен). А для НОП с надземным монтажом используется оцинкованная оболочка.

Протяженность участков теплотрассы между неподвижными опорами определяется по стандартам, где учитываются параметры компенсаторов. Они устанавливаются между неподвижными опорами, чтобы гасить температурные изменения трубы в изоляции. Трубопровод фиксируется в нескольких точках на каждом участке, для этого при монтаже используют элементы железобетонного каркаса.

Критерии выбора

При выборе конструкций нужно обращать внимание на ряд факторов:

• диапазон температур, при которых функционирует трубопровод;
• интенсивность эксплуатации магистрали;
• назначение и условия эксплуатации трубопровода.

Толщина пенополиуретанового слоя выбирается зависимо от того, где будет устанавливаться магистраль для перемещения газов, жидкостей.

Толщина пенополиуретанового слоя для труб

Нормативная база

Изготовление и установка изделия регулируется рядом ГОСТов и СНиПов.

При монтаже деталей руководствуются СНиП 3.05.05 – 84, в которых четко прописано допустимые погрешности и отклонения от проекта. В частности, отклонение расположения детали для трубопровода, прокладываемого внутри помещения, не должно превышать показатель +-5 миллиметров, и +-10 миллиметров для опор, устанавливаемых на наружных трубомагистралях. Допустимый уклон, согласно этим нормативам, 0,001, если другое не предусмотрено проектом. Есть свои требования и к расположению опор относительно сварных стыков – на расстоянии 5 сантиметров или 20 сантиметров для водопроводов и труб теплосети.
https://ohtaspb.ru/articles/krepleniya_truboprovodov_po_sposobu_primeneniya/

Разновидности опор в ППУ изоляции

Надземные опоры, имеющие оцинкованную оболочку, и подземные опоры для труб в ППУ изоляции гарантируют долгое и эффективное функционирование без проведения демонтажных и ремонтных работ при условии соблюдения технологии фиксации. Неподвижная конструкция должна фиксироваться строго со стальными фланцами и термоусадочной лентой, которая служит защитой опор под трубы ППУ от образования коррозии. Помимо этого требуется использование термостойких прокладок и полуколец, которые соединяются винтовым методом после завершения укладки трубы.

Пенополиуретановая изоляция отличается особыми свойствами, которые способствуют снижению тепловых потерь в коммуникационных системах и надежно защищают от коррозии поверхность опоры снаружи. Скользящая опора для трубопроводов ППУ предназначена для поддержки водопроводных систем на случай повышенной нагрузки высоких температур. При этом расширение и вибрация трубопровода идут во всех направлениях. Включая незначительный сдвиг грунта.

Тип опоры определяет предполагаемая нагрузка и климатические условия, в связи с чем опоры могут быть:

• Однорядными катковыми.
• Двухрядными катковыми.
• Хомутовыми.
• Шариковыми.
• Диэлектрическими.

Универсальные свойства приписываются НОП для труб с полиуретановой оболочкой, что дает им право пользоваться преимуществом при выполнении монтажных работ на теплотрассах. Такая коммуникационная система способна функционировать при очень высоких температурных показателях рабочей среды. Помимо этого НОП имеет специфическую конструкцию, благодаря чему компенсирует нагрузки трубопровода.

Скользящая опора для труб в ППУ изоляции имеет другую термоизоляцию, в качестве которой чаще всего выступает базальтовая вата или пенобетон.

Классификация

Неподвижные опоры для полипропиленовых труб делятся на отдельные группы зависимо от того, какое сырье используется для изготовления. Виды:

1. С электросварными патрубками, которые имеют изоляцию из пенополиуретана. Изготавливаются по ГОСТ 10704, 10705, 10706.
2. С бесшовными патрубками, имеющие изоляцию из пенополиуретана.
3. Детали, использующиеся для изготовления газонефтепроводов, производятся согласно ГОСТ 20295. Имеют сварные патрубки, ППУ изоляцию.
4. С бесшовными теплодеформированными, холоднодеформированными патрубками. Изготавливаются согласно ГОСТ 8732, 8734. Имеют ППУ изоляцию.
5. Детали, применяющиеся для изготовления трубопроводов нефтехимической, нефтеперерабатывающей промышленности. Изготавливаются на основе ГОСТ 550. Покрываются изоляцией из пенополиуретана.
6. Детали, имеющие сварные патрубки.

Полиэтиленовая защитная оболочка — главный элемент, без которого деталь не может поступить в продажу, эксплуатацию.

Если на конструкции нет защитного ППУ слоя, деталь быстро придет в негодность из-за образования ржавчины. Дополнительно к этому, детали без пенополиуретана не используются для сборки трубопроводов, работающих с горячей водой.

Назначение НОП

Основное предназначение опор неподвижного заглубления – принятие напряжения, которое с некоторой периодичностью возникает в системах вследствие расширения материала из-за перепадов температуры.

Производством неподвижных опор для трубопроводов ППУ занимаются и отечественные, и зарубежные компании. В системах бесперебойной подачи воды используются «предизолированные» трубы. В трубопроводах, предназначенных для теплоснабжения, циркулирует вода в холодном, горячем или парообразном состоянии.

Пенополиуретан (сокращенно ППУ) является надежным полимерным соединением, которое обеспечивает целостность и долгую безупречную эксплуатацию опорным элементам. Рабочий процесс трубопровода может сопровождаться следующими моментами:

• Тепловые и температурные перегрузки вследствие изменения температурного режима.
• Воздействие негативных климатических условий.
• Повреждения механического типа.
• Нарушение эксплуатационных нормативов.

Источник