Прокладання трубопроводу з компенсаторами

Поздовжні деформації, що виникають у трубопроводах внаслідок зміни температури стінок труб та внутрішнього тиску, можуть компенсуватися встановленням Г –, П – і Z – подібними або трапецевидних компенсаторами (рис. 8.3).

а – Г- подібний; б – Z - подібний; в – П – подібний;

г – трапецієвидний; – виліт компенсатора; – полиця (спинка) компенсатора; – повздовжнє переміщення компенсатора; 1 – вихід із ґрунту; 2 – опори

Рисунок 8.3 – Схеми компенсаторів

На кінці відкритої ділянки, як правило, встановлюють Г – подібні компенсатори, в середній частині – П – подібні. Можливе застосування лінзових і сальникових компенсаторів.

При наявності компенсаторів поздовжніх деформацій, розрахункові прогони виходять трохи більшими, ніж у випадку прямолінійного прокладання трубопроводів без компенсації поздовжніх деформацій. З компенсаторами стає більш чіткою робота трубопроводу, оскільки в ньому на прямолінійних ділянках у поздовжньому напряму, крім напружень від поперечного згину, виникають тільки розтягуючи напруження від внутрішнього тиску, якщо не рахувати незначних напружень, що виникають внаслідок відпору компенсаторів.

Недоліком застосування Г – і П – подібних компенсаторів є збільшення витрати труб і неможливість пропускання через них скребка для очищення внутрішньої порожнини трубопроводу. Найбільші прогони l, що перекриваються балковими само несучими конструкціями, виходять у консольних схемах, і, перш за все, в однопрогінних (рис. 8.4, а). У консольних схемах компенсатори встановлюють похило з кутом до горизонту менше 35˚ або горизонтально. При цьому вони не сприймають на себе вертикального навантаження на відміну від вертикальних компенсаторів – стійок. При похилому розташуванні компенсаторів їх виліт не обмежується висотою розташування трубопроводу над землею.

Рисунок 8.4 – Схеми консольних балкових переходів через природні перешкоди

Довжину консолей а можна підібрати такою, що вони значно розвантажують прогони, які до них примикають. В одно - і двопрогінних системах, можна збільшити довжину консолей, надати трубопроводу найбільший будівельний підйом.

На напружений стан однопрогінних консольних схем не впливає осідання опор, і тому такі системи виходять легкими. В той же час вони мають відносно невелику жорсткість, що на газопроводах може перешкоджати застосуванню максимальних прогонів, які виходять за розрахунком.

В однопрогінних переходах трубопроводи повинні вільно переміщуватись у поздовжньому напрямку. Конструкція опор повинна бути такою, щоб вони сприймали вітрові навантаження без поперечних зміщень трубопроводу.

При числі прогонів три і більше, коли компенсатори встановлені з обох сторін відкритої ділянки, на одній з проміжних опор, як правило середній, трубопровід закріплюють нерухомо (рис. 8.5, б). Прокладання трубопроводу з компенсаторами складніше і дорожче, ніж прямолінійне, тому його застосовують при числі прогонів більше трьох-чотирьох.

а – з односторонньою компенсацією деформацій;

б – з компенсаторами на кінцях і в середній частині переходу; а – консоль; l – проліт; 1 – нерухома опора; 2 – рухомі опори

Рисунок 8.5 – Схема багато прогінних балочних переходів з компенсаторами

Консольні схеми доцільні у тому випадку, коли після виходу трубопроводу із землі його потрібно трохи припідняти.

8.4 Зигзагоподібна прокладка трубопроводів у вигляді «змійки»

Для компенсації поздовжних деформацій трубопроводи можна прокладати криво лінійно у вигляді пологої дуги (рис.8.6, а) або двох прямих ділянок, направлених одна до одної під кутом з криволінійним спряженням (рис. 8.6, б).

а – криволінійне прокладання трубопроводів; б – прокладання у вигляді ломаної лінії; в – зигзагоподібне прокладання у вигляді «змійки»;

г – криволінійна «змійка»; f – стрілка згину трубопроводу; l – відстань між опорами (розрахунковий проліт трубопроводу); L – відстань між нерухомими опорами

Рисунок 8.6 – Схеми криволінійної прокладки надземних переходів

Такий метод прокладання можна застосовувати при довжині відкритих ділянок до 180-240 м, коли число прогонів не перевищує шести – восьми.

При більшій довжині раціонально застосовувати зигзагоподібну прокладку трубопроводу у плані у вигляді горизонтальної «змійки» (рис.8.6, в, г) з віддалю між нерухомими опорами 120-260 м. У вершинах хвиль вварюють коліна, зігнуті радіусом, рівним 5-40 діаметром труб. Трубопроводи малого діаметра можна прокладати «змійкою» за рахунок пружного згину.

При зигзагоподібній прокладці трубопровід, із-за зміни температури переміщується не тільки у поздовжньому, скільки у поперечному напрямку, на що повинні бути розраховані рухомі опори. Нерухомі опори ставлять по одній на кожну півхвилю. Максимальне переміщення вершин півхвиль, при їх довжині 160-200 м і стрілці 10-15 м (0, 075), складає 40-50 см.

При прокладанні трубопроводу у вигляді «змійки» довжина його виходить меншою, ніж прямолінійній з П – і Г – подібними компенсаторами. При відношенні стрілки півхвилі «змійки» f до її довжини L f/L= 0, 075, видовження трубопроводу проти прямої складає приблизно 1 %. Перевагою зигзагоподібної прокладки є також те, що трубопроводу можна очищення «їжаком».

Монтувати трубопровід при зигзагоподібній прокладці зручніше з наперед зварених прямих секцій, довжина яких дорівнює віддалі між кутовими вставками – колінами. Підготовлені секції укладають на опори у потрібне положення, після чого вварюють коліна і трубопровід закріплюють на нерухомих опорах.

Берегові опори у більшості випадків або не облаштовують взагалі, або монтують у виді розподілення залізобетонних плит. В дуже рідких випадках облаштовують будь які інші опори, наприклад: свойні, масивні.

8.5 Прямолінійне прокладання трубопроводів зі слабозігнутими ділянками

Застосування П – подібних, трапецієвидних і інших окреслень компенсаторів призводить до збільшення гідравлічного опору трубопроводу і до перевитрат труб. При прокладанні «змійкою», для забезпечення компенсації деформацій, трубопровід повинен бути розташований вище рівня снігового покрову, що викликає труднощі при монтажі трубопроводу і збільшує розмір опор.

У ВНИИСТ розроблена система прокладання трубопроводу, що володіє більшою надійністю і економічністю у порівнянні з іншими системами надземної прокладки.

Трубопровід складається з прямолінійних ділянок, що укладені на поздовжньо рухомі (направляючі) опори, які дозволяють переміщуватися трубопроводу тільки у поздовжньому напрямку і компенсуючи (слабозігнутих) ділянок, укладених на вільно рухомі опори, що дозволяють трубопроводу переміщуватися у горизонтальній площині в любому напрямку. При цьому зигзагоподібні ділянки, як правило, розміщують з однієї сторони від вісі трубопроводу (рис.8.7).

а – трикутним: 1 – нерухома опора; 2 – поздовжньо рухома опора; 3 – вільно рухома опора; б – чотирьохгранним;

в – криволінійним; г – криволінійним на семи вільно рухомих опорах; д – трикутним на семи вільно рухомих опорах;

е – трикутним на п’яти вільно рухомих опорах

Рисунок 8.7 ­– Схеми прямолінійної прокладки трубопроводів із слабо зігнутими ділянками

Компенсуючі ділянки слід суміщувати з місцями повороту траси у плані і у вертикальній площині. Слабозігнута ділянка може розташовуватися у горизонтальній або похилій площині в залежності від рельєфу місцевості, однак переважно вище рівня снігового покриву. Компенсуючі ділянки можуть бути зварені з прямих труб і кутових вставок, або криволінійних труб. Форма компенсуючої вставки може бути любою, проте найбільш простою є трикутна.

При збільшенні довжини трубопроводу, прямолінійні ділянки переміщуються від нерухомої опори вздовж осі у сторону зігнутої ділянки, вершина якої при цьому збільшується в сторону від вісі трубопроводу, через що і проходить компенсація деформацій. При скороченні трубопроводу його зміщення відбувається у протилежному напрямку.

Поздовжньорухомі (направляючі) опори можуть бути ковзаючими, катковими, на підвісках і інших конструкцій.

Вільнорухомі опори можуть бути ковзаючими (плитні, на земляних призмах), на підвісках, у вигляді шарнірних стійок.

Система надземної прокладки трубопроводу із слабозігнутими вставками має ряд переваг у порівнянні з відомими рішеннями. Вана може застосовуватися для трубопроводів високого тиску і дозволяє отримувати економію труб у порівнянні зі «змійкою» на 1, 5-2 %, а у порівнянні з надземною прокладкою з П - подібними компенсаторами на 6-9 %.

8.6 Паралельне прокладання трубопроводів

Паралельне прокладання трубопроводів полягає у наступному. Паралельні один до одного ділянки з’єднують між собою похилими (під кутом 24-36º) короткими компенсуючими корпусами (рис.8.8). Посередині кожної з паралельних ділянок встановлюють нерухомі опори, між якими розміщують опори, що допускають переміщення трубопроводу.

1 – нерухома опора; 2 – поздовжньо подібна опора; 3 – вільно рухома опора

Рисунок 8.8 – Схема паралельного прокладання трубопроводів

Біля нерухомих опор встановлюють поздовжньо рухомі опори, а в межах компенсуючої ділянки і поблизу до них вільно рухомі. Кількість прогонів між нерухомими опорами слід назначати приблизно 8-12. Нерухомі і сусідні з ними 1-3 поздовжнорухомі опори з кожної сторони від них, фіксують положення трубопроводу у плані, обмежуючи його поперечне зміщення. Вільнорухомих опор, що допускають поздовжні і поперечні переміщення трубопроводу між нерухомими опорами, може бути 5-7.

Компенсація поздовжніх і поперечних деформацій відбувається за рахунок повороту похилих компенсуючи ділянок і поперечних зміщень паралельних ділянок на вільно рухомих опорах поблизу компенсуючи ділянок.

Компенсуючі похилі ділянки можна розташовувати почергово то в одну, то в другу сторону (рис. 8.8), або направляти тільки в одну сторону, зміщуючи вісь траси трубопроводу. Таким чином можна обходити перешкоди, що зустрічаються при прокладанні трубопроводу.

Змінювати напрям траси можна також шляхом збільшення одного або декількох кутів прилеглих компенсуючи ділянок.

8.7 Надземні трубопроводи з компенсаторами

8.7.1 Розрахункові положення

Максимальний прогін між опорами при проектуванні надземного трубопроводу з компенсуючи ми пристроями визначається з умови, що граничним є такий стан, при якому метал труб досягає в якому-небудь перерізі границі плинності.

Цю умову можна подати умовою

, (8.1)

де М – розрахунковий момент в перерізі; – розрахунковий опір матеріалу труб.

, (8.2)

– коефіцієнт умов роботи трубопроводу; – коефіцієнт надійності по матеріалу; – коефіцієнт надійності за призначенням трубопроводу; – кільцеві напруження у трубопроводі від розрахункового значення внутрішнього тиску.

, (8.3)

п – коефіцієнт перевантаження за внутрішнім тиском у трубопроводі; Р – проектне значення тиску у трубопроводі; – внутрішній діаметр трубопроводу; – напруження від сил тертя на опорах, що визначається за формулою.

, (8.4)

– коефіцієнт тертя труби по опорах або відпір опор при підвісних опорах; – розрахункове вертикальне навантаження; – віддаль від середини компенсатора або компенсуючої ділянки до перерізу трубопроводу, що розглядається; – площа поперечного перерізу трубопроводу; – момент опору поперечного перерізу трубопроводу.

,

– діаметр трубопроводу (відповідно зовнішній, внутрішній і середній).

Напруження від відпору компенсаторів і сил тертя у більшості випадків можна не враховувати, оскільки вони малі.

Виходячи з цього, розрахунковий прогін між опорами можна визначити за формулою

, (8.5)

а прогин

, (8.6)

де і – коефіцієнти для визначення прогону і прогину; Е – модуль пружності матеріалу труб; І – момент інерції перерізу труб.

Величина коефіцієнтів і залежить від навантажень, розрахункової схеми і способу монтажу трубопроводу.

Монтаж надземних трубопроводів можна виконувати двома способами: з забезпеченням нерозрізності конструкції при сприйманні всіх навантажень, в тому числі власну вагу, і без забезпечення нерозрізності конструкції. У другому випадку при сприйманні власної ваги конструкція працює як розрізна.

Перший випадок більш працемістний, проте дозволяє трохи збільшити прогін між проміжними опорами газопроводів. При цьому трубопровід укладають у проектне положення і підтримують у прямолінійному (ненавантаженому) положенні (шляхом облаштування проміжних опор) трубоукладачами або кранами. У такому положенні зварюють весь перехід, і тільки потім все навантаження від трубопроводу передається на постійні опори. Нерозрізність трубопроводу можна передати і шляхом зварювання трубопроводу до одної з земляних опор з наступним укладанням на постійні опори і приварюванням його до суміжних ділянок трубопроводу.

Обидві схеми схеми монтажу забезпечують роботу всієї конструкції переходу як однієї цілої системи, а тому методика розрахунку в обох випадках однакова.

Тому коефіцієнти і залежать тільки від конструкції переходу (статична схема). Їх визначають за формулами

для газопроводу

; (8.7)

; (8.8)

для продуктопроводу

; (8.9)

, (8.10)

де е і b – коефіцієнти, що залежать від статичної схеми переходу (табл. 8.1 і 8.2)

Таблиця 8.1 – Значення е і b в вантажних коефіцієнтах і для