Стартовый компенсатор

Приветствую Вас, дорогие и уважаемые читатели сайта “world-engineer.ru”. В этой статье Вы узнаете, что такое стартовый компенсатор и как он работает. Так же научу Вас считать температуру предварительного нагрева или как ее еще называются температуру замыкания стартового компенсаторы и познакомлю с особенностями дополнительных параметров на стартовые компенсаторы в программе “СТАРТ”.

Что такое стартовый компенсатор?

Стартовый компенсатор тепловых сетей – это устройство, которое позволяет компенсировать деформацию трубопроводов в момент пуска системы отопления или охлаждения. При пуске тепловая сеть может претерпевать значительные изменения длины и формы, что может привести к повреждению трубопроводов или оборудования. Стартовый компенсатор предназначен для того, чтобы минимизировать эти негативные последствия и обеспечить нормальную работу тепловой сети.

Применение стартовых компенсаторов позволяет выполнить растяжку трубопровода, защемленного в грунте. Конструкция стартового компенсатора схематично показана на рисунке. Ограничитель 1 выполнен в виде кожуха, одна половинка которого ≪вдвигается≫ в другую.

Растяжка осуществляется путем предварительного нагрева трубопровода до расчетной температуры замыкания Tзам. После срабатывания стартовых компенсаторов (их сжатия) и заварки кромок ограничителей (конечное состояние после наложения шва 3 на рисунке помечено пунктиром), трубопровод превращается в неразрезную конструкцию. Оголенные участки изолируются, и приямки засыпаются грунтом. Таким образом, стартовые компенсаторы срабатывают всего один раз. В идеале применение стартовых компенсаторов позволяет прокладывать трубопроводы в виде длинных прямых участков, в которых температурные деформации при нагреве и охлаждении компенсируются осевыми напряжениями растяжения-сжатия в материале труб.

Сжатие стартового компенсатора не должно превышать максимальной величины его осевого хода [δ], принимаемого по стандартам и техническим условиям на стартовые компенсаторы δ≤[δ]. В случае невыполнения этого условия расстояние между стартовыми компенсаторами следует уменьшить.

Типы осевых компенсаторов

• Стартовый компенсатор – осевой компенсатор специальной конструкции, который срабатывает всего один раз. Применение стартовых компенсаторов позволяет выполнить растяжку трубопровода, защемленного в грунте. После срабатывания стартовых компенсаторов, кромки ограничителей завариваются.
• Сильфонный компенсатор – представляет собой тонкую гофрированную оболочку, содержащую несколько волн.
• Сальниковый компенсатор – представляет собой трубу, вставленную в фасонный патрубок большего диаметра. При тепловом удлинении трубопровода труба входит в патрубок и тем самым предотвращает возникновение опасных напряжений.
• Линзовый компенсатор – состоит из ряда последовательно включенных в трубопровод волн.

Монтажная (начальная), расчетная температура и температура испытаний

Температурный перепад

При расчетах трубопроводов, одним из наиболее существенных воздействий является температурный перепад ΔT, который равен разности температуры стенок, при которой происходит замыкание стыков трубопровода Тмонт (монтажная температура) и температуры стенок в рабочем состоянии Траб (расчетная температура в рабочем состоянии):

ΔT=γt*(Тмонт – Траб)

Коэффициент надежности для температурного перепада γt по всем действующим нормам расчета на прочность трубопроводов равен γt=1,0.

Следует иметь в виду, что если принимать абсолютно минимальное значение Тмонт и абсолютно максимальное значение Траб, то температурный перепад оказывается неоправданно завышен и ведет к нецелесообразным экономическим затратам на устройство большого количества температурных компенсаторов и т.д. (особенно это касается трубопроводов, защемленных в грунте). Поэтому при задании температурного перепада рекомендуется использовать не экстремальные значения температур, а температуры, действующие длительное время. А кратковременные превышения температуры рекомендуется рассматривать как кратковременные воздействия (по режиму ПДК/ПДКОН), при этом допускаемые напряжения принимаются выше. Это же утверждение справедливо и для различных режимов работы с повышенной температурой, например, пропаривание и т.д., которые также следует рассчитывать отдельно по режиму ПДК/ПДКОН.

К примеру, в трубопроводах тепловых сетей максимальная расчетная температура равна 150⁰С, но реально такие высокие температуры действуют весьма непродолжительное время. При графике 150-70⁰С продолжительность действия температуры более 130⁰С по данным ОАО «Мосэнерго» не превышает 10 суток в году, а 150⁰С – 30 часов в году, даже для магистральных теплопроводов большого диаметра.

Для трубопроводов воздушной прокладки температурный перепад ΔT= (150 – (– 20)) = 170 ⁰С достаточно легко воспринимается благодаря гибкости воздушных трубопроводных систем (здесь Тмонт=–20⁰С поскольку производство работ по замыканию трубопровода и сварке стыков как правило не производят при температуре ниже –20⁰С). Но для трубопроводов бесканальной прокладки такой перепад приводит к огромным напряжениям. Поэтому расчетную температуру в тепловых сетях воздушной прокладки принято принимать Траб=150⁰С, а для тепловых сетей бесканальной прокладки принимают Траб=130⁰С и температуру монтажа равную Тмонт = 0⁰С, предполагая, что заварка стыков и засыпка не производятся при отрицательных температурах.

Температура монтажа (начальная температура)

Температура монтажа – температура стенок трубы, соответствующая замыканию трубопровода или ее части в законченную систему. Температура монтажа равна:

• Для трубопроводов без стартовых компенсаторов: средней по длине трубопровода температуре стенок (металла) в момент заварки последнего стыка, когда конструкция из разрезной превращается в неразрезную.
• Для трубопроводов со стартовыми компенсаторами: средней по длине трубопровода температуре стенок (металла) перед началом предварительного нагрева трубопровода.

Как правило, температура монтажа заранее точно не известна, поэтому приходится принимать некоторое минимальное значение температуры окружающего воздуха в районе строительства, которая обеспечивает разумный запас прочности. При этом следует учитывать, что сварочные работы по замыканию трубопровода как правило не могут производиться при температуре окружающего воздуха ниже определенного уровня.

Монтажную температуру рекомендуется определять по следующей формуле:

Тмонт = max (Тстроит, Твозд)

Тстроит – минимальное значение температуры окружающего воздуха, при которой согласно требованиям норм и руководящих документов, допускается проведение соответствующих строительных и сварочных работ на открытом воздухе. Значение Тстроит как правило зависит от типа стали и толщины стенки и изменяется в пределах от –20⁰С до 0⁰С. Если при выполнении сварочных работ могут быть использованы специальные укрытия или предварительный подогрев, то работы могут производиться при любой температуре окружающего воздуха. В этом случае Тмонт = Твозд.

Твозд — температура окружающего воздуха в момент замыкания трубопровода:

• При наличии данных о календарном сроке замыкания трубопровода (заварки последнего стыка), порядке производства работ и др. Твозд рекомендуется уточнять в соответствии с этими данными [3], п. 8.6 и 8.7. [1].
• При отсутствии данных о календарном сроке замыкания трубопровода для назначения Твозд рекомендуется принимать начальную температуру в холодное время года согласно п. 8.6 и 8.7. [1].
• Для трубопроводов бесканальной прокладки с ППУ – изоляцией Твозд обычно принимают 0°С. Предполагается, что последний стык заваривается тогда, когда вся траншея засыпана, так что отрицательной температуры в стенках трубопровода быть не может.

В проекте должна быть оговорка, что замыкание трубопровода не допускается при температуре окружающего воздуха ниже Тмонт. В некоторых документах (сводах правил) и справочниках имеются указания по учету температуры наиболее холодной пятидневки или абсолютной минимальной температуры. Нужно иметь в виду, что эти температуры используются, как правило, для выбора материалов труб и изделий для трубопроводов, расположенных на открытом воздухе или в не отапливаемых помещениях, когда важны такие характеристики металла, как твердость, хладноломкость и т.п. Обычно монтажные работы при таких температурах не ведутся и к расчетной температуре монтажа они не имеют прямого отношения.

Пример определения монтажной (начальной) температуры

Исходные данные: город — Санкт-Петербург. Сталь углеродистая с содержанием углерода не более 0.24%. Расчетная температура в рабочем состоянии равна Траб=150⁰С.

Определим монтажную (начальную) температуру Тмонт.

Если монтажные работы ведутся без специальных укрытий и предварительного подогрева свариваемых стыков, то согласно СНиП 3.05.03-85 сварку разрешается производить:

• при температуре наружного воздуха до –20⁰С для труб из углеродистой стали с содержанием углерода не более 0.24% (независимо от толщины стенки труб), а также труб из низколегированной стали с толщиной стенки не более 10 мм;
• при температуре наружного воздуха до –10⁰С для труб из углеродистой стали с содержанием углерода свыше 0,24%, а также труб из низколегированной стали с толщиной стенки свыше 10 мм.

Следовательно, Тстроит = –20⁰С.

Согласно п. 8.6 [1] t_0c = 0,2t_VII + 0,8t_I = 0,2·15 + 0,8·(–10) = –5⁰С.

Температурный перепад с учетом коэффициента надежности согласно п. 8.7 [1] должен быть равен:

Δt = 1,1*(Траб – t_0c) = 1,1*(150 – (–5)) = 1,1*155 = 170,5 ⁰С (169.4)

Отсюда Твозд = Траб – Δt = 150 – 170,5 = – 20,5⁰С.

Монтажную (начальную) температуру принимаем Тмонт = max (Тстроит, Твозд) = max (–20, –20,5) = –20⁰С.

Расчет стартовых компенсаторов

Применение стартовых компенсаторов позволяет выполнить растяжку трубопровода, защемленного в грунте. Растяжка осуществляется путем предварительного нагрева трубопровода до температуры, составляющей половину температурного перепада в его рабочем состоянии. После срабатывания стартовых компенсаторов и заварки кромок их ограничителей, трубопровод превращается в неразрезную конструкцию. Таким образом, стартовые компенсаторы срабатывают всего один раз. В идеале применение стартовых компенсаторов позволяет прокладывать трубопроводы в виде длинных прямых участков, в которых температурные деформации при нагреве и охлаждении компенсируются осевыми напряжениями растяжения-сжатия в материале труб.

Старт-Элементы позволяют выполнить приближенный расчет расстояния между стартовыми компенсаторами и температуры замыкания.

• Старт-Элементы не учитывают распорные усилия в компенсаторе. Старт-Проф их учитывает.
• Старт-Элементы не учитывают деформации труб под давлением. Старт-Проф это учитывает.
• Старт-Элементы не учитывают податливость компенсатора. Старт-Проф её учитывает.
• Старт-Элементы не учитывают циклическую прочность труб. Старт-Проф её учитывает.
• Старт-Элементы не учитывают изгибающие моменты, возникающие из-за весовых нагрузок. Старт-Проф их учитывает.

Вывод: Старт-Проф производит более точный расчет чем Старт-Элементы, поэтому Старт-Элементы можно использовать только для предварительных расчетов. Окончательный поверочный расчет следует производить в Старт-Проф.

Расположение стартовых компенсаторов

Сообщение «установка стартовых компенсаторов невозможна» выдается в случае если не выполняется условие применения стартовых компенсаторов:

Δб ˂ 2 [б_ОС]

После выполнения расчета, программа выдает следующие результаты:

1) расстояние Lmax – максимальное расстояние между стартовыми компенсаторами из условий прочности;

2) температура замыкания – температура, при которой должно производиться замыкание компенсатора.

В СТАРТ при внесении исходных данных необходимо вносить параметры, указанные на фото в красной рамке:

Указываем, режим расчета либо “преднагрев”, либо “стартовые компенсаторы” и указываем температуру.

Температуру предварительного нагрева (температуру замыкания) рекомендуется принимать tзам близко к средней температуре при замыкании стартового компенсатора по формуле:

tзам = (tэ + t1)/2, ⁰С

tэ – минимальная температура в условиях эксплуатации (температура воздуха при монтаже компенсатора, допустим tэ=0⁰С, tэ=10⁰С).

t1 – максимальная расчетная температура теплоносителя (наибольшая температура теплоносителя t1=130⁰C).

Принимаем при tэ=0⁰С

tзам = (tэ + t1)/2 = (0 + 130) / 2 = 65⁰С

Температура замыкания стартовых компенсаторов Tзам вычисляется таким образом, чтобы обеспечить одинаковый температурный перепад при охлаждении и нагреве трубопровода:

Tзам = (Tраб – Tхол)/2, ⁰С

Tраб – температура трубопровода в рабочем состоянии (наибольшая температура теплоносителя t1=130⁰C);

Tхол – температура трубопровода в холодном состоянии (можем принять 0⁰С или 10⁰С).

Принимаем при Tхол=0⁰С

Tзам = (Tраб – Tхол)/2 = (130 – 0) / 2 = 65⁰С

Надеюсь стало понятно, но еще раз повторю.

Режим расчета – существует 2 режима расчета: использование стартовых компенсаторов и использование предварительного нагрева.

Температура замыкания, Тстарт – температура предварительного подогрева трубопровода, при которой производится замыкание стартовых компенсаторов. Оптимальное значение предварительного подогрева равно половине температурного перепада: Тстарт = (Траб – Тмонт) / 2.

Температура предварительного нагрева, Тстарт – температура предварительного подогрева трубопровода, при которой производится засыпка траншеи. Оптимальное значение предварительного подогрева равно половине температурного перепада: Тстарт = (Траб – Тмонт) / 2.

Один из режимов выбрали и температуру для него подсчитали, но возникает ошибка (см. рисунок выше): (Е821) Нужно установить флаг “СпецРасчет” в одном из режимов или не задавать тип анализа в Общих данных во вкладке Дополнительные.

Это делается как на рисунке ниже:

Включение режима СпецРасчет в программе СТАРТ

И все, выполняется теперь расчет стартового компенсатора.

Растяжка стартового компенсатора

Приведу пример расчета удлинения трубопровода при предварительном прогреве со стартовыми компенсаторами допустим в диапазоне т.1 – т.2.

Исходные данные:

Длина обслуживания стартового компенсатора равная L= 61,0 м.

Температура рабочая Траб = 130⁰С (с такой температурой подается теплоноситель).

Температура монтажа Тмонт: диапазон температур от –10, -5, 0, 5, 10, 15, 20, 25 ⁰С.

Определяем настройку стартового компенсатора (мм) при заданном диапазоне температур монтажа и заполняем таблицу ниже.

По такой формуле:

ΔL = 1/2 * (Tраб – Тмонт) *L * 1.2*10^-5

И полученный результат умножаем на 1000, чтобы перевести метры в миллиметры.

Настройка стартовых компенсаторов

1. Монтаж теплосети в ППУ-изоляции вести с соблюдением прямолинейности трубопроводов.
2. При использовании метода с предварительной установкой каждый компенсатор предварительно настраивается. Установка компенсатора производится путем сжатия на величину DР, равную разности между максимально возможным ходом данного компенсатора, который указан на маркировке, и рассчитанной величиной DL.
3. Предварительное сжатие должно быть установлено на строительной площадке с помощью специального стержня с резьбой и двух фланцев. Предварительное сжатие производят с помощью гаек на концах стержня, необходимо обратить особое внимание на равномерное распределение усилий по торцам компенсатора.
4. После того как компенсатор будет сжат на требуемую величину, его положение фиксируют электросваркой с помощью полосы, привариваемой с четырех сторон. Стартовый компенсатор желательно установить в середину смонтированной трубы. Полосы должны быть удалены после засыпки смежного по ходу монтажа трубопровода или монтажа нескольких последующих элементов.
5. Необходимо точно отметить на компенсаторе величину перемещения DР, компенсатор должен быть установлен в требуемой точке трубопровода, и величина сжатия в ходе прогрева должна оказаться в пределах расчетной.
6. В узлах для настройки стартовых компенсаторов в т.28а и 20 необходимо выполнить перемычку со спускниками и спускную арматуру соответственно.
7. Далее приступить к прогреву прямого и обратного трубопроводов со скоростью, не превышающей, 10⁰С/час до достижения температуры предварительного прогрева, при этом стартовый компенсатор должен полностью сработать и в этом положении его следует заварить. Прогрев вести со стороны т.20, воду для прогрева участка трубопроводов на стартовых компенсаторах брать из прямой трубы байпасных трубопроводов.
8. Работы по установке стартовых компенсаторов завершить теплоизоляцией сварных соединений, согласно методу изоляции стыков.

В завершении советую изучить статью “Проектирование трубопроводов тепловых сетей бесканальной прокладки с применением сильфонных компенсаторов” автор к.т.н. В.Я. Магалиф, заместитель генерального директора, ООО «НТП Трубопровод», г. Москва опубликованную в журнале “Новости теплоснабжения №4 (апрель) 2009 г.” Все по делу написано, очень грамотно, так что сразу всем станет все понятно.

Поделиться ссылкой: