Головна / Технічні статті / Температурні напруги в трубопроводах і їх компенсація
Наземні трубопроводи нафтобаз схильні до деформацій, пов'язаних зі змінами температури перекачується нафтопродукту і атмосферного повітря.
Довжина l трубопроводу, вільно лежить на опорах, при зміні його температури на Т змінюється на величину δl, рівну
де αL - коефіцієнт лінійного розширення металу, для сталі αL = 1,2х10 -5 1 / К.
При температурних деформаціях в ньому виникають термічні напруги розтягнення або стиснення, що визначаються за формулою
σT = E · αL · Т
де Е - модуль пружності матеріалу труби, для стали Е = 2,1х10 5 МПа
В результаті виникнення термічних напружень ділянку труби, затиснений між нерухомими опорами, діє на них з силою
де S - площа поперечного перерізу металу труби.
Виконаємо оцінку величини FL. Нехай є трубопровід діаметром 325 мм з товщиною стінки 9 мм. Різниця між температурою замикання його стиків при будівництві і температурою труби в процесі експлуатації становить 5 градусів.
Для зазначених умов:
σT = 2.1 · 10 5 · 1.2 · 10 -5 · 5 = 12.6 МПа
FL = 12.6 · 10 6 · 9.89 · 10 -4 = 12460 H
Оскільки резервуар, наприклад, також є нерухомою опорою трубопроводу, то під дією сили FL він може бути пошкоджений (особливо, якщо Т становить, наприклад, 20 градусів).
При підземному прокладанні трубопроводів сила тертя труби об грунт частково або повністю компенсує зусилля, що виникає внаслідок температурних деформацій. Величина цієї сили дорівнює
де μтр - коефіцієнт тертя труби об грунт, = 0,4-0,5; Ргр - тиск грунту на трубопровід, Ргр = nгр · γгр · hср; n гр - коефіцієнт надійності за навантаженням від ваги грунту, п гр = 1,2; γгр - питома вага грунту; hср - середня глибина закладення трубопроводу.
Прирівнявши величини FL і Fтр. легко знайти мінімальну довжину трубопроводу lmin. що забезпечує повну компенсацію температурних напружень
Приклад. Нехай розглянутий вище трубопровід прокладений підземно в суглинку (γгр = 19 000 Н / м 3) на глибині - 1 м. У цьому випадку
Відповідно, знаходимо (вважаючи μтр = 0,5)
Таким чином, при підземному прокладанні технологічних трубопроводів температурні деформації практично повністю компенсуються їх тертям об грунт.
Для зменшення зусиль, з якими наземний трубопровід при температурних деформаціях впливає на об'єкти нафтобаз (нерухомі опори, резервуари, насоси та ін.), Застосовують самокомпенсірующую прокладку труб, або спеціальні пристрої - компенсатори.
При самокомпенсірующей прокладці конфігурація технологічних трубопроводів така, що дозволяє їм згинатися при температурних деформаціях, знижуючи тим самим величину поздовжньої сили.
Схема самокомпенсірующей прокладки технологічних трубопроводів: а - кутова ділянка; б - ^ -подібний ділянку; 1 - резервуар; 2 - трубопровід після укладання; 3 - трубопровід, що піддався температурних деформацій; 4 - насос
Компенсатори, що застосовуються на нафтобазах, бувають лінзові, сальникові і гнуті.
Лінзові компенсатори використовують на трубопроводах з умовним діаметром від 100 до 1200 мм, розрахованих на тиск до 0,6 МПа. Компенсатори випускають одно-, дво-, трюльники четирехлинзовие.
Лінзовий компенсатор: а - однолінзовий; б - четирехлинзовие. 1 - патрубок; 2 - полулінза; 3 - стакан; 4 фланець; 5 - дренажна трубка
Компенсирующая здатність однієї лінзи становить від 7 до 16 мм. Перевагами лінзових компенсаторів є герметичність і відносно невеликі розміри. Однак застосовуються вони обмежено через малу компенсує здібності і низького допускається тиску.
Сальникові компенсатори складаються із сталевого або чавунного корпусу і переміщається в ньому склянки.
Ущільнення між корпусом і стаканом забезпечується сальником. Для його набивання використовують азбестовий прографіченний шнур або термостійку гуму. Сальникові компенсатори бувають односторонніми і двосторонніми. Їх використовують на трубопроводах з умовним діаметром від 100 до 1000 мм, розрахованих на тиск до 1,6 МПа. Перевагою сальникових компенсаторів є їх відносно велика компенсує здатність (від 150 до 500 мм). Однак вони недостатньо герметичні і вимагають постійного нагляду за станом ущільнення сальників.
Гнуті П-подібні компенсатори набули найбільшого поширення на нафтобазах.
Їх зовнішній діаметр, товщину стінки і марку сталі приймають такими ж, як і у самого технологічного трубопроводу. Розміри П-подібного компенсатора характеризуються вильотом плеча LK. шириною плеча вк. радіусом гнуття RK. а також довжинами прямих вставок відповідно вильоту L'до і плеча в'к. Розрахунок довжини плеча П-подібного компенсатора виконується за формулою
де [σ] - допустиме напруження матеріалу труб; т2 - співвідношення довжини вильоту і ширини плеча компенсатора