Расчет трубопроводов на прочность это определение или проверка толщин стенок труб, пролетов между подвижными опорами и неподвижными опорами, а также допускаемых компенсационных напряжений.
Расчет на прочность трубопроводов пара и горячей воды, подведомственных Ростехнадзору в соответствии с п. 2 ФНП в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование работающее под давлением, 2014 г.» [1], производится по РД 10-249-98 п. 5.2 «Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды» [2].
При расчете трубопроводов на прочность учитывают следующие основные нагрузки: внутреннее давление теплоносителя, собственный вес трубопроводов, ветровую нагрузку (при надземной прокладке) и силы, возникающие при тепловых удлинениях трубопроводов. К последним относятся: силы упругой деформации и изгибающие моменты гибких компенсаторов, в том числе и углов поворотов, используемых для компенсации; силы трения в подвижных опорах при надземной прокладке и прокладке в каналах.
При расчете трубопроводов тепловых сетей на прочность предусматривается полное использование допускаемого напряжения от приведенных выше нагрузок за счет перераспределения напряжений от этих нагрузок между собой.
Следствием перераспределения напряжений от различного вида нагрузок является возможность увеличения пролетов между подвижными опорами, уменьшения вылетов гибких компенсаторов или длин компенсирующих плеч (для участков самокомпенсации) при недоиспользовании допускаемого напряжения от внутреннего давления.
Расчет трубопроводов на прочность производят на рабочее состояние, при котором принимают:
- внутреннее давление теплоносителя — равным наибольшему рабочему давлению с учетом возможного повышения его при изменениях в режиме работы оборудования (турбин, насосов), а для водяных сетей (и конденсатопроводов) также с учетом отметки положения трубопроводов. Для подающего и обратного трубопроводов тепловых сетей допускается принимать различную величину рабочего давления в соответствии с действительным гидравлическим режимом системы;
- температуру стенки трубы — равной максимально возможной температуре теплоносителя; для паропроводов— по температуре пара на коллекторе источника тепла с учетом колебаний в температуре при различных режимах работы оборудования (турбин, котлов); для конденсатопроводов — по температуре конденсата после конденсатоотводчиков или конденсатных насосов; для подающего трубопровода двухтрубной водяной сети — по наивысшей расчетной температуре на коллекторе источника тепла (с учетом повышения температуры на потери тепла в тепловой сети), а для обратного трубопровода — по наивысшей расчетной температуре воды по графику температур с учетом температуры, принимаемой во время тепловых испытаний тепловой сети (но не менее 100° С);
- расчетный вес — равным весу трубы, теплоизоляционной конструкции и воды при теплоносителе — воде и весу трубы и теплоизоляционной конструкции при паре. Определившиеся при расчете на рабочее состояние пролет между опорами (для паропроводов) и габариты гибких компенсаторов (при учете их предварительной растяжки в холодном состоянии) проверяют на холодное состояние, при котором принимают:
- внутреннее давление теплоносителя равным рабочему давлению;
- температуру стенки трубы равной 20° С;
- расчетный вес равным весу трубы, теплоизоляционной конструкции и воды.
Номинальное допускаемое напряжение и модуль упругости стали принимают соответствующими той температуре стенки, для которой производят расчет.
Расчет трубопроводов на прочность производят для наиболее напряженного сечения т. е. для сечения, в котором сочетание действующих нагрузок создает максимальное суммарное эквивалентное напряжение.
При проверке сечения с поперечным сварным швом напряжения от всех нагрузок, кроме внутреннего давления, определяют с учетом коэффициента прочности поперечного сварного шва.
При расчете трубопроводов пара и горячей воды нашими специалистами используется современный расчетный комплекс СТАРТ ПРОФ разработанный ООО «НТП Трубопровод» и имеющий сертификат соответствия Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии.
Программы семейства СТАРТ предназначены для расчета прочности и жесткости трубопроводов различного назначения, имеющих произвольную конфигурацию в пространстве, при статическом и циклическом нагружении, на сейсмические воздействия, а также толщин стенок труб и соединительных деталей на давление.
Экспертам ООО «ЭВОЛИ ПЛЮС» регулярно приходится сталкиваться с грубыми ошибками, которые допускаю проектировщики при разработке документации на техническое перевооружение трубопроводов пара и горячей воды.
На рисунке 1, можно увидеть значительные деформации трубопровода пара с параметрами Рраб=8 бар и Траб=168оС. Из-за неверной установки неподвижной опоры в узле 220 перед теплообменным аппаратом, напряжение от весовой нагрузки в рабочем состоянии в 1.5 раза превышает допустимое, что в последствие приведет к разрушению паропровода.
Рисунок 1. Расчетная схема паропровода с рабочими параметрами Рраб=8 бар и Траб=168оС.
Проектные ошибки могут привести к таким последствиям как:
- разрушение трубопроводов и оборудования;
- срыв сроков монтажных работ и увеличения стоимости их стоимости;
- срыв сроков запуска объекта в эксплуатацию из-за нарушений.
Руководителям предприятий при планировании нового строительства и технического перевооружения различных производственных площадок необходимо ответственно подходить к выбору проектной организации.
Огромный опыт, накопленный специалистами ООО «ЭВОЛИ ПЛЮС» за более чем двадцатилетнюю историю фирмы в области экспертизы промышленной безопасности, монтажа и ремонта оборудования и технологических трубопроводов на опасных производственных объектах, позволяет качественно и сжатые сроки выполнить проектные работы любой степени сложности.
Специалисты проектного отдела имеют аттестации в области промышленной безопасности по следующим направлениям:
- Химическая, нефтехимическая и нефтеперерабатывающая промышленность;
- Объекты газораспределения и газопотребления;
- Оборудование, работающее под давлением.
Нашими Заказчиками являются промышленные предприятия химической, фармацевтической и пищевой промышленности, а также теплогененерирующие предприятия Северо-западного региона РФ.
Cписок литературы:
- ФНП в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование работающее под давлением, 2014 г.»;
- РД 10-249-98 с изм. 1 РДИ 10-413 (249)-01 «Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды»;
- Справочник проектировщика «Проектирование тепловых сетей» под ред. А.А, Николаева. — М.: Стройиздат, 1965.