Временное руководство по применению сильфонных компенсационных узлов типа СКФ

В статье описывается применение сильфонных компенсаторов при бесканальной, канальной и коллекторной прокладке тепловых сетей в г. Москве. В г. Москве в соответствии с решениями Мосгорисполкома принято решение о массовом применении для компенсации тепловых удлинений теплопроводов сильфонных компенсаторов. Сильфонные компенсаторы по сравнению с применяемыми в настоящее время сальниковыми компенсаторами позволяют увеличить надежность тепловых сетей, сократить потери топливно-энергетических ресурсов за счет герметичности сетей, а такие снизить эксплуатационные расходы.

Необходимость разработки настоящего документа связана с тем, что существующие «Временные указания по применению осевых неразгруженных сильфонных (волнистых) компенсаторов для тепловых сетей «, разработанные ВНИПИЭнергопромом в 1983 г., не отражают ряд конструктивных решений компенсационных узлов, разработанных рядом организаций и нашедших широкое применение в практике строительства; выпуском новых ТУ 5.551-19729-88 взамен ТУ 5.551-19702-82 на сильфонные компенсаторы Ду=250÷1000 мм и увеличением осевого хода компенсаторов, выпускаемых по ТУ 3-120-81 Ду=50÷200 мм, а также с предстоящим широким внедрением в строительство бесканальной прокладки теплопроводов с пенополиуретановой изоляцией на базе импортной технологии.

При разработке документаций учитывался опыт ленинградских организаций и треста Мособлсантехмонтаж и использованы следующие материалы:

а) технические условия ТУ 5.551-19729-83 «Компенсаторы сильфонные для тепловых сетей»;

б) технические условия ТУ 3-120-81 ‘’Компенсаторы сильфонные осевые неразгруженные»;

в) «Временные указания по применению осевых неразгруженных сильфонных (волнистых) компексаторов для тепловых сетей», разработанных институтом ВНШИЭнергопром в 1983 г;

г) СНиП 2.04.07-86 «Тепловые сети. Нормы проектирования»;

д) СНиП 3.05.03-85 «Тепловые сети»;

е) альбом ПС-238 «Индустриальная конструкция осевых сильфонных компенсаторов и неподвижных спор для бесканальной прокладки тепловых сетей с пенополиуретановой изоляцией диаметром Ду=50÷1000 мм «Мосинжпроекта», согласованный с МОЭТЗК и Теплосетью Мосэнерго.

Руководство разработано в институте Мосинжпроект инженерами Козеевой Н.К., Афониным Г.Н., Янусовым Ю.У., Шевченко Н.Г.

1. Общие положения

1.1. «Руководство» согласовано Теплосетью Мосэнерго, Техническим Управлением ПСО Мосинжстроя и распространяется на проектирование и строительство в г. Москве, тепловых сетей диаметром Ду=50÷1000 мм при бесканальной, канальной и коллекторной прокладке с параметрами Ру <=1,6 МПа (16 кгс/см²) t<= 150 ⁰С, в которых для компенсации тепловых удлинений трубопроводов используются осевые неразгруженные сильфонные компенсаторы.

1.2. Руководство разработано применительно к конструкциям компенсационных узлов типа СКФ, выпуск которых планируется осуществлять с 1990 года на Московском Опытно-экспериментальном трубозаготовительном комбинате (MО3T3K).

1.3. Сильфонные компенсаторы, входящие в состав компенсационных узлов типа CКФ, поставляются МОЭТЗК по кооперации предприятием П/я Р-6667 (г. Тула) по Техническим условиям ТУ 3-120-81 для трубопроводов диаметром 50÷200 мм и для трубопроводов диаметром 200÷1000 мм по ТУ 5.551-19729-66 заводом «Северная верфь” (г. Ленинград).

1.4. Компенсирующая способность выпускаемых заводами компенсаторов приведена в табл. 1.

По согласованию с изготовителем осевой ход компенсаторов, выпускаемых по ТУ 3-120-81 увеличен на 50%.

1.5. Компенсационные узлы типа СКФ, предусматривающие применение сильфонных компенсаторов, изготовляемых по ТУ 3-120-81 и ТУ 5.551-19729-88 с последующей доработкой их путем замену защитного кожуха на несущий футляр и изготовлением дополнительных фланцев и других деталей, предназначены для применения при канальном, коллекторном и бесканальнсм способе прокладки.

1.6 Сильфонные компенсаторы типа СКФ для канальных и коллекторных прокладок теплопроводов допускается применять в районах с расчетной наружной температурой для проектирования систем отопления не ниже минус 30°С.

1.7 Монтаж сильфонных компенсаторов типа СКФ с заводской теплогидроизоляцией из пенополиуретана с защитной оболочкой из полиэтилена для бесканальной прокладки может производиться при температуре наружного воздуха до минус 18°С.

1.8. В процессе эксплуатации компенсационные узлы специального обслуживания не требуют.

Основные параметры и размеры односекционных компенсационных узлов типа СКФ для канальных и коллекторных прокладок теплопроводов

В таблице L_Ф – длина футляра компенсационного узла;

L_СТР – строительная длина компенсационного узла в свободном состоянии;

L_УСТ = L_СТР + (Δ/2) – максимальная длина компенсационного узла в растянутом состоянии.

Масса компенсационных узлов указана без учета теплоизоляции.

Габаритные размеры компенсационных узлов определены с учетом применения в них сильфонных компенсаторов на условное давление Ру 2,5 (25) МПа (кгс/см²).

Основные параметры и размеры двухсекционных компенсационных узлов типа СКФ для канальных и коллекторных прокладок теплопроводов

В таблице L_Ф – длина футляра компенсационного узла;

L_СТР – строительная длина компенсационного узла в свободном состоянии;

L_УСТ = L_СТР + (Δ/2) – максимальная длина компенсационного узла в растянутом состоянии.

Масса компенсационных узлов указана без учета теплоизоляции. Основные параметры и размеры компенсационных узлов приведены по альбому ПС-253 Мосинжпроекта.

Габаритные размеры компенсационных узлов определены с учетом применения в них сильфонных компенсаторов на условное давление Ру 2,5 (25) МПа (кгс/см²).

Узлы компенсационные типа СКФ для канальных и коллекторных прокладок теплопроводов

а) узел компенсационный типа СКФ2-1к (односекционный)

1 – футляр

2 – компенсатор

3 – ограничитель

4 – фланец

5 – упор

6 – набивка

7 – теплоизоляция

На патрубке узла стрелкой должно указываться направление движения теплоносителя.

б) узел компенсационный типа СКФ2-2к (двухсекционный)

Узлы компенсационные типа СКФ для бесканальной прокладки с заводской пенополиуретановой теплоизоляцией

а) узел компенсационный СКФ2п-1и

1 – стальной компенсационный узел

2 – пенополиуретан

3 – каолиновая вата

4 – муфта резиновая

5 – герметик

6 – сигнальные провода

7 – центрирующие опоры из пенополиуретана

8 – полиэтиленовая оболочка футляра

9 – ленточная усадочная муфта

б) узел компенсационный СКФ2п-2и

Для тепловой изоляции в камерах и коллекторах, как правило, должна приниматься минераловатная изоляция, применяемая в настоящее время для теплоизоляции трубопроводов, и арматуры в камерах.

Компенсационные узлы с заводской теплогидроизоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке при бесканальной прокладке теплопроводов с однотипной теплоизоляцией предусматривается применять без устройства камер, направляющих опор. До отработки надежной конструкции теплогидроизоляции компенсационных узлов, обобщения опыта их эксплуатации при массовом строительстве следует применять конструкции компенсационная узлов, предназначенных для установки в каналах и коллекторах с размещением их в камерах и в примыкающих к ним канальных участках.

2.3 Установку компенсационных узлов следует предусматривать на прямолинейных участках трубопроводов.

При бесканальной прокладке компенсационные узлы должны, как правило, располагаться в середине пролета между неподвижным опорами. Для двухсекционных узлов это расположение является обязательным, для односекционных — предпочтительным.

При канальной и коллекторной прокладке установку компенсационных узлов следует предусматривать, как правило, у неподвижных опор. Между неподвижными опорами должен устанавливаться только один компенсационный узел.

До и после компенсационного узла должны предусматриваться направляющие опоры, препятствующие перемещению трубопроводов в плане. В качестве одной из направляющих опор рекомендуется использовать неподвижную опору. Расстояние от торца патрубка компенсационного узла до неподвижной опоры должно быть не более 2Ду. Ближайшую по другую сторону компенсационного узла направляющую опору следует располагать на минимальном расстоянии, позволяющем обеспечить сдвижку футляра компенсационного узла с целью его осмотра или замены. В качестве направляющей опоры предусматривается применять обычную скользящую оперу с приваркой ограничителей, препятствующих смещению трубопроводов в плане.

В качестве неподвижных опор в этом случае используются обычные опоры, используемые при проектировании с другими компенсирующими устройствами.

При бесканальной прокладке перемещению трубопроводов препятствует защемление грунтом и установка направляющих опор не требуется. В случае расположения компенсационных узлов при бесканальной прокладке в камерах в качестве направляющих опор необходимо использовать конструктивные решения прохода трубопроводов через стены камер (футляра, гильзы), неподвижные опоры внутри камер.

Расположение каких-либо опор под футляром компенсационного узла не допускается.

2.4. Максимальное расстояние между неподвижными опорами L_MAX определяется по формуле:

L_MAX = 0,9*Δ / (a*(t – t_Р.О.))

0,9 – коэффициент запаса, учитывающий неточности расчета и погрешности монтажа;

Δ – максимальным осевой ход компенсационного узла, принимается по табл. 2,3;

а – средний коэффициент линейного расширения трубной стали при нагреве от 0 до t °С, a = 0,012 мм/м °С;

t – расчетная температура сетевой воды в подающем трубопроводе, t = 150°;

t_Р.О. – расчетная температура наружного воздуха для проектирования систем отопления средняя температура воздуха наиболее холодной пятидневки по главе СНиП »Строительная климатология и геофизика», для г. Москвы t_Р.О.= – 26 ⁰С.

Максимальное расстояние между неподвижными опорами на прямолинейных участках трассы при расчетной температуре теплоносителя 150°С приведено в таблице.

2.5. Установочная длина компенсационных узлов L_УСТ (мм), при проектировании камер и узлов теплопроводов принимается по таблице.

Длина компенсационного узла при монтаже L_МОНТ (мм) в зависимости от температуры окружающего воздуха при монтаже t_М,(°С) определяется по формуле:

L_МОНТ = L_УСТ – а_М*(t_М – t_Р.О.)*L_Н.О.

а_М – коэффициент линейного расширения трубной стали при монтаже, принимаемый разным 0,012 мм/м°С;

t_Р.О – расчетная температура наружного воздуха при проектировании систем отопления (для г. Москвы t_Р.О = -26⁰С);

L_Н.О. – расстояние между неподвижными опорами расчетного участка, м.

На рабочих монтажных чертежах камер, узлов при канальной, коллекторной и бесканальной прокладке следует приводить таблицу монтажных длин компенсаторов в зависимости от температуры монтажа t_М через 5⁰С.

Величины растяжения компенсационных узлов Δр в зависимости от температуры окружающего воздуха при максимальных расстояниях между неподвижными опорами приведены в таблице.

Δр = (Δ/2) – а_М*(t_М –t_Р.О.)*L_Н.О.

Δр<=(Δ/2)

При расстоянии между неподвижными опорами, отличающимися от максимальных, приведенных в таблице, абсолютную величину растяжения компенсационного узла Δр определяют расчетом.

Пример.

Нам теплопроводе Ду=400 мм расстояние между неподвижными опорами 105 м. Необходимо установить двухсекционный компенсационный узел при температуре наружного воздуха +5⁰С.

L_УСТ и (Δ/2) по таблице 3 для Ду=400 мм равны соответственно:

L_УСТ = 2358 мм;

(Δ/2) = 180 мм.

L_МОНТ = L_УСТ – 0,012*(5-(-26))*105 = 2319 мм

Δр = 180 – 0,012*(5-(-26))*105 = 140,94 мм

Для компенсационных узлов, устанавливаемых в камерах, коллекторах L_МОНТ определяется в этом случае по формуле L_МОНТ = L_СТР + Δр.

L_СТР – принимается по таблице 2 и 3, Δр принимается по таблице 5.

2.6. Минимальные расстояния в свету от теплоизоляционных конструкций компенсационных узлов до стен, перекрытий и днища камер, коллекторов (проходных каналов), между теплоизоляционными конструкциями смежных узлов следует принимать для Ду<=500 мм – 100 мм, для Ду>=600 – 150 мм. При невозможности соблюдения указанных расстояний компенсационные узлы допускается устанавливать вразбежку со смещением в плане не менее 100 мм относительно друг друга.

Примечание.

Ширина прохода в свету в проходных каналах должна приниматься равной диаметру наибольшей трубы плюс 100 мл, ко не менее 700 мм, высота канала не менее 1800 мм.

2.7 При определении нормативной горизонтальной осевой нагрузки от компенсаторов на неподвижные опору должны учитываться:

а) распорное усилие сильфонных компенсаторов от внутреннего давления N_P^S, Н (кгс), которое определяется по формуле:

N_P^S = Р_Р*А_S

Р_Р – рабочее давление теплоносителя, Па (кгс/м²);

А_S – эффективная площадь поперечного сечения компенсатора, см², определяется по формуле:

соответственно наружный и внутренний диаметры  гибкого элемента компенсатора.

А_S = (π/16)*(d_e^S + d_i^S)²

d_e^S, d_i^S – соответственно наружный и внутренний диаметры гибкого элемента компенсатора.

Значения A_S приведены в таблице 2 и 3.

б) жесткость сильфонных компенсаторов N_R^S (кгс). определяется по формуле:

N_R^S = R*(Δ/2)

R – жесткость компенсатора при его сжатии на 1 ммкН/м (кгс/мм).

Δ – максимальный осевой ход компенсатора, мм.

Значения R и Δ принимаются по таблице 2 и 3.

Величины распорных усилий сильфонных компенсаторов (компенсационных узлов) при Рр = Ру = 1,6 МРа (16 кгс/см²) и жесткостей приведена в таблице.

2.8. Сравнение распорных усилий сильфонных компенсаторов показывает, что сильфонные компенсаторы можно устанавливать вместо сальниковых без усиления неподвижных опор (см. таблицу) для большинства реальных случаев применения сальниковых компенсаторов.

Неуравновешенные силы внутреннего трения и силы трения в сальниковых компенсаторах даны для рабочего давления теплоносителя Рр=1,6 МПа (16 кгс/см²).

2.9. Распорные усилия сильфонных компенсаторов (компенсационных блоков) от внутреннего давления при установке в сочетании с сальниковыми компенсаторами на смежных участках N_Р^CS Н (кгс) определяются по формуле:

N_Р^CS = N_Р^S – (π*dec² /4)*Рр*Н (кгс)

dec – наружный диаметр патрубка сальникового компенсатора.

2.10. Силы трения на участках канальной (коллекторной) прокладки, при скользящих опорах, силы трения о грунт при бесканальной прокладке, силы трения в сальниковых компенсаторах, суммарные усилия на неподвижные опоры следует определять е соответствии со СНиП «Тепловое сети. Нормы проектирования» и проектной и нормативной документацией на проектирование бесканальной прокладки теплопроводов с пенополиуретановой изоляцией.

2.11. При этом нагрузки на промежуточную неподвижную опору от участков трубопроводов, расположенных по обе стороны опоры, определяются по формулам:

а) Ду1>Ду2 от распорных усилий сильфонных компенсаторов (компенсационных блоков)

N_P1^S – N_P2^S;

– от жесткости компенсаторов

N_R^S = 1,3*N_R1^S – N_R2^S; Н (кгс) (при Ду<=200 мм);

N_R^S = 1,5*N_R1^S – N_R2^S; Н (кгс) (при Ду>200 мм);

В формулах учтено допускаемое техническими условиями на компенсаторы предельное отклонение величин жесткости компенсаторов. .

– от сил трения в подвижных опорах при L₁ > L₂

N_F^ОР = N_F^ОР1 – 0,7* N_F^ОР2; Н (кгс)

L₁ и L₂ – расстояния между неподвижными опорами;

б) при Ду1=Ду2

– от распорных усилий сильфонных компенсаторов :

N_Р^S = 0

– от жесткости сильфонных компенсаторов:

N_R^S = 0,3*N_R1^S; Н (кгс) (при Ду<=200 мм);

N_R^S = 1,5*N_R1^S; Н (кгс) (при Ду>200 мм);

– от сил трения в подвижных опорах при L₁ = L₂

N_F^ОР = 0,3*N_F^ОР1 ; Н(кгс)

При наличии на расчетных участках трубопроводов углов поворота и Z -образных участков в суммарных нагрузках на неподвижные опоры должны учитываться силы упругой деформации от этих участков, определяемые расчетом труб на самокомпенсацию.

Расчетные формулы для определения суммарных горизонтальных нагрузок на концевые и промежуточные неподвижные опоры для различных схем те же, что и при сальниковых компенсаторах.

2.12. При определении расчетных горизонтальных нагрузок на неподвижные опоры должны учитываться коэффициенты надежности:

– на распорные усилия от внутреннего давления – 1,2;

– на силы трения в подвижных опорах и при бесканальной прокладке от веса трубопроводов – 1,1;

– при бесканальной прокладке от веса грунта – 1,15.

3. Указания по монтажу

3.1. Компенсационные узлы для канальной и коллекторной прокладки к месту монтажа с завода-изготовителя должны поставляться с временными креплениями фланцев, препятствующими смещению сильфонных компенсаторов относительно футляров. Крепления удаляются при монтаже узлов на трубопроводе.

3.2. Узлы должны храниться в закрытых помещениях с естественной вентиляцией.

3.3. Транспортировать узлы допускается любым видом транспорта.

3.4. Перед установкой компенсационные узлы необходимо проверить на соответствие их техническим условиям к клеймам завода-изготовителя, на наличие данных ОТК завода и технического паспорта.

3.5. При перемещении и хранении компенсационных узлов в период монтажа должны быть приняты меры, исключающие их загрязнение или попадание во внутрь воды и снега (установка заглушек патрубков, снимаемых только непосредственно перед приваркой компенсатора к трубопроводу).

3.6. Строповку компенсационных узлов следует производить только за патрубки (или монтажные петли).

3.7. Компенсационные узлы типа СКФ с заводской теплоизоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке для бесканальной прокладки должны транспортироваться и храниться в соответствии с техническими условиями на эти изделия.

3.8. Доставка изолированных компенсационных узлов должна осуществляться на специальных транспортных средствах, обеспечивающих сохранность полиэтиленовой оболочки.

Компенсационные узлы должны быть при хранении защищены от воздействия пряли солнечных лучей (располагаться в тени или под навесом) или быть прикрыты рулонным материалом.

3.9. Изолированные компенсационные узлы должны перевозиться, разгружаться при температуре до минус 20°С. При подъеме за полиэтиленовую оболочку должны использоваться специальные строповочные приспособления: мягкие полотенца, гибкие стропы.

3.10. До начала работ по монтажу компенсационных узлов необходимо выполнить следующие работы:

а) смонтировать и закрепить в неподвижных опорах участки трубопроводов, установить направляющие опоры;

б) при бесканальной прокладке отрыть приямки;

в) произвести предварительное гидравлическое испытание трубопроводов;

г) компенсационные узлы уложить на бровке траншеи в местах расположения узлов, определенных проектом, закрепить узлы от раскатки клиньями;

д) произвести обратную засыпку грунтом каналов, коллекторов камер и щитовых опор.

3.11. Монтаж компенсационных узлов при канальной к коллекторной прокладке с теплоизоляцией трубопроводов, выполняемой в построечных условиях, рекомендуется производить в следующей последовательности (см. рис.):

– участки трубопровода до и после компенсационного узла должны быть смонтированы и закреплены в неподвижные опоры НО-1 и-НО-2 так, чтобы расстояния между концами труб в месте установки компенсационного узла соответствовало монтажной длине компенсационного узла (Lмонт) при температуре воздуха в момент закреп­ления трубопровода во второй неподвижной опоре (НО-1 или HО-2). Температура окружающего воздуха и расстояние между концами закрепленн�