Компенсация усилий. "Промышленно-строительное обозрение". № 122 2009

Обеспечить безопасность эксплуатации трубопроводных систем позволяет использование компенсаторов. Они способны предотвратить изменения, которые происходят в трубах из-за перепада температур, давления и разного рода деформаций.
Трубопроводные системы работают в условиях изменяющихся температур и давлений. Помимо коррозии значительное число возникающих в теплосетях протечек обусловлено усталостными явлениями в металле, возникающими вследствие теплового расширения. Периодические колебания линейных размеров участков фиксированных труб приводят к появлению трещин и разрывов. Чаще всего это происходит в местах сварки или фитинговых соединений.
Поэтому во многом от степени компенсации температурного расширения и возможных перекосов, возникающих в процессе монтажа, а также в процессе эксплуатации, зависят надежность и безаварийность эксплуатации трубопроводных систем. Решить проблему теплового расширения позволяет использование компенсаторов, которые монтируются в трубопроводы централизованных систем отопления и гасят негативные изменения линейных размеров труб и вибрации при движении теплоносителя.
Существуют различные способы компенсации линейных и угловых перемещений в трубопроводах: сильфонные, мембранные, сальниковые, манжетные, типа гнутой трубы, тканевые и др.
Компенсирующий эффект
Сальниковые компенсаторы могут нейтрализовать большие линейные и угловые перемещения. Однако в них периодически возникает течь, которую необходимо ликвидировать. При значительных давлениях и частоте изменения компенсирующих размеров использование сальниковых компенсаторов становится нецелесообразно.
Недостатками компенсаторов из гнутой трубы является их неспособность воспринимать большие осевые и угловые перемещения, которые могут возникнуть при эксплуатации трубопроводов. Кроме того, такое оборудование занимает большую площадь.
Сильфонные компенсаторы имеют малые габариты, могут устанавливаться в любом месте трубопровода при любом способе его прокладки, не требуют строительства специальных камер.
Надежность этого оборудования обеспечивается конструктивными особенностями гофрированной металлической оболочки сильфона. Она обладает способностью растягиваться, изгибаться либо сдвигаться под действием перепада температур, давления.
Долговечность арматуры такого типа сравнима со сроком эксплуатации самого трубопровода. А выпускаемые сегодня типы компенсаторов (угловые и осевые, сдвиговые и разгруженные, стартовые и универсальные) позволяют подобрать сильфонные компенсаторы практически для любых видов возникающих в трубопроводе деформирующих напряжений.
Есть и недостатки – неспособность воспринимать высокие давления (десятки МПа), а кроме того, большие осевые и угловые перемещения, которые могут возникнуть при эксплуатации трубопроводов. Поэтому для амортизации больших перемещений устанавливают последовательно два-три сильфонных компенсатора. Тем не менее в части эксплуатационных преимуществ они во многом выигрывают у своих собратьев.
Если в магистральных трубопроводах еще продолжают использовать трубные, сальниковые, редко линзовые компенсаторы, то для внутридомовых и внутриквартирных сетей наиболее популярным вариантом становятся сильфонные.
Как полагают в компании "Кронштадт", применение в новых и реконструируемых трубопроводных системах качественных компенсаторов сильфонного типа позволит в дальнейшем избежать многих аварий.
– Применение сальниковых компенсаторов при устройстве городских теплотрасс ведет к появлению постоянных протечек и аварий, – говорит генеральный директор ООО "Кронштадт" Сергей Сухачев. – Что же касается трубных, распространенных сегодня П-образных компенсаторов, то это оборудование вчерашнего дня, поэтому им уже нет места в современной трубопроводной отрасли. Они занимают слишком большие площади, кроме того, на всех изгибах наблюдаются значительные теплопотери.
Конструктивные нагрузки
Конструкция современных сильфонных металлических компенсаторов представляет собой несколько тонких слоев нержавеющей стали, которые формуются в сильфон при помощи гидравлической опрессовки или раскатки.
Преимущества сильфонных металлических компенсаторов в первую очередь определяются качеством использованной нержавеющей стали: коррозионной и жаростойкостью, вязкостью, гибкостью, технологичностью, прочностью, экологической безвредностью, долговечностью.
Сильфонные резинокордовые компенсаторы производятся из специального синтетического каучука с кордным армированием. Расчетный срок службы составляет 20 лет, причем в течение всего срока службы такой компенсатор выдерживает циклические смещения относительно первоначального положения при монтаже, кратковременные деформации осевого сжатия или удлинения, а также кратковременные деформации в боковом направлении.
Кроме металлических и резинокордовых, существуют тканевые компенсаторы, которые применяются для компенсации деформаций в различных газопроводящих трубопроводах. Данный тип арматуры способен воспринимать смещения, механические нагрузки, колебания и вибрацию в осевом и поперечном направлении.
Перспективы развития
– Как показывают исследования, в России сейчас очень велика потребность в сильфонных компенсаторах, а мощностей отечественных производств для удовлетворения спроса недостаточно. Модернизируются предприятия нефтехимического комплекса, строятся и реконструируются нефте- и газопроводы – и сильфонные компенсаторы там необходимы, – уверен Сергей Сухачев. – Протечки воды, нефти, химикатов наносят непоправимый урон экологии, и применение компенсаторов должно существенно повлиять на процесс защиты окружающей среды.
– В нашем газовом хозяйстве сильфонные компенсаторы практически не применяются – нам еще только предстоит их внедрить, – рассказывает председатель правления Газового клуба Юрий Шинявский. – Когда в 1959 году в нашем городе стал активно использоваться природный газ, появились магистральные газовые сети, где применялись линзовые компенсаторы – техника, в сущности, прошлого века.
Они использовались в газовых колодцах вместе с задвижками. И служили не для компенсации линейного расширения, а для того, чтобы удобнее было эксплуатировать задвижки диаметром 500 мм. В которых, чтобы заменить или установить заглушку, надо раздвинуть фланцы. Именно для этого ставились компенсаторы.
Никогда не применялись в газовом хозяйстве сальниковые компенсаторы. Зато использовались трубные П-образные компенсаторы, которые активно эксплуатируются и сегодня.
Так, например, если на многоэтажном доме устанавливается крышная котельная, как сегодня это принято, она требует подвода газа. Естественно, что в таком случае газопровод прокладывается по фасаду здания, иначе его никак не провести. Он большой буквой "П" обходит окна и идет наверх. С этим сегодня сделать ничего нельзя. Хотя, наверное, нужно в данном случае применять сильфонные компенсаторы.
Однако, как отмечают представители Ростехнадзора, сегодня нет требований, предъявляемых именно к используемым в газовом хозяйстве компенсаторам. Ведь газовое хозяйство контролируется по многим параметрам – это и промышленная безопасность, экология и проч. Поэтому любая арматура – запорная, регулирующая, которая относится у нас к газопроводам, газовому хозяйству, – должна быть одобрена Ростехнадзором. Однако пока что предпосылок этому нет. Поэтому сегодня, если производители заинтересованы в расширении рынков сбыта, они должны внедрять такие компенсаторы в газовые системы.
– Есть еще одна область применения компенсаторов, – отмечает Юрий Шинявский, – это внутренние системы автоматизированных котельных. Сегодня практически любой котел автоматизирован. Требует он и установки сильфонного компенсатора, который не позволяет работать на излом соединительным фланцам на изгибе и позволяет глушить удары и вибрацию автоматики котла. Это тоже перспективная область применения компенсаторов, но ее тоже необходимо исследовать и разрабатывать.
Сейчас сильфонные компенсаторы используются во многих областях, но о применении их в газопроводах говорится мало, – подчеркивает специалист. – Все потому, что наши производители и поставщики традиционно относятся с опасением к выходу на рынок газового оборудования, с его жесткими требованиями к технике и технологиям. Но выходить на него надо, ведь он сегодня наиболее перспективен.