Размеры трубопроводов

Размеры трубопровода определяют его длина, диаметр и толщина стенки трубы. Основной характеристикой трубопровода является диаметр и толщина стенки трубы.

Труба имеет два диаметра: внутренний и наружный. Между внутренним и наружным диаметром труб имеется следующая зависимость:

D_BH = D_H - 2S, (1)

где

D_ВН - внутренний диаметр трубы;

D_Н - наружный диаметр трубы;

S - толщина стенки трубы.

Для среды, протекающей по трубопроводу, имеет значение его внутренний диаметр, так как по нему определяют площадь проходного сечения, скорость движения и количество вещества, протекающего в единицу времени.

Внутренний диаметр трубопровода рассчитывают по количеству вещества, протекающего в единицу времени и скорости его движения.

Между площадью проходного сечения трубы и ее внутренним диаметром существует следующая зависимость:

F = (2)

где

F - площадь проходного сечения, м²;

D_BH - внутренний диаметр трубы, м;

p=3,14.

Площадь проходного сечения трубопровода в зависимости от количества вещества, протекающего в единицу времени, и заданной скорости его движения определяют из формулы:

(3)

где

G - количество вещества, протекающего в единицу времени, кг/с;

u- скорость движения вещества, м/с;

r - плотность вещества при заданных параметрах, кг/м³.

Из этой формулы следует, что чем выше скорость v, тем меньше должно быть проходное сечение F трубопровода, а значит, тем меньше затраты на его сооружение и эксплуатацию. Однако при движении по трубопроводу жидкости, пара или газа возникает сопротивление от трения вещества о стенки труб. Это сопротивление, называемое гидравлическим сопротивлениемтрубопровода, тем больше, чем больше скорость потока и его плотность.

При предварительном подборе необходимого сечения труб используется приближенное округленное значение внутреннего диаметра Dу, называемое условным проходом. Под условным проходом понимается номинальный внутренний диаметр присоединяемого трубопровода (мм). Стандарт устанавливает следующий ряд условных проходов:

1*; 1,2*; 1,6*; 2,0*; 3*; 4*; 5*; 6; 8*; 10; 12*; 13*; 15; 16**; 20; 25; 32; 40; 50; 63**; 65; 80; 100; 125; 150; 160**; 175*; 200; 225*; 250; 300; 350; 400; 450*; 500; 600; 700*; 800; 900*; 1000; 1200; 1400; 1600; 1800*; 2000; 2200*; 2400; 2600*; 2800*; 3000; 3200*; 3400; 3600*; 3800*; 4000.

Условные проходы, отмеченные звездочкой, для арматуры общего назначения применять не следует. Условные проходы, отмеченные двумя звездочками, допускается применять только для гидравлических и пневматических устройств.

При маркировке условного прохода единицы измерения не указываются. Для условных проходов используется обозначение Dу.

Следует знать, что внутренний диаметр труб, изготавливаемых на заводах, не равен и не соответствует (за редким исключением) диаметру условного прохода. Трубы, поставляемые заводами для соответствующего условного прохода (кроме труб по специальным заказам), изготовляют, учитывая наружный диаметр и толщину стенки. При различной толщине стенки труб наружный диаметр остается постоянным, меняется только внутренний диаметр. Так, например, у труб с наружным диаметром 325 мм при толщине стенки 8 мм истинный внутренний диаметр будет 309 мм, а при толщине стенки 13 мм - соответственно 299 мм. Внутренний диаметр арматуры и фасонных частей в местах присоединения к этим трубам в обоих случаях принимается 300 мм. Этот размер и будет условным проходом или условным диаметром (D_у300), по которому рассчитывают трубопровод.

Ввиду того, что внутренний диаметр стальных труб, по которому рассчитывают детали трубопровода, не соответствует диаметру условного прохода, фактические размеры сечения трубопровода обозначают через D_H´S. Иногда размеры труб обозначают дробью, в которой числитель показывает наружный, а знаменатель ‑ внутренний диаметр труб: _. При этом размер труб указывают в миллиметрах.

Например, обозначение трубопровода Æ325´13 или показывает, что он изготовлен из труб, имеющих наружный диаметр 325 мм, толщину стенки 13 мм и внутренний диаметр 299 мм.

Исключение из этого правила делают для обозначения диаметров газовых (водо-газопроводных) труб. Соединительные части для газовых труб (фитинги) изготовляются заводами преимущественно с цилиндрической или конической трубной резьбой, которую измеряют не в миллиметрах, а в дюймах. Поэтому диаметры условного прохода этих труб также измеряют в дюймах.

Толщина стенки труб и деталей трубопровода зависит от наибольшего давления среды, протекающей по трубопроводу,ее температуры и механических свойств металла труб.

Для характеристики прочности трубопроводов и арматуры введены понятия условного, рабочего и пробного давлений.

Под условным(номинальным) давлением Р_у понимается наибольшее избыточное рабочее давление при температуре среды 20°С, при котором обеспечивается длительная работа соединений трубопроводов и арматуры, имеющих определенные размеры, обоснованные расчетом на прочность при выбранных материалах и характеристиках прочности их при температуре 20°С.

Условное (номинальное) давление арматуры и деталей трубопроводов должно соответствовать следующему ряду (до 25 МПа): 0,1; 0,16; 0,25; 0,4; 0,63; 1; 1,6; 2,5; 4; 6,3; 10; 12,5; 16; 20; 25.

Допускаются условные давления: 0,6; 6,4; 8 МПа для арматуры и деталей трубопроводов.

Под пробным давлением Р_пр следует понимать избыточное давление, при котором должно производиться гидравлическое испытание арматуры и трубопроводов на прочность и плотность водой при температуре не менее 5°С и не более 70°С, если в нормативной документации не указано конкретное значение этой температуры. Предельное отклонение пробного давления не должно превышать ±5%.

Под рабочим давлением Р_рследует понимать наибольшее избыточное давление, при котором обеспечивается заданный режим эксплуатации арматуры и деталей трубопровода в течение длительного времени.

С повышением температуры механические свойства металла изменяются. Как правило, механическая прочность металла труб, деталей трубопроводов и арматуры с повышением температуры уменьшается. Поэтому для одной и той же трубы при низкой температуре ее стенки можно допустить рабочее давление среды большее, чем при высокой температуре. Исходя из этих соображений толщину стенки труб определяют, учитывая допускаемое напряжение металла при фактической (рабочей) температуре среды, протекающей по трубопроводу.

Например, если произвести расчет толщины стенки труб наружным диаметром 325 мм изготовленных из стали 20 и работающих под давлением 10 МПа для воды с температурой 200°С и для пара с температурой 440°С, то в первом случае необходима толщина стенки 11,3 мм,а во втором - 23,1 мм. Если же в качестве материала труб взять сталь 12Х1 МФ, то для транспортировки пара температурой 440°С под давлением 10 МПа толщина стенки трубопровода должна быть 12,4 мм.

Из приведенного примера видно, что для надежной работы трубопровода имеет значение не только давление среды протекающей по нему, но и ее температура, а также материал труб, из которых изготовлен трубопровод.

При всех ремонтных работах, связанных с заменой трубопровода или его отдельных участков и деталей, следует точно знать давление, температуру среды и материал труб. Нельзя допускать вставок в трубопровод из случайных отрезков труб, даже если их размеры соответствуют размерам трубопровода, так как это может вызвать аварию.