Стартовый компенсатор срабатывает один раз, компенсируя осевое смещение трубопроводной системы, которое обязательно возникает, когда в нее впервые подается теплоноситель. Далее его исключают из работы системы трубопровода, заваривая сильфон, приваривая его к кожухам. Тем самым он становится просто продолжением трубы.
Применение стартовых сильфонных компенсаторов (ССК) позволяет правильно и спокойно провести запуск трубопроводной магистрали, в которой в роли теплоносителя выступает горячая среда (вода, пар, нефть, газ).
В редких случаях на трубопроводах применяют вместо стартовых ССК обычные осевые сильфонные компенсаторы (СКО), которые оставляют работать, после наполнения системы теплоносителем. Такой подход возможен, но срок эксплуатации обычного изделия, после сильной сработки на начальных этапах, значительно сокращается.
По большому счету, изготовление стартовых компенсаторов ничем не отличается от изготовления, к примеру, осевых (СКО), они также состоят из сильфона, патрубков под приварку и наружного кожуха, защищающего сильфон от внешних факторов при монтаже и эксплуатации. Монтаж так же не вызывает каких-либо трудностей, ССК просто приваривается на трубопровод.
Принцип работы
Во время первого запуска трубопроводной системы, внутрь впервые поступает горячий теплоноситель, в следствие чего труба нагревается и растягивается. В это время и срабатывает стартовый компенсатор, который сжимается, поглощая осевые деформации трубы. Стабилизировав работу тепловой магистрали, наружные стальные оболочки компенсатора свариваются, тем самым из сильфонного устройства, ССК превращается в элемент трубы, который уже не способен работать с осевыми деформациями. Для устранения осевых деформаций, которые в дальнейшем непременно будут возникать, устанавливаются необходимые компенсаторы.
Стоит отметить, что заваривается стартовый сильфонный компенсатор ССК, лишь только после полного срабатывания и раскрытия сильфона. Если такого не произошло, то необходимо принять меры для полного срабатывания, ведь заваривать полностью не отработавший ССК нельзя. Этот момент в обязательном порядке учитывают инженеры проектировщики, которые просчитывают будущий трубопровод и готовят его к работе.
Сферы применения
Где можно купить
Изготавливают стартовые компенсаторы из нержавеющей стали. Их производят заводы, специализирующиеся на сильфонной отрасли. Все ведущие отечественные предприятия производители сильфонной арматуры изготавливают стартовые компенсаторы ССК. У такого предприятия всегда можно заказать необходимое количество компенсаторов, даже изготовить устройство под свои нужды с необходимыми параметрами.
В зависимости от места применения, технические характеристики подобных устройств могут в значительной мере меняться. ССК работают с водой, паром, в качестве теплоносителя может выступать нефть или газ. Диапазон температур, которые выдерживает компенсатор весьма широкий, от больших минусовых значений, до плюсовых. Давление, которое выдерживает ССК может быть настолько большим, вплоть до полного вакуума.
Подбирать и рассчитывать технические характеристики устройства должны инженеры проектировщики. Это очень важный момент, поскольку устройство работает единожды, важно правильно рассчитать необходимый ход ССК, который бы полностью скомпенсировал появившиеся осевые смещения трубопроводной системы. Только так удастся правильно ввести в эксплуатацию тепловую магистраль.
Стартовый компенсатор является одной из разновидностей сильфонных компенсаторов.
Назначение стартовых компенсаторов тоже, что и у обычных сильфонных компенсаторов. Они применяется для компенсации осевых смещений, но в отличии от осевых компенсаторов с постоянной нагрузкой, стартовый компенсатор рекомендуется использовать при вводе в эксплуатацию систем горячего и холодного водоснабжения.
Стартовый компенсатор выполняет свою функцию только один раз. После первого пуска трубопровода и его заполнения рабочей средой.
Состав стартовых компенсаторов
Стартовый компенсатор ССК состоит из:
Основные технические характеристики стартовых компенсаторов
Рабочая среда: вода при температуре до 150 о С и скоростью до 5 м/с; пар при температуре до 250 о С и скоростью до 60 м/с.
Рабочее давление: до 2,5 МПа (25 кг/см 2 ). Допустимое содержание хлоридов в рабочей среде до мг/кг 200.
Тип присоединения к трубопроводу: под приварку.
Габаритные и приседенительные размеры стартовых компенсаторов
Наработка стартовых компенсаторов на цикличность составляет не менее 2 циклов сжатие-растяжение при перемещении равном 100% осевого хода; не менее 50 циклов сжатие-растяжение при перемещении равном 15% осевого хода.
Срок службы стартовых компенсаторов в тепловых сетях с изоляцией из пенополиуретана 30 лет.
Срок службы стартовых компенсаторов при соблюдении условий хранения и переконсервирования не менее 10 лет.
Допускается применение компенсаторов в районах строительства со средней температурой наружного воздуха наиболее холодной пятидневки не ниже минус 40 о С.
Монтаж компенсаторов разрешается производить при температуре сильфона не ниже минус 30 о С.
Компенсаторы отвечают требованиям ТУЗ695-056-08629358-2000 и соответствует «Правилам устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды».
Пример типового обозначения стартового компенсатора
Стартовые сильфонные компенсаторы как защита трубопроводов от деформаций
Использование стартовых сильфонных компенсаторов (ССК) помогает предотвратить температурные деформации, снять вибрационные нагрузки во время запуска системы в работу и, в итоге продлить срок эксплуатации трубопроводов, исключить потери рабочей среды или тепловой энергии.
Конструкция и монтаж сильфонного компенсатора
Сильфонный компенсатор оснащен патрубками для приварки к трубе и сильфоном, который является основным конструктивным элементом. Сильфон представляет собой гофрированную оболочку, способную оставаться прочной и герметичной при многочисленных циклах теплового расширения и сжатия. Изготавливается из металла или композиционных материалов, является многослойным и ассиметричным. Под действием различных сил сильфон способен менять свою форму, сжимаясь, растягиваясь и изгибаясь.
ССК предназначены для труб с предварительным напряжением, которые прокладываются бесканально в грунте. При установке соблюдается определенный шаг, длина которого указывается в сопроводительной документации, либо рассчитывается проектно-монтажной организацией. Участки трубопровода со стартовыми компенсаторами землей не засыпаются.
Как работает сильфонный компенсатор
При перепадах температур возникают линейные изменения и связанные с ними дополнительные усилия. Эти усилия компенсатор принимает на себя. То есть они не распространяются дальше локальных участков и никоим образом не влияют на функционирование и техническое состояние системы теплоснабжения. Стартовый компенсатор компенсирует осевые изменения, происходящие при заполнении трубопровода рабочей средой, после чего утрачивает компенсирующие свойства и становится частью трубы.
Особенности маркировки
Сильфонные компенсаторы отличаются между собой размерами и техническими характеристиками. Основные параметры отражены в маркировке. К примеру, в обозначении ССК-25-50-80 в виде аббревиатуры ССК представлено название детали: стартовый сильфонный компенсатор. В числовом формате последовательно обозначены:
Условный диметр широко варьируется, что позволяет подобрать ССК для трубы диаметром 50- 1000 мм. Также и осевой ход может быть 80, 110, 140 и 170 мм. Выпускаются и другие типоразмеры, что позволяет полностью покрыть потребности строителей и монтажников.
Производство и испытания
Производители ССК руководствуются актуальными государственными стандартами и современными требованиями о безопасности трубопроводной арматуры. Все материалы изготовления проходят входной контроль, включая испытания на коррозийную стойкость при высоких температурах. В процессе производства применяется автоматическая аргонодуговая сварка с последующей проверкой швов с помощью люминесцентных и радиографических методов. Сильфоны изготавливаются на автоматизированных формовочных стендах. Для уплотнения элементов используется специальная гидравлическая установка.
Все сильфонные компенсаторы должны проходить приемо-сдаточные испытания. На специальном стенде под гидравлическим давлением осуществляется проверка прочности и герметичности. Также с целью испытания детали прогреваются при высоких температурах, достигающих 270 градусов.
С помощью измерительных приборов определяют соответствие реальных размеров стандартам. Замеряются диаметры проходных сечений, строительные длины, размеры кромок для приварки, угловые соотношения. Обязательно проводится визуальный контроль корректности маркировки, отсутствия внешних дефектов. На корпусе и сильфоне не должно быть вмятин, задиров, забоев и любых других повреждений.
Достоинства сильфонных компенсаторов
ССК зарекомендовали себя как надежные устройства, простые в монтаже, и удобные в эксплуатации. В них сочетается компактность и высокая компенсирующая способность. Они способны удлиняться на десятки миллиметров, не требуют сложного техобслуживания и дополнительной защиты. Среди преимуществ, широкая область применения и длительный срок службы.
Компенсатор сильфонный стартовый: сфера применения
Устройство стартового компенсатора
Стартовый компенсатор монтируется между двумя опорами, которые обязательно должны быть неподвижными. Когда трубопровод будет полностью заполнен рабочей средой, кожухи компенсатора скрепляются швом. После этого сильфон компенсатора не влияет на дальнейшую работу трубопровода.
Сильфонные стартовые компенсаторы, как и шаровые краны, выпускаются с различной маркировкой:
Устройство может быть одно или двухсекционными, с одним или двумя сильфонами. Последний выполняется из стали, может дополняться ограничителем хода, внутренним экраном. В зависимости от исполнения на стартовые компенсаторы устанавливается присоединительная арматура. Это могут быть неподвижные или поворотные фланцы, патрубки под приварку.
Область применения стартовых компенсаторов
Стартовые сильфонные компенсаторы, как и обратный клапан, используются в системах отопления и водоснабжения. Они необходимы только во время запуска трубопровода в эксплуатацию. Устройство частично разгружает трубы от нагрузок, возникающих при нагреве.
Стартовые сильфонные компенсаторы можно эксплуатировать в регионах с мягкими климатическими условиями. Важно, чтобы перепады температур теплоносителя были незначительными относительно средних показателей. Стартовые компенсаторы могут применяться при подземной и бесканальной прокладке трубопроводов с такими рабочими средами, как пар и вода. После пуска и заполнения трубопроводов, на которых установлены стартовые компенсаторы, на полный рабочий ход происходит их срабатывание, в результате чего кожух заваривается. Такая технология обеспечивает надежную фиксацию трубопровода в земле. При последующих изменениях температурного режима напряжение в стенках труб будет преобразовываться в допустимые значения. Напряжение в технологической системе стабилизируется через несколько температурных циклов. Таким образом, трубопровод, который был уложен в земле, не подвергнется температурным расширениям. При ремонте участка трубопровода производится замена устройства.
Стартовые компенсаторы тепловых сетей устанавливаются на трубопроводе с некоторыми промежутком. Расстояние определяют специалисты проектных организаций. Трубопровод прокладывается в несколько этапов, на каждом из которых выполняется подсыпка землей, исключая места установки стартового компенсатора.
Приветствую Вас, дорогие и уважаемые читатели сайта “world-engineer.ru”. В этой статье Вы узнаете, что такое стартовый компенсатор и как он работает. Так же научу Вас считать температуру предварительного нагрева или как ее еще называются температуру замыкания стартового компенсаторы и познакомлю с особенностями дополнительных параметров на стартовые компенсаторы в программе “СТАРТ”.
Применение стартовых компенсаторов позволяет выполнить растяжку трубопровода, защемленного в грунте. Конструкция стартового компенсатора схематично показана на рисунке. Ограничитель 1 выполнен в виде кожуха, одна половинка которого ≪вдвигается≫ в другую.
Растяжка осуществляется путем предварительного нагрева трубопровода до расчетной температуры замыкания Tзам. После срабатывания стартовых компенсаторов (их сжатия) и заварки кромок ограничителей (конечное состояние после наложения шва 3 на рисунке помечено пунктиром), трубопровод превращается в неразрезную конструкцию. Оголенные участки изолируются, и приямки засыпаются грунтом. Таким образом, стартовые компенсаторы срабатывают всего один раз. В идеале применение стартовых компенсаторов позволяет прокладывать трубопроводы в виде длинных прямых участков, в которых температурные деформации при нагреве и охлаждении компенсируются осевыми напряжениями растяжения-сжатия в материале труб.
Сжатие стартового компенсатора не должно превышать максимальной величины его осевого хода [δ], принимаемого по стандартам и техническим условиям на стартовые компенсаторы δ≤[δ]. В случае невыполнения этого условия расстояние между стартовыми компенсаторами следует уменьшить.
Осевые компенсаторы могут быть следующих типов:
Монтажная (начальная), расчетная температура и температура испытаний
Температурный перепад
При расчетах трубопроводов, одним из наиболее существенных воздействий является температурный перепад ΔT, который равен разности температуры стенок, при которой происходит замыкание стыков трубопровода Тмонт (монтажная температура) и температуры стенок в рабочем состоянии Траб (расчетная температура в рабочем состоянии):
Коэффициент надежности для температурного перепада γt по всем действующим нормам расчета на прочность трубопроводов равен γt=1,0.
Следует иметь в виду, что если принимать абсолютно минимальное значение Тмонт и абсолютно максимальное значение Траб, то температурный перепад оказывается неоправданно завышен и ведет к нецелесообразным экономическим затратам на устройство большого количества температурных компенсаторов и т.д. (особенно это касается трубопроводов, защемленных в грунте). Поэтому при задании температурного перепада рекомендуется использовать не экстремальные значения температур, а температуры, действующие длительное время. А кратковременные превышения температуры рекомендуется рассматривать как кратковременные воздействия (по режиму ПДК/ПДКОН), при этом допускаемые напряжения принимаются выше. Это же утверждение справедливо и для различных режимов работы с повышенной температурой, например, пропаривание и т.д., которые также следует рассчитывать отдельно по режиму ПДК/ПДКОН.
К примеру, в трубопроводах тепловых сетей максимальная расчетная температура равна 150 0 С, но реально такие высокие температуры действуют весьма непродолжительное время. При графике 150-70 0 С продолжительность действия температуры более 130 0 С по данным ОАО «Мосэнерго» не превышает 10 суток в году, а 150 0 С – 30 часов в году, даже для магистральных теплопроводов большого диаметра.
Для трубопроводов воздушной прокладки температурный перепад ΔT= (150 – (– 20)) = 170 0 С достаточно легко воспринимается благодаря гибкости воздушных трубопроводных систем (здесь Тмонт=–20 0 С поскольку производство работ по замыканию трубопровода и сварке стыков как правило не производят при температуре ниже –20 0 С). Но для трубопроводов бесканальной прокладки такой перепад приводит к огромным напряжениям. Поэтому расчетную температуру в тепловых сетях воздушной прокладки принято принимать Траб=150 0 С, а для тепловых сетей бесканальной прокладки принимают Траб=130 0 С и температуру монтажа равную Тмонт = 0 0 С, предполагая, что заварка стыков и засыпка не производятся при отрицательных температурах.
Температура монтажа (начальная температура)
Температура монтажа – температура стенок трубы, соответствующая замыканию трубопровода или ее части в законченную систему. Температура монтажа равна:
Как правило, температура монтажа заранее точно не известна, поэтому приходится принимать некоторое минимальное значение температуры окружающего воздуха в районе строительства, которая обеспечивает разумный запас прочности. При этом следует учитывать, что сварочные работы по замыканию трубопровода как правило не могут производиться при температуре окружающего воздуха ниже определенного уровня.
Монтажную температуру рекомендуется определять по следующей формуле:
Тмонт = max (Тстроит, Твозд)
Тстроит – минимальное значение температуры окружающего воздуха, при которой согласно требованиям норм и руководящих документов, допускается проведение соответствующих строительных и сварочных работ на открытом воздухе. Значение Тстроит как правило зависит от типа стали и толщины стенки и изменяется в пределах от –20 0 С до 0 0 С. Если при выполнении сварочных работ могут быть использованы специальные укрытия или предварительный подогрев, то работы могут производиться при любой температуре окружающего воздуха. В этом случае Тмонт = Твозд.
Твозд — температура окружающего воздуха в момент замыкания трубопровода:
В проекте должна быть оговорка, что замыкание трубопровода не допускается при температуре окружающего воздуха ниже Тмонт. В некоторых документах (сводах правил) и справочниках имеются указания по учету температуры наиболее холодной пятидневки или абсолютной минимальной температуры. Нужно иметь в виду, что эти температуры используются, как правило, для выбора материалов труб и изделий для трубопроводов, расположенных на открытом воздухе или в не отапливаемых помещениях, когда важны такие характеристики металла, как твердость, хладноломкость и т.п. Обычно монтажные работы при таких температурах не ведутся и к расчетной температуре монтажа они не имеют прямого отношения.
Пример определения монтажной (начальной) температуры
Исходные данные: город — Санкт-Петербург. Сталь углеродистая с содержанием углерода не более 0.24%. Расчетная температура в рабочем состоянии равна Траб=150 0 С.
Если монтажные работы ведутся без специальных укрытий и предварительного подогрева свариваемых стыков, то согласно СНиП 3.05.03-85 сварку разрешается производить:
Следовательно, Тстроит = –20 0 С.
Температурный перепад с учетом коэффициента надежности согласно п. 8.7 [1] должен быть равен:
Монтажную (начальную) температуру принимаем Тмонт = max (Тстроит, Твозд) = max (–20, –20,5) = –20 0 С.
Расчет стартовых компенсаторов
Применение стартовых компенсаторов позволяет выполнить растяжку трубопровода, защемленного в грунте. Растяжка осуществляется путем предварительного нагрева трубопровода до температуры, составляющей половину температурного перепада в его рабочем состоянии. После срабатывания стартовых компенсаторов и заварки кромок их ограничителей, трубопровод превращается в неразрезную конструкцию. Таким образом, стартовые компенсаторы срабатывают всего один раз. В идеале применение стартовых компенсаторов позволяет прокладывать трубопроводы в виде длинных прямых участков, в которых температурные деформации при нагреве и охлаждении компенсируются осевыми напряжениями растяжения-сжатия в материале труб.
Старт-Элементы позволяют выполнить приближенный расчет расстояния между стартовыми компенсаторами и температуры замыкания.
Вывод: Старт-Проф производит более точный расчет чем Старт-Элементы, поэтому Старт-Элементы можно использовать только для предварительных расчетов. Окончательный поверочный расчет следует производить в Старт-Проф.
Расположение стартовых компенсаторов
Сообщение «установка стартовых компенсаторов невозможна» выдается в случае если не выполняется условие применения стартовых компенсаторов:
После выполнения расчета, программа выдает следующие результаты:
1) расстояние Lmax – максимальное расстояние между стартовыми компенсаторами из условий прочности;
2) температура замыкания – температура, при которой должно производиться замыкание компенсатора.
В СТАРТ при внесении исходных данных необходимо вносить параметры, указанные на фото в красной рамке:
Указываем, режим расчета либо “преднагрев”, либо “стартовые компенсаторы” и указываем температуру.
Температуру предварительного нагрева (температуру замыкания) рекомендуется принимать tзам близко к средней температуре при замыкании стартового компенсатора по формуле:
tэ – минимальная температура в условиях эксплуатации (температура воздуха при монтаже компенсатора, допустим tэ=0 0 С, tэ=10 0 С).
t1 – максимальная расчетная температура теплоносителя (наибольшая температура теплоносителя t1=130 0 C).
Принимаем при tэ=0 0 С
tзам = (tэ + t1)/2 = (0 + 130) / 2 = 65 0 С
Температура замыкания стартовых компенсаторов Tзам вычисляется таким образом, чтобы обеспечить одинаковый температурный перепад при охлаждении и нагреве трубопровода:
Tзам = (Tраб – Tхол)/2, 0 С
Tраб – температура трубопровода в рабочем состоянии (наибольшая температура теплоносителя t1=130 0 C);
Tхол – температура трубопровода в холодном состоянии (можем принять 0 0 С или 10 0 С).
Принимаем при Tхол=0 0 С
Tзам = (Tраб – Tхол)/2 = (130 – 0) / 2 = 65 0 С
Надеюсь стало понятно, но еще раз повторю.
Режим расчета – существует 2 режима расчета: использование стартовых компенсаторов и использование предварительного нагрева.
Температура замыкания, Тстарт – температура предварительного подогрева трубопровода, при которой производится замыкание стартовых компенсаторов. Оптимальное значение предварительного подогрева равно половине температурного перепада: Тстарт = (Траб – Тмонт) / 2.
Температура предварительного нагрева, Тстарт – температура предварительного подогрева трубопровода, при которой производится засыпка траншеи. Оптимальное значение предварительного подогрева равно половине температурного перепада: Тстарт = (Траб – Тмонт) / 2.
Один из режимов выбрали и температуру для него подсчитали, но возникает ошибка (см. рисунок выше): (Е821) Нужно установить флаг “СпецРасчет” в одном из режимов или не задавать тип анализа в Общих данных во вкладке Дополнительные.
Это делается как на рисунке ниже:
Включение режима СпецРасчет в программе СТАРТ
И все, выполняется теперь расчет стартового компенсатора.
Растяжка стартового компенсатора
Приведу пример расчета удлинения трубопровода при предварительном прогреве со стартовыми компенсаторами допустим в диапазоне т.1 – т.2.
Длина обслуживания стартового компенсатора равная L= 61,0 м.
Температура рабочая Траб = 130 0 С (с такой температурой подается теплоноситель).
Определяем настройку стартового компенсатора (мм) при заданном диапазоне температур монтажа и заполняем таблицу ниже.
И полученный результат умножаем на 1000, чтобы перевести метры в миллиметры.
Настройка стартовых компенсаторов
В завершении советую изучить статью “Проектирование трубопроводов тепловых сетей бесканальной прокладки с применением сильфонных компенсаторов” автор к.т.н. В.Я. Магалиф, заместитель генерального директора, ООО «НТП Трубопровод», г. Москва опубликованную в журнале “Новости теплоснабжения №4 (апрель) 2009 г.” Все по делу написано, очень грамотно, так что сразу всем станет все понятно.
По большому счету, изготовление стартовых компенсаторов ничем не отличается от изготовления, к примеру, осевых (СКО), они также состоят из сильфона, патрубков под приварку и наружного кожуха, защищающего сильфон от внешних факторов при монтаже и эксплуатации. Монтаж так же не вызывает каких-либо трудностей, ССК просто приваривается на трубопровод.
