Особенности и специфика скользящих опор для трубопроводов

Тяжеловесность труб, соединительных деталей и прочих элементов трубопровода — проблема, требующая грамотного инженерного решения. Скользящая опора для трубопроводов нужна для промежуточной фиксации магистралей в вертикальной плоскости без ограничения продольного перемещения. Неподвижная, или, как ещё её называют, «мёртвая» опора может стать причиной повреждения конструкций в случае их термического расширения.

Скользящие опоры под трубопроводы бывают четырех типов – хомутовые, приварные, роликовые и бескорпусные. Выбор вида оборудования зависит от проектного решения, а также особенностей технологического процесса.

Область применения

Скользящая опора для трубопроводов получила широкое применение практически во всех жизненно важных инженерных конструкциях:

• нефтепроводах, газопроводах;
• инженерных системах;
• теплоцентралях от ТЭС, ТЭЦ, АЭС;
• производственной инфраструктуре (в первую очередь — на машиностроении и в металлургии);
• жилищно-коммунальной сфере;
• строительной области.

Принцип действия

По большей части, именно установка подвижных скользящих опор помогает компенсировать нагрузки при эксплуатации. Среди наиболее часто встречающихся ситуаций, в которых необходимы такие элементы, можно выделить:

• вспучивание или просадка почвенного горизонта;
• осыпание верхнего слоя грунта;
• метеорологическая нагрузки (ветер, снег);
• сейсмическая активность;
• давление воды или иной жидкости при прокладывании труб под водными объектами.

Полностью избежать использования неподвижных опор нельзя – они необходимы для придания необходимого запаса прочности в стыках и узловых точках. Необходимо максимально точно рассчитать вертикальные нагрузки на подвижные элементы во избежание скорого износа при трении. Показатели силы трения при применении различных материалов в конструировании трубопровода рассчитывается на основании следующих значений:

• сталь на сталь – 0,3;
• на бетон – 0,5.
• на фторопласт – 0,1;

Величина коэффициент трения при взаимодействии стали по стали может при определенных условиях использования увеличиваться до 0,7 единиц. Серьезному увеличению контактных напряжений также способствует процесс перекашивания башмаков конструкции относительно поверхности оборудования.

Для большей части скользящих опор характерен постоянный процесс трения поверхностной части труб об отдельные элементы конкретных сборочных единиц системы.

Преимущества и недостатки

• Легкость фиксации: скользящие опорные элементы под трубопроводы характеризуются быстрой установкой, что позволяет значительно снизить финансовые траты на производство.
• Надежность: как хомутовые, так и приварные скользящие опоры не только функциональнее неподвижных, но и безопаснее. Они позволяют сократить риск повреждения трубопровода при термическом расширении.
• Облегченная конструкция, что позволяет значительно снизить итоговую себестоимость. Его цена снижается, так как «мертвые» крепления более тяжеловесные, требуют больших затрат при монтаже и эксплуатации.
• Долговечность.
• Значительный выбор изделий на рынке.

Единственный недостаток скользящих опор — высокая рыночная стоимость.

Классификация

Скользящие опорные элементы по ряду параметров идентичны «мертвым» по конструкции. Отличаются же они тем, что основание последних намертво закрепляется анкерами или приваривается к инженерному сооружению, а подвижные опоры располагаются на траверсе таким образом, чтобы их линейному передвижению ничто не мешало. Диапазон диаметров труб, закрепляемых такими опорами от 18 до 1620 мм.

Самой простой в монтаже и эксплуатации является бескорпусная опора. Для ее установки требуется минимум материалов. Она представляет собой листовой стальной держатель, сформованный под диаметр трубопровода. Такая «подушка» часто дополнительно снабжена хомутом (ленточным или круглым) и опорной пластиной.

Для улучшения вида и износостойкости скользящая опора проходит через окрашивание грунтом или эмалью. Специальные защитные цинковые и порошковые покрытия также повышают уровень надежности детали.

Основной материал для изготовления подвижных опор – углеродистая сталь. При необходимости их использования в условиях низких температур применяется низколегированный вид металла. Отдельно можно упомянуть про диэлектрические опоры. Они востребованы в областях, связанных с высоким напряжением и присутствием электрического тока.

Основные виды скользящих опор исходя из назначения

• Жесткие.
  1. Направляющие — применяются для ограничения перемещений трубопровода вертикально и горизонтально в нежелательном направлении.
  2. Подвески — для подвижной фиксации труб.
  3. Опоры скольжения — необходимы для предотвращения вертикального движения.
• Упругие. Ограничивают только колебательные перемещения конструкции, при увеличении нагрузки смещение усиливается.
• Опоры постоянного усилия. Выдерживают нагрузку в обоих направлениях движения.

Конструкция

• Основание. Швеллер или стальной уголок, фиксирующийся при помощи заливки бетоном или анкерных болтов.

• Стойка. Служит для выставления высоты линейного положения трубы для монтажа надземного трубопровода. Подвижные элементы, регулирующие уровень подъема, фиксируются с помощью болтов и цанговых соединений.

• Полукруглый держатель или ложемент. Данный элемент фиксирует трубопроводную конструкцию в проектном положении. Плотное закрепление трубы в держателе не обязательно – для некоторых конструкций возможно свободное расположение трубы для возможности ее перемещения вдоль оси. Части, соприкасающиеся с трубопроводом, обрабатываются специальным демпфирующим покрытием.

• Хомуты для скользящих опорных элементов. Хомут надежно фиксирует трубы, удерживая конструкцию в нужном положении. Прокладки диэлектрического и антифрикционного типов дополнительно защищают металл, предотвращая его преждевременную усталость. Также хомутовое крепление дает возможность движения труб вдоль оси. Обычно используются U- и П-образные хомуты, опционально – с рёбрами жёсткости.
  Данный метод монтажа применяется для трубопроводов с диаметром сечения в 57–370 мм. Существует несколько типов хомутов:
  • Прутковые;
  • Полосные;
  • Ленточные;
  • Плоские;
  • Бугельные
  • Хомуты с креплением на корпусе;
  • Для бескорпусных конструкций;
  • Направляющие.

• Скользящие шариковые опорные элементы. Для обеспечения свободного перемещения труб в местах изгибов, на них устанавливаются шариковые опорные элементы. Чаще всего, подобные элементы используют для трубопроводов больших диаметров. Пята опоры крепится на корпус, заполненный шариками от 30 мм в диаметре. Таким образом, каретка трубопровода всегда будет расположена параллельно плоскости нахождения шариков. Деформации, происходящие из-за изменений температуры и погодных условий, не влияют на расположение опоры.

Правила выбора

Подбор зависит от условий внешней среды трубопроводной системы, типа транспортируемого продукта (в том числе его физическими характеристиками: воспламеняемость, температура, химический состав), способа монтажа креплений, суммарных нагрузок на инженерные конструкции.

Действующие стандарты:

• На стадии проектирования креплением должна выдерживаться совокупная масса трубопровода вместе с перемещаемым агентом на максимальной загрузке;
• Давление на транспортируемое вещество до 16 МПа;
• Температура агента до +450 С.

Габариты оборудования:

• для труб диаметром в сечении от 18 до 48 мм — приобретаются опоры первой серии (ОПХ1);
• для изделий диаметром от 49 до 630 мм потребуются элементы второй или третьей серии (ОПХ2, ОПХ 3);
• если трубопровод имеет диаметр менее 18 мм или свыше 631 мм, то скользящие опоры использоваться не могут.

Монтаж

Узлы трассы и сборочные единицы требуют установки не менее чем на две опорные конструкции. Нужно выверять верхние плоскости оборудования относительно уровня перед началом монтажных работ. Затем делают разметку осей и мест установки заслонок, вентилей, прочих соединительных деталей. После разметки осей выбираются места установки на трубах заслонок вентилей, компенсаторов, прочих деталей соединительной арматуры. Основание крепится на сооружении после окончательного определения расположения опоры.

Правила монтажа оборудования на трубы:

1. Установку необходимо производить как можно ближе к местам наибольшей нагрузки – фланцам, арматуре, фасонным деталям, а также зонам наибольшей фактической или потенциальной поврежденности. Места стыков должны быть изолированы и обработаны специальным антикоррозионным раствором.
2. Соединения закрепляются на ближнем краю опоры.
3. Количество деталей, удерживаемых определенной конструкцией, подбирается индивидуально, с учетом характеристик внешней среды (температура, влажность), а также типа трубопровода.
4. Рекомендуемое расстояние для труб диаметром до 50 мм – 5 см.
5. Отступ от опоры для труб диаметром от 50мм должен составлять 2 см и более.
6. Монтаж должен осуществляться до установки на трубы футляра (необходимо для сохранения изоляционного слоя).

Качественные отличия разные марок

На данный момент существует огромное количество производителей трубопроводных опор, однако прежде, чем довериться изготовителю, стоит удостовериться в соблюдении критериев качества продукции.

• Они должны выдержать несколько этапов термообработки.
• На всей продукции должно быть антикоррозионное покрытие.
• Обязателен тщательный электронный контроль параметров.

Скользящие опорные элементы для трубопровода должны соответствовать ГОСТ 14911-82.

Использование и ремонт

В случае поломки или деформации самих опорных элементов требуется тщательная диагностика состояния деталей, надежности крепления к основной конструкции или оборудованию. Далее осуществляется замена дефектных деталей и восстановление характеристик по стандарту.

• Необходимо очистить от мусора, пыли, грязи. Подвижные детали подвергаются промывке керосином и смазке солидолом; при деформации болтов, гаек, а также срыве резьбы, детали заменяют новыми. Также замена проводится для деформированных шариков в роликовых обоймах.
• При наличии видимых признаков усталости металла или дефектов сварного шва, шероховатостей на подвижных деталях и опорных плоскостях, осуществляется полная замена прохудившихся деталей. У полосовых хомутов должен быть зазор, шириной не менее чем 10-20 мм между крайними частями лапок для натяга. Концы тяг следует заварить.

• Диагностика смещения или сползания опор трассы проводится с помощью репер и индикаторов на стационарных частях оборудования. Для определения величины зазора используется линейка или штангенциркуль. При наличии индикаторов, достаточно сличить их показания с последними записями в ремонтном формуляре. При обнаружении разницы в показаниях диагностируется сползание или перемещение опор трубопровода с базовых поверхностей либо фиксирующих деталей конструкции. Любые прогибы, растяжения или провисания элементов конструкции, скручивания на укреплениях и схожие деформации подлежат немедленному ремонту в соответствии со стандартом.

• В XXI веке получила распространение технология определения дефектов в опорах труб – снятие акустических шумов со стенок. Это позволяет находить повреждения в конструкции и своевременно проводить замену износившихся элементов.

Применение движущихся опор под трубопроводы дает возможность сберечь теплоизоляционное покрытие трубы. С их помощью получится избежать деформаций, которые происходят при растяжении и сжатии материала трубопровода из-за погодных изменений.

Качественный монтаж, соблюдение правил эксплуатации, контроль изготовления по государственному стандарту обеспечит долгий срок службы конструкции, износостойкость и эффективную работу магистрали.

Используемая литература и источники:

• Справочник снабженца №98. Металлопрокат. Трубопрокат: моногр. . — М.: Торговый Дом Металлов, ЛТД, 2016.
• Соединения с натягом: Расчеты, проектирование, изготовление / Е.С. Гречищев, А.А. Ильяшенко. — М.: Машиностроение
• Справочник мастера-машиностроителя / А.П. Иващенко. — М.: Государственное издательство технической литературы УССР
• Статья на Википедии