Опорно-окачващата система (ООС) на тръбопроводите, трябва да възприема тегловните, термичните и други външни натоварвания, а също и динамичните усилия, възникващи при движението на транспортираната среда. Тръбопроводите следва да имат достатъчна свобода за възприемане на топлинните разширения, а също да не изпадат в резонанс с евентуални периодични въздействия.

Местата и типа на закрепванията се избират така, че да гарантират якостта на тръбопроводите, като запазят в дадени граници напреженията в елементите им и усилията, предавани върху оборудването и носещите конструкции.

Само правилното проектиране на ООС обаче е недостатъчно за изпълнението на тези изисквания. Необходима е и правилната й настройка, на която не винаги се обръща необходимото внимание.

Резултатите показват, че неточностите при настройката на подвеските след монтаж или разстройването им по време на ремонт и експлоатация, довеждат до значителни претоварвания на тръбопроводите и прилежащото им оборудване. В някои случаи възникват  напрежения, които съкращават дори неколкократно разчетния експлоатационен срок.

          Разстройването и излизането от работа (късане, запъвания и др.) на подвеските променят наклона на тръбопроводите, а с това се нарушава режима на дрениране и подгряване, при което възниква опасност от хидравлични удари.

          Посочените обстоятелства налагат извършването на периодичен контрол и настройка на ООС на тръбопроводите в ТЕЦ.

 

1.      Етапи при провеждане на контрол на ООС.

1)     запознаване с техническата документация на тръбопроводите:

Проектна документация. Проектната документация трябва да съдържа:

• Монтажно-сборни чертежи, чертежи на детайлите и елементите на тръбопроводите; чертежи на опорите и подвеските.
• аксонометрични схеми на тръбопроводите с указани места за монтаж на арматурата, опорите и подвеските, указателите за контрол на топлинните разширения (УТР); данни за натоварването на опорите, подвеските и оборудването, височините на пружините в  работно и студено състояние, стойностите на топлинните разширения в местата на опорите и УТР; изходни данни, приети при проектните пресмятания.
• изисквания към изработването, монтажа и настройката на опорно-окачващата система  на тръбопроводите.
• екзекутивни аксонометрични схеми на тръбопроводите с нанесени данни за: монтираните елементи, разположението на арматурата, опорите, подвеските, УТР и монтажната ос.
• протоколи за изпълнените монтажни разпъвания на тръбопроводите.
• резултати от входящия контрол на монтираните елементи на ООС: пружини, хамути, полу-хамути, щанги, седла и др.
• формуляри с нанесени данни от контролната проверка на характеристиките на 10% от монтираните пружини (но не по-малко от две пружини от всеки типоразмер).
• формуляри с нанесени височини на пружините и УТР след монтаж и изпитание на оборудването.
• информация за всички открити и отстранени дефекти  по тръбопроводите и опорно-окачващата им система.
• данни за извършените реконструкции и подменените елементи на тръбопроводите и системата на закрепването им.
• формуляри с данни от измерванията на височините на пружините  и показанията на УТР   (t _раб > 300°С).

Монтажна документация. Към монтажната документация се прилагат:

Експлоатационна документация. Към техническото досие на тръбопроводите се прилагат:

Забележка: Изпълнява се при първоначално обследване или продължаване срока на експлоатация.

2)     съпоставяне на фактическото изпълнение на тръбопроводите и опорно-окачващата им система спрямо проекта:

За целта се извършва измерване на:

• геометричните размери на трасето на тръбопроводите;
• разположението на арматурата, опорите, подвеските и УТР;
• характеристиките на монтираните пружини в пружинните опори и подвески;

              При обследване на тръбопроводи за определяне на остатъчния им експлоатационен ресурс допълнително се провежда и изборно тариране на пружините и безразрушителен контрол на метала на хамутите и полухамутите на подвеските.

Забележка: Изпълнява се при първоначално обследване или продължаване срока на експлоатация.

 

3)     установяване състоянието на ООС и нейната работоспособност в студено и работно състояние на оборудването:

Осъществява се чрез :

• измерване на височините на пружините в студено и работно състояние на тръбопровода;
• визуално определяне на натоварването на опорите – повдигнати, стъпили.

4)     определяне работоспособността на указателите за контрол на топлинните разширения на тръбопроводите (t _раб > 300°С) и измерване показанията им за работно и студено състояние;

5)     оглед за възможни не проектни запъвания на тръбопроводите;

6)     проверка за наличие и изправност на дренажните и подгревни линии;

7)     установяване на технологичните наклони на тръбопроводите.

8)     оглед за състоянието на топлоизолацията на тръбопроводите;

Забележка: Работата по т. 3 – 8 се изпълнява  преди и след всяко спиране за основен ремонт на оборудването, както и след ремонтни работи, свързани с рязане на тръбопроводите, ремонт на ООС или отстраняване на запъвания.

Освен това, оглед и проверка на ООС се извършва и:

• при поява на хидроудари;
• при забавяне скоростта на  разгряване в сравнение със съседни идентични тръбопроводи;
• при откриване на пукнатини по заваръчните шевове на елементите на тръбопроводите;
• при повреди на тръбопроводи или на системата за закрепването им,  довели до промяна на оста им;
• при подмяна на повече от 30% от дължината на тръбата на участък от тръбопровод между две неподвижни опори;
• при едновременно презаваряване на повече от 30% от заваръчните съединения на тръбопровод.

 

2. Резултати от контрола.

Като резултат от извършеното обследване и измерване на тръбопроводите е съставянето на разчетна аксонометрична схема на тръбопроводите, отчитаща фактическото им изпълнение. Въз основа на анализа на резултатите от пресмятанията по т. 3 се съставя “Ведомост за дефектите”, отразяваща: характера и разположението на дефектите; начина и срока за отстраняването им. При необходимост се разработват и работни чертежи.

2.      Проверочно пресмятане на тръбопроводите.

2.1.           Същност на проверочното пресмятане.

              Проверочното пресмятане на тръбопроводите на якост и оценката на напрегнатото им състояние се извършват в съответствие с нормативните изисквания и при спазване на изискванията на завода производител на оборудването. НАРЕДБАТА за съществените изисквания и оценяване съответствието на съоръженията под налягане изисква:

(1) Съоръженията под налягане трябва да се проектират за натоварвания, съобразени с предназначението им и с предвидимите условия на експлоатация, като се вземат под внимание следните фактори:

1. вътрешното и външното налягане;
2. температурата на околната среда и работната температура на средата в съоръжението;
3. статичното налягане и масата на средата в тях при работни условия и при условия на изпитване;
4. натоварванията, предизвикани от движение на транспортни средства, ветровото и сеизмичното натоварване;
5. силите и моментите на противодействие, предизвикани от опорите, присъединителните елементи, тръбопроводите и др.;
6. корозията, ерозията и умората на материалите и др.;
7. разпадането на нестабилните флуиди.

(2) Натоварванията, които могат да действат по едно и също време, трябва да се отчитат при проектирането, като се вземе предвид вероятността за едновременното им появяване.

4. Методи за изчисление на тръбопроводите се определят от проектанта. 

2.1.1.     Изходни данни.

              За пресмятането са необходими: разчетна аксонометрична схема, отчитаща резултатите от обследването на тръбопроводите; марка на стоманата; диаметър и дебелина на стената на тръбите; радиус на колената; параметри на работната среда; тегло на фасонните елементи, арматурата и единица дължина от тръбопроводите с отчитане на топлоизолацията; температурните режими на работа на участъците и отклоненията на тръбопроводите; стойностите на собствените топлинни премествания на присъединителните точки към основното оборудване (котел, турбина); типа на монтираните  опори и др. По тези данни са съставя  разчетен модел. 

2.1.2.     Съдържание на проверочните пресмятания:

Значителна част от тръбопроводите на ТЕЦ са произведени по руски стандарти. Действащ нормативен документ за Русия, за пресмятане на тръбопроводи е РД 10-249-98 с изменение от 2001 г. “Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды”. Съгласно този документ Етапите  на пълното пресмятане на тръбопроводите са следните :

І   етап -  постоянни товари (тегло и налягане)- за работни параметри;
ІІ  етап - съвместното действие на всички товари – за работно състояние:
ІІІ етап - напрежения от термични товари (температура, преместване на краищата):
ІV етап - съвместното действие на всички товари – за студено състояние:

 

Съгласно БДС EN13480-3 “МЕТАЛНИ ПРОМИШЛЕНИ ТРЪБОПРОВОДИ” при пресмятане на тръбопроводите се отчита действието на следните фактори:

1. Постоянни товари – тегло, налягане;
2. Постоянни товари + случайни товари – вятър, сняг, сеизмично натоварване, отваряне/затваряне на арматура;
3. Термични товари – топлинни разширения или сеизмични товари не включени в предходния случай;
4. Постоянни товари + термични товари;
5. Отчитане влиянието на пълзене – при зависещо от времето проектно напрежение – високо-температурни тръбопроводи;
6. Отчитане на еднократни натоварвания - при независещи от времето проектни напрежения - ниско-температурни тръбопроводи.

2.2.           Кога е необходимо? - Провеждане на проверочно пресмятане на тръбопроводите е необходимо при:

1)     Стари тръбопроводи, проектирани без ЕИМ;
2)     обосновка на остатъчния експлоатационен ресурс на тръбопроводите;
3)     отсъствие в проектната документация на данни за натоварването на опорите и подвеските или за топлинните премествания на тръбопроводите в местата на опорите и УТР;
4)     несъответствие на фактическото изпълнение на тръбопроводите с проекта (геометрия, разположение и тип на опорите);
5)     отклонения в теглото на тръбопроводите с изолация повече от ±10% спрямо проекта;
6)     несъответствие на фактическите премествания на тръбопровода с проектните;
7)     повреди по тръбопроводите, свързани с деформация на оста им;
8)     едновременно презаваряване на 30% от дължината на участък от тръбопровода или повтарящи се дефекти в елементите на тръбопровода;
9)     промяна на проектните елементи на тръбопроводите, трасето или работните параметри.

 

2.3 Резултати от проверочното пресмятане.

              От етапите на пресмятане на тръбопроводите се определят:

1)    напреженията в елементите на тръбопроводите за различните товарни комбинации;
2)    натоварването на опорите и подвеските в работно и студено състояние на оборудването;
3)    стойностите на топлинните премествания на тръбопроводите в местата на опорите, подвеските и УТР;
4)    усилията и моментите в оборудването.

2.4 Монтажно разтягане на тръбопроводите.

Съгласно нормативните документи, монтажното разтягане на тръбопроводите не следва да се отчита при определяне на напрегнатото състояние за различните товарни комбинации.

Монтажно разтягане не задължително.

При ниско-температурни тръбопроводи - то се използва за намаляване усилията върху присъединеното оборудване. Допустима стойност – до 60% от топлинните разширения.

При високо-температурни тръбопроводи – работещи в зоната на пълзене – разтягането се използва за намаляване усилията върху присъединеното оборудване и за подобряване на якостта им. Допустима стойност – 100% от топлинните разширения * коефициента на релаксация на напреженията.

2.5 Мероприятия и технически решения.

Разработват се въз основа на резултатите от проведеното проверочно пресмятане с отчитане на фактическото изпълнение на тръбопроводите и фактическото състояние на опорно-окачващата им система. Съпоставят се изчисленото и фактическото натоварване на ООС.  Следи се за изпълнението на следните нормативните критерии:

Критерии за оценка натоварването на  пружинните подвески:

1). Коефициент на работния товар (Factor operate load) – отчита отклонението на фактическият товар на пружинната подвеска в работно състояние, спрямо изчислителния работен товар:

δ  = (Рр.а - Рр.) / Рр. [%] ≤ ± 25% съгласно [Л.1]

2). Коефициент на промяна на товара (Factor Variable load ) – отчита  промяната на натоварването на пружинната подвеска при прехода от студено до работно състояние :

Δ = (Рр. - Рс.)/ Рр. [%]  ≤  25÷35% съгласно [Л.3] и [Л.6];

3). Работна област на пружината (Working range spring) – отчита  натоварването на пружината за студено и работно състояние, спрямо максимално допустимото:

λp = Рр./ Рmax.;   λc = Рc./ Рmax. [%] 

Допустима стойност: 15÷85% съгласно;

Някои производители на пружинни подвески въвеждат конструктивни ограничения против разтоварване/претоварване на пружините.

 Критерий за оценка на сумарното натоварване на пружинните подвески:

1). Сумата от фактическите работни товари на пружинните подвески, разположени на участък между неподвижни опори, не трябва да се различава с повече от ±5% от сумата от разчетните (изчислените) товари:

 Σ Рp.a / Σ Рp. [%] 

 

2.6 Настройка на опорно-окачващата система на тръбопроводите.

Преди настройката на ООС се извършват необходимите ремонтни работи  за възстановяване работоспособността й. Задължително се спазват следните изисквания:

1)     При ремонтни работи свързани с разтоварване на опора или подвеска се монтират временни опори за поемане на освободения товар за времето на ремонтната операция;

2)     При ремонт на тръбопроводите, свързан с изрязване на дефектна заварка, арматура или контролен образец за изследване на метала, не се допуска промяна в положението на оста на тръбопровода, т.е. тръбопровода следва да бъде допълнително укрепен;

4)     При завършени ремонтни работи по тръбопроводите и опорно-окачващата система се измерват височините на пружините в пружинните подвески;

5)     При възстановяване или подмяна на топлоизолацията се проверява се състоянието на скритите елементи на опорите и подвеските (хамути, полухамути, осеви ограничители, болтове, гайки), както и теглото на 1 л.м. новоположена топлоизолация за всеки типоразмер тръба.

Преди настройката се извършва и Проверка на необходимия технологичен наклон на хоризонталните участъци на тръбопроводите. Пресмятането на необходимия минимален наклон на участъка - за студено състояние – се изчислява по формулата :

i^студ_min= 0.004+[(Δy₂-Δy₁)/L]*T_H/T_раб ,  където

Δy₁,Δy₂  - вертикалните премествания на паропровода при разгряване в местата на измерване на наклона, [мм];

L      -   разстоянието  между  точките  на  измерване по хоризонтала, [мм];

Т_н     -  температурата на насищане на парата при работно налягане, [°С];

Т_раб  -  температурата на паропровода в работно състояние, [°С];

0.004   -  минимален  наклон  на  хоризонтален  участък  от  паропровод  по посока на движението на средата за температура на метала от 0°С до температурата на насищане на парата при работно налягане;

 

3.      Настройка на опорно-окачващата система на тръбопроводите.

Подготовка за настройка:

1)    пресмятане на регулировъчните височини на пружините;

2)    определяне на стойностите на топлинните разширения на тръбопроводите при разгряване от студено до работно състояние в точките на монтаж на указателите;

3)    определяне положението на оста на тръбопровода по УТР, а при необходимост и на други места;

4)    съставяне на последователност за настройка на ООС, съобразно указанията на проекта и фактическото състояние на тръбопроводите.

Тук следва да се отбележат различията при настройката на ООС на нови тръбопроводи – след монтажа им  и на тръбопроводи намиращи се в експлоатация.

За ново монтираните тръбопроводи, в проектните чертежи на пружинните подвески, проектантът трябва да посочи стойности на затягане на пружините до височина Н монт. Пружините се натягат до тази височина, след което пружините се блокират и монтират на тръбопровода. Освобождаването на пружините се извършва след приключване на монтажните работи. За тръбопроводи с големи диаметри, с дълги разгънати трасета, в проекта следва да се укаже последователността на освобождаване на пружините. Принципите на освобождаване на пружините са следните:

-       освобождаването се извършва в посока от средата на тръбопровода към неподвижните опори;

-       при наличие на пружини с повече от една пружина във верига, се освобождава  по една пружина от всеки етаж в горната последователност.   

При тръбопроводи намиращи се в експлоатация, настройката на пружините се извършва към  височина на затягане на пружините -  Нстуд.

Разликата между Н монт. и Нстуд. е следната:

При всички методики на пресмятане, основополагащо е определянето  на работен товар на опорите и подвеските, който да осигури оптимално напрегнато състояние в елементите на тръбопровода. Работният товар на всяка опора или подвеска е равен на теглото на прилежащия и участък от тръбопровода. При определен работен товар респективно се определя и работната височина на пружините – Н раб.. Тази височина се явява база за определяне на височините Н монт. и Н студ.

Определянето на Нстуд. става по формулата:

Нстуд. = Нраб. – стойността на вертикалните топлинни разширения

Определянето на Нмонт. става по формулата:

Нстуд. = Нраб. – стойността на вертикалните топлинни разширения – стойността на вертикалните премествания от действието на теглото

Настройка на системата.

1)    извършва се чрез промяна на дължината на носещата част на резбовите щанги на пружинните опори и подвески;

2)    при настройката на системата се следи за положението на оста на тръбопроводите, като не се допуска преместване на оста на тръбопровода с повече от ± 35 % - за високотемпературни (t > 370°С) и с ± 70 % - за нискотемпературни, от абсолютните значения на максималните вертикални топлинни премествания за дадения участък;

3)    следи се за недопускане на запъване на пружините в пружинните блокове от централната щанга или траверсата на блока;

4)    измерват се височините на пружините и показанията на УТР в студено и работно състояние на тръбопроводите.

 

Критерии за оценка на настройката на системата.

За критерии служат следните показатели:

1)    фактическото натоварване на всяка пружинна опора в работно състояние на тръбопровода не трябва да превишава с повече от ± 25 % проектния (респ. разчетния) й товар, т.е.

                                                   Рраб,факт  -  Рраб,проект

Коефициент на товара  =                                                       . 100    ≤    ± 25 % ,

                                                                      Рраб,проект

като сумата от фактическите работни товари на пружинните опори, разположени на участък между неподвижни опори, не трябва да превишава с повече от ± 5 % сумата от проектните (респ. разчетните) им товари;

2)     отклонението на фактическите топлинните премествания на тръбопроводите за съответната координатна ос не трябва да превишава следните граници:

по оси Х1 и Х2  →  ±        ( 25 + 0.3 |δ| _i )      [мм],

по ос Х3             →  ± 0.5 ( 25 + 0.3 |δ| _i )       [мм],          където

|δ| _i  - абсолютно значение на проектните (респ. разчетните) топлинни премествания по съответната ос [мм].

3)     При установени отклонения в натоварването на опорите и подвеските и топлинните премествания на тръбопроводите над допусковите граници се извършва допълнителна настройка на системата.