На предприятияx химической промышленности трубопроводы являются неотъемлемой частью технологического оборудовании. Суммарная длина них трубопроводов завода составляет десятки и сотни километров.

С помощью трубопроводов передаются продукты в самых различных состояниях: жидкости, пары и газы, пластические и сыпучи материалы. Температура этих сред может находиться в пределах от низких (минусовых) до чрезвычайно высоких, а давление - от глубокого вакуума до десятков мегапаскаль [9].

Из-за большого количества трубопроводов на химическом предприятии трудоемкость их монтажа составляет примерно 40% от общей трудоемкости монтажных работ. При монтаже выполняются следующие операции: резка труб, гнутье труб, сварка труб, приварка фланцев, термообработка стыков, сборка плетей, монтаж плетей, гидроиспытания, теплоизоляция. Все монтажные операции являются простейшими. Их выполнение может осуществляться с применением разнообразных приспособлений.

Резка труб при монтаже трубопроводов проводится с выполнением прямых и косых резов, вырезкой гнезд в трубах, обработкой штуцеров, врезаемых в трубу. Разметка труб осуществляется с использованием шаблонов, вырезаемых из бумаги, толи.

На рисунке 3.1 показан циркуль для разметки врезок, состоящий из неподвижной ножки 1, линейки 3, движка 4 и чертилки 5. Линейка вращается на втулке вокруг неподвижной ножки и имеет деления для установки радиуса врезки. По линейке перемещается движок, в котором установлена чертилка, имеющая возможность перемещения в направлении, перпендикулярном линейке. Чертилка (или вращающаяся ножка) при вращении очерчивает контур врезки. Косые врезки размечаются при установке неподвижной ножки под необходимым углом к оси трубы.

1 - неподвижная ножка; 2 - втулка; 3 - линейка; 4 - движок;

5 - вращающаяся ножка (чертилка)

Рисунок 3.1 - Циркуль для разметки врезок

Резка труб осуществляется установкой для газопламенной и плазменной резки, выполняющей прямой, косой и фасонный резы, и маятниковой пилой с абразивными армированными кругами диаметром 300 и 400 мм. Для резки труб малого диаметра (32-159 мм) используется установка с вращающейся трехроликовой головкой.

После резки труб газовым резаком должна проводиться механическая обработка торцов. Более качественный рез получается при резке абразивным кругом толщиной 3 мм. Резка труб абразивным кругом может осуществляться на приспособлении, имеющем опорные ролики, упор-измеритель длины отрезка и вращатель трубы.

Для отрезки концов труб диаметром 100-500 мм и снятия фасок применяется установка, снабженная оправкой, центрирующей установку по внутренней поверхности трубы.

Гнутые детали трубопроводов изготавливаются на заводах монтажных заготовок. При необходимости гибки труб, в процессе монтажа трубы диаметром 200 мм гнутся на трубогибочных станках в холодном состоянии, а трубы диаметром более 200 мм - в горячем состоянии. Для сохранения формы в месте гиба трубы диаметром более 100 мм набиваются сухим речным песком с установкой деревянных пробок на концах трубы. При засыпке песка трубы простукиваются для увеличения плотности засыпки.

Эффективное и быстрое уплотнение песка в трубах осуществляется виброспособом. Труба устанавливается вертикально в стакане приспособления. Стакан получает колебания от эксцентрика. Верхний конец трубы пропускается через кольцо на загрузочной площадке.

При изгибе труб малого диаметра (менее 32 мм) может применяться приспособление для гнутья труб малого диаметра, показанное на рисунке 3.2 Оно позволяет осуществлять гибку в холодном состоянии. Сектор, являющийся основной деталью приспособления, изготавливается с полукруглой канавкой для направления трубы при гибе. Радиус сектора соответствует радиусу гиба трубы. Приспособление устанавливается на трубе с помощью захвата и при помощи рукоятки обкатывается по трубе.

1 - труба; 2 - захват; 3 - сектор; 4 - рукоятка

Рисунок 3.2 - Приспособление для гнутья труб малого диаметра

При гибке труб вместо набивки песка используется также установка дорна, набранного из отдельных текстолитовых колец. Кольца собираются в компактный дорн с помощью болтовой пары, скрепляющей кольца по оси. Диаметр колец соответствует внутреннему диаметру трубы. Применение такого дорна позволяет получать гибы без гофр и сплющивания. Благодаря хорошему скольжению текстолита по металлу внутренняя поверхность трубы получается гладкой.

Отводы из нержавеющих труб диаметром 89-426 мм изготавливаются на специальном станке для гнутья при нагреве токами высокой частоты до 1050-1150°С.

При вальцовке наружная поверхность концов труб шлифуется с помощью приспособления, в котором абразивный материал поджимается к поверхности трубы пружинами. Пружины и абразив устанавливаются в стаканах, изготовленных из отрезков труб. Приспособление получает вращение от электро- или пневмодвигателя, а вдоль трубы перемещается вручную.

При сборке труб под сварку вследствие отклонений размеров по диаметру и толщине стенки возникает необходимость в калибровке или расточке. Калибровка концов труб осуществляется их раздачей коническими пуансонами в холодном состоянии, а при диаметре труб более 300 мм - в горячем состоянии.

Сварка нержавеющих труб малого диаметра может осуществляться контактно-стыковым методом. Автоматический процесс контактно-стыковой сварки состоит из прерывистого подогрева, непрерывного оплавления и осадки. Подогрев осуществляется смыканием и размыканием длительностью 0,2-2 с свариваемых труб при включенном сварочном токе. Усилие осадки в зависимости от марки стали составляет 40-170 МПа.

Для вращения труб при автоматической сварке используются вращатели, состоящие из рамы и двух опор с катками. Катки одной опоры имеют привод от электродвигателя постоянного тока и прижим трубы. Вторая опора является поддерживающей и может перемещаться в горизонтальном направлении по раме.

Клеевые соединения при монтаже трубопроводов позволяют снизить трудоемкость и сроки монтажа. Особенно удобно применение клеевых соединений при монтаже в тесных для работы местах. Для склеивания труб применяются композиции на основе эпоксидных, фенольно-формальдегидных, полиуретановых или кремнийорганических смол. Конструкции стыков труб обеспечивают восприятие тангенциальных и радиальных усилий материалом труб, а клеевой шов испытывает только осевые нагрузки растяжения и сжатия. Виды клеевых соединений труб показаны на рисунке 3.3.

а - конусное; б - на муфте; в - раструбное; г - телескопическое

Рисунок 3.3 - Виды клеевых соединений труб

Недостатками клеевых соединений является невысокая теплостойкость, склонность к старению.

При сборке трубных элементов, состоящих из прямого участка трубы и трубной заготовки наиболее частой операцией является соединение фланца с трубой.

При большом количестве фланцев для сокращения потерь времени на их разметку используются различные приспособления и шаблоны.

Трехкулачковый патрон позволяет зажимать фланцы различного диаметра, а наличие на боковой поверхности патрона равномерно расположенных отверстий при их числе, например 16 и 24 в двух рядах, дает возможность получать при разметке 4; 6; 8; 12 и 16 отверстий.

Приспособление, позволяющее проводить выверку фланца на трубе сразу в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, состоит из уголка или призмы 1, рукоятки 2, скобы 3, контрольного диска 4 и ребер жесткости 5. Приспособление для выверки фланцев при их сварке показано на рисунке 3.4.

1 - уголок; 2 - рукоятка; 3 - скоба; 4 - контрольная крестовина; 5 - фланец

Рисунок 3.4 - Приспособление для выверки фланцев при их сварке

При большом количестве фланцев для их напасовки может использоваться также приспособление, основным элементом которого является пневмопатрон с кулачками, фиксирующими положение фланца. Это приспособление позволяет устранить затраты времени на проверку правильности стыковки фланца с трубой.

Приварка фланцев к трубам ускоряется при использовании поворотного стола. Поворачивая стол, сварщик из одного положения приваривает фланец к трубе. Высота стола для удобства выполнения сварки регулируется. Фланец, прихваченный к трубе, устанавливается для сварки по оси поворотного стола. При большом количестве отводов зачистка сварных швов после приварки фланцев может осуществляться на токарном станке с применением специального приспособления. Схема приспособление для обработки сварных швов на отводах показана на рисунке 3.5. Для центровки труб большого диаметра при сварке применяются механический или пневматический цепной центратор. Основным элементом центратора является пластинчатая цепь, в каждом шарнире которой установлен ролик. При обжатии стыка цепью ролики прижимаются к стыку и осуществляют центровку его кромок. Сварка проводится при вращении труб, и ролики, имеющие возможность вращения, не препятствуют прихватке и сварке стыка.

1 - патрон; 2 - оправка; 3 - отвод

Рисунок 3.5 - Схема приспособления для обработки сварных швов на отводах

Центратор для центровки труб выполняется в виде цепного пояса, состоящего из подвижных звеньев с роликовыми опорами и натяжного винта (или гидравлического натяжного устройства). Применяются также клещевые центраторы.

Для центровки труб малого диаметра при сварке используется приспособление для центровки труб при сварке, показанное на рисунке 3.6 Оно позволяет осуществлять центровку труб различного диаметра. Для этой цели длина хомута регулируется регулировочной винтовой парой, а центровка трубы на приспособлении проводится с помощью двух опорных призм и прижимной винтовой пары.

1 - основание; 2 - опорная призма; 3 - прижимная призма;

4 - опора для винта; 5 - хомут; 6 - винт

Рисунок 3.6 - Приспособление для центровки труб при сварке

Для изготовления переходов для трубопроводов необходим пневматический молот и приспособление для штамповки переходов, изображенное на рис.3.7 Нагрев заготовок осуществляется в печи или горне до температуры 900-1100°С. Матрица во избежание горизонтальных перемещений приваривается к ограничительному коробу. Отштампованный переход после некоторого охлаждения выбивается из матрицы. Фаски под сварку снимаются на токарном станке.

1 - пуансон; 2 - трубная заготовка; 3 - матрица; 4 - короб-ограничитель;

5 - основание молота

Рисунок 3.7 - Приспособление для штамповки переходов

Для погрузки и укладки плетей трубопроводов используются траверса и приспособление, собранное из швеллеров, уголков - и болтов. Швеллера и уголки образуют несколько настилов, на которые укладываются трубы. Положение плетей трубопроводов фиксируется досками. Настилы укладываются один на другой и соединяются стяжными болтами. Приспособление подвешивается к траверсе в нескольких точках.

Сборка плетей проводится на сборочных стендах, снабженных, передвижными тележками, на которые устанавливаются сменные приспособления для сборки патрубков с отводами, тройниками, переходами, фланцами. На стендах же осуществляется прихватка элементов.

Собранные плети передаются на сварочные посты для сварки поворотных стыков. Вращение плетей при сварке производится универсальным вращателем, а сварка выполняется автоматами, которые вместе с поддерживающей тележкой перемещаются по рельсовому пути. Поддержка плетей осуществляется передвижными роликоопорами.

Из отдельных плетей собираются плоский или пространственные узлы.

При большой разбросанности объектов централизованное изготовление секций трубопроводов на производственных базах монтажных управлений становится нерентабельным. В этом случае используется передвижная установка, прицепляемая к автомобилю. Она состоит из телескопического рольганга, оснащенного сферическими роликоопорами, и домика сварщика.

Монтаж трубопроводов на подвесках осуществляется отдельными плетями длиной примерно 20 м с помощью монтажного крана, при этом центровка и сварка стыков плетей ведется на высоте со специальных лесов. При монтаже трубопроводов укрупненными блоками трубы и плети укладываются вдоль трассы трубопровода и свариваются на земле. Монтаж укрупненных блоков ведется двумя кранами с использованием подвесок.

При монтаже трубопроводов предусматривается возможность компенсации неточностей установки оборудования в плане и по высоте и неточностей изготовления и монтажа плетей трубопроводов. Для этого на компенсирующем участке линии должна предусматриваться установка отдельных отрезков труб с припуском (катушек). После монтажа трубопровода и соответствующих замеров по месту припуск катушки удаляется на токарном станке и катушка устанавливается в проектное положение и приваривается.

Необходимость в компенсации отклонений размеров труб увеличивается при блочном монтаже.

Для снятия напряжений в толстостенных стыках и получения однородной микроструктуры наплавленного и основного металла необходима термообработка. При термообработке ширина равномерно нагреваемой зоны в каждую сторону от стыка должна быть не менее двойной ширины шва. Температура нагрева при термообработке в зависимости от марки материала изменяется от 600 до 1100°С. Продолжительность выдержки при нагреве составляет 1-5 ч. Нагрев может осуществляться индукционным методом, разъемными муфельными печами, газовыми горелками. При использовании газовых горелок на трубу надевается стальная или асбестовая воронка для равномерного распределения пламени по всей окружности стыка.

Термообработка сварных швов труб осуществляется гибкими поясами для индукционно-радиационного нагрева. Индукционный нагреватель представляет собой конструкцию из двух тонких пластин нержавеющей стали, между которыми натянуто несколько рядов нихромовой проволоки, уложенной в керамические кольца. Пояс длиной >5 м наматывается на стык в виде спирали, обеспечивающей не только тепловой, но и индукционный нагрев. Сверху пояс укрывается теплоизоляционным матом. Кроме термообработки эти нагреватели используются для предварительного и сопутствующего нагрева кромок при сварке.

Для термообработки сварных швов используются передвижная установка с автоматическим управлением режимом термообработки и возможностью одновременной обработки нескольких швов. Для электронагревателей используются сварочные источники питания (сварочные трансформаторы, генераторы и выпрямители), позволяющие регулировать силу питающего тока. На вертикальной поверхности электронагреватели удерживаются бандажными поясами [10].

Заключение