ЗАКЛАДНЫЕ
УСТРОЙСТВА В ТРУБОПРОВОДАХ
И ОБОРУДОВАНИИ ДЛЯ УСТАНОВКИ ПРИБОРОВ И СРЕДСТВ
АВТОМАТИЗАЦИИ
Пособие по выбору средств
укрепления отверстий
РМ4-266-93
ГПКИ «ПРОЕКТМОНТАЖАВТОМАТИКА»
1993
Руководящий
материал
Закладные устройства в трубопроводах и оборудовании
для установки приборов и средств автоматизации.
Пособие по выбору средств укрепления отверстий.
РМ4-266-93
Срок введения 1.01.94
Пособие позволяет определить
необходимость применения средств укрепления отверстий при проектировании и
монтаже отборных устройств, а также размеры элементов средств укрепления отверстий
(патрубков).
Пособие применимо для
укрепления отверстий в технологических трубопроводах, трубоводах инженерных
сетей и др. с внутренним диаметром 25 мм и выше, в дальнейшем - технологических
трубопроводах. Расчетное рабочее давление - до 100 МПа.
Материал рассчитан на
применение углеродистых и легированных сталей.
Пособие предназначено для
специалистов проектных, монтажных и эксплуатирующих систем автоматизации организаций при
проектировании и монтаже отборных устройств систем автоматизации в
технологических трубопроводах.
Отверстия снижают прочность
стенки трубопровода
или аппарата и для ее восстановления необходимо выполнять укрепление отверстий.
Вопросы нормирования
прочности и особенности конструирования элементов укрепления отверстий изложены
в ряде нормативных документов и работ: (ГОСТ
24755, ГОСТ 14249, СНиП 2.04.12, СН
527, Пособие по расчету на прочность технологических отельных трубопроводов
на Py до 10 МПа к СНиП 527, ОСТ
26-1046, РД
РТМ 26-01-44 и др.).
2.1. Основные параметры
штуцерного ввода, которые определяют необходимость укрепления отверстия в
технологическом трубопроводе (аппарате):
d/D и
где: d, D - внутренний диаметр отверстия в технологическом трубопроводе и внутренний
диаметр технологического трубопровода,
S - толщина стенки технологического
трубопровода.
Под штуцерными вводами применительно
к рассматриваемой области понимаются: закладные конструкции, установленные на технологическом трубопроводе
для устройства отборов давления, расхода и уровня, конструкции (бобышки,
штуцера, фланцы) для установки термодатчиков, рНметров и др. корпусных приборов,
устанавливаемых в стенке трубопровода, аппарата,
врезки в цеховые магистрали сжатого воздуха для питания приборов пневматики и
т.д.
2.2. Для диаметров вводов
принята следующая классификация по ОСТ 261046.
2.2.1. Вводы малого диаметра.
К вводам малого диаметра при
сплошном соединении штуцера с трубой или корпусом аппарата относятся вводы, диаметр отверстия которых
удовлетворяет условию:
d ≤ d0 - 2Cn (1)
где: d - диаметр отверстия в трубопроводе (черт. 1),
d0 - расчетный
диаметр отверстия, допускаемый без укрепления;
Cn - суммарная прибавка к расчетной толщине стенки на коррозию
внутренней поверхности, прибавки на минусовый допуск толщины стенки, эрозию и
др.
Расчетный диаметр отверстия d0 для трубопроводов и цилиндрических корпусов аппаратов
определяется по формуле (2)
(2)
Вводы малого диаметра
допускается выполнять без укрепления отверстия.
2.2.2. Вводы среднего
диаметра.
При диаметре отверстий d > d0 - 2Cn для восстановления прочности трубы до исходной необходимо увеличить толщину
стенки штуцера.
Такой способ укрепления
отверстий может быть применен при соотношениях d/D не более 0,75.
2.2.3. Вводы с соотношением относятся к вводам большого
диаметра. Для их изготовления следует применять стандартные тройники и
переходы.
На черт. 1
показаны наиболее часто встречающиеся варианты установки отборных устройств.
Рис. 1
Рис. 2
Рис. 3
Рис. 4
Черт. 1
На рис. 1 приведена установка отборного устройства без укрепления
отверстия.
На рис. 2 установка укрепляющего штуцера (бобышки) дана без ввода стенки штуцера в отверстие
трубопровода, на рис. 3, 4 с вводом штуцера в
отверстие трубопровода.
При отсутствии полной
проверки шва по рис. 4 за d принимается диаметр отверстия в технологическом
трубопроводе. Решения по устройству вводов по рис. 4 пособием не предусмотрены.
3.1. Необходимость укрепления
одиночного отверстия при выполнении отборных устройств в технологическом
трубопроводе, на цилиндрическом корпусе, или
на эллиптическом днище аппарата может быть определена по графикам черт. 2.
Черт. 2
На черт. 2
кривые 1 ... 5
определяют границу параметров трубопровода (аппарата), при которых необходимо производить укрепление отверстий.
Кривые построены на основании выражения (2).
Установка отборных устройств
по сборникам СЗК4-2,
СЗК4-4,
СЗК4-6 на технологическом трубопроводе (аппарате с параметрами DN′, Sp, расположенными над соответствующей
кривой черт. 2), производится путем приварки отборного
устройства непосредственно к трубопроводу, аппарату. Внутренние диаметры d в закладных конструкциях приведены в приложении 1.
Если параметры DN′, Sp на черт. 2
располагаются ниже соответствующей кривой, отборное устройство должно быть
установлено на предварительно приваренную бобышку (штуцер) с увеличенной
толщиной стенки, обеспечивающую укрепление отверстия до первоначальной
прочности трубопровода, аппарата.
Параметры DN′ и Sp определяются в соответствии с выражениями
(3), (4).
где: DN′
- внутренний диаметр трубопровода (аппарата) за вычетом коррозионного и эрозионного
износа внутренней поверхности труб за расчетный срок эксплуатации трубопровода;
DN - внутренний диаметр
трубопровода;
C1 - коррозионный
износ внутренней поверхности трубопровода за расчетный срок службы;
C2 - коррозионный
износ внешней
поверхности трубопровода за расчетный срок службы;
C4 - эрозионный износ,
технологические припуски и др.;
Sp - расчетная толщина стенки;
S - фактическая толщина стенки.
3.2. Расчетная толщина стенки
технологического трубопровода аппарата Sp и величина припусков C1; C2; C4 берется из расчетов технологического трубопровода. Для
трубопроводов с низкой коррозионной активностью среды в качестве Sp и DN′ могут быть приняты фактические
параметры S и DN.
Расчетная толщина стенки Sp для действующего оборудования может быть
определена по формуле (5)
Коэффициент толотостенности βp можно определить по таблицам
Приложения 2. Внутренний диаметр
трубопровода DN
принимается по
замеру, припуск C1 принимается с учетом коррозионности среды на расчетный
срок службы трубопровода по действующим нормам или по опытным показателям.
На технологическом трубопроводе с размерами
DN = 250 мм; S = 6 мм; C1 =
3 мм необходимо установить отборное устройство
с dN′ = 15 мм.
Находим, что на черт. 2 точка с координатами
DN′ = 256 мм и Sp = 3 мм находится ниже
кривой, следовательно, необходимо применить средства укрепления отверстия
(штуцер, бобышку).
Пример 2
На технологическом
трубопроводе с размерами: DN = 430 мм, S = 8 мм; ΣCD
= 4 мм; ΣCS = 2 мм.
Необходимо установить
отборное устройство с dN′
= 20 мм.
Находим, что точка с координатами 328,6 находится выше
кривой 3, следовательно, средства укрепления отверстия применять не требуется.
Пример 3
Определить расчетную толщину
стенки трубопровода с внутренним диаметром 250 мм из стали 20 по ГОСТ
8731-74 для условного давления 10 МПа.
Выбор средств укрепления
отверстий сводится к определению минимальной толщины стенки штуцера или
бобышки, устанавливаемых непосредственно на технологическом трубопроводе,
аппарате, к которым производится приварка закладного устройства, (см. черт. 1 рис. 1, 2), либо установка первичных приборов,
датчиков, например:
- термодатчики, датчики Phметров, емкостные уровнемеры, заборные устройства анализа вещества и др. (см. черт. 1 рис. 3, 4).
В настоящем пособии приведены
решения по восстановлению прочности технологического трубопровода, аппарата до
исходной прочности цельной трубы (обечайки) за счет приварки штуцера, бобышки
имеющих толщину стенки большую, чем у присоединяемой трубы.
Другие методы укрепления
отверстий пособием не рассматриваются.
4.1. Определение минимальной
расчетной толщины стенки штуцера (бобышки) при условии применения материала
штуцера равноценного материалу технологической трубы (аппарата)
4.3.2. После выявления в
соответствии с разделом 3
необходимости укрепления отверстия по таблицам Приложения 2, либо по формуле (12) находят величину коэффициента βp, затем по показателям:
βp, φ1 и
d и D, пользуясь
таблицами 2 и 6, находят величину Sшр (либо по формулам 9 ... 11).
Минимальную толщину стенки штуцера Sш определяют прибавлением к расчетной
толщине стенки Sшр величины расчетного коррозионного износа
внутренней и наружной поверхности трубы (7).
По сборнику типовых
конструкций СТК4-2
ч. 2 подбирают штуцер с требуемым d и
толщиной стенки
S не менее Sш.
В том случае, когда толщина
стенки отборного устройства равна или более Sш, штуцер для укрепления отверстия не
применяют.
4.3.3. Примеры определения параметров
средств укрепления отверстий.
4.3.3.1. Пример 1
Технологический трубопровод
выполнен трубами по ГОСТ 10705,
марка стали - 08 КП. Рабочее давление 4 МПа.
Транспортируемая среда - холодная вода.
Диаметр трубопровода
внутренний 75 мм.
Расчетная величина коррозии
внутренней поверхности труб C1 = 2 мм.
Внутренний диаметр отборного
устройства 10
мм.
Толщина стенки
технологического трубопровода расчетная Sp = S - C = 2,5 мм (получена из расчетов на прочность технологического
трубопровода от проектировщика технологического трубопровода).
Точка с координатами D = 75 мм и Sp = 2,5 мм на черт. 2 лежит под
кривой 5, следовательно, требуется применить средства укрепления отверстия.
Согласно инструкции по
проектированию стальных технологических трубопроводов СН
527-80 рассматриваемый трубопровод относится к III
категории. Объем контроля сварных швов согласно СНиП 3.05.05-84 - 2 %, поэтому
назначается коэффициент φ = 0,8 (согласно
п. 4.11 СНиП
3.05.05-84 для трубопроводов Py≤ 10 МПа объем контроля менее 100 %, следовательно, применяется коэф. φ = 0,8, а для Py > 10 МПа - объем контроля - 100
%, следовательно коэф. φ = 1).
По табл. 1 приложения 2
находят величину коэф. βp,
βp
= 1,045.
По табл. 2 находят расчетную толщину стенки штуцера, используемого
для укрепления отверстия Sшр.