Трубопроводные системы – транспортировочные путепроводы для перегонки разных сред. Без прокладки трубопроводов невозможна работа большинства коммуникационных сетей (отопление, водоподготовка, водоснабжение), атомных и тепловых станций, электросистем и многого другого.
От качества проектирования трубопроводной системы (и монтажа трубопровода) напрямую зависит безопасность, эффективность, долгосрочность и стоимость работы любой магистрали. А также ее технико-технологические характеристики (выдерживаемые нагрузки, необходимость в дополнительном оборудовании, предельное давление).
Значение проектирования трубопроводных систем
Значение профессионального подхода к проектированию трубопровода определяют следующие условия его эксплуатации:
- Большинство магистралей используются для транспортировки ядов, газов, опасных агрессивных субстанций. Здесь вопрос качественного проекта определяет не только финансовые показатели работы комплекса, но и уровень его безопасности в локальном и глобальном порядке.
- Любой комплекс состоит из труб, арматурных изделий, технологических узлов, технических приборов. Все это формирует немалые затраты на устройство единой сети или системы трубопроводов. Задача проектирования трубопровода – совместить элементы магистрали так, чтобы полученная сеть была работоспособной и окупаемой.
- Существует ряд правил и норм, утвержденных на самом высоком уровне, которым должен соответствовать документ. Отступление от этого перечня сулит штрафы и административные санкции.
Сложность эффективного проектирования трубопроводных систем определяет высокие требования к квалификации специалистов, которые выполняют такую задачу. Среди современных инструментов таких исполнителей – системы проектирования трубопровода в режиме 3D (с объемной визуализацией).
Применение такой технологии во многом упростило процесс, но сформировало новые условия работы. Теперь в компетенции проектировщика входит знание специализированных программ (3D CAD), умение использовать их с учетом особенностей проектируемого объекта.
Факторы при проектировании трубопроводных систем
В контексте проекта трубопровод – это техническое сооружение из труб, формирующих единую конструкцию с использованием различных соединений. Для устройства секций в данной практике применяют:
- сварку (шовные соединения);
- фланцы;
- специальное оборудование для насечки резьбы;
- отводы;
- переходы;
- тройники и т. д.
Технологически трубопроводная система – это магистраль, которая работает по заданным параметрам. Ключевые характеристики трубопровода:
- Назначение. Определяет, какую среду транспортирует комплекс. Варианты:
- пар (на теплоэлектростанциях и АЭС его называют рабочим телом);
- теплоноситель (вода или нагретый пар);
- масло;
- кислоты или щелочи (обратный осмос – ХВО на промышленных объектах);
- топливо (дизель, мазут, другие продукты нефтепереработки);
- газы (включая кислород).
- Уровень рабочего давления. Его нагнетают компрессоры (насосное оборудование). При проектировании трубопроводных систем ориентируются на давление в диапазоне 0,1–25 МПа.
- Температура внутреннего пространства. Может быть от 5 градусов тепла до 580 градусов выше нулевой отметки.
- Расстояние транспортировки (может быть от 1 м до 4 км). Зависит от типа применяемых соединений, материала труб, особенностей проекта.
Проектирование трубопровода обязательно учитывает все перечисленные особенности технического задания, а точками опоры для расчетов становятся следующие моменты.
- Марку стали труб трубопроводных систем определяют химические и физико-механические особенности рабочей среды. Так, для водопроводов требуется металл с коррозионной стойкостью, для магистралей перегонки кислот – трубы из кислотоупорных сплавов.
- Второй параметр, который влияет на выбор трубной стали и задает требования по толщине стенки трубы, – давление.
- Расстояние транспортировки и температура среды влияют на общую нагрузку, а потому учитываются при выборе марки стали и типа трубного соединения, применяемых опор.
Ключевые характеристики, используемые при проектировании трубопроводов
Одно из важнейших условий грамотного проектирования трубопроводной системы – точный расчет характеристик компенсатора, а именно показателей:
- Работоспособности. Уровень готовности устройства к нормальной работе должен быть не ниже 0,999.
- Безотказности. Норматив – 095 – указывает на вероятность аварии (при расчете) в пределах 5%.
- Сохраняемости. У компенсатора должен быть срок хранения не менее 5 лет.
- Долговечности. В современных трубопроводах применяется компенсатор со сроком службы от 30 лет и более.
При расчете проекта и подборе элементов трубопроводной системы необходимо рассчитывать на эксплуатацию нового оборудования с гарантийным сроком обслуживания. Последний составляет не менее 10 лет для всех видов компенсаторов, включая сильфонные модели КСО (компенсатор сильфонный осевой).
Анализ прочности комплекса
Важный этап проектирования трубопровода – анализ прочности будущего комплекса (уязвимости к напряжениям при нагрузке). На последнюю влияют 4 типа нагрузки:
- давление;
- нагрузка от изоляции;
- нагрузка от массы трубных секций (повышает вероятность возникновения изгибающего момента);
- самокомпенсация напряжений (может привести к напряжению от изгиба и кручения).
Проектирование трубопроводной системы и охрана природы
Прокладка трубопроводов невозможна без воздействия на экологию региона строительства. Она предполагает:
- нарушение поверхности земляного покрова;
- срезы грунта в нескольких местах (уклоны);
- расчистку трассы;
- разработку траншей для подводных магистралей.
Кроме того, сама эксплуатация трубопроводной системы предполагает воздействие на окружающую среду (загрязнение грунтов и водоемов), и это при проектировании трубопровода тоже важно учитывать. В проекте должны содержаться планы действий, призванных снизить или отменить негативное влияние эксплуатации и строительства трубопроводной системы на окружение. Плюс, комплекс решений по ликвидации последствий этого влияния.