Сильфонний компенсатор: види, особливості, характеристики

Зміст статті

• Сильфонний компенсатор
  • Пристрій сильфонних компенсаторів
  • Принцип дії сильфонних компенсаторів
  • Застосування сильфонних компенсаторів
• Види сильфонних компенсаторів
  • Сильфонний компенсатор осьовий (КСВ)
  • Сильфонний компенсатор кутовий (КСУ)
  • Сильфонний компенсатор зсувний (КСС)
  • Універсальний сильфонний компенсатор (КСУ)
  • Стартовий сильфонний компенсатор (ССК)
  • Розвантажений / нерозвантажений сильфонний компенсатор (КСР / КСН)
  • Сильфонний компенсатор для поліпропіленової труби
• Матеріал виготовлення сильфонних компенсаторів і фланців
  • Матеріал виготовлення сильфона
  • Матеріал виготовлення фланців
  • Термін служби сильфонних компенсаторів

Сильфонний компенсатор-модуль, що допомагає унікальні розгерметизації трубопроводу через деформацій, викликаних вібрацією, різницею температур, зміщенням грунту.

Сильфонний компенсатор

Будь трубопровід може змінювати свої розміри в наслідок зміни температури, порушень земної кори, вібрації, гідравлічних ударів і т.д. через ці зміни може виникати напруга, яка передається на запірну арматуру, насосне обладнання, сам трубопровід. Подібна напруга у вигляді реактивних сил і моментів створює небезпеку розгерметизації стиків, руйнування запірної арматури та іншого обладнання.

Для того щоб не виникало подібних ризиків застосовується сильфонний компенсатор.

Що таке сильфонний компенсатор

Цей пристрій являє собою циліндр, найчастіше металевий, з гофрованої оболонкою, зробленої з сильфона. Сильфон – це гнучкий металевий (можливі варіанти неметалевого сильфона), що зберігає герметичність при багаторазових деформаціях рукав. Служити компенсатор для нівелювання наслідків вібрацій, крутних моментів, осьових, кутових та інших зсувів.

Пристрій сильфонних компенсаторів

Складається з наступних частин:

• З одного або декількох сильфонів (сильфон — основна робоча частина сильфонних компенсаторів, представлена гофрованим елементом з антикорозійної нержавіючої сталі. Саме за рахунок такої форми сильфон може працювати з різного роду деформаціями, залишаючись при цьому цілим і неушкодженим). Різна кількість сильфонів дозволяє збільшувати компенсуючу здатність пристрою.
• Патрубків або фланців (бувають жорсткі або вільні) зроблених з маловуглецевої або нержавіючої сталі, службовців для приєднання компенсатора до трубопроводу. Найпоширеніші, це патрубки під приварення. Фланці використовуються в ситуаціях, коли немає можливості використовувати зварювання через небезпечного теплоносія, або коли провести Зварювальні роботи технічно неможливо, або ж коли компенсатор знаходиться у доступному місці. Також, існюють різноманітні з’єднання компенсаторів.
• Внутрішнього екрану, який застосовується для напряму руху середовища і захисту сильфона від агресивних впливів мови, що транспортується.
• Захисного кожуха, закріпленого на стійках гвинтами. Основним його завданням є захист сильфона від зовнішніх негативних факторів.
• Конструкції теплової ізоляції з пінополіуретану або мінеральної вати із захисною поліетиленовою або оцинкованою оболонкою в залежності від способу прокладки трубопроводу, а так само системи оперативного дистанційного контролю, яка дозволить контролювати роботу даного вузла.

Монтаж сильфонних компенсаторів

Монтаж компенсуючих пристроїв виконується одним з таких способів:

• За допомогою різьбових з’єднань. Фіксація обладнання за допомогою муфт. Спосіб має на увазі наявність різьблення на поверхні патрубків. Він дозволяє отримати якісні роз’єми з’єднання, спрощує заміну вийшли з ладу виробів. Для ущільнення різьблення застосовуються спеціальні герметики, прокладки, підмотки.
• За допомогою фланцевих з’єднань. Для коректного з’єднання елементів необхідна наявність відповідної деталі на торці труби (мама-тато). Фланці притягуються болтами і гайками. Для ущільнення з’єднання можуть застосовуватися спеціальні прокладки.
• За допомогою зварювання. Зварювальний шов робиться на стику з’єднувального патрубка і магістральної труби. Зварювальні шви на відповідальних і небезпечних об’єктах перевіряються рентгеном.

Монтаж сильфонних компенсаторів виробляють акредитовані фахівці, що володіють належними знаннями і навичками. Такі фахівці повинні враховувати особливості мережі, вимоги галузевих нормативів, умови експлуатації виробу.

Перед установкою компенсаторів можуть передувати роботи пов’язані з підготовкою системи до монтажу. Серед таких робіт очищення сполучних патрубків, магістральних труб, підстав і т. д.

Принцип дії сильфонних компенсаторів

Найчастіше, температура робочого середовища всередині трубопроводу однакова, а вісь температура навколишнього середовища постійно змінюється. Через це відбуваються явища у вигляді деформації, що роблять негативний вплив на герметичність трубопроводу. Так, при низьких показниках температури матеріали звужуються, при високих температурах навпаки, розширюються. Не слід забувати про сейсмічному зміні земної кори, які відбуваються в різних куточках планети з різною періодичністю і інтенсивністю.

Принцип дії пристрою заснований на перешкоді передачі додаткових зусиль, що утворюються при звуженні/розширенні на конкретній ділянці. Компенсатор дозволяє захистити систему від деформацій, локалізувавши їх на певній ділянці.

Так само, слід враховувати той факт, що при зміні температури, розширення відбувається в горизонтальному і вертикальному напрямку. Зважаючи на цю особливість, дуже важливо коректно і надійно фіксувати ковзаючі і статичні ділянки трубопроводу.

Види деформації з якими стикається компенсатор:

• Стиснення і розтягування:

• Вигин:

• Зсув осі:

ТЕХНІЧНІ характеристики сильфонних компенсаторів

Для того, щоб застосувати той чи інший тип компенсатора, інженери повинні зробити необхідні розрахунки, вивести крісла трубопроводу. Основними даними для розрахунку є наступні параметри:

• Dn-умовний діаметр (прохід) компенсатора.
• Pn-лещат в трубопроводі.
• Характеристики робочого середовища – її тип, агрегатний стан, вибухонебезпечність, температура і швидкість руху, домішки.
• Характеристики навколишнього середовища-температура, сейсмічність.
• Компенсуюча здатність компенсатора-Числове значення, що вказується в міліметрах або градусах, в залежності від її типу (осьовий компенсатор, зсувний, кутовий і т.д.).
• Тип приєднання до трубопроводу-різьблення, патрубки, Фланці, матеріали виготовлення.
• Вимоги до конструкції-внутрішній екран (гільза), захисний або транспортувальний кожух, попереднє розтягнення/стиснення, задана Будівельна довжина.
• Ресурс-термін служби, кількість циклів роботи.
• Додаткові вимоги-Північне виконання, якщо прилаштую належити працювати в умовах холоду.

Застосування сильфонних компенсаторів

Пристрої застосовуються в наступних галузях:

• У нафто – і газодобувній галузі для транспортування.
• Опалення та водопостачання житлових і виробничих будівель.
• Хімічна, нафтохімічна, нафтопереробна галузі.
• Судно -, АВІА -, автомобіле -, моторобудування.
• Будівництво та експлуатація тепломереж.
• Військово-промисловий і авіакосмічний комплекс.
• Атомна промисловість.
• Житлово-комунальне господарство.

Способи монтажу сильфонних компенсаторів

Види сильфонних компенсаторів

Сильфонний компенсатор осьовий (КСВ)

Призначені для компенсації розширень, пов’язаних через різницю температур всередині і зовні трубопроводу. Компенсація навантаження відбувається за рахунок осьового руху сильфона, тобто сильфонний компенсатор стискається або розтягується в залежності від умов експлуатації. Застосовуються осьові компенсатори в трубопровідних системах не залежно від довжини магістралі в будь-якій галузі промисловості.

Мабуть, найпоширенішим і часто використовуваним компенсатором є його осьова різновид. Такі пристрої прості, надійні в роботі і не потребують обслуговування.

Широко застосовуються на трубопроводах насосних, водонагрівальних установок, теплових пунктів споживачів та інших споруд теплових мереж, електричних станцій, пристроїв і механізмів. Бувають односекційні і двосекційні.

Основні робочі характеристики осьових компенсаторів

• Діаметр умовний — 25 – 1200 мм.
• Робочий тиск – від вакууму до 63 бар.
• Температура робочого середовища – від -196 до + 550 ° С.
• Осьовий хід-до 80 мм односекційний компенсатор, і до 160 мм-двосекційний компенсатор.
• Робоче середовище-технічні рідини, пар, вода.

Переваги осьових сильфонних компенсаторів

• Конструкція осьового компенсатора максимально проста і ефективна.
• Пристрій здатний працювати при високому тиску, агресивними середовищами, з підвищеними або зниженими температурами.
• Термін служби до 20-30 років.

Недоліки осьових сильфонних компенсаторів

• Осьовий компенсатор відноситься до класу не ремонтованих виробів.

Сильфонний компенсатор кутовий (КСУ)

На відміну від осьових компенсаторів, які деформуються в довжину, тобто стискаються або розтягуються, кутові компенсатори допускають кутові зміщення. Іншими словами, кутові компенсатори здатні здійснювати кутовий поворот в одній або декількох площинах. Оснащені такі прилади шарнірами або карданами, під контролем яких і відбувається кутовий зсув.

Стандартний кутовий компенсатор поставляється з шарнірами або карданами, а також з будь-якими кінцевими з’єднаннями, будь то, патрубки під приварення, приварні або вільні Фланці, а також будь-які їх комбінації.

Дані компенсатори застосовуються на трубопроводах, які мають коліна в різних площинах. Дозволяють стабілізувати роботу всієї системи, усуваючи небезпечні деформації.

Основні робочі характеристики кутових компенсаторів

• Діаметр умовний (Ду, DN) — 25 – 1200 мм.
• Робочий тиск – від вакууму до 63 бар.
• Температура робочого середовища – від -196 до + 550 ° С.
• Поворот град. ( ° )- до 15 °.
• Робоче середовище-в складі теплотраси і для перекачування нафти, газу, також в хімічній промисловості.

Переваги кутових сильфонних компенсаторів

• Знижуються навантаження на всі нерухомі опори.
• Завдяки шарнірному елементу сильфон охороняється від скручування.

Недоліки кутових сильфонних компенсаторів

• Піддається ремонту.

Сильфонний компенсатор зсувний (КСС)

Даний тип компенсаторів використовуються для поглинання зсувних переміщень. Іншими словами, КСС сприймають і компенсують поперечні переміщення, зрушення по відношенню до власної осі і обмежені від осьового розтягування. У конструкцію зсувного компенсатора входять обмежувальні напрямні, такі, як тяги, троси, опорні Фланці, також можуть бути встановлені спеціальні захисні кожухи і напрямні внутрішні екрани. До трубопроводу зсувні компенсатори кріпляться за допомогою різних видів приєднувальної арматури, таких як, патрубки під приварення, приварні Фланці або будь-які ці комбінації.

У конструкції КСС є гофрована капсула, напрямна деталь і елементи кріплення. За допомогою напрямних шпильок координується поздовжнє зміщення.

Додатково зсувні компенсатори можуть оснащуватися:

• Захисними кожухами, що захищають сильфон від зовнішніх негативних впливів.
• Внутрішніми екранами( гільзами), що захищають сильфон з внутрішньої сторони від впливу агресивних середовищ.
• Обмежувачами ходу, в тих ситуаціях, коли неприпустимо занадто велике розтягнення.
• Робочі середовища для експлуатації зсувних компенсаторів: нафтопродукти, газ, пар, вода та ін випускаються в модифікації одне або двосекційними (один або два сильфона).

Основні робочі характеристики зсувних компенсаторів

• Умовний діаметр – від 20 до 2200мм.
• Робочий тиск – від вакууму до 170 бар.
• Температурний режим – від -250 ° C до + 950 ° C.
• Робоче середовище-пар, вода, нафта, газ, хімічна або Кріогенна середу, трансформаторне масло і ін.
• Зсув – до ± 50 мм.

Переваги зсувних сильфонних компенсаторів

• Служити для компенсації зсувних переміщень.

Недоліки зсувних сильфонних компенсаторів

• Зсувні компенсатори відносяться до класу не ремонтованих виробів.

Універсальний сильфонний компенсатор (КСУ)

Компенсатори діляться на багато видів. Але існують такі компенсатори, які частково виконують роль осьових, зсувних і кутових пристроїв. Крім перерахованих властивостей, універсальні компенсатори здатні гасити ще й вібрацію. Ці пристрої настільки невибагливі в роботі, що їх монтують на трубопровід, не приділяючи уваги місцю установки. Спосіб прокладки трубопроводу також не має значення.

Альо універсальність такого компенсатора може бути і вельми марною, адже якщо система підготовлена під спеціальний тип виробів, наприклад, осьової, то не має сенсу переплачувати за Універсальний компенсатор, який зазвичай коштує дорожче вузьконаправленого пристрою.

Основні робочі характеристики універсальних компенсаторів

• Умовний діаметр – від 15 до 4000 мм.
• Робочий тиск – від вакууму до 150 бар.
• Робоча температура-від-260 до 900 °C.
• Робоче середовище-вода, пара, газ, нафтопродукти, хімічні склади, трансформаторні масла і т. д.
• Зсув зсуву, розтягування і градус повороту залежить від моделі і виробника компенсатора.

Переваги універсального компенсатора

• Дозволяє об єднати відразу кілька компенсаторів в одному пристрої, чим може значно заощадити кошти.

Недоліки універсального компенсатора

• Як і всі інші типи компенсаторів, універсальний також не підлягає ремонту.

Стартовий сильфонний компенсатор (ССК)

ССК є різновидом сильфонних пристроїв, які застосовуються для нівелювання коливань, осьових зсувів в трубопровідній системі і компенсації виникає в ході експлуатації температурних перепадів. На відміну від звичайного осьового компенсатора, даний тип пристроїв не призначений для постійного використання і виконує функцію тільки після запуску трубопроводу. Стартовий компенсатор рекомендується використовувати в системах, які вводяться в експлуатацію з холодним і гарячим водопостачанням.

Так, після першого запуску трубопровідної системи, всередину вперше надходить гаряча Технічна рідина, пара, внаслідок чого труба нагрівається і розтягується. В цю годину спрацьовує стартовий компенсатор, який деформується, тим самим поглинаючи осьові деформації труби. Після того як робота трубопроводу стабілізувалася, тобто всі деформації відбулися, зовнішні сталеві оболонки компенсатора зварюються, тим самим з стартового сильфонного пристрою, ССК перетворюється в елемент труби, який вже не буде працювати з осьовими деформаціями.

Стартовий компенсатор складається з наступних елементів:

• Пластичного сильфона, виконаного з нержавіючої сталі приймає на себе основні навантаження.
• Товстостінного кожуха.
• Приварних патрубків, за допомогою яких компенсатор приєднується до трубопроводу.

Основні робочі характеристики стартового компенсатора

• Умовний діаметр – від 50 до 1000 мм.
• Робоче середовище-вода, пара, Нафта, газ.
• Робоча температура – до 250 ° C
• Робочий тиск – від 2,5 до 25 бар.
• Осьовий хід – до 170 мм.

Переваги стартового компенсатора

• Стартовий компенсатор дає можливість не використовувати інші більш дорогі компенсатори на етапі запуску трубопроводу.

Недоліки стартового компенсатора

• Одноразове застосування, тобто після пусконалагоджувальних робіт, корпус стартового компенсатора зварюється з елементами туби.

Розвантажений / нерозвантажений сильфонний компенсатор (КСР / КСН)

Розвантажений сильфонний компенсатор слугуватиме для зсувних і осьових переміщень. Для експлуатації подібних пристроїв відсутня потреба в нерухомих опорах. Ці пристрої підходять для компенсації різних видів деформації в різних трубопроводах. Так, вони використовуються в енергетичній, нафтогазовій та багатьох інших промислових сферах. Ефективність розвантажених компенсаторів проявляється там, де нерухомі опори не можна встановити.

Нерозвантажені модифікації не мають ніяких пристосувань для зниження розпірних зусиль, викликаних надмірним внутрішнім тиском. Вони приймають на себе навантаження від вібрацій, температурних деформацій і механічного впливу.

Основна відмінність розвантажених і нерозвантажених компенсаторів:

• Розвантажені сильфонні компенсатори призначені для компенсаційної роботи на відводі труб без передачі сил реакції від підвищеного або зниженого тиску на прилеглі фіксовані опори.
• Нерозвантажені сильфонні компенсатори, відповідно, дають навантаження на опори.

Основні робочі характеристики розвантажених компенсаторів

• Робочий тиск – до 100 бар.
• Робоча температура – від -260 до + 850 ° C.
• Компенсуюча здатність стиснення / розтягування – до 100 мм.
• Робоче середовище-вода, пар, газ, дим, нафтопродукти, агресивні середовища, продукти харчової промисловості та ін.середовища.

Основні робочі характеристики нерозвантажених компенсаторів

• Умовний діаметр – до 300 мм.
• Тиск – до 25 бар.
• Робоча температура – до 200 ° C.
• Робоче середовище-вода, пар, газ, дим, нафтопродукти, агресивні середовища, продукти харчової промисловості та ін.середовища.

Незважаючи на відмінності розвантажених і нерозвантажених компенсаторів, все ж вони мають ряд загальних переваг і недоліків.

Переваги розвантажених / нерозвантажених компенсаторів

• Відсутність потреби в складному обслуговуванні, додаткового захисту.

Недоліки розвантажених / нерозвантажених компенсаторів

• Не ремонтопридатні.

Сильфонний компенсатор для поліпропіленової труби

Коефіцієнт теплового розширення поліпропілену набагато менше, ніж у металу, але при довжині магістралі більше 10 метрів, розширення вже може бути небезпечним для трубопроводу. В результаті розширення змінюються геометричні розміри поліпропіленових труб, в таких ситуаціях навантаження на стінки перевищують граничні допустимі значення, в результаті цього відбувається руйнування трубопроводу.

Для запобігання подібних ситуацій, необхідний компенсатор для поліпропіленових труб, здатний нівелювати розширення трубопроводу.

Компенсатори для поліпропілену можуть бути наступних видів:

• П-подібні вставки. Простий і ефективний спосіб забезпечити захист трубопроводу за допомогою вставки зі звичайних поліпропіленових труб і куточків. Суть методу полягає в зборі конструкції, що нагадує букву «П». Монтується такий тип компенсатора на горизонтальний трубопровід. При нагріванні і розширенні горизонтальних труб смороду втискаються, не завдаючи шкоди цілісності всієї конструкції.
• Вставка “Петля”. Для пристрою трубопроводів великої довжини існує спеціальна вставка типу»петля”. Це готовий до використання елемент, виконаний у вигляді петлі. Монтується в систему за допомогою сполучних муфт. Принцип дії за типом пружини, тобто при розширенні трубопроводу петля стискається, при охолодженні розтискається. При цьому не порушується ні цілісність, ні пропускна здатність всієї системи.
• Компенсатор Козлова. Цей пристрій являє собою сильфон, який спеціально розроблений для установки в трубопроводі діаметром 20 і 25 мм.пристрій з обох сторін має вставки з поліпропілену. Усередині пристрою знаходиться алюмінієва гофра. Компенсатор здатний забезпечити деформацію основної труби до 25-63 мм.

Основні робочі характеристики компенсаторів для поліпропіленових труб

• Умовний діаметр — 20 — 40 мм.
• Робочий тиск до 16 бар.
• Робоча температура – до 115 ° C.
• Осьовий хід – до 65 мм.

Переваги компенсаторів для поліпропіленових труб

• Пристрій дозволяє уникнути пошкоджень трубопроводу.
• Компенсатор можна спаяти із залишків поліпропіленової труби.

Недоліки компенсаторів для поліпропіленових труб

• Багато компенсатори мають свій ресурс, по завершенню якого вимагають повної заміни.

Матеріал виготовлення сильфонних компенсаторів і фланців

Матеріал виготовлення сильфона

Вибір матеріалу для гофрованих обичайок (інша назва сильфона) сильфонних компенсаторів обумовлений областю їх застосування і технологічними вимогами.

Безшовні гофровані обичайки компенсаторів отримують формуванням, пов’язаною з глибокою витяжкою. Тому корозійностійкий матеріал для їх виготовлення повинен володіти низькою межею плинності і високою межею міцності. Такими властивостями володіють леговані сталі з високим вмістом нікелю, хрому і молібдену. Мабуть, найбільш поширеним матеріалом для виготовлення гофрованих обичайок сильфонних компенсаторів є хромонікелеві сталі 08Х18Н10Т і 12х18н10т.

Однак, застосування стали не завжди доцільно. Леговані сталі стійкі проти хлоридного і сірководневого розтріскування, тому їх не можна застосовувати для компенсаторів деяких трубопроводів. На цих трубопроводах встановлюються компенсатори, сильфони яких виготовлені зі сплаву Х20Н32Т або ХН78Т. Багатошарову гофровану обичайку сильфонного компенсатора, призначеного для сильно агресивних середовищ і високих температур, виготовляють з декількох марок сталі. Для кулі, що стикається з транспортується середовищем, вибирають корозійностійкий і жароміцний матеріал, а для інших шарів – звичайну сталь. Таке використання матеріалу дозволяє зменшити вартість компенсатора.

Матеріал виготовлення фланців

Залежно від матеріалу труби, виду компенсатора, фланці можуть бути виготовлені з легованих марок сталі 09Г2С і конструкційної сталі Ст3сп. Так як деякі Фланці неможливо зістикувати за допомогою зварювання, їх також виготовляють з сірого ковкого чавуну.

Термін служби сильфонних компенсаторів

Тривалість експлуатації компенсаторів залежить від багатьох умов:

• Інтенсивність роботи обичайки (сильфона).
• Виконання правил по монтажу пристрою.
• Вплив кліматичних і виробничих факторів.
• Співвісність ділянок, що об’єднуються.
• Наявність додаткових елементів, що роблять негативний вплив на компенсатор або навпаки, наявність захисних оболонок і кожухів, що збільшують термін служби.
• Дотримання правил зберігання і транспортування.

При правильному розрахунку компенсатора і не перевищенні максимально допустимих значень, сильфонний компенсатор здатний відслужити близько 5000 циклів. За один повний цикл вважається осьовий розтяг-стиснення компенсатора на повну довжину його робочого ходу.

Як правило, при розрахунку компенсаторів враховується ті, що компенсатор на 50 циклів повинен працювати від 1 до 5 років, компенсатор на 1000 циклів повинен працювати від 5 до 15 років, на 5000 циклів — до 25 років і більше. Знову ж таки, все залежить від перерахованих вище умов експлуатації.

Коректність установки компенсаторів перевіряється при пусконалагоджувальних роботах. Виявлені дефекти усуваються за місцем.