CEVOVODI
- Vrsta fluida ..... naftovodi i gasovodi. - Materijal cevovoda
Na izbor materijala uti ču: radni uslovi u kojima će cevovod biti eksploatisan, tj: Mehaničko opterećenje – naponi. Usled: pritiska fluida koji se transportuje; težine cevovoda, fluida, armature, izolacije; usled temperaturnih dilatacija. Radna temperatura - ponašanje materijala na razli čitim temperaturama. Hemijski sastav fluida koji se transportuju. Cena.
Čelik, liveno gvož đe, čelični liv; ..... izrada cevi: šavne, bešavne, livene. Č eli č ne eli č ne cevi – čelik je osnovni materijal za izradu cevi. Zbog ve će jačine materijala lakše su od livenih i jeftinije. Mogu biti vrlo duga čke i preko 16 m, što znatno smanjuje broj nastavaka. Koriste se za veliki broj razli čitih fluida i razli čite nominalne pritiske. Pre čnici su obično 4 do 3000 mm. Za uobi čajene čelike preporučene radne temperature su do 435 0 C. Za više temperature koriste se legirani čelici (Cr i Mo). Podložne su koroziji (neophodno koriš ćenje zaštitnih prevlaka).
Po tehnologiji dobijanja razlikuju se: Cevi sa uzdužnim sastavkom ili uzdužnim šavom: zakovane, zavarene, zalemljene ili presavijene pa stisnute (falcovane). Šav može biti i spiralno izra đen u odnosu na uzdužnu osu cevi. Šav može biti su čeoni (za manje radne pritiske) ili preklopni (kotlovske cevi) Cevi bez šava, koje mogu biti: valjane i vu čene. Vučene mogu biti i drugih pore čnih preseka, sem kružnog. Šavna cev s uzdužnim šavom nastaje su čeonim zavarivanjem hladno pripremljenih limova, traka, pomoću jednog od slede ćih načina zavarivanja: a) Elektrozavarivanje Podužni šav se može zavariti elektrootpornim zavarivanjem i elektroindukcijskim zavarivanjem bez dodatka stranog metala. Zavareni šav ovim metodama zavarivanja kod cevi kvaliteta iznad X - 42 mora biti termi čki obrađen posle zavarivanja uz minimalnu temperaturu od 5380C. Za kvalitet X - 42 i ispod toga zavareni šav se sli čno termički obrađuje ili se cev mora proizvesti na takav na čin da nikakav odtemperirani martenzit ne ostane. b) Zavarivanje uronjenim lukom Podužni šav se izra đuje automatski zavarivanjem uronjenim lukom. Pri tome najmanje jedan var mora biti na unutrašnjoj strani i najmanje jedan var na spoljnoj strani. c) Elektrolučno zavarivanje pod zaštitnim gasom
54
Podužni var se izra đuje kontinualnim postupkom elektrolu čnog zavarivanja pod zaštitnim gasom. Mora biti najmanje jedan var na unutrašnjoj strani i najmanje jedan var na spoljnoj strani cevi. Ovim postupkom zavarivanja spajanje krajeva cevi se ostvaruje zagrevanjem pomoću luka izme đu elektrode i površine cevi, elektoroda se topi i obavlja popunjavanje prostora kojim se ostvaruje spajanje krajeva cevi. U podru č je električnog luka se dovodi zaštitni gas, tako da je elektri čni luk izolovan od spoljne atmosfere. Ovaj postupak se zove MIG (metal inert gas) kada se upotrebljava neutralan gas kao zaštitni gas, npr. argon, a ako se upotrebljava aktivni gas, na primer CO 2, onda se postupak naziva MAG (metal activ gas). Zaštitni gas štiti zavarni metal od oksidacije ili od zaga đenja okolne atmosfere. d) Zavarivanje kombinacijom zavarivanja pod zaštitom gasa (MIG) i zavarivanja uronjenim lukom Kod ovog postupka zavarivanja podužni šav se izvodi prvo postupkom zavarivanja pod zaštitom gasa, a potom sledi zavarivanje postupkom uronjenog luka. Spiralno zavarene cevi imaju spiralno izveden šav, pomo ću automatskog zavarivanja uronjenim lukom. Mora da postoji najmanje jedan var na unutrašnjoj strani i najmanje jedan var na spoljnoj strani. Postoje cevi koje su proizvedene postupkom kod koga se podužni šav izvodi kova čkim zavarivanjem. Kod ovih cevi, krajevi lima, trake, pre spajanja se zagrevaju do temperature zavarivanja, a potom se mehani čki pritiskom postiže spajanje krajeva. Ovim postupkom se proizvode cevi samo za GRAD-A-25. Cevi koje podležu ovoj specifikaciji, izuzev kova čko zavarenih, se isporu čuju u neekspandiranom stegnutom ili hladnoekspandiranom stanju, sem ako kupac traži druga čije. U tablici je prikazan proces proizvodnje cevi prema kvalitetu cevi. čelika
Kvalitet
Proces proizvodnje 1. Bešavne cevi 2. Kovački zavarene cevi 3. Podužno zavarene cevi sa eleketričnim zavarivanjem 4. Podužno zavarene cevi sa uronjenim lukom 5. Podužno zavarene cevi MIG postupkom 6. Podužno zavarene cevi kombinovanim zavarivanjem 7. Spiralno zavarene cevi 8. Cevi sa dva podužna šava
A - 25
AiB
x x x
x x x x x x
X - 42 do X - 80 x x x x x x x
Čelik od koga se proizvode cevi je čelik dobijen iz Simens Martenovih pe ći i elektri čnih peći, Besemerov ili bazičnooksidiran čelik. Cevi od livenog gvož đ a – otpornije su na koroziju od čeličnih, mogu da izdrže pritiske do 16
bar-a, u slučaju većih pritisaka koristi se čelični liv. Obi čno se izrađuju sa obodom i sa naglavkom. Najčešće se koristi SL 14, mogu da izdrže pritiske do 160 bar-a. Livenjem u pesku se rade od 40 do 1200 mm, a centrifugalnim livenjem 80 do 500 mm. maksimalne dužine su 4 pa čak i 5 m, za najve će prečnike. 55
Podužni var se izra đuje kontinualnim postupkom elektrolu čnog zavarivanja pod zaštitnim gasom. Mora biti najmanje jedan var na unutrašnjoj strani i najmanje jedan var na spoljnoj strani cevi. Ovim postupkom zavarivanja spajanje krajeva cevi se ostvaruje zagrevanjem pomoću luka izme đu elektrode i površine cevi, elektoroda se topi i obavlja popunjavanje prostora kojim se ostvaruje spajanje krajeva cevi. U podru č je električnog luka se dovodi zaštitni gas, tako da je elektri čni luk izolovan od spoljne atmosfere. Ovaj postupak se zove MIG (metal inert gas) kada se upotrebljava neutralan gas kao zaštitni gas, npr. argon, a ako se upotrebljava aktivni gas, na primer CO 2, onda se postupak naziva MAG (metal activ gas). Zaštitni gas štiti zavarni metal od oksidacije ili od zaga đenja okolne atmosfere. d) Zavarivanje kombinacijom zavarivanja pod zaštitom gasa (MIG) i zavarivanja uronjenim lukom Kod ovog postupka zavarivanja podužni šav se izvodi prvo postupkom zavarivanja pod zaštitom gasa, a potom sledi zavarivanje postupkom uronjenog luka. Spiralno zavarene cevi imaju spiralno izveden šav, pomo ću automatskog zavarivanja uronjenim lukom. Mora da postoji najmanje jedan var na unutrašnjoj strani i najmanje jedan var na spoljnoj strani. Postoje cevi koje su proizvedene postupkom kod koga se podužni šav izvodi kova čkim zavarivanjem. Kod ovih cevi, krajevi lima, trake, pre spajanja se zagrevaju do temperature zavarivanja, a potom se mehani čki pritiskom postiže spajanje krajeva. Ovim postupkom se proizvode cevi samo za GRAD-A-25. Cevi koje podležu ovoj specifikaciji, izuzev kova čko zavarenih, se isporu čuju u neekspandiranom stegnutom ili hladnoekspandiranom stanju, sem ako kupac traži druga čije. U tablici je prikazan proces proizvodnje cevi prema kvalitetu cevi. čelika
Kvalitet
Proces proizvodnje 1. Bešavne cevi 2. Kovački zavarene cevi 3. Podužno zavarene cevi sa eleketričnim zavarivanjem 4. Podužno zavarene cevi sa uronjenim lukom 5. Podužno zavarene cevi MIG postupkom 6. Podužno zavarene cevi kombinovanim zavarivanjem 7. Spiralno zavarene cevi 8. Cevi sa dva podužna šava
A - 25
AiB
x x x
x x x x x x
X - 42 do X - 80 x x x x x x x
Čelik od koga se proizvode cevi je čelik dobijen iz Simens Martenovih pe ći i elektri čnih peći, Besemerov ili bazičnooksidiran čelik. Cevi od livenog gvož đ a – otpornije su na koroziju od čeličnih, mogu da izdrže pritiske do 16
bar-a, u slučaju većih pritisaka koristi se čelični liv. Obi čno se izrađuju sa obodom i sa naglavkom. Najčešće se koristi SL 14, mogu da izdrže pritiske do 160 bar-a. Livenjem u pesku se rade od 40 do 1200 mm, a centrifugalnim livenjem 80 do 500 mm. maksimalne dužine su 4 pa čak i 5 m, za najve će prečnike. 55
Cevi od: mesinga, bakra, olova, aluminijuma, titana.
čnih nih masa, gume Cevi od plasti č
Kod transporta gasa koriste se isklju čivo čelične cevi za pritiske preko 4 bara i polietilenske za niže pritiske. Polietilenske cevi mogu da se koriste na temperaturama od -65 do 80 o C. Zatezna čvrstoća polietilena je izme đu 12 i 35 MPa, u zavisnosti od tipa polietilena, a izduženje može preći i 150 % (pa čak i do 1000 %). Gustina je ok 0,9 kg/dm 3. Polietilen se dobro mehanički obrađuje i zavaruje, sklon je puzanju i sakupljanju stati čkog elektriciteta. Postojan je i prema kiselinama i alkalijama i dosta je providan. Cevi od keramike, stakla... NASTAVLJANJE I OBLIKOVANJE CEVI
Cevne instalacije pored cevi poseduju i elemente koji služe za oblikovanje cevovoda i instalacije. Promena pravca u cevovodima se postižu ugradnjom lukova, izdvajanje usputnih vodova iz glavnog cevovoda se postiže ugradnjom T komada koji mogu biti pravi i redukovani. Promena prečnika cevovoda se izvodi ugradnjom koncentri čnih ili ekscentričnih reducira. Ugradnja manjih izvoda na nekom cevovodu se postiže preko zavarnih komada (weldolet). Zatvaranje krajeva cevi se obavlja zavarnim kapama. Svi ovi elementi su poznati pod zajedničkim nazivom fitinzi. Fitinzima se spajaju cevi istog ili razli čitog materijala pri čemu se u izboru fitinga odnosno specifikaciji za nabavku moraju dati kvaliteti materijala cevi koje se spajaju kao i njihove osnovne dimenzije. Materijali koji se koriste za proizvodnju fitinga moraju biti kompatabilni u pogledu otpornosti i zavarljivosti sa cevima u koje se ugra đuju. Posebnu grupu cevnih elemenata čine prirubnice. Na narednim slikama su prikazane vrste prirubnica koje se koriste u cevnim instalacijama. Prirubnice se proizvode prema standardima koji su klasifikovali ove proizvode prema pritisku. Livene cevi se često nastavljaju prirubnicama sa grlom:
56
Pored prirubnica sa grlom koje je izliveno izjedna sa cevi, koriste se i druge vrste prirubnica koje mogu biti zavarene za cev, ili spojene na neki drugi na čin.
Standard ASA B 16.5, čelične kovane prirubnice definiše na slede ći način:
57
Između dve prirubnice stavljaju se zaptiva či. Primena zaptiva ča od gume ili kartona pogodna je za pritiske do 25 bara i temperature do 40 o C, a za složenije radne uslove koriste se metalno-azbestni zaptiva či, teflonski i drugi.
58
Vodeća upuštena površina omogućava korišćenje nominalno slabijih zaptiva ča i pri znatno složenijim radnim uslovima (do 200 bara i 400 o C)
Nastavljanje cevi može da se ostvari i pomo ću naglavka. U zazor f se nabija kudelja natopljena katranom, pa se ova zaptivna masa zalije olovom. Kao zaptivna masa može da se koristi i gumeni prsten, tada je pokretljivost cevi nešto ve ća. Ovako spajanje livenih cevi se koristi za radne pritiske do 16 bara.
Čelične cevi manjih pre čnika često se nastavljaju pomo ću navojnih parova. Zaptivanje se može ostvariti pomo ću koničnog navoja ili umetanjem kudelje ili PVC trake u cilindri čni navoj.
Konstrukcijska rešenja koja se koriste u konstrukcijama predvi đenim za brzo i sigurno sastavljanje, baziraju se isto na navojnom spoju dve cevi. Prikazana su rešenja sa dve konične površine (gornja slika, pozicije 1. i 2.) i sa so čivastim zaptivačem (donja slika, pozicija 4). Prsteni 3 i 1 se izra đuju od od legiranog čelika sa Cr, Mo i V, Rm = 800 MPa 59
Zaptivač se izrađuje od legiranog čelika sa Cr, Rm = 750 MPa. Ovi materijali omogu ćavaju primenu na temperaturama od – 40 do 300 o C.
Konstrukcija nastavka gumenog creva.
Nastavljanje cevi zavarivanjem.
Cevi od plastičnih masa mogu da se nastavljaju lepljenjem i zavarivanjem. Cevi ve ći prečnika mogu da se nastavljaju su čeonim zavrivanjem, a za manje pre čnika je potrebna spojnica koja može i da se lepi za cev. 60
Anker prirubnica predstavlja prirubnicu koja se postavlja na po četku i na kraju cevovoda. Njihova uloga je da apsorbuju odre đena dilataciona kretanja cevovoda i da se kretanje ne prenosi na deo cevovoda na površini. Na izlazu cevovoda iz zemlje ugra đuje se izolaciona prirubnica. Njen je zadatak da elektroizoluje deo cevovoda koji se štiti katodno, koji je ukopan i koji se nalazi pod zaštitnim potencijalom, od dela koji se nalazi na površini. Izolacione prirubnice služe za izolaciju jedne sekcije cevovoda od druge. Izolacione prirubnice imaju priklju čke koji mogu biti sa navojem ili sa krajevima za zavarivanje. Izolacione prirubnice se naj češće zavaruju za cevovod. Izme đu prirubnica je postavljena električna izolacija u obliku izoliraju ćeg obruča, a izoliraju ći cilindri ostvaruju kontakt preko zavrtnja. Standardi definišu posebne zahteve prema izolacionom materijalu. Na slici je dat prikaz izolacione prirubnice.
Na mestima granjanja ili promene pravca koriste se oblikovani nastavci.
61
Dimenzije i materijal šavnih (JUS C.B5.240) i bešavnih cevi (JUS C.B5.221) čeličnih cevi
62
63
Osnovni zahtevi u pogledu kvaliteta proizvodnje cevi prema standardu API - 5L (1988) -
Hemijska svojstva i ispitivanja
Sastav za različite kvalitete cevi utvr đen na osnovu analize uzorka uzetog kašikom treba da odgovara hemijskim zahtevima datim u tabeli 6.3. Sastav srednjih kvaliteta-grad (nivo 64
otpornosti veći od X-42) treba da odgovara zahtevima dogovorenim izme đu kupca i proizvođača, i ujedno treba da je u skladu sa zahtevima specificiranim u tabeli 6.3 za cevi. Pored toga, elementi i njihovo procentualno u češće specificirano u tabeli 6.3 kolone 7, 8, 9 i drugi elementi mogu biti dodati u bilo koju kategoriju, u bilo koji kvalitet (grad) X-42 ili ve ći, uz saglasnost između proizvođača i kupca. Dodavanje ovih ina če poželjenih elemenata može promeniti zavarljivost cevi i zato se mora voditi ra čuna prilikom određivanja količine koja se može dodati kod konkretne dimenzije i debljine zida. Analizu uzorka gotovih cevi obavlja proizvo đač na uzorcima uzetim iz dve cevi iz svakog (lota) kontigenta. Rezultati analize se stavljaju na raspolaganje kupcu. Koli čina koja se određuje kao kontigent gotovih cevi sa kojih se uzimaju dve cevi radi uzorkovanja je definisana u zavisnosti od kvaliteta i pre čnika cevi. Hemijske analize se izvode jednom od uobi čajenih metoda za određivanje hemijskog sastava, kao što su spektroskopija, X- zracima, apsorpcija atoma, tehnika sagorevanja. - Mehanička svojstva i ispitivanja Mehanička svojstva kvaliteta grada A-25, A, B, X–42, X-46, X-52 , X-56, X-60, X-65, X-70 i X80 moraju odgovarati zahtevima u pogledu naprezanja na istezanje specificiranim u tabeli 6.4. Međukvaliteti, me đugradi treba da imaju naprezanje na istezanje prema dogovoru izme đu kupca i proizvođača, s tim da zahtevi u čvrstoći odgovaraju zahtevima datim u tabeli 2-6. Za hladno ekspandirane cevi odnos izme đu granice elastičnosti i čvrstoće na istezanje svake ispitane cevi ne sme pre ći 0,85, osim za grad X-65 sa debljinom zida cevi iznad 0,375 i za kvalitete veće od X-65 za sve debljine zida cevi odnos ne sme pre ći 0,90 izuzev X-80 gde ne sme preći 0,93. Granica elasti čnosti treba da bude naprezanje na istezanje potrebno da se dobije ukupno izduženje od 0,5% od dužine merenja utvr đene pomoću ekstenzometra.
65
Zahtevi u pogledu naprezanja na istezanje 1 Grad
2
2500 30000 35000 42000 46000 52000 56000 60000 65000 70000 80000
4
Čvrstoća na
Granica elastičnosti Psi
A - 25 A B X - 42 X - 46 X - 52 X - 56 X - 60 X - 65 X - 70 X - 80
3 istezanje
min MPa 172 207 241 289 317 358 386 413 448 482 551
min MPa 310 331 413 413 434 455 489 517 530 565 620
5 Min. izduženje
max MPa % od 50,8 -
-
827
-
Minimalno izduženje na 50,8mm treba da se utvrdi pomo ću jednačine: e =1942,57 A / U
gde su: minimalno izduženje na 50,8mm u procentima zaokruženo na 0,5%. presek uzorka uzetog na ispitivanje čvrstoće na istezanje u mm 2 baziranna spoljnjem prečniku i debljini zida zaokruženim na 6,5 mm 2. U specifična čvrstoća na istezanje, MPa
e A
U oblasti mehani čkih ispitivanja, ovim standardom (specifikacijom), je definisano ispitivanje uzoraka uzetih sa cevi na istezanje, ispitivanje na istezanje uzdužnih uzoraka, ispitivanje na istezanje poprečnog uzorka, ispitivanje na istezanje šava, ispitivanje na spljoštavanja i ispitivanje na savijanje. 66
- Hidrostatička ispitivanja
Svaka cev mora izdržati bez curenja, hidrostati čka fabrička ispitivanja izvedena najmanje do specificiranog pritiska ispitivanja poznatog kao "ispitni pritisak". Pritisak ispitivanja za sve besšavne cevi prečnika 457,2mm (18”) i manje ne sme trajati manje od 5 sekundi. Ispitni pritisak za šavne cevi pre čnika 508mm (20") i ve će ne sme trajati manje od 10 sekundi. Minimalni pritisak ispitivanja treba da bude standardni pritisak ispitivanja ili alternativni pritisak ispitivanja kao što je dato u slede ćoj tablici ili neki srednji ili ve ći pritisak prema želji proizvođača ukoliko nije to ograni čeno od kupca, ili ve ći pritisak prema dogovoru izme đu proizvođača i kupca. Tablica Procenat od specificirane minimalne granice elasti čnosti Grad
Procenat od specificirane minimalne granice elastičnosti
Spoljni prečnik
A - 25 A B X - 42
59/16" 23/8” i veći 23/8” i veći 59/16” i manji
do X - 80
65/8” i 85/8" 103/4” do 18" 20” i veći
93,66mm 60,32mm 60,32mm 242,88mm 168,27mm i 203,82 273mm do 457,2mm 508mm i veći
60 60 60 60
75 75 75
75
-
85
-
90
-
Ispitni pritisci koji se primenjuju u fabrici su izra čunati pomoću formule: P = 2000 S t / D
gde su:
fabrički hidrostatički ispitni pritisak u kPa, naprezanje u MPa koje je odre đeno za različite dimenzije kao odre đeni procenat minimalne granice elasti čnosti kao što to pokazuje tabela 6.5 t specificirana debljina zida u mm D specificirani spoljni pre čnik u mm P S
-
Dimenzije težine i dužine
Cevi moraju biti isporu čene sa spoljnim pre čnikom, debljinom zida i težinama. Spoljni prečnik mora biti u granicama tolerancija specificiranih u datoj tablici. Unutrašnji prečnik je određen spoljnim pre čnikom i tolerancijama za težinu. Cevi kvaliteta X - 42 i ve ćeg, sa međuprečnicima u odnosu na pre čnike date u Prilogu 1 su raspoložive u veli činama spoljnjeg prečnika od 508mm (20") i ve ćim po dogovoru kupca i proizvo đača. Takva cev mora odgovarati svim zahtevima ove specifikacije i moraju biti odgovaraju će označene. Svaka dužina cevi treba da bude izmerena da se utvrdi da li odgovara zahtevima u vezi s debljinom zida. Debljina zida na bilo kom mestu mora biti unutar tolerancija datih u tabeli 6.6 osim za zavarene cevi, kod kojih zavareno podru č je nije ograničeno plus tolerancijama. Merenje debljine zida cevi treba da se izvode mehani čkim kaliperom ili pravilno kalibrisanim 67
uređajem za nedestruktivnu kontrolu odgovaraju će ta čnosti. U slučaju odstupanja obaviće se merenja sa mehaničkim kaliperom. Svaka cev 242,88mm (5 9/16") spoljnjeg prečnika i većeg prečnika mora se posebno izvagati i treba utvrditi vagonsku težinu. Cevi spoljnjeg pre čnika 114,3mm (41/2") i manje mogu se po želji proizvođača vagati pojedina čno ili u posebnim buntovima i treba utvrditi vagonsku težinu. Kao vagonska težina smatra se težina od minimum 8144kg. Ako se drukčije ne ugovori između kupca i proizvođača, cevi moraju biti isporu čene u dužinama datim u tablici, kako je specificirano u narudžbi za kupovinu. Dužine moraju biti unutar tolerancija specificiranih u tablici. Tablica – Tolerancija dužina Najkraća dužina u celokupnoj isporuci
Najkraća Najkraća dužina dužina u 95% 90% celokupne celokupne isporuke isporuke
Minimalna prosečna dužina celokupne isporuke
Cevi sa navojem i spojnicama jedna dužina dupla dužina
4,88m 6,71m
5,49m -
-
10,67m
-
8,0m
5,33m 10,67m
-
75% od dogovorene prosečne dužine
-
Cevi sa ravnim krajevima jedna dužina dupla dužina ako su prethodno dogovorene dužine iznad 6,1m
2,74m 4,27m 40% od dogovorene prosečne dužine
Cevi manje od 114,3mm (4 1/2") spoljnjeg prečnika u kvalitetima grad A - 25, A i B moraju biti razumno prave. Sve druge cevi moraju biti proverene na pravolinijalnost i odstupanje od prave linije ne sme preći 0,2% od dužine. Merenje se može izvesti nategnutom žicom, uzduž cevi učvršćenom na dva kraja, pri čemu se meri najve će odstupanje. Debljina zida cevi se odre đuje preko jednačine: t =
P ⋅ D ⋅ S
20 ⋅ f ⋅ V ⋅ T
gde su: t P D S f V T
debljina zida cevi u mm, pritisak u Pa spoljni prečnik cevi u mm, faktor sigurnosti granica elastičnosti, MPa, faktor zavarenog šava za sve cevi po API -5LX je 1,0 faktor temperature koji ima vrednost T = 1 za temperature do 1200C
68
PRIRUBNICE
Čelična prirubnica sa grlom za zavarivanje, za nominalni pritisak 40 bara, JUS M.B6.165
69
Čelična ravna prirubnica za nominalne pritiske do 16 bara, JUS M. B6.182
70
Lukovi dugog radijusa od 45 °, 90° i 180°
Za izračunavanje luka od 45 0 treba težina luka od 90 0 podeliti sa 2, a težinu luka od 180 0 treba množiti težinu.
Lukovi dugog radijusa od 45 °, 90° i 180° Lukovi kratkog radijusa od 90 ° i 180°
Za izračunavanje približne težine luka 180 0 treba izvršiti množenje gornjih vrednosti sa 2.
71
Lukovi kratkog radijusa od 90 ° i 180° T-komadi
Kape
72
73
-
PRORAČUN CEVOVODA
Proračun cevovoda obuhvata: potreban prečnik cevi, debljina zida cevi - usvajanje standardne cevi, gubici u cevovodu i pritisak na odre đenim mestima u cevovodu. Da bi se prora č unao cevovod potrebno je poznavati fizi č ka svojstva fluida, pritisak i temperaturu na odre đ enim mestima, materijalni i energetski bilans strujanja, režim strujanja i e karakteristike strujanja kroz cevovod. specifi čn Gustina
ρ, kg/m3
Viskoznost (Dinamička) viskoznost η, Pa s; Kinematska viskoznost ν , m2/s Stanje fluida: temperatura i pritisak Režim strujanja, Laminarno i turbulentno strujanje, Rejnoldsov broj: Re.
Bilans strujanja, Jedna čina kontinuiteta:, Bernulijeva jedna čina → pad pritiska: Koeficijent trenja (hidrauli čki otpor) λ : Relativna hrapavost cevi: ε , Veličina apsolutne hrapavosti (visine neravnina) k (mm): Lokalni otpori ξ : Koeficijenti lokalnog otpora za razne delove cevovoda
74
75
76
77
78
79
Proračun cevi:
1. proračunavanje unutrašnjeg prečnika cevi na osnovu potrebnog Q. 2. proračunavanje debljine zida cevi na osnovu vrste matertijala, pre čnika i pritiska u cevi.
δ =
p ⋅ d ⋅ S F
2 ⋅ ϕ ⋅ Rp 0.2
+ C 1 + C 2
Vrednosti stepena sigurnosti S F - Za cevi sa atestom, za miran protok fluida bez udara: ─║─ sa udarima: Za cevi bez atesta, za protok fluida bez udara: ─║─ sa udarima:
S F = 1,6 S F = 1,7 S F = 1,8 S F = 2,0
Poslednja jednačina se još koriguje na slede ći način: najpre se veličina R p0.2 (za čelik = 240 MPa) množi sa koeficijentom slabljenja cevi φ koji iznosi: φ=1 za cevi bez šava, φ = 0,9 za cevi obostrano zavarene, žarene i ispitane, φ = 0,8 za cevi obostrano zavarene ili jednostrano zavarene na podmetaču, φ = 0,7 za cevi uzduž jednostrano zavarene, φ = 0,57 – 0,63 za zakovane cevi, sa jednim redom zakivka. -
na debljinu zida δ dodaju se još: C 1 ≅ 0,0005 m - dodatak zbog netačnosti izrade, odn. tolerancija u proizvodnji. C 2 ≅ 0,001 - 0,0015 m - dodatak zbog korozije i trošenja cevi tokom eksploatacije. -
Konačno, debljina zida cevi se dobija kao:
80
3. ZADATAK za projekat: Izračunati i usvojiti pre čnik cevovoda (naftovoda) sa slede će ulazne podatke: -
Visinska razlika izme đu početka i kraja cevovoda: Dužina cevovoda: Potreban protok: Srednja brzina: Koeficijent otpora strujanju fluida u cevi: Broj ventila, kolena, zasuna:
Odrediti stepen sigurnosti zida cevi i nacrtati prirubnicu za nastavljenje cevi.
81
Cevni
ventili,
zasuni,
zatvarači
slavine,
priklopci
Slika 2.1. Cevni zatvarači
VENTILI Ventili predstavljaju najšire koriš ćeni i najraznovrsniji tip cevnih zatvara ča. Njihova glavna primena je u regulisanju protoka te čnih i gasovitih fluida, u slu čajevima čestih otvaranja i zatvaranja Zaustavljanje ili pokretanje struje se postiže pomeranjem vretena sa pe čurkom ka sedištu odnosno od sedišta. Sedište ventila može biti paralelno sa tokom fluida u telu ventila, a može biti i pod uglom od 90°, kao što pokazuje jedna od slika 2.4. Oni poseduju dobra zaptivna svojstva, me đutim, zbog svoje složene konstrukcije su obi čno skuplji od drugih cevnih zatvarača (zapornih elemenata), te se retko upotrebljavaju kod cevovoda pre čnika većih od 38 mm (u grani čnim slučajevima i do 80 mm) i pritiske do 16 bar-a (u grani čnim slučajevima i do 40 bar). Nedostatak ime je i osetljivost na nečistoće fluida i veliki veliki koeficijent lokalnog otpora kretanju fluida ξ. Najčešću primenu nalaze u gasovodima niskog pritiska, naro čito u gasnim sistemima za doma ćinstva. Tu se oni instaliraju u cevovodima koji snadbevaju više mera ča gasa, ispred mera ča gasa i ispred svakog potroša čkog aparata.
82
Standardni ravni ventil
Ventil sa navojnim priključcima
Odbojni ventil sa oprugom (jednosmerni – sigurnosni)
Ugaoni ventil
Ventil sa zaptivnom membranom i gumiranim telom
Ventil sa nepromenjenim tokom fluida
83
Slika 2.4 Shema ventila
Lokalni otpor
Koeficijent lokalnog otpora kretanju fluida ξ zavisi od intenziteta promene smera kretanja fluida, tj. od konstrukcije ventila.
Slika 2.6. Veličine koeficijenta lokalnog otpora ξ za različite konstrukcije ventila pri potpuno otvorenom ventilu Hod tanjirića
Hod tanjirića ventila se odre đuje iz uslova da površina slobodnog prolaza kroz telo ventila pre čnika d 1 bude jednaka površini omota ča cilindra prečnika d 1i visine h za ravno zaptivno telo – tanjiri ć.
h
π ⋅ d 1 4
2
= π ⋅ d 1 ⋅ h ⇒ h =
d 1
4
d 1
Kod koničnog oblika tanjiri ć hodom h treba obezbediti da koni čni deo bude potpuno iznad sedišta, pa se uzima:
84
h
h=
d 1
4
+ (10...20 mm)
d 1
Veličina koeficijenta ξ zavisi i od visine h (odnos h/d 1). Koeficijent lokalnog otpora delimično otvorenog ventila u meri h/d 1 50 t n e j i c i f e o k
40 30 20 10 0 0.06
0.1
0.15
0.2
0.25
h/d 1
ravni tanjirić
konič ni tanjirić
Slika 2.7.
Sila u vretenu
Aksijalna sila u vretenu koja treba da savlada otpore koje pruža: pritisak fluida na tanjiri ć, trenje na kontaktu vretena i zaptivača, navrtke i trenja na kontaktu vretena i tanjiri ća.
Biće razmotren slu čaj zatvaranja ventila, kod koga fluid deluje ispod tanjiri ća.
85
Slika 2.8. Shema ventila za prora čun sala na vretenu (a) i detalj konstrukcije vretenasa tanjiri ćem (b)
Na početku zatvaranja, kada je ventil dovoljno otvoren, deluje sila trenja vretena o zaptiva č i navrtku F µ i sila pritiska fluida na vreteno F f = p · d v2 · π / 4. Zatvaranjem tanjiri ć prekriva prolaz, usled čega opada pritisak iznad tanjirića i povećava se pad pritiska. Pad pritiska je najve ći kada je ventil zatvoren (nema pritiska iznad tanjiri ća) i jednak je radnom pritisku pr . Fluid u tom slu čaju pritiskuje tanjirić silom F r = pr · d n2 · π / 4 . Pre čnik d n , predstavlja srednji pre čnik površine datog naleganja.
Kada deluje sila F r , sila F f je jednaka nuli. Sila trenja F µ zavisi i od konstrukcije vretena, uvek je u smeru suprotnom od kretanja vretena.
Maksimalna sila kojom se ventil zatvara F z = pd · d n· π · b. Širina prstenaste površine b, Dozvoljeni pritisak na kontaktu materijala tanjiri ća i sedišta pd .
Najveća sila F v , kojom treba aksijalno optereti vreteno pri zatvaranju:
F v = F r + F z + F µ · sin α
-
α - ugao uspona zavojnice (komponenta - F µ · sin α - deluje u pravcu ose vretena)
Specifični površinski pritisak ps se uspostavlja na dodirnim površinama sedišta i tanjiri ća kada se ventil zatvara pri dejstvu pritiska fluida. U drugim uslovima, na primer kada se ventil zatvara bez prisustva fluida ili kada je pritisak manji od najve ćeg radnog pritiska, na dodirnim površinama će se uspostaviti neki drugi površinski pritisak pk , čija veličina zavisi od elstičnih karakteristika materijala. Odnos površinskog pritiska ps i pk može da se analizira n aslede ći način:
86
Slika 2.9. Shema elasti čnih deformacija na sedištu i tanjiri ću ventila.
ZASUNI Zasun predstavlja cevni zatvarač koji pokretanjem elementa za zatvaranje upravno na smer strujanja obavlja pokretanje ili zaustavljanje strujanja fluida u cevovodu. Glavni delovi zasuna, slika 2.1, su ru čno kolo-1, vreteno-2, zaptivni uložak-3, zaptivka vretena-4, poklopac ku ćišta-5, zavrtanj za spajanje poklopca ku ćišta sa telom kućišta-6, telo-7, elemenat za zatvaranje-8 i sedište-9. Vrste zasuna
Zasuni se mogu podeliti prema obliku elementa za zatvaranje (zaptivnog tela) na: -
Zasun sa klinastim elementom za zatvaranje (slika 2.1), ima vo đice za klin po kojima se vrši njegovo kretanje. Klin je spojen sa vretenom. Nedostatak ovog zasuna je što pri dužem zatvorenom položaju zasuna, naro čito ako su više temperature može do ći do zaglavljivanja klina u sedištu.
-
Zasun sa diskom, gde se elemenat za zatvaranje sastoji od dva diska koso postavljena, koji pod dejstvom vretena naležu na dva paralelna sedišta. Šematski položaj diska za vreme otvaranja i zatvaranja zasuna je prikazan na slici 2.2. Ova vrsta zasuna omogu ćuje bolje zaptivanje u odnosu na zasune sa klinom. Ona traži i manju potrebnu snagu za zatvaranje i otvaranje. Kod ovog tipa je manje i ošte ćenje sedišta nego kod prvog.
87
Slika 2.1 Zasun sa elementom za zatvaranje u obliku klina
Slika 2.2 Šematski prikaz položaja diska za vreme otvaranja i zatvaranja zasuna
U odnosu na sedište zasuna postoje: - Zasuni sa stabilnim sedištem, - Zasuni sa plivajućim sedištem. Sedište u ovom tipu zasuna je sposobno za aksijalno pomeranje. Zaptivanje se postiže pomoću ''O prstena'' i pomeranja sedišta oprugom. Razlika pritiska koja se stvara kod zatvaranja, dovodi do pojave sile koja poboljšava zaptivanje. Primena zasuna
Primena zasuna je zastupljena uglavnom na onim mestima gde elemenat za zatvaranje ima samo otvoren ili samo zatvoren položaj. U eksploataciji zasuni moraju imati kompletno otvoren ili zatvoren položaj, jer postojanje isturenog elementa za zatvaranje u struji fluida izaziva promenu toka fluida, vrtloženje, vibracije i ošte ćenje ivice elementa za zatvaranje. Ovo je i razlog da se zasuni uopšteno ne koriste za namenu prigušivanja i u uslovima gde se održavaju ekstremne protočne brzine i tamo gde se zahteva često i brzo zatvaranje i otvaranje. Zasuni se mogu koristiti za ugradnju gde je izvesna mogu ćnosti isključenja pojedinih delova cevovodner mreže u svrhe popravke cevovoda, i sl. Zasuni se izrađuju za nazivne prečnke od 50 do 200 mm. Upravljanje zasunima manjih dimenzija je uglavnom ručno, a za ve će se koristi obično električni pogon sa reduktorom, ili hidrauli čki, pneumatski. Da bi se smanjili gabariti zasuna, često se umesto vretena koje se okre će i aksijalno pomera element za zaptivanje (pozicija 8 na slici 2.1 i pozicije 3 na slikama 2.2 i 2.3.), vreteno samo okre će a navrtka koja je spregnuta sa njim i zaptivnim elementom se aksijalno pomera. U tom smislu razlikuju se : - zasuni sa pokretnim vretenom - zasuni sa stabilnim vretenom. Primenu u naftnoj i gasnoj industriji su našli zasuni pre čnika do 1000 mm i za uslove radnih pritisaka do 60 bara. Proizvodnja zasuna inače podleže standardima, me đu kojima je najzastupljeniji u naftnoj i gasnoj industriji API-6D.
88
Slika 2.3 Konstrukcija zasuna manjih dimenzija sa ravnim elementoom za zaptivanje
Slika 2.4. Zasun velikih dimenzija, sa reduktorom i motornim pogonom (11)
89
Lokalni otpor kod zasuna
Koeficijent lokalnog otpora ξ kod zasuna je mali u pore đenju sa ventilima. Kre će se od 0,1 do 1,5. Na čelno zavisi od suženja poprečnog preseka (slika 2.5).
Slika 2.5. Koeficijent lokalnog otpora za suženja (isprekidana linija predstavlja ukopan prsten koji služi kao vo đica elementa za zaptivanje – od koga ne zavisi ξ)
SLAVINE - ČEPNE I LOPTASTE, LEPTIR VENTILI Zajedničke karakteristike slavina su: brz proces otvaranja, zakretanje klju ča za 90o, potrebna velika sila otvaranja (trenje na zaptivnom telu), neprikladnost za podešavanje protoka, mali koeficijent lokalnog otpora (0,4 – 1).
90
Slika 2.6 Konstrukcija slavine Čepna slavina predstavlja usavršenu verziju slavine koja se primenjuje ve ć nekoliko hiljada godina.
Čepna slavina se sastoji iz tela i čepa. Konični ili cilindrični čep poseduje otvor i njegovim dovo đenjem u osu cevi omogu ćuje se početak strujanja fluida, odnosno pokretanjem za 90 ° sprečava se strujanje fluida. U otvorenom položaju čepne slavine, zbog oblika elementa za zatvaranje- čepa, ne mogu da obezbede pun otvor voda. Tipi čan izgled jedne čepne slavine je dat na slici 2.7.
Slika 2.7 Šema čepne slavine U odnosu na dimenzije priključka (prema API-standard 599-1970), razlikuju se čepne slavine sa kratkim, regularnim i venturijevim priključcima, kao i slavine sa čepom sa punim i suženim otvorom u odnosu na oblik prolaza. Druga važna podela je podela čepnih slavina na podmazujuće i nepodmazujuće. - Nepodmazujuće čepne slavine su snadbevene čepom sa specijalno obrađenom površinom (putem nanošenja tvrdog metala ili temperaturnom obradom) radi spre čavanja habanja između tela i čepa. Nepodmazujuća čepna slavina može imati obloženu površinu čepa ili unutrašnjost tela mekšim materijalom (plastična masa). Nedostatak čepnih slavina sa mekim sedištem je ograni čenje njihove primene u određenim temperaturnim podru č jima.
91
- Podmazujuće čepne slavine su snadbevene sistemom za ubrizgavanje podmazivog sredstva radi smanjenja trenja između tela i površine čepa. Ove slavine imaju kanale kroz koje se ubrizgava podmazujuće sredstvo. Podmazivanjem se obezbe đuje zaptivnost čepne slavine i njen rad bez poteškoća. Jedna od karakteristika čepnih slavina je što one mogu biti izvedene sa čepom sa više otvora.Tako jedna čepna slavina može ekonomično zameniti nekoliko slavina sa jednim otvorom, čime se postižu i odre đene uštede u cevima i fitinzima. Loptaste slavine: su počele da dobijaju popularnost početkom šezdesetih godina u naftnoj i gasnoj industriji. One predstavljaju modifikaciju čepnih slavina. Umesto čepa, polirana lopta sa otvorom se rotira za 90 ° radi pokretanja ili
zaustavljanja strujanja fluida. One imaju odre đenu prednost obzirom na gabarit, manje su od zasuna, obezbe đuju dobru zaptivnost i manje su osetljive na prisustvo čvrstih čestica u fluidu. One se inače karakterišu veoma malim otporom, koji pružaju prilikom strujanja fluida.
Slika 2.8. Loptasta slavina Dva glavna tipa loptastih slavina su slavine sa punim otvorom i slavine sa suženim otvorom. Tip slavine sa punim otvorom je vrlo popularan zbog skoro nula otpora fluidu i pogodnosti održavanja cevovoda, kod primene čistača, u koji se oni ugrađuju. Slavine sa suženim otvorom imaju manji gabarit a i cenu. Neznatno ve ći pad pritiska, u odnosu na pun otvor može biti zanemaren u mnogim primenama, naro čito u gasovodima. Me đutim, tip slavine sa suženim otvorom se ne može preporu čiti za fluide sa visokom brzinom i za fluide sa velikim sadržajem čvrstih čestica. Druga značajna klasifikacija loptastih slavina je na slavine sa: - Loptaste slavine sa plivajućom loptom su projektovane da loptu drže dva sedišta za loptu, smeštena u telo slavine, jedno na ulaznoj strani a drugo na izlaznoj strani. Mehanizam zaptivanja je da ulazni 92
pritisak potiskuje loptu koja pritiska sedište na izlaznoj strani i prekida-zatvara protok fluida. Habanje sedišta i ve ća torzija za pokretanje može se smatrati kao nedostatak ovog tipa slavine. Ponekad je sedište na ulaznoj strani prethodno prenapregnuto radi obezbe đenja zaptivanja i na ulaznoj strani. Ovo čini da se postiže duplo zaptivanje i mogu ćnost ispuštanja pritiska u šupljini tela slavine bez uticaja na ulazni i izlazni pritisak. Radi smanjenja poteškoća vezanih za sedišta, sedišta se obi čno izvode od kvalitetnih plastičnih materijala ili se izvode tako da su lako zamenljiva. Tip slavine sa plivaju ćom loptom se primenjuje kod cevovoda manjih dimenzija ili u cevovodima sa malim pritiscima. - Loptaste slavine sa fiksiranom loptom su izvedene tako što je lopta montirana na dve osovinice smeštene u telu slavine na vrhu i na dnu. Njihov mehanizam zaptivanja je da opruga sedišta i ulazni pritisak pritiskuju sedište lopte na loptu radi zaustavljanja protoka. Ova konstrukcija omogu ćuje zaptivanje sa obe strane i ispuštanje suvišnog pritiska iz šupljine tela slavine. Slika 2.9 prikazuje šemu slavine sa plivajućom loptom, tj. sa loptom koja može da se aksijalno pomera pomo ću razlike pritisaka (između ulaznog i izlaznog pritiska) ka sedištu slavine. Ovo je dato na šemi "a". Šeme na slici 2.9. "b" i "c" prikazuju slavinu sa fiksnom loptom i način potiskivanja zaptivnog prstena ka lopti.
Slika 2.9. Tipovi loptastih slavina Loptaste slavine su, u mnogim konstrukcijama, snadbevene plasti čnim zaptivnim materijalima za sedišta lopte, zaptivke vretena i dr. Ovo postavlja pitanje vatrootpornosti, odnosno zaptivnosti slavine posle izlaganja vatri, u uslovima požara, jer visoke temperature mogu dovesti do dekompozicije ili dezintegracije materijala. Jedno rešenje je, za takve uslove primena loptaste slavine koja ima kontakt metal na metal. Standard API-607-1977 daje uslove ispitivanja loptastih slavina sa mekim zaptivnim sedištem koje treba da budu vatrootporne. Loptaste slavine se generalno ne preporu čuju za svrhe prigušivanja. Kada se primenjuju u delimi čno otvorenom položaju povećana brzina strujanja može oštetiti sedište lopte. Posebno se projektuju loptaste slavine i posebni materijali za sedišta kada se razmatra primena slavine za prigušivanje. Kod malih pre čnika, sedišta lopte su često dovoljno kruta i odupiru se visokim brzinama strujanja fluida. To je i razlog zašto se manje loptaste slavine mogu primeniti za uslove prigušivanja.
93
Dobra zaptivnost, kao i brzina zatvaranja i otvaranja čepnih i loptastih slavina učinili su ih veoma primenljivim u gasnoj industriji. One su našle primenu i za grubu regulaciju (regulaciju ve ćih količina) protoka. Za regulaciju protoka one se mogu regulisati ru čno ili pomoću motora. Regulacija pomoću motora upotrebljava se pri automatskoj regulaciji u svrhu dispečerskog regulisanja količine protoka prema potrošnji u pojedinim delovima distributivnog sistema.
Leptir ventil predstavlja veoma jednostavan cevni zatvarač. Element za zatvaranje je u obliku diska,
pokretanjem za 90 O dolazi do zatvaranja protoka.
čijim
Zadovoljavajuću nepropusnost ovaj zatvara č postiže zahvaljujući zaptivnom materijalu od sintetičkog kaučuka.
Slika 2.10. Leptirasti ventil Obzirom na osetljivost zaptivnog materijala ovaj tip ventila je opremljen sa prirubni čkim spojem čime se omogućava brza i laka zamena.
Leptir ventil nalazi najve ću primenu u sklopu zaobilaznog voda gde se uglavnom i koristi za ru čno prigušivanje protoka. Njegova primena je uglavnom ograni čena na područ je nižih pritisaka. Danas se maksimalni radni pritisci za ovu vrstu zatvara ča kreću do 25 bara.
PRIKLOPCI, KLAPNE Priklopci se retko sreću , najviše zbog nepouzdanosti zaptivanja, koriste se za pre čnike do 1 m i pritiske do 10 bar. Osnovna konstrukci priklopca omogu ćava podešavanje protoka.
94
Slika 2.11. Konstrukcija priklopca sa el.pogonom i mehanizmom za otvaranje i zatvaranje Protivpovratna klapna predstavlja zatvara č kojim se onemogućuje strujanje u neželjenom smeru. Kretanje struje u neželjenom smeru dovodi do spuštanja klapne i do prekida strujanja. Klapna može biti optere ćena preko poluge nekim tegom.
Slika 2.12. Protiv-povratna klapna Primena ovog zatvarača je vezana za vodove u kojima se o čekuje promena smera strujanja.
95
Slika 2.13. Protivpovratni ventil sa klipom
Slika 2.14. Protivpovratni ventil sa kuglom
Slika 2.15 Protivpovratni ventil sa oprugom (podizni)
Slika 2.16. Protivpovratna klapna sa krilcima
IZBOR CEVNOG ZATVARA ČA Cevni zatvarači koji se koriste u transportu i distribuciji prirodnog gasa moraju da zadovolje odre đene uslove. Među njima, je svakako na prvom mestu, nepropustljivost. Jedan cevni zatvara č mora da prekine sav protok fluida sa ulazne strane ka izlaznoj strani, bez ikakvog propuštanja u okolinu cevovoda. Uzrok eventualnog propuštanja je: • •
Nesavršenosti naleganja organa za zatvaranje na sedište. Nesavršenost naleganja se često događa usled naprezanja na istezanje koje poti če od cevovoda i odražava se na telo zatvarača Prisustvu nečistoća, prašine, naslaga i dr. na delovima koji se dovode u kontakt u toku zatvaranja.
Kvalitet fluida koji se transportuje i pritisak rada imaju veliki uticaj na izbor, ne samo na konstruktivan materijal različitih delova cevnog zatvarača već i na koncepciju sklopa cevnog zatvara ča. U većini slučajeva treba izbegavati gubitke pritiska kod proticanja kroz cevni zatvara č, pri čemu zatvarači sa punim otvorom imaju prednost nad ostalim (koeficijenti lokalnog otpora ξ ). Cevni zatvarači treba da budu laki za održavanje (podmazivanje, odstranjivanje naslaga i dr.) i da su podesni za laku i brzu manipulacuju. Neki tipovi cevnih zatvara ča ne zahtevaju ništa u pogledu održavanja osim periodi čnog podmazivanja.
96
SIGURNOSNI ELEMENTIURE ĐAJI ZA ISPUŠTANJE SUVIŠNOG PRITISKA ¤ Jedan od prvih načina zaštite od prekomernog pritiska bila je primena “U“ cevi. Visina stuba te čnosti i njena
gustina određuje dozvoljeni pritisak u instalaciji. Pojava ve ćeg pritiska izaziva izbacivanje tečnosti iz “U“ cevi i izlaska gasa u atmosferu. Slika 2.17 pokazuje “U“ cev na jednom vodu koji štiti od prekomerno-g pritiska.
Slika 2.17 Sistem zaštite pomo ću ”U” cevi Ovaj način zaštite je jednostavan ali ima ozbiljnih nedostataka vezanih za karakteristike te čnosti koja se primenjuje. Primena vode kao te čnosti znači problem isparavanja i zamrzavanja dok je kod primene ulja, problem zapaljivosti a opšti nedostatak im je što kod pojave prekomerno-g pritiska dolazi do izbacivanja te čnosti.
često se koristi naziv izduvni ventil) predstavlja najprepoznatljiviji sigurnosni element. U cevovodu mu je uloga da spre či porast pritiska iznad dozvoljene vrednosti, na taj na čin što se deo fluida propušta i na taj na čin se pritisak snižava. Postoje konstrukcije sa tegom i sa oprugom. ¤ Sigurnosni ventil (kod gasnih sistema
c
.
d.
Slika 2.17. Sigurnosni ventil sa tegom Telo 1, sedište 2, tanjiri ć 3, potiskivač 4, vođica 5, poklopac 6, nosa č poluge 7, graničnik 8, zaptivač 9, potiskivač 10, elastični prsten 11, poluga 12, nosa č tega 13, teg 14, zavrtnji 15, zavrtanj 16, navrtka 17.
97
Jedan od prvih ure đaja kojim se mogao podešavati dozvoljeni nivo pritiska i koji se sam automatski zatvara posle izduvavanja usled suvišnog pritiska prikazan je na slici 2.17. To je tip sigurnosnog ventila sa tegom kod koga optere ćeni tanjirić naleže na sedište mlaznice. Suvišan pritisak ispod tanjiri ća podiže tanjirić i tegove i pri tome se omogu ćava ispuštanje gasa u atmosferu. Optere ćenje tanjirića se može izvesti tegom čija se pozicija može podešavati njegovim pomeranjem na poluzi na kojoj se nalazi.
Ventil sa tegom (slika 2.17. d) se koristi u sistemima gde je pritisak mali, dok se ventil sa tegom na poluzi (slika 2.17. c) koristi u sistemima srednjeg pritiska. Prednosti izduvnih ventila sa tegom su: mala cena, pojednostavljen rad, mogu ćnost podešavanja za rad na malim pritiscima. Nedostaci ovog tipa ventila su: pritisak na koji se podešavaju je pod uticajem izlaznog pritiska i što se ispuštanje u atmosferu s punim kapacitetom ostvaruje kod ve ćih nadpritisaka, što su osetljiviji na promene ulaznog pritiska što može da dovede do zveckanja i lupanja ventila. Veći broj tipova izduvnih ventila primenjuje oprugu kao elemenat optere ćenja. Ona je ekonomičnija i pogodnija za podešavanje te je zato i našla ve ću primenu. Na slici 2.17 a. prikazan je presek izduvnog ventila sa oprugom sa šematskim prikazom rada sigurnosnog ventila sa oprugom (slika 2.17 c, 2.17 d., peč urka = tanjiri ć) . Kod prve konfiguracije izduvnog ventila na slici 2.17 c., komora u kojoj se nalazi opruga ima komunikaciju sa atmosferom. Kod ove konfiguracije pritisak u izlaznom vodu ventila deluje na snižavanje pritiska podešavanja–pritiska na kome po činje otvaranje ventila i ispuštanje gasa. Kod druge konfiguracije na slici 2.17 d. gde je komora sa oprugom u komunikaciji sa pritiskom u izlaznom vodu iz izduvnog ventila, izlazni pritisak, P 2, deluje na povećanje pritiska podešavanja, pritiska na kome se otvara ventil. Ovakav uticaj sledi pošto je gornja površina tanjiri ća na koju deluje pritisak P 2 veća od donje površine tanjirića na koju deluje isti pritisak. Na slici 2.17.b. prikazan je jedan tip spoljnog izduvnog ventila. Ovaj tip ima optere ćenje oprugom, a membrana zatvara mlaznice. Kod pojave suvišnog pritiska dolazi do podizanja membrane sa mlaznice i isticanja gasa kroz mlaznicu. Pojava uticaja izlaznog pritiska na pritisak otvaranja izduvnog ventila je vezana za primere gde se više izduvnih ventila povezuje na zajednički izlazni vod. U takvom primeru propuštanje jednog ventila stvara odre đeni pritisak u izlaznom vodu što ima odraza na rad drugih ventila spojenih na ovaj vod. Prednosti izduvnih ventila sa oprugom su slede će: mala cena, jednostavan rad, lako podešavanje, koristi se u širem opsegu pritisaka. Nedostaci ovog tipa ventiila su: propuštanje ventila u uslovima kada je pritisak u štićenom vodu (ili sudu pod pritiskom) blizu pritisaka podešenosti, pritisak podešenosti je pod uticajem izlaznog pritiska, potreban je ve ći nadpritisak za postizanje punog kapaciteta isticanja, osetljivost na promene ulaznog pritiska što može da dovede do zveckanja i lupanja ventila.
98
a. b.
telo 1, sedište 2, tanjiri ć 3, vođica 4, oslonac 5, lopta 6, potiskiva č 7, osigurač 8, držač opruge 9, opruga 10, oslonac opruge 11, zaptivač 12, poklopac 13, zavrtanj 14, navrtka 15, grani čni zavrtanj 16, kontranavrtka 17, navrtka za prinudno otvaranje 18, osigurač 19, podizač (služi za proveru funkcionisanja ventila) 20, zglob podizača 21, poluga podizača 22, nosač 23, osovinica 24, rascepka 25, zavrtanj za u čvršćivanje nosača 26
99
c .
d .
Slika 2.17. Sigurnosni ventil sa oprugom
⇒
Za sigurnosni ventil sa tegom, odredjuje se sila F o potrebna da bi tanjiri ć ostao na sedištu. F o = k · po · An -
k – koeficijent preoptere ćenja ventila,
za dobro obrađene površine sedišta i tanjiri ća k = 1,01 ... 1,05 -
2
An = d n · π / 4 , d n – srednji pre čnik naleganja tanjirića
Sila F o može da se odredi i na osnovu jedna čine ravnoteže, prema slici 2.17., na osnovu težina poluge Gp, i težine tega Gt ⇒
F o · l 1 = Gp · l 2 + Gt · l 3
Kada pritisak fluida preraste pritisak po, silu F o čine sila pritiska fluida F r otvaranju F u. ⇒
2
F o = F r + F u = (ϕ · ∆ p · An) + (β ·
v s ⋅ An ⋅ γ
2⋅ g
)
100
i sila udara struje
fluida pri
-
- razlika pritiska ispred i iza tanjiri ća, zavisi od visine podizanja i radnog pritiska p promenljiv. Može da se odredi na osnovu poznate jedna čine ∆ p
koji
je
2
∆ p = p − (1 + ξ 1 + ξ 2 ) ⋅
v ⋅ γ
2⋅ g
,
– koeficijent lokalnih otpora pre sedišta i ξ2 posle sedišta. v s - brzina u otvoru pre čnika d s (slika 2.17); ra čunas e na osnovu jedna čine kontinuiteta prema A otvoru pre čnika d 1 (slika 2.17); v s = v ⋅ 1 As ϕ - koeficijent pada pritiska zbog brzine i geometrije sedišta β - koeficijent koji uzima u obzir otpor proticanju zbog oblika tanjiri ća i njegovog izdizanja iznad sedišta ξ1
-
-
Za ventile malog hoda može se približno uzeti ϕ = β = 1.
Kod sigurnosnog ventila sa oprugom karakteristi čno je podešavanje sile u opruzi koja odre đuje pritisak pri kome se podiže tanjiri ć. ⇒
Ravnoteža sila kod ovog ventila menja se u toku otvaranja, jer se sila u opruzi menja sa visinom otvaranja h: F o + c · h = F r + F u , gde je c krutost opruge.
Na osnovu poslednje dve jedna čine za F o može da se odredi brzina v kao i odgovarajući protok kroz ventil.
¤ Na slici 2.18 prikazan je izduvni ventil sa pilotom (pilot, amplifikator, poja čivač, ima za ulogu fino
porešavanje pritiska, u čiće se kasnije u 3. delu detaljnije) . Kod ovog tipa izduvnog ventila koristi se ulazni pritisak za zatvaranje glavnog ventila a pilot za aktiviranje, otvaranje ventila. Ulazni pritisak se prenosi posebnim instrumentalnim vodom preko pilota na gornju stranu tanjiri ća glavnog ventila i drži glavni ventil u zatvorenom položaju jer je površina gornjeg dela tanjiri ća veća za oko 25% od površine donjeg dela tanjiri ća koja pokriva grlo mlaznice, na koju deluje tako đe ulazni pritisak. Što je ulazni pritisak bliži pritisku podešenosti (pritisku aktiviranja izduvnog ventila) to je ve ća sila zatvaranja čime je eliminisano ”zveckanje” ventila koji se doga đa kod ventila sa oprugom kad je ulazni pritisak blizu pritisku podešenosti odnosno aktiviranja. Kada ulazni pritisak dostigne pritisak podešenosti dolazi do aktiviranja pilota, čime se blokira dovod ulaznog pritiska iznad tanjiri ća glavnog ventila i oslobađa – ispušta pritisak u delu iznad tanjiri ća glavnog ventila što omogućuje podizanje tanjirića t.j. otvaranje glavnog ventila. Izduvni ventil sa pilotom ima prednost što omogu ćuje rad blizu pritiska podešenosti bez ”zveckanja” ventila i što nema uticaja ulazni pritisak na funkcionisanje ventila. Izduvni ventil, me đutim, ne može da funkcioniše kada pilot otkaže, što je osnovni nedostatak.. Ukoliko do đe do pojave hidrata i čvrstih čestica u instrumentalnom vodu od glavnog izduvnog ventila do pilota onda to može dovesti da se glavni ventil ne aktivira na pritisku podešenosti već na pritisku koji je za 25% ve ći od pritiska zarobljenog iznad tanjiri ća ventila. Radi ovoga, izduvni ventil sa pilotom se koristi sa velikom pažnjom kod gasa sa prisustvom primesa čvrstih čestica, odnosno kod gasa sa nečistoćama. 101
Slika 2.18 Izduvni ventil sa pilotom Nedostatak izduvnog ventila sa pilotom je i taj, da ako u šti ćenom vodu, ili sudu, nema pritiska onda izlazni pritisak može da dovede do otvaranja glavnog ventila. Ovo bi se moglo dogoditi ako bi šti ćeni vod, ili sud, bio zatvoren i rastere ćen od pritiska na primer radi održavanja, i kada je izlaz ventila povezan na zajedni čki vod i ako bi došlo do aktiviranja nekog drugog izduvnog ventila i time došlo do pove ćanja pritiska u izlaznom zajedničkom vodu. Na slici 2.19 prikazan je aksijalni izduvni ventil sa pilotom. Pojava prekomernog pritiska u šti ćenom vodu, na ulazu u izduvni ventil, dovodi do aktiviranja pilota čime dolazi do smanjenja pritiska u kontrolnoj komori glavnog ventila.
Izduvni ventil se otvara pošto se smanji kontrolni pritisak na gumenoj čarapi – naglavku. Pritisak u vodu širi čarapu na ulaznom kavezu i pomera je sa izlaznog kaveza čime otvara ventil. Kad se pritisak u štićenom vodu vrati na normalu, pritisak opruge zatvara pilot ventil, omogu ćavajući da se pritisak iz voda ispušta kroz restrikror. Pritisak narasta u kontrolnoj komori i zatvara ventil. Prednosti i nedostaci izduvnog aksijalnog ventila sa pilotom su iste kao i kod izduvnog ventila sa pilotom.
102
Slika 2.19 Aksijalni izduvni ventil
Izduvni ventili mogu biti izvedeni i u okviru samog regulatora pri čemu se dobija ušteda u prostoru. Oni, takozvani, unutrašnji izduvni ventili mogu biti dimenzionisani za delimi čno ispuštanje ili za potpuno. Primena izduvnog ventila za delimi čno ispuštanje je uglavnom kombinovana sa drugim uređajima (radi postizanja potrebne sigurnosti instalacije), kao što su blok ventili kojim se postiže kompletno zatvaranje. Izduvni ventil za potpuno ispuštanje je dimenzionisan tako da kod potpunog otvaranja može da ispusti celu koli činu gasa koju regulator može da isporu či. Kapacitet ovih izduvnih ventila treba odre đivati uz primenu proizvo đačkih podataka odnosno tabela.
URE ĐAJI KOJI OGRANI ČAVAJU PORAST PRITISKA PUTEM PRIGUŠIVANJA PROTOKA Monitor regulator-podrazumeva instalaciju dva regulatora u seriji kao sistem zaštite od prekomerno-g pritiska. Jedan je radni regulator a drugi je monitor–nadzorni regulator. Oba regulatora prate pritisak u vodu iz regulatora. Nadzorni regulator je otvoren i nije u funkciji sve dok radni regulator ne ispadne iz rada i dok se ne pojavi određeni nadpritisak u izlaznom vodu kada se on aktivira. Nadzorni regulator može biti postavljen ispred i iza radnog regulatora. Aranžman sa nadzornim regulatorom ispred radnog regulatora ima prednost što se nadzorni regulator postavlja pre redukcije pritiska radi čega je gas topliji čime se dobija na zašiti od mržnjenja. Tako đe, mirniji je rad, sa manje buke, jer je manja turbulencija u regulatoru. Prednost aranžmana sa postavljanjem nadzornog regulatora iza radnog regulatora je što radni regulator štiti nadzorni regulator od stranih materija i za čepljenja i u slučajevima pojave nadpritiska hidraulički udar bi bio mnogo manje jačine u odnosu na aranžman sa nadzornim regulatorom ispred radnog regulatora. 103
Na slici 2.20 prikazan je sistem zatvaranja pomo ću serijskih monitor sistema – pri čemu dva regulatora imaju zajednički ventil.
Slika 2.20 Sistem zaštite pomo ću serijskih regulatora monitor sistem-koji imaju zajedni čki ventil
URE ĐAJI ZA OBUSTAVLJANJE PROTOKA Treći metod zaštite je primena blokadnih ventila. Ovi ventili su obi čno opterećeni oprugom koja reaguje momentalno na povećanje pritiska. Na slici 2.21 prikazan je jedan tip ventila za automatsko zatvaranje–blok ventil. Ventil poseduje u gornjem delu ku ćište gde je smeštena membrana koja sa donje strane prima dejstvo ulaznog pritiska a sa gornje strane dejstvo sile opruge.
Na slici 2.22 je prikazan jedan tip blok ventila sa dve membrane i dve opruge, princip rada ovog ventila je isti kao ventila prikazanog na slici 2.21.
Slika 2.21. Princip aktiviranja blok ventila
Slika 2.22. Ventil za automatsko zatvaranje
Ova membrana drži preko odre đenog mehanizma element zatvaranja u otvorenom položaju. Kada se pojavi porast pritiska iznad odre đene vrednosti, iznad pritiska podešenosti, dolazi do pomeranja membrane na više a time do oslobađanja elementa za zatvaranje koji pod dejstvom posebne opruge naleže na sedište a ja če njegovo naleganje izaziva i stuja gasa i time dolazi do prekida protoka gasa. 104
Automatski ventili za zatvaranje protoka mogu biti upravljani ili unutrašnjim pritiskom ili spoljnim pritiskom dovedenim iz udaljenog izvora posebnim vodom. Ventili za automatsko zatvaranje se obi čno koriste na instalacijama fabrika, bolnica, škola i javnih zgrada.
ELEMENTI ZA REDUKCIJU PRITISKA Na slici 2.23. prikazano je karakteristi čno rešenje reducir ventila koji umanjuje pritisak u odnosu 1:4, s tim da reducirani pritisak bude 0,5 – 3,5 bar (za pritiske do 16 bara koristi se umesto gumene odgovaraju ća jača membrana).
Pomeranje membrane (5) usled dejstva reduciranog pritiska reguliše položaj tanjiri ća (4) u odnoosu na sedište (26), a time i veli činu reduciranog pritiska.
Slika 2.23. Reducir ventil
105
poklopac sa navojem 1, donji nosa č membrane 2, opruga 3, tanjiri ć membrane 4, membrana 5, plo čica 6, navrtka 7, gornj nosa č 8, zavrtanj 9, navrtka 10, zavarena prirubnica 11, telo ventila 12, zavrtanj 13 i 14, navrtka 15 i 16, zaptiva č 17 i 18, vo đica 19, nosač vođice 20, klizna šipka tanjiri ća 21, umetak 22, osigura č 23, navrtka 24, šipka membrane 25, sedište 26, poklopac 27, zaptiva č 28, zavrtanj 29, navrtka 30, navojni čep 31, zaptivač 32.
ELEMENTI ZA KOMPENZACIJU DILATACIJA Veličina izduženja za velike čelične cevi može se uzeti oko 1.1 mm za svaki metar dužine i svakih 100 o C razlika temperatura, a za bakarne 1,8 mm.
Kompenzaciona cev
Kompenzacione cevi u obliku lire
106
Dilataciona kutija telo sa osloncem 1, nepomerljiv nosa č pomerljivog priključka 2, zaptiva č od azbesta natopljen grafitom (u obliku prstena) 3, zatvara č 4, zavrtanj i navrtka 5,6.
Talasasta cev (obratiti pažnju na unutrašnju cev koja štiti od pojave turbulencije fluida) Slika 2.24. Konstrukcijska rešenja elemenata za kompenzaciju cevovoda
ELEMENTI ZA ODVAJANJE KONDENZATA I ISPUŠTANJE VAZDUHA Kada je u telu (1) kondenzat, zvono (8) pada usled sopstvene težine i osloba đa otvor pomeraju ći kuglicu (14) sa sedišta (15). Para pritiskom podiže zvono i zatvara prolaz. U gornjem delu je predvi đen mali otvor za izlaz pare iz zvona kada je potiskuje kondenzat. Zvono je sa donje strane otvoreno.
107
Slika 2.25. Odvajač kondezata sa zvonom telo 1, otvor za navojni čep 2 za ispuštanje taloga, poklopac 3, zaptiva č 4, zavrtanj 5, navrtka 6, čep 7, zvono 8, držač 9, navrtka 10, osovinica 11, poluga 12, nosa č kuglice 13, kuglica 14, sedište 15, navrtka 16. Za ispuštanje vazduha iz instalacije sa te čnošću često se koriste i oduške, koje se obi čno aktiviraju ručno (po potrebi) a mogu da se naprave i mehanizovani sistemi gde se aktiviranje obavlja kontinualno.
OSLONCI I NOSAČI CEVOVODA Za oslanjanje cevovoda koriste se : Kruti oslonci cevovoda i Pomerljivi oslonci cevovoda (cev se oslanja preko valjčića i sl.) Pritezanje cevi za oslonac pri tome može da se izvede pomo ću navojnih parova ili putem zavarivanja. Ako je cevovod izveden pod nagibom primenjuju se elasti čni nosači koji omogućavaju dilataciju u više ravni.
108
Slika 2.26. Nosač za elastično vešanje cevovoda gornja poluga 1, viljuška 2, zavrtanj 3, navrtka 4, spojni zavrtanj 5, navrtka 6, oslonac opruge 7, opruga 8, donja poluga 9, obujmica 10, zavrtnji 11, navrtka 12.
FILTERI, primena kod prirodnog gasa Filteri predstavljaju uređaje koji služe za izdvajanje čvrstih čestica iz prirodnog gasa. Oni se ugra đuju sa ciljem obezbeđenja normalnog, bezbednog i ekonomičnog funkcionisanja ugrađene opreme. Prema načinu rada razlikuju se mokri i suvi filteri. - Mokri filteri rade na principu gravitacionog izdvajanja čvrstih čestica iz gasa prilikom prolaska gasa kroz te čnost. Čvrste čestice se zadržavaju u te čnosti zbog bolje kvašljivosti i ve ćeg otpora pri prolasku i one sedimentiraju na dno dok očišćeni gas ide dalje. Kao te čnost najčešće se primenjuje ulje. Na slici 2.27 prikazan je mokri filter koji koristi ulje kao te čnost. Struja nečistog ulaznog gasa prolazi kroz ulje, gde se odmah jedan deo krupnih čestica izdvaja. Zauljene sitnije čestice koje gas nosi sa sobom u gornji deo filtera, stvaraju veće skupine i odvajaju se u ekstraktoru, odakle padaju kroz drenažnu cev u donji deo filtera. Čistoća gasa se može postići ispod 5 µm. Uljni filteri se ugrađuju tamo gde nije potreban veliki kapacitet protoka. - Suvi filteri rade na principu filtriranja gasa ili na principu ciklona. Na slici 2.28 je prikazan suvi filter koji radi na principu ciklona. Nečisti gas se usmerava kroz ciklon, u kome se izdvajaju čvrste čestice pod dejstvom centrifugalne sile i padaju u donji deo filtera koji je odvojen od glavne struje gasa. Broj ugra đenih ciklona zavisi od kapaciteta 109
ciklona. Ova vrsta filtera upotrebljava se kod ve ćih protoka kao što je slu čaj na glavnim mernimregulacionim stanicama
Slika 2.27 Mokri filter s uljnom kupkom
Slika 2.28 Suvi filter sa ciklonom
- Gas se može filtrirati pomo ću raznih materijala. Najčešće se kao filter upotrebljava filc debljine od 3 mm. Filc kao filter odlično odstranjuje čvrste čestice tako da se postiže čistoća gasa ispod 2µ. Preporu čuje se da protok kroz filter bude u granicama od 160 dm 3/h do 230dm3/h na cm2 površine filtera. U tom slu čaju se može očekivati da će 99,5% nečistoća biti odstranjeno. Filteri sa filcom moraju biti tako izvedeni da se filc može lako izvaditi i o čistiti.
Slika 2.29 Suvi filter sa filcom Na slici 2.29 šematski je prikazan filter sa uloškom od filca. Filc je navu čen preko perforirane metalne cevi tako da se struja gasa usmerava kroz filc u metalnu cev iz koje čist ide dalje u dalji proces. Umesto filca mogu se upotrebljavati i drugi prikladni materijali kao filter. Filteri s vunenim filcom se primenjuju za manje protoke i kao takvi se koriste uglavnom u distribuciji gasa.
110
-
PRORAČUN PRIRUBNICA
Spoj dve prirubnice ostvaruje se pritezanjem zavrtnja. Preko zavrtnja u prirubni čki spoj se uvode sva radna opterećenja, sila pritiska fluida u cevi ili sudu, sila pritiska fluida u prostoru zaptivača, sila usled pritezanja (reakcije) zaptiva ča, kao i druge sile koje mogu nastati u cevovodu i sl. Prirubnice se na čelno usvajaju prema radnom pritisku i pre čniku cevi. U telu prirubnice vlada složeno naponsko stanje, a nominalni naponi mogu da se provere u kriti čnim presecima.
Slika Prostiranje napona u telu prirubnice sa konusnim grlom Uobičajeno se koristi približan prora čun, koji za usvojene standardne prirubnice vrši proveru napona na kritičnim mestima (preseci AB i BC).
Napon savijanja σ f, u opasnom preseku AB:
σ f = M / W ≤ σ fd
Moment savijanja u preseku AB: - F z - sila pritezanja zavrtnja - L - krak dejstva sile u odnosu na presek AB
M = F z · L
Otporni moment W u preseku AB:
W = Dk · h2 ·π / 6
Napon savijanja σ f, u opasnom preseku BC:
σ f1 = M 1 / W 1 ≤ σ fd
Moment savijanja u preseku BC, dobija se na osnovu empirijske formule koja uzima u obzir krutost prirubnice preko koeficijenta 0,4: M 1 = 0,4 · F z · L1 - F z - sila pritezanja zavrtnja - L - krak dejstva sile u odnosu na presek BC, L1 = (Do - Dm) / 2 111
W 1= Dm ·s12 ·π / 6
Otporni moment W u preseku BC:
U slučaju zavarene ravne prirubnice, proverava se napon u zavarenim spojevima.
Napon savijanja σ fv, u šavu:
σ fv = M / W ≤ σ fd
Moment savijanja u odnosu šav: - F z - sila pritezanja zavrtnja - L - krak dejstva sile u odnosu na šav
M = F z · L
Otporni moment W u šavu:
W = Ds · (H - h) 3 ·π / (6 ·H )
Napon smicanja τ sv , u šavu:
τ sv = F z / As ≤ τ sd
F z - sila pritezanja zavrtnja
Površina šava koja se suprostavlja smicanju:
As = 2 · 0,7 · π ·k ·Ds
Ukupni (svedeni) napon savijanja σ iv, u šavu:
σ iv =
Dozvoljeni napon za materijal šava:
σ fdv = 0,8 · σ fd
Dozvoljeni napon za osnovni materijal prirubnice: - zatezna čvrstoća Rm - stepen sigurnosti:
σ fd = Rm / S
112
S = 5
2
2
σ fv + τ sv ≤ σ fdv
