Ьов^-'озный научно-исследовательский институт по ; •;иигельсгву магистральных трубопроводов ВНИИСТ

Институт ”HИПИOPГнвфт0Г83cтpoй^,,

РЕКОМЕНДАЦИИ по гидравлическому испытанию плетей трубопроводов в условиях низких температур

Р 508-83

Зам.директора ВНИИСТ, к.т.н.    И.Д.КРАСУЛИН

Зав* ОПН ВНИИСТа, к.т.н.

Зав. лабораторией ВНИИСТа Зав. лабораторией ВНИИСТа, к.т.н Мл.нвучный сотрудник ВНИИСТа ^

Зав.лабораторией НИПИоргнефтегазстроя, Д.*.н.    . у

ПРИЛОЖЕНИЯ

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

При выборе схемы расположения трубчатого нагревательного эле-ыента надо руководствоваться тем, чтобы нагрев воды в трубопроводе компенсировал его теплопотери, был равномерным по всему периметру трубопровода, не допуская локальных образований льда на внутренней его поверхности.

Учитывая, что конвективное движение жидкости развивается лишь в зоне выше нижних образующих поверхностей нагревательного элемент; последний следует располагать на небольшом расстоянии (fy ) от дна горизонтально расположенного с малым наклоном трубопровода.

Внешние условия: температура воздуха = - (30 - 40)°С, скорость ветра ^ =20-25 м/с. Для этих параметров эффективный коэффициент теплоотдачи к воздуху = 25 ккал/м²*ч*град. В случае установки защитных щитов или тента от ветра над трубопроводом снижается до знаяения 8-10 ккал/м²*ч*град.

Примем в качестве расчетного сечения самое последнее (по ходу течения греющего пара) испытываемой плети трубопровода. Будем исходить из ограничения, чтобы температура воды в самой удаленной точке внутренней поверхности трубопровода данного расчетного сечения имела минимальную температуруО°С (без образования льда), а температура греющего пара в трубках снизилась бы в этом сечении до ЮО°С (конденсация пара). Таким образом, расчетная температура при выборе значений физических характеристик для вычисления критериев Грос-гоффа^ и Прандтля Pt будет равна 50°С как средняя в полученном интервале температур.

Выбирая в качестве характеристического размера & среднюю величину толщины зазора между греющей трубкой и наиболее удаленной образующей внутренней полости трубопровода, определяем значения

-    ускорение свободного падения; м/ч²;

-    коэффициент кинематической вязкости; м²/ч;

-    согтвегственно плотность воды у стенки трубы, у нагревательного элемента и их среднее значение; г/см³;

Находим = 3,54    =    3,64-    Ю¹¹    при    ^    =    0,65    и.

,м

‘Я

находим ~Д^ * определяем эквивалентный коэффициент теплопрс

водности асимметричного кольцевого слоя воды /1^= 40 ккал/мч-гре принимая коэффициент теплопроводности воды равный /Ц ■ 0,52 ккэл/мч град. Тогда термическое сопротивление верхнего слоя воды над нагревательным элементом диаметром 59 мм составит

• Z* =    =    ~-^х-— = 0,0275 м² ч град/ккал

* I# ⁴⁰

Считая, что термическое сопротивление нижнего слоя воды

•тр— , палидшл «о jujiuman с а *• С//

вательного ^элемента до дна трубы $_н = 0,0144 м = 15 мм.

Поскольку при течении греющего пара будет возможна конденсация его, следовательно, необходимо всю плеть испытываемого трубопровода располагать с некоторым уклоном в сторону движения греющего пара, с гем, чтобы способствовать сдуву конденсата, который является дополнительным термическим сопротивлением. В настоящей ра боте не учитывалось это дополнительное термическое сопротивление конденсата, а также и радиационная составляющая коэффициента тепло отдачи от греющего пара, считая, что эти два фактора примерно взаимно компенсируются.

В дальнейшем расчет построен таким образом, чтобы определять при данной скорости ветра минимальную температуру наружного воздуха, при которой исключается образование льда в испытываемом трубопроводе.

Расчетная схема термических сопротивлений и соответствующих им температурных перепадов показана на рис. 3. Из подобия треуголь ников этой схемы находим выражение для допустимой температуры наружного воздуха

⁽¹⁾

Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача, М.; Энергия, 1969.

/5

?ис. 3* Расчетная схема термических сопротивлений (2) и соответствующих им температурных перепадов; Д_п , у^рвдиуон соответственно внутренней и наружной поверхности нагревательного элемента и наружной поверхности трубопроводе; ^    ^    - толщина стенки элемента Jf трубопровода.

Без учета величины удельного термического сопротивления пограничного слоя конденсируемого пара , удельный поток тепла не непрекрытый трубопровод составит:

при одном трубчатом нагревательном элементе

я —— _s -I££-±_ 1-----------в    /»400    ккал/м^ч

0,002 + 0,028

где д£ * —— - средняя температура пара, °С.

Для прикрытого щитами или тентом трубопровода Ду 1220 мм возрастает значение термического сопротивления , появляется возможность испытания плетей трубопровода при более низких температурах воздуха.

Значение удельного теплового потока при одном нагревательном элементе ( £ _В03д а - 20°с)

—    s 4300 ккал/м²*ч

< i ВОЗД - -

—    в 8300 ккал/м².ч

Максимально допустимая длина /- плети испытываемого трубопровода в зависимости.от числа /г труб нагревательного элемента и количества А/ паропреобразователей определяется по формуле / _а -Ш- в    ,    (4)

где f - внутренняя поверхность теплосъема одного метра длины нагревательного элемента; для f 59 х 4,    =    0,16    м^/м.

удк

Одной is проблем круглогодичного строительства магистральных трубопроводов является проведение гидравлического испытания в условиях низких температур плетей переходов трубопроводов*

Известные способы предотвращения замерзания жидкости в плетях переходов при низких температурах (использование антифризов, растворов поваренной соли и др.) мало эффективны по техническим и экономическим соображениям* Вместе с тем такие испытания при температурах до - 40°С могут осуществляться путем реализации технологии, изложенной в настоящих Рекомендациях и предусматривающей подачу перегретого водяного пара в трубчатые греющие элементы, расположенные внутри плетей.

Рекомендации предназначены для инженерно-технических работников строительнах и проектных организаций, занятых организацией и производством работ по испытанию трубопроводов.

Рекомендации разработали: инжДлимовский Е.М., к.т.н. Левин С.И., м.н.с. Богачева Т.П. (ВНИИСТ); д.т.н. Кривошеин Б.Л., к.т.н. Ковадьков В.П., м.н.с. Проняева Т.И. (НИПИоргнефтегазстрой) при участии инженеров Ермолина А.Я, и Канаева В.Я, (Союзподводтрубопро-водстрой)•

Министерство строитель- ^Рекомендации по гидравли-: р &0S '33 ства предприятий нефтя- ’ческому испытанию плетей : Миннефтегэзстр

ной и газовой промыш- :трубопроводов в условиях :-

ленности    ’низких температур    *    Впервые

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Рекомендации разработаны в развитие СНиП IIM2-80 "Магистральные трубопроводы. Правила производства и приемки работ".

1.2.    Рекомендации разработаны во исполнение решения секции организации и технологии строительства магистральных трубопроводов научн! технического совета Миннефтегазстроя от 3 ноября 1982 г.

1.3.    При производстве испытаний трубопроводов следует учитывать тр< бования действующих нормативных документов и в том числе требовани! по технике безопасности проведения указанных работ.

1.4.    Рекомендации предназначены для использования при проведении I этапа испытаний, регламентированного таблицей 17 СНиП IIM-2-80 для участков:

категорий В и I - переходов нефте и нефтепродуктопроводов через водные преграды и прилегающие прибрежные участки;

категории I - переходов газопроводов через водные преграды и прилегающие участки;

категории I - переходы через железные и автомобильные дороги, пересечения с воздушными линиями электропередачи напряжением 500 к и более.

П. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ПЛЕТЕЙ ПЕРЕХОДОВ В УСЛОВИЯХ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР

2.1. Технологическая схема гидравлического испытания плетей переходов в условиях низких температур приведена на рис. I.

Рас. I. Технологическая схеыэ гидравлического испыю^.-л лл-гей переходов в условиях низких температур.

I - заглушка; 2 - маномагр; 3 - испытываем, плоть; 4 - подкладка деревянная по;; трубчатый нагревательный элемент; 5 - входной патрубок с задвихкой ллн паре; 6 - ааропрвоорозователь; 7 - выпускной патрубок с задвижкой для воздуха; 3 - входной патрубок с задвижкой для воды; 9 - выпускной патрубок с зад-ввхкой для пара; 10 - лодки лерезянныв; II - трубчатый нагревательный элемент.

Схема разработана о учетом того, что для предотвращения заме] зания воды в испытываемой плети при низких температурах наружного воздуха внутри плети прокладывается трубчатый нагревательный элем! (элементы), по которому пропускается напроход перегретый пар от т ропреобразователей.

2.2. Работы по проведению гидравлического испытания плетей в соответствии с указанной выше схемой необходимо выполнять в следующей последовательности:

а)    испытываемую плеть 3 монтируют и сваривают из отдельных труб открыто на лежках 10 с уклоном 2 - 5

После сварки плети проводят/ 100%-конгроль всех сварных соединений;

б)    внутри плети монтируют трубчатый нагревательный элемент,

состоящий из одной или нескольких стальных цельнотянутых труб 59 х 4 мм, расположенных в сечении плети в зависимости от числа труб в элементе, как показано на рис. 2. Число труб (/I) в элементе в зависимости от длины плети (L) я температуры наружного воздуха (t ) определяют по.табл. I. Также по табл. I одновременно определяют количество (М) парообразователей типа Д-565, необходимых для проведения испытаний. Для обеспечения необходимых зазоров (размеры приведены на рис.2) между внутренней поверхностью плети и трубчатым нагревательным эмелентом необходимо использовать деревянные подкладки 4 или подставки.    Концы    нагревательного    элемента

присоединяют к входному Ь и выпускному 9 патрубкам и задвижкам. Звтем на концах плети монтируют, как показано на рис. I, патрубок 8 с задвижкой для подачи в плеть воды, манометр 2 и воздухоспускной патрубок 7. После этого к концам подготовленной плети приваривают сферические заглушки и проводят контроль‘'сварных соединений;

в)    для проведения испытания к патрубку;.: 8 подключают трубопровод от ислочника.воды (наполнительно-опрессовочный агрегат AH0-20I или другого типа), а к пвтрубку 5 трубопровод от источника перегретого пара.

Затем при открытых задвижках не патрубках 5 и 9 пропускают по нагревательному элементу пар с выпуском пере на открытый конец в атмосферу.

Одновременно заполняют плеть водой при открытых задвижках на патрубках 8 и 7. В момент, когда из задвижки на патрубке 7 закончится выход воздуха и начнет поступать сплошная струя воды, задвижку на патрубке 7 закрывают и начинают подъем давления в плети для испытания;

г)    испытания плети проводят в соответствии с требованиями табл. 17 СНиД Ш-42-80 и составляют соответствующий акт;

д)    сразу после проведения испытаний из плети необходимо полностью слить воду. Для этого давление в плети снижают до атмосферного путем сбросе воды через задвижку на патрубке 7. Затем через задвижку на патрубке 8 сливают из плети и после этого прекращают подачу пара; открытие задвижек производится дистанционно;

е)    для проведения дальнейших операций по подготовке плети к монтажу ее конечные участки с заглушками и задвижками на переходе следует демонтировать. Демонтвж проводится по линиям, указанным на рис. I.

2.2. Рекомендуемое число труб нагревательного элемента и количества паропреобразователей приведены в табл. I; теплотехнический расчет приведен в прил. I.

Таблица I

/? - количество труб нагревательного элемента 0 59 х 4 мм; lv - количество паропреобрвзователей Д-563;

L - расчетная длина испытываемой плети.

В таблице приведены данные, рассчитанные для трубопровода дивметром 1220 - №0 мм.

Ш. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

3.1. Работы по гидравлическому испытанию плетей долгны проводиться в соответствии с требованиями СНиП Ш-4-80 "Техника безопасности в строительстве", Правилами устройства и безопасности паровых и водогрейных котлов", "Правилами устройстве и безопасной эксплуатацш грузолодьемых кранов", "Правила/ми техники безопасности при строительстве магистральных стальных трубопроводов".

3.2» Проведение гидравлического испытания плетей переходов в условиях низких температур ртхряжяжтдя по технологии, разработанной в данных "Рекомендациях...", разрешается только^трубопроводах диаметром не менее 1020 мм с соблюдением следующих требований безопасности:

передвигаться внутри плети можно только на специальной тележке на расстояние не более 36 м от торца;

у торца плети должны постоянно находиться двое страхующих рабочих; мезду страхующими и работающими внутри трубопровода следует установить сигнальную связь;

освещение внутри трубопровода должно осуществляться от источника питания напряжением не более 12 В*

3.3. Категорически запрещается проведение испытания плетей в непосредственной близости от железных дорог, действующих газопроводов, а также воздушных линий электропередач напряжением 500 кВ и более. ЗЛ. На период проведения работ непосредственно по испытанию плетей переходов устанавливается охранная зона, из пределов которой до начала работ выводятся все люди, техника.

3.5.    Размеры охранной зоны назначаются в зависимости от дяжжшстж величины давления испытания Р_исп. При Р_исп ^ 82,5 кгс/см² (8,25 МПа) охранная зона в обе стороны от оси трубы назначается 100 м, а в направлении отрыва заглушки от торца трубопровода - 1000м.

При Р_исп свыше 82,5 кгс/см² (8,25 МПа) границы яхрэнной зоны назначаются соответственно 150 м и 1500 м.

3.6.    Люди, механизмы и оборудование во время испытания должны находиться за пределами охранной зоны.

3.7.    Обнаруженные дефекты плетей подлежат устранению после снижения давления до уровня, обеспечивающего безопасность ведения ремонтных работ.

ЛИТЕРАТУРА

1.    СНиП Ш-42-80 "Магистральные трубопроводы. Правила производства и приемки работ”. М., Стройиздат, 1981 г.

2.    СНиП Ш-4-80 “Техника безопасности в строительстве”. М., Строиз* дат", 1979 г.

3.    Правила устройства и безопасности эксплуатации паровых и водогрейных котлов. М., Недра, 1974 г.

4.    Правила устройства и безопасной эксплуатации груэопродъемных кранов. М., Металлургия, 1976 г.

5.    Вравила техники безопасноети при строительстве магистральных трубопроводов. М., Недра, 1982 г.