Синявский Ю. В. Криогенные трубопроводы

2-3. Присоединение криотрубопроводов

Соединение трубопроводов между собой, а также с аппаратами, арматурой, машинами осуществляется посредством разъемных и неразъемных соединений.

Неразъемные соединения осуществляются путем сварки или пайки трубы, по которой передается криоагент, с патрубком аппарата или арматуры.

Сварные соединения в стальных трубопроводах могут быть выполнены как встык, так и внахлестку; в трубопроводах из алюминиевых сплавов - только встык. Паяные соединения для труб из любых материалов выполняются только внахлестку. В местах соединений трубы должны иметь прямой участок длиной не менее 10 мм.

Патрубки, к которым присоединяются трубы, могут иметь оконцовку как с прямым, так и косым срезом, однако применение косого среза ограничивается только соединениями внахлестку (как сварными, так и паяными), работающими при статических нагрузках. Толщина стенки патрубка в месте сварки должна быть при соединении встык равной толщине S стенки трубы, а при сварке внахлестку - в 1,25-1,5 раза больше S; при пайке толщину стенки патрубка во всех случаях целесообразно иметь равной S. Указанные соотношения обеспечивают равномерный проплав деталей при сварке и нагрев - при пайке, а в конечном счете - получение качественного шва.

При соединении внахлестку размеры сопряженных цилиндрических поверхностей должны задаваться таким образом, чтобы радиальные зазоры при сварке не превышали 0,3 мм, а при пайке находились в зависимости от жидкотекучести припоя: при пайке оловянисто-свинцовыми припоями (ПОС) - 0,10-0,15 мм, серебряными припоями (ПСр) - 0,05-0,15 мм, латунью - 0,10-0,25 мм, ВПр - 0,10-0,20 мм, припоем 34А - 0,2-0,3 мм.

Длина нахлестки должна приниматься: при сварке - не менее пятикратной толщины стенки трубы, при пайке труб с диаметром D > 50 мм - не менее 50 мм, а при D ≤ 50 мм - не менее D.

При этом соединение внахлестку путем развальцовки (раздачи) конца трубы или ответного патрубка допускается только в тех случаях, когда увеличение диаметра в результате развальцовки не превышает двух толщин стенки трубы. При соединении отрезков труб муфтами их длина принимается не менее 50-80 мм.

Неразъемные соединения, осуществляемые посредством сварки или пайки, чаще всего применяются для криотрубопроводов без теплоизоляции как вне, так и внутри криоблоков. Могут они применяться и для трубопроводов с индивидуальной теплоизоляцией. В этом случае трубопровод поступает на монтаж с полностью наложенной теплоизоляцией за исключением мест соединения. Эти места изолируются после приварки (пайки) трубы, по которой передается криоагент.

В качестве примера на рис. 2-2 приведена схема неразъемного соединения двух трубопроводов с индивидуальной высоковакуумной теплоизоляцией. При соединении трубопроводов вначале свариваются внутренние трубы для передачи криоагента (шов «а»). Затем это место закрывается муфтой, которая приваривается (швы «б») к кожухам трубопроводов на достаточно большом расстоянии от их окончания (для снижения теплового потока к внутренней трубе вследствие теплопроводности материала кожухов). Полость под муфтой вакуумируется до ~10^-5 тор.

Рис. 2-2. Схема неразъемного соединения криотрубопровода с индивидуальной теплоизоляцией

Разъемные соединения криотрубопроводов выполняются в виде фланцевых и резьбовых соединений. Основные конструкции их для трубопроводов без изоляции и с изоляцией криоблоком приведены на рис. 2-3. Фланцевые соединения применяются, в основном, для трубопроводов относительно большого диаметра (более 50 мм) и при высоких давлениях криоагента, а резьбовые - наоборот, при малых диаметрах.

Рис. 2-3. Типы разъемных соединений. а - фланцевое приварное, б - фланцевое приварное с шейкой, в - фланцевое свободное на отбортовке, г - фланцевое свободное на кольце, д - фланцевое свободное на приварном бурте, е - фланцевое на резьбе, ж - фланцевое на развальцовке, з - резьбовое с приварным плоским ниппелем, и - резьбовое с паяным плоским ниппелем, к - резьбовое с развальцовкой труб, л - резьбовое со сферическим ниппелем

Представленные на рисунке соединения в значительной степени стандартизованы и нормализованы. Соотношения размеров отдельных деталей соединения в зависимости от диаметра трубы, ее материала и толщины стенки приводятся в справочниках, например, в [4, 9, 10, 11].

Соединения трубопроводов с индивидуальной изоляцией имеют, как правило, более сложную конструкцию, обусловленную необходимостью крепления в концевых узлах основной трубы, имеющей температуру криоагента, с кожухом теплоизоляционного пространства, находящимся при Т_ос. Чтобы свести теплоприток в соединении к минимуму, необходимо значительное удлинение этого «теплового моста», что отражается, естественно, на конструкции соединения.

Выполнение разъемных соединений криотрубопроводов с индивидуальной теплоизоляцией рассмотрим на конкретных примерах.

Простейшее из них - «скользящее» муфтовое соединение - показано на рис. 2-4. В этом соединении внутренние трубы стягиваются фланцами, а затем покрываются муфтой (цилиндром). Муфта лежат на двух кольцевых опорах, приваренных к наружным трубам. На наружных поверхностях опор находятся кольцевые прокладки для герметизации полости под муфтой. Эта полость после сборки трубопровода вакуумируется. Такое соединение имеет два недостатка:

1) фланцевое соединение внутренних труб, включая прокладку, работает при криогенных температурах,

2) при разборке соединения нарушается вакуум в полости под муфтой.

Рис. 2-4. Разъемное муфтовое соединение. 1. Труба для криоагента. 2. Уплотнение при Т_ос. 3. Кожух. 4. Уплотнение при криогенной температуре. 5. Муфта

Эти недостатки частично устранены в фланцевой конструкции, приведенной на рис. 2-5. Соединение трубопроводов осуществляется посредством фланцев, находящихся при температуре окружающей среды, а вакуумная полость в соединении заменена на буферную, работающую под давлением криоагента. Криоагент в этой полости находится в газообразном состоянии и может поступать туда только по узкой щели. В связи с этим криоагент в буферной полости (находится в застойной зоне, что существенно снижает теплоприток от фланцев к внутренней трубе. Тем не менее величина теплопритока в этих конструкциях даже при заполнении буферной полости теплоизоляционным материалом (рис. 2-5) больше, чем в ранее рассмотренном муфтовом соединении.

Рис. 2-5. Фланцевое соединение криотрубопровода. 1. Кожух. 2. Фланец. 3. Цилиндр. 4. Труба для криоагента. 5. Кольца из малотеплопроводного материала. 6. Буферная полость. 7. Конус. 8. Прокладочное кольцо. 9. Термоизоляция. 10. Внешнее уплотнение.

В связи с этим наибольшее распространение в настоящее время получило так называемое штыковое соединение, показанное на рис. 2-6. В этой конструкции тепловой поток от фланцев к криоагенту может идти практически только вследствие теплопроводности цилиндрических направляющих, длина которых может быть большой. Практически, как правило, принимают их длину в 5-8 диаметров.

Рассмотренные выше узлы присоединения криотрубопроводов с индивидуальной теплоизоляцией относились к случаю, когда трубопровод предназначен для передачи одного потока криоагента. Аналогично может быть выполнен узел присоединения и криотрубопровода, по которому передаются раздельно два потока. Так, на рис. 2-7 показана одна из схем соединения трубопровода для одновременной передачи жидкого гелия (по центральной трубе) и азота (по небольшой дополнительной трубочке). Целевой зазор в штыковом соединении герметизируется от гелия и имеет полость, которая служит буферным пространством для азота. Применение уплотнения, работающего при гелиевых температурах, безусловно, недостаток конструкции.

Рис. 2-6. «Штыковое» присоединение криотрубопроводов. 1. Теплоизоляционное пространство. 2. Охватываемая часть соединения («штык»). 3. Охватывающая часть соединения («ножны») . 4. Уплотнение для уменьшения утечки в зазор. 5. Фланцы

Рис. 2-7. Схема соединения криотрубопроводов для одновременной передачи двух криоагентов. 1. Труба для гелия. 2. Труба для азота. 3. Кожух. 4 Уплотнение буферной полости. 5. Дренаж. 6. Фланцы. 7. Теплоизоляция

Следующая страница: 2-4. Компенсаторы линейных перемещений