Kompensatory w rurociągach. Element niezbędny?

Procesy technologiczne stosowane w przemyśle, a także używane w nich urządzenia często wymagają doprowadzania różnych substancji ciekłych lub gazowych, które są surowcami, katalizatorami lub mediami technicznymi np. dostarczają energię albo pełnią funkcję chłodziwa. Sprawne działanie tego rodzaju instalacji nierzadko wymaga dobrego zabezpieczenie rurociągu przed pojawiającymi się naprężeniami, w czym mogą pomóc kompensatory przemysłowe.

Dlaczego rurociągi przemysłowe wymagają montowania kompensatorów?

Przesyłanie cieczy lub gazów wymaga korzystania z rurociągów przystosowanych do wielkości planowanego przepływu, ciśnienia, pod jakim będzie przetaczane konkretne medium, a także rodzaju substancji oraz jej charakterystyki. Dobór właściwej armatury jest uzależniony od topografii tworzonego układu rur, ale także tego, czy ciecz lub gaz będzie substancją agresywną chemicznie albo przesyłaną w znacznie obniżonej, albo też podwyższonej temperaturze. Równie istotne będą warunki, w jakich będzie pracowała instalacja, tak by mogła ona osiągać założone parametry użytkowe, a jednocześnie była zabezpieczona przed ryzykiem rozszczelnienia się połączeń między rurami lub uszkodzeniem ich struktury wewnętrznej – podkreśla przedstawiciel firmy Klimos, specjalizującej się w dostarczaniu armatury przesyłowej do instalacji przemysłowych.

Prawidłowe działanie rurociągu jest niezwykle ważne, ponieważ awaria oznacza konieczność czasowego zablokowania przepływu i wykonania prac naprawczych, co często wiąże się ze wstrzymaniem pracy zasilanych z niego urządzeń. W przypadku, gdy przesyłane gazy lub ciecze są niebezpieczne np. silnie żrące, mają działanie utleniające czy podwyższoną temperaturę, każda usterka wiąże się dodatkowo z ryzykiem odniesienia obrażeń przez osoby, które znajdą się w pobliżu instalacji lub będą się zajmowały jej remontem. Szczególnie duże znaczenie ma więc zminimalizowanie prawdopodobieństwa rozszczelnienia.

Wśród czynników, które wpływają na zwiększenie szans pojawienia się usterki, znajduje się uszkodzenie, złącz między poszczególnymi elementami armatury – np. rurami a zaworami – przez wydłużenie termiczne. Zjawisko to zachodzi zawsze, gdy metal będący podstawowym materiałem wykorzystywanym w rurociągach przemysłowych, ale też używanych do przesyłu takich mediów jak woda czy gaz ziemny, będzie poddany działaniu wysokiej albo mocno obniżonej temperatury. Może ona wynikać nie tylko z tego, że gaz lub ciecz została w rozmaitych procesach technologicznych podgrzana, ale także z różnicy temperatur między warunkami montażu rurociągu a warunkami, w jakich jest on wykorzystywany.

Poza rozszerzalnością cieplną przyczyną mogą być zmiany osiowości poszczególnych odcinków – ich wzajemne skręcenie, przesunięcie liniowe, kątowe lub poprzeczne. Mogą one wynikać np. z problemów z mocowaniami pomp czy urządzeń, do których rurociąg jest podłączony, ale też np. osiadaniem konstrukcji, uszkodzeniami podpór, na których są umieszczone fragmenty instalacji czy wreszcie pojawiającymi się drganiami. Powodem kłopotów mogą być ponadto wibracje pochodzące z elementów podłączonych do instalacji – nierównomiernej pracy pomp albo sprężarek, nieprawidłowego działania turbin czy armatury sterującej – zaworów czy nawet urządzeń kontrolujących przepływ. Drgania mogą być generowane także przez instalacje znajdujące się w pobliżu, np. działające silniki o dużej mocy czy przebiegające nieopodal torowisko linii kolejowej, a nawet szczególnie ruchliwe ulice.

Co daje stosowanie kompensatorów?

Wyeliminowanie wpływu naprężeń rur i armatury następujących wskutek wydłużenia cieplnego lub pojawiających się drgań i mogących nastąpić w ich wyniki mikropęknięć, przyspieszonego zmęczenia materiału czy utraty osiowości można ograniczyć, korzystając z właściwie dobranych kompensatorów przemysłowych, które zostaną zamontowane na dłuższych odcinkach rurociągu albo w pobliżu połączeń rur z zaworami czy urządzeniami, które są z niego zasilane.

Zasada działania kompensatora przemysłowego jest stosunkowo prosta. Składa się on z fragmentu umożliwiającego podłączenie np. nagwintowanego kroćca lub złącza kołnierzowego skręcanego śrubami oraz umieszczonego między nimi elementu amortyzującego. Może on być wykonany z metalu – zwłaszcza jeżeli w grę wchodzi kompensacja rozszerzalności cieplnej – ale także odpowiedniego elastomeru, a w przypadku gazów nawet tkaniny o określonej charakterystyce. Wszystkie naprężenia zagrażające rurociągowi są przejmowane przez kompensator, który zmienia swój kształt lub rozprasza powstające wibracje, zamieniając je na tarcie wewnętrzne w obrębie materiału, z którego jest wykonany. Użycie kompensatorów daje też możliwość ograniczenia powstającego przy pracy instalacji hałasu.

Dobór odpowiedniego kompensatora będzie się wiązał z dopasowaniem go do parametrów rurociągu, jeśli chodzi o złącze i średnicę, a także przesyłanego medium pod względem zakresu jego temperatury, ciśnienia oraz składu chemicznego. W przypadku armatury stalowej najczęściej elementy metalowe kompensatorów są wykonane ze stopu o odpowiednich parametrach np. stali węglowej. Wśród wykorzystywanych elastomerów znajdują się m.in. syntetyczne kauczuki np. NBR czy EPDM.

Stosowanie kompensatorów osiowych pozwala na bardziej efektywne usuwanie skutków rozszerzalności cieplnej i wibracji niż używanie kompensacji naturalnej, korzystającej z elastyczności armatury czy kompensatorów kształtowych, działających dzięki wykonywaniu odcinków U-kształtnych. Lokalizacja kompensatorów powinna być ustalana już na etapie projektowania rurociągu, w razie potrzeby mogą one być jednak włączone w jego strukturę po dokonaniu odpowiednich pomiarów i obliczeń.