Опоры для трубопроводов: какие функции выполняют, какими бывают и где используются

Опоры для трубопроводов: какие функции выполняют, какими бывают и где используются

Опоры трубопроводов используют при прокладке некоторых инженерных систем, состоящих из труб, по которым курсируют, например, вода, газ, теплоносители. Они выполняют важные функции, принимают на себя основные нагрузки, поэтому от их прочности и качества зависит надёжность всей конструкции. В статье рассмотрим назначение, сферы применения, виды опор для трубопроводов, их особенности.

Что такое опоры и для чего они нужны

Опора для труб – это конструктивный неотъемлемый элемент многих инженерных коммуникаций. Согласно введённому в 2019 году ГОСТ под номером 22130, это не переходная деталь, а важная составляющая линии, к которой предъявляются жёсткие требования.

Главное предназначение – фиксация стабильного положения всего трубопровода, предусмотренного проектными документами. Но также есть другие функции:

• Предупреждение деформаций. Они возникают из-за механических внешних воздействий (например, падений деревьев), высокого давления, критических высоких температур содержимого.
• Гашение вибраций. Они возникают при прохождении отдельных рабочих сред, например, воды под большим напором.
• Защита от погодных, атмосферных явлений. Например, сильные порывы ветра повреждают трубы, проложенные над поверхностью земли без надёжных опор.
• Снижение напряжения. Оно повышается в периоды активной эксплуатации инженерных систем, ремонте их отдельных участков.
• Распределение нагрузки по всей длине линии, а также частичная передача веса на фундамент и грунт.
• Снижение рисков повреждений в участках соединений, в точках контактов с поддерживающими конструкциями.

Чтобы система служила долго и выполняла свои функции, важно не только использовать качественные и прочные трубы, но и правильно подобрать, установить опоры. Они должны быть прочными, соответствующими своему назначению, выдерживающими нагрузки.

Где применяются опоры для трубопроводов

Опоры применяют для организации технологических инженерных линий гражданского назначения, промышленного. Они используются в разных отраслях: добывающей, теплоэнергетической и химической промышленности, в жилищно-коммунальном хозяйстве, при транспортировке энергоресурсов по стране между городами, а также за границу в рамках международной торговли.

• ЖКХ: надземные газо- и водопроводы;
• различные предприятия, на которых рабочие среды или сырьё перемещается по трубам;
• теплоэлектростанции (ТЭС), атомные электрические станции (АЭС), теплоэлектроцентрали (ТЭЦ);
• нефтепроводы, по которым нефть транспортируется по территории государства и за рубеж.

Характеристики зависят от сферы применения. Например, газопровод должен быть целым, герметичным на всей протяжённости, поэтому поддерживающие конструкции соответствуют жёстким требованиям. Они обязаны исключать повреждения в самых уязвимых зонах, обладать антикоррозионными свойствами, выдерживать неблагоприятные или экстремальные климатические условия – сильные ветра, перепады температур, частые осадки, колебания атмосферного давления, прямые ультрафиолетовые лучи.

Виды опор для трубопроводов

Классификация предполагает деление на типы по таким критериям:

• Подвижности. Опоры бывают неподвижными, не меняющими своё положение, а также подвижными, то есть скользящими, предполагающими смещения.
• Методу установки. По способу монтажа элементы бывают стандартными, фиксируемыми на основании (обычно фундаменте) или подвесными, предполагающими фиксацию на стенах, перекрытиях или других поверхностях.
• Конструкции, особенностям размещения. Это наличие или отсутствие полноценного корпуса, стыковка с трубами и с основанием, пространственное расположение.

Ниже опишем все разновидности подробно.

Неподвижные и подвижные виды – в чем разница?

Неподвижные конструкции применяют, когда нельзя допускать малейшие перемещения коммуникаций в пространстве, их движения относительно фундамента и опор. Общепринятое обозначение такого варианта – аббревиатура НОП.

НОП фиксируют технологические линии в стабильном, постоянно статичном состоянии. Они совместимы с практически любыми диаметрами – от 32-40 мм до максимальных 122-142 см. Важная характеристика – способность выдерживать значительные нагрузки: большой вес, условия активной, непрерывной эксплуатации, в том числе с ремонтными работами, заменами с демонтажем повреждённых участков.

Подвижные опоры двигаются относительно оси трубопровода: вдоль него (из стороны в сторону) или поперёк (вниз и вверх). При этом положение, прописанное в проектной документации, должно сохраняться.

Подвижные элементы не обеспечивают стабильную фиксацию, но выполняют другие функции: защищают от вероятных деформаций при термических воздействиях (сильном нагреве), понижают имеющийся в стенках коэффициент напряжения, а также передают силу реакции опоры на основание (в фундамент, в окружающую земную поверхность).

Подвиды подвижных опор:

• Упругие, оснащаемые пружинами для ограниченных линейных или угловых движений. Ложащаяся на них нагрузка изменяется с учётом смещения установленной технологической линии.
• Скользящие. В них предусмотрены направляющие, позволяющие трубам скользить по оси, то есть вдоль. При этом поперечные движения ограничены.
• Подвески. Фиксируют звенья линии на балках, потолках, межэтажных перекрытиях. Включают одну тягу либо две. Движения в разных направлениях возможны благодаря карданному подвесу. Подвесные опоры бывают жёсткими, подходящими для систем холодного водоснабжения, и пружинными, применяемыми с горячими рабочими средами.
• Приварные. Крепления выполняются сваркой, что актуально там, где температурные значения доходят до 250-300℃.
• Хомутовые. Фиксация в них осуществляется с помощью хомутов, плотно прилегающих по окружности за счёт возможности изменения диаметра.
• Постоянного усилия. В современном исполнении снабжаются пружинно-рычажными механизмами. Благодаря предварительному регулированию сжатия пружин можно добиваться почти постоянного поддерживающего усилия в фиксируемом диапазоне вертикальных возможных движений. Конструкция точная, с большим интервалом устанавливаемых нагрузок.

Стандартные и подвесные виды: особенности

Стандартные опоры фиксируются на горизонтальном основании – заглубляются в землю, располагаются на специальной площадке, то есть платформе, выполненной из железобетона или из бетона с армированием металлической арматурой. Они принимают на себя нагрузки, распределяют их по линии, гасят вибрации, фиксируют стабильное положение труб.

Подвесные опоры фиксируются на потолочных перекрытиях, на балках, плитах, иногда на стенах (с применением дополнительных кронштейнов). Они относятся к подвижным, меняют положение по вертикали и горизонтали: при необходимости двигаются вниз и вверх, а также по оси.

Классификация по конструкции, расположению

Опоры имеют разные конфигурации, способы фиксации на основаниях, составляющие элементы, методы крепления труб, назначения. Ниже рассмотрим все используемые виды с их особенностями.

Корпусные

Для пространственного соединения инженерных составляющих в некоторых случаях используют коробчатые корпусы. Для изготовления применяют стальные листы либо другие заготовки из стали. Соединение отдельных частей осуществляется сварочными аппаратами, что обеспечивает прочность швов.

Корпусные опоры фиксируются на балках, для большей прочности усиливаются рёбрами жёсткости. Трубы крепятся бугелями или хомутами. Дополнительно иногда предусматриваются подушки, обеспечивающие амортизацию, а также упругость внутренней зоны корпуса на случаи перепадов давления, которые вызывают расширения.

С корпусом труба от поверхности основания приподнимается незначительно – на расстояние от 100 до 200 миллиметров. Благодаря этому её удобно монтировать, обслуживать при эксплуатации, частично заменять.

Бескорпусные

Тут труба находится на ложементе – радиально изогнутом листе стали, который имеет размер и геометрию, соответствующие наружному диаметру и форме фиксируемого элемента. Конструкция снабжается крепящим хомутом, имеет опорную пластину с отверстиями, используемыми для крепления.

Бескорпусные варианты состоят из небольшого количества деталей, не требуют значительного расхода материалов, имеют сравнительно невысокую стоимость. Благодаря таким преимуществам модели без корпусов популярны, востребованы в разных сферах.

Бескорпусные элементы имеют несколько маркировок:

• ОПБ (опоры подвижные бескорпусные): ОПБ-1 с подушкой для компенсации возможной подвижности труб при сужениях и расширениях, а также ОПБ-2 с подушкой и фиксирующим хомутом.
• ХБ – хомутовые бескорпусные, совместимые со стальными трубами диаметра от 2,5 см до 53;
• Т11 – хомутовые бескорпусные опорные из стали, относящиеся к неподвижному типу.

Трубчатые

По исполнению трубчатая (трубная) опора – это патрубок, располагаемый вертикально, привариваемый к монтажной площадке с отверстиями под крепёж. Для увеличения контактной площади в зоне стыковки трубопровода с опорой верхний торец дополняют седлообразным углублением. Его формируют на фрезерном станке либо лазерным оборудованием. По форме седлообразный рез совпадает с конфигурацией трубы.

Эти модели предназначены для труб с диаметром от 57 миллиметров до 63 см. Максимальная температура рабочих сред не превышает 450 градусов Цельсия. Трубчатые опоры маркируются буквами ТР, выпускаются в нескольких вариантах: А1 и А2, Б1 и Б2. Для изготовления используют стали: конструкционные, нержавеющие, углеродистые.

Тавровые

Главная составляющая – тавр. Это цельное металлопрокатное либо сварное изделие с поперечным сечением в виде буквы «Т». Есть две разновидности тавровых трубопроводных опор:

• Приварные с обозначением ТП. Отрезок тавра фиксируется на полке, по торцам снабжается пластинами, сверху которых вырезается радиусное углубление, совпадающее с диаметром трубы. В зоне контакта с опорой технологическая линия приваривается, благодаря чему сохраняет стабильную неподвижность.
• Хомутовые, маркируемые ТХ. К тавру приваривается или крепится болтами и гайками хомут, в котором размещается труба. Торцы иногда оснащаются пластинами с радиусным резом сверху для более надёжного размещения. Вместо них в некоторых случаях устанавливаются упоры, также повторяющие форму трубы.

ТП – неподвижный вариант. А ТХ предусматривают возможность беспрепятственного скольжения на этапе монтажа и смещений по оси. Тавровые модели больше подходят для трубопроводных сложных сетей с перепадами высот (спусками, подъёмами), угловыми деформациями, поворотами.

Хомутовые

Это не отдельный тип, а подвид многих разновидностей опор. Главная особенность – наличие хомута, с помощью которого выполняется крепление. Эта деталь может быть ленточной, прутковой, бугельной, силовой червячной, спиральной, пружинной.

Хомут к опоре приваривается или фиксируется на ней болтом и гайкой. Благодаря возможности регулировки диаметра конструкция получается подвижной по оси. Хомут обхватывает трубу по всей окружности. Он может быть не только фиксирующим, но и направляющим элементом, задающим направление на протяжённости технологической линии.

Бугельные

Это вид хомутовых опор. Бугель – дуга, которая фиксирует проходящую под ней трубу на основании несколькими способами: резьбовыми шпильками (вкручиваются в радиусный упор) с ограничительными шайбами, траверсным креплением, хомутом, приварными лапами, с использованием опорной балки.

Приварные

В таких моделях жёсткая фиксация со сварным швом предусматривается только в участке стыковки опоры с основанием (платформой) или дополнительно в зоне контакта с трубой. В последнем случае система неподвижна, в первом возможны смещения, причём как продольно, так и поперечно. Приварные опоры изготавливают с использованием швеллеров, труб, сварных или литых корпусов, тавров, уголков.

Катковые

Такие опоры подвижны, а их главный элемент – ездящий блок с катком, дополненный упором для трубы и перемещающийся по платформе-основанию. Это обеспечивает свободные перемещения по оси практически на любые расстояния, а также боковые движения в пределах 50 мм. По количеству катковых блоков опоры бывают одно-, двухрядными. Благодаря катку сроки эксплуатации системы увеличиваются, а ремонт сборочных единиц упрощается.

Для вертикальных трубопроводов

Назначение – закрепление вертикальных зон инженерных сетей. Такие опоры обычно маркируются ВП и являются своеобразными «лапами», опирающимися на плиты перекрытий или прочные балки. Трубы тут фиксируются сваркой, реже используются хомуты.

Боковые

В конструкции пластина с ложементом, который для усиления оснащается рёбрами жёсткости. Такие опоры относятся к неподвижным, имеют обозначение Т10, монтируются на вертикальных основаниях. Они нивелируют боковые нагрузки, но при этом к вертикальным усилиям оказываются невосприимчивыми. Возможные трубные диаметры – от 19,4 см до 142.

Лобовые

Лобовые модификации относительно направления потока рабочих сред пространственно размещаются в поперечной проекции. По материалам и конструкционным особенностям они делятся на:

• Щитовые. Неподвижные, имеют щит из железобетона, а также упоры. Используются в участках прохождения через стены или другие перегородки. Функции – обеспечение абсолютной неподвижности, предотвращение линейных, угловых смещений.
• Упорные. Это два либо четыре упора в горизонтальной или вертикальной плоскости со всех сторон технологической линии. Четырёхупорные модели используют при критических осевых нагрузках.

Разгрузочные

Такие опоры разгружают систему, принимают на себя первичные нагрузки, которые возникают при работающем насосном, компрессорном, газотурбинном и другом перекачивающем оборудовании. Разгрузочные элементы значительно гасят механические нагрузки, гидроудары, вибрации рабочих сред, движущихся с большой скоростью и под давлением. В конструкции патрубок с усилением в виде рёбер жёсткости и с несколькими степенями свободы перемещений.

Регулируемые

Такие варианты используют для точного вертикального позиционирования трубопроводных сегментов с возможностью регулирования. Это необходимо для поддержки на подвижных почвах, сложных рельефных местностях. При грунтовых усадках или расширениях труб изменения геометрии и пространственного положения компенсируются. Предусматриваются клиновые передвижные упоры, зафиксированные на специальной пластине болтами. При движениях таких упоров опускается либо приподнимается ложемент, на котором находится труба. Маркировка – ОР.

Для арматуры

Такие опоры монтируются под трубопроводной арматурой – регулирующей, запорной, контролирующей. Они имеют крестообразно соединённые сварными швами четыре ребра жёсткости, установленные на пластине-основании. Их верхняя зона повторяет конфигурацию арматуры.

Диэлектрические

Такие виды используются для защиты труб из низкоуглеродистых и углеродистых сталей от токов: наведённых и блуждающих. В конструкции обязательно есть прокладка, сделанная из материала с диэлектрическими свойствами. Часто это паронит, который благодаря антифрикционному эффекту нивелирует трение.

Под отводы

Такие опоры монтируются в зонах отводов – там, где нужно изменить направление хода линии. По типу колена они делятся на сварные, гнутые. Бывают скользящими, подходят для установки монтажной арматуры.

Материалы изготовления

Материал должен быть прочным, атмосферостойким, термостойким, устойчивым к механическим воздействиям, долговечным. Такими характеристиками обладают некоторые металлы.

Для производства используют:

• Сталь: оцинкованная или нержавеющая, низколегированная, конструкционная или высокоуглеродистая (в зависимости от веса труб, климатических условий). Самый популярный материал, не подверженный коррозии, обладающий высокой прочностью, термостойкий, износостойкий, выдерживающий интенсивную эксплуатацию, нагрузки.
• Титан. Этот металл прочный, относительно немного весит, не подвергается коррозии. Но титан дорогой, при ударных критических нагрузках может ломаться.
• Алюминий. Он не корродирует привычным образом: не ржавеет благодаря поверхностной оксидной плёнке, но при её повреждениях (например, агрессивными концентрированными химикатами) окисляется и разрушается. Алюминий лёгкий и пластичный, поэтому выдерживает только незначительные нагрузки типа пластиковых труб небольших диаметров.
• Латунь. Сплав не ржавеет, устойчив к трению, высокой влажности, прямым контактам с водой. Но он относительно мягок, не очень прочен, может растрескиваться со временем.
• Медь. Она прочна, не ржавеет, но имеет высокую тепло- и электропроводность, поэтому не подходит для систем с блуждающими токами, для горячих рабочих сред. Ещё один минус – высокая цена меди.
• Полипропилен. Из него производят лёгкие, небольшие опоры для хозяйственных и бытовых труб, монтируемых внутри помещений и входящих в системы водоснабжения, канализации. Полипропилен стоит недорого, облегчает всю конструкцию, не требует сварки, не проводит ток.
• Бетон. Из него делают фундаменты, площадки-основания, кольца для опор. Материал тяжёлый, при невысоком качестве может растрескиваться, крошиться, разрушаться.

Наиболее часто опоры производят именно из металлов. Они соответствуют действующим стандартам, отвечают предъявляемым к инженерным сетям требованиям, долго служат, сохраняют исходные характеристики.

В качестве подложек или прокладок используют материалы с диэлектрическими, антифрикционными свойствами, такие как паронит – вулканизированная смесь каучука, асбеста, порошковых добавок. Иногда опоры обрабатывают защитными покрытиями: цинком, полимерными красками, грунтовками, эмалями. В их составе Zn, пигменты, частицы полимеров, другие армирующие, защищающие, повышающие стойкость наполнители.

Конструкционные особенности и монтаж неподвижных опор

Неподвижные модели применяются при устройстве наружных трубопроводов, находящихся над поверхностью земли, а также внутренних, подземных. Для установки в грунте организуются железобетонные каркасы. Опорные элементы друг от друга удалены не на равные расстояния. Они делят линию на сегменты, длина которых различается и определяется с учётом характеристик компенсаторов, размещаемых между неподвижными деталями.

Для подземной бесканальной прокладки применяют опоры с гидроизоляционным слоем – оболочкой из полиэтилена. При надземной организации используют оцинкованные гидроизоляторы.

В неподвижной опоре предусматриваются стальные листы и труба, слой пенополиуретана, оцинкованная и полипропиленовая оболочки, центратор, термостойкая лента.

Центратор при стыковке труб облегчают их отцентровку для правильного расположения. Он может быть внутренним или наружным. Последний бывает эксцентриковым, звенным или гидродомкратным. Звенные центраторы выдерживают минусовые температуры, подходят для сечений диаметра до 2224 миллиметров. Эксцентриковые универсальны, потому что совместимы с трубами любых размеров. Гидродомкратные центраторы подходят для частично деформированных, тяжёлых труб массой до 12 тонн.

Неподвижными опорами фиксируются трубопроводы с любой направленностью. Элементы сразу устанавливаются на местах монтажа, деля линию на сегменты. Между ними размещаются сильфонные компенсаторы, защищающие от деформаций при низких минусовых температурах.

На платформах-основаниях (небольших фундаментах) опорные элементы закрепляются сваркой. А трубы фиксируются разными способами: метизами, сварочными аппаратами. Для надёжности и усиления вплотную к торцевым зонам хомутов с двух сторон приваривают пластины.

Действует правило: между хомутом и опорным элементом должен оставаться зазор, равный полутора миллиметрам. А для антикоррозионной защиты иногда между трубой и опорой размещают алюминиевый лист.

Расстояния между фиксирующими деталями рассчитываются с учётом расположения и способности упомянутых выше компенсаторов. Но при выборе шага учитывают другие факторы: диаметр трубы, её размещение (по вертикали, с подъёмом/спуском или по горизонтали), температуру рабочей жидкости (или газа), проектную схему.

Для расчёта можно воспользоваться формулой: ДО=0,9*СК/(КРС*(ТРС-ТОС)). Здесь: ДО – длина отрезка трубы, СК – измеряемая в миллиметрах способность компенсатора (обычно указана в таблице в проектных документах), КРС – коэффициент линейного расширения стенок, ТРС – температура содержимого системы, ТОС – температурный показатель окружающей среды, а 0,9 – равная 10 процентам погрешность.

Нюансы конструкции и установка подвижных моделей

Скользящие опоры выбирают для организации коммуникаций наружно, над землёй. Трубы в них свободно или в определённом диапазоне двигаются в осевом или поперечном направлении. Это актуально при необходимости компенсирования значительного трения, резких сезонных и суточных перепадов, колебаний температур.

В конструкции предусмотрены:

• Основание. Им может быть уголок.
• Металлический держатель. Имеет полукруглую конфигурацию, повторяет по форме сегмент трубы, соприкасающийся с опорой.
• Прокладка. Она амортизирует, защищает от трения.
• Крепежи. Часто это болты с гайками, иногда анкеры.

Монтаж подвижных опор требует предварительного составления схемы, разработки подробного проекта с указанием характеристик технологической линии – протяжённости, вида рабочей среды, диаметра сечений, количества сегментов, назначения, материала. В проектных документах сразу указываются точные дистанции между элементами, вычисленные индивидуально с учётом особенностей коммуникаций.

При определении интервала обязательно учитывать цели создания сети. Например, для транспортировки нагретой воды нужны меньшие дистанции, чем для систем с холодным содержимым.

Опоры монтируют до протаскивания труб через защитные кожухи. Между такими кожухами и скользящими фиксирующими элементами укладывается гидроизоляция для герметизации. Внутренние трубные стенки и гидроизоляционные материалы покрываются графитовой смазкой для исключения повышенного трения, провоцирующего быстрый износ.

После описанных выше манипуляций сварочным аппаратом крепятся хомуты. После приваривания они хорошо затягиваются. Спецтехника для монтажа подвижных опор обычно не нужна, поэтому процесс недолгий, несложный, но иногда достаточно трудоёмкий.

Стандарты и нормативы

Характеристики опор регламентируются разработанными на государственном и отраслевом уровнях стандартами. Также применяются технические условия, по которым работают производители.

• Государственные стандарты – это ГОСТ для деталей стальных трубопроводов под номерами 14911-82 для типов и размеров подвижных опор хомутового, приварного и бескорпусного типов, а также 16127-78 для типоразмеров и видов подвесок ПГ, ПГВ, МПВ, ПМ.
• Отраслевые стандартизированные нормы – ОСТ. Они многочисленнее, распространяются на трубопроводы на ТЭС и АЭС (для специальных и высоколегированных сталей действует отдельный стандарт), на подвижные детали технологических магистралей, на стальные элементы систем, функционирующих в низкотемпературных средах, а также на другие опоры, например, ВП (для вертикальных участков), КХ (хомутовые корпусного вида), УП (приварные уголковые), ШП (приварного типа швеллерные), ТП (тавровые приварной разновидности) и другие.
• Технические действующие на производствах условия – это ТУ, регламентирующие параметры опор для технологических обвязок, работающих при разных значениях давления и температур, с разными диаметрами труб.

Все актуальные ОСТ, ТУ и ГОСТ, распространяющиеся на конкретные опоры, должны указываться ответственным должностным лицом (обычно инженером) в проектных документах.

Важные правила

Рассмотрим важные правила выбора и установки опор для трубопроводов:

1. Нужно соблюдать строительные нормы, государственные и отраслевые стандарты, технические условия, важные пункты проектной документации. Их соблюдение контролирует ответственное лицо. Обычно это инженер.
2. Нельзя нарушать последовательность организации коммуникаций, в противном случае можно допустить влияющие на конечную прочность ошибки. Сначала подготавливаются основания, на них фиксируются опоры, а потом прокладываются трубы.
3. Обязательно соблюдение техники безопасности при установке опор и дальнейшей прокладке инженерных систем. Она действует на всех объектах, контролируется сотрудниками с соответствующими полномочиями.
4. Важен контроль качества опор. Они должны быть цельными, без повреждений, без дефектов, с однородными сварными швами. Только при отсутствии таких недостатков возможно введение в эксплуатацию.
5. Перед запуском рабочей среды обязательна комплексная проверка герметичности труб, устойчивости и целостности опор. Проводится пробный пуск.
6. Повлиять на прочность может нарушение как технологии производства, так и методики установки. Ошибки провоцируют повреждения.

Заключение

От качества опор зависит надёжность, безопасность, сроки службы всей системы. Поэтому производство таких металлоизделий лучше доверить специалистам. Компания Profbau профессионально изготавливает опоры и другие детали, конструктивные элементы из металлов.

Мы используем современные технологии, работаем в соответствии с действующими стандартами и требованиями клиентов, используем автоматизированное оборудование и полагаемся на большой опыт наших квалифицированных мастеров. Оперативно, качественно, по адекватной цене выполним заказ любой сложности по вашему чертежу или техническому заданию, подберём индивидуальное решение. Обратиться к нам можно по телефону, через форму запроса обратного звонка на сайте и по электронной почте.

https://www.profbau.ru/blog/opory-dlya-truboprovodov