Podczas wyboru systemu rur dla zakładów przemysłowych, inżynierowie odgrywają istotną rolę w określaniu i pokonywaniu wyzwań postawionych wykonawcom i właścicielom, zarówno podczas projektowania, konstruowania, jak i w ciągu całego cyklu życia fabryki.
Rury połączone mechanicznie są wykorzystywane do przesyłu różnych mediów, a także w procesach przemysłowych. Szybkość i łatwość montażu i konserwacji za pomocą połączeń rowkowych w porównaniu ze spawaniem jest korzystniejsze, biorąc pod uwagę zmniejszoną liczbę roboczogodzin związaną z samym montażem, zwiększone bezpieczeństwo i możliwość wykonywania prac zgodnie z harmonogramem budowy lub nawet szybciej.
Aplikacje wykorzystujące system mechanicznego łączenia rur są bardzo różnorodne. Zaliczamy do nich aplikacje związane z chłodzeniem wody i powietrzem technologicznym z sieci zakładowej, a także procesy zakładowe, do których zaliczamy dostarczanie środka smarnego, oczyszczanie chemiczne, powietrza technologicznego i gazów obojętnych jak np. azot. Producenci mechanicznych systemów połączeń oferują specyficzne produkty dla aplikacji przemysłowych, takich jak odsiarczanie gazów spalinowych, nawęglanie i transport pneumatyczny.
Systemy rowkowe, kołnierzowe i spawane
Rowkowe i kołnierzowe systemy mechanicznego łączenia eliminują niebezpieczeństwo, jakie jest związane ze spawaniem instalacji dostarczających media, a także instalacji związanych z procesami produkcyjnymi.
System mechaniczny oparty na rowkach zapewnia prosty montaż. Jest to najłatwiejsza metoda spośród wszystkich pozostałych. Składa się z trzech elementów: rury z rowkiem, uszczelki, obudowy sprzęgła, a także nakrętek i śrub. Rowek na rurze utworzony jest poprzez formowanie na zimno lub za pomocą obróbki skrawania na końcu rury.
Kluczowa część łącznika sprzęga się z rowkiem. Wewnątrz obudowy znajduje się sprężysta, reagująca na zmianę ciśnienia uszczelka w kształcie litery C wykonana z elastomeru, która zapewnia potrójne uszczelnienie. Obudowa złącza w pełni obejmuje uszczelkę, wzmacniając i zwiększając jej stabilizację. Na końcu obudowa jest mocowana za pomocą śrub i nakrętek zabezpieczających.
System rowkowy jest prosty w montażu, a przy tym dostarcza trwałego połączenia na każdym łączniku, oferując maksymalną elastyczność i umożliwia szybką i bezpieczną konserwację, redukując w ten sposób kosztowne przestoje.
Systemy połączeń rowkowych są dostępne w wersji sztywnej (wymagania zbliżone do wymagań dla połączeń spawanych), a także w wersji elastycznej, która pozwala na kompensację wibracji, rozszerzalność i kurczliwość cieplną lub zmiany kierunku naprężeń oddziaływujących na połączenia.
Konstrukcja nie powodujących płomieni połączeń kołnierzowych wykorzystuje śruby i nakrętki, które mają na celu ścisnąć uszczelkę pomiędzy dwoma licami tulei kołnierzowych. Przed instalacją należy przyspawać końcówki kołnierzy na rurę. Aby zamontować połączenie kołnierzowe, pracownik musi ustawić równolegle lica i rozstaw śrub, włożyć uszczelkę, śruby i nakrętki. Następnie należy dokręcić śruby sekwencyjnie. Aby zapewnić odpowiedni moment obrotowy, wszystkie śruby muszą być dokręcane przynajmniej trzy razy w sekwencji. W przypadku dokręcania bez odpowiedniej kolejności może się okazać, że jedna strona ma luzy, natomiast druga jest dobrze dokręcona.
Inżynierowie zamiast mechanicznych połączeń mogą wybrać system spawany. Przed procesem spawania instalatorzy obcinają, fazują i przygotowują rury odpowiedniej długości. Następnie muszą wyrównać i zacisnąć łączniki. Spawanie wykorzystuje elektrodę, która tworzy łuk między nią a uziemioną końcówką rury i w ten sposób przenosi materiał do łącznika.
Podczas pierwszego podejścia spoiwo spawalnicze łączy się z roztopioną końcówką rury przy temperaturze około 5300°C i tworzy stały spaw na łączeniu. Proces ten jest następnie kontrolowany i powtarzany od dwóch do trzech razy na dane połączenie. W przypadku gdy kontrola wypadnie negatywnie, instalatorzy muszą obciąć połączenie, dociąć kawałek rury i rozpocząć proces spawania od nowa.
Szybsze i bezpieczniejsze instalacje
Konstrukcja mechanicznego łączenia rur przyczynia się do znacznych oszczędności na roboczogodzinach. Średnio instalacja systemu kołnierzowego trwa do 6 razy szybciej niż spawanie. Ponadto montaż rur za pomocą systemu rowkowego jest do 10 razy szybsza niż spawanie, co prowadzi do skrócenia czasu trwania harmonogramu prac nawet o połowę. Skrócenie tego czasu za pomocą mechanicznego systemu łączenia rur daje właścicielom możliwość wykonania prac zgodnie z ostrym harmonogramem prac konstrukcyjnych, a nawet go przyspieszając, unikając w ten sposób kar umownych za opóźnienie.
Poprzez redukcję roboczogodzin i wyeliminowanie zagrożenia powstania ognia i emisji trujących gazów, instalacja za pomocą systemu mechanicznego łączenia rur zwiększa ogólne bezpieczeństwo i obniża ryzyko, jakie występuje przy spawaniu.
Większość wypadków w pracy wynika z niewłaściwego przenoszenia materiału, ale największe ryzyko – z punktu widzenia potencjalnego wpływu na ludzi i biznes – to zagrożenie przez ogień i gazy. Mechaniczne łączenie rur eliminuje możliwość powstania ognia, otwartego łuku, iskry, płomieni i toksycznych gazów, które powstają podczas spawania, lutowania twardego lub miękkiego. Spawanie powiązane jest z potencjalnym zagrożeniem dla zdrowia, do którego zaliczamy ryzyko ciężkich poparzeń i wybuchu. Wybierając mechaniczne systemy połączeń rur, inżynierowie redukują ryzyko, jakie ponosi właściciel, które jest związane zwłaszcza z harmonogramem projektu, kosztami i potencjalnymi zobowiązaniami.
W zależności od typu projektu (nowa konstrukcja w stosunku do rozbudowy fabryki lub modernizacji) zagrożenia mogą stać się niebezpieczeństwem nie tylko dla pracowników budowy, ale także dla użytkowników obiektu lub otaczających budynków. Aby zachować zgodność z przepisami BHP podczas spawania, należy wstrzymać wszystkie inne czynności na terenie budowy. Takie działania prowadzą do kosztownych przestojów i możliwej ewakuacji pracowników.
Korzyści wynikające z działania fabryki
W momencie gdy zakład zostanie uruchomiony, system rur wymaga trzech typów konserwacji: rutynowej kontroli, modernizacji lub rozbudowy i nieplanowanych napraw. Mechaniczne połączenia rur sprawiają, że konserwacja i dostęp do systemu jest łatwy, szybki i bezpieczny – w ten sposób minimalizowany jest czas przestojów. Ponieważ nie ma potrzeby wykorzystania płomienia i nie ma ryzyka powstania niebezpiecznych gazów, czynności konserwacyjne są często wykonywane podczas normalnego funkcjonowania fabryki, bez żadnych przerw.
Rowkowy system łączenia rur oferuje przede wszystkim łatwy dostęp do systemu mocowań każdego połączenia. W przypadku spawania rury tworzą jeden metalowy element. Natomiast rowkowe sprzęgło zapewnia połączenie, które jest łatwo dostępne – nie wspominając o elastyczności całego układu dla przyszłej rozbudowy systemu.
Aby rozłączyć połączenie systemu rowkowego, pracownik utrzymania ruchu musi odkręcić jedną lub dwie nakrętki, a następnie wyjąć rury z obudowy sprzęgła. Poza tym mechaniczne systemy połączeń są znacznie bardziej wydajne w porównaniu do metody spawania zarówno podczas planowanych, jak i nieplanowanych przestojów (redukują je średnio o 25%). W wielu przypadkach, podczas rozbudowy i modyfikacji zakładu, wykorzystanie rowkowych systemów łączenia rur umożliwia łatwe przekierowanie i stałe funkcjonowanie dotychczasowych systemów rurowych do czasu zakończenia budowy właściwej instalacji. Działania te zwiększają bezpieczeństwo na miejscu pracy i redukują całkowity czas przestoju zakładu.
Uszczelka wykonana z elastomeru, zastosowana w połączeniu rowkowym, nie wymaga rutynowej kontroli lub wymiany, tak jak to się dzieje w przypadku punktowo obciążonego połączenia kołnierzowego. W odróżnieniu od rowkowej metody, śruby i nakrętki połączenia kołnierzowego absorbują wszystkie siły – a nie uszczelka. Ze względu na ten fakt śruby i nakrętki po jakimś czasie ulegają obluzowaniu, co powoduje zmianę położenia uszczelki i przecieki. Dlatego też systemy kołnierzowe wymagają rutynowego dokręcania śrub i nakrętek, a także wymiany uszczelek.
W momencie zakończenia konserwacji połączenie mechaniczne może być szybko zamontowane i ponownie eksploatowane. W przypadku systemu rowkowego pracownik ponownie instaluje uszczelkę, sprzęgla łącznik na rowku znajdującym się na rurze, złączu lub zaworze i dokręca śruby. Konserwacja nie jest tak łatwa w przypadku systemu spawanego, który wymaga odcięcia uszkodzonej części rury i przyspawania jej do innej, co może być niebezpieczne i czasochłonne na ograniczonej przestrzeni.
Odkąd systemy mechaniczne są łatwiejsze w konserwacji w porównaniu do spawania, dyrektorzy zakładów rzadziej opóźniają proces konserwacji, a wewnętrzny zespół operacyjny może wykonać niezbędne, zaplanowane konserwacje systemu. Ponadto dobrze utrzymany system będzie funkcjonował z optymalną wydajnością i nie będzie obciążał podłączonego sprzętu, do którego zaliczamy bojlery, kompresory i pompy wodne.
Dodatkowo, aby zwiększyć bezpieczeństwo i szybkość konserwacji, połączenia rowkowe tłumią wibracje w systemie rurowym, redukując w ten sposób potrzebę okresowych napraw lub wymiany.
Wpływ inżynierów
Główni inżynierowie odgrywają kluczową rolę w wyborze systemu rur, które mają być bezpieczne i wydajne w całym cyklu eksploatacji zakładu. Systemy mechaniczne spełniają wymagania projektowe określone w planowaniu, produkcji i konstrukcji – od gatunku dostępnej uszczelki do wykorzystania elastycznych i sztywnych elementów, użycia narzędzi, które ułatwią wykonanie czynności konserwacyjnych bez konieczności uzyskiwania pomocy zewnętrznych warsztatów.
Połączone korzyści wynikające z wykorzystania metod mechanicznego łączenia rur wpływają na oszczędności na pracy, materiałach i roboczogodzinach, co przyczynia się do generowania znaczących oszczędności na kosztach instalacji.
Bill Lowar jest menedżerem ds. przemysłowych w firmie Victaulic.
Artykuł pod redakcją Michała Piłata
Autor: Michael Dauffenbach
