Арматура предназначенная для перекрытия потока в трубопроводе
Что такое трубопроводная арматура?
Ни одна труба на земле не может работать без арматуры. И речь не о каркасе для усиления бетона в ответственных конструкциях. Речь об устройстве, «на плечах» которого лежит управление потоками рабочей среды. Что такое трубопроводная арматура? Какая она бывает, и куда ее устанавливают? Обо всем по порядку.
Классификация
Трубопроводный транспорт – лидер, среди остальных колесных и без колесных транспортных средств, по перевозке грузов. Развернутая длина всех российских магистралей составляет более 250 тысяч километров.
Для управления таким народным достоянием нужны специальные технические средства, коими и является трубопроводная арматура. Она бывает 3 видов:
- сантехническая;
- промышленная;
- лабораторная.
Рабочая среда – жидкость, газ, пульпа или другое вещество, текущее по трубе.
К лабораторной арматуре относятся устройства, которые работают в ограниченных условиях без воздействия давления и высокой температуры. Всяческие бобышки, трубки, защитные оправы, нужные для выполнения точных замеров, отбора проб и других лабораторных манипуляций.
К промышленной арматуре относятся устройства, которые управляют рабочей средой. Под управлением понимается:
- остановка;
- перенаправление;
- регулировка.
Регулировка среды в трубе подразумевает контроль и изменение (при необходимости) основных ее параметров (давление, температура).
Арматура делится на общепромышленную и специальную. Для каждой отрасли выпускается своя, особая трубопроводная арматура, с определенными параметрами и конструкцией. Такие устройства нужны:
- коммунальщикам;
- газовикам;
- нефтяникам;
- топливникам;
- химикам;
- судостроителям.
По «просьбам всех нуждающихся», заводы арматуростроения выпускают специфическую продукцию, выполняющую конкретную задачу.
Применение
Трубопроводная арматура используется в магистралях, котлах, емкостях и других устройствах промышленного назначения. Нужна для регулировки/управления жидкими и газообразными средами, такими как:
- горячая/холодная вода (пресная и соленая);
- водяной пар;
- нефтепродукты;
- дизельное топливо, бензин;
- натуральные и синтетические масла;
- природный и сопутствующий газы;
- вещества химической промышленности;
- шламы и пульпы.
Для каждой отрасли народного хозяйства, выпускаются специфические устройства, имеющие индивидуальные эксплуатационные и технические параметры. К примеру, для судостроения применяется арматура, имеющая относительно компактные габаритные размеры, обусловленные стесненными условиями. А вот для химической промышленности основной фактор – работа устройства в агрессивных средах.
Виды промышленной арматуры
Видовая классификация нужна для четкого разграничения характера работы и выполняемых функций. В соответствии с этим, различают следующие подгруппы трубопроводной арматуры.
1. Запорная (на рисунке А). Полностью отключает поток газа или жидкости. Ставится на границах участков трубопровода, перед емкостями, котлами и другими агрегатами.
2. Обратная (Б). Не дает веществу течь в другую сторону. Защищает агрегаты, насосы и станции от неблагоприятных последствий обратного тока.
3. Предохранительная (В). Защищает агрегаты и узлы, работающие под давлением. Не допускает превышения основных параметров рабочей среды, сбрасывая излишки в окружающую среду.
4. Регулирующая (Г). Служит для регулировки основных параметров, изменяя скорость подачи, напор, давление посредством изменения расхода.
5. Отключающая (Д). Перекрывает поток вещества при превышении основных параметров.
Также существуют комбинированные модели трубопроводной арматуры, которые совмещают сразу несколько функций.
Рис.2 Виды промышленной арматуры
По принципу воздействия на рабочий орган, который выполняет ту, или иную функцию регулировки, арматура бывает управляемой и автономной.
Автономность в общем понимании – характеристика системы, поведение которой не зависит от внешних факторов, а определяется ее внутренними основаниями. Применительно к арматуре – автоматическое действие от рабочей среды.
К автономной арматуре относится:
- обратная;
- предохранительная;
- отключающая.
К управляемой – запорная и регулирующая. Последняя может предусматривать и автоматическое срабатывание от вещества. Для этого в ней устанавливается чувствительный датчик, который «решает» когда нужно вмешаться.
По объему поставляемых устройств на предприятия, в ведении которых находятся трубопроводные системы и магистрали, 1 и 2 место занимают запорная и обратная арматура. По конструкции эти виды являются самыми простыми и надежными.
Привод
Трубопроводная арматура выпускается с 3 типами приводных механизмов:
- ручным;
- механическим;
- дистанционным.
Ручной привод выполняется в виде штурвала, рукоятки или вентиля, и зависит от типа и размера устройства. Для управления такой арматурой необходимо непосредственное участие человека.
Механический привод представлен редуктором, работающим от непосредственного воздействия персонала, а также автоматическим устройством, действующим от управляющей среды.
Управляющая среда – энергия, которая воздействует на привод, приводящий затвор в движение.
Затвор – основная деталь арматуры, непосредственно с помощью, которой устройство выполняет свое назначение.
Дистанционный привод бывает 2 типов.
1. Ручной – затвор перемещается при помощи воздействия человека на привод, расположенный удаленно от арматуры. Соединения привода с устройством в этом случае происходит посредством передачи (цепи/тросы, валы, подшипники, шестерни).
2. Автоматический. В системе присутствует командная среда, которая передается из единого диспетчерского пункта на автоматическое устройство, установленное на арматуре.
Командная среда – сигнал, приводящий в действие автоматический привод.
Познакомимся с каждым типом приводов предметно.
Ручной
При комплектации трубопроводной арматуры ручным приводным механизмом, затвор приводится в движение с помощью штурвала (маховика).
Рис.3 Варианты исполнения ручного привода
На рисунке 3 видно, что конструкции ручных механизмов отличаются. К примеру, на задвижке установлен массивный штурвал, с помощью которого можно перевести затвор в нижнее или верхнее положение, приведя в движение гайку и шпиндель. На кране и дисковом затворе имеются рукоятки, воздействуя на которые, их запорные органы перекрываются.
Выбор типа привода зависит от габаритов арматуры, принципа передачи усилия от рукоятки и характера движения затвора. На задвижке передача усилия происходит через резьбовое соединение гайки и шпинделя, а запорный орган движется перпендикулярно потоку рабочей среды от штурвала.
А вот на кране и затворе усилие передается непосредственно от рукоятки. Запорные органы здесь расположены по-другому:
- у крана затвор шаровидной формы расположен в протоке и вращается вокруг своей оси;
- у дискового затвора диск тоже находится в протоке и вращается вокруг своей оси, перпендикулярной потоку среды.
Чем больше диаметр проходной части арматуры, тем больше гидравлическое сопротивление, оказываемое на затвор. Отсюда вытекает необходимое усилие, которое надо приложить человеку, чтобы перекрыть трубу. При больших показателях гидравлического сопротивления, перевести затвор в положение «закрыто» ручным приводом очень трудно.
Механический
Приводы данного типа бывают с исполнительным механизмом в виде понижающего передачу редуктора и автоматического устройства.
Рис. 4 Варианты исполнения механического привода
Кроме изображенных на рисунке 4 типов механических приводов, существуют электромагнитные и гидроприводы.
Механический редуктор играет роль понижающего обороты устройства. Достоинством данного вида является возможность работать на арматуре большого диаметра без затрат на управляющую среду (энергия). Но есть и недостаток: за счет облегчения требуемой нагрузки на штурвал, возрастает количество оборотов для полного перекрытия потока. А это влечет за собой потери времени.
Принцип работы электропривода аналогичен механическому редуктору, за исключением наличия двигателя. Он воздействует на шпиндель, открывая и закрывая затвор за считаные секунды. Для снижения требуемой мощности электродвигателя, дополнительно устанавливается понижающий редуктор. Но так как на стандартном 220 В аппарате, со стандартной частотой тока в 50 ГЦ количество оборотов на валу достигает 3000, понижающий редуктор здесь необходим.
Принцип действия пневматического и гидроприводов похож, за исключением управляющей среды. В первом случае шток приводится в движение за счет давления воздуха, во втором – воды.
Шток – подвижная деталь без резьбы, передающая усилие от привода на затвор.
Установка пневматического и гидроприводов осуществляется на отсечную арматуру, от которой требуется моментальное срабатывание.
Дистанционный
Этот тип привода необходим для ускорения работы магистрали, а также при установке арматуры в местах, получить быстрый доступ к которым невозможно.
При обслуживании многотысячных километражей нефте-газопроводов, проходящих через «реки и океаны», установка дистанционного привода – вынужденная необходимость.
Рис. 5 Дистанционный привод
На рисунке 5 слева изображена схема ручного дистанционного привода. При помощи маховика (1), оператор передает крутящий момент на цепную передачу (4). Через систему цепей (валов) и поворотных редукторов (3), крутящий момент передается на штурвал арматуры (5), который, в свою очередь, сообщает движение затвору, перекрывая поток.
Такая система применяется в случаях установки трубопроводной арматуры в стесненных местах (технологические люки, загроможденные трубами отсеки, производственные помещения и др.)
На рисунке справа изображен пульт управления арматурой. Распоряжение приводом в этом случае осуществляется удаленно, из кабинета диспетчера. На пульт выведены кнопки открытия/закрытия затвора, лампочки сигнализации неисправности.
Дополнительно установлены блокировочные рукоятки, при включении которых управление приводом кнопками открытия/закрытия невозможно. Эта мера безопасности используется при проведении работ на магистрали, которые сопровождаются разгерметизацией системы. Рукоятка блокировки исключает человеческий фактор, который зачастую является причиной аварий на производстве.
Автономные приводы
Приводные механизмы такого типа применяются на отсечной, обратной, защитной и предохранительной арматуре. Автономный привод может быть исполнен в виде:
- пружины двустворчатого диска;
- разрывной мембраны;
- пружины затвора и др.
Принцип действия автономного привода такой: при достижении определенных параметров рабочей среды и под ее воздействием, арматура автоматически срабатывает. Например:
- при изменении направления потока в трубе, двустворчатый диск закрывает поток;
- при повышении давления до критической отметки разрывается мембрана;
- при увеличении скорости потока или давления, отводится пружина затвора.
Действие данного привода происходит от воздействия среды на рабочий орган арматуры без человеческого или иного (энергия) вмешательства.
Типы арматуры
Проще всего понять, что такое трубопроводная арматура, ознакомившись с ее типами. А вот такие трубопроводные изделия используются на современных магистралях:
- задвижки (бывают с выдвижным и невыдвижным шпинделем);
- клапаны (вентили);
- дисковые затворы;
- обратные клапаны;
- краны (шаровые, конусные);
- заслонки;
- конденсатоотводчики.
Каждый тип имеет индивидуальную конструкцию, типоразмер, принцип действия, привод, способ герметизации, и другие особенности.
Рис. 6 Типы арматуры
Материал корпусных деталей и запорных органов зависит от рабочей среды (ее основных параметров), для которой предназначен тот или иной тип арматуры.
Тип затвора
Различают несколько типов затворов:
- лист;
- диск;
- клин;
- тарелка;
- упругая мембрана;
- шланговый клапан
Первые 3 типа затворов устанавливаются на задвижках. Вне зависимости от вида затвора, его перемещение происходит перпендикулярно току среды. Для обеспечения определенной степени герметичности, уплотнительные поверхности задвижки изготавливаются из разных материалов.
Уплотнительная поверхность – контактная часть диска (клина) и кольца корпуса, которая обеспечивает заданную степень герметичности.
Герметичность – свойство арматуры препятствовать распространению среды в разделяемых патрубках (полостях).
Рис. 7 Клиновой затвор
Задвижка, имеющая листовой затвор, называется шиберная.
Клин от диска отличается взаимным расположением уплотнителя. Соответственно, у клина они расположены под углом друг к другу, а у диска – параллельно.
Конструкция клинового затвора может быть:
- жесткая;
- упругая;
- составная.
При жестком исполнении, клин плотно входит в предусмотренное седло корпуса.
Седло – выемка в нижней части корпуса задвижки, в которой установлены уплотнительные кольца, которые могут быть литыми или запрессованными с натягом.
Упругая конструкция позволяет дискам взаимно устанавливаться в седло. Если в затворе присутствуют неточности обработки уплотнителей, упругая сердцевина позволяет сгладить этот недостаток.
Аналогичным образом работает составной клин, выполненный из двух дисков. Подвижность упругой и составной конструкции снижает качественные требования обработки (шабрения) уплотнительных поверхностей.
Шабрение – процесс обработки уплотнительных поверхностей, для придания им точной взаимной геометрии.
Для особо ответственных трубопроводов, транспортирующих опасные химические вещества, проводят прецизионную электромеханическую обработку уплотнителей. Такие затворы имеют высокий класс герметичности.
Тарельчатый
Такой тип затворов устанавливается на клапанах (вентилях). В отличие от запорного органа задвижки, тарельчатый затвор перемещается параллельно току среды.
Тарельчатый затвор долговечнее, нежели клиновый. Дело в характере движения. Если в задвижке клин перемещается по уплотнительным поверхностям колец в корпусе, то у тарелки это движение отсутствует. Из-за отсутствия трения уплотнителей, тарельчатый затвор дольше сохраняет свои геометрические параметры и заявленный класс герметичности.
Рис.8 Тарельчатый затвор
Клапаны используют для трубопроводов сравнительно небольшого диаметра (до 250-300 мм). Это обусловлено большим, нежели у задвижки, гидравлическим сопротивлением на тарелку.
Мембранный и шланговый
Мембранный клапан представляет конструкцию, запорный орган которой сделан из упругой резины, усиленной металлическими пластинами или другим упругим материалом.
Шланговый затвор выполнен вставками в проходное отверстие армированной резиновой трубки, с высокой степенью упругости. Перекрытие тока происходит за счет сжимания этой трубки посредством внешнего механического воздействия.
Мембранная и шланговая арматура используется на трубопроводах химической промышленности. Эластичная резина выполнена из агрессивно стойких материалов.
Клапаны используют для трубопроводов сравнительно небольшого диаметра (до 250-300 мм). Это обусловлено большим, нежели у задвижки, гидравлическим сопротивлением на тарелку.
Кроме перечисленных типов затворов существуют также шаровые, конусные и цилиндрические.
Класс герметичности арматуры
Этот параметр определяется после изготовления каждого конкретного устройства, опытным путем на специальном оборудовании. Регламентируется эта процедура ГОСТом 9544.
В соответствии с нормативом, затворы классифицируются по классам от А (без утечек) до G. Устройства, предназначенные для эксплуатации на ответственных объектах, соответствует классам А, АА, В, С.
Таблица 1 Нормы герметичности
Q – обозначает количество утечки (объем, измеряемый в кубических мм за секунду).
Конструктивные особенности
К основным конструктивным особенностям трубопроводной арматуры относятся:
- конструкция корпуса;
- конструкция патрубков;
- формообразование корпуса.
Разберем каждый параметр подробно.
Конструкция корпуса
Трубопроводная арматура может выполнять функцию поворота магистрали. Для этого выпускаются устройства с угловым расположением патрубков. Стандартный угол составляет 90 0 . Для каждого индивидуального предприятия, по его заказу, заводы изготавливают нестандартные углы поворота.
Обыкновенная, прямолинейная арматура называется проходной. В таком устройстве центры присоединительных патрубков находятся на одной линии.
По диаметру протока арматура может быть полнопроходной и неполнопроходной. Например, если в паспорте указан диаметр условного прохода 300мм, то для неполнопроходного устройства внутренний диаметр будет равен 250мм. Для полнопроходной внутренний диаметр, соответственно, равняется 300мм.
Под внутренним диаметром понимается размер проходного сечения седел корпуса.
Не во всех полнопроходных устройствах внутренний диаметр равен заявленным параметрам в паспорте. К примеру, для задвижки, диаметром условного прохода 350мм, размер проходного сечения может быть равен от 331мм до 350мм. Такие параметры полнопроходных задвижек регламентируются стандартами арматуростроения. Данный диапазон сечения находится в допуске.
Конструкция патрубков
Патрубками называются входное и выходное отверстие арматуры. Для герметичного присоединения устройства к трубопроводу, способ крепления должен отвечать стандартам.
А вот какими способами патрубки соединяются с трубопроводом.
1. Фланец. Имеет форму диска с проточками и отверстиями для крепления болтами.
2. Цапковая гайка. Имеет внутреннюю резьбу с одной стороны, а с другой, отверстие под внутренний штуцер с клыками.
3. Муфта. Имеет внутреннюю резьбу на каждом патрубке.
4. Штуцер. Обыкновенная гладкая или ребристая трубка меньшего диаметра, нежели проходное отверстие.
5. Соединение под приварку. Патрубок имеет специальную разделку кромки для выполнения сварочных работ.
На промышленных трубопроводах самым распространенным способом крепления является соединение фланцем и под приварку. Эти два типа крепления выдерживают самые большие нагрузки, имеют отличные показатели герметичности, надежности и долговечности.
Штуцер используют для присоединения шлангов к вентилям. Для улучшения герметичности соединения используется хомут.
Муфты чаще всего встречаются на сантехнической арматуре. А вот цапковый способ имеет ограниченную сферу применения. Его устанавливают на пожарные гидранты, краны и рукава.
Формообразование
По способу формообразования корпуса, арматура бывает:
- литая (детали изготовлены методом литья в формы);
- литосварная (отлитые детали соединяются методом сварки);
- штампосварная (штампованные части корпуса сварены между собой);
- литоштампосварная.
Для соединения корпусных деталей арматуры применяется электродуговая сварка. На технологических линиях заводов-изготовителей устанавливаются специальные станки, снабженные компьютерным управлением (ЧПУ).
Штамповка корпусных деталей происходит под мощными прессами. Для этого разогретую болванку помещают в форму. Под воздействием нагрузки от пресса, болванка получает требуемые параметры.
Выбор того или иного способа формообразования зависит от марки металла.
Металл для корпусных деталей
Трубопроводная арматура изготавливается из:
- чугуна;
- стали;
- латуни;
- алюминия;
- никеля;
- титана.
Арматуру, применяемую в трубопроводах коммунальных систем, обычно делают из чугуна GGG40 или 50. Это серый шаровидный чугун. Кроме этого сплава в арматуростроении применяются ковкие и высокопрочные чугуны. Различные добавки в сплав обеспечивают арматуре:
- жаростойкость;
- кислотоупорность;
- щелочестойкость;
- и антифрикционные свойства.
Из чугуна делают отливки корпусов, штурвалов и затворов.
Стали
Сталь обладает лучшими (нежели чугун) прочностными характеристиками. Так как сталь пластична, ее используют для изготовления ответственных конструкций, работающих под высоким давлением.
Пластичность – характеристика металла, которая выражается в способности выравнивать силовые напряжения, вызванные внешним воздействием (давлением рабочей среды).
Для изготовления корпусных деталей используют углеродистую сталь, марки 25Л или 35Л.
Затворы, контактирующие с рабочей средой, делают из легированных сплавов с добавлением титана, никеля и хрома. Благодаря антикоррозионным свойствам этих добавок, уплотнители получают отличную сопротивляемость коррозии, механическим воздействиям и усталости.
Цветные металлы
Из латуни, меди и бронзы, в основном делают сантехнические вентили и краны. Также бронзовые и латунные сплавы применяются в криогенной арматуре, работающей при экстремально низких температурах (менее -153 0 С). С понижением температуры рабочей среды, механические и прочностные свойства латуни повышаются.
Так как латунь имеет отличные антифрикционные свойства (устойчивость к истиранию), она используется при изготовлении подвижных деталей (например, ходовой гайки).
Титан служит добавкой в легированных сталях, которые применяют для наплавок уплотнительных поверхностей.
Способ герметизации
Так как в трубопроводной арматуре присутствуют подвижные части, а система работает в условиях повышенных давлений и температур, необходимо устройство, которое ограничит рабочую среду от окружающей.
Для этого используются:
- сальник;
- мембрана;
- сильфон;
- шланг.
Устройство сальника представляет специальную камеру, через которую проходит подвижная часть (шпиндели или шток). Для предотвращения выхода рабочей среды, в сальниковой камере предусмотрен паз для укладки уплотнителя. В качестве последнего используется:
- асбест;
- паронит;
- терморасширенный графит.
Для конкретной сферы эксплуатации арматуры, набивка дополнительно армируется и пропитывается. К примеру, паронит имеет 4 исполнения, приведенные в таблице 2.
Терморасширенный графит (или сокращенно – ТРГ) также имеет несколько модификаций.
В качестве армирующего вещества ТРГ используется:
- проволока из нержавейки;
- хлопчатобумажная нить;
- стекловолокно;
- лавсан;
- инконелевая проволока.
Сильфон представляет собой длинную металлическую гофрированную трубку, внутрь которой входит шток. Гофра выдерживает значительные механические, температурные воздействия и изгибы. В основном, сильфон используют в криогенной арматуре.
Мембрана применяется при невысоких показателях давления и температуры среды. Некоторые типы арматуры имеют затвор, одновременно выполняющий роль мембраны.
В шланговой арматуре (рис. 9) герметичность системы производится за счет наличия в проходном отверстии резинового шланга. Дополнительные приспособления здесь не нужны.
Давление номинальное, рабочее и пробное
Во всех нормативных документах обозначается PN и измеряется МПа (мега Паскали). На сайтах российский производителей трубопроводной арматуры чаще всего обозначается Ру с единицей измерения в атм.
Соотносятся МПа с атм. так:
Номинальным называется максимальное давление, при котором возможна нормальная эксплуатация арматуры при температуре транспортируемого вещества 20 0 С. В таком режиме корпусные детали не подвергаются деформации, а само устройство гарантированно отслужит свой полный ресурс.
PN отражает наибольшее давление при температуре вещества только 20 0 С. Это означает, что при больших температурах, максимальное давление снижается.
Соотношение максимального давления от температуры можно посмотреть в таблице, приведенной ниже.
Таблица 3 Зависимость температуры от давления
Рабочее давление – это максимальное давление в трубе, при заданной температуре.
Температура и давление
Два основных параметра, по которым классифицируется трубопроводная арматура – это температура и давление рабочей среды.
По температурным диапазонам работы, трубопроводная арматура бывает:
- обычная, диапазоном от +5 0 С до +425 0 С;
- для высоких показателей температуры – до +600 0 С;
- жаропрочная – более +600 0 С;
- для холодильной техники – до -153 0 С;
- криогенная – менее -153 0 С.
По максимальному давлению в системе, арматура подразделяется для:
- сверхвысокого вакуума – менее 0,1 Па;
- низкого вакуума – от 0,1 Па до 0,1 Мпа;
- малых давлений – до 1,6 МПа;
- средних показателей – от 2,5 до 10 МПа;
- высокого давления – от 16 до 80 МПа;
- сверхвысокого давления – более 100 МПа.
Группа температуры и давления зависит от металла, из которого изготовлена арматура. Для чугуна показатели ниже, чем для сплавов из углеродистой и легированной стали.
ТРУБОПРОВОДНАЯ АРМАТУРА
Развитие водопроводных и тепловых систем, внедрение энергосберегающих технологий, автоматизация жилищно-коммунального хозяйства, дало толчок к расширению номенклатуры разнообразных устройств, предназначенных для управления потоками рабочей среды транспортируемой по трубопроводам.
Такие устройства, применяемые для отключения, распределения, регулирования, смешения или сброса потоков сред, объединены под понятием трубопроводной арматуры.
Насыщение рынка зарубежными и отечественными образцами, большое разнообразие условий, в которых работает арматура, специфичность требований, предъявляемых к ней, вопросы надежности и долговечности, наличие большого количества конструктивных типов усложняют выбор арматуры для конкретных условий эксплуатации в современных системах.
Подавляющее большинство арматуры устанавливается на трубопроводах, и значительно меньшая часть монтируется непосредственно на котлах, аппаратах, установках и агрегатах.
Основными параметрами трубопроводной арматуры являются:
- диаметр условного прохода;
- условное давление;
- температура рабочей среды;
- рабочее давление;
- пробное давление.
Причем первые три характеристики являются общими для арматуры и трубопроводов.
Диаметр условного прохода (Dy) — номинальный внутренний диаметр трубопровода, на котором устанавливается арматура. Разные типы арматуры при одном и том же диаметре условного прохода имеют разные проходные сечения.
Условное давление — наибольшее избыточное рабочее давление при температуре 20С, при котором обеспечивается длительная работа арматуры и соединительных частей трубопроводов.
Температура рабочей среды — наивысшая длительная температура перекачиваемой по трубопроводу среды (без учета кратковременных повышений температуры, допустимых техническими условиями).
Рабочее давление — наибольшее избыточное давление, при котором обеспечивается длительная работа арматуры и соединительных частей трубопроводов при рабочей температуре проводимой среды.
Пробное давление — избыточное давление, при котором арматура и соединительные части трубопроводов должны подвергаться гидравлическому испытанию на прочность и непроницаемость материала корпусных деталей при температуре не ниже 5С и не выше 70С, если в нормативно-технической документации не указано конкретное значение этой температуры.
Граничное отклонение значения пробного давления не должно превышать 15 %.
Условное давление является единственным параметром арматуры, гарантирующим ее прочность и учитывающим как рабочее давление, так и рабочую температуру. Условное давление соответствует допустимому для данного изделия рабочему давлению при нормальной температуре. При повышении температуры механические свойства конструкционных материалов ухудшаются. Поэтому для арматуры с высокой рабочей температурой допустимые рабочие давления ниже условных. Это понижение зависит от материала деталей арматуры и температурной зависимости прочностных свойств материала. Чем выше рабочая температура, тем ниже максимальное рабочее давление при одном и том же условном давлении.
Для внесения общей ясности в эксплуатационные и конструктивные особенности применения трубопроводной арматуры предлагается ее классифицировать по следующим параметрам:
- по способу перекрытия потока среды;
- по области применения;
- в зависимости от рабочей среды и ее параметров;
- по материалу корпусных деталей;
- по методу управления;
- по функциональному назначению;
- по способу присоединения к трубопроводу;
- по величине диаметра условного прохода;
- по величине условного давления.
Характеризуется арматура эксплуатационными и конструкционными свойствами. Эксплуатационные характеристики определяют область применения арматуры, конструкционные — особенности конструкции, влияющие на метод управления, монтажа, технического обслуживания и ремонта.
К эксплуатационным характеристикам относятся:
- класс арматуры;
- тип изделия;
- материал основных деталей;
- тип привода.
Конструкционными характеристиками арматуры являются:
- строительная длина;
- строительная высота;
- тип присоединительных патрубков;
- способ присоединения к трубопроводу;
- тип уплотнительных колец.
По способу перекрытия потока среды трубопроводная арматура подразделяется на следующие типы:
- задвижка — затвор в виде диска, пластины или клина, совершает возвратно-поступательное движение вдоль своей плоскости, перпендикулярно к оси потока среды (рис. 1). Принципиальная особенность задвижек та, что при их закрывании запорный элемент не преодолевает усилия от давления среды, так как он движется поперек потока. В задвижках при закрывании необходимо преодолевать только трение. Поэтому задвижки можно применять для самых больших проходов и рабочих давлений.
- клапан — затвор в виде тарелки или корпуса совершает возвратно-поступательное движение параллельно оси потока среды в седле корпуса арматуры (рис. 2).
- вентиль — клапан, в котором затвор перемещается с помощью винтовой пары и управляется вручную. Основное преимущество вентилей — отсутствие трения уплотнительных поверхностей, поэтому вентили применяют в самых ответственных трубопроводах высокого давления.
- кран — затвор, имеющий форму тела вращения (или его части), поворачивается вокруг своей оси, расположенной перпендикулярно к оси потока среды (рис. 3);
- заслонка — затвор, имеющий форму диска, поворачивается вокруг оси, расположенной в плоскости затвора или параллельно ей (рис. 4);
- мембранный клапан — затвор в виде упругой мембраны, перемещается вдоль оси потока в седле клапана (рис. 5).Мембранные клапаны особенно хорошо приспособлены для работы на агрессивных средах, потому что они не имеют сальника, а подвижные металлические элементы отделены от рабочей среды диафрагмой.
- шланговый клапан — перекрытие потока осуществляется путем пережима эластичного (резинового) шланга, внутри которого проходит транспортируемая рабочая среда (рис. 6). Главные преимущества шланговых клапанов: простота конструкции, эффективность работы в шламах и пульпах (где арматура большинства других типов неработоспособна), стойкость к коррозии и абразивному износу.
В зависимости от рабочей среды и ее параметров арматуру подразделяют на пароводяную (для воды и пара), энергетическую, нефтяную, канализационную, вентиляционную, криогенную, вакуумную, резервуарную.
По материалу корпусных деталей выделяют арматуру:
- стальную (из углеродистой или легированной стали);
- из коррозионностойкой стали;
- титановую;
- чугунную (из серого чугуна);
- из ковкого чугуна;
- цветных металлов;
- пластмасс;
- керамики (фарфор);
- стекла.
По функциональному назначению арматура делится на следующие классы:
- запорная арматура предназначена для полного перекрытия потока среды в трубопроводе;
- регулирующая арматура — для регулирования расхода рабочей среды с целью регулирования соответствующих параметров технологического процесса (температуры, давления, состава материалов, участвующих в процессе);
- распределительно-смесительная арматура используется для распределения потока среды по определенным направлениям;
- предохранительная арматура — для предохранения обслуживаемых объектов от чрезмерного повышения давления путем выпуска избыточного количества рабочей среды;
- защитная арматура предназначена для защиты оборудования от аварийных изменений параметров рабочей среды. В отличие от предохранительной, защитная арматура при возникновении аварийных условий закрывается и отключает обслуживаемый участок, чем предохраняет его от недопустимых воздействий;
- фазоразделительная и массоразделительная арматура предназначена для автоматического разделения сред в зависимости от их фазы и состояния.
По области применения трубопроводную арматуру разделяют на следующие категории:
- Промышленная арматура общего назначения изготавливается серийно в больших количествах и предназначена для сред с часто применяемыми значениями давлений и температуры. Этой арматурой оснащаются водопроводы, паропроводы, городские газопроводы, системы отопления и т.п. Такая арматура широко представлена продукцией немецкого производителя ARI-Armaturen GmbH, польского — Zetkama, словенского — POLIX, украинского — корпорация «Киевская арматура». В основном это задвижки, запорные и регулирующие клапаны, редукционные клапаны давления, регуляторы температуры, предохранительные, балансировочные клапаны, конденсатоотводчики.
- Промышленная арматура для особых условий работы предназначена для эксплуатации при относительно высоких давлениях и температурах, при низких температурах, на коррозионных, токсичных, радиоактивных, вязких, абразивных или сыпучих средах. К этой арматуре относятся: арматура высоких энергетических параметров, криогенная, коррозионностойкая, фонтанная, арматура с обогревом, арматура для абразивных гидросмесей и для сыпучих материалов. Одним из крупнейших предприятий- производителей является ОАО «Ивано- Франковский арматурный завод» в Украине.
- Специальная арматура разрабатывается и изготавливается по отдельным заказам на основании особых технических требований (например, для экспериментальных и уникальных промышленных установок, в том числе и для атомных электростанций).
- Судовая арматура выпускается для работы в специфических условиях эксплуатации на судах речного и морского флота с учетом повышенных требований относительно минимальной массы, вибростойкости, повышенной надежности, особых условий управления и эксплуатации.
- Сантехнической арматурой оснащаются различные бытовые устройства: газовые плиты, ванные установки, кухонные раковины и т.д. В основном это шаровые краны, обратные клапаны, регуляторы давления, фильтры, регулировочные вентили. Такого типа арматура на нашем рынке представлена торговыми марками HERZ (Австрия), Danfoss (Дания) Heimeier, Oventrop (Германия), Far, Brandoni (Италия).
Применение того или иного вида арматуры определяется такими факторами, как: возможность и необходимость ручного или механического привода, дистанционного или автоматического управления, быстрота срабатывания, наличие в приводе аварийной системы с независимым источником энергии.
Таким образом, по методу управления арматура может быть управляемой и автоматически действующей (автономной или прямого действия). Большинством производителей предусматривается конструктивно использование ручного или механического привода. Арматура с ручным приводом снабжается маховиком, маховиком и редуктором. В качестве механического привода может применяться электромеханический, электромагнитный, мембранный, поршневой и сильфонный. По конструктивному исполнению привод арматуры может быть насадным (блочным), встроенным и дистанционным. Такая универсальность присуща в основном регулирующим клапанам, регуляторам перепадов давлений, температур, которые участвуют в автоматизированных системах транспортировки нефтепродуктов, газа, системах отопления.
При регулировании технологических процессов с применением арматуры различают: автоматическое и ручное регулирование, дистанционное и местное, непрерывное и периодическое, бесступенчатое и позиционное.
Наиболее совершенным является дистанционное автоматическое непрерывное бесступенчатое регулирование. Наименее совершенным — ручное местное периодическое регулирование.
По способу присоединения к трубопроводу арматура подразделяется на фланцевую, муфтовую, цапковую, штуцерную и с патрубками под приварку (приварную).
Фланцевая арматура имеет присоединительные патрубки, снабженные фланцами, муфтовая — муфты с внутренней резьбой. Арматура для канализационных сетей может иметь муфтовые патрубки без внутренней резьбы, конусные полости которых при соединении с трубопроводом герметизируются резиновым кольцом и заполняются уплотняющим материалом. Цапковая арматура имеет присоединительные патрубки с прокладочным уплотнением и наружной резьбой, штуцерная — с наружной резьбой без прокладочного уплотнения.
Арматура под приварку имеет присоединительные патрубки, предусмотренные и подготовленные для приварки к трубопроводу.
Не все конструкции арматуры можно устанавливать в любом рабочем положении на трубопроводе. В связи с этим трубопроводную арматуру можно разделить на конструкции, допускающие монтаж в любом рабочем положении, допускающие установку только в вертикальном положении на горизонтальном трубопроводе и допускающие установку только на вертикальном трубопроводе.
По величине диаметра условного прохода различают арматуру малых проходов (Dy ? 40 мм), средних походов (Dy = 50-250 мм) и больших проходов (Dy > 250 мм).
По величине условного давления арматуру можно разделить на три основные группы:
- низкого давления на Py 2 (1 МПа);
- среднего давления на 16 2 (1,6÷6,4 МПа);
- высокого давления на 100 2 (10÷100 МПа).
Условия работы арматуры определяются большим количеством факторов: рабочим давлением среды, рабочей температурой, физическими и химическими свойствами рабочей среды, колебаниями давления и температуры, периодичностью выполнения циклов срабатывания или переключений, типом привода, местоположением арматуры на трубопроводе, расположением на открытом месте или в закрытом помещении, климатическими условиями и т.д.
Правильный выбор конструктивного типа арматуры в значительной степени определяет безаварийную работу как отдельных технологических производств в целом, так и отдельных трубопроводов. Требования, предъявляемые к трубопроводной арматуре, чрезвычайно разнообразны. Вместе с тем явно проявляется тенденция резкого повышения срока эксплуатации, надежности и долговечности всех видов арматуры. Арматура линейной части газопровода должна обладать долговечностью порядка 10-20 лет, так как экономически замена такой арматуры обходится значительно дороже стоимости самой арматуры из-за необходимости остановки газопровода, сложности доставки арматуры на место и т.п.
Запорная арматура технологических трубопроводов нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств эксплуатируется в самых разнообразных режимах и условиях. Общими требованиями к такой арматуре, как правило, в этих случаях, являются взрывобезопасность (особенно это относится к электроприводу и электроавтоматике), герметичность затвора, прокладочных и сальниковых уплотнений, коррозионная стойкость материала основных деталей, стойкость уплотнений к углеводородным средам. Конструкция арматуры также должна отвечать требованию высокой пригодности к ремонту — легкости и удобству замены изношенных деталей. Эти же требования предъявляются при работе арматуры на агрессивных средах.
Тип и назначение трубопровода, долговечность и ремонтопригодность, надежность работы, а также вид арматуры и место ее установки в гидравлической системе определяют конкретные особенности применения и эксплуатации арматуры, а также характер требований, предъявляемых к ней.
Наконец, одним из решающих факторов при использовании является экономичность арматуры.
При этом должны учитываться цена арматуры, стоимость ее обслуживания, а также влияние арматуры на экономические показатели всего технологического процесса. Все эти характеристики должны быть обязательно связаны с расчетным сроком службы системы, где применяется арматура, а также с проектируемой в дальнейшем модернизацией или автоматизацией.
Таким образом, подводя итоги можно сказать, что трубопроводную арматуру следует выбирать в зависимости от:
Читайте также: