Наступление дисковых затворов
Из представленного нами выше обзора видно, что характеристики дисковых затворов и их разновидностей (сегментного и эксцентрикового затвора) подтягиваются к лучшим достижениям шаровых кранов и часто превосходят их. Ниже показаны новые возможности дисковых затворов, которые были достигнуты компанией Метсо, являющейся лидером в создании и внедрении исковых затворов и ее основными марками: Neles (качественная арматура для технологических процессов), Mapag (инженерная арматура для специальных и сложных применений) и Jamesbury (стандартная, как правило, общепромышленная арматура), табл.
Табл. Новые возможности дисковых затворов
| Показатель | Серия MAPAG | Серия Neles | Серия Jamesbury |
| Класс давления | cl 900 … cl 2500 | cl 150 … cl 600 | cl 150 … 600 |
| Диапазон диаметров | 4”…100” | 3”…80” | 2,5”…60” |
| Уплотнения | Металл по металлу или мягкое Комбинированное Металл + мягкое | Металл по металлу | Мягкое |
| Температура | 1,100°F...2,600°F 600°C … 1450 °C | 1. 328°F...+1,000°F 2. 200°C…+ 600°C | 3. 328°F.....+500°F 4. 200°C…+ 260°C |
| Материал | Стандартные углеродистые и легированные стали Специальные материалы (Al, Ti, Хастеллой…) | Стандартные и легированные стали | Стандартные стали и сплавы |
| Фланцы | Бесфланцевые, фланцевые, с проушинами, сварные | Бесфланцевые, фланцевые, с проушинами | Бесфланцевые, фланцевые, с проушинами |
| Специальные исполнения | Конструкция с входом сверху |
Сегодняшний уровень давления, который способны достигать специально спроектированные дисковые затворы уже составляет ANSI 2500, номинальный диаметр достигает 2500 мм и может быть сделан и выше по специальным заказам. Возможно использование разнообразных седел, металлических, мягких и комбинированных. Стандартные исполнения дисковых затворов уже работают практически во всем диапазоне стандартных рабочих температур, включая уровень температуры в энергетических установках и газовых турбинах, например, в специальном исполнении они преобладают над всеми основными типами арматуры и достигают значений в 14000С. Особенно велик выигрыш при применении дисковых затворов при использовании их в бесфланцевом исполнении, использование которого в других типах арматуры часто недопустимо.
Новые применения
Там, где раньше были шаровые краны и задвижки сейчас все больше устанавливают дисковые затворы. Ниже мы рассмотрим некоторые основные направления замены существующих и устоявшиеся применений, где явно побеждают дисковые затворы.
Большие диаметры трубопроводов
Большие диаметры трубопроводов требует пересмотра основных положений при выборе арматуры. Увеличивающаяся масса арматуры, трудности ее установки, демонтажа, и ремонта, проблемы с вибрацией, обусловливающей сильное разрушающее воздействие на трубопровод, необходимость специального кранового оборудования, опор и подвесок приводят к главному требованию - снижению весо-габаритных характеристик.
Требованию уменьшения габаритов и веса в наибольшей степени соответствуют дисковые затворы. Так, на рис. ниже показана замена задвижек на дисковые затворы на трубопроводах большого диаметра химических и металлургических производств.
| Задвижка |
| Дисковый затвор на тот же DN |
Рис. Разница в требуемом пространстве при установке дисковых затворов и традиционно применяемых задвижек
С ростом диаметра дисковые затворы остаются единственной альтернативой. Так, при номинальном диаметре 400мм и более строительная высота дискового затвора в 3 раза меньше чем у задвижки, а вес по сравнению с шаровым краном меньше чем в 2,5 раза, а по сравнению с задвижкой - более чем в 3 раза, табл.
Табл. Показатели использования задвижек, шаровых кранов и дисковых затворов при одних и тех же условиях применения, данные компании Метсо
| Показатель | Задвижки | Шаровые краны | Дисковые затворы |
| Номинальный диаметр и класс давления | DN 400 CL 150 | DN 400 CL 150 | DN 400 CL 150 |
| Строительная длина | 1,200 mm | 1,200 mm | |
| Строительная высота | 7,490 mm | 2,450 mm | 2,450 mm |
| Вес | 11,500 kg | 8700 kg | 3,450 kg |
| Относительная стоимость | 120% | 400% | 100% |
Сверхвысокие температуры
В связи с простотой и высокой симметричностью конструкции дисковые затворы в специальном исполнении выдерживают температуры до 14000С. Так, конструкции дисковых затворов из керамических материалов с регулирующим элементом без седла позволяют за счет простоты конструкции работать при сверхвысоких температурах. Другие конструкции, включая шаровые краны и задвижки, либо показывают ограниченную работоспособность, либо не применимы совсем.
Рис. Дисковый затвор для применения установках десульфурации, PCK, Германия, установлен на байпасе 1400оС
Сверхнизкие температуры и условия холодного (теплового удара)
Дисковые затворы все чаще можно увидеть в сложных применениях в криогенной технике. Простота конструкции дисковых затворов, осесимметричность создает благоприятные условия для работы в условиях теплосмен и термических напряжений, там, где другие типы арматуры испытывали бы сильное коробление и потерю герметичности.
Рис. Терминалы разгрузки сжиженных газов. Пример установки дисковых затворов MAPAG на приемном судовом терминале в Корее
Надежность при работе в условиях высокой цикличности на атомных станциях
Простота конструкции и выдерживание больших деформаций дает возможность дисковым затворам заменять другие типы арматуры в применениях цикловой работы при высоких давлениях.
Рис. Насосная установка высокого давления компании Андритц для атомных станций
Так, для тестового блока на атомной электростанции в Китае станции были предложены различными поставщиками:
- Задвижки с классом давления CL2500
- Шаровые краны с классом давления CL2500
- Дисковые затворы с наименьшим классом давления CL1500
Выбор остался за дисковыми затворами специальной конструкции, поскольку их меньший диаметр и более простая конструкция позволили использовать решения на меньший класс давления при тех же параметрах герметичности.
Кристаллизующиеся и образующие наросты среды
В кристаллизующихся и образующих наросты средах дисковые затворы в настоящее время хорошо себя показывают в специальном исполнении, см. например, конструкцию компании Мапаг.
Рис. Дисковые затворы для условий кристаллизации соли фабрики выпаривания и обессоливания. Тайвань. Диам 8-16” Аналогичные решения для вывода печных газов с высокой степенью наростообразования. Solid proof/Monel, Dow, Germany
Такие решения имеют специальные решения для очистки подвижных соединений и обеспечения герметичности затворов.
Волокнистая масса ЦБП
Простая проточная часть и низкие гидравлические сопротивления обусловливают применение дисковых затворов на волокнистой массе в целлюлозно-бумажной промышленности. Короткая проточная часть и полированная внутренняя поверхность гарантирует отсутствие налипания волокон и не влияет на образование узелков и сгустков массы и ли облачных соединений фибрилл.
Рис. Участок массоподготовки бумагоделательной машины
Соответствие технологическому процессу
Требования к согласованности с технологическим процессом и снятие ограничений в установлении технологического регламента создают условия, при которых четвертьповоротная арматура начала быстро вытеснять арматуру с длительным ходом, как правило, арматуру возвратно-поступательного действия (задвижки и клапаны). При этом у дисковых затворов отмечалась слабое место - невозможность обеспечить длительную герметичность, особенно при работе на средах с тенденцией к слипанию, кристаллизации, наросто и накипеобразованию. Однако, с развитием сложного динамичного движения запирающего элемента в затворе эта проблема начала решаться. Специализированные металлические седла и развитие применения двух- трехэксцентрикового уплотнения практически решили эту проблему, рис.
Рис. Переход к сложному трехэксцентриковому уплотнению в дисковых затворах
Тройной эксцентриситет не влияет на поведение затвора при регулировании, и в тоже время не приводит к износу или разрушению седла, что особенно важно для металлических седел. Тройной эксцентриситет сразу устраняет контакт между седлом и затвором после открытия затвора. Большинство трудностей, характерных для дискового затвора при этом устраняются. Дальнейшее усложнение движения затвора с целью еще большего обеспечения надежного перекрытия потока «не за горами», рис.
Рис. Дисковый затвор MAPAG со сложным движением затвора