Выбор запорно-регулирующей арматуры

Арматура — неотъемлемая часть любого трубопровода. Расхо­ды на нее составляют, как правило, до 10 — 12 % капитальных вло­жений и эксплуатационных затрат. Трубопроводная арматура представляет собой устройства, предназначенные для управления потоками жидкостей или газов, транспортируемых по трубопро­водам.

По принципу действия арматуру делят на три основных клас­са: запорную, регулирующую и предохранительную. Запорная ар­матура служит для полного перекрытия потока в трубопроводе, регулирующая — для изменения давления или расхода, предохранительная — для предохранения трубопроводов, сосудов и аппара­тов от разрушения при превышении допустимого давления среды.

К арматуре, устанавливаемой на газо- и нефтепроводах, предъявляется ряд требований, основными из которых являются: прочность, долговечность, безотказность, герметичность, транс­портабельность, ремонтопригодность, готовность к выполнению цикла срабатывания (открытие, закрытие) после длительного пре­бывания в открытом или закрытом положении.

Арматуру классифицируют по основным признакам: ее назна­чению; условиям работы — давление, температура, агрегатное со­стояние, химическая активность и токсичность транспортируемой среды, температура и особые свойства (например, взрывоопас­ность окружающей среды); по диаметру условного прохода (номи­нальный размер арматуры).

По величине условного давления арматуру можно разделить на три основные группы: низкого давления на р_у до 10 кгс/см², среднего давления на р от 16 до 64 кгс/см²; высокого давления на р_у от 100 до 1000 кгс/см².

Условное давление р_у является основным параметром для из­готовляемой 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.

Вторым основным параметром арматуры является диаметр ус­ловного прохода — D_y. Это номинальный внутренний диаметр тру­бопровода, на котором устанавливают данную арматуру. Различ­ные типы арматуры при одном и том же условном проходе могут иметь разные проходные сечения. По размеру условного диаметра различают арматуру малых диаметров (D < 40 мм), средних диа­метров (D_y = 50 - 250 мм) и больших диаметров (D_y > 250 мм).

Основные типы запорно-регулирующей арматуры

Задвижки

К задвижкам относят запорные устройства, в которых проход перекрывается поступательным перемещением затвора в направ­лении, перпендикулярном движению потока транспортируемой среды. Задвижки широко применяют для перекрытия потоков газообразных или жидких сред в трубопроводах с диаметрами условных проходов от 50 до 1400 мм при рабочих давлениях 4 — 200 кгс/см² и температурах среды от 60 до 450 °С.

В сравнении с другими видами запорной арматуры задвижки имеют следующие преимущества: незначительное гидравличе­ское сопротивление при полностью открытом проходе; отсутствие поворотов потока рабочей среды; возможность применения для перекрытия потоков среды большой вязкости; простота обслужи­вания; относительно небольшая строительная длина; возможность подачи среды в любом направлении.

К недостаткам задвижек следует отнести их относительно большую высоту, поэтому в тех случаях, когда затвор в соответ­ствии с технологическим процессом большую часть времени дол­жен быть закрыт, а открывается он редко, в целях экономии места при Dy 200 мм, как правило, применяют вентили.

Клас­сифицируют задвижки по величине рабочих давлений, температу­рам рабочих сред, типу привода и т. п. Наиболее целесообразной является классификация задвижек по конструкции затвора. По этому признаку многочисленные кон­струкции задвижек могут быть объединены по основным типам: клиновые и параллельные задвижки. По этому же признаку клиновые задвижки могут быть с неуп­ругим, упругим и самовосстанавливающимся клином. Параллельные задвижки можно подразделить на однодисковые и двухдисковые. В зависимости от конструкции винт — гайка и ее расположе­ния (в среде или вне среды) задвижки могут быть с выдвижным и невыдвижным шпинделем.

Краны

Кран — запорное устройство, в котором подвижная деталь затвора (пробка) имеет форму тела вращения с отверстием для пропуска потока. Перекрытие потока осуществляется вращением вокруг своей оси подвижной детали затвора. В зависимости от гео­метрической формы уплотнительных поверхностей пробки и корпу­са краны разделяют на два основных типа: конические и шаровые. Краны можно классифицировать и по другим конструктив­ным признакам: по способу создания удельного давления на уп­лотнительных поверхностях, по форме окна прохода пробки, по числу проходов, по наличию или отсутствию сужения прохода, по типу управления и привода, по материалу уплотнительных поверх­ностей и т. д.

Наибольшее распространение на магистральных трубопрово­дах получили шаровые краны.

В конструкции шаровых кранов сохранены основные преиму­щества конических кранов (простота конструкции, прямоточность и низкое гидравлическое сопротивление, постоянство вза­имного контакта уплотнительных поверхностей).

Во-первых, пробка и корпус крана благодаря сферической форме имеют меньшие габаритные размеры и массу, а также большую прочность и жесткость (им не нужны ребра жесткости, усложняющие технологию отливки).

Во-вторых, при изготовлении кранов с коническим затвором технологически трудно получить одинаковую геометрию конусов корпуса и пробки.

В-третьих, изготовление шаровых кранов менее трудоемко (при наличии необходимого оборудования). Это объясняется тем, что наиболее трудоемкие операции при изготовлении кранов — механическая обработка и притирка уплотнительных поверхно­стей корпуса и пробки. В шаровых кранах, в отличие от кониче­ских, уплотнительных поверхностей в корпусе нет, они есть толь­ко на уплотнительных кольцах, размеры которых во много раз меньше, чем размеры корпусов конических кранов (отсюда и рез­кое снижение трудоемкости).

Приводы запорной арматуры

В настоящее время запорную арматуру (при условном диамет­ре выше 500 мм практически всю арматуру) оснащают приводами, наибольшее распространение из которых получили электриче­ские, пневматические, гидравлические и комбинированные.

Электрические приводы

Электроприводы для управления запорной арматурой нашли наибольшее распространение по сравнению с другими приводами благодаря таким преимуществам, как простота и надежность кон­струкции, а также вследствие широкой оснащенности промыш­ленности электроэнергией.

С помощью электропривода осуществляют: открывание и закрывание запорной арматуры; автоматическое отключение электродвигателя при превышении максимального крутящего момента; звуковую или визуальную сигнализацию крайних положений запорного органа арматуры; дистанционное управление запорной арматурой; автоматическое управление запорной арматурой; местное, а также дистанционное указание положения запор­ного органа арматуры; ручное управление запорной арматурой при отсутствии элек­троэнергии.

Пневматические приводы

Пневмоприводы в основном применяют в запорной арматуре (например, в кранах), где не требуется больших усилий и переме­щений при управлении. При больших усилиях и перемещениях конструкция привода становится громоздкой и сложной.

Применение пневмоприводов в клиновых задвижках ослож­няется из-за необходимости значительного усилия для отрыва клина из клиновой камеры корпуса, а для перемещения клина после его отрыва требуется усилие в несколько раз меньше.

Обратные клапаны

Обратные клапаны предназначены для предотвращения об­ратного потока среды в трубопроводе и, тем самым, предупрежде­ния аварии, например при внезапной остановке насоса и т. д. Они являются автоматическим самодействующим предохранительным устройством. Затвор — основной узел обратного клапана. Он про­пускает среду в одном направлении и перекрывает ее поток в об­ратном.

По принципу действия в основном обратные клапаны разделя­ют на подъемные и поворотные. Преимущество поворотных клапанов заключается в том, что они имеют меньшее гидравлическое сопротивление. Это очень важно при проектировании больших трубопроводов с применени­ем обратных клапанов. Подъемные клапаны более просты и надежны. Они могут быть угловыми и проходными, причем для их изготовления можно ис­пользовать корпуса вентилей. На магистральных нефтепроводах чаще всего применяют обратный клапан поворотного типа.