Трубопроводная арматура. Классификация. Особенности конструктивного и материального исполнения.

Технологические установки нефтеперерабатывающих заводов, резервуарное и трубопроводное хозяйство заводов снабжены разнообразной арматурой, предназначенной для разобщения оборудования или подключения его к работающей системе, регулирования количества проходящей через трубопровод среды (нефти, нефтепродукта, воды, пара, газа и т. д.) или поддержания в системе давления, не превышающего допустимого.

. Классификация трубной арматуры

Арматура любого класса включает три основных элемента: корпус, привод и рабочий орган (запорный, регулирующий и др.), состоящий из седла и перемещающегося или поворачивающегося относительно него затвора (золотника).

Арматуру классифицируют по основным признакам:

— по функциональному назначению;

— по 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 способу присоединения корпуса к трубопроводу;

— по конструкции корпуса;

— в зависимости от способа герметизации рабочего органа в корпусе;

— в зависимости от конструкции привода рабочего органа.

По назначению арматуру делят на следующие основные классы:

— запорная, предназначенная для полного перекрытия потока среды;

— предохранительная, обеспечивающая частичный выпуск или перепуск рабочей среды при повышении давления до значения, угрожающего прочности системы, а также предотвращающая недопустимый по технологическим соображениям обратный поток среды;

— регулирующая, назначение которой управлять рабочими параметрами потока среды (давлением, расходом, температурой) путем изменения проходного сечения;

— контрольная, определяющая уровень рабочей среды;

— прочая, предназначенная для различных конкретных операций (отвод конденсата, выпуск воздуха из трубопровода и впуск воздуха в него, приемо-раздаточные операции, выпуск подтоварной воды из резервуаров и т. п.).

По условиям работы к арматуре предъявляют следующие требования. Это прежде всего прочность, герметичность и надежность работы, взрывобезопасность и коррозионная стойкость. Требуемая прочность арматуры диктуется в основном рабочим давлением и температурой. Рабочие давления и температуры практически могут иметь любые значения из довольно широких диапазонов в зависимости от технологии конкретных производств. Поэтому с целью стандартизации и унификации арматуры принята следующая система условных давлений.

По величине условного давления арматуру можно разделить на три основные группы:

1) низкого давления на Ру до 1,6 МПа;

2) среднего давления на Ру от 1,6 до 10 МПа;

3) высокого давления на Ру от 10 до 100 МПа.

Кроме того, можно выделить вакуумную арматуру и арматуру сверхвысокого давления (более 100 МПа), которую изготовляют на рабочее давление или вакуум по специальным техническим условиям.

Условное давление Ру является единственным 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.

До пуска в эксплуатацию арматуру необходимо испытать водой при температуре ниже 100 °С, на прочность и плотность материала – пробным давлением. Это давление также нормировано ГОCT 356. Для условных давлений до Ру = 20 МПа пробное давление Рпр = 1,5 Ру; при более высоких Ру превышение пробного давления над условным постепенно снижается до 25 %.

Рабочей температурой считается наивысшая длительная температура перекачиваемой по трубопроводам среды (без учета кратковременных повышений температуры, допускаемых техническими условиями).

По диаметру условного прохода. Основной параметр арматуры — диаметр условного прохода Dy — номинальный внутренний диаметр трубопровода, на котором устанавливают данную арматуру. Различные типы арматуры при одном и том же условном проходе могут иметь разные проходные сечения (например, полнопроходный шаровой кран, конический кран с трапециевидным проходом и дроссельный игольчатый клапан).

Не следует смешивать диаметр условного прохода с диаметром проходного сечения в арматуре, последний часто меньше Dy (арматура с сужением прохода) или больше Dy (затворы с кольцевым проходным сечением). В то же время условный проход арматуры не совпадает и с фактическим проходным диаметром трубопровода. Так, трубопровод из трубы размером 325×16 мм имеет фактический внутренний диаметр (без учета допусков) 293 мм, а номинальный диаметр — 300 мм.

По размеру условного прохода различают арматуру:

1) малых проходов (Dy ≤ 40 мм);

2) средних проходов (Dy = 50...250 мм);

3) больших проходов (Dy > 250 мм).

По способу присоединения корпуса к трубопроводу арматуру делят на:

1) фланцевую;

2) муфтовую;

3) под приварку и др.

В химической промышленности наиболее распространена фланцевая арматура. Муфтовую арматуру используют на трубопроводах диаметром до 80 мм, предназначенных для транспортирования негорючих и нейтральных сред. Приварную арматуру устанавливают на трубопроводах при повышенных требованиях к плотности соединения.

По конструкции корпуса арматуру подразделяют на:

1) проходную, в которой среда не меняет направления своего движения на выходе по сравнению со входом;

2) угловую, в которой это направление меняется на угол до 90°.

В зависимости от способа герметизации рабочего органа в корпусе различают:

1) сальниковую;

2) сильфонную;

3) мембранную арматуру.

В сальниковой арматуре герметичность сопряжения рабочего органа и корпуса обеспечивается сальниковым устройством, в сильфонной и мембранной – соответственно сильфоном и мембраной.

В зависимости от конструкции привода рабочего органа трубопроводную арматуру разделяют на:

1) автоматически действующую, в которой привод осуществляется самим потоком среды;

2) управляемую, с ручным или механическим (электрическим, пневматическим и др.) приводом.

Способы присоединения арматуры к трубопроводу

Присоединения арматуры к трубопроводу (рис. 2.149) бывают разъемными (фланцевое, муфтовое, цапковое) и неразъемными (сварное и паяное). Наиболее распространено фланцевое присоединение. Преимущества фланцевого присоединения арматуры — возможность многократного монтажа и демонтажа на трубопроводе, хорошая герметизация стыков и удобство их подтяжки, большая прочность и применимость для очень широкого диапазона давлений и проходов. Недостатки фланцевого соединения — возможность ослабления затяжки и потери герметичности со временем (особенно в условиях вибраций), повышенная трудоемкость сборки и разборки, большие габаритные размеры и масса. Эти недостатки фланцев особенно сказываются на трубопроводах больших диаметров, рассчитанных на средние и высокие давления.

При сборке такого соединения затягивают специальным инструментом десятки шпилек большого диаметра. Для затяжки таких фланцевых соединений часто требуется бригада слесарей. С увеличением условного давления и проходного сечения фланцев увеличивается масса как самой арматуры, так и всего трубопровода (с учетом ответных фланцев) и повышается расход металла. В связи с указанными недостатками фланцевых соединений, а также с увеличением диаметров трубопроводов и их рабочих давлений, все большее распространение получает арматура с патрубками под

приварку. Такой арматурой, в частности, оснащают магистральные газо- и нефте-проводы.

Преимущества присоединения арматуры к трубопроводу сваркой велики. Это прежде всего полная и надежная герметичность соединения, что особенно важно для трубопроводов, транспортирующих взрывоопасные, токсичные и радиоактивные вещества.

Кроме того, сварное соединение не требует никакого ухода и подтяжки, что очень важно для случаев, где желателен минимум обслуживания. Сварное соединение дает большую экономию металла и снижает массу арматуры и трубопровода. Особенно эффективно применение арматуры с концами под приварку на таких трубопроводах, где сам трубопровод монтируется целиком при помощи сварки.

Недостатком сварных соединений является повышенная сложность демонтажа и замены арматуры, так как для этого ее приходится вырезать из трубопровода.

Для мелкой арматуры, особенно чугунной, наиболее часто применяют муфтовое присоединение. При этом концы арматуры имеют вид муфт с внутренней резьбой. Поскольку для мелкой арматуры фланцы имеют относительно большую массу (часто одного порядка с массой арматуры без фланцев), то применение фланцев в таких условиях ведет к неоправданному увеличению расхода металла. Кроме того, затяжка болтов у фланцевых соединений небольшого диаметра более трудоемка, чем затяжка муфтового соединения, и требует применения специальных тарированных ключей.

Муфтовое соединение используют обычно в литой арматуре, ибо литьем проще всего получить наружную конфигурацию муфты (шестигранник под ключ). В связи с этим основная область применения муфтовых соединений – арматура низких и средних давлений. Для мелкой арматуры высоких давлений, которую обычно изготовляют из поковок или проката, чаще всего применяют цапковое соединение с наружной резьбой под накидную гайку.

Фланцевые соединения трубопроводов и арматуры, рассчитанные на условное давление 1...20 МПа, стандартизованы. При этом стандартными являются типы фланцев, их присоединительные размеры, конструкции, исполнительные размеры и технические требования. В особых, технически обоснованных случаях (при ударной или повышенной нагрузке, кратковременности срока службы, специфических свойствах среды — токсичности, взрывоопасности, химической агрессивности и др.) стандартом разрешается изготовление фланцев по отраслевым нормалям или чертежам, отступающим от Государственного стандарта, но с обязательным выполнением присоединительных размеров.

Фланцы, как правило, выполняют круглыми. Исключение составляют только чугунные фланцы, стягиваемые четырьмя болтами, рассчитываемые на давление Ру не выше 4,0 МПа. Их допускается выполнять квадратными.

Стандартные фланцы арматуры разделяют на несколько типов по конструкции прокладочного соединения. Простейший из них — с гладкой лицевой поверхностью (с соединительным выступом или без него), незащищенного типа, без выточки под прокладку. Эти фланцы наиболее просты для монтажа и демонтажа арматуры и для замены прокладок, однако герметичность создаваемого ими соединения наименее надежна.

Фланцы, рассчитанные на высокие давления (от 4 до 20 МПа) применяют с зубчатыми стальными прокладками, на низкие — с мягкими или имеющими мягкую сердцевину прокладками. Для защиты мягких прокладок от выбивания давлением рабочей среды в арматуре применяют фланцы с впадиной под прокладку. Ответные фланцы при этом выполняют с выступом, так что снаружи прокладки фланцы образуют защищающий ее замок. Такие фланцы применяют с мягкими прокладками или металлическими, имеющими мягкую сердцевину.

Третий тип фланцев арматуры, рассчитанный на такие же прокладки, что и предыдущий, – фланцы с пазом под прокладку. Ответные фланцы имеют шип. Таким образом, прокладка защищена замком фланцев как снаружи, так и изнутри, что повышает надежность соединения. Однако монтаж, демонтаж арматуры и замена прокладок здесь несколько затруднены по сравнению с фланцами первого типа.