Основные типы запорной арматуры. Запорная арматура и ее применение в промышленности

Современные трубопроводы сложно представить без запорной арматуры. Задвижки, затворы, вентиля, клапана – все эти изделия позволяют регулировать давление в системах трубопроводов вплоть до полного перекрытия транспортируемой среды. Запорная арматура устанавливается на любом типе трубопровода – нефть, газ, пищевое производство, вода, пар и т.д. Ассортимент запорной арматуры разнообразен, и подбирается под любую транспортную среду и условия. Самой объемной группой запорно-регулирующей арматуры по распространению являются задвижки. Широкое применение задвижки получили благодаря универсальности конструкции и высоким эксплуатационным показателям (температура окружающей и транспортируемой среды, давление, щелочные/кислотные среды и т.д.). По степени герметичности задвижки делятся на классы А, В, C, D, B1, C1, D1. Классы герметичности регламентируются по ГОСТ 9544-2005.

• Клиновые задвижки
• Параллельные задвижки
• Шланговые задвижки
• Шиберные (или ножевые) задвижки

Если абстрагироваться от нюансов, строение задвижки в общих чертах представляет собой стальной или чугунный корпус и крышку, которые соединены между собой. От корпуса отходят присоединительные патрубки, через которые запорная арматура врезается в трубопровод. По вариативности видов присоединений можно выделить основные типы задвижек:

• Приварные – патрубки представляют собой трубы соответствующие диаметру трубы, которые с помощью электродуговой сварки врезаются в трубопровод. Встречаются не так часто.
• Фланцевые. На концах патрубков находятся фланцы, через которых и происходит монтаж на трубопроводе. Такой тип соединения более распространен, т.к. позволяет произвести быстрый герметичный монтаж задвижки, а так же обеспечивает дальнейший простой демонтаж арматуры, если таковой понадобится.
• Муфтовые задвижки – самый редкий вид присоединения, встречается до диаметра 50 мм.

Основной запорной деталью в задвижке является клин (который может быть обрезиненным, а может быть стальным). При прокручивании штока (шпинделя) клин перемещается в теле задвижки перпендикулярно движению потока среды трубопровода. В закрытом состоянии клин герметично прилегает к уплотнительным седлам, которые располагаются с двух сторон от клина чаще всего под углом. При вращении маховика (или штурвала) происходит прокручивание шпинделя вокруг своей оси, что приводит в движение сам клин. Это очень упрощенная схема клиновой задвижки, которая может отличаться в деталях у разных производителей.

Корпус задвижек может быть выполнен из латуни, бронзы, стали и чугуна. Латунные и бронзовые задвижки выпускаются в муфтовом исполнении и используются крайне редко. Стальные задвижки чаще используются при высоких температурах внутренней среды. Чугунные задвижки устанавливаются на большинстве объектов ЖКХ ввиду дешевизны и простоты монтажа, но требуют бережного отношения при установке, так как чугун очень хрупок и может расколоться при ударах, скручивании и сжатии.

В последнее время большую популярность приобрели задвижки, оснащенные электроприводом. Электропривод позволяет быстрее открыть или закрыть запорный механизм, причем делать это удаленно. Достаточно одного оператора, который будет контролировать работу задвижек на участке трубопровода.

Конструкционные типы задвижек

Так как устройства задвижек незначительно, но все же отличаются, есть смысл остановиться на каждом типе подробнее.

Клиновые задвижки — в подобных задвижках используется жесткий, обрезиненный или двусторонний клин, который плотно примыкает под углом к седлам и герметично перекрывает поток. В зависимости от эксплуатационных параметров выбирают тот или другой вариант клина:

• Жёсткий клин – позволяет достичь надежной герметичности узла, но требует высокой точности подгонки клина и уплотнительных седел (в идеале вытачивается идентичный угол на клине и седлах, только так достигается высокая герметичность устройства). Основными недостатками можно считать частые заклинивания из-за перепадов температур во внутренней среде, а так же износа резиновых прокладок и уплотнительных колец. Если механизм задвижки заклинило, то открыть ее очень сложно!
• Двухдисковый клин – такой вариант исполнения запорного механизма подразумевает два диска, соединенных между собой. Благодаря такой конструкции клин самовыравнивается при примыкании к уплотнительным седлам, что позволяет допустить некоторые огрехи при вытачивании угла седел и клина. Невзирая на то, что двухдисковый клин усложняет механизм запорной арматуры и повышает стоимость изделия в целом, плюсы такого варианта очевидны – долгий срок службы резиновых уплотнителей, надежная герметичность, меньше усилий, требуемых для открытия/закрытия механизма.
• Упругий клин – это разновидность двухдискового запорного элемента. Два диска стыкуются между собой упругим материалом, способным деформироваться и подгоняться под седла при закрытии затвора. Таким образом, упругий клин представляет собой золотую середину между жестким клином и двухдисковым. Например, упругий клин позволяет пренебречь точной подгонки к седлам, а его строение более надежное, чем у двухдискового механизма.

Параллельные задвижки от всех остальных отличаются тем, что уплотнительные кольца расположены не под углом, а строго параллельно, и сам запорный механизм представляет собой два диска, которые с помощью особого клина плотно прилегают к уплотнительным седлам.

Шиберные задвижки (которые чаще называют ножевыми) – еще более простая конструкция, в которой затвор расположен строго перпендикулярно току среды. Чаще всего устанавливается на канализациях, пульпопроводах и прочих системах, где среда густая и не требуется высокая герметичность узла. В таком случае запорный элемент как бы разрезает транспортируемый поток, за что задвижки и получили название ножевые.

Шланговые задвижки – самый необычный вид задвижек, принципиально отличающийся от остальных и встречающийся наиболее редко. Такой тип задвижек не имеет ни уплотнительных седел, ни запорного элемента как такового. Представляет собой резиновый шланг, транспортирующий чаще всего вязкую среду и проходящий через тело задвижки. С помощью штока шланг пережимается и полностью перекрывает движение в путепроводе. Обычно такие задвижки используются на трубопроводах небольшого диаметра, где в качестве среды выступают пульпа, шлам, различные примеси и т.д.

Расположение шпинделя

По типу выдвижения шпинделя задвижки можно разделить на две большие группы:

• Задвижки с выдвижным шпинделем – представляют собой конструкцию, где шпиндель вынесен за пределы корпуса задвижки, не контактируя с транспортируемой средой. Таким образом, резьбовое соединение доступно для ухода и осмотра и не подвергается коррозии в теле задвижки. Но такая конструкция имеет ряд минусов – из-за того, что при открытии потока шпиндель выдвигается из задвижки на длину, равную как минимум диаметру трубопровода, требуется место для легкого доступа к такому механизму. Из-за особенностей конструкции увеличивается масса и строительная высота, что тоже важно учитывать при проектировании трубопровода. Зато такие изделия можно устанавливать на особо важные объекты, так как срок службы сальников и прочих рабочих элементов механизма увеличен, и есть возможность контролировать состояние резьбы шпинделя и проводить своевременный ремонт и обслуживание.
• Задвижки с невыдвижным шпинделем – в таких устройствах ходовой узел гайка-шпиндель находятся полностью в теле задвижки, не выдвигаются за пределы задвижки и контактируют с транспортируемой средой. Ввиду этого шпиндель и уплотнительные элементы подвергаются коррозии среды. Такие задвижки рекомендуется ставить на трубопроводы, транспортирующие воду, нефть и прочие неагрессивные жидкости без примесей, так как в ходе эксплуатации невозможно следить за состоянием шпинделя и произвести плановый ремонт, не разбирая задвижку. Из-за этого такую арматуру не рекомендуется ставить на особо важные трубопроводы, зато они незаменимы в узких колодцах и других труднодоступных местах из-за относительно небольших габаритов.

Преимущества и недостатки задвижек

Задвижки – самый популярный тип запорной арматуры, применяющийся в нашей стране. Это обусловлено следующими преимуществами:

• Относительно простая конструкция запорного механизма;
• Сравнительно небольшая монтажная длина, что удобно для колодцев, нефтяных скважин и т.д.;
• Вариативность использования – задвижки можно применять на различных типах трубопроводов с самыми разными эксплуатационными параметрами;
• Возможность изменения направления потока транспортируемой среды в обратную сторону.
• Невысокое гидравлическое сопротивление;

Последний благоприятный фактор повлиял на широкое применение задвижек на магистральных трубопроводах, где отсутствие гидравлического сопротивления подходит для высоких скоростей и давления транспортируемой среды.

К основным минусам задвижек можно отнести:

• Длительное время открытия/закрытия механизма;
• Увеличенную строительную высоту (особенно актуально для задвижек с выдвижным шпинделем, т.к. шпиндель выдвигается как минимум на диаметр условного прохода)
• Быстрый износ резиновых уплотнительных колец, трудоемкий ремонт и обслуживание деталей внутри корпуса задвижек;
• Дорогой ремонт при невысокой цене на задвижки – зачастую ремонт задвижки составляет минимум 50% от ее первоначальной стоимости.

Запорная арматура применяется в различных отраслях, имеющих дело с трубопроводами газообразных веществ, пара, воды, масла, нефтесодержащих субстанций и других жидкостей. Такая арматура необходима для отключения участков трубопроводов какой-либо системы, для производства монтажа или ремонта, прекращения подачи транспортируемых веществ потребителям, а также для дозирования отпуска этих веществ и защиты трубопроводной сети и её элементов от перегрузок.

Назначение и устройство

Основное назначение запорной арматуры – надёжно отключить участок трубопровода или связанных с ним иных трубопроводов и устройств от потока транспортируемой по ним среды, обеспечивая тем самым безопасность запланированных работ. Кроме отключения (отсечения) циркулирующей в системе среды, у арматуры имеются и иные предназначения. С её помощью можно регулировать, распределять, смешивать и удалять используемую среду.

В соответствии с конструкцией трубы, видом и параметрами потока среды подбираются необходимые запорные, регулирующие и сбросные устройства. Например, они должны соответствовать давлению в системе, виду и температуре среды, конструктивным особенностям трубопроводов (диаметру, типу соединений) и отвечать всем требованиям безопасности. По назначению запорные устройства делятся на несколько групп.

• Общего назначения. Применяется на водо- и паропроводах, в линиях газа городских сетей и отопительных системах.
• Специального назначения. Используется при высоком давлении, а также в случаях низких или высоких температур, токсичности, вязкости, коррозионной активности, радиоактивности и абразивности транспортируемых веществ.
• Целевая арматура. Предназначается для отдельных случаев, предусмотренных техническим регламентом.
• Сантехническая. Арматура небольших диаметров для бытовых устройств.
• Судовая. Ею оснащаются морские и речные суда, выпускаются с учётом специфических условий эксплуатации.
• Уникальная. Изготовляется по специальным заказам для промышленных и экспериментальных установок.

Имеются такие виды запорных устройств:

• задвижки с чугунными и стальными корпусами;
• запорные или запорно-регулирующие вентили;
• краны различных типов и устройств;
• дисковые затворы;
• регулирующая арматура;
• предохранительные и защитные изделия.

Все перечисленные запорные устройства схожи по конструкции. Они представляют собой герметически закрытый корпус с размещённым в нём запорным узлом. Этот узел должен герметично перекрывать трубопровод, на котором установлен, деля его на части – участки до задвижки по ходу среды и после неё. В состав запорного узла входят два основных рабочих элемента: седло и механизм запорного органа. Эти два устройства, соприкасаясь своими уплотнительными поверхностями, создают препятствие для движения используемой в трубопроводе среды. Кроме запорной части, арматура имеет детали соединения с трубопроводом: фланцы, патрубки с резьбой, гладкие патрубки для сварного соединения.

Классификация

Вся трубопроводная арматура классифицируется в нескольких категориях в зависимости от области применения, функционального назначения, конструктивных особенностей, материала, параметров среды, способа крепления.

По применению

Рассматриваются несколько видов арматуры по применению.

• Запорная. Самый многочисленный класс устройств, составляющий примерно 3/4 всей используемой арматуры. Применяется для полного отключения потока среды в трубопроводе, а также её пуска при необходимости. Сюда входят: задвижки, вентили, краны, выпускаемые для трубопроводов различных диаметров, рабочих сред и параметров. Область применения таких устройств довольно широка: от запорной арматуры для трубопроводов пара, воды, газа до обычных вентилей для системы отопления и кухни.

• Регулирующая. В этот вид устройств входят всевозможные регулирующие клапаны, называемые на производственных предприятиях регуляторами давления среды, уровня жидкости в сосудах, перепадов давления между различными средами, а также дросселирующая арматура. Регулирующие клапаны чисто запорными органами не считаются, поэтому обычно применяются с запорным узлом, состоящим из задвижек или вентилей, устанавливаемых как до регулятора, так и после него.

• Предохранительная. Этот тип устройств обеспечивает защиту паропроводов, водопроводов, газопроводов и других трубопроводов с находящимся на них оборудованием от превышения давления сверх допустимого путём автоматического сброса части рабочей среды. Предохранительная арматура включает в себя следующие устройства: предохранительные клапаны, ИПУ (импульсно-предохранительные устройства), разрывные мембраны и клапаны перепуска среды.

• Защитная. Применяется для защиты трубопроводов и оборудования от поломок и аварий при недопустимых для них параметров производственных технологических процессов, а также для исключения смены направления потока рабочей среды. В отличие от предохранительной арматуры защитные устройства ликвидируют аварийные ситуации без сброса рабочей среды из трубопроводов, действуя только на отключение движения рабочей среды. К таким устройствам относят обратные и отключающие клапаны.

• Распределительно-смесительная. Такую арматуру ещё называют трёхходовой или многоходовой. Например, к ней относятся трёхходовые краны и распределительные клапаны. Применяются устройства для перемешивания сред или распределения рабочих потоков по направлениям.

• Контрольная. Предназначается для контроля за уровнем жидкости в сосудах и котлах, используется в качестве запорной арматуры для контрольно-измерительных приборов. Это разные краны и клапаны для манометров, пробно-спускные краны и указатели уровня.

• Фазоразделительная. Применяется с целью разделения рабочих сред, находящихся в разных состояниях и фазах. Этой арматурой являются, например, маслоотделители, отводчики конденсата и воздуха.

Следует отметить, что запорная арматура (задвижки, краны, вентили) должна использоваться только в двух рабочих положениях – «полностью открыта» или «полностью закрыта». Большая часть этих устройств не предназначена к эксплуатации в качестве регулирующей или дросселирующей арматуры. В ином случае она быстро выходит из строя: стираются сёдла, деформируются клапанные прокладки, арматура становится неплотной, уже не может удержать поток рабочей среды в запертом состоянии. Некоторым исключением из правил можно назвать шаровую арматуру: угол её раскрытия не имеет такого разрушающего влияния на плотность. Для шаровых устройств самым важным в продлении их срока службы является очистка используемой рабочей среды от твёрдых абразивных примесей, стирающих шары.

Для дренажных и продувочных систем высоких давлений на каждой линии используют по два запорных устройств, расположенных рядом. Один из них (первый по ходу среды) считается запорным, а другой – регулировочным. При кратковременной продувке дренажных линий первым из них открывается запорный, а потом уже – регулировочный вентиль. После проведения продувки закрытие вентилей производят в обратном порядке (сначала закрывают регулировочную арматуру). Такой порядок обеспечивает долгий срок службы запорного вентиля.

Задвижки используются в инженерных и промышленных трубопроводных сетях. Это могут быть водопроводы, паропроводы, системы отопления и канализации. Задвижки в зависимости от вида затвора бывают:

• клиновые, устанавливаемые на канализацию и водопроводы различного назначения;
• дисковые, применяемые для трубопроводов больших диаметров и малых давлений рабочей среды, их часто называют заслонками;
• параллельные (двухдисковые), отличающиеся высокой надёжностью, их устанавливают в широком диапазоне давлений от двух до двухсот атмосфер и рабочих средах с повышенной температурой.

Вентиль – это запорное устройство, в котором перемещение затвора происходит за счёт простой резьбовой пары. Шток маховика соединён с затвором или клапаном посредством хомута. При вращении маховика на открытие происходит вытягивание штока запорного клапана через хомут. Часто эти устройства применяют в качестве регулирующей арматуры, хотя они относятся к запорным органам. Дело в том, что не всегда рационально устанавливать дорогостоящую регулирующую арматуру. Краны используются в разных сферах, многим они знакомы по быту: ими перекрываются линии горячей и холодной воды в ванной и кухне, подвод газа к плите, водопровод к шлангу для полива огорода и другие устройства. Имеют простейшую конструкцию, но от этого работа с их ремонтом легче не становится.

По способу соединения

По конструктивным особенностям соединительных частей трубопроводную арматуру можно разделить на две большие группы:

• фланцевая;
• бесфланцевая.

Видовой перечень арматуры фланцевого типа ограничивается только различием форм самих фланцев.

Они бывают:

• круглые;
• квадратные (прямоугольные);
• треугольные.

Наиболее распространена арматура с круглыми и квадратными фланцами. Другие формы применяются редко или вообще не рассматриваются при проектировании новых производственных мощностей. Квадратные фланцы используются для среды с ограниченными значениями максимального давления – не более двадцати атмосфер. Основной формой фланцев остаётся круглая: она и по изготовлению менее трудоёмкая, и по надёжности имеет допуск как для низких давлений, так и для высоких.

Круг бесфланцевой арматуры более обширен по различию способов её присоединения к трубопроводам, патрубкам сосудов и емкостей.

Сюда входят арматуры:

• приварная;
• соединяемая с использованием муфт;
• штуцерная;
• цапковая.

Стоит отметить, что все названные выше виды соединений запорных устройств с трубопроводами, кроме приварного, являются разъёмными. Арматуру, присоединённую с помощью сварки, для замены или ремонта придётся только вырезать с помощью «болгарки», газовой горелки или ножовкой по металлу в бытовых случаях. В штуцерной, муфтовой и цапковой арматуре для скрепления соединительных элементов используется резьба. Герметичность стыков фланцевых запорных устройств обеспечивают фланцы с проложенными между ними прокладками или уплотняющими кольцами. Имеются и некоторые другие приспособления для улучшения герметичности и прочности фланцевых соединений (выступы, фаски, шипы и кольцевые выборки).

Материалы и комплектующие

Используемые материалы для изготовления запорной арматуры и комплектующих деталей должны соответствовать общим техническим условиям согласно стандартам Центрального конструкторского бюро арматуростроения (ЦКБА) «Арматура трубопроводная. Общие технические условия», введённым в действие с января 2006 года, а также действующим национальным стандартам и отраслевым ТУ. Главный критерий в выборе материала для корпуса любой арматуры – его прочность. Корпус является основой для установки в него всех других деталей. Это как фундамент в строительстве – несущая конструкция для целого здания.

Корпуса большинства трубопроводных запорных устройств изготавливают чугунными или стальными. Иногда применяются для этого и другие металлические материалы: в продаже встречаются бронзовые, медные, алюминиевые и латунные краны и вентили для бытовых устройств. Арматура из цветных металлов и их сплавов имеет хорошую особенность – она не подвержена коррозии и имеет хороший внешний вид.

Самый экономичный материал для арматуры – пластмасса, объединяющая под своим общим названием изделия из ПВХ (поливинилхлорида), полипропилена, полиэтилена и других искусственных сплавов пластического материала. Но такая арматура не может выдержать высокого давления и температур, так как не отличается прочностью. Но для труб небольшого диаметра и низких давлений это вполне подходящая альтернатива металлическим изделиям. Кроме дешевизны, трубопроводы и арматура из пластмассы ценны своей стойкостью к коррозии – главного бича однотипных устройств из стали.

Для литья корпусов арматуры применяют ковкий, серый или высокопрочный чугун в зависимости от области и условий применения конкретного изделия. Арматура с чугунным корпусом из-за своей хрупкости не применяется при высоких давлениях в трубопроводах, а также там, где возможно возникновение гидравлических ударов и резких перепадов температуры. В таких ситуациях чугунный корпус может просто лопнуть.

Стальные корпуса выполняются из различных марок стали: легированной, жаропрочной и углеродистой. Для изготовления корпусов арматуры, устанавливаемой на трубопроводах с агрессивными веществами или имеющей особо чистую рабочую среду, используют нержавеющую сталь с высокой стойкостью к коррозии. Корпуса из жаропрочной стали используются для арматуры, работающей в условиях повышенных температур рабочей среды. Использование того или иного материала, а также конструкция и тип фланца обусловлены рядом факторов, основные из которых следующие:

• условный диаметр трубопроводов;
• давление рабочей среды;
• направление потока;
• температурные условия.

Затвор арматуры нередко выполняется из того же материала, что и корпус, но чаще его изготовляют из другого металла, основываясь на высокой износоустойчивости и параметрах рабочей среды. Материал уплотняющих поверхностей должен обеспечивать герметичность и долговечность затвора.

Уплотнительным материалом служат:

• металлические изделия в виде колец, обладающие коррозионной устойчивостью, антифрикционными свойствами, хорошо обработанные (сталь, латунь, бронза, монель);
• наплавления из различных твёрдых сплавов: стеллит (сплав кобальта), сормайт (сплавы на основе железа);
• неметаллические изделия (резиновые и резинометаллические кольца, полимерные уплотнения);
• уплотняющие набивки из материала растительного происхождения (хлопковое и льняное волокно), талька, стекловолокна;
• фторопласт и графит для сальниковых уплотнений в условиях агрессивной и высокотемпературной рабочей среды;
• листовая резина, паранит и фторопласт для прокладок.

Чугунная и стальная арматура, снабжённая фланцами, имеет неоспоримые преимущества в части герметичности, ремонтопригодности и прочности трубопроводной сети по сравнению с бесфланцевой. Но масса и габариты такой арматуры иногда достигают больших величин (в тоннах и нескольких метрах соответственно). К этому ещё нужно прибавить управляющие устройства (ручной маховик, электропривод или пневмопривод, навешиваемые на арматуру). Фланцы приводят к повышенным показателям расхода металла и трудоёмкости при их изготовлении.

Замена и монтаж

К процессу монтажа или замены запорной арматуры следует подходить ответственно. Существует большое разнообразие такой арматуры, отличающейся друг от друга внешним видом, устройством затворного механизма, способом и механизмом управления, особенностями установки на трубопровод. Необходимо выбрать запорное устройство, подходящее именно для такого типа трубопровода, такой рабочей среды и таких её параметров. А также убедиться в возможности установки запорного устройства с точки зрения соединительных устройств. Трубопроводы и арматура к ним должны соответствовать друг другу по следующим показателям.

• Одинаковая форма сечения. К круглой трубе нужна арматура, имеющая круглое сечение. Такая форма задвижек и других видов арматуры является преимущественной. Трубопроводы прямоугольного сечения встречаются в системах вентиляции и печном деле, где используются шиберные или пластинчатые затворы.
• Одинаковый диаметр. Диаметр запорного устройства должен иметь полное соответствие диаметру трубопровода, к которому крепится. В паспортных данных задвижки, вентиля, регулятора и трубопроводов всегда имеется информация об этом. Кроме паспорта (инструкции), данные о диаметре устройств наносятся на корпус изделия согласно требованиям к маркировке арматуры. Например, в маркировке указано Dy=150, это значит, что такая арматура подходит для трубопровода диаметром 150 мм.
• Соединительные части трубопровода и устанавливаемого запорного устройства имеют все возможности их надёжного присоединения. Сюда входят: идентичность фланцев по форме и размеру, совпадение крепёжных отверстий, диаметров резьбовых соединений, соответствие наружной резьбы скрепляемых штуцеров внутренней резьбе соединительной муфты, накидных гаек и тому подобное.

Следует знать основные правила монтажа или замены арматуры на трубопроводах, без которых нельзя обойтись и даже начинать работу.

• Любые ремонтные или монтажные работы производятся только на отключённом участке трубопровода, в котором не осталось ни рабочей среды, ни остаточной высокой температуры, ни давления. Дренажи и воздушники на линии открыты, а на отключающей арматуре с обеих сторон отключённого ремонтируемого участка висят знаки безопасности, исключающие ошибочное их открытие.
• Обязательно производится предмонтажная подготовка соединительных частей арматуры и трубопровода: они очищаются от возможной грязи и ржавчины, а сварные стыки зачищают до блеска металла и подготавливают для ведения сварного шва. Во время чистки нужно обращать внимание на отсутствие каких-либо скрытых дефектов фланцев, трещин, раковин и других изъянов, препятствующих продолжению работ.

• Установка арматуры должна производиться только на ровных и прямолинейных участках труб. Недопустимо устанавливать её на изгибах, так как это приведёт к снижению герметичности соединений.
• Для тяжёлых задвижек и элементов затворов нужно предусмотреть дополнительные опорные конструкции и такелажные устройства во избежание несчастных случаев при выполнении работы или поломки устройств и уплотнительных элементов.
• Затяжка болтов и другого крепежа производится с использованием специального инструмента. Затяжка шпилек фланцев должна быть равномерной и по такому правилу: затягивается гайка на одном конце фланца, а затем – на противоположном, чтобы фланцы не перекосились.
• Сварочные работы производятся только на арматуре, у которой затвор находится в открытом состоянии.

Такими участками могут быть, например, перемычки между двумя и большим числом линий с одним и тем же веществом в трубопроводах. При подключении во время эксплуатации этих участков сначала полностью открывается арматура, направление потока в которой является противоположным ожидаемому, а потом осторожно открывают второе устройство, соответствующее направлению среды. Вот ещё несколько важных рекомендаций, полезных при замене или монтаже некоторых видов арматуры.

• Вся арматура, предназначенная для установки, должна заранее пройти ревизию на плотность и регулировку всех внутренних устройств.
• Во фланцевых соединениях периодически нужно подтягивать крепёжные болты. Сразу затягивать их сильно нельзя, так как можно перетянуть соединение, в результате чего придут в негодность прокладки.
• При монтаже дисковой поворотной арматуры следует немного приоткрыть диск затвора.
• Для герметичного соединения шаровых кранов нужно использовать специальные ленты, наматываемые на резьбу мест соединения.
• Запорные устройства лучше устанавливать в таких местах, чтобы к ним всегда был свободный доступ для быстрого отключения, контроля, осмотра и ремонта.

При монтаже нужно обращать внимание на соответствие установки арматуры направлению потока среды. На корпусах задвижек, вентилей, кранов и прочих запорных устройств в последнее время стрелкой указывают направление рабочих сред. Для трубопроводов, где предусматривается возможность двухстороннего потока жидкости, пара и других веществ с высоким давлением, следует устанавливать две запорные арматуры с разными направлениями рабочего потока.

Сварочные работы на арматуре и трубопроводах должны производиться только опытными специалистами. Самостоятельные попытки приварки кранов, вентилей и задвижек заканчиваются, как правило, некачественными результатами и постоянно возникающими проблемами в местах сварки (свищи, трещины). Да и вид таких «самоделок» оставляет желать лучшего. А вот поменять кран или смеситель в ванной – за это дело настоящий хозяин может взяться без опаски.

Обзор монтажа запорной арматуры смотрите в следующем видео.

Изделия запорной арматуры относятся к специальному типу изделий для трубопроводных магистралей, назначение которых заключается в оперативном регулировании скорости потока рабочего носителя для обеспечения заданных параметров технологического процесса. Действие запорной арматуры направлено на закрытие, открытие, смену направления и скорости движения рабочего газа/жидкости. Кроме того, к запорной арматуре следует отнести спускные и контрольные изделия, служащие для сброса носителя из трубопроводных систем, технологических аппаратов, и подачи носителя в контрольно-измерительные приборы.

Арматура данного типа присутствует во всех трубопроводных магистралях промышленных производств, технических объектах бытового назначения (отопление, газо-, водоснабжение, канализация и т.д.), и составляет не менее 80% от общего количества используемых изделий в магистрали. Наибольшее распространение в качестве запорных элементов получили задвижки, вентили, краны, клапаны и затворы.

Выбор материалов, из которых изготавливаются данные детали, в настоящее время достаточно широк:

• металлы (титан, алюминий);
• сплавы (чугун, сталь, бронза);
• полимерные и синтетические материалы, например, поливинилиденфторид (ПВДФ), хлорированный поливинилхлорид (ХПВХ), полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП).

При выборе запорного изделия руководствуются следующими техническими характеристиками: присоединительный диаметр, назначение и материал, из которого изготавливается корпус и рабочая часть трубопровода, скорость закрытия. Специальные требования: продолжительные сроки службы, высокая прочность, надёжность, безопасность, коррозионная устойчивость материала к рабочей среде, герметичность, простота монтажа и удобство эксплуатации.

Следует отметить, что рабочая среда трубопровода достаточно быстро повреждает изделия запорной арматуры, происходит истирание уплотнительных элементов, износ, коррозионные процессы, поэтому необходимо своевременно проводить технический контроль оборудования, промывку систем магистралей, ремонт или замену изделия.

В зависимости от назначения в составе технического объекта запорная арматура делится на категории:

• промышленная (общепромышленная, специальная) – используется в производствах различного рода деятельности, в том числе народного хозяйства;
• судовая – эксплуатируется в заданных специфических условиях морского и речного транспорта;
• сантехническая – трубопроводная арматура бытового назначения, применяется в газовых плитах, колонках, ванных, котлах и т.д.;
• изготовленная по спецзаказу – разрабатывается, изготавливается и эксплуатируется в соответствии с особыми заданными техническими требованиями, например, в уникальных, экспериментальных промышленных объектах.

Функции, выполняемые данным типом арматуры обширны: регулирующая, распределительно-смесительная, предохранительная, защитная, запорная, фазоразделительная.

В данной статье рассмотрим виды запорной арматуры, действие которой направлено на изменение площади поперечного сечения трубопровода для регулирования скорости потока носителя или полной его остановки.

Виды запорной арматуры

Задвижка

Основное отличие данной детали состоит в том, что запорный (регулирующий) элемент представляет собой лист, диск или клин, который может возвратно-поступательно перемещаться в направлении, перпендикулярном направлению движения рабочего носителя. Этот вид арматуры относится к промышленной категории и используется, в основном, в трубопроводных коммуникациях жилищно-коммунального хозяйства и промышленных производств. Задвижки делятся на полнопроходные и усеченные, их устройство позволяет плавно регулировать скорость потока и предотвращать гидравлические перегрузки.

Рассматриваемый вид изделий обладает рядом преимуществ: простота конструкции, широкий диапазон условий эксплуатации, небольшая строительная длина, малое гидравлическое сопротивление, что особенно важно при их применении в трубопроводных магистралях с высокой скоростью рабочего носителя. Недостатки задвижек определяются их конструкцией: достаточно большое время, затрачиваемое на закрытие или открытие затворного элемента, износ уплотнительных деталей, сложность в техническом обслуживании.

Отечественная промышленность выпускает задвижки с не выдвижным штоком и с выдвижным шпинделем. Устанавливаются задвижки независимо от направления движения потока в трубопроводе, так как их конструкция симметрична. Выдерживают рабочие давления от 2 до 200 атмосфер, присоединительный диаметр варьируется от 8 мм до 2 м.

Вентиль

Вентиль, как вид запорной арматуры, выполняет регулирующую функцию и позволяет изменять расход носителя в трубопроводе вплоть до прекращения его подачи. С их помощью поддерживается заданный уровень давления в магистрали и осуществляется смешение потоков в необходимой пропорции.

В вентиле рабочий элемент расположен на шпинделе, который совершает возвратно-поступательные движения от вращательных движений маховика. Движение шпинделя может осуществляться автоматически при помощи сервоприводов и вручную.

Данные изделия относятся к промышленной категории и наиболее часто встречаются в бытовых объектах жилищно-коммунального хозяйства. Самый распространенный тип вентиля – проходной, размещаемый на прямых участках магистралей. Одним из недостатков данного вида арматуры, кроме прямоточных вентилей, является большое гидравлического сопротивление, что ограничивает их применение в специальных технических объектах. Преимущества вентилей заключается в небольшой стоимости, доступности, надежности, легкости ремонта и технического обслуживания при эксплуатации.

Кран шаровой запорный

Отличие конструкции запорного крана заключается в простоте исполнения: запорный элемент выполнен в виде шара, цилиндра и, что достаточно редко, может быть конической формы. Краны бывают полнопроходными и не полнопроходные. В полнопроходных кранах диаметр проходного отверстия всегда соответствует диаметру присоединительного отверстия к трубопроводу, в не полнопроходном, соответственно, проходной диаметр меньше.

Работа осуществляется в крайних режимах «закрытие» и «открытие». Его основная функция направлена на перекрытие движения рабочего потока. Достоинства, недостатки и условия эксплуатации определяются материалом, из которого изготовлен кран. Например, пластиковые краны ПП, ПЭ устойчивы к воздействию агрессивных сред, но подвергаются разрушительному действию механических примесей рабочей среды. Краны из нержавеющей стали выдерживают высокие рабочие давления и температуры, но с точки зрения бытового использования имеют значительную стоимость.

Клапан

Клапаны (обратные) относятся к защитной трубопроводной арматуре, функционально предназначены для предотвращения обратного хода потока рабочего носителя в технологической схеме. Пропуская рабочую среду в одном направлении, клапаны не дают возвратного хода жидкости или газа.

С их помощью осуществляется защита различного производственного оборудования (насосы, резервуары, аппараты и др.), а также исключается поврежденный участок трубопровода при течах рабочего носителя из общего технологического процесса, что крайне важно при возникновении аварийной ситуации.

Существуют клапаны с конструкцией запорного элемента шарообразной формы или в виде конуса, перемещение которого происходит в направлении, параллельном движению носителя. Поток, проходящий через рабочее окно клапана, прижимает запорный элемент к основанию устройства, что прекращает его движение в обратном направлении. Клапаны обратного типа изготавливают как встроенные в состав узлов и агрегатов, так и в самостоятельном виде. Как правило, обратные клапаны монтируются на горизонтальных прямых участках магистралей по направлению рабочего потока.

Клапаны, имея сравнительно простую конструкцию, тем не менее, обеспечивают надежность и герметичность перекрытия рабочего потока, благодаря чему широко используются для газообразных и жидких рабочих сред. Применяются в широком диапазоне давлений (от 5·10 -6 до 2000 атм.) и рабочих температур (от минус 200 до плюс 600°С). Подходят для трубопроводных конструкций относительно небольших диаметров.

Затворы

Затвор – это устройство запорной арматуры, используемое для обеспечения герметичности при перекрытии рабочего потока. Может работать в режимах «регулирование» и «перекрытие». Представляет собой наиболее удобный и простой вид запорной арматуры при техническом обслуживании и эксплуатации, имеет невысокую стоимость и рыночную доступность.

Устройство затвора разработано таким образом, что запирающий элемент проворачивается вокруг оси, на которой он расположен. Наиболее распространенная разновидность данного устройства с дисковым затвором – «Баттерфляй».

Управление положением затвора возможно вручную при помощи ручки и механически с помощью редуктора или электрического привода. Такие достоинства поворотных затворов “Баттерфляй”, как простота технического обслуживания, монтажа и замены уплотняющих деталей, небольшая строительная высота и масса, а также продолжительные сроки эксплуатации и доступная стоимость широко используются в трубопроводных магистралях бытового назначения.

Отечественная промышленность выпускает широкую линейку изделий запорной трубопроводной арматуры, отвечающих общим и специальным требованиям, высокому качеству и современным технологиям. Стоимость таких изделий может широко варьироваться от 100 руб. до нескольких десятков тысяч рублей, что определяется материалом, назначением, размерами, производителем.

Федеральное агентсво по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Кафеда: «Транспорт и хранение нефти и газа»

Контрольная работа

на тему: «Виды запорной арматуры, ее назначение и конструкция»

Выполнил: студент группы ГРз-07-02

Политаев М.А.

Проверил: преподаватель

Фазлетдинов Р.А.

Запорная арматура - предназначена для полного перекрытия потока рабочей среды в трубопроводе и пуска среды в зависимости от требований технологического процесса (цикл «открыто-закрыто»). Сюда относятся задвижки, краны, запорные клапаны, поворотные затворы. Основное назначение запорно-регулирующей арматуры – перекрывать поток рабочей среды по трубопроводу и снова пускать среду, а также обеспечивать необходимую герметичность. Завод трубопроводной арматуры следит за качеством выпускаемой продукции. Устанавливается арматура на трубопроводах высокого и низкого давления, агрегатах и сосудах. Предназначена запорная арматура для управления: водяной, газообразной, парообразной, газожидкостной массой, путем изменения площади диаметра проходного сечения отверстия. Она должна обеспечивать надежное и полное перекрытие проходного сечения. Принципиально она должна обеспечивать всего два состояния - открыта или закрыта - и может быть не предназначена для эксплуатации в промежуточном положении рабочего органа.

По функциональному назначению трубопроводная арматура подразделяется на следующие основные классы:

Запорная - предназначена для перекрытия потока рабочей среды с определенной герметичностью;

Регулирующая - предназначена для регулирования расхода путем изменения количества протекающей по трубопроводу рабочей среды. Регулирующая арматура управляется от постороннего источника энергии;

Распределительная - предназначена для распределения потока рабочей среды по определенным направлениям или для смешивания потоков;

Предохранительная - предназначенная для автоматической защиты оборудования и трубопроводов от недопустимого превышения давления посредством сброса избытка рабочей среды., защитная (отсечная) предназначенная для автоматической защиты оборудования и трубопроводов от недопустимых или непредусмотренных технологическим процессом изменений параметров или направления потока рабочей среды, а также для отключения потока.

Фазоразделительная - предназначена для автоматического разделения рабочих сред в зависимости от их фазы и состояния. Сюда относятся конденсатоотводчики, воздухоотводчики и маслоотделители.

Задвижка – одно из устройств запорной арматуры. Здесь, в отличие от кранов, запорный элемент совершает не вращательное движение, а возвратно-поступательное. Передвижение запорного элемента происходит перпендикулярно движению жидкости.

Хронологически задвижки появились одними из первых из устройств перекрытия водного потока. Это связано с их достаточной простотой и неприхотливостью в эксплуатации и ремонте. В настоящее же время в связи с бурным развитием техники и технологических процессов задвижки все чаще вытесняются при прокладке трубопроводов устройствами перекрытия воды с круговым движением исполнительного элемента. Задвижки, как и запорные краны, используются в основном в двух режимах: открыто и закрыто, т. е. когда запорный элемент находится в крайних положениях. При использовании задвижки в промежуточном положении происходит разрушение ее рабочей поверхности из-за вибрации, вызванной высокочастотным перемещением исполнительного органа вдоль и поперек протекания жидкости при ее движении по трубопроводу. Расшатываются также и элементы крепления исполнительного элемента. Как результат – выход задвижки из строя раньше установленного срока.

Задвижки разделяют на несколько видов. Клиновые, параллельные, с выдвижным и не выдвижным штоком. Применяются при давлениях от 2 до 200 атмосфер. Условный диаметр от 8 мм до 2 м.

Рисунок 1 Задвижка ЗМС-65-14 К1 ХЛ (Бакинская)

Таблица 1 Технические характеристики задвижки ЗМС-65-14 К1 ХЛ

Фонтанная арматура предназначена для герметизации устья скважин, контроля и регулирования режима их эксплуатации, а также для проведения различных технологических операций в умеренном и холодном макроклиматических районах для сред, содержащих СО2, Н2S, и пластовую воду. Собирается по схемам тройникового и крестового типов согласно ГОСТ 13846 – 84.

В шифре фонтанной арматуры приняты следующие обозначения: АФ – арматура фонтанная; конструктивное исполнение по схемам ГОСТ 13846 – 84; а – двухрядная концентричная подвеска подъёмных труб; К – подвеска подъёмной колонны на резьбе переводника трубной головки (на муфтовой подвеске буква не пишется); Э – для эксплуатации скважин с ЭЦН; В – способ управления задвижками (дистанционный и автоматический); первое число – диаметр условного прохода по стволу и боковым струнам в мм; второе число – рабочее давление; ХЛ – климатическое исполнение для холодного района; исполнение по коррозионной стойкости: К1 – для сред, содержащих СО2 до 6 %; К2 – для сред, содержащих СО2 до 6 %; К3 – то же, Н2S и СО2 до 25 %; К2И – для фонтанной арматуры, изготовленной из малолегированной и низкоуглеродистой стали, с применением ингибитора в скважине.

Арматура включает трубную головку, фонтанную ёлку, запорные устройства с ручным и пневматическим управлением, дроссели.

Трубная головка предназначена для подвески одного или двух рядов НКТ, их герметизации, а также для выполнения технологических операций при освоении, эксплуатации и ремонте скважины.

Колонны подъёмных труб подвешивают на резьбе и на муфтовой подвеске.

Подвешивание колонн на резьбе осуществляется: при однорядном лифте – на резьбе стволовой катушки; при двухрядном лифте: внутренняя колонна – на резьбе стволовой катушки, наружная – на резьбе тройника (крестовины) трубной головки.

Подвешивание колонн на муфтовой подвеске осуществляется: при однорядном лифте – на муфте в крестовине трубной головки; при двухрядном лифте: внутренняя – на муфте в тройнике трубной головки, наружная – на муфте в крестовине.

Рисунок 2 Арматура фонтанная АФК 1 Э65х21М К1 ХЛ

(для УЭЦН, ППД и фонтанных скважин)

Ёлка предназначена для направления продукции скважины в выкидную линию регулирования режима эксплуатации, для установки специальных устройств, при спуске скважинных приборов или скребков для очистки труб от парафина, замера давления и температуры среды, а также для проведения некоторых технологических операций.

В качестве запорных устройств фонтанной арматуры применяют проходные пробковые краны и прямоточные задвижки с принудительной или автоматической подачей смазки. Они предназначены для перекрытия проходных отверстий в фонтанной арматуре и устьевом оборудовании.

Таблица 2 Технические характеристики арматуры фонтанной АФК 1 Э65х21М К1 ХЛ

Для регулирования режима эксплуатации на боковых струнах ёлки установлены регулируемые или нерегулируемые дроссели со сменной втулкой из износостойкого материала.

Фонтанные арматуры классифицируют по конструктивным и прочностным характеристикам:

Рабочему давлению (7, 14, 21, 35, 70, 105 МПа);

Схеме исполнения (6 схем);

Числу спускаемых в скважину рядов труб;

Конструкции запорных устройств;

Размерам проходного сечения по стволу скважины (50-150 мм) и боковым отводам (50-100 мм).

Все фонтанные арматуры применяются с колонными головками ООК1 10"" ´ 9 5/8 ´ 6 5/8 – 210 или колонная головка конструкции ЦНИЛ "" ГАНГ "".

Колонные головки, как и обсадные трубы, являются неотъемлемой частью конструкции скважины как инженерного сооружения. Они предназначены для подвески очередной обсадной колонны, герметизации и контроля давления в кольцевом пространстве между соседними колоннами труб.

Рисунок 3 Обвязка колонная головка ОКК1-35 К1 ХЛ

Конструкция колонной головки, фонтанной арматуры, схемы их обвязки должна обеспечивать оптимальные режимы работы скважины, герметизацию трубного, затрубного и межтрубного пространства, возможность технологических операций на скважине, глубинных исследований, отбора проб и контроля устьевого давления и температуры.

Условия работы колонной головки достаточно сложны: нагрузка от веса обсадных колонн может превышать в глубоких скважинах несколько сот килоньютонов. Элементы колонной головки воспринимают также давление среды, контактирующей с ними. Нарушение надежности колонной головки неизбежно ведет к серьезным авариям, нанесению ущерба окружающей среде, а в отдельных случаях может быть причиной возникновения пожаров, взрывов, несчастных случаев.

Рисунок 4 Затвор поворотный

Затвор – элемент трубопроводной запорной арматуры, где регулирующий (запорный) орган поворачивается вокруг оси, которая не является его собственной осью. Наиболее распространенной разновидностью этого типа трубопроводной арматуры является дисковый затвор, у которого регулирующий элемент сделан в виде диска.

По виду обеспечения герметичности перекрытия потока жидкости дисковые затворы могут быть с уплотнением металл-металл, с мягким седловым уплотнением, с тефлоновым покрытием перекрывающих частей затвора. По типу присоединения его с системе водо- (трубо) провода затворы бывают с фланцами под сварку и под резьбовое соединение.

Управление затвором, в зависимости от усилия, необходимого для приведения его движущейся части с рабочее положение, может быть при помощи просто рукоятки, через редуктор, посредством пневматического привода или электрического. Материал и конструкция затвора должны быть таковы, чтобы он мог положенный срок работать не только на открытие-закрытие проходящей через него субстанции, но и регулировать проходящий объем. Для этого рукоятка затвора чаще всего выполняется с фиксатором, который позволяет стопорить рукоятку в различных угловых положениях.

Такие эксплуатационные свойства затворов, как удобство и простота их монтажа и замены уплотняющих элементов, достаточная долговечность (до 100 тысяч открытий-закрытий), относительно низкая стоимость привели к их широкому применению в трубопроводной отрасли.

Рисунок 5 Кран запорный

Кран запорный - один из видов запорной аппаратуры. Может быть выполнен из различных материалов: сталь, латунь, какой-либо пластик и др. Но устройство у них у всех одно и то же – корпус и запорный элемент. Запорный элемент может быть выполнен в виде цилиндра (цилиндрический кран) или в виде шара (шаровой). Реже в быту можно встретить кран с коническим запорным устройством.

По производительности краны запорные могут быть полнопроходным или полупроходными. Полупроходной кран – если перекрываемое отверстие по диаметру меньше диаметра подсоединяемых на вход и выход труб. И соответственно полнопроходной - когда оно такое же.

Основная задача запорного крана – перекрывать поток жидкости, проходящей через него. Т. е. у него два рабочих положения – открыто и закрыто. Понятно, что если ручку крана повернуть не на 90 градусов, а, скажем, на 45, то поток проходящей жидкости можно уменьшить грубо говоря в 2 раза. Таким образом, плавно меняя угол поворота ручки, можно плавно менять проходящий поток. Однако этого делать не рекомендуется, т. к. в зависимости от давления и состава жидкости кран запорный может повредиться, особо это касается острых кромок конструкции крана, которые могут сточиться, результатом чего при полном перекрытии жидкость может на выходе крана продолжать сочиться.

Запорные краны применяются как в промышленности (для транспортировки воды, нефтепродуктов, газа), так и в быту, для перекрытия в случае необходимости различных частей водопровода.

Рисунок 6 Вентиль

Вентили. Это еще один класс устройств запорной арматуры. Здесь запорный элемент находится на шпинделе. Вращательное движения в ту или иную сторону шпинделя (с помощью простого маховика или каких-либо приспособлений) преобразуется в возвратно-поступательное движение запорного элемента, который регулирует поток проходящей через него жидкости. Вращение шпинделя осуществляется или вручную (если усилие невелико) или с помощью какого-либо электрического (гидравлического) двигателя.

Массовый потребитель наиболее хорошо знаком именно с этим видом запорной арматуры в быту, т. к. различные модификации вентилей можно встретить в любой квартире, на загородном участке, в различного рода общественных помещениях и т. п.

Наиболее распространенный вид вентиля – это проходной вентиль, который устанавливается на прямолинейных участках трубопровода. Основной недостаток – достаточно высокое гидросопротивление и как следствие – наличие зоны застоя жидкости в районе установки такого вентиля. Этого недостатка лишен прямоточный вентиль, используемый в тех местах трубопровода, где не допускается снижения потока жидкости на выходе вентиля.

Также к наиболее распространенным типам вентилей относятся угловые (соединяет две взаимно перпендикулярные части трубопровода) и смесительные (смешивают два потока жидкости с целью, например, поддержания заданной температуры).

Рисунок 7 Клапан комбинированный многофункциональный типа ККМ

Клапан комбинированный многофункциональный ККМ-89х21 предназначен для установки вместо обратного клапана в компоновке колонны НКТ при добыче нефти электроцентробежными насосами (ЭЦН)

Таблица 3 Технические характеристики ККМ

Клапаны выполняют в трубопроводной арматуре роль своего рода датчиков, совмещенных с исполнительным устройством.

Основным типом являются предохранительные клапаны, которые осуществляют автоматический выпуск (в атмосферу или в специальные емкости) избытка жидкости или газа (пара) из трубопровода при образовании в нем давления, превышающего допустимое техническими параметрами, тем самым предотвращая аварию трубопровода. По типу исполнительного механизма они могут быть пружинными и рычажно-грузовыми.

Применяются также регулирующие, перепускные, распределительные, смесительные, отключающие клапаны, назначение которых несложно определить из их названия.

Отключающие клапаны осуществляют прекращение подачи жидкости или газа в трубопровод, начиная с его какого-то участка, при ее недопустимом расходе (например, при разрыве трубы).

Перепускной клапан поддерживает заданное давление в определенном участке цепи трубопровода путем частичного открывания и перепуска избытка жидкости или газа в другую ветвь трубопровода.

Распределительные клапаны (трехходовые или многоходовые) распределяют потоки рабочей среды в различные участки трубопровода, чаще с пульта управления, в связи с чем они часто имеют электромагнитный привод.

Смесительные клапаны используются, если необходимо смешивать различные среды, имеющие как различную температуру, так и различный состав. К таким клапанам предъявляются требования поддержания постоянного состава или температуры (или того и другого).

Регулирующие клапаны. Их задача регулировать расход протекающей по трубопроводу среды (жидкость, газ). Управляются они чаще всего от внешнего источника энергии.

Список используемой литературы

1. Справочник инженера по добыче нефти

2. Шуров В.А. ”Техника и технология добычи нефти» М.Недра,1983г

3. Бойко В.С. “Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений” М.Недра,1990г.

4. Каталоги заводов изготовителей нефтедобывающего оборудования

Укрытия от раздавливания транспортом. Наибольшее заглубление от поверхности земли до верха перекрытия каналов в любом случае принимается не менее 0,5 м. Классификация, достоинства и недостатки, область применения фланцевых соединений трубопроводов и арматуры Фланцы применяются для присоединения на различной фланцевой арматуры. Подбираются фланцы по условным проходам и давлениям, на которые...

Газонефтяной смеси, поднимающейся к устью. Фонтанный способ эксплуатации нефтяных скважин наиболее экономичен и выгоден. Выбрав темой диплома данный способ эксплуатации и наглядно продемонстрировав макет фонтанной арматуры крестового типа, я закреплю свои знания, а также обеспечу учебный кабинет техникума наглядным пособием. Модель-макет фонтанной арматуры крестового типа предназначен в качестве...

... ; не допускать случайного падения радиаторных печей; для свертывания резьбовых соединений этажестояков иметь трубные ключи, соответствующие диаметру свертываемых труб. По окончании монтажа смонтированная система отопления подвергается испытанию, проведение которого является весьма ответственной и небезопасной операцией. Испытание необходимо проводить в присутствии производителя работ (мастера). В...

Задвижка, затвор, шаровой кран — что выбрать?

Задвижка

В данной статье автор не ставит своей целью дать полную характеристику таким видам запорной арматуры, как задвижки, поворотные дисковые затворы и шаровые краны. Предпринята попытка показать преимущества и недостатки того или иного типа арматуры, оставив право покупателю самому отдать предпочтение какому-то из рассматриваемых типов арматуры.
– это тип арматуры, у которой запирающий элемент перемещается перпендикулярно оси потока рабочей среды возвратно-поступательно или возвратно-поворотно. Основное назначение задвижки – это перекрытие потока рабочей среды с определенной степенью герметичности в затворе. В некоторых технологических системах допустимо применение задвижек в качестве запорно-регулирующей арматуры (при кратковременно частично открытом затворе), когда возможно дискретное регулирование потока рабочей среды.
По степени герметичности задвижки бывают: класса А, В, С, D, В1, С1 и D1 по ГОСТ 9544-2005.
В настоящее время выпускается большое количество конструктивных типов задвижек, отличающихся:

• конструкцией запирающего элемента — с клиновым запирающим элементом задвижка клиновая или с параллельным запирающим элементом задвижка параллельная;
• расположением ходового узла – задвижки с выдвижным шпинделем, у которых ходовая резьба шпинделя располагается снаружи (в бугельном узле), и перемещается по резьбе резьбовой втулки, не находясь в контакте с рабочей средой, и задвижки с невыдвижным шпинделем, у которых шпиндель осуществляет только вращательное движение, а резьбовая его часть постоянно находится во внутренней полости корпуса задвижки;
• конструкцией проходной части – полнопроходные (диаметр прохода задвижек практически равен диаметру трубопровода), неполнопроходные (диаметр прохода задвижек меньше внутреннего диаметра соединительных фланцев);
• типом привода – с ручным управлением от маховика, с ручным управлением через редуктор, с электроприводом, пневмоприводом, гидроприводом;
• способом подсоединения к трубопроводу – фланцевый, муфтовый, при помощи сварки (стальные задвижки);
• типом формообразования корпусных деталей – литые, сварные;
• типом уплотнения подвижных элементов относительно внешней среды – сальниковые, сильфонные;
• материалом изготовления корпуса: стальные (некоррозионностойкие и коррозионностойкие), чугунные.

Преимущества задвижек:

• незначительное гидравлическое сопротивление при полностью открытом затворе, что особенно ценно при использовании задвижки на трубопроводе, через который постоянно движется жидкая среда с большой скоростью (магистральные трубопроводы);
• отсутствие поворотов потока рабочей среды, как, например, у вентилей, что не приводит к потерям энергии, особенно при больших диаметрах прохода;
• относительно небольшая строительная длина;
• возможность подачи рабочей среды в любом направлении;
• широкая линейка типоразмеров (задвижки со сплошным клином, задвижки с упругим клином, двухдисковые задвижки, шиберные задвижки, шланговые задвижки), что позволяет выбрать наиболее оптимальный тип задвижки под заданные условия эксплуатации.

К недостаткам задвижек следует отнести:

• невозможность применения для сред с кристаллизирующимися включениями;
• сравнительно небольшой допустимый перепад давления на затворе;
• невысокая скорость срабатывания, что не позволяет произвести экстренное перекрытие потока среды в аварийной ситуации;
• возможность получения гидравлического удара в конце хода;
• возможность заклинивания затвора при колебаниях температуры рабочей среды у задвижек малых диаметров с жестким клином;
• трудности ремонта изношенных уплотнительных поверхностей при эксплуатации;
• высокая стоимость ремонта при относительно низкой цене задвижки (стоимость ремонта задвижки составляет 70-80% от стоимости новой задвижки);
• сравнительно большая строительная высота и масса.

Выбирая тот или иной тип задвижки, следует помнить, что каждому виду задвижек помимо общих преимуществ и недостатков присущи некоторые особенности и отличия, которые необходимо знать и которыми нельзя пренебрегать. Например, известно, что наименьшей металлоемкостью и, как следствие, массой, обладают задвижки с цельным клином, но в то же время с точки зрения обеспечения герметичности по затвору они являются и самыми проблемными. Этим и объясняется применение в затворе задвижек с цельным клином вторичных эластичных уплотнений, что не делается в задвижках с другим типом клина. Так, для целей водоснабжения с успехом используется чугунная задвижка с обрезиненным клином типа МЗВ (МЗВГ) 30ч39р.
Для задвижек с цельным клином характерна еще одна особенность — односторонняя герметичность в затворе. Это, казалось бы явный недостаток. Но, работая на жидкой среде и будучи закрытой (при этом в крышке задвижки образуется полость, заполненная жидкостью), ни одна задвижка с цельным клином, благодаря этому недостатку, не будет разрушена из-за повышения давления жидкости в полости крышки вследствие изменения ее температуры, в то время как у задвижек с другими клиньями поломка возможна.
Если для задвижек с цельным клином существует большая вероятность заклинивания задвижки при работе с высокими температурами рабочей среды (300 оС и более), что требует периодической проверки ее работоспособности или применения устройств для расклинивания, то задвижки с упругим клином лишены этого недостатка.
Двухдисковые задвижки, наоборот, являются наиболее металлоемкими, но зато имеют высокую герметичность по затвору и обладают лучшей ремонтопригодностью по сравнению с клиновыми задвижками.
Как было отмечено выше, задвижки бывают с невыдвижым и выдвижным шпинделем. Нормальная работа резьбовой пары шпиндель-ходовая гайка может протекать лишь при постоянном наличии смазки и систематическом техническом обслуживании конструкции. Это выполнимо только в том случае, если ходовой узел доступен для технического обслуживания. В задвижках с невыдвижным шпинделем ходовой узел погружен в рабочую среду, к нему закрыт доступ, он подвержен воздействию коррозии и абразивных частиц рабочей среды, если она засорена, что накладывает ограничения на применение таких задвижек. Они применимы для трубопроводов, транспортирующих минеральные масла, нефть, воду, не засоренные твердыми частицами и не имеющие коррозионных признаков. Так как они имеют меньшую строительную длину, чем задвижки с выдвижным шпинделем, то их целесообразно применять для подземных коммуникаций и колодцев, в качестве фонтанной арматуры на нефтяных скважинах.
У задвижек с выдвижным шпинделем ходовая резьба шпинделя и гайки находятся вне полости затвора, поэтому для них не характерны отмеченные выше недостатки, что позволяет применять эти задвижки на ответственных объектах и участках трубопроводной сети.

В качестве альтернативы традиционным типам задвижек в последнее время все большее применение среди запорной арматуры находят дисковые поворотные затворы и шаровые краны.

Дисковый затвор

По своей конструкции представляет собой короткий отрезок трубы с запирающим или регулируемым элементом в виде диска, поворачивающегося вокруг оси, расположенной перпендикулярно к оси прохода. Ось диска является одновременно и штоком затвора с сальниковым уплотнением в местах прохода через корпус. Диск может быть плоским или двояковыпуклым (линзовым). Материал, используемый для изготовления дисков – никель-чугун, хром-чугун. Кромки поворотного диска притерты к внутренней поверхности корпуса. Для обеспечения герметичности затвора применяются металлические или мягкие (резиновые, фторопластовые) кольца. Дисковые затворы могут использоваться как запорная и как регулирующая арматура. Для использования в качестве регулирующей арматуры предусмотрено несколько фиксированных промежуточных положений, для чего такие затворы оборудованы приспособлением, фиксирующим положение поворотного диска. В открытом положении диск устанавливается вдоль оси корпуса, создавая минимальное сопротивление потоку. В закрытом положении диск устанавливается перпендикулярно оси корпуса, соприкасаясь своими кромками с уплотнительными кольцами, которые могут располагаться как на самом диске, так и на корпусе затвора. Затвор устанавливается на трубопроводе между фланцами трубопровода, стягиваемым шпильками. Поворотные затворы могут монтироваться в любом положении, однако затворы больших диаметров рекомендуется устанавливать в горизонтальном положении, так как при вертикальной установке не исключена вероятность заклинивания, связанная с попаданием твердых частиц в область штока. Дисковые затворы могут изготавливаться с эксцентрично установленными дисками. Такое расположение диска создает ему благоприятные условия взаимодействия с уплотнительными кольцами, исключает гистерезис, присущий дискам с нулевым эксцентриситетом.
Управление дисковыми затворами может осуществляться вручную, с использованием редуктора, при помощи электропривода, пневмопривода или гидропривода.

Популярность применения дисковых затворов определяется рядом преимуществ перед другими типами запорной арматуры:

• сравнительно низкое гидравлическое сопротивление;
• малое время открытия и закрытия затвора (диска);
• отсутствуют застойные зоны, в которых могут скапливаться механические примеси и грязь, поступающие в затвор вместе с рабочей средой;
• отсутствие резьбовых рабочих пар в конструкции (по сравнению с задвижками, где применяется резьбовая пара «втулка-шпиндель»), что повышает эксплуатационные качества при воздействии неблагоприятных условий внешней среды;
• сравнительно небольшие габариты и масса;
• большие диаметры прохода;
• большой ресурс работы при соблюдении правил эксплуатации (нормативный срок службы – 30 лет);
• простота и удобство монтажа-демонтажа.

К недостаткам затворов можно отнести:

• пониженная герметичность запорного органа;
• большие крутящие моменты на валу из-за больших неразгруженных усилий, действующих на диск затворов больших диаметров прохода;
• трудность получения расчетных пропускных характеристик при работе затвора в качестве регулирующей заслонки.

Затворы поворотные обычно применяются в водоснабжении, пивоварении и пищевой промышленности, где используются чистые среды.
Основные параметры дисковых затворов регламентированы ГОСТ 1251-89 и ГОСТ 25923-89.

Шаровой кран

Также как и задвижки, и дисковые затворы предназначены для установки в качестве запорного устройства, перекрывающего потоки жидких и газообразных рабочих сред на трубопроводах в системах водо- и газоснабжения, на предприятиях теплоэнергетики, в химической, пищевой, нефтеперерабатывающей, газовой и других отраслях промышленности.
В качестве объекта анализа здесь рассматриваются стальные шаровые краны. О шаровых кранах, изготавливаемых из латуни или бронзы малых диаметров (Ду 15-50мм), используемых при установке сантехнического оборудования, речь здесь не идет.
Запорным элементом в шаровом кране является собственно шар (пробка, выполненная в виде шара), имеющий сквозное отверстие для прохода рабочей среды и изготовленный из нержавеющей стали.
Существуют два базовых исполнения шаровых кранов — краны с плавающей пробкой, когда шар поддерживается уплотнительными кольцами, и краны с пробкой (шаром) в опорах. Последние более приемлемы для высоких давлений и больших диаметров. В этих кранах нагрузка от перепада давлений в закрытом положении воспринимается подшипниками опор, а не уплотнительными седлами. Шаровые краны с плавающей пробкой используются при низких давлениях и температурах.
Перекрытие трубопровода происходит при переводе рычага крана в крайнее закрытое положение (без остановки в промежуточных положениях). При этом шар внутри крана поворачивается вокруг своей оси стороной, в которой нет сквозного отверстия для прохода рабочей среды. При установке крана в открытое положение пробка принимает такое положение, при котором отверстие в шаре совпадает с осью трубопровода, тем самым, обеспечивая проход рабочей среды.

Преимущества шаровых кранов:

• высокая степень герметичности (как правило, класс герметичности «А»);
• низкое гидравлическое сопротивление;
• небольшая масса и габариты;
• малое время открытия и закрытия;
• не требуется технического обслуживания в процессе эксплуатации (подтягивания, смазки и т.д.);
• большая «линейка» кранов по рабочим параметрам (условному диаметру прохода, давлению, температуре), по способу монтажа («фланцевое», «муфтовое», «под приварку»), по виду исполнения (цельносварной корпус или разборный корпус).

Так, например, стальные шаровые краны «BREEZE», производства завода «Олбризсервис» (Украина, г. Киев) представлены в двух видах исполнения: серия EUROPE- в цельносварном корпусе, серия SILVER – в разборном корпусе. Краны поставляются в трех модификациях присоединения: СВАРКА, ФЛАНЕЦ, РЕЗЬБА. Линейка диаметров кранов «BREEZE» различных модификаций от 15 до 300 мм, рабочее давление 1.6, 2.5 или 4.0 МПа, рабочая температура от минус 30 до 200 оС. Заводом изготовляются два наименования крана 11с33п и 11с41п с фланцевым присоединением, у которых строительная длина равна строительной длине таких распространенных в эксплуатации стальных задвижек, как 30с41нж, что позволяет без особых усилий производить замену вышедших из строя задвижек на краны. Имеются краны с удлиненным штоком для подземной установки.

На предприятии Луганский завод трубопроводной арматуры «Спецавтоматика» через Торговый Дом «МАРШАЛ» можно заказать широко известные покупателю шаровые краны, выпускаемые под торговой маркой «МАРШАЛ»: из углеродистой стали или из коррозионностойкой стали, сварной разборный или цельносварной неразборный, литой разборный или литой неразборный, укороченный или неукороченный, с фланцевым, муфтовым или под приварку соединением, полнопроходной или неполнопроходной, без привода, с редуктором или под привод (электрический, пневматический, гидравлический).

Для выбора того или иного крана необходимо знать определенный минимум характеристик, которые, как правило, указываются в паспортах на изделие.
В качестве примера ниже приведен перечень технических характеристик, указываемых в паспорте на кран шаровой марки «МАРШАЛ» 11с67пСФ:
Условный диаметр…………………………………….200 мм (250,300, 350,400,500,600мм)
Рабочее давление, не более…………………………..1.6МПа; (2.5МПа;4.0МПА)
Температура рабочей среды………………………….от -40 оС до 180оС
Рабочая среда………………………………………….вода, газ, нефтепродукты и другие неагрессивные среды, нейтральные к материалам деталей крана
Класс герметичности………………………………….А ГОСТ 9544-2005
Климатическое исполнение…………………………..У1, ХЛ1 ГОСТ15150
Температура окружающей среды…… ……….не ниже — 40 оС (У1), не ниже — 40 оС (ХЛ1)
Количество рабочих циклов…………………………..не мене 10 000
Полный срок службы………………………………….не менее 10 лет
Присоединение к трубопроводу………………………..фланцевое
Управление…………………………………………….редукторное
Краны изготовлены в соответствии с ГОСТ28343 (ИСО7121)
Строительные длины………………………………….ГОСТ 28908, ГОСТ3706 (ИСО5702)
Размер фланцев………………………………………..ГОСТ12815 (ИСО7005).

Наряду с достоинствами шаровые краны обладают и рядом недостатков, которые необходимо учитывать при выборе арматуры.
Недостатки шаровых кранов:

• невозможность использования стандартных шаровых кранов в качестве регулирующей и дроссельной арматуры;
• повышенные требования к чистоте рабочей среды, проходящей через кран, особенно к наличию твердых частиц;
• возможно «прикипание» шара при длительной эксплуатации в закрытом или открытом положении;

Таким образом, проведя краткий анализ современных запорных устройств, можно сделать вывод о том, что каждый из рассмотренных типов запорной арматуры обладает определенными преимуществами и недостатками, зная которые можно наилучшим образом определиться с выбором арматуры под заданные требования и условия эксплуатации.