Обзор запорной и трубопроводной арматуры

Трубопроводная арматура представлена широким спектром оборудования, различающимся как конструкцией, так и назначением. Ее можно разделить на следующие виды:

Кран шаровый – вид трубопроводной арматуры, запорным органом которого является шар, регулирующий поток рабочей среды. Внутри шара есть отверстие, сквозь которое протекает среда в случае, когда кран открыт. Управление осуществляется либо вручную (рукояткой или редуктором), либо автоматически (посредством привода). Для того, чтобы открыть/закрыть шаровый кран достаточно повернуть его запорный орган на 90 градусов. Быстрота открытия шара может привести к возникновению гидроудара. Шаровые краны являются превосходным выбором для полного перекрытия потока рабочей среды, однако, как правило, не способны обеспечить оптимальное управление средой в случае необходимости осуществления регулирования потока.

По типу корпуса шаровые краны делятся на 5 видов: цельносварные, трехсоставные, разборные, с верхним разъемом и сварные. Разница между ними определяется тем, как составные части крана – особенно корпус, содержащий сам шар – произведены и собраны. Принцип действия крана каждого из типа абсолютно идентичный.

По типу прохода краны делят на:

• полнопроходные – имеют шар увеличенного размера, что позволяет сделать проходное отверстие диаметра, равного диаметру трубопровода. Такая конструкция не приводит к дополнительным потерям на сопротивление. Поток не испытывает преград на своем пути, однако, т.к. сам шар больше и дороже стандартного, данный тип кранов целесообразно использовать только там, где требуется неограниченное (свободное) течение потока рабочей среды. Например, в тех трубопроводах, которые подвергаются чистке (скребками, ершами, сваями).
• стандартнопроходные - диаметр отверстия в шаре на один размер трубы меньше, чем условный проход крана, в результате чего проходное сечение у него меньше, чем у трубы. Так как расход потока остается постоянным и равным произведению сечения трубопровода и скорости потока, то скорость потока возрастает на суженном участке.
• V-образные - краны, у которых либо шар имеет V-образную форму, либо седло. Такая форма позволяет открывать проход более контролируемым образом с сохранением линейных характеристик потока. Когда кран закрыт и процесс открытия начинается, меньший край “V” –образной формы открывается и позволяет осуществить стабильный контроль за потоком рабочей среды на этой стадии. Данный тип конструкции требует использования более прочных материалов, т.к. более высокие скорости жидкостей способны вывести из строя стандартные краны. Данный тип крана может быть назван регулирующим клапаном, но не настолько точным, как регулятор давления.
• шаровые краны с наполнением полости – решения для отраслей, сталкивающихся с оседанием частиц, опасных для здоровья. Отложения возникают из-за образования в полуоткрытом состоянии шарового крана полости между шаром и корпусом, в котором может задерживаться жидкость. Для того, чтобы избежать заполнения полости жидкостью, полость должна закрываться, что достигается увеличение седла до таких размеров, при котором оно всегда остается в контакте с шаром.

Шаровые краны могут быть трех- и четырехходовыми. Они имеют L или Т-образную форму отверстия посередине шара. Т – образные способны соединить любую из пар входов либо все три сразу. L – образные могут соединить центральный вход с любым из боковых портов, но не могут соединить боковые порты между собой.

Цельносварные краны практически всегда имеют стандартный проход и относительно недороги. Они подлежат замене после сравнительно непродолжительного использования. Двухсоставные шаровые краны имеют либо лишь слегка усеченный либо стандартный проход и порой подлежат ремонту. Конструкция трехсоставных кранов (разборных) позволяет легко извлекать центральную часть шара, состоящую из шара, штока и седла. Это способствует эффективной очистке отложений, замене седла и сальниковой набивки, полировке маленьких царапин на шаре без необходимости отсоединять корпус крана от трубопровода. 

Задвижка – вид трубопроводной арматуры, в которой рабочий орган – круглый или прямоугольный затвор – перемещается параллельно потоку рабочей среды. Отличительной особенностью задвижек является то, что уплотнительная поверхность между затвором и седлом плоская, что определяет использование данного типа арматуры в случае необходимости транспортировать рабочую среду прямолинейно и с минимальным сопротивлением. Затвор может иметь форму клина или быть представлен параллельными дисками.

Задвижки используются для открытия-закрытия трубопровода, но никак не в качестве регулирующего устройства. Особенностью данного типа арматуры является нелинейный характер поступления рабочей среды при ее открытии. Поток рабочей среды нарастает нелинейно по отношению к проходному сечению. К тому же, частично открытый затвор испытывает вибрации, вызванные движением потока рабочей среды. Сравнительно высокая скорость потока в районе запорного механизма задвижки приводит к износу диска и седла, что вызывает в конечном итоге протечки. Таким образом, конструкция задвижки предопределяет ее использование только в двух положениях: «открыто» и «закрыто». Будучи полностью открытой, данная задвижка не создает никаких препятствий для потока рабочей среды, в результате чего гидропотери остаются минимальными.  Крышка задвижки обеспечивает герметичность корпуса. Крышка может крепиться болтовым и без болтовым соединением.

По конструкции штока задвижки делятся на задвижки с выдвижным штоком и задвижки с невыдвижным штоком. Последние используются при установке задвижек под землей или в помещениях, ограниченных по высоте.

Задвижки управляются вручную (с помощью установленного на них штурвала (маховика)), либо комплектуются электро-, гидро- или пневмоприводами. Задвижки больших диаметров также могут комплектоваться редукторами (коническим, червячным) для упрощения их открытия-закрытия.

По типу присоединения задвижки делятся на: фланцевые, приварные, муфтовые.

По типу запорного органа задвижки бывают: клиновые, параллельные, шиберные и шланговые. У клиновых задвижек затвор представляет собой упругий, жесткий или двухдисковый клин, который в закрытом положении плотно входит в расположенные в форме клина седла. Выбор типа затвора зависит от условий эксплуатации.

Жесткий клин обеспечивает высокую герметичность, однако его применение осложняется возможностью заклинивания затвора и трудности открытия-закрытия задвижки при колебании температуры рабочей среды, износа или коррозии уплотнительных поверхностей.
Применение двухдискового клина существенно снижает риск заклинивания запорного органа, обеспечивает невысокий износ уплотнительных поверхностей, высокую герметичность запорного органа.
Упругий клин представляет собой модификацию двухдискового клина. Образующие его два диска соединены между собой упругим элементом, способным изгибаться. Простата конструкции и отсутствие необходимости  подгонят затвор под корпус обеспечивают привлекательность данного типа запорного органа.
В параллельных задвижках уплотнительные поверхности двух сёдел в корпусе расположены параллельно друг другу. Затвор состоит из двух дисков.
Основная масса корпусов задвижек изготавливается методом отливки. Небольшая часть производится путем сварки деталей, полученных методом штамповки из листового проката. Среди материалов, из которых производят задвижки, следующие: чугун, углеродистые и легированные стали и пр.

Обратный клапан – вид трубопроводной арматуры, который предназначен для исключения движения потока рабочей среды в обратном направлении. Обратные клапаны пропускают среду в одном направлении, и исключают ее движение в противоположном направлении, действуя при этом автоматически. Обратные клапаны не применяют в системах трубопроводов, рассчитанных на двухстороннее движение рабочей среды. Обратные клапаны призваны защищать оборудование, трубопроводы, насосы, котлы и резервуары, а также снижают степень утечки при разрушении участка трубопровода.

Места установки обратных клапанов:

• Обратные магистрали – для предотвращения утечек вверх по ходу трубопровода при опустошении резервуара;
• Обратные магистрали – для предотвращения воздействия пикового отклонения давления на элементы трубопровода (особенно актуально для линий, на которых установлены исполнительные механизмы с механическими замками, которые могут привести к их открытию);
• Наземные линии обслуживания – для гарантирования движения потока в требуемом направлении при осуществлении ремонта и предотвращения утечки при дренаже трубопровода;
• Напорные трубопроводы – для исключения обратного потока среды через гидравлический мотор;
• Трубопроводы низкого давления (питающие линии) к насосам – для предотвращения движения рабочей среды обратно в резервуар без прохождения через фильтр.
   

Запорный клапан – вид трубопроводной арматуры, предназначенный для регулирования потока рабочей среды, состоящий из подвижного клапана и седла в сферическом корпусе. Рабочий орган (диск) у них перемещается возвратно-поступательно вдоль центральной оси уплотнительной поверхности корпуса, т.е. параллельно оси потока рабочей среды. Наиболее часто используется в случаях, когда требуется дросселирование и частое применение в системах с высоким давлением. Постепенное изменение расстояния между диском и седлом гарантирует хорошую способность регулировать поток среды. Однако зачастую запорные клапаны используют только для открытия/закрытия трубопровода. Запорные клапаны не рекомендуется использовать в случае, когда необходимо беспрепятственное движение рабочей среды, т.к. запорная заслонка клапана увеличивает сопротивление.

Диск запорных клапанов может как полностью преграждать путь рабочей среде, так и полностью открывать клапан.  Это осуществляется посредством перпендикулярного движения диска по отношению к седлу. Кольцеобразное пространство между диском и седлом постепенно изменяется, что позволяет среде протекать через клапан. По мере продвижения среды через клапан она меняет направление несколько раз и увеличивает тем самым давление. S- образное движение рабочей среды при движении через корпус клапан приводит к потере напора. Для ее минимизации корпус и патрубки изготавливают максимально гладкими, чтобы исключить турбулентность и шум.

По типу корпуса делятся на: угловые (предназначены для перевода потока рабочей среды из вертикального положения в горизонтальное), Y –образные (поперечные – оптимальное решение для систем с высоким давлением и иными экстремальными условиями эксплуатации) и Z – образные (прямоточные).
Как правило, запорные клапаны изготавливают из металлических сплавов, хотя порой применяются и синтетические материалы. Их выбор обусловлен давлением, температурой и иными свойствами рабочей среды. Коррозионные среды требуют использования специальных сплавов и покрытий корпуса для минимизации взаимодействия материалов со средой и продления срока службы клапана. В основном, углеродистые стали применяются для неагрессивных сред.

Регулирующий клапан – предназначен для управления такими параметрами как объем потока, давление, температура и уровень среды посредством полного или частичного его открытия в ответ на входящие сигналы датчиков, сравнивающих предустановленные значения указанных параметром с их актуальными значениями. Осуществляет электрическим, пневматическим и гидравлическим способом. Позиционеры используются для контроля над открытием и закрытием привода на основании электрических или пневматических сигналов.

Термины регулирующий клапан и дроссельный клапан часто используют как синонимы, хотя между ними есть различие. Дроссельный клапан – это клапан, запорный элемент которого имеет способность останавливать и возобновлять поток рабочей среды, а также останавливаться в любой точке из диапазона подъема клапан для того, чтобы регулировать процесс протекания среды, температуру или давление. Регулирующие клапаны – это последний регулирующий элемент в системе и используются во взаимосвязи с приводом. Регулирующие клапаны не способны работать в качестве автономных клапанов и именно поэтому верно, что все регулирующие клапаны являются дроссельными клапанами, тогда как не все дроссельные клапаны являются регулирующими клапанами.

Каждый регулирующий клапан обязан выполнять набор обязательных функций для того, чтобы работать подобающим образом:

• исключать протечки среды;
• обладать достаточной пропускной способностью;
• соответствовать характеристикам среды в части ее агрессивности, давления, высокой температуры;
• согласованно работать с остальными элементами системы контроля за параметрами рабочей среды.
   

Регулирующие клапаны активируются в результате нарушения параметров рабочей среды. В случае, когда контролируемая система получает сигнал об изменении параметров, клапан оказывает воздействие на рабочую среду с целью компенсировать эти изменения и удержать регулируемые параметры в значениях, близких к установленным.
При выборе регулирующего клапана чрезвычайно важно учитывать тип рабочей среды.

Затворы поворотные используют как  для перекрытия потока рабочей среды, так и для его регулирования. Они являются четверть поворотным типом арматуры и ,по аналогии с кранами шаровыми, требуется повернуть рычаг управления на 90 градусов для перевода затвора из крайнего положения в крайнее. В качестве запорного органа используется диск. Затворы-бабочки, как правило, дешевле, чем иные типы запорной арматуры, т.к. они легче, требуют меньше материала на изготовление, просты в установке и обслуживании, что сокращает затраты труда. Диск приводится в действие ручкой, редуктором или приводом. Когда затвор закрыт, диск перекрывает проходное сечение трубопровода, когда диск открыт, поток может беспрепятственно проходить сквозь затвор. Тем не менее, диск всегда будет находиться на пути потока, в результате чего падает давление в трубопроводе не зависимо от положения затвора клапана, однако сравнительно невысокая толщина диска вызывает умеренное гидравлическое сопротивление.  Затвор также можно использовать в качестве дросселирующего устройства для регулирования потока рабочей среды.

Как правило, затворы поворотные имеют межфланцевое присоединение (стяжная конструкция), однако в случае применения затворов в высокопроизводительных устройствах присоединение осуществляется посредством фланцев.
Затворы дисковые поворотные используются для отключения перемещаемых основных рабочих масс, которыми являются текучие и порошковые смеси, парообразные и воздушные примеси, а также стандартная перемещаемая среда которыми являются природный газ или газообразные нефтепродукты.

Типы поворотных затворов:

• Концентрические затворы;
• Двойные эксцентрические затворы;
• Тройные эксцентрические затворы – предотвращает истирание и царапание металлических седла и диска благодаря своему уникальному дизайну. Единственная ситуация, когда диск контактирует с седлом – момент полного закрытия затвора. Такие затворы используют преимущественно в системах, где необходима высокая герметичность при двухсторонней транспортировке нефти и газа.

Клапан предохранительный – предназначен для защиты оборудования от недопустимого превышения давления путем автоматического сброса избытка рабочей среды в атмосферу или отводящий трубопровод. Клапан обеспечивает прекращение сброса при восстановлении рабочего давления.

Таким образом, основной функцией предохранительного клапана является защита жизни, собственности и окружающей среды. Единственная цель данного типа клапана – защита от превышения давления.

Причины превышения давления:

• Препятствие выхода среды;
• Воздействие огня от внешнего источника;
• Термическое расширение;
• Химическая реакция;
• Разрыв трубы теплообменника;
• Неполадка системы охлаждения.
   

Каждая из упомянутых причин может произойти как индивидуально, так и в комплексе с остальными причинами. Каждая причина превышения давления приведет к разному объему среды, который необходимо сбросить для возвращения давления в безопасные пределы, например, небольшой объем при температурном расширении и большой объем стравливаемой среды в случае наступления химической реакции.

Фильтры служат для улавливания твёрдых механических частиц в трубопроводах, которые могут повредить оборудование и арматуру. Фильтры магнитные предназначены для улавливания стойких механических примесей в неагрессивных жидкостях. Устанавливается в системе холодного и горячего водоснабжения. Внутри них расположено магнитный стержень и фильтрующая сетка с ячейками различной величины (от нескольких микрон до 2 мм). По мере накопления примесей открывают нижнюю крышку, освобождают от грязи, промывают, ставят крышку на место и фильтр снова продолжает работать.

Грязевик представляет собой узел расширения трубопровода с изменением направления потока воды и фильтрацией ее специальной сеткой. Под сеткой происходит отсечение, выпадение в осадок и накапливание крупных и средних взвешенных частиц. Грязевик принимает исходную воду, фильтрует ее от средних и крупных взвешенных частиц, отводит очищенную воду. Периодически корпус грязевика очищают от накопившейся грязи путем открытия спускного штуцера, расположенного в днище.

• < Назад