1. Выбор типа арматуры

Раздел четвертый ВЫБОР ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ

Глава I выбор конструкции

1. Выбор типа арматуры

Выбор трубопроводной арматуры является ответственным этапом проектирования трубопроводной системы, поскольку во многих случаях надежность и долговечность арматуры определяет собой надежность и долговечность всей трубопроводной системы. В результате выбора арматуры должны быть определены конструкции, в оптимальной степени удовлетворяющие всем техническим и экономическим требованиям, предъявляемым к арматуре. Выбор должен производиться на основе тщательно подготовленных и четко выявленных технических данных, определяющих требуемые параметры арматуры.

Первым этапом является установление возможности использования арматуры, серийно выпускаемой заводами, и лишь в случае отсутствия требуемой конструкции в номенклатуре серийной промышленной арматуры подготавливаются данные для ее проектирования и изготовления по отдельному заказу. В результате выбора должен быть установлен объект, удовлетворяющий поставленным техническим требованиям и обеспечивающий надежное и длительное функционирование системы, на которую арматура устанавливается.

Для выбора арматуры могут быть использованы материалы второго и третьего разделов книги, где приведены серийно выпускаемые и наиболее часто при-, меняемые конструкции трубопроводной арматуры. Более полные перечни кон-Р струкций арматуры для работы в различных условиях приводятся в специальных каталогах. Следует иметь в виду, что промышленностью ежегодно осваи-| ваются новые конструкции и снимаются с производства устаревшие, поэтому при выборе арматуры с использованием данных, приведенных в книге или в каталогах, необходимо произвести дополнительную проверку для подтверждения того, что изготовление требуемой арматуры предусмотрено промышленностью. Для этой цели ежегодно выпускаются номенклатурные перечни изготовляемой арматуры с указанием объема выпуска и завода-изготовителя.

Характеристики арматуры можно разделить на эксплуатационные и конструктивные. Первые определяют собой основные эксплуатационные свойства арматуры и область ее применения, вторые — особенности конструкции, оказывающие влияние на метод монтажа, ремонта, ухода и пр.

К эксплуатационным (функциональным) характеристикам относятся класс арматуры (запорная, регулирующая, предохранительная), тип изделия (вентиль, задвижка), материал основных деталей, привод и т. д. К конструктивным характеристикам относятся строительная длина и строительная высота арматуры, тип присоединительных патрубков (фланцы, муфты, цапки, концы под приварку), тип уплотнительных колец (без колец, кольца запрессованы, на резьбе, кольца с наплавкой и пр.) и др. В некоторых случаях эксплуатационные и конструктивные характеристики взаимно связаны и не могут быть четко отделены друг от друга. Так, например, наличие сальника или сильфона непосредственно на работу арматуры влияния не оказывает, но сильфон, ограничивая ход шпинделя и число циклов срабатывания, в то же время избавляет обслуживающий персонал от необходимости периодически подтягивать сальник.

В общем виде порядок выбора арматуры может быть следующим.

1. Уточняется назначение и определяются условия работы арматуры: среда, температура, давление и т. д.

2. Определяется условный диаметр прохода присоединительных фланцев.

3. Уточняется метод управления арматурой: ручной привод, электропривод, дистанционное управление, электромагнитный привод, пневмо- или гидропривод.

4. На основе подготовленных данных выбирается материал корпусных деталей: чугун, ковкий чугун, углеродистая сталь, коррозионностойкая сталь, бронза и др.

5. Выбирается класс арматуры (запорная, регулирующая, предохранительная и т. д.).

6. Назначается тип арматуры (вентиль, задвижка, кран, регулирующий или предохранительный клапаны и пр.).

7. Уточняется условный диаметр прохода и диаметр отверстия в седле, для чего устанавливается допустимое гидравлическое сопротивление, коэффициент пропускной способности, характеристика плунжера и т. п.

8. С использованием данных о номенклатуре выпускаемой арматуры и данных каталогов выбираются соответствующие изделия.

9. Определяются геометрические параметры выбранной арматуры (строительная длина, строительная высота, тип и размеры фланцев, размеры и число болтов и т. д.).

10. Проверяются параметры выбранной арматуры и соответствие их заданным условиям работы.

Для выбора арматуры должны быть известны следующие данные.

1. Назначение арматуры, условия эксплуатации и способы управления.

2. Свойства рабочей среды, рабочее давление, рабочая температура, коррозионные свойства, вязкость среды.

3. Требования к гидравлическим характеристикам арматуры, пропускная способность, расходная характеристика, герметичность затвора и т. д.

4. Монтажные и габаритные требования: условный диаметр прохода, способ присоединения к трубопроводу, габаритные или весовые ограничения и пр.

5. Возможные дополнительные требования в отношении надежности, долговечности, взрывозащищенности привода и др.

Арматура подразделяется на следующие классы: запорную, регулирующую, предохранительную или разную арматуру. Класс запорной арматуры содержит следующие типы конструкций: краны, вентили, клапаны, задвижки, затворы (заслонки), кольцевые затворы, мембранные (диафрагмовые) вентили, шланговые затворы.

Класс регулирующей арматуры содержит типы: клапаны регулирующие одно- и двух седельные, вентили регулирующие, клапаны регулирующие мембранные (диафрагмовые), клапаны регулирующие шланговые, клапаны распределительные, клапаны смесительные, регуляторы давления «до себя» и «после себя».

Класс предохранительной арматуры содержит типы: клапаны предохранительные рычажно-грузовые, клапаны предохранительные пружинные малоподъемные, клапаны предохранительные пружинные полноподъемные, обратные клапаны подъемные, обратные клапаны поворотные, дыхательные клапаны, отсечные клапаны, разрывные мембраны.

В класс разной арматуры входят: конденсатоотводчики, вантузы (воздухоотводчики), маслоотделители, компенсаторы сальниковые и пружинные (лирообразные или сильфонные) и некоторые другие конструкции.

Условный диаметр прохода в подавляющем большинстве случаев бывает равен диаметру прохода трубопровода, но для регулирующих клапанов, если не требуется их полнопроходность, диаметр прохода может быть меньше диаметра трубопровода, и в этом случае они выбираются по пропускной способности. По пропускной способности выбирается и размер предохранительных клапанов; устанавливаемых на котлах, аппаратах и трубопроводах. При выборе регулирующего клапана необходимо выявить, какая в данном случае требуется пропускная характеристика плунжера. Если характеристики плунжеров, выпускаемых серийно (линейная и равнопроцентная), не могут удовлетворить требованиям эксплуатации, то плунжеры рассчитываются по заданным условиям.

При установке запорной арматуры в трубопроводе, через который осуществляется большой расход среды, предпочтение следует отдавать конструкциям с малым гидравлическим сопротивлением: задвижкам, кранам, прямоточным вентилям, заслонкам. Для концевых запорных устройств или для арматуры, находящейся в постоянно закрытом виде, коэффициент сопротивления обычно не имеет значения, и здесь могут быть использованы вентили (для диаметра трубопровода . ). При необходимости проектирования новых конструкций разрабатывается задание на разработку проекта, в которое должны входить следующие основные данные.

1. Назначение арматуры.

2. Рабочее давление среды.

3. Рабочая температура среды.

4. Диаметр прохода.

5. Строительная длина.

6. Способ присоединения к трубопроводу и положение на трубопроводе.

7. Коррозионные свойства среды, степень засоренности загрязнителями и абразивными частицами.

8. Способ управления арматурой.

9. Вязкость среды.

10. Класс плотности.

11. Пропускная способность арматуры для регуляторов давления, регулирующих клапанов и предохранительных клапанов, пропускная характеристика для регулирующих клапанов.

12. Продолжительность закрытия и открытия (цикл срабатывания) и периодичность срабатывания.

13. Источник энергии и его характеристика (переменный или постоянный ток, напряжение, давление воздуха и т. д.).

14. Местонахождение арматуры и условия ее обслуживания (взрывозащищенное исполнение, исполнение для тропического климата и др.) В случае необходимости указываются дополнительные требования, необходимые для уточнения конструкции и условий ее испытания.

15. Ограничение габаритов.

16. Ограничение веса.

17. Вибропрочность и виброустойчивость.

18. Особые условия эксплуатации. »

19. Особые требования долговечности (ресурс в циклах срабатывания).

20. Особые требования надежности.

Арматура должна обладать герметичностью, т. е. не должна пропускать рабочую среду в окружающую атмосферу и в закрытом положении не должна пропускать среду из одного отделенного ею участка трубопровода в другой. Герметичность обеспечивается соединениями шпиндель — крышка, крышка — корпус, корпус — трубопровод и седло — затвор. Герметичность подвижного соединения шпиндель — крышка обеспечивается сальниковым или сильфонным узлом. Во всех случаях, где это допустимо, используется сальниковая арматура как более дешевая, причем в ряде случаев, например в арматуре больших диаметров прохода, сильфонное уплотнение из-за большого хода шпинделя неосуществимо. При выборе конструкции сальника и материала набивки решающими факторами являются температура и коррозионные свойства среды. Для трубопроводов, аппаратов и установок с огне- и взрывоопасной, радиоактивной или токсичной средой выбирается арматура сильфонная, гарантирующая герметичность соединения шпиндель — крышка. Крышка с корпусом наиболее часто соединяется с помощью фланцев, в арматуре малых диаметров прохода применяется резьбовое соединение. В арматуре энергетических установок находит применение и бесфланцевое соединение крышки с корпусом с использованием прокладок, самоуплотняющихся под действием усилия, создаваемого давлением среды, действующей на крышку.

Крепление арматуры к трубопроводу наиболее часто обеспечивается применением фланцевых соединений, которые допускают быструю замену арматуры для ремонта или замены изношенных деталей. Тип фланцевого соединения и материал прокладки выбирают в зависимости от условий работы арматуры, давления, температуры и коррозионных свойств среды. В трубопроводах малого диаметра прохода распространены резьбовые соединения. Резьбовое соединение требует минимального количества присоединительных элементов, обеспечивает малые металлоемкость и вес, а также простоту конструкции. В связи с этим оно используется во всех случаях, где это соединение допустимо. Однако область его применения ограничена рядом недостатков, к которым относятся следующие: трудность демонтажа арматуры, установленной на трубопроводе, в связи с необходимостью свинчивания отрезка трубы, штуцера или самой арматуры; возможность образования неразъемного соединения в связи с коррозией соприкасающихся в резьбе поверхностей; сложность изготовления резьб больших диаметров и их недостаточная прочность при больших давлениях; необходимость приложения большого крутящего момента при сборке резьбового соединения большого диаметра.

В связи с указанным область применения резьбовых соединений ограничивается малыми диаметрами и небольшими давлениями. В тех случаях, когда одинаковые типы арматуры (краны, вентили) выпускаются с резьбовым и фланцевым соединениями, резьбовое соединение выбирают для условий, когда демонтаж с целью ремонта арматуры маловероятен. Для ответственных случаев, когда среда имеет коррозионные свойства, твердые взвеси и т. п., а в процессе обслуживания требуется систематическая ревизия, ремонт или замена арматуры, предпочтение следует отдавать фланцевым соединениям. Наиболее надежным способом присоединения является приварка арматуры, поэтому в энергетических установках с высокими и сверхвысокими параметрами пара, в трубопроводах для огне- и взрывоопасных сред и при других опасных и ответственных условиях работы арматуры применяется приварка во всех случаях, где это допустимо.

Герметичность затвора арматуры обеспечивается тщательной пригонкой замка затвора: тарелки клапана к седлу, клина к корпусу задвижки, пробки к корпусу крана и т. д. Если материал клина и корпуса для задвижки, тарелки и корпуса для клапана или вентиля коррозионно (и эрозионно) устойчив по отношению к рабочей среде, уплотняющие кольца выполняются заодно с деталью, в противном случае уплотняющие кольца делаются вставными (или наплавленными) из соответствующего материала: латуни, бронзы, коррозионностойкой стали, стеллита, фторопласта, резины и других материалов. Классы герметичности арматуры установлены ГОСТ 9544 — 60.

Повышенные требования в отношении герметичности предъявляются к арматуре, работающей на ответственных трубопроводах. Так, для запорной арматуры, регуляторов давления, предохранительных, сбросных и запорных клапанов, устанавливаемых на трубопроводах природного, сжиженного и других газов с рабочим давлением , конструкция и качество изготовления должны обеспечивать I класс герметичности затворов, а испытания производятся согласно соответствующим ГОСТам.

Ручное управление арматурой используется лишь при редком ее срабатывании. В случаях частого использования арматуры, необходимости механизировать или автоматизировать управление производственными процессами, необходимости быстрого открытия арматуры в опасных условиях или аварийных случаях применяются электрические, пневматические или" гидравлические приводы с местным или дистанционным управлением.