Условные давления и условные проходы трубопроводной арматуры

Условное давление Ру является единственным параметром для изготовляемой арматуры, гарантирующим ее прочность и учитывающим как рабочее давление, так и рабочую температуру. Условное давление соответствует допустимому рабочему для данного вида арматуры при нормальной температуре ( 20^оС). При повышении температуры механические свойства конструкционных материалов ухудшаются, поэтому для арматуры с высокой рабочей температурой допустимые рабочие давления ниже, чем условные. Это снижение зависит от материала деталей арматуры и температурной зависимости прочностных свойств этого материала. Чем выше рабочая температура, тем ниже максимальное рабочее давление при одном и том же значении условного давления.

До ввода в эксплуатацию арматуру необходимо испытать водой при температуре ниже 100 ⁰С, на прочность и плотность материала – пробным давлением. Это давление нормировано ГОСТом. Для условных давлений до Ру = 200 кГс/см² пробное давление Рпр = 1,5 Ру; при более высоких Ру превышение пробного давления над условным снижается до 25%.

Рабочей температурой считается наивысшая длительная температура перекачиваемой по трубопроводам среды.

Вторым основным параметром арматуры является диаметр условного прохода Ду (или Dу)- номинальное значение внутреннего диаметра трубопровода, для установки на который предназначена данная арматура. Различные типы арматуры при одном и том же условном проходе могут иметь разные проходные сечения (например, полнопроходной шаровой кран, конический кран с трапециевидным проходом. Не следует смешивать диаметр условного прохода с диаметром проходного сечения в арматуре, последний часто меньше Ду (арматура с сужением прохода) или больше Ду (затворы с кольцевым проходным сечением). В то же время условный проход арматуры не совпадает и с фактическим проходным диаметром трубопровода. Так, трубопровод из трубы размером 325х16 мм имеет фактический внутренний диаметр (без учета допусков) 293, а номинальный диаметр – 300 мм.

По размеру условного прохода различают арматуру малых проходов (Ду ≤ 40 мм), средних проходов (Ду = 50 – 250 мм) и больших проходов (Ду > 250 мм).

Запорная арматура

Запорная арматура предназначена только для полного перекрытия или открытия потока среды и может находиться только в полностью закрытом или открытом положении. К запорной арматуре относятся задвижки, запорный клапаны, краны, поворотные затворы.

Тип и назначение трубопровода, вид запорной арматуры и место ее установки в гидравлической системе определяют конкретные особенности эксплуатации арматуры, а также характер требований, предъявляемых к ней. Так, запорная арматура на линейной части магистральных нефтепроводов подавляющую часть времени своего функционирования находится в открытом положении, при этом через нее идет поток транспортируемой нефти. Такая арматура закрывается только тогда. когда надо отсечь тот или иной участок магистрали, например, для проведения ремонтных работ. При этом арматура должна обеспечивать полную герметичность. Основные требования к запорной арматуре линейной части нефтепроводов следующие: минимальное гидравлическое сопротивление; легкость закрытия после длительной эксплуатации в открытом положении; высокая герметичность в закрытом положении; долговечность, так как операция по замене такой арматуры может быть дороже самой арматуры; высокая надежность.

На технологических и вспомогательных трубопроводах НПС запорная арматура предназначена для оперативных переключений, а также для отключения отдельных участков и эксплуатируется очень интенсивно. Эта арматура за свой срок службы, который практически ниже срока службы арматуры линейной части, срабатывает большое число раз.

Задвижки

К задвижкам относятся запорные устройства, в которых запорный элемент при открытии и закрытии проходного сечения перемещается в направлении, перпендикулярном направлению движения потока транспортируемой среды.Запорный элемент в задвижке перемещается при помощи системы винт – гайка. Задвижки широко применяют для перекрытия потоков газообразных и жидких сред в трубопроводах диаметром Ду от 50 до 2000 мм при рабочих давлениях 4 – 200 кГс/см2 и температурных средах до 450 0С.

В сравнении с другими видами запорной арматуры задвижки имеют следующие преимущества: незначительное гидравлическое сопротивление при полностью открытом проходе (в 30 – 40 раз меньше, чем у запорных клапанов); отсутствие поворотов потока рабочей среды; возможность применения для перекрытия потоков среды большой вязкости; простота обслуживания; относительно небольшая строительная длина; возможность подачи среды в любом направлении. Малое гидравлическое сопротивление достигается тем, что при вращении шпинделя запорный элемент полностью выдвигается в верхнюю часть корпуса.

К недостаткам задвижек относится относительно большая высота, поэтому в тех случаях, когда затвор в соответствии с технологическим процессом большую часть времени должен быть закрыт, а открывается он редко, в целях экономии места при Ду ≤ 200 мм, как правило, применяют запорный клапани.

Задвижки могут быть полнопроходными и суженными, в последних диаметр отверстия уплотнительных колец меньше диаметра трубопровода. По форме запорного элемента задвижки подразделяются на клиновые и параллельные. В зависимости от конструкции системы винт – гайка и ее расположения (в среде или вне среды) задвижки могут быть с выдвижным и невыдвижным шпинделем.

Клиновые задвижки.

Клиновые задвижки имеют затвор в виде плоского клина. В клиновых задвижках седла и их уплотнительные поверхности параллельны уплотнительным поверхностям затвора и расположены под некоторым углом к направлению перемещения затвора. Преимущества таких задвижек – повышенная герметичность прохода в закрытом положении, а также относительно небольшая величина усилия, необходимого для обеспечения уплотнения.

К недостаткам задвижек этого типа можно отнести необходимость применения направляющих для перемещения затвора, а также технологические трудности получения герметичности в затворе.

Все клиновые задвижки по конструкции затвора могут быть с цельным, упругим или составным клином.

Задвижки с цельным клиномнашли широкое применение, так как их конструкция проста и, следовательно, имеет небольшую стоимость в изготовлении. Цельный клин представляет собой весьма жесткую конструкцию, достаточно надежен в рабочих условиях и может быть применен для перекрытия потоков при довольно больших перепадах давления на затворе.

Примером конструкции задвижки этого типа может служить задвижка с выдвижным (см. рисунок. 12.4.а) или невыдвижным шпинделем.

Задвижка на рисунке 12.4.а состоит из литого корпуса, в который ввинчены уплотнительные седла. Как правило, их изготавливают из легированных, износостойких сталей. Вместе с корпусом отлиты, а затем механически обработаны направляющие для фиксации направления перемещения клина. Клин имеет две кольцевые уплотнительные поверхности и шарнирно через сферическую опору подвешен к шпинделю. Верхняя крышка соединяется с корпусом посредством болтов или шпилек. Для центровки крышки по отношению к корпусу в ней имеется кольцевой выступ, который входит в проточку корпуса. Уплотнение между крышкой и корпусом обеспечивается прокладкой, которая закладывается в проточку корпуса. Для предотвращения перекосов шпинделя в верхнюю часть крышки запрессовывается направляющая втулка.

1 – корпус; 2 – седло; 3 – направляющая движения клина; 4 – клин; 5 – шпиндель; 6 – верхняя крышка; 7 – шпилька; 8 – уплотнительная прокладка; 9 – направляющая втулка, 10 – сальник; 11 – нажимной фланец; 12 – бугель; 13 – ходовая гайка;

14 – маховик.

Рисунок 12.4.а - Полнопроходная задвижка с цельным клином

Существует также конструкция задвижки с цельным клином, но с невыдвижным шпинделем, там ходовая гайка закреплена в верхней части затвора. В гайку ввинчен шпиндель, жестко соединенный с маховиком. Система винт – гайка служит для преобразования вращательного движения маховика (при открытии или закрытии задвижки) в поступательное движение затвора

Задвижки с упругим клином. В них затвор представляет собой разрезанный клин, обе части которого связаны между собой упругим (пружинящим) элементом (упругим ребром), который позволяет уплотнительным поверхностям клина поворачиваться относительно друг друга на некоторый угол, что обеспечивает лучшее их прилегание к уплотнительным поверхностям седел. Эта особенность упругого клина исключает необходимость индивидуальной технологической подгонки уплотнения и уменьшает опасность заклинивания. Задвижки этого типа изготавливают как с выдвижным (см. рисунок 12.4.б), так и с невыдвижным шпинделем.

Конструкция затвора задвижек этого типа обеспечивает лучшее уплотнение прохода в закрытом положении без индивидуальной технологической подгонки. Под действием усилия прижатия, которое передается через шпиндель, в закрытом положении упругий элемент может изгибаться в пределах

1 – седло; 2 – затвор; 3 – корпус; 4 – ходовая гайка; 5 – уплотнительная прокладка;

6 – шпиндель; 7 – верхняя крышка; 8 – кольцевая прокладка; 9 – сальник; 10 – нажимная втулка; 11 – маховик.

Рисунок 12.4.б - Задвижка с упругим клином и выдвижным шпинделем

упругих деформаций, обеспечивая плотное прилегание обоих уплотнительных поверхностей клина и седел. В задвижках этого типа повышена надежность при высоких температурах (вследствие уменьшения опасности неравномерного теплового расширения, приводящего к заклиниванию затвора). Однако опасность заклинивания в закрытом положении полностью не устранена. Крупным недостатком задвижек этого типа является повышенный износ уплотнительных поверхностей клина и седел, так как они вступают во взаимный контакт значительно раньше, чем в задвижках с цельным клином.

Задвижки с составным клином. Применяются они тогда, когда требуется высокая степень герметичности прохода при закрытом положении затвора.

Затвор задвижки с составным клином состоит из двух дисков, между которыми размещен разжимной элемент, выполненный в виде грибка с шаровой поверхностью. Грибок упирается в подпятник, закрепленный на другом диске. Во избежание распада диски при открывании прохода размещают в обойме. Усилие от нажатия шпинделя передается при помощи внутреннего диска.

Часто встречаются конструкции без подпятника. При этом грибок (см. рисунок 12.5) сферическим концом упирается во внутреннюю поверхность одного из дисков. Усилие от привода передается через обойму на внутренний диск. При движении шпинделя из открытого положения в закрытое диски не разжимаются и трение между седлами и затвором отсутствует. В момент касания нижних кромок дисков с седлами усилие привода передается на разжимной элемент и проход герметизируется. Выпускаемые промышленностью задвижки с составным клином имеют только выдвижной шпиндель.

1 – диски; 2 – уплотнительное кольцо; 3 – обойма; 4 – внутренний диск; 5 – грибок.

Рисунок 12.5. - Задвижка с составным клином.

Несмотря на сложность конструкции и, следовательно, высокую стоимость, а также нежесткий затвор, эти задвижки имеют явные преимущества перед другими типами задвижек: незначительный износ уплотнительных поверхностей затвора и седел; высокая герметизация прохода в закрытом положении; меньшее усилие привода, необходимое для закрытия задвижки.

Отсутствие трения уплотнительных поверхностей на всем пути движения затвора позволяет в двухдисковых задвижках уплотнить проход с помощью эластичных колец, смонтированных на дисках затвора.

Шиберные задвижки.

В задвижках этого типа уплотнительные поверхности седел параллельны друг другу и расположены перпендикулярно к направлению потока рабочей среды. Затвор в этих задвижках обычно называют "диском", "шибером" или "ножом".

Преимуществами такой конструкции являются: простота изготовления затвора; легкость сборки, разборки и ремонта; отсутствие заедания затвора в полностью закрытом положении.

Шиберные задвижки по своей конструкции подразделяются на однодисковые и двухдисковые.

Однодисковые шиберные задвижки (см. рисунок 12.6).

1 – шибер; 2 – патрубок; 3 – корпус; 4 – узел крепления шпинделя и шибера; 5 – седло; 6 – шпилька; 7 – уплотнительное кольцо; 8 – прокладка; 9 – верхняя крышка; 10 - набивка сальника; 11 – нажимная планка; 12 – шпиндель; 13 – кожух; 14 – выходной элемент привода; 15 – стойка.

Рисунок 12.6 - Шиберная однодисковая задвижка.

В них затвор (шибер) выполнен в виде щита с кольцом, имеющим в нижней части отверстие, равное диаметру прохода, которое при закрытии задвижки смещается вниз. Проход перекрывается глухой частью шибера. Герметичность прохода обеспечивается прижатием затвора давлением среды к уплотнительным поверхностям седла со стороны низкого давления.

Основными недостатками шиберных задвижек являются: большой расход энергии на открытие и закрытие, вызванный тем, что на всем пути движения привод преодолевает трение между уплотнительными поверхностями седел и затвора; значительный износ уплотнительных поверхностей.

Не смотря на перечисленные недостатки шиберные задвижки достаточно легко обслуживаются и ремонтируются. Величина износа очень легко компенсируется при ремонте путем смещения (вывертывания) седел. Шиберные задвижки применяют в основном тогда когда не требуется высокая герметичность прохода.

Шиберные задвижки типа УК 19001 по ТУ 647 РК-05772090-032-97 предназначены для установки в качестве запорных устройств на линейной части магистральных нефтепроводов и на технологических трубопроводах НПС .

Конструкция шиберной задвижки предусматривает постоянное расчетное прижатие седла к шиберу с помощью специальных пружин, не зависящее от перепада давления на шибере. Шибер выполнен из углеродистой стали с покрытием, обеспечивающим надежность при работе в нефти. Конструкция задвижек обеспечивает возможность нагнетания герметизирующей смазки в сальниковый узел и замену сальника шпинделя без снижения рабочего давления в трубопроводе.

Корпус задвижки разгружен от избыточного давления, создаваемого тепловым расширением транспортируемой среды.

Надежность этих шиберных задвижек соответствует современным требованиям.

Выпускаются также двухдисковыепараллельные задвижки, которые обеспечивают хорошее уплотнение в затворе в закрытом положении. Их применяют тогда когда требуется надежная герметизация прохода.

Двухдисковые параллельные задвижки бывают с выдвижным и невыдвижным шпинделем.

Задвижки с эластичным уплотнением затвора.