1. Трубопроводная арматура. Основные положения
1.1. Обзор основных тем
Тема 1. Теоретические сведения
Классификация трубопроводной арматуры. Типы арматуры: задвижки, клапаны, краны, дисковые затворы. Классификация арматуры по функциональному назначению: запорная, регулирующая, предохранительная, обратная и другие виды арматуры.
Принцип работы и базовые конструкции арматуры. Схема работы арматуры возвратно-поступательного и вращательного действия. Гидравлические процессы при работе арматуры. Схема работы регулирующей арматуры. Работа обратной арматуры. Работа предохранительной арматуры. Влияние среды на выбор арматуры. Прочие важные характеристики арматуры.
Расчеты арматуры. Для чего нужен расчет арматуры? Основы расчета. Упрощенный расчет пропускной способности арматуры.
Физические величины и единицы измерения, применяемые в расчетах арматуры. Основные физические величины. Основные понятия и определения. Единицы измерений физических величин.
Среды. Типы сред. Сравнение характеристик разных сред.
Тема 2. Виды арматуры
Общие характеристики. Термины и определения. Условия работы и выбор арматуры. Монтажные параметры арматуры. Гидравлические испытания и классы герметичности арматуры. Гидравлические характеристики и классы точности регулирующей арматуры. Сертификация арматуры на различные виды испытаний. Критерии и методы проверки.
Типовые конструкции арматуры. Арматура с линейным (возвратно-поступательным движением штока). Арматура с вращательным движением штока.
Запорная арматура. Задвижки. Клапаны запорные. Электромагнитные запорные клапаны. Распределительные электромагнитные клапаны. Отсечные клапаны. Отключающие клапаны. Обратные клапаны.
Регулирующая арматура. Регулирующие клапаны. Регуляторы давления. Регуляторы уровня.
Другие виды арматуры. Предохранительная арматура. Предохранительные клапаны. Перепускные клапаны. Импульсные предохранительные устройства.
Арматура с вращательным движением штока. Шаровые краны. Дисковые затворы. Сегментные шаровые краны (со сферическим сегментным затвором). Клапаны с эксцентриковым затвором. Обратные затворы. Гермоклапаны.
Специальная арматура. Мембранные и импульсные устройства. Гидрозатворы. Дыхательные клапаны. Конденсатоотводчики.
Приводы арматуры. Ручные приводы. Электромеханические приводы. Электромагнитные приводы. Поршневые приводы. Мембранные приводы. Электрические исполнительные механизмы. Пневматические приводы (поршневые, реечно-зубчатые, пневматические струйные). Гидравлические (пневмогидравлические, электрогидравлические приводы).
Конструкционные материалы. Чугуны. Стали. Легированные стали и сплавы. Неметаллические и керамические материалы.
Стандарты в арматуре. Применяемые стандарты по арматуре и приводам. Ключ сталей.
Тема 3. Эксплуатация арматуры
Монтаж арматуры. Обслуживание арматуры. Программы повышения эффективности применения арматуры.
Тема 4. Организационные вопросы
Особенности закупки арматуры предприятиями – потребителями на современном этапе.
Тема 5. Перспективы развития арматуры
Вехи развития арматуры. Прогнозирование развития арматуры на основе законов развития технических систем.
1.2. Терминология
Арматура промышленная трубопроводная – это устройства, устанавливаемые на трубопроводах и ёмкостях и предназначенные для управления (отключения, распределения, регулирования, впуска или выпуска, смешивания, разделения фаз) потоками рабочих сред путём изменения площади проходного сечения.
Наиболее распространены пять основных видов арматуры, которые различаются в зависимости от перемещения запирающего или регулирующего элемента относительно направления движения потока среды. Основные виды арматуры представлены на рис 1.
Рис. 1.1. Базовые конструкции арматуры
1) Задвижки – арматура, в которой запирающий элемент перемещается по прямой линии перпендикулярно направлению движения рабочей среды потока.
Рис. 1.2. Общий вид задвижки
2) Запорные и регулирующие клапаны – арматура, в которой запирающие или регулирующие элементы перемещаются по прямой линии параллельно направлению оси потока, проходящего через проходное сечение.
Рис. 1.3. Общий вид запорного клапана
3) Пробковые краны, включая шаровые краны – арматура, в которой запирающий или регулирующий элемент, имеющий форму тела вращения или его части, поворачивается вокруг собственной оси, произвольно расположенной по отношению к направлению потока рабочей среды. Повороту запирающего или регулирующего элемента может предшествовать его возвратно-поступательное движение.
Рис. 1.4. Шаровой кран
4) Затворы дисковые поворотные – арматура, в которой запирающий или регулирующий элемент поворачивается вокруг оси, не являющейся его собственной осью и расположенной под прямым углом к направлению потока рабочей среды, проходящей через проходное сечение.
Рис. 1.5. Поворотный дисковый затвор
5) Мембранная (диафрагмовая) арматура – арматура, в которой запирающий или регулирующий элемент выполнен в виде гибкой мембраны или эластичного патрубка (в последнем случае – в шланговых задвижках), которые обеспечивают при деформации гибкой диафрагмы или патрубка герметизацию относительно внешней среды и уплотнение в затворе.
а)
б)
Рис. 1.6. Мембранная арматура
а) шланговая задвижка
б) мембранный клапан
Арматура, используемая в промышленности, может быть разделена на арматуру с линейным перемещением запирающего или регулирующего элемента, как правило, многооборотную и с вращательным (на четверть оборота) перемещением, как показано в табл. 1.1.
Табл. 1. 1. Арматура с линейным и вращательным движением штока
Главная особенность арматуры с линейным перемещением – возможность достижения высокой герметичности в затворе в пределах прочности применяемых материалов и конструкций путём приложения достаточного усилия на шпинделе.
Арматура с вращательным перемещением, с другой стороны, является обычно простой, легкой, позволяющей включать её в автоматизированные системы и выполнять в многоходовом исполнении. Арматура, в которой запирающий или регулирующий элемент вращается относительно оси на четверть оборота, быстро переводится из положения «открыто» в положение «закрыто» и наоборот, а расположение рукоятки показывает степень перекрытия прохода.
Имеется также много уникальных конструкций, предназначенных для специфических применений или выполненных в блочном исполнении, использующем особенности различных видов арматуры для улучшения эксплуатационных характеристик.
Различные типы арматуры применяются для выполнения следующих функций:
1) Запорная арматура предназначена для использования в открытом или закрытом положении.
2) Регулирующая арматура предназначена для использования во всех позициях между полностью открытым и полностью закрытым положениями.
3) Автоматически действующая регулирующая арматура используется для изменения параметров среды в системах управления производственными процессами путём изменения её расхода. Она состоит из клапана, связанного с приводом (исполнительным механизмом), который изменяет положение регулирующего элемента по сигналу системы управления.
4) Предохранительная арматура предназначена для автоматической защиты оборудования и трубопроводов от недопустимого повышения давления путём сброса среды из ёмкостей с последующим закрытием для предотвращения дальнейшего выпуска среды после того, как нормальное давление восстановлено.
Рис. 1.7. Предохранительный клапан
5) Обратная арматура предназначена для автоматического предотвращения обратного потока рабочей среды. Она автоматически открывается при движении потока в заданном направлении и закрывается при изменении направления его движения в обратном направлении.
Рис. 1.8. Обратный клапан
6) Распределительно/смесительная арматура предназначена для распределения потока по определённым направлениям или для смешивания потоков. Имеет более двух присоединительных патрубков.
7) Арматура многофункциональная – арматура, которая может использоваться для выполнения нескольких функций. Как правило, проектируется в блочном исполнении.
8) Конденсатоотводчики – Фазоразделительная арматура, предназначенная для отвода конденсата водяного пара.
1.3. Обозначение арматуры и приводов
Текстовые обозначения. Современное состояние.
Действующие ранее ГОСТы предусматривали условные обозначения арматуры, состоящие из наименования, номера конструктивного типа (римские цифры I, II и т. д.) и исполнения (заглавные буквы А. Б, В и пр.), условного прохода в мм, условного давления в кгс/см2 и номера ГОСТ. Например, клапан запорный II-А-50–40 ГОСТ 9659–66. Эти стандартные обозначения часто используются проектировщиками. Однако в каталогах на арматуру и приводы, в номенклатуре предприятий, на рынке арматуры применяют не стандартные, а отраслевые условные обозначения. Это – известные всем таблицы/фигуры.
Эта система обозначений была введена в практику ещё в XIX веке первыми российскими каталогами, издаваемыми родоначальником отечественной арматуры – Санкт-Петербургской арматуростроительной компанией «Лангензипен». В её каталоге было написано: «Для исключения возможных ошибок, а также для ускорения удовлетворения заказчиков ответом по запросам и заказам, во всех запросах и заказах надлежит обязательно указывать таблицы, фигуры и размеры изделий, руководствуясь настоящим каталогом». В каталоге давалась пронумерованная таблица с диаметрами условных проходов, размерами и ценами и печатался чертёж изделия, обозначенный номером, например, фиг. 30. Таблицы/фигуры дополнялась при издании всех арматурных каталогов. В дальнейшем, впервые при издании каталога Главгидромаша Министерства машиностроения и приборостроения СССР, начиная с 1933 года, количество таблиц увеличилось, и каждая из них содержала информацию об особенностях арматуры. Часть обозначений сохранилась до сих пор, а другие изменялись, отражая развитие техники и появление новых материалов.
Следует отметить, что нормативных документов, регламентирующих содержание или требования к помещаемым в таблицах сведениям, никогда не существовало. Даже в период появления вычислительных центров Госплана и Госснаба СССР, когда первые ЭВМ не могли распознавать буквенные индексы, требования перейти на цифровые обозначения встретили суровый отпор со стороны планирующих и распределяющих государственных органов. Центральному конструкторскому бюро арматуростроения ЛНПОА им. Лепсе было поручено выдавать номера таблиц/фигур каждому исполнению новой продукции, а изготовителям предписано получать эти обозначения. До начала 90-х годов прошлого столетия таблица/фигура совершенно определённо соответствовала производимой продукции.
После исчезновения государственной системы СССР появилось много новых производителей, начавших самостоятельно присваивать номера таблиц/фигур любой арматурной продукции, причём эти обозначения уже не соответствовали свойствам конкретной арматуры, и зачастую использовались для обозначения продукции, пользующейся спросом, без соблюдения какой-либо системы. Например, если раньше т/ф 30с41нж принадлежала только задвижкам РN 1,6 МПа Львовского арматурного и Бежицкого сталелитейного заводов, в настоящее время под этим наименованием изготавливаются задвижки на разные давления многими предприятиями, причём с первоначальным проектом не имеющие ничего общего. Таким образом, обозначения, используемые сегодня, не отражают конкретные технические данные предлагаемой на рынке продукции.
Таблицы/фигуры в сочетании с диаметром условного прохода и условным давлением содержали довольно большой объём информации:
– конструктивный тип;
– материал корпусных деталей,
– материал деталей уплотнения;
– материал внутреннего покрытия корпуса;
– две цифры обозначали порядковый номер по книге регистрации ЦКБА;
– если цифра трёхзначная, первая цифра определяла тип привода.
Условные обозначения вида арматуры приведены в табл. 1.2
Табл. 1.2. Условные обозначения вида арматуры
В каталоге Главгидромаша присутствовали таблицы/фигуры, исключённые из более поздних изданий. Например, для обозначения арматуры использовались кроме названных т/ф, дополнительно т/ф 20с2нж, 20с4нж (клапаны перепускные), 26Бббк, 26ч12нж, 26с20нж (регуляторы уровня), 46ч5бк (водоотделитель) 46ч11бк (маслоотделитель), 68с100нж (устройство для манометров), электроприводы имели условное обозначение 87.
Табл. 1.3. Условные обозначения материала корпуса арматуры
Табл. 1.4. Условные обозначения типа привода
Табл. 1.5. Условные обозначения материала уплотнительных поверхностей
Табл. 1.6. Условные обозначения внутреннего покрытия корпуса
Иногда после букв, определяющих материал уплотнения, ставят цифры, обозначающие вариант конструктивного исполнения. Например, 15с922нж1 означает: 15 – клапан запорный, с – стальной, 9 – с электроприводом, 22 – порядковый номер по книге регистрации, нж – материал уплотнения, 1 – конструктивное исполнение.
Несмотря на то, что и терминология и состав арматуры изменились, отсутствуют некоторые важные виды арматуры (например, шаровые краны), таблицы/фигуры пережили не одно поколение арматуростроителей и её потребителей. По-видимому, эта система для арматуры, пользующейся спросом, т. е. частично, просуществует ещё долгое время, поскольку пока не предложено и не принято обязательных для всей отрасли других систем обозначения арматурной продукции. Теперь можно определить легитимность обозначения предприятием продукции таблицей/фигурой. Для этого достаточно запросить письмо ЦКБА (ЛНПО «Знамя Труда») или завода, зарегистрировавшего обозначение своего изделия, о присвоении номера таблицы/фигуры. Если такого документа нет, значит, предприятие самостоятельно взяло номер таблицы/фигуры, как правило, на арматуру, пользующуюся спросом. В качестве примера можно привести такое новое обозначение: «Кран шаровой 11с67п (КЗШс41нж)». Специалисту трудно понять, какая система обозначения принята предприятием. Может быть, используется часть обозначения популярной задвижки 30с41нж или завод разработал свою собственную систему.
В Минхиммаше существовало ещё несколько систем обозначения чертежей и разработчиков. Так, по буквам, с которых начиналось обозначение номера чертежа, можно определить предприятие или отдел ЦКБА, разработавшего конструкцию изделия. Одна или две буквы в номере чертежа присвоены следующим предприятиям:
МА – Алексинский арматурный завод «Тяжпромарматура»;
БА – Благовещенский арматурный завод;
ВД – Верхнеднепровский чугунолитейный завод;
ГЛ – Георгиевский арматурный завод им. Ленина;
КП – Гусь-Хрустальный арматурный завод "Красный Профинтерн" («Армагус»;
ДР – Днепропетровский ремонтный завод;
ДА – Дунаевецкий арматурный завод;
ДЗ – Душанбинский арматурный завод;
ЕЗ – Елабужский арматурный завод;
ЕА – Ереванский арматурный завод;
ЗА – Запорожский арматурный завод;
АЗ – Закарпатский арматурный завод;
ИА – Ивано-Франковский арматурный завод;
АК – Конотопский арматурный завод;
КТ – Котельниковский арматурный завод;
КА – Кролевецкий арматурный завод;
КЗ – Курганский арматурный завод «Икар»;
ЛА – Прикарпатпромарматура (Львовский арматурный завод);
ЛЗ – Льговский арматурный завод;
НА – Наманганский машиностроительный завод;
НГ – СКТБ «Спецпромарматура», (Великий Новгород) «Сплав»;
МЗ – Миргородский арматурный завод;
РХ – Ригахиммаш ("РИНАР");
СМ – Салаватский машиностроительный завод;
СЗ – Семеновский арматурный завод;
АС – Семипалатинский арматурный завод;
СА – Славгородский арматурный завод;
ТЭ – Тулаэлектропривод;
УЛ – Уральский арматурный завод;
УК – Усть-Каменогорский арматурный завод;
СК – Киевпромарматура ("АРМА-КЛАПАН");
ПТ – «Пензтяжпромарматура»;
МФ – Московское ЦКБА;
ПФ – Пензенское конструкторско-технологическое бюро;
УФ – Киевское ЦКБА;
Л – отдел задвижек ЦКБА;
И – отдел предохранительных и регулирующих клапанов ЦКБА;
М – отдел кранов ЦКБА;
П – отдел неметаллической арматуры и арматуры с покрытием ЦКБА;
К – отдел затворов дисковых поворотных и обратных ЦКБА;
С – отдел клапанов запорных и клапанов обратных подъемных среднего давления ЦКБА;
У – отдел клапанов запорных и клапанов обратных подъемных низкого давления ЦКБА;
Т – отдел электромагнитной арматуры ЦКБА;
Б – отдел приводных устройств ЦКБА.
Две первые цифры говорят о виде и исполнении изделия (ОСТ 2607 2046):
Задвижки
11 – задвижка с цельным или упругим клином с выдвижным шпинделем;
12 – задвижка с цельным или упругим клином с не выдвижным шпинделем;
13 – задвижка двухдисковая с выдвижным и не выдвижным шпинделем;
14 – задвижка самоуплотняющаяся с выдвижным шпинделем;
15 – задвижка самоуплотняющаяся с не выдвижным шпинделем;
16 – задвижка распорная с выдвижным шпинделем;
17 – задвижка распорная с не выдвижным шпинделем;
18 – задвижка с винтовым или рычажным прижимом с выдвижным шпинделем;
19 —задвижка шиберная;
Клапаны
21 – клапан запорный сальниковый проходной с резьбой шпинделя вне среды;
22 – клапан запорный сальниковый проходной с резьбой шпинделя в среде;
23 – клапан запорный сальниковый угловой с резьбой шпинделя вне среды;
24 – клапан запорный сальниковый угловой с резьбой шпинделя в среде;
25 – клапан запорный сальниковый трёхходовой с резьбой шпинделя в среде и вне среды;
26 – клапан запорный бессальниковый проходной, сильфонный, мембранный и др.
27 – клапан регулирующий и дроссельный проходной;
28 – клапан регулирующий и дроссельный угловой;
29 – клапан запорный бессальниковый угловой сильфонный и трёхходовой, мембранный, баллонный;
Краны
31 – кран натяжной не смазываемый и со смазкой проходной;
32 – кран натяжной не смазываемый и со смазкой трёхходовой;
33 – кран сальниковый не смазываемый проходной;
34 – кран сальниковый не смазываемый трёхходовой;
35 – кран сальниковый смазываемый проходной;
36 – кран сальниковый смазываемый трёхходовой;
37 – кран пробно-спускной;
38 – кран для указателей уровня;
39 – кран шаровый, четырёхходовой и др.
Клапаны и затворы обратные
41 – клапан обратный подъёмный проходной;
42 – клапан обратный подъёмный угловой;
43 – клапан обратный подъёмный вертикальный;
44 – затвор обратный поворотный однодисковый;
45 – затвор обратный поворотный многодисковый;
46 – клапан обратный приёмный с сеткой;
47 – затвор обратный поворотный грейферный.
Клапаны предохранительные и перепускные, предохранительные устройства
51 – клапан предохранительный малого подъёма рычажный одинарный;
52 – клапан предохранительный малого подъёма рычажный двойной;
53 – клапан предохранительный малого подъёма пружинный;
54 – предохранительные устройства;
55 – клапан предохранительный высокого и полного подъёма пружинный;
56 – клапан предохранительный высокого и полного подъёма импульсный (для главного);
57 – главный предохранительный клапан со встроенным импульсным устройством;
58 – вакуумный (дыхательный) клапан, разрывная мембрана;
59 – главный предохранительный и перепускной клапан.
Клапаны редукционные, регулирующие и регуляторы
61 – клапаны редукционные и регуляторы с грузовой нагрузкой привода;
62 – клапаны редукционные и регуляторы с нагрузкой привода давлением;
63 – клапаны редукционные и регуляторы с пружинной нагрузкой привода;
64 – клапаны редукционные и регуляторы с другими видами нагрузки привода;
65 – клапан регулирующий с регулирующим элементом, совершающим возвратно-поступательное движение, плунжерный (золотниковый), шиберный, мембранный, шланговый, одно и более седельный с пневматическим (гидравлическим) исполнительным механизмом, в том числе под дистанционное управление;
66 – клапан регулирующий с регулирующим элементом, совершающим вращательное движение, дисковый, сферический (шаровый), шиберный, цилиндрический с пневматическим (гидравлическим) исполнительным механизмом, в том числе под дистанционное управление;
67 – клапан регулирующий с регулирующим элементом иной формы, совершающим другие виды движения, с пневматическим (гидравлическим) исполнительным механизмом, в том числе под дистанционное управление;
68 – клапан регулирующий с регулирующим элементом, совершающим возвратно-поступательное движение, плунжерный (золотниковый), шиберный, мембранный, шланговый, одно и более седельный с электрическим исполнительным механизмом, в том числе под дистанционное управление;
69 – клапан регулирующий с регулирующим элементом иной формы, совершающим вращательное движение, дисковый, сферический (шаровый), шиберный, цилиндрический, с электрическим исполнительным механизмом, в том числе под дистанционное управление;
60 – клапан регулирующий с регулирующим элементом иной формы, совершающим другие виды движения, с электрическим исполнительным механизмом, в том числе под дистанционное управление.
Конденсатоотводчики
71 – Конденсатоотводчик лабиринтный;
72 – конденсатоотводчик поплавковый;
73 – конденсатоотводчик термостатический;
76 – конденсатоотводчик термодинамический.
Указатели уровня
81 – указатели уровня с круглым или плоским стеклом с запорным устройством кранового типа;
82 – указатели уровня с круглым или плоским стеклом с запорным устройством клапанного типа с шаровым аварийным затвором;
83 – указатели уровня с круглым или плоским стеклом с запорным устройством клапанного типа без шарового аварийного затвора;
88 – рамки для указателей уровня.
Разная арматура
91 – затворы шиберные, кольцевые и другие;
92 – инжекторы;
93 – вантузы, водоотделители, фильтры;
94 – маслоотделители;
95 – затворы конусные;
96 – клапаны запорные, аварийные, отсечные, дросселирующие, невозвратно-запорные, редукционные устройства;
97 – элеваторы и эжекторы;
98 – нагреватели пароструйные, задвижки шланговые регулирующие; затворы поворотные, заслонки поворотные регулирующие;
99 – затворы поворотные, заслонки регулирующие;
90 – блоки арматурные, (разные виды арматуры).
Вспомогательные устройства
01 – вентиляционные заслонки;
02 – лубрикаторы;
03 – компенсаторы;
04 – клапаны дренажные;
05 – устройства для управления арматурой;
06 – соединения ниппельные и другие;
07 – струйные и другие реле;
08 – прочие вспомогательные устройства;
09 – механические, электрические и другие виды приводов.
В свою очередь, приводы обозначаются тремя цифрами:
092 – электрогидропривод;
093 – механический с червячной передачей;
094 – механический с цилиндрической передачей;
095 – механический с конической передачей;
096 – пневматический (мембранный, поршневой и др.);
097 – гидравлический поршневой;
098 – электромагнитный;
099 – электрический.
Вся арматурная продукция в период планового хозяйства была закодирована ЦКБА (ЛПОА «Знамя Труда») десятизначными кодами 37 класса Общесоюзного классификатора продукции. Эти коды сохранились с принятием Общероссийского классификатора продукции ОКП 005 –93. Однако нам неизвестны случаи использования этих кодов. По-видимому, они никогда не будут востребованы и в дальнейшем, тем более что по кодам ОКП невозможно определить тип или вид арматуры и приводов, так как ОКП составлялся без использования какой-либо системы.
Кодирование конструкторской документации регламентировано ГОСТ 2.201–80 "ЕСКД Обозначение изделий и конструкторских документов". Например: КПЛВ.492144.052. «КПЛВ» – код по Отраслевому кодификатору предприятий и организаций-разработчиков конструкторской документации, который присваивается федеральными или отраслевыми головными организациями по стандартизации, например, ВНИИКИ Госстандарта России по запросу предприятий. Цифры 492144 выбираются по Классификатору ЕСКД, класс 49 "Арматура трубопроводная" и обозначают "Клапан сильфонный DN до 50 мм с присоединением к трубопроводу на сварке». Цифры 052 – порядковый регистрационный номер.
Некоторые страны Европы используют коды и классификацию Европейского комитета промышленной арматуры, объединяющего 27 национальных ассоциаций (Приложение 3).
Рис. 1.9. Условные графические обозначения арматуры общего назначения по ГОСТ 2.785–70
При осуществлении внешнеэкономической деятельности предприятия пользуются кодами, приведёнными в сборнике Государственного таможенного комитета России ТН ВЭД СНГ (РГ 111). Арматура находится в группе 8481.
Табл. 1.7. Номенклатура арматуры по ТН ВЭД
1.4. Базовые конструкции арматуры
Рабочая среда должна полностью сохраняться в трубопроводе так, чтобы не подвергать опасности персонал и окружающую среду и не допускать собственного загрязнения. Трубопроводы имеют много потенциальных мест утечек соединения труб, сварные швы, присоединения оборудования и, наконец, арматуры. Арматура может причинять самую большую головную боль на объекте, если, например, неправильно выбрана, плохо спроектирована, изготовлена с низким качеством или, не обладая огнестойкостью, установлена в пожароопасную окружающую среду.
Правильно подобранная арматура должна работать, по крайней мере, в течение жизни предприятия с минимальными затратами на обслуживание. Поэтому, понимание основных технических требований к конструкциям арматуры должно стать важным фактором в обучении любого инженера предприятия и инженера по обслуживанию трубопроводов.
Выбор материалов
Существует широкий диапазон материалов, способных обеспечить самые серьезные условия эксплуатации арматуры. Следует обоснованно выбирать материалы для каждой детали: корпуса, крышки, узла уплотнения, шпинделя, ходовой гайки, мест соединений и так далее, чтобы достигнуть оптимального сочетания и удовлетворить условия эксплуатации в течение всего срока службы.
Материалами, наиболее часто применяемыми в конструкциях арматуры, являются чугун, углеродистая, легированная и нержавеющая сталь, бронза, другие медесодержащие и никелевые сплавы, реже используются титан и алюминий. Чугунная и бронзовая арматура эксплуатируется при сравнительно невысоких температурах –200…260°С. Углеродистые и нержавеющие стали применяются для более низких и более высоких температур. Для сверхнизких (криогенных) температур ниже -196°С употребляются высоколегированные нержавеющие стали и сплавы.
Для высококоррозионных рабочих сред, или сред, вступающих в химическую реакцию с металлическими поверхностями, и, чтобы предотвратить загрязнение среды, арматура должна быть покрыта защитными материалами (эбонитом, пластмассами, стеклом или керамикой).
Цельнопластмассовая арматура все более и более выступает как альтернатива нержавеющей стали или сплавам. Пластмассовая арматура изготавливается из разнообразных материалов и показала удовлетворительные результаты в применении для систем с агрессивными химическими соединениями типа слабых кислот и для чрезвычайно коррозионных рабочих сред. Некоторые из используемых материалов – непластифицированный поливинилхлорид (UPVC), акрилонитрил бутадиенстирен (ABS), полипропилен (PP) и полиэтилен (PE). Пластмассовая арматура может использоваться для низкого давления, а для более высоких давлений на пластмассовых трубопроводах используются стальные клапаны.
Все больше начинает использоваться и композитная арматура, например из армированного стеклопластика. Этот материал оказался особенно устойчив в агрессивных средах, имеет хорошие прочностные и пластические свойства. Это привело к тому, что он становится все более востребованным на химических производствах, участках химводоподготовки ТЭС и др., заменяя собой не только арматуру из высоколегированных металлов, но и арматуру из пластмасс.
Прочность арматуры
Корпус арматуры – главная деталь, работающая под давлением и служащая основным элементом для всех других деталей. Он должен быть достаточно мощным для противостояния давлению и температуре среды изнутри и нагрузкам, возникающим от монтажа на трубопроводах и привода снаружи. Вид арматуры, рабочее давление, метод изготовления, материал и цена – всё должно рассматриваться, и должно быть учтено разнообразие потенциальных мест утечек через корпус, разъём корпуса с крышкой, уплотнительные поверхности, уплотнение шпинделя и присоединение к трубопроводу.
При прочностных и силовых расчётах следует учитывать в совокупности нагрузки от рабочего давления, монтажных усилий и динамических воздействий, возникающих при контакте перемещающегося штока с корпусными деталями.
Полнопроходная или зауженная арматура
Некоторые виды арматуры, в особенности задвижки и шаровые краны, могут быть разработаны с полным или зауженным проходом. Полный проход означает равенство диаметров проходного сечения арматуры и трубопровода и применяется в арматуре, используемой в системах с незначительными перепадами рабочего давления, а также там, где требуется обеспечить беспрепятственный проход для чистящих трубопроводы ершей.
Зауженный проход с диаметром прохода, обычно уменьшаемым до следующего меньшего стандартного условного диаметра, используется, чтобы сэкономить вес, материал и, следовательно, стоимость. Использование зауженного прохода, однако, увеличивает гидравлическое сопротивление и скорость пропуска среды. Это может привести к чрезмерному кавитационному износу и шуму в системе в случаях, когда давление на входе близко к давлению парообразования протекающей жидкости при температуре эксплуатации и затруднениям при ручном управлении арматурой.
При установке в трубопроводную систему зауженной арматуры происходит некоторое увеличение общего коэффициента сопротивления системы. Это может ухудшить её гидравлические характеристики при низких давлениях (например, самотёк жидкостей под воздействием статического напора). Если же система находится под давлением, создаваемым насосом, установка зауженной арматуры оказывает незначительное влияние на сопротивление системы и может быть оправдана. Так, заужение до 0,7 от полного прохода может увеличивать потери до 10 %, что для арматуры из высоколегированных сталей с учетом уменьшения стоимости такой арматуры часто считается допустимым.
Однако можно отметить, что для регулирующей арматуры при этом возрастают потери напора и могут ухудшаться условия формирования потока при прохождении через регулирующий затвор, что приводит к ухудшению условий регулирования. В целом при неправильном выборе заужения проходной части арматуры энергопотери могут достигать 15 %.
Гидравлические характеристики
Гидравлической характеристикой запорной и обратной арматуры является коэффициент сопротивления, который является безразмерной величиной, равной потере давления, деленной на скоростное давление. Коэффициент сопротивления рассчитывается по формуле
Где
∆Р – потери давления на арматуре, МПа;
Ρ – плотность рабочей среды, кг/м3;
ʋср – средняя скорость среды, отнесенная к площади сечения на входе арматуры, м/с.
Коэффициент сопротивления определяется экспериментально при полностью открытой арматуре.
В табл. 1.8 приведены коэффициенты сопротивления запорной и обратной арматуры.
Табл. 1.8. Коэффициенты сопротивления арматуры
Гидравлической характеристикой регулирующей арматуры является пропускная способность Kv, м3/ч. Величина Kv численно равна расходу жидкости в м3/ч с плотностью 1000 кг/ м3, протекающей через арматуру при перепаде давления на ней 0,1 МПа и соответствующем значении хода, и рассчитывается по формуле:
где
Q – объемный расход среды м3/ч;
∆P – перепад давления на клапане, кг/см2;
ρ – плотность среды, г/с м3.
В зарубежной практике пропускная способность арматуры рассчитывается по формуле
где
Q – объемный расход среды, галлон/мин;
∆P- перепад давления на клапане, фунт/дюйм2;
Gf – удельный вес среды, отнесенный к удельному весу воды, равному единице при температуре 60оF (33,3оC).
Обе формулы относятся к бескавитационному режиму протекания рабочей среды в области квадратичного сопротивления.
Коэффициент сопротивления 
связан с пропускной способностью Kv и Cv зависимостями:
где
FN – площадь условного прохода, см2;
DN – диаметр условного прохода, см.
Числовая корреляция величин пропускной способности приведена в табл. 1.9.
Табл. 1.9. Числовая корреляция пропускной способности
Гидравлической характеристикой предохранительной арматуры является эффективная площадь, равная произведению коэффициента расхода на площадь, к которой она отнесена (по ГОСТ 12.2.085 коэффициент расхода относится к площади седла). По величине коэффициента расхода и значению площади седла по формуле, приведенной в ГОСТ 12.2.085, в зависимости от параметров эксплуатации рассчитывается расход (в ГОСТ называется пропускная способность), который будет проходить через клапан при его срабатывании. Рассчитанный расход должен быть не менее аварийного.
Присоединительные патрубки арматуры
Выбор присоединительных патрубков для соединения арматуры к трубопроводам зависит от давления и температуры рабочей среды, частоты демонтажа трубопроводов или снятия арматуры с них. Типы присоединительных патрубков арматуры приведены ниже.
1) Резьбовые. Резьбовые соединения требуют минимального количества присоединительных элементов, обеспечивают малые металлоёмкость и массу, а также простоту конструкций. Муфтовые соединения, когда трубная резьба выполнена в корпусах арматуры, широко применяются в бронзовых, латунных и чугунных клапанах. Область их применения ограничена рядом недостатков, к которым относятся трудность демонтажа, когда требуется свинчивать трубы, штуцеры или саму арматуру, обычно ограниченные размеры трубы 150 мм и меньшие, широко используются для бронзовых клапанов и, в меньшей степени, в чугунных и стальных клапанах.
2) Фланцевые. Фланцевые соединения арматуры с трубопроводами получили очень широкое применение благодаря их преимуществам: возможности многократного монтажа и демонтажа, хорошей герметизации стыков и возможности их подтяжки, высокой прочности и применимости для широкого диапазона давлений и размеров от 15 мм и более. К недостаткам фланцевых соединений следует отнести возможность ослабления затяжки и потери герметичности в условиях переменных температур и вибраций.
3) Сварные в раструб. Соединение выполнено таким образом, что патрубки клапана вставляются в раструбы трубопровода, и сварочные швы образуются на внешней стороне трубы, чтобы брызги и сварочный грат не могли попасть внутрь трубопровода. Указанное соединение используется только для стальных клапанов, и, как правило, они ограничены размерами до 50 мм для повышенных давлений и температур в трубопроводах, не требующих частого демонтажа.
4) Сварные встык. В этом случае патрубки арматуры и торцы трубопроводов разделывают под сварку. Иногда в соединение устанавливают подкладное кольцо для исключения перекосов и попадания в трубопровод брызг металла и частиц флюса.
Арматура с патрубками под приварку получила широкое применение, поскольку её использование гарантирует полную и надёжную герметичность соединения, что особенно важно для трубопроводов, транспортирующих взрывоопасные, токсичные и радиоактивные вещества или энергонасыщенные среды при высоком давлении и температура. Сварные соединения не требуют ухода и подтяжки, что особенно важно для магистральных трубопроводов и систем АЭС. Сварные соединения экономят металл и снижают массу арматуры и трубопроводов.
5) Обжатые. Этот тип присоединения получается при обжатии конца трубы о сферическую или коническую поверхность патрубка арматуры. Обжим производится накидной гайкой, имеющей внутреннюю поверхность контакта, совпадающую по геометрии с выступом на патрубке арматуры. На патрубке арматуры нарезается резьба, на которую навинчивается гайка. Как правило, соединение обжатием осуществляется для стальных или медных труб, когда по условиям эксплуатации требуется частая разборка соединения.
6) Паяные. Патрубки арматуры выполняются с проточкой, в которую вставляется обработанный конец трубопровода, покрытый припоем. Пайка производится между патрубком арматуры с внешней стороны трубы. Пайка используется при соединении с медными трубопроводами и обычно используется до проходов менее 65 мм. Соединение применяется до температуры, меньшей точки плавления припоя.
7) Соединения с уплотнением. Для получения гладкого втулочного соединения между патрубками арматуры и трубопроводом устанавливают кольцевое уплотнение из пряжи с пробковым наполнителем, пропитанным тетраэтилсвинцом или резиновые кольца. Торцы выполняются в виде фланцев или переходных муфт, присоединяемых болтами к фланцам арматуры, но могут быть и частью арматуры. Такие соединения используются в водоснабжении на чугунной арматуре с диаметром 50 мм и более.
8) Втулочные соединения. Выполняются в виде патрубков на арматуре или трубопроводе. На чугунных трубах со свинцовыми уплотнениями устанавливается рельефные стяжные хомуты. В соединениях с сальниковыми уплотнениями применяются резьбовые или болтовые стяжки. Используются также асбестовые уплотнения. Втулки подвергаются дополнительной обработке для получения гладкой поверхности, аналогичной трубе. Эти соединения также применяются в водоснабжении на арматуре с диаметром 50 мм и более.
9) Цапковые соединения. Термин используется с конца XIX века. На патрубке арматуры выполняется наружная резьба и гладкое внутреннее отверстие, в которое вводится конец трубопровода с буртом, прижимаемым накидной гайкой к торцу патрубка арматуры. Более современное название такого соединения – штуцерное. Применяется для присоединения арматуры небольших размеров.
10) Дюритные соединения. Выполняются в виде патрубков на арматуре или трубах с выступами под резиновые или пластмассовые шланги, которые надвигаются на патрубки и фиксируются, как правило, хомутами.
1.5. Стандарты на арматуру
Стандарты на проектирование
В арматуростроении используется большое количество стандартов, которые позволяют обеспечить взаимозаменяемость арматуры различных изготовителей. В ведущих арматурных странах работают национальные институты стандартизации.
Такие параметры, как строительные длины, присоединения, размеры фланцев, ряды давлений строго регламентированы государственными, а в последние десятилетия некоторыми международными стандартами. Однако, пока попытки Международной организации по стандартизации (ISO) не получили широкой поддержки арматуростроителей многих стран. Так не удаётся гармонизировать немецкие, британские и американские стандарты даже в части присоединительных размеров. Российское арматуростроение, в основном ориентировано на немецкие стандарты, поскольку начало отечественному арматуростроению положили немецкие промышленники.
В настоящее время национальными органами стандартизации через соответствующие комитеты проводится разработка стандартов для различных видов арматуры и материалов, общих для арматуростроителей стран Европы.
Производственные стандарты качества
Качество арматуры в последние десятилетия улучшилось с принятием промышленностью стандартов по качеству. Большая работа в этом направлении была проведена национальными органами стандартизации, установившими основные требования к качеству изготовления и гарантийные обязательства для производителей арматуры
Международными стандартами, устанавливающими требования к качеству, являются:
ISO – Международная организация по стандартизации – ISO 9000;
EN – Европейский Комитет по стандартизации – EN 29000;
API – Американский институт нефти – SPEC QI;
BSI – Британский институт стандартов – BS 5750;
DIN – Немецкий институт стандартов – DIN EN 982;
ГОСТ – ГОССТАНДАРТ – ГОСТ – 40. 9001, ГОСТ 40. 9002 М 88;
ГОСТ Р – ГОССТАНДАРТ России – ГОСТ Р ИСО 9001.
Они распространяются на разработку, производство, установку и обслуживание арматуры, в целом или только на несколько стадий, в зависимости от уровня гарантии качества. Европейские стандарты по качеству EN 29000, ISO 9000, BS 5750 и DIN EN 982 являются взаимозаменяемыми, и соответствие одному стандарту подтверждает соответствие другим.
Американский стандарт API SPEC QI не взаимозаменяем с Европейскими стандартами, несмотря на то, что имеет много общего с ними.
ISO 9000 – международные стандарты, формулирующие требования к системам качества, которые могут использоваться для гарантии качества. Они изложены в четырёх различных разделах:
– ISO 9000–1. Стандарты по обеспечению качества. Руководящие указания по применению.
– ISO 9000–2. Общие руководящие указания по применению ISO 9002 и ISO 9003.
– ISO 9000–3. Общие руководящие указания по применению ISO 9001.
– ISO 9000–4. Руководство по управлению программой надёжности.
– ISO 9000–87. Руководство по выбору стандартов ISO 9000.
– ISO 9001–87 (ГОСТ 40.9001). QS. Модель для обеспечения качества при проектировании и разработке, производстве, монтаже и обслуживании.
– ISO 9002–87. (ГОСТ 40.9002 М88). QS. Модель для обеспечения качества при производстве и монтаже.
– ISO 9003–87. (ГОСТ 40.9003) QS. Модель для обеспечения качества при окончательном контроле и испытаниях.
– ISO 9004–1. Элементы системы качества. Руководящие указания.
– ISO 9004–2. Управление качеством и обеспечение качества.
– ISO 9004–3. Руководящие указания по перерабатываемым материалам.
– ISO 9004–4. Руководящие указания по улучшению качества.
– ISO 9004–5. Руководящие указания по программе качества.
– ISO 9004–6. Руководство качеством при управлении проектом.
– ISO 9004–7. Руководящие указания по управлению конфигурацией.
– ISO 9004–8. Руководящие указания по административным принципам качества.
– ISO 9004–87. Общее руководство качеством и элементы системы качества.
ISO 9000 – система обеспечения соответствия качества и необходимых гарантий (QA) на всех жизненных циклах создания, производства и эксплуатации изделий. Цель применения системы состоит в том, чтобы обеспечить доверие потребителей, и в том, что поставщик собирается выполнять требования контракта, осуществляя мероприятия, как заявлено в его руководстве по качеству.
Федеральным законом Российской Федерации от 27 декабря 2002 года № 174 «О техническом регулировании», в сферу действия которого входят отношения, возникающие при разработке, принятии, применении и исполнении обязательных требований (в форме технических регламентов) к продукции, процессам производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации. Законом предусмотрено применение и исполнение на добровольной основе требований (в форме стандартов) к продукции, процессам производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации, выполнению работ или оказанию услуг, оценке соответствия (в форме сертификации или декларирования).
Испытания арматуры. Производство и контроль
Испытание и осмотр арматуры выполняются в соответствии с требованиями соответствующих стандартов.
Каждый объект испытаний требует осмотра в месте изготовления перед отгрузкой, и изготовитель обязан снабдить изделия свидетельством, заявляющим, что арматура и её части полностью удовлетворяют требованиям соответствующего стандарта.
Подтверждения о проведенных испытаниях и химическом составе материалов для деталей арматуры или заготовок должны быть получены от поставщиков и, когда требуется, предъявляться покупателю. Это требует полного контроля деталей и комплектующих изделий в процессе производства.
Доказательством того, что арматура способна выдерживать давление в течение срока службы, является испытание собранной арматуры 1,5-кратным гидравлическим или пневматическим давлением и давлением, превышающим в 1,1 раза рабочее давление при проверке герметичности.
В мировой практике приняты обозначения классов арматуры фланцев и фитингов, предложенных Американским институтом стандартов ANSI, аналогично принятому в отечественном арматуростроении делению по условному давлению. Стальную арматуру разделяют на семь классов: 150, 300, 400, 600, 900, 1500 и 2500 (в фунтах на квадратный дюйм). Класс 400 применяют редко.
Номинальное давление соответствует максимально допустимому рабочему давлению не при нормальной температуре (как принято в ГОСТ и DIN), а при повышенной (для углеродистой стали классу 150 соответствует номинальная температура 260°C, для других классов – 454°C, а для легированных сталей она доходит до 608°C и зависит от марки стали).
Полные таблицы рабочих и пробных давлений для стальных фланцев и арматуры классов 150…2500 по американскому стандарту ASTME B.16.5, переведенные в метрическую систему единиц, помещены в [5].
В рабочей практике для грубой оценки часто используют давления, соответствующие классам при температуре от –29 до +38 °C. Классам ANSI для углеродистых сталей при этих температурах соответствуют давления:
В табл. 1.10 приведены значения испытательных давлений для каждого класса
Табл. 1.10. Испытательные давления на прочность и герметичность по ANSI
Испытание под давлением на прочность задвижек должно выполняться в сборе с дисками, клиньями и шпинделями в открытом положении, а в кранах – в полуоткрытом.
Испытательная среда должна подаваться по направлению движения рабочей среды. Клапаны с сальниками должны проверяться подачей среды в противоположном направлении. Для определения герметичности верхнего уплотнения клапан полностью открывают. Испытание места уплотнения должно быть выполнено в течение минимального периода, указанного в табл.1.11.
Табл. 1.10. Продолжительность испытаний, с
Давление должно подаваться следующим образом:
1 Задвижки – последовательно с каждой стороны клина;
2 Клапаны запорные – под золотник;
3 Клапаны обратные – со стороны выходного патрубка;
4 Краны – три раза, последовательно, с каждой стороны пробки.
Как правило, не допускается никаких визуально обнаруживаемых утечек в течение испытательного времени, что должно быть отражено в акте испытаний, подтверждающем, что арматура была проверена в соответствии с требованиями стандарта, с отражением фактических давлений и среды, используемой для испытаний.
В отечественном арматуростроении действует ГОСТ 9544–93, устанавливающий величину допустимых утечек при проверке герметичности запирающих элементов различных видов арматуры.
НПФ ЦКБА разработана более современная версия этого стандарта, который в настоящее время согласовывается с национальными органами стандартизации стран СНГ.
Новый стандарт распространяется на все типы запорной арматуры на номинальное давление РN от 0,1 МПа до 42 МПа и диапазон номинальных диаметров DN от 3 до 2000. Установлены классы герметичности затвора A, B, C, D, B1, C1, D1. В данном случае под термином «затвор» понимается совокупность запирающего элемента и уплотнительной поверхности корпуса арматуры.
Изменились некоторые термины и определения. Вот основные из приведенных в стандарте:
– герметичность затвора – свойство препятствовать газовому либо жидкостному обмену между средами, разделенными затвором;
– класс герметичности – характеристика, оцениваемая наибольшей утечкой пробного вещества через затвор;
– утечка – проникновение вещества из герметизированного изделия через течи в затворе под действием перепада полного или парциального давления;
– испытания на герметичность затвора – испытания для оценки герметичности после воздействия пробным веществом под давлением, установленным в стандартах или технических условиях.
Класс A, по которому утечки не допускаются, соответствует классу А ISO 5208 и ГОСТ 9544–93, а также 1–му классу ГОСТ 9544–75 для арматуры систем специального назначения. Установлен для всех типов запорной арматуры от DN 3 до DN 200 при номинальных давлениях от РN 1 до РN 420 и с номинальными диаметрами от DN 250 до DN 2000 при номинальных давлениях от РN 1 до РN 200.
Испытания проводят воздухом давлением 0,6 МПа или водой номинальным давлением, умноженным на 1,1. Допускается затворы арматуры номинальным диаметром от DN 3 до DN 200 испытывать воздухом номинальным давлением.
Класс В соответствует классу В ISO 5208 и ГОСТ 9544–93. Утечки для арматуры этого класса (в см3/мин) рассчитываются по формулам:
для воды 0,0006 × DN;
для воздуха 0,018 × DN.
Класс В1 соответствует 1 классу ГОСТ 9544–75 для клапанов. Испытания проводятся воздухом. В стандарте даны таблицы допустимых утечек при испытании давлением 0,6 МПа и с пересчетом утечек для испытательного давления, равного номинальному.
Класс С соответствует классу С ISO 5208 и ГОСТ 9544–93. Утечки для арматуры этого класса (в см3/мин) рассчитываются по формулам:
для воды 0,0018 × DN;
для воздуха 0,18 × DN.
Класс С1 соответствует 1 классу ГОСТ 9544–75 для прочей арматуры (кроме клапанов) и 2 классу ГОСТ 9544–75 для клапанов. Приведены таблицы утечек при испытании запорной арматуры всех типов при давлении 0,6 МПа и с пересчетом утечек для испытательного давления, равного номинальному.
Класс D соответствует классу D ISO 5208 и ГОСТ 9544–93. Утечки для арматуры этого класса (в см3/мин) рассчитываются по формулам:
для воды 0,006 × DN;
для воздуха 1,8 × DN.
Класс D1 в части норм утечек при испытании воздухом соответствует 2 классу ГОСТ 9544–75 для прочей арматуры (кроме клапанов), а при испытании водой – 3 классу ГОСТ 9544–75. Применяется для всех типов арматуры до DN 2000. В стандарте приведены таблицы допустимых утечек при испытании воздухом давлением 0,6 МПа и номинальным давлением, а также при испытании водой номинальным давлением, умноженным на 1,1.
Соотношение допустимых утечек для DN 50…150 при испытании водой и воздухом приведены в табл. 1.12 и табл. 1.13.
Табл. 1.12. Допустимые утечки при испытании водой давлением 1,1 PN, см3/мин
* нормы герметичности при испытании водой для этих классов не предусмотрены
Табл. 1.13. Допустимые утечки при испытании воздухом давлением 0,6 МПа для запорной арматуры на PN 6, см3/мин
* нормы герметичности при испытании воздухом для этих классов не предусмотрены
Допустимые утечки, установленные в новом стандарте, соответствуют или меньше утечек по стандартам API–6D и DIN 3230.
Соответствие классов герметичности затворов нового стандарта международным стандартам, ГОСТ 9544–75 и ГОСТ 9544- 93 приведено в таблице 1.14.
Табл. 1.14 – Соответствие классов герметичности
В зарубежной практике при оценке проницаемости часто употребляется относительная единица измерения ppm. ГОСТ 8.417 определяет её как «миллионная доля» (млн-6). Эта единица применяется при использовании течеискателей. В США чаще всего применяют метановые течеискатели, причём концентрация метана в них должна быть не менее 95–98 %. Испытательная среда подаётся во входной патрубок закрытой арматуры, а утечка определяется в заданном объёме выходной полости арматуры.
По согласованию с покупателем или по условиям спецификации осуществляется дополнительный осмотр отклонений при изготовлении, и исправления дефектов магнитной, радиографической или цветной дефектоскопии. Любые готовые клапаны или заготовки и детали, которые имеют отклонения от чертежей изготовителя или стандартов, должны быть забракованы и отправлены в изолятор брака, как заявлено в Руководстве качества.
Испытание и контроль опытных образцов арматуры
Прежде всего, перед постановкой на производство опытные образцы арматуры должны быть подвергнуты испытаниям и дополнительному контролю. Эти испытания проводятся в объёме большем, чем для серийных изделий. Они должны включать определение гидравлических характеристик, испытания для определения ресурса арматуры в циклах или часах. Арматура должна быть также подвергнута испытанию на огнестойкость, если в конструкциях используются мягкие уплотнения.
Огнестойкость, критерии и методы проверки
Стандарты, требующие проверок на огнестойкость, исходят из теоретического предположения, что пожар возникнет, и определяют, как арматура должна работать в такой ситуации.
Четыре стандарта устанавливают безопасные по огню исполнения арматуры:
API – Американский нефтяной институт, API 607
BSI – Британский институт стандартов, BS 6755
Exxоn – Независимые компании по нефтепереработке, BP3–14–1
FM – Взаимные исследования производителей, FMRC 7440.
Эти стандарты отражают важные испытательные критерии для размеров и типов арматуры, используемой в промышленности.
Сводка их требований приведена в табл. 1.15.
Табл. 1.15. Сравнение требований к испытаниям на огнестойкость
Хотя имеются некоторые различия в рабочих средах, условиях потока, топливе, продолжительности воздействия огня, размерах труб, и ориентации арматуры, также как в методах измерения и допустимости протечек, которые являются приемлемыми, цель каждого испытания в том, чтобы установить минимальный безопасный по огню уровень для арматуры в эксплуатации. В многомиллионном химическом процессе, арматура может играть роль, которая является полностью непропорциональной её размеру и стоимости.
Эти маленькие, относительно недорогие изделия являются критическими в безопасном осуществлении процесса и, так как арматура часто является первой линией в предупреждении распространения огня для огнеопасных сред, было бы чрезвычайно неблагоразумно устанавливать в системы арматуру, которая не является пожаробезопасной.
1.6. Методы выбора арматуры
Для правильного выбора арматуры должна быть проанализирована следующая существенная информация:
1) Какова функция арматуры?
А) Только открытие или закрытие
B) Регулирование
C) Предохранительная
D) Частое или редкое срабатывание
2) Как арматура будет управляться?
A) Вручную
B) Пневматически
C) Электрически
D) Гидравлически
3) Рабочая среда
A) Коррозийная
B) Абразивная
C) Расход рабочей среды
D) Скорость потока
E) Давление
F) Температура
4) Диаметр трубопровода и тип присоединения.
A) Фланцевое
B) На резьбе
C) На сварке в стык
D) На сварке в раструб
5) Какова скорость срабатывания?
A) Аварийное быстрое срабатывание
B) Стандартное использование
6) Как арматура должна обслуживаться на месте установки?
A) Должен быть предусмотрен доступ к деталям через верхний разъём или также через патрубки?
B) Может ли арматура обслуживаться на месте эксплуатации или требуется её доставка изготовителю?
7) Насколько важна готовность арматуры к немедленному использованию?
A) Стандартный клапан, полученный со склада
B) Специальный клапан, изготовленный на заказ
Если вышеупомянутая информация известна, чтобы арматура соответствовала соответствующим стандартам, следует рассмотреть следующее:
1) Оценка давления и температуры
Согласно стандартам, максимальное давление для фланцев и сварных соединений на сварке должны соответствовать выбранным давлению и температуре.
2) Выбор материала
Материалы должны обеспечивать совместимость с рабочей средой и физически противостоять износу, падению давления при дросселировании (стойкость к кавитации) и эрозии – это основные соображения при выборе материалов для получения достаточного ресурса арматуры, высококачественного изготовления и разумной стоимости.
Среда, которая будет контактировать с арматурой, может характеризоваться как:
A) Очищенная и чистая
B) Вязкая
C) Пульпа
D) Коррозийная
E) Эрозионная
F) Криогенная
Все вышеизложенные рекомендации должны использоваться для разработки рабочих спецификаций изготовителей и технических регламентов для конкретных технологических процессов, в которых арматура будет использоваться.
Некоторые рекомендации по выбору арматуры для конкретных условий эксплуатации приведены ниже:
Табл. 1.16. Применение арматуры в зависимости от предъявляемых требований и условий эксплуатации
Обозначения
1- задвижка, 2 – клапан сальниковый, 3 – клапан сильфонный, 4 – кран пробковый, 5 – кран шаровой, 6 – дисковый поворотный затвор, 7 – клапан мембранный или задвижка шланговая, 8 – электромагнитный клапан
Табл. 1.17. Применение арматуры в зависимости от строительно-монтажных требований
Обозначения
1- задвижка, 2 – клапан сальниковый, 3 – клапан сильфонный, 4 – кран пробковый, 5 – кран шаровой, 6 – дисковый поворотный затвор, 7 – клапан мембранный или задвижка шланговая, 8 – электромагнитный клапан
3) Опыт эксплуатации арматуры
Опыт эксплуатации арматуры может также определять тип арматуры, которую нужно использовать. Различные отрасли промышленности предпочитают, чтобы специфическая арматура отвечала их требованиям. Многое зависит также и от привлекаемых инжиниринговых компаний, имеющих определенный опыт включения арматуры в свои проекты. Данные показаны в табл. 1.18.
Табл. 1.18 Применение арматуры по опыту эксплуатации
4) Спецификации
При запросе у изготовителя или посредника необходимо, чтобы все технические требования были изложены в спецификации. Изготовитель или посредник, в свою очередь, должны дать полную характеристику поставляемой арматуры. Это гарантирует, что по требованию клиента правильно подобранная арматура будет быстро поставлена с минимальной стоимостью.