Курс Трубопроводная арматура. Модуль Краткий курс для менеджеров

Станислав Горобченко

Курс Трубопроводная арматура. Модуль Краткий курс для менеджеров

Введение и задачи курса

В курсе "Трубопроводная арматура. Краткий курс" мы представляем основные сведения по трубопроводной арматуре. В курс входит обзор запорной, обратной, предохранительной, регулирующей арматуры и приводов, а также приборов управления трубопроводной арматурой, применяемой в большинстве отраслей промышленности.

Вы узнаете о базовых конструкциях, выборе, испытаниях, монтаже и обслуживании трубопроводной арматуры и применяемых стандартах.

Большое внимание уделено организационным проблемам применения арматуры и повышению ее эффективности. Для этого мы рассмотрим программы повышения эффективности применения арматуры на предприятиях-потребителях, основные проблемы при закупках арматуры, а также пути развития арматуры в будущем.

Материалы помогут Вам при контактах с инженерно-техническими работниками, специалистами, эксплуатирующими арматуру, занятыми проектированием, строительством и ремонтом трубопроводных систем.

При изложении материала применяется способ логического деления (в отличие от традиционного абзацного), что позволяет лучше структурировать и осваивать материал по смысловым единицам.

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;