Запорная арматура для газораспределительных сетей

Трубопроводная арматура для газораспределительных сетей

Промышленная трубопроводная арматура — устройства, устанавливаемые на трубопроводах, агрегатах, сосудах и предназначенные для управления (отключения, регулирования, сброса, распределения, смешивания, фазораспределения) потоками рабочих сред (газообразной, жидкой, газожидкостной, порошкообразной, суспензии и т.п.) путем изменения площади проходного сечения.

Существует ряд государственных стандартов, регламентирующих требования, предъявляемые к трубопроводной арматуре. В частности, основные параметры кранов необходимо смотреть по ГОСТ 21345-2005. Требования к проектированию, изготовлению и испытаниям – по ГОСТ 12.2.063-81. Типы, присоединительные размеры и размеры уплотнительных поверхностей фланцев – по ГОСТ Р 54432-2011. Муфтовые концы – по ГОСТ 6527-68. Разделку концов патрубков под приварку – по ГОСТ 16037-80. Требования надежности – по ГОСТ 27.003-90. Маркировку и окраску – по ГОСТ 4666-75

Трубопроводная арматура характеризуется двумя главными параметрами: условным проходом (номинальным размером) и условным (номинальным) давлением. Под условным проходом (номинальным размером) DN или ДУ понимают параметр, применяемый для трубопроводных систем в качестве характеристики присоединяемых частей, например соединений трубопроводов, фитингов и арматуры (ГОСТ 28338–89). Условный проход не имеет единицы измерения и приблизительно равен внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода, выраженному в миллиметрах.

Номинально (условное) давление PN или PУ– наибольшее избыточное рабочее давление при температуре рабочей среды 20°С, при котором обеспечивается заданный срок службы соединений арматуры и трубопровода, имеющих определенные размеры, обоснованные расчетом на прочность при выбранных материалах и характеристиках прочности при температуре 20°С. Значения и обозначения номинальных (условных) давлений должны соответствовать указанным в ГОСТ 26349-84

Номинальные (условные) давления менее 0,01 МПа следует выбирать из ряда R5, а более 100 МПа – из ряда R20 по ГОСТ 8032-84.

Допускается применять обозначение номинального (условного) давления PУ вместо PN в конструкциях соединений трубопроводов и арматуры, разработанных до 01.01.1992.

При маркировке допускается использовать обозначение PN 6 вместо PN 6,3

Рабочее давление Pр – наибольшее избыточное давление, при котором обеспечивается заданный режим эксплуатации арматуры, то есть при рабочих температурах.

Пробное давление Рпр – избыточное давление, при котором должно производиться гидравлическое испытание арматуры и деталей трубопровода на прочность и герметичность водой при температуре не менее 5 и не более 70°С. Значения пробных давлений для арматуры и деталей из различных материалов определяются по ГОСТ 356–80. Для Рр до 20 МПа пробное давление примерно в 1,5 раза больше рабочего

Конструктивные типы трубопроводной арматуры

• Задвижки.Рабочий орган у них перемещается возвратно-поступательно перпендикулярно потоку рабочей среды. Используется преимущественно в качестве запорной арматуры.
• Клапаны (вентили).Запорный или регулирующий рабочий орган у них перемещается возвратнопоступательно параллельно оси потока рабочей среды. Разновидностью этого типа арматуры являются мембранные клапаны, у которых в качестве запорного элемента используется мембрана. Мембрана фиксируется по внешнему периметру между корпусом и крышкой, выполняет функцию уплотнения корпусных деталей и подвижных элементов относительно внешней среды, а также функцию уплотнения запорного органа.
• Краны.Запорный или регулирующий рабочий орган у них имеет форму тела вращения или его части, поворачивается вокруг своей оси, произвольно расположенной по отношению к направлению потока рабочей среды.
• Затворы.Запорный или регулирующий орган у них имеет, как пра-вило, форму диска и поворачивается вокруг оси, не являющейся его собственной.

Нормы и классы герметичности

ГОСТ 54808-2011 устанавливает на все виды запорной трубопроводной арматуры следующие нормы герметичности затворов для всех PN в за- висимости от номинального диаметра DN и класса герметичности при испытании водой давлением Pисп = 1,1PN и воздухом давлением Pисп = 0,6 МПа (табл. 1). Рекомендации по назначению классов герметичности затворов приведены в табл. 2, 3.

Табл. 1 – Нормы и классы герметичности затворов запорной арматуры

Табл. 2 – Рекомендации по назначению классов герметичности затворов, рабочая среда – газ

Табл. 3 – Рекомендации по назначению классов герметичности для регулирующей арматуры

Условные обозначения и маркировка

ГОСТ 52760-2007 устанавливает нормы маркировки и отличительной окраски трубопроводной арматуры. Перечень, приведенный в п. 4.1.1 стандарта, включает 22 позиции. Из них знаки маркировки 1 (номинальный диаметр), 2 (номинальное давление), 3 (материал корпуса), 4 (товарный знак и/или наименование изготовителя) обязательные. Знак маркировки 2 может быть заменен или дополнен знаками маркировки 7 (предельная температура) и 9 (рабочее давление). Знак маркировки 5 (направление подачи рабочей среды на арматуру) является обязательным для арматуры с регламентированным направлением подачи рабочей среды. Прочие знакимаркировки обязательны только тогда, когда это определено какими-либо регулирующими документами, в других случаях указываются изготовителями в добровольном порядке.

ГОСТ 15150-69 устанавливает маркировку изделий по исполнениюдля различных климатических районов, категорий, условий эксплуатации и хранения в части воздействия климатических факторов внешней среды. По степени защиты изделия, обеспечиваемые оболочками, маркируются согласно ГОСТ 14254-96.

Климатические исполнения имеют следующие варианты маркировки: У1, У2, У3, Т1, Т2, Т3, УХЛ1, УХЛ4, УТ1.5. Буквы обозначают, для какого макроклиматического района предназначается изделие (тип климата), цифры – категорию (место) размещения (см. табл. 4, 5).

• У1 – изделия для эксплуатации в районах с умеренным климатом с категорией размещения 1 (на открытом воздухе).
• У2 – для эксплуатации в районах с умеренным климатом с категорией раз мещения 2 (под навесом или в помещениях со свободным доступом воздуха).
• УЗ –для эксплуатации в районах с умеренным климатом с категорией размещения 3 (в закрытых помещениях с естественной вентиляцией)
• Т1.Т2.ТЗ – для эксплуатации в районах как с сухим, так и с влажным тропическим климатом с размещением на открытом воздухе, под навесом, в закрытых помещениях с естественной вентиляцией.
• УХЛ1 – для эксплуатации в районах с умеренным и холодным климатом с категорией размещения 1 (на открытом воздухе).
• УХЛ4 – для эксплуатации в районах с умеренным и холодным климатом с категорией размещения 4 (в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями).
• УТ1.5 – для эксплуатации как в районах с умеренным климатом, так и в рай онах с сухим или с влажным тропическим климатом как с категорией размещения 1 (на открытом воздухе), так и с категорией размещения 5 (в по-мещениях с повышенной влажностью).

Индекс «Ц» в маркировке арматуры обозначает цинковое покрытие, полученное методом горячего цинкования. Буква «X» обозначает химостойкое покрытие.

Табл. 4 –Климатическое исполнение

Табл. 5 - Категория размещения

Особые требования к материалу арматуры в связи с низкими температурами эксплуатации предъявляет умеренный и холодный климат (УХЛ). Поэтому очень важно, чтобы изделия, предназначенным для эксплуатации в районах с УХЛ1, были изготовлены из материалов, сохраняющих свои свойства при температуре до -70°С.

Необходимо понимать, что арматура, например, предназначенная для эксплуатации в районах с умеренным климатом категории размещения 1, может также эксплуатироваться в районах с умеренным климатом категорий размещения 2, 3 или 4, но не наоборот

Аналогично: изделия с маркировкой УТ1.5 могут замещать изделия с маркировкой У1, У2, УЗ, Т1.Т2.ТЗ

Диапазоны рабочих и предельных рабочих температур для разных вариантов климатического исполнения арматуры приведены в табл. 6.

Принятое в арматуростроении условное обозначение арматуры – классификация Центрального конструкторского бюро арматуростроения (ЦКБА) – состоит из цифр и букв (рис. 1). Первые две цифры обозначают тип арматуры.

Рис.1 Условное обозначение арматуры по классификации ЦКБА

Буквы за цифрами – материал, применяемый для изготовления корпуса

Одна или две цифры после букв – номер модели, при наличии трех цифр первая из них обозначает вид привода, а две следующих – номер модели.

Последние буквы – материал уплотнительных поверхностей или способ нанесения внутреннего покрытия корпуса.

Табл. 6 – Диапазон рабочих и предельных рабочих температур для разных вариантов климатического исполнения арматуры

Изделие без вставных или наплавленных колец, то есть с уплотнительными поверхностями, выполненными непосредственно на корпусе или затворе, обозначается «бк» (без колец).

Наряду с системой ЦКБА используют код, полученный путем сокращения названия изделия, например, КШ-16/15 – кран шаровой с условным давлением 16 кг/см2 и условным проходом 15 мм. Некоторые конструкции обозначаются только номером чертежа, по которому они изготавливаются, иногда в обозначение изделия добавляется буква названия завода-изготовителя.

Выбор запорной арматуры для систем газораспределения

При проектировании сетей газораспределения и газопотребления выбирать технические устройства, устанавливаемые на газопроводах, необходимо в соответствии с требованиями следующих технических регламентов:

• ТР «О безопасности сетей газораспределения и газопотребления»
• ТР «О безопасности машин и оборудования»
• Р «О безопасности зданий и сооружений»

Для систем газоснабжения давлением до 1,6 МПа (16 кгс/см2 ) включительно, в зависимости от условий эксплуатации, следует применять типы запорной арматуры, приведенные в табл. 7.

Табл. 7 – Область применения различных типов трубопроводной арматуры

Запорная арматура, устанавливаемая в районах с очень холодным и холодным климатом (районы I1 и I2 по ГОСТ 16350-80) на наружных газопроводах, должна быть в климатическом исполнении УХЛ1, УХЛ2, ХЛ1, ХЛ2; на внутренних газопроводах в неотапливаемых помещениях – УХЛ3, ХЛ3; на внутренних газопро- водах в отапливаемых помещениях – У1, У2, У3, У5, УХЛ4, УХЛ5, ХЛ5 по ГОСТ 15150-69.

Запорная арматура, устанавливаемая в районах с умеренно холодным климатом (район II4 по ГОСТ 16350-80) на наружных и внутренних газопроводах в неотапливаемых помещениях, должна быть в климатическом исполнении У1, У2, У3, УХЛ1, УХЛ2, УХЛ3 по ГОСТ 15150-69.

Запорную арматуру, устанавливаемую на наружных и внутренних газопроводах в неотапливаемых помещениях, исходя из климатических условий, рабочего давления и материала корпуса допускается принимать согласно табл. 8.

* Корпусные детали должны изготавливаться: кованые и штампованные – из деформируемого сплава марки Д-16 (как исключение марки Д-1); литые – гарантированного качества с механическими свойствами не ниже марки АК – 7ч (АЛ-9) ГОСТ 1583-93
Табл. 8 – Условия эксплуатации для арматуры из разных материалов

За расчетную температуру среды и температуру эксплуатации, согласно СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции», условно считается температура наиболее холодных суток в зоне строительства с коэффициентом 0,98

Герметичность затвора кранов, вентилей и задвижек должна соответствовать классу А.

Выбор условного давления Pу и рабочего давления Pp запорной арматуры в зависимости от рабочего давления в газопроводе должен осуществляться в соответствии с табл. 9.

Табл. 9 - Выбор условного давления арматуры в зависимости от рабочего давления в газопроводе

Вся запорная арматура, в соответствии с ГОСТ Р 52760-2007, должна иметь маркировку на корпусе и отличительную окраску. Маркировка должна содержать товарный знак завода-изготовителя, условное или рабочее давление, условный про-ход и указатель направления потока, если это необходимо. Отличительная окраска корпуса и крышки запорной арматуры должна соответствовать табл. 10

Табл. 10 - Отличительная окраска корпуса и крышки запорной арматуры из разных материалов

Электропривод запорной арматуры должен быть во взрывозащищенном исполнении.

Задвижки стальные для трубопроводов

Задвижка — промышленная трубопроводная арматура, в которой перекрытие прохода осуществляется возвратно-поступательным перемещением запорного органа в направлении, перпендикулярном оси потока рабочей среды.

Задвижки получили широкое применение для перекрытия потоков газообразных или жидких сред в трубопроводах с диаметрами условных проходов от 50 до 2000 мм при рабочих давлениях 0,1-25 МПа и температурах среды до 450°С.

В сравнении с другими видами запорной арматуры задвижки обладают преимуществами: незначительным гидравлическим сопротивлением при полностью открытом проходе; отсутствием поворотов рабочей среды; простотой обслуживания; относительно небольшой строительной длиной; возможностью подачи среды в любом направлении.

К недостаткам, общим для всех конструкций задвижек, следует отнести: небольшой допускаемый перепад плуатации; нарушение герметичности сальника по штоку; быстрый износ уплотнительной поверхности, что приводит к потере герметичности затвора при эксплуатации.

Задвижки могут быть полнопроходными и суженными, когда диаметр отверстия уплотнительных колец меньше диаметра трубопровода.

По форме затвора задвижки подразделяются на клиновые и параллельные. Клиновая задвижка имеет клиновый затвор, на котором уплотнительные поверхности расположены под углом друг к другу (рис. 2). Клин может быть цельным жестким, цельным упругим или составным двухдисковым. У параллельной задвижки есть затвор, уплотнительные поверхности которого расположены параллельно друг к другу и имеют между собой распорный клин (рис. 3)

Рис.2 Задвижка клиновая с выдвижным шпинделем стальная

Рис.3 Задвижка параллельная с выдвижным шпинделем чугунная

На рис. 2 и 3 L – строительная длина арматуры, то есть линейный размер между наружными торцевыми плоскостями ее присоединительных частей (фланцев, муфт и т.д.); Н – строительная высота, то есть расстояние от оси проходных патрубков корпуса до наивысшей точки конструкции (шпинделя или привода) при открытом положении изделия. Дy – условный проход

По характеру движения шпинделя различают задвижки с выдвижным и невыдвижным шпинделем. В первом случае шпиндель совершает поступательное или вращательнопоступательное (винтовое) движение; во втором – только вращательное. Изделия с выдвижным шпинделем имеют большую высоту. Задвижки с невыдвижным шпинделем применяются для сред, обеспечивающих смазку пары трения «ходовая гайка—шпиндель», таких как нефтепродукты, вода и т.д. Применение изделия с невыдвижным шпинделем для природного газа ограничено.

Задвижки выпускаются на Дy от 50 до 2000, Рy от 0,6 до 25 МПа, температура рабочей среды – до 565°С.

Основные параметры задвижек указаны в ГОСТ 9698-86.

Краны

Кран – промышленная трубопроводная арматура, в которой запорный или регулирующий орган имеет форму тела вращения или его части и поворачивается вокруг собственной оси, произвольно расположенной к направлению потока рабочей среды.

Краны по форме затвора делятся на конусные, шаровые и цилиндрические. Конусные могут быть сальниковыми или натяжными – в зависимости от того, как регулируется посадка пробки в корпусе: сальником (в верхней части крана) или гайкой (в нижней части). Краны могут быть проходными и пробоспускными. Проходные устанавливаются на участке трубопровода и имеют два присоединительных патрубка, пробоспускные устанавливаются на агрегатах, котлах, емкостях, резервуарах и имеют один присоеди-нительный патрубок и прямой или изогнутый спуск. Краны могут быть двух или трехходовыми, в зависимости от числа рабочих положений пробки. У кранов со смазкой есть устройство для периодической (ручной или автоматической) подачи густой смазки по каналам на пробке и корпусе для смазывания подвижного соединения. Конструкция кранов для бесколодезной установки включает органы управления, поднятые над корпусом

По эффективному рабочему диаметру прохода краны делятся на полнопроходные и неполнопроходные (стандартно-проходные). У полнопроходных отклонение эффективного диаметра от номинального обычно составляет до 2-3%, у неполнопроходных (стандартно-проходных) эффективный диаметр меньше номинального на 15-25%. По ГОСТ 21345-2005 эффективный диаметр полнопроходного крана должен быть не менее 95% входного отверстия патрубка корпуса для диаметров до DN350, и не менее 2% – для DN400 и выше.

Полнопроходные краны отличаются очень маленьким гидравлическим сопротивлением, увеличенными габаритами и стоят дороже, чем стандартнопроходные

По типу крепления шара на валу различают краны с плавающим и с фиксированным шаром. У кранов с плавающим шаром шаровый затвор не связан со шпинделем и может незначительно перемещаться в корпусе под действием давления рабочей среды, обеспечивая дополнительное уплотнение. На трубопроводах большого диаметра и с высоким давлением рабочей среды для открытия крана с плавающим шаром может потребоваться существенное усилие, поэтому краны такой конструкции, как правило, изготавливаются с диаметром не более DN200. У кранов с фиксированным шаром шаровый затвор жестко закреплен на оси вала и не может линейно перемещаться в корпусе. Для их закрытия требуется меньшее усилие, но изготовление такой конструкции сложнее, поэтому цена шарового крана с фиксированным шаром больше, чем у аналогов с плавающим шаром. Для облегчения закрытия фиксирующая цапфа может иметь самосмазывающиеся подшипники скольжения

Рис.4 Кран шаровой муфтовый ГШК

Рис.5 Кран шаровой фланцевый КШ-50:1 – поджимная гайка; 2 – гайка сальника; 3 – затвор; 4 – шайба; 5, 6 – уплотнения; 7 – корпус; 8 – шайба; 9 – ось; 10 — рукоятка; 11, 12 – уплотнения; 13 – гайка

Недостаток кранов – значительный крутящий момент для управления. Достоинствами являются многоцелевое назначение, а также возможность обеспечения полнопроходности, малые строительные длина и высота. Краны относятся к классу ремонтируемых, восстанавливаемых изделий с нерегламентируемым порядком ремонта.

Основные параметры кранов необходимо смотреть по ГОСТ 21345-2005. Строительные длины шаровых кранов – по ГОСТ 28908-91. Строительные длины конусных кранов – по ГОСТ 14187-84.

Эффективные диаметры полнопроходных и неполнопроходных кранов DN до 500 включительно могут быть приняты из ряда рекомендуемых ГОСТ 28343-89 и соответствовать табл. 11.

ГОСТ 21345-2005 предусматривает следующие конструктивные требования:

• запорные краны (этот ГОСТ дополнительно классифицирует краны на запорные и распределительные) должны закрываться поворотом шпинделя в направлении по часовой стрелке
• в конструкции крана в крайних положениях должны быть предусмотрены ограничители поворота
• расположение рукоятки проходного крана должно соответствовать направлению проходного канала пробки
• в кране должно быть Кран шаровой муфтовый ГШК Кран шаровой фланцевый КШ-50: предусмотрено устройство, обеспечивающее непрерывную электропроводимость для кранов номинальных диаметров до DN50 включительно – между штоком и корпусом, для кранов номинальных диаметров более DN50 – между шаром и корпусом