Трубопроводная арматура является не только устройством, предназначенным для управления потоками жидкостей или газов, которые транспортируются в трубопроводных системах.
Арматура - это неотъемлемая часть трубопроводной системы любого типа. Расходы на нее составляют, обычно, не менее 10 – 12 % от общих капитальных вложений и эксплуатационных затрат. В процессе работы в различных системах арматура может подвергаться самым различным воздействиям - от высоких и низких температур, регламентируемых нормами пожарной безопасности, до значительных давлений, вибраций, а также воздействий агрессивных типов жидкостей. Из-за этого требования, которые предъявляются к используемой арматуре, весьма разнообразны, причем к основным относятся прочность и увеличение срока службы, надежность и долговечность, низкая стоимость, технологичность изготовления и взрывобезопасность, пожарная безопасность и коррозионная стойкость. Такие свойства противоречивы и не могут быть обеспечены одновременно. Вследствие этого на сегодня существует огромное количество разного типа конструкций, представляющих определенный компромисс, удовлетворяющий приоритетным для определенного случая требованиями и удостоверениями.
В прошлом многие задачи изучения различных видов трубопроводной арматуры студентами специальности ТГВ, включающей обучение и выдачу удостоверений по пожарной безопасности, возлагались в большой степени на такие технологические практики, как ознакомительная, рабочая и технологическая. Но в связи с тем, что уменьшилось количество часов, которые отводились на практические занятия и резким сокращением производственной базы, где проходила нормальная практика, в связи с закрытием / сокращением многих предприятий, встала необходимость разработки специального курса для восполнения образовавшегося пробела в программе подготовки специалистов.
Цель данного введения - знакомство с многообразием существующих типов трубопроводной арматуры и принципиальными различиями ее отдельных конструкций и преимуществами и недостатками уже существующих типов арматуры. Необходимо уяснить основные требования, предъявляемые к арматуре и принципы ее выбора для определенной системы, а также ознакомиться с принятой системой обозначений всех типов арматуры и гостами на условно-графические изображения разных типов арматуры в схемах.
Трубопроводная арматура – это устройства, монтируемые на трубопроводах и котлах, аппаратах и агрегатах, емкостях и других установках, которые предназначены для управления потоками сред при помощи отключения трубопроводов или их участков, для распределения потоков по требуемым направлениям и регулирования таких параметров среды, как давления, расхода, температуры и других. Также используются для выпуска среды по требуемому направлению при помощи изменения проходного сечения в рабочем органе арматуры.
В нижеследующем описании термин «трубопроводная арматура» мы заменим сокращенным обозначением ТА. Термин ТА включает и соединительные части трубопроводов, но в данной статье эти детали систем мы рассматривать не будем, поскольку по отношению к ним термин “трубопроводная арматура” является не совсем подходящим - скорее термин «соединительные детали». Похожий подход использует и зарубежная практика, где аналогичные детали называют фитингами.
Стоит отметить, что ничего принципиального, кроме как перекрытия проходного сечения, в трубопроводной арматуре не происходит. Независимо от выполняемых функций принцип действия ТА основывается только на изменении величины проходного сечения потока. Например, в смесителях любой кухонной мойки или ванной комнаты мы просто регулируем температуру жидкости путем простого изменения соотношения потоков холодной / горячей воды, но это достигается изменением проходного сечения для каждого из потоков. Регулятор давления на газовом баллоне способствует поддержанию постоянного давления перед газовыми горелками путем автоматического изменения проходного сечения для потока газа - при требуемом расходе избыточное давление гасится в самом проходном сечении.
Конструкция трубопроводной арматуры обычно содержит следующие основные части: корпус с присоединительными патрубками, крышку корпуса, рабочий орган ТА и привод.
Рабочий орган арматуры содержит две составляющих - седло и затвор. Седло - неподвижная часть рабочего органа, которая расположена на корпусе и являет собой канал или отверстие для прохода рабочего потока, окруженный уплотнительной поверхностью с плотно примыкающим затвором. Затвор – это подвижная часть рабочего органа, представляющая собой деталь или конструктивно объединенную совокупность деталей, которая предназначена для перекрытия проходного отверстия седла и перемещается или поворачивается относительно этого седла. Затвор содержит уплотнительное кольцо с целью посадки на седло и герметизации самого рабочего органа.
Управление трубопроводной арматурой осуществляется с помощью деталей, которые и образуют подвижное соединение - шток или шпиндель в крышке корпуса или на самом корпусе, которое герметизировано по отношению к внешней среде.
Перемещение затвора осуществляется с помощью различных механизмов, в роли которых обычно выступает винтовая пара. При ее использовании стержень с закрепленным на нем клапаном затвора, имеет винтовую резьбу и называется шпинделем. По резьбе шпинделя перемещается ходовая гайка - второй элемент винтовой пары. При возвратно-поступательном перемещении затвора без вращения стержень называется штоком. Ручное управление или электрический привод чаще всего используют шпиндельную трубопроводную арматуру, мембранный или поршневой привод для перемещения затвора используют шток.
В процессе работы трубопроводной арматуры ее конструктивные элементы соприкасаются с различными потоками сред.
Различают следующие виды сред ТА:
- Рабочая среда ;
- Окружающая среда ;
- Командная среда ;
- Управляющая среда .
Рабочей является среда для управления потоком которой и предназначена арматура - поток, который протекает через рабочий орган трубопроводной арматуры.
Окружающей является среда, которая окружает корпус арматуры. Чаще всего в роли окружающей средой выступает воздух, но возможны и другие варианты. Например, для судовой арматуры средой выступает морская вода, а для нефтяной арматуры - сырая нефть и др.
Командной является среда, с помощью которой передается управляющий импульс для нормальной работы арматуры. При использование пневмоавтоматики - это сжатый воздух, а гидроавтоматики - масло. Многие регуляторы в роли командной среды используют саму рабочую среду путем передачи по трубке импульса давления. При использовании электроавтоматики или электропривода командная среда вообще отсутствует, а управляющий импульс - электрический.
Управляющей является среда, осуществляющая силовое воздействие с целью перемещения рабочего органа трубопроводной арматуры в необходимое положение. Она применяется в ТА, снабженных пневмо- гидроприводами. Роль управляющей среды в большей части регуляторов выполняет рабочая среда, под давлением которой осуществляется перемещение рабочего органа.
В настоящее время принята маркировка и обозначение арматуры согласно системе таблиц-фигур. Данная система была принята Госснабом и совершенствовалась в соответствии с расширением трубопроводной номенклатуры промышленной арматуры. Энергетическая, судовая и специальная арматура использует обозначения в других системах и кодах. На основании этого обозначение общепромышленной арматуры состоит из цифрового и буквенного кода основных данных - всего шесть элементов.
Цифровое обозначение типа трубопроводной арматуры.
- 10 - кран пробно-спускной ;
- 11 – запорный кран ;
- 12 - запорное устройство - указатель уровня ;
- 13, 14, 15 – запорный клапан или вентиль ;
- 16 - клапан обратный подъемный, приемный с сеткой ;
- 17 - клапан предохранительный ;
- 18 - редукционный клапан, регулятор ;
- 19 - обратный поворотный ;
- 21 - регулятор давления ;
- 22 - клапан запорный, отсечной ;
- 23 – клапан распределительный четырехходовой ;
- 25 - клапан регулирующий ;
- 27 - клапан смесительный ;
- 30, 31 - задвижка ;
- 32, 33 – затвор, заслонка, захлопка ;
- 40 - элеватор ;
- 45 – конденсатоотводчик ;
- 46 - водоотделитель ;
- 47 – компенсатор сальниковый ;
Буквенное обозначение материала корпуса:
- с - сталь углеродистая ;
- лс - легированная сталь ;
- нж - нержавеющая, коррозионно-стойкая ;
- ч - чугун серый ;
- кч - ковкий чугун ;
- вч - высокопрочный чугун ;
- б - латунь / бронза ;
- а - алюминий ;
- мл - монель-металл ;
- п - пластмасса ;
- вп - винипласт ;
- тн - титан ;
- к – керамика или фарфор ;
- ск – стекло .
Цифровое обозначение типа привода :
- механический с червячной передачей ;
- механический с цилиндрической передачей ;
- механический с конической передачей ;
- пневматический ;
- гидравлический ;
- электромагнитный ;
- электрический .
Буквенное обозначение материала уплотнительных колец :
- бр - бронза и латунь ;
- бт - баббит ;
- ст - стеллит ;
- ср - сормайт ;
- мн - монель-металл ;
- к - кожа ;
- нж - нержавеющая сталь / коррозионно-стойкая ;
- нт - нитрованная / азотированная сталь ;
- р - резина ;
- п – пластмасса, кроме винипласта ;
- вп - винипласт ;
- фт - фторпласт ;
- э - эбонит ;
- бк - без кольца - седло выполнено прямо на корпусе.
Буквенное обозначение способа нанесения внутреннего покрытия корпуса :
- гм – гуммирование ;
- эм - эмалирование ;
- п - футерование пластмассой ;
- н - наирит.