Курс «Применение трубопроводной арматуры». Модуль «Применение поворотной арматуры в энергетике»

Широко рассматриваются коммерческие программы с производителями отдельного оборудования и установок и программы сервисного обслуживания.

Введение

Энергетика является одним из важнейших потребителей арматуры. В ней используется значительное количество жидких и газообразных сред. Высок уровень непрерывности процессов. Количество контуров, обслуживающих основное производство, включающих подачу пара, воды, различных химических реагентов и отвода побочных продуктов весьма значительно. Значительное число трубопроводных обвязок связывают процессы между собой. На них, как и на многих агрегатах установлена или может быть установлена поворотная арматура, поскольку во многих случаях она может иметь преимущество перед арматурой типа седельных вентилей и клиновых задвижек.

В энергетике задействовано множество сложных сред, обладающих высокой специфичностью. В частности, арматура должна работать на средах с высокими энергетическими параметрами (пар, масло и вода высокого давления); взрывоопасных (газы, кислород, водород); летучих или тяжелых (азот, аргон, ксенон); абразивных (доломит, известь); агрессивных (серная кислота, химикаты химводоподготовки) или специфичных (среды АЭС).

Многочисленные и сложные среды вместе с высокой непрерывностью процесса требуют высокого уровня автоматизации. Сама автоматизация наиболее эффективна в случае использования поворотной арматуры, способной воспринимать и реализовывать законы регулирования на основе оптимальных расходных характеристик и высокой пропускной способности. Такая арматура обязательно снабжается различными видами приводов, включая электрические, гидравлические и пневматические. Степень ее совершенства будет характеризоваться не только способностью выполнять управляющие сигналы системы автоматизации, но и иметь возможность производить собственную диагностику и предсказывать свое состояние, без чего уже во многих случаях невозможно провести плановую диагностику и назначить ТО.

В предлагаемом пособии рассматривается запорно-регулирующая арматура поворотного типа преимущественно с автоматическим управлением. Используются сложившиеся термины до принятия ГОСТ 24856-2014. С целью избежать избыточности в рисунках близких или одинаковых клапанов, дается ссылка на источник (3). В нем по кодировке можно получить исчерпывающую информацию о особенностях конструкции указанного типа клапана.

1. Условия применения арматуры

Применение поворотной арматуры зависит от применяемых сред. В качестве основных сред, где может быть широко применена поворотная арматура, можно выделить следующие:

Газы. Газопроводы, распределительные трубопроводы используемых газов (кислородопроводы, аргонопроводы, трубопроводы азота, трубопроводы водорода и водородсодержащих газов и т.п.)

Вакуум – дегазации, среднего и глубокого вакуума.

Жидкие среды – мазутопроводы, трубопроводы сернокислотные, маслопроводы и др.

Энергетические среды – пар, вода высокого давления, конденсат.

Характерным отличием использования поворотной арматуры является то, что она, в целом, как более «способная» к автоматизации, используется в технологических трубопроводах.

Арматура делится на запорную и регулирующую. Запорная арматура служит для отсечки потока и составляет до 80-95% всей арматуры. К ней относят запорные краны и заслонки отсечки потока, аварийной отсечки или вентилирования.

Наибольшая часть арматуры ТЭС и АЭС имеет небольшие диаметры, до 100-150мм. К ней относятся многочисленные типоразмеры арматуры вспомогательных систем, таких как пробно-спускная арматура, выпуска воздуха, дренажа и др. Главным способом ее совершенствования является нахождение способов ее унификации и снижения издержек при эксплуатации.

Регулирующая арматура служит для регулирования параметров тепловых схем. Типичными представителями ее являются клапаны регулирования расхода, давления, уровня.

Автоматическое управление. Автоматический привод необходим для обеспечения непрерывности процесса.

2. Проблемы перехода от арматуры возвратно-поступательного действия к поворотной арматуре

2.1. Запорная арматура

Еще в 70-х годах применение задвижек и вентилей было распространено значительно шире, чем поворотных заслонок (Прим. В настоящее время, их заменяют на термин "поворотные дисковые затворы") и шаровых кранов. Применение поворотных заслонок ограничивалось температурой не более 100^оС. Это было связано с применением преимущественно резиновых уплотнений, неотработанностью конструкций, отсутствием решений для потоков с повышенными параметрами, малой долей автоматизации и большой долей ручного труда, для которого характерны простые способы отсечки и регулирования потока.

Сегодня поворотные заслонки уже способны выдерживать температуры не менее 600^оС при давлениях свыше 400 Бар (заслонки компании MAPAG, отделение Metso Automation) с герметичностью, соответствующей классу 1 по ГОСТ 9744 в обоих направлениях. Вместо обычных резиновых прокладок используется широкий спектр мягких уплотнений, способных выдерживать температуры до 260^оС без потери герметичности. Металлические уплотнения дали возможность применять заслонки в условиях абразивных, сильно загрязненных сред, в т.ч. пара и воды, с повышенным содержанием соли.

Решение проблемы герметичности поворотных заслонок было осуществлено при переходе от безэксцентрикового исполнения, не гарантирующего достаточную герметичность, сначала к одноэксцентриковому уплотнению, и далее к двухэксцентриковому уплотнению, и, для наиболее сложных случаев – к трехэксцентриковому уплотнению. Последнее гарантирует герметичное уплотнение по VI классу. Их существенное достоинство по сравнению с применяемыми клиновыми задвижками состоит в минимальном весе и габаритах. Вес поворотных заслонок в 1,5 – 3 раза меньше по сравнению с задвижками. Малая строительная длина создает возможности для уменьшения общей протяженности трубопроводов и сокращения расходов на потребление насосами.

Можно выделить несколько основных направлений замены клиновых и шиберных задвижек поворотными заслонками:

1. В условиях, где критичны размеры, в частности, крупные диаметры трубопроводов. Начиная с условного прохода 400мм, строительная высота поворотной заслонки, включая привод, может быть в 1,5-5 раз меньше. В частности, для компактных трубопроводных обвязок и агрегатированных арматурных блоков более применимы малогабаритные поворотные заслонки.

2. В условиях, где требуется не только отсечка, но и регулирование. Поворотные заслонки обладают значительно более высокой способностью к регулированию по сравнению с задвижками.

3. В условиях, где важна сочетаемость с системами автоматизации и простота автоматизации. Равнопроцентная расходная характеристика поворотных заслонок позволяет значительно облегчить формирование алгоритма регулирования и привести характеристики к линейным. Поэтому поворотные заслонки значительно более просто автоматизируются.

4. В условиях, где критичен вес арматуры. В частности, это могут быть устройства, подверженные сильной вибрации, или работа которых зависит от уровня сейсмичности, а также в условиях, где требуется сертификация по сейсмостойкости, например, для крупных ТЭС и АЭС.

5. В условиях, где критична стоимость арматуры. В связи с тем, что стоимость металла в арматуре может достигать 70%, снижение веса является одним из главных способов общего снижения стоимости арматуры. В частности, значительный успех титановых поворотных заслонок при перекачке агрессивных сред, даже с наличием взвешенных частиц по сравнению с титановыми задвижками, связан с тем, что они имеют меньший вес и, соответственно, меньшую стоимость.

ПРЕИМУЩЕСТВА ПРИМЕНЕНИЯ ПОВОРОТНЫХ ЗАСЛОНОК ВМЕСТО ЗАДВИЖЕК