Размещено на http://www.allbest.ru/

Трубопровідна арматура

1. Поняття магістрального трубопроводу

Магістральний трубопровід складається з лінійної частини, перекачувальних і розподільних станцій, призначених для подачі середовища, що транспортується споживачам. Нормальна експлуатація трубопроводу неможлива без арматури - невід'ємної частини будь-якого трубопроводу. Витрати на арматуру складають близько 10-12% капітальних вкладень і експлуатаційних витрат. Трубопровідна арматура представляє собою пристрої, призначені для керування потоками рідини, що перекачується по трубопроводу.

Арматура підрозділяється на три основні класи: запірна, регулююча і запобіжна. Запірна арматура служить для повного перекриття потоку в трубопроводі. Регулююча - для зміни тиску або витрат. Запобіжна призначена для захисту трубопроводів, судин або апаратів від руйнування при перевищенні допустимого тиску середовища.

На трубопроводах застосовується арматура для лінійної частини і для перекачувальних станцій. Запірна арматура лінійної частини трубопроводів, що встановлюється через кожні 10-50 км в залежності від рельєфу траси і перекачує продукту, які призначені в основному для відключення ділянок трубопроводу в разі аварії або ремонту. Ця арматура нормально завжди відкрита і спрацьовує дуже рідко (декілька разів за період експлуатації). На перекачувальних і розподільних станціях арматура призначена для оперативних перемикань, що забезпечують основні технологічних процеси, і тому вона працює дуже часто. Термін служби станційної арматури багато менше терміну служби лінійної арматури.

До арматур пред'являються наступні вимоги: міцність, герметичність, надійність роботи, вибухонебезпечність і корозійна стійкість. За величиною умовного тиску арматура підрозділяється на три групи: низького тиску (Ру < 1 МПа), середнього тиску (Ру = 1,6 ... 6,4 МПа) і високого тиску на Ру = 10 ... 100 МПа. З підвищенням температури перекачуючого середовища максимальний робочий тиск, який допускається для даної арматури, знижується.

Перед установкою арматури на об'єкт її необхідно випробувати водою при температурі 100°С на міцність і щільність. Випробувальний тиск становить: при Ру ? 20 МПа Рі = 1,5 Ру, а при Ру> 20 МПа, Рі = 1,25 Ру.

Основною характеристикою арматури є діаметр умовного проходу Ду-номінальний внутрішній діаметр трубопроводу, на якому встановлюють дану арматуру. При одному і тому ж умовному діаметрі дійсний прохідний переріз арматури може бути різним - повнопрохідний кран, кран з трапецевидним проходом і т.д. Для пропуску очисних або розділових пристроїв необхідно знати фактичний прохідний переріз арматури - він має бути не менше прохідного перерізу трубопроводу. За розміром умовного проходу розрізняють арматуру малих проходів (Ду ? 40мм), середніх проходів (Ду = 50-250мм) і більших проходів (Ду > 250мм).

Графічні умовні позначення арматури на схемах і кресленнях регламентовані ДСТУ 2.785-70.

Арматура для газонафтопроводів виготовляється з чавуну сірого, чавуну ковкого, вуглецевої легованої сталі, кольорових металів і пластмас, в залежності від енергетичних параметрів потоку (тиску і температури), діаметра трубопроводу і призначенням арматури. По можливості матеріал арматури повинен відповідати матеріалу трубопроводу.

Як сальникові набивки в арматурі для нафтопроводів з температурою продукту до 100°C застосовується бавовняна просочена набивання марки ХПБ і прядив'яна плетена просочена набивання марки ЛП. При температурі перекачує нафтопродукту до 200°C застосовуються плетені азбестові набивки марок АП (просочена), АМБ (маслобензостойкой), АПА (прогумована просочена) та ін. Для всіх нафтопродуктів як різні набивки можна застосовувати бензостійку гуму.

Прокладки для арматури виготовляються з пароніту, хлорвінілу, картону прокладного, просоченого гарячою оліфою, столярним клеєм, технічним желатином з гліцерином. Як матеріал для прокладок можна застосовувати листову маслобензостойку гуму.

Арматура з нового чавуну допускається до установки на газопроводах з робочими температурами від -30 до +150°C і при робочому тиску не вище Рр ? 1,6 МПа. Арматура з сірого чавуну допускається до установки на газопроводах в межах робочих температур не нижче -10°С і не вище +100°С з робочим тиском середовища Рр ? 0,6 МПа. Чавунну арматуру не можна застосовувати на трубопроводах для сильнодіючих отруйних газів; на трубопроводах, схильних до вібрації; на трубопроводах, що працюють при різко змінному температурному режимі середовища; при температурах нижче -30°С для ковкого чавуну та -10°С - для сірого чавуну; при перекачуванні замерзаючих рідин близько 0°С; при тисках вище робочих.

Арматура загального призначення, виготовлена з хромонікелевих сталей, може застосовуватися при температурі перекачується середовища не нижче -70°С. Використання арматури з кольорових металів і сплавів допускається лише у випадках, коли не можна застосовувати сталеву або чавунну арматуру. Вся сталева арматура повинна мати виготовлені спільно з корпусом патрубки довжиною не менше 100мм при Ду ? 150 мм і не менше 200мм при Ду ? 150 мм. Запірна арматура, що має діаметр проходу більше 400мм, має застосовуватися з механічним приводом.

Для забезпечення нормальної роботи арматури в неї застосовуються антифрикційні і ущільнювальні мастила і гідромасла. Мастила і мастила повинні забезпечувати збереження рідкого прошарку, не видавлюється з поверхонь під дією навантажень, повинні бути фізично і хімічно стійкими. Мастила бувають: антифрикційні, захисні та ущільнюючі (герметики); низько-, середньо- і тугоплавкі; водостійкі, морозостійкі; захисні від корозії, кислототривкі.

У арматурі, приводах арматури застосовуються: індустріальні масла, гідромасла, змащення ЦИАТИМ і ВНИИНП, солідол, універсальне тугоплавке змащення УТ-I (консталін жировий), УТ-2, гарматна змащення УНЗ (при зберіганні), ущільнювальні мастила. У ущільнювальні мастила входять графіт, слюда, тальк, дисульфід молібдену, окису металів, металеві порошки, які підвищують герметизуючу здатність і термостійкість змащення, знижують коефіцієнт тертя, покращують прилипання мастила. Гідромасла використовуються в якості робочої рідини для гідроприводів кранів. До олив для гідроприводів пред'являються наступні вимоги: повинні мати високу температуру кипіння, низьку температуру застигання, в'язкісно-температурну криву, не розкладатися, не виділяти шкідливих газів і не утворювати речовин, що засмічують канали гідроприводів; не викликати корозію деталей, руйнування гумових та пластмасових ущільнень, не пінитися в контакті з нафтою і газами. В основному застосовуються гідромасла типу АМГ-10, МГЕ-ЮА, ВМГЗ.

Основні вимоги до запірної арматури лінійної частини магістральних трубопроводів: мінімальний гідравлічний опір повністю відкритої арматури; легкість спрацьовування після тривалої експлуатації у відкритому положенні; довговічність (не менше 10-20 років) надійної роботи; безвідмовність спрацьовування в разі витоку рідини, що перекачується.

До запірної арматур перекачувальних станцій пред'являються інші вимоги: довжки повинні мати велике число циклів спрацювання до відмови; висока надійність; можливість роботи на змінних ущільненнях (арматура знаходиться під безперервним контролем); вибухобезпечність; герметичність затвора і всіх ущільнень; корозійна стійкість.

Запірна арматура буває чотирьох типів:

1. Засувки-запірний елемент переміщається поперек потоку (застосовуються на трубах великих діаметрів і високих тисків). Площа ущільнювальних поверхонь засувок мала - всього два вузьких кільця по контуру запірного пристрою. Основна перевага - малий гідравлічний опір. Недоліком засувок є велике тертя при підйомі або опусканні запірного влаштування, а також велика висота конструкції; великі габарити і вага;

2. Вентилі - запірний елемент переміщається вздовж потоку рідини без тертя об корпус і його деталі. Тому ущільнення мало зношується навіть при високих контактних тисках. Вентилі в основному застосовують на трубопроводах високого тиску. У порівнянні з засувками висота вентилів менше, але зате довжина їх значно більше, що пояснюється розміщенням коліна труби з сідлом (вентиль). Вентиль - ефективний вид кутовий арматури. Недоліками вентилів є необхідність подолання тиску середи при відкритті та закритті, що навантажує шпиндель і привод вентиля. Для зниження цього недоліку часто застосовують розгрузочні пристрої (золотники малого діаметра). У зв'язку з цим вентилі середнього та високого тисків застосовують при проходах не вище 400 мм, але переважно застосовуються вентилі з умовним проходом до 150 мм. Вентилі мають малий робочий хід запірного елемента - це і визначає їхню малу висоту в порівнянні з задвижками. Ущільнення у вентилів на запірному пристрої може бути гумовим або пластмасовим, так як воно працює практично без тертя. Великим недоліком вентилів є великий гідравлічний опір;

3. Крани - поворотні запірні пристрої, ущільнювальні поверхні яких під час роботи залишаються в контакті друг з другом і захищені від робочого середовища, що зменшує корозію й ерозію ущільнень, дозволяє застосовувати змащення тертьових поверхонь, підвищує герметичність, надійність і довговічність роботи затвора. Крани мають низький гідравлічний опір, не мають застійних зон. Крани виготовляють повнопрохідними, трьох-і чотириходовими. Недоліком кранів є не дуже надійна герметичність при незначному спрацюванні;

4. Дискові затвори - найбільш простої вид арматури. Мають мінімальні розміри, габарит і вагу. Дуже зручні при великих проходах і низьких тисках. Основним недоліком дискових затворів є низька герметичність, особливо при підвищених тисках.

Вибір типу запірної арматури здійснюється в залежності від конкретних умов і технологічного процесу, властивостей перекачувального середовища, характеру роботи арматури, виду навантажень, температурного режиму. Велику роль відіграють габарити і маса запірної арматури, вид приводу для спрацьовування її, швидкість спрацьовування. Вибір типу арматури визначається надійністю її роботи і економічністю з урахуванням встановлення та обслуговування. Одним з основних властивостей арматури є її герметичність (при перекачуванні отрутних речовин герметичність повинна бути абсолютною, а для води допускається пропуск відносно великих розмірів). Найбільш герметичні вентилі і кульові крани з плаваючою пробкою, в яких для ущільнення використовується зусилля від тиску перекачуємого середовища (у вентилів часто це тиск заважає герметизації). На трубопроводах діаметром більше 300 мм рекомендується застосовувати засувки, в тому числі із контактною поверхнею, покритою пластмасою або спеціальної гумою, а також кульові крани з мастилом або з неметалевим ущільненням. При малих робочих тисках (до 0,6 МПа) і великих проходах арматури найбільш економічні дискові затвори з гумовим ущільненням, там, де потрібна абсолютна герметичність. Для рідин з мехпримісями потрібно застосовувати також запірні пристрої, які забезпечують надійне та щільне перекриття потоку (наприклад, шарові крани з пластмасовими сідлами або дводискові засувки з примусовим очищенням ущільнень при закриванні).

Якщо перекачується середовище яке може застигати або з нього випадає осад, то застосовувати вентилі і засувки не рекомендується, так як у корпусах цієї запірної арматури є застійні зони, де можуть скупчуватися відкладення або замерзати рідина,що перекачується, а це буде ускладнюватиме переміщення запірного елемента. У цьому випадку доцільно застосовувати конічні або кульові крани.

Арматура, що працює на гасі, повинна відповідати вимогам таким же по герметичності, як і для газоподібних середовищ. З газів найбільшу герметичність вимагають водень і гелій.

Для високов'язких нафтопродуктів бажано застосовувати арматуру з обігрівом, тобто корпуси арматури повинні мати або сорочки для теплоносія, або електропідігрів. Особливі вимоги пред'являються до арматур трубопроводів зрідженого газу. Зріджений газ добре розчиняє масла й змащення, а сам не є мастилом. Він руйнує гумові ущільнення, тому в арматурі для зріджених газів необхідно застосувати спеціальні пластмаси. Досить широко застосовуються на трубопроводах скрапленого газу кульові крани з пластмасовим ущільненням. У середовищі зріджених газів добре працюють фторопласт, нейлон, поліетилен. Важливе значення при виборі арматури має характер її роботи - або постійно відкрите (закривання тільки на період ремонту чи в аварійних ситуаціях), або з частим спрацьовуванням (станційного). У першому випадку бажано застосовувати крани, а в другому - краще працюють вентилі, тому що у засувок буде великий знос ущільнень при частому відкритті і закритті. При перекачуванні з різкими коливаннями тиску, що викликають ударні хвилі, застосовувати чавунну арматуру не рекомендується із-за крихкості чавуну. При. наявності вібрації краще застосовувати арматуру з гумовим ущільненням - гума "гасить" коливання.

При необхідності дроселювання потоку найкраще застосувати шиберні засувки або крани. Клинові засувки застосовувати не рекомендується, так як вони створюють додаткову вібрацію потоку - руйнуються самі і руйнують приєднане обладнання. Запірну арматуру з ущільненням із фторопласта можливо експлуатувати в інтервалі температур від - 200°С до +260°С. При низьких температурах експлуатації корпуси запірної арматури необхідно виготовляти з латуні або нікелевих сплавів. Вартість арматури пропорційна її масі. Найбільш дешевими є дискові затвори.

2. Засувки

Засувка - запірний пристрій, в якому прохід перекривається поступальним переміщенням затвора перпендикулярно руху потоку. Вони виготовляються з діаметрами умовних проходів від 50 до 2000 мм при робочому тиску від 0,4 до 20 МПа і температурах перекачуючого середовища до 450°С.

На вітчизняних магістральних нафтопроводах зазвичай застосовують сталеві клинові засувки з електро- або гідропневмоприводом. У газовій промисловості їх застосовують на газопроводах і трубопроводах компресорних і газорозподільних станцій.

Переваги засувок:

- Малий гідравлічний опір при повністю відкритому проході;

- Відсутність повороту потоку перекачуєчого середовища;

- Практично незалежна робота від в'язкості перекачуєчого середовища;

- Простота обслуговування;

- Мала будівельна довжина в порівнянні з іншими видами запірної арматури;

- Незалежність від напрямку руху перекачуємого середовища;

- Достатньо висока ефективність (у порівнянні з іншими запірними пристроями) при умовних проходах більше, 300-400 мм.

Недоліки:

- Велика висота, особливо при великих умовних проходах;

- Неможливість застосування при перекачуванні середовищ з кристалізуючими включеннями;

- Невисока швидкість спрацьовування затвора;

- Можливість виникнення гідравлічного удару в трубі при раптовому перекритті потоку (обрив шпинделя, поломка ходової гайки);

- Труднощі заміни зношених поверхонь ущільнювачів затвора при ремонті.

Засувка складається з корпусу 4, верхньої кришки 7, які утворюють робочу порожнину, запірних і ущільнювальних деталей, встановлених у неї. Герметизація порожнини проводиться прокладками 5 і 8. Корпус засувки являє собою цілісну, литу або зварену конструкцію заввишки більше двох діаметрів перекриваємого проходу. Корпус має два патрубки, якими засувка приєднується до трубопроводу. Усередині корпусу встановлено два кільцевих сідла 1 і затвор 2, який у даному випадку являє собою клин з укріпленими на ньому з двох сторін ущільнювальними кільцевими поверхнями. У закритому положенні ущільнювальні кільця затвора щільно (за допомогою приводу) притискаються до ущільнювальних кілець I корпусу. Ущільнювальні кільця корпусу і затвора виготовляють з антифрикційного матеріалу і запресовують у гнізда, що дозволяє їх міняти в процесі експлуатації. У верхній частині затвора укріплена ходова гайка 3, в яку ввінчений шпиндель 6, жорстко з'єднаний з маховиком II. При обертанні маховика II, ходова гайка з затвором піднімається або опускається, тобто відбувається поступальне переміщення (вгору, вниз) затвора 2. При опущеному затворі з однією з його сторін виникає велика сила, що діє на затвор, що передається на ущільнювальні поверхні сідла. Величина сили залежить від перепаду тисків робочого середовища до і після засувки. Сила підйому затвора залежить від коефіцієнта тертя ущільнювальних кілець і питомого тиску на них. Система "гайка-гвинт" є самогальмівною, що виключає мимовільне переміщення затвора. Ущільнення в місці виходу шпинделя 6 з робочої порожнини засувки забезпечується сальниковим пристроєм 9. Набивка сальника виготовлена з просоченого графітом азбестового шнура і підтискається за допомогою нажимної втулки 10.

Існують різноманітні конструкції засувок. Класифікація засувок по конструкції затвора - вони підрозділяються на клинові і паралельні. Клинові засувки бувають з цільним, пружним або складовим клином. Паралельні засувки випускаються однодискові і дводискові. Всі засувки виготовляються повнопрохідними (діаметр проходу засувки дорівнює діаметру трубопроводу) і із звуженим проходом. В залежності від конструкції системи "гвинт-гайка" та її розташування (в перекачуємому середовищі або поза ним) засувки можуть бути з висувним або не висувним шпинделем. Клиновими називаються засувки, затвор яких має вид плоского клина. Ущільнювальні поверхні в них паралельні ущільнювальним поверхням затвора, які розташовані під деяким кутом до напрямку переміщення затвора. Ці засувки володіють підвищеною герметичністю і малими зусиллями, необхідними для підняття і опускання затвора.

Засувки з пружним клином забезпечують краще ущільнення приходу без спеціальної підгонки, тому що затвор виконаний у вигляді розрізаного клина, обидві частини якого пов'язані між собою пружним елементом. Засувки з складовим клином часто називають дводисковим. Застосовуються для забезпечення високої герметичності.

У паралельних засувках ущільнюючі поверхні сідел паралельні одна одній і перпендикулярні до напрямку потоку. Затвор у таких засувках називають "диском", '"шибером" або "ножем". Недоліком цих засувок є велике зусилля (велика витрата енергії), відкриття та закриття через велике тертя між поверхнями ущільнювачів сідла і затвора, а внаслідок цього - значний їх знос. Однодисковий затвор (шибер) а) виконаний у вигляді пластини з округленою нижньою частиною, в якій є отвір діаметром, рівним діаметру труби, а у верхній частині - пристрій для розміщення хвостової частини шпинделя. При закритті затвор переміщається вниз. Однодискові (шиберні) засувки застосовують тоді, коли не потрібно високої герметичності проходу.

Рис. 1. Засувка

Рис. 2. Клинові затвори а) цільний; б) пружний

Рис. 3. Клинові затвори;

1,7 - обойма; 2 - дошки; 3 - ущільнювальні кільця; 4 - грибок; 5 - напрямні пристрої;6 - обойма для гайки.

Дводискові паралельні засувки з складовим клином застосовуються, коли потрібно надійна герметизація потоку. Вони практично не мають зносу поверхонь ущільнювачів дисків та сідел корпусу.

Рис. 4. Затвори паралельних засувок:

а) однодискові; б) дводискові.

Недоліками цих засувок є: складна конструкція затвора і його нежорсткість; потреба в направляючих для затвора, що ускладнює технологію обробки корпусів. При перекачуванні рідин з низькими температурами і невисокими робочими тисками іноді застосовують засувки з поверхнями ущільнювачів затвора, виготовленими з гуми, фторопласту та ін. У таких засувках сідел немає, а використовуються механічно оброблені поверхні корпусу.

На магістральних нафтопроводах зазвичай використовуються сталеві клинові засувки з електроприводом на Ру = 6,4 ... 8,0 МПа і Ду = 700 ... 1200мм (табл. 1).

Засувки типу 30с905нж встановлюються на трубопроводах для перекачування нафти і нафтопродуктів з робочою температурою від -40 до +40°С. Вони встановлюються на горизонтальній ділянці трубопроводу електроприводом вгору. Електропривод у вибухозахищеному виконанні; спрацьовує при перепаді тиску на запірному органі не більше 5 МПа. Запірний орган має пружний клин. Ущільнювальні поверхні корпусу і клина наплавлені сплавом підвищеної стійкості.

Таблиця 1. Основні габаритні розміри (мм) засувок30с905нж клинових з висувним шпинделем і патрубками під приварення до трубопроводу