На какое давление подбирать арматуру

*- допускается для гидравлических и пневматических устройств
**- не допускается для арматуры общего назначения

Условный проход или номинальный размер указывается с помощью обозначения Dу или DN и числового значения, выбранного из ряда. Например, условный проход (номинальный размер) 200 должен обозначаться: Dу 200 или DN 200.

Условное номинальное давление (Ру или PN) – наибольшее избыточное рабочее давление при температуре рабочей среды 20С, при котором обеспечивается заданный срок службы соединений трубопроводов и арматуры, имеющих определенные размеры, обоснованные расчетом на прочность при выбранных материалах и характеристиках прочности их при температуре 20С.

ГОСТ 26349-84 определяет переметрический ряд номинальных давлений, состоящий из 27 параметров от 0,1 до 1000 кгс/см2 (таблица 7). Условные (номинальные) давления менее 0,1 кгс/см2 следует выбирать из ряда R5, а более 1000 кгс/см2 – из ряда R20 по ГОСТ 8032-56.

В отличие от условного давления различают давления пробное и рабочее.

Пробное давление (Рпр) – это избыточное давление, при котором должно производиться гидравлическое испытание арматуры и деталей трубопровода на прочность и плотность водой при температуре не менее 5С и более 70С, если в нормативно-технической документации не указано конкретное значение этой температуры.

Рабочее давление (Рр) – это наибольшее избыточное давление, при котором обеспечивается заданный режим эксплуатации арматуры и деталей трубопроводов, то есть при заданной рабочей температуре. Температура среды должна приниматься равной температуре, при которой происходит длительная эксплуатация изделия без учета кратковременных отклонений, допускаемых соответствующей нормативно-технической документацией.

Рабочие давления равны условным для арматуры из углеродистой стали при температуре среды от -20 до + 200С, для арматуры из серого чугуна от -15 до +120С, для арматуры из ковкого чугуна от -30 до +120С, для арматуры из латуни и бронзы от -30 до +120С, для титановых сплавов от -40 до + 50С. При повышении рабочей температуры среды допускаемое рабочее давление снижают в зависимости от материала корпусных деталей арматуры. Из углеродистой стали арматуру производят для рабочих температур до 445С, из серого чугуна – до 300С, из ковкого чугуна – до 400С, из бронзы и латуни – до 250С, из титана – до 350С.

Примеры обозначений по ГОСТ 356-80:

• условного давления 40 кгс/см2 — Ру 40 или PN 40
• пробного давления 60 кгс/см2 – Рпр 60
• рабочего давления 250 кгс/см2 при температуре 530С – Рр 250 t 530

Значения условных (номинальных) давлений по ГОСТ 26349-84

Как часто вам доводилось выбрать тип трубопроводного оборудования только затем, чтобы обнаружить, что он работает не так, как вы ожидали?

Несмотря на то, что выбор подходящего типа арматуры и его привода является комплексным процессом, его можно правильно осуществить. Приняв во внимание критерии, обсуждаемые в данной статье, вы можете избежать проблем, сопутствующих неверно выбранной арматуре.

16 нижеперечисленных факторов  зачастую рассматриваются в процессе подбора арматуры. Определение влияния каждого из них в контексте технологических требований каждого процесса, позволит вам выбрать оборудование за оптимальную цену, которое обеспечит годы работы, удовлетворяющей вашим пожеланиям.

 Рабочая среда

Определение среды, которая будет протекать сквозь арматуру, является первым и самым главным фактором, который необходимо принимать во внимание. Высококоррозионные жидкости, такие как те, что транспортируют взвешенные твердые частицы или суспензии, могут требовать применения полнопроходной арматуры, не создающей никаких препятствий потоку в полностью открытом положении. Никогда не применяйте поворотные затворы-бабочки для таких сред.

Если рабочая среда содержит волокнистые частицы, то арматура засорится при регулировании и будет ограниченно ее открытие. Размер лимита будет зависеть от размера и формы частиц, взвешенных в рабочей среде, а также от формы проходного отверстия клапана при дросселировании. Арматура с проходным сечением в форме алмаза, с V-образным проходным сечением и V-образные шаровые клапаны являются именно теми видами арматуры, которые минимизируют закупорку.

Сильновязкие или тягучие жидкости создают высокое падение давления при проходе через арматуру. Арматура с широкой, ровной и простой траекторией движения рабочей среды – такая как шаровые краны, пробковые краны, мембранные клапаны и поворотные затворы-бабочки – сохраняет давление неизменным, и потому должна быть использованы в таких системах.

Регулирование потока

Задайте себе следующие вопросы: должна арматура всего лишь закрывать/открывать трубопровод? Должна ли она регулировать (дросселировать) поток в пределах установленных параметров? Или она должна обеспечивать комбинацию обеих этих функций? Какой уровень протечки допустим для всей системы? Эти вопросы крайне важны при выборе правильного типа арматуры.

Много недорогих регулирующих клапанов обеспечивают превосходное дросселирование, но при этом не обеспечивают высокой герметичности, например, поворотные затворы гарантируют прекрасный контроль за потоком, но не в состоянии обеспечить абсолютную герметичность.

Инструкции по эксплуатации, делающие необходимым как точный контроль над потоком рабочей среды, так и высокую герметичность, накладывают строгие требования на регулирующие клапаны. Порой невозможно достигнуть подобных целей при использовании одного, стандартного типа арматуры. Специальное, единично разработанное решение – либо два стандартных клапана – требуются для достижения желаемых результатов.

Размер клапана

Арматура делится по размеру в зависимости от способности пропустить требуемый объем потока рабочей среды, определяемой коэффициентом пропускной способности арматуры (Сv). Пропускная способность  определяется объемным расходом жидкости в м3/ч с плотностью, равной 1000 кг/м3, пропускаемой регулирующим органом при перепаде давления на нем в 1 кгс/см2. В большинстве ситуаций определение величины регулирующей арматуры может быть основано на Cv, используя простое уравнение. Однако во многих ситуациях другие факторы, такие как сжимаемость потока, вязкость потока, размер трубы, наличие отводов, переходов, закупорок должны быть определены. Формула для таких потоков будет невероятно сложной, и следует связаться с производителем арматуры для определения подходящего значения.

Важно выбрать тип арматуры на основании его пропускной способности для желаемой скорости потока, в противном случае устройство не будет способно пропустить поток. Однако стоит заметить, что заказчики не должны быть одержимы показателем пропускной способности. При постоянно повышающейся конкуренции на рынке трубопроводной арматуры многие производители продвигают свои продукты, чрезмерно подчеркивая более высокий показатель пропускной способности своей арматуры. Стоит заметить, что большинство присутствующих на рынке типов арматуры данного типа и размера будут отличаться в показателе пропускной способности на величину не более 15%. Выбор арматуры с меньшей пропускной способностью приведет к дополнительной потере давления лишь на несколько долей МПа, и, вероятнее всего, не окажет пагубного влияния на работу трубопровода.

Арматура должна быть того же диаметра, как и трубопровод. В противоположность житейской мудрости, лучше сделать ошибку, преуменьшив размер регулирующего клапана, чем преувеличив его.  Если выбранное устройство слишком велико, оно не обеспечит выполнения функции в полном объеме, потому как оно будет функционировать в нижнем пределе открытия клапана (менее 20 %). Когда клапан функционирует при открытии меньше 10% от его пропускной способности, характеристики потока являются ненадежными. Более того, использование клапана в этом узком пределе наносит вред седлу клапана.

Давление в трубопроводе vs перепад давления при прохождении потока сквозь арматуру (ΔP)

Зачастую эти понятия отождествляют. Корпус арматуры испытывает на себе полное давление потока (давление на входе), тогда как перепад давления – это разница между давлением на входе и на выходе из арматуры. Оба вида давления равно важны при выборе регулирующего клапана.  Давление всей системы определяет давление, которое должен выдерживать корпус клапана и присоединительные фланцы, а перепад давления – калибровку клапана.

Корпус клапана и его уплотнение могут легко выдерживать высокое давление трубопровода, тогда как шток клапана может быть слишком слабым, чтобы выдержать перепад давления. В случае, если регулирующий клапан вынужден открываться и закрываться при высоком перепаде давления, пользователь должен учесть возможность высоких шумов при переходе клапана из одного состояния в другое или образование полостей.  Порообразование может повредить внутренние детали клапана и даже нанести вред трубопроводу, расположенному за клапаном. Речь о применении четверть поворотных клапанов обратных (90°), которые способны выдерживать очень высокие давления системы, но не высокие перепады давления.

Индекс давления-температуры (индекс P-Т)

Данный индекс показывает максимальное давление, которое клапан может выдержать при определенной температуре, зависящее от конструкционного материала, выбранного при производстве клапана.  Способность держать давление падает по мере роста температуры. Обычно, корпус арматуры может выдерживать высокие давления, тогда как седло не в состоянии, что и определяет «общий» индекс давления-температуры клапана.

Нормальное vs расчетное давление/температура

Функционирует ли трубопроводная арматура продолжительное время при давлении и температуре близким к максимальным значениям всей системы? Наступает ли максимальное давление и температура системы одновременно? Наступают ли подобные условия только, когда клапан открыт? Ответы на эти вопросы предопределят тип арматуры и материал рабочего органа. Много недорогих клапанов с неметаллическим уплотнением в состоянии легко выдерживать высокое давление при больших температурах в течение коротких интервалов времени, особенно в открытом положении. Арматура с металлическим уплотнением, с другой стороны, может выдерживать намного более высокие температуры на протяжении длительных периодов времени как в открытом положении, так и в закрытом, однако не в состоянии обеспечить полную герметичность.

Материал изготовления

Выбор материалов, из которого производится арматура, зависит от их коррозионной стойкости по отношению к рабочей среде. Рассматриваются как металлические, так и неметаллические компоненты. Однако задайте себе вопрос: остается арматура открытой или закрытой большую часть времени? Многие материалы демонстрируют разные коррозионные характеристики  в закрытом и открытом состоянии.  Рассмотрим монель, никелево-медный сплав. Монель прекрасно подходит для взаимодействия с рассолом в текучем состоянии, но крайне ненадежен в случае использования арматуры в закрытом состоянии (Инконель, жаропрочный и жаростойкий сплав на никелевой основе, будет гораздо более подходящим выбором). Материалы должны обладать высокой коррозионной стойкостью к рабочей среде, и особенное внимание должно быть уделено возможности щелевой коррозии и электрохимической коррозии, которые могут образоваться, когда разнородные частицы вступают в контакт друг с другом.

Концентрация действующего вещества в рабочей среде крайне важна. С большинством реагентом легче работать в разбавленном состоянии. Однако кислоты, такие как серная, становятся более агрессивными, когда их разбавляют с водой. Некоторые органические материалы, не являющиеся коррозионными сами  по себе, приобретают такое свойство в присутствии воды.

Температура также является важным фактором, который необходимо учитывать при выборе арматуры, потому что по мере ее роста растет коррозия. Кроме того, при очень высоких температурах способность арматуры выдерживать давление может быть резко снижена из-за значительного ухудшения как металлических, так и неметаллических материалов.

Предел изменений регулируемого параметра арматуры

Соотношение максимальной к минимальной величине расхода может контролироваться арматурой. Регулирующий клапан с более широким диапазоном сможет контролировать поток с большими величинами расхода. Определите для себя, какой диапазон вам потребуется. Порой это является самым важным фактором при выборе правильного типа арматуры. Обычно, вентили с быстро открывающимся, плоским диском обеспечивают высокий диапазон регулировки, тогда как четверть-поворотная арматура, такая как шаровые краны, пробковые краны, затворы-бабочки, наилучшим образом подходит для систем, требующих диапазон изменений равный 50 единицам.  Главное, что стоит помнить, это не быть одержимым применением арматуры очень высоким диапазоном, потому как ни один из процессов не использует весь этот диапазон. Точность позиционирования запорного органа находится за рамками пределов точности большинства приводов.

Огнезащитная конструкция

Огнезащитная арматура допускает небольшие подтеки (как внутренние сквозь седло, так и внешние сквозь шток) при взаимодействии с огнем. В данном типе арматуры используется двойное расположение седел, изготовленных из пластики и металла. Решите, так ли важна огнезащитная конструкция. Исключите использование данной арматуры, если это возможно. Среди иных проблем: пожаробезопасная арматура обычно требует приводов большего размера.

Точный контроль

Некоторые контуры регулирования требуют высокоточного контроля  при столкновении со значительными помехами. Лишь незначительные отклонения от установленных значений допустимы. Регулирующий клапан должен иметь хорошую динамическую производительность, демонстрировать быстроту реакции, чувствительность, стабильность и воспроизводимость.  Для достижения этого, арматура должна иметь низкое трение, отсутствие люфта и нестабильной структуры потока. Поворотные клапаны, такие как высокопроизводительные затворы-бабочки и конусные затворы, построенные на базе уплотнительных поверхностей и набивки низкого трения — наилучшие варианты. Шаровые краны имеют больший мертвый ход и не рекомендуются. Аналогично, арматура поступательного движения, такая как запорные клапаны, не в состоянии обеспечить низкое трение поворотных клапанов.

Приводы

Приводы должны быть достаточно жесткими, чтобы противостоять возмущениями, вызываемыми движением жидкости, когда клапан осуществляет регулирование потока. Они должны не иметь мертвого хода, малое трение и хорошие характеристики обратной связи. Пневматические пружинные приводы имеют низкое трение и люфт в сравнении с пневматическими плунжерными приводами. Электрогидравлические приводы имеют лучшие динамические характеристики, чем электромеханические приводы.  Также важен метод присоединения привода к штоку арматуры, потому как это главный источник мертвого хода. Коническое шлицевое соединение является прекрасным примером полного отсутствия мертвого хода. Более того, клапанный позиционер может быть тоже смонтирован на регулируемом клапане для обеспечения точного контроля.

Соображения относительно аэродинамических шумов

Аэродинамический шум, вызванный прохождением потока рабочей среды сквозь арматуру, может быть определен из документации производителя. На рынке имеется арматура с низким уровнем шума.  Однако, следует определиться, оправдано ли ее использование в силу того, что такая арматура значительно дороже. К тому же, она имеет более низкую пропускную способность. Низкое проходное сечение в некоторых «малошумных» конструкциях склонно забиваться наносами, еще более сокращая их пропускную способность.

Если уровень шума ниже 100 дБ, наиболее экономичным путем сокращения шума является использование одного из средств воздействия на трубопровод, например, изоляции, толстостенных или шумоглушителей. Уровень шума, превышающий 100 дБ, может вызвать опасные вибрации трубопровода, одного воздействия на трубопровод будет недостаточно. Появляется необходимость оказывать воздействие на сам поток, например использование ограничителей потока вместе с арматурой. Рассмотрите возможность установки арматуры, склонной к шуму, в места отдаленных от работы персонала.

Двусторонне уплотнение

Определите для себя, является ли это функция по-настоящему необходимой. В большинстве ситуаций требуется, чтобы арматура пропускала среду только в одном направлении, с чем и справится однонаправленная арматура. Принимайте во внимание последствия неправильной установки однонаправленной арматуры в обратном направлении. Порой монтажники устанавливают однонаправленные клапаны неверно. Также помните, что характеристики определенных видов арматуры могут варьироваться в зависимости от направления потока.

Простота обслуживания

Некоторые виды арматуры, особенно шаровые краны и вентили начального уровня, обладают простотой обслуживания и не требуют демонтажа с трубопровода для замены седла и запорного органа. Аналогично, арматура с неметаллическим уплотнением и седлами не требует высокой полировки поверхности для поддержания герметичности в противовес арматуре с седлами, изготовленными из металла, в которой запорный орган и седло должны быть плотно подогнаны друг к другу. Подгонка – крайне трудозатратный процесс и, во многих случаях, требует специального инструментария.

Особенные условия

Специальные и изготовленные на заказ единицы арматуры часто требуются для сложных приложений, транспортирующих такие среды, как сухие вещества, потоки с высоким давлением/температурой, высокотемпературные жидкости склонные к отвердеванию при охлаждении до окружающей температуры, криогенные жидкости при температуре ниже -70 °С, вакуум, легковоспламеняющиеся среды, сухой хлор, опасные токсичные среды и жидкости с высоким перепадом давления.  Материалы должны обладать не только достаточной прочностью и сопротивляемостью коррозии, но и иметь крайне низкую коррозионную истираемость. Чрезвычайно низкие температуры могут вызывать у эластомеров, и даже у металлов, ломкость и, как результат, растрескиваться. Смазочные материалы становятся густыми и неэффективными, вызывая потерю требуемой упругости уплотнительных поверхностей.

Когда одновременно существуют две разнонаправленных экстремальные ситуации в одном техническом приложении, решение одной проблемы может быть диаметрально противоположным рекомендациям по решению другой проблемы. К примеру, для уменьшения закупорки арматуры, транспортирующей твердые или волокнистые частицы, она должна иметь большое подвижное отверстие, но для минимизации шума, или для избегания образования полостей проходные отверстия должны быть маленькими, длинными и извилистыми. Если одновременно присутствуют обе ситуации, выбор возможных решений может быть крайне ограничен. Твердые частицы должны быть улавливаемы перед арматурой, либо давление должно быть уменьшено поэтапно путем прохождения средой двух или более деталей арматуры, установленных в рамках одной системы.  Иногда насос с переменных расходом требуется для поддержания скорости потока.

Влияние трубопровода

Арматура, как правило, может легко выдерживать обычные нагрузки, прилагаемые трубопроводом такого же размера. Однако, если арматура на два или больше размеров меньше, чем сечение трубопровода, она может испытывать опасные высокие изгибающие нагрузки. Высокие изгибающие напряжения будут деформировать корпус арматуры и могут вызвать как внутреннюю, так и внешнюю протечку.

Одним из решений может быть использование серийно труб нескольких диаметров так, что трубы будут слегка пружинить (растягиваться), работая в качестве предохранителя для арматуры. Качество фланцевого уплотнения и крепежа, также как и длина болтов, равно важны для обеспечения хорошего фланцевого соединения.

Внезапное открытие или закрытие арматуры может приложить чрезмерные силы на арматуру. Рост давления, вызванный внезапным закрытием арматуры, известный как гидроудар, предсказуем. Внезапное открытие арматуры, выпускающее жидкос