Промышленная трубопроводная арматура: назначение и классификация

Промышленная трубопроводная арматура – наименование ряда устройств, предназначенных для монтажа на агрегатах, сосудах или трубопроводах. Главная эксплуатационная задача трубопроводной арматуры – управление (распределение, отключение, сброс, регулирование и т.п.) потоками газообразных, порошкообразных, жидкостных, газожидкостных рабочих сред при помощи увеличения или уменьшения площади проходного сечения.

Традиционно выделяют два основных эксплуатационных параметра трубопроводной арматуры: номинальный размер (условный проход) и номинальное (условное) давление.

Условный проход (DN или Ду) – параметр, при помощи которого характеризуют соединительные элементы трубопровода: условный проход (номинальный размер арматуры) выражается в миллиметрах и приблизительно равен внутренней площади диаметра присоединяемого элемента.

* Допускается применять для гидравлических и пневматических устройств.
** Не допускается применять для арматуры общего назначения.

Номинальное (условное) давление (PN или Ру) – максимальное избыточное давление в системе при температуре рабочей среды 20° С, позволяющее обеспечить эксплуатационный срок службы отдельных элементов соединительной арматуры и трубопровода. Обозначения и значения условного давления должны соответствовать номиналам, указанным в ГОСТ 26349-84.

Выбор номинальных давлений менее 0,01 МПа осуществляется из ряда R5, более 100 МПа – из ряда R20 (согласно ГОСТ 8032-84).

При маркировке трубопроводной арматуры, конструкция которой была разработана до 01.01.1992-го года допускается применение обозначения номинального давления Ру. Обозначение условного давления PN6 возможно применять вместо обозначения PN 6,3.

Рабочее давление Pр – максимальное избыточное давление при рабочих температурах, обеспечивающих заданный режим эксплуатации трубопроводной арматуры.

Пробное давление Рпр – избыточное давление, при котором можно проводить гидравлические испытания трубопроводной арматуры и соединительных элементов на герметичность и прочность. Значения пробных давлений определяются согласно ГОСТ 356-80. Если значение рабочего давления ниже 20 МПа, то пробное давление будет примерно в 1,5 раза выше Pр.

Классификация промышленной трубопроводной арматуры осуществляется с учетом нескольких технических, функциональных и эксплуатационных характеристик.

Область применения

В зависимости от области и сферы применения выделяют следующие виды промышленной трубопроводной арматуры: трубопроводная арматура общего назначения, арматура для особых условий работы, специальная арматура, транспортная и судовая арматура, сантехническая арматура.

1. Трубопроводная арматура общего назначения выпускается серийно и предназначена для эксплуатации в любых сферах и отраслях промышленности.
2. Трубопроводная арматура для особых условий работы предназначена для эксплуатации в энергетических системах, имеющих высокие технологические характеристики. Кроме этого, промышленная арматура данного типа применяется при монтаже трубопроводов, при помощи которых осуществляется транспортировка высокотоксичных и агрессивных рабочих сред.
3. Разработка и производство специальной арматуры осуществляется, как правило, по специальным заказам отдельных ведомств или госпредприятий. Область применения специальной арматуры – судовые энергетические установки, объекты Минобороны, атомные электростанции и т.п.
4. Транспортная и судовая арматура производится для эксплуатации в транспортной отрасли и, в частности, используется в судостроении. К арматуре данного класса предъявляются повышенные технические требования: при производстве транспортной арматуры учитываются габариты, масса изделий, возможность эксплуатации арматуры в различных климатических зонах и другие характеристики.
5. Сантехническая арматура применяется для комплектации и организации функциональности различных видов бытового оборудования. Арматура данного типа, как правило, имеет небольшой диаметр и не вызывает каких-либо трудностей при эксплуатации. Производство и выпуск сантехнической арматуры осуществляется на поточных линиях. При производстве сантехнической арматуры особое внимание традиционно уделяется потребительским характеристикам и, в частности, дизайну изделий.

Функциональное назначение

В зависимости от функционального назначения выделяют следующие виды промышленной трубопроводной арматуры: запорная, регулирующая, распределительно-смесительная, предохранительная, защитная и фазоразделительная.

1. Функциональное назначение запорной арматуры – полное открытие или перекрытие потока в трубопроводе. Эксплуатация запорной арматуры определяется технологическими требованиями.
2. Трубопроводная арматура регулирующего типа применяется для регулирования параметров рабочих сред посредством изменения расхода. Регулирующая арматура – это различные модели регуляторов давления, регуляторы уровня жидкости, дросселирующая арматура, регулирующие клапаны и др.
3. Основное предназначение разделительно-смесительной арматуры (клапаны, краны) – смешивание потоков рабочей среды, перенаправление потоков в необходимом направлении.
4. Предохранительная арматура применяется для автоматической защиты трубопроводов и оборудования от избыточного давления. При эксплуатации предохранительной арматуры предупреждение аварийных ситуаций осуществляется при помощи сброса избытка рабочей среды из системы. Наиболее распространенными видами предохранительной арматуры являются импульсные предохранительные устройства, предохранительные клапаны, перепускные клапаны, мембранные разрывные устройства.
5. Функциональное назначение защитной арматуры (отключающие и обратные клапаны) – автоматическая защита трубопроводов и оборудования от сбоев в технологическом процессе вследствие изменения параметров рабочих сред, изменения направления потоков. При эксплуатации защитной арматуры предупреждение аварийных ситуаций осуществляется без выброса избытка рабочей среды из системы.
6. Фазоразделительная трубопроводная арматура применятся при необходимости организации автоматического разделения рабочих сред с учетом их текущего состояния и фазы. Наиболее распространенными видами фазоразделительной арматуры являются газоотделители, конденсатоотводчики, воздухоотделители и маслоотделители.

Конструктивные типы

В зависимости от конструкционных особенностей выделяют следующие типы промышленной трубопроводной арматуры: задвижки, клапаны (вентили), краны, затворы.

1. Задвижка – конструктивный тип трубопроводной арматуры, перемещение рабочего органа которой осуществляется перпендикулярно в отношении направления потока рабочей среды. Как правило, наиболее часто задвижки используются в качестве запорной трубопроводной арматуры.
2. Клапан (вентиль) – конструктивный тип промышленной арматуры, перемещение регулирующего или запорного органа которой осуществляется параллельно оси потока рабочей среды. Выделяют разновидность данного типа арматуры – мембранные клапаны. В конструкции мембранного клапана в роли запорного элемента выступает мембрана, которая фиксируется между корпусом и крышкой по внешнему периметру и выполняет функцию уплотнения запорного органа, корпусных деталей и подвижных элементов относительно внешней среды.
3. Кран – конструктивный тип трубопроводной промышленной арматуры, регулирующий или запорный орган которой имеет форму тела вращения (или его части), поворачивается вокруг своей оси и располагается произвольно по отношению направления потока.
4. Затвор – конструктивный тип трубопроводной арматуры, регулирующий или запорный орган которой имеет форму диска и поворачивается вокруг не собственной оси.

Условное давление рабочей среды

• Вакуумная арматура (давление рабочей среды ниже 0,1 МПа абс.)
• Низкого давления (0-1,5 МПа)
• Арматура среднего давления (1,5-10 МПа)
• Высокого давления (10-80 МПа)
• Трубопроводная арматура сверхвысокого давления (80 и более МПа)

Способ присоединения к трубопроводу

В зависимости от способа крепления к трубопроводу выделяют следующие виды промышленной арматуры: муфтовая, ниппельная, арматура под приварку, стяжная, цапковая, фланцевая, штуцерная.

1. Присоединение муфтовой промышленной арматуры к трубопроводу осуществляется при помощи муфт, имеющих внутреннюю резьбу.
2. Присоединение ниппельной арматуры к трубопроводу производится при помощи ниппеля.
3. Присоединение трубопроводной арматуры, предназначенной под приварку, осуществляется при помощи сварки. Данный способ присоединения арматуры к трубопроводу имеет как преимущества, так и очевидные недостатки. В частности, качественная приварка арматуры гарантирует абсолютную герметичность соединения, не требует обслуживания (подтяжки фланцевых соединений), однако может вызвать определенные проблемы при проведении ремонтных работ, работ по замене элементов арматуры.
4. Крепление стяжной арматуры к трубопроводу производится при помощи гаек и шпилек.
5. .Присоединение фланцевой арматуры к трубопроводу производится при помощи фланцев. Данный метод крепления также имеет преимущества (возможность многократного монтажа и демонтажа арматуры, высокая прочность, возможность эксплуатации при условии широкого диапазона рабочих давлений и проходов) и недостатки (возможное ослабление крепления, потеря герметичности соединения, большая масса и габариты).
6. Монтаж цапковой арматуры к трубопроводу производится на наружной резьбе с буртиком под уплотнение.
7. Штуцерная арматура крепится к трубопроводу при помощи штуцеров.

Способ герметизации

В зависимости от способа герметизации выделяют следующие виды промышленной трубопроводной арматуры: мембранная, сильфонная, сальниковая.

1. При помощи мембранной арматуры производится уплотнение элементов корпуса, подвижных соединительных элементов относительно внешней среды. Кроме этого, мембранная арматура позволяет обеспечить уплотнение в затворе.
2. Сальниковая арматура позволяет обеспечить уплотнение шпинделя или штока относительно внешней среды: герметизация соединения осуществляется при помощи сальниковой набивки, находящейся в непосредственном контакте с подвижным шпинделем или штоком.
3. Сильфонная арматура применяется с целью уплотнения подвижных деталей (шпинделя, штока) относительно внешней среды. В качестве уплотнителя используется сильфон, являющийся силовым или чувствительным элементом конструкции.

Способ управления

В зависимости от способа управления выделяют следующие виды промышленной трубопроводной арматуры: приводная арматура, арматура с дистанционным, автоматическим и дистанционным управлением.

1. Главная особенность арматуры, предназначенной для дистанционного управления, - отсутствие органа управления. Соединение с органом управления производится при помощи переходных элементов (колонки, штанги и др.).
2. Управление приводной трубопроводной арматурой осуществляется при помощи привода (дистанционно или непосредственно).
3. Управление промышленной трубопроводной арматурой, предназначенной для автоматического управления, осуществляется без участия оператора. Автоматическое управление обеспечивается за счет непосредственного воздействия рабочей среды на силовой или чувствительный элемент, либо при помощи сигналов, поступающих на привод из приборов и устройств АСУ.
4. Управление арматурой с ручным управлением осуществляется при помощи оператора.

Согласно ГОСТ 9544-93, для всех видов запорной арматуры (за исключением специальной арматуры и арматуры с электроприводом) установлены следующие классы герметичности соединений при условном давлении от 0,1 МПа и более.

Таблица минимальной продолжительности гидравлических испытаний затора:

Таблица зависимости величин сред и давлений для гидравлических испытаний от номинальных (условных) давлений и диаметров:

Выбор среды для гидравлических испытаний осуществляется в зависимости от функционального назначения трубопроводной арматуры и соответствия требованиям ГОСТ (вода — ГОСТ P 51232-98, воздух — классу 0 ГОСТ 17433-80). При проведении гидравлических испытаний температура испытательной среды должна быть менее 5° С, но и не более 40° С. Допустимая погрешность при измерении протечек: ±0,01 см³/мин. для протечек менее 0,1 см³/мин. и ±5% для протечек более 0,1 см³/мин.

Условное обозначение арматуры по классификации ЦКБА (таблица-фигура)

Классификации трубопроводной промышленной арматуры (классификация ЦКБА) производится на основании принятых условных обозначений, состоящих из букв и цифр. Первые две цифры в маркировке изделия указывают на тип промышленной арматуры (см. табл. 1). Буква (или комбинация букв) после первых двух цифр указывает, из какого материала изготовлен корпус изделия (см. табл. 2). После букв (или комбинации букв) следуют одна или две цифры, обозначающие номер модели. Если после буквенного обозначения указаны три цифры, то первая - это вид привода (см. табл. 3), а две последующих цифры - номер модели. Последние буквы в маркировке обозначают материал, из которого изготовлены уплотнительные поверхности, (см. табл.4) или указывают на метод, при помощи которого осуществлялось внутреннее покрытие корпуса изделия (см. табл. 5). Арматура, изготовленная без наплавленных или вставных колец, обозначается «бк».

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4

Таблица 5

Параллельно с системой классификации ЦКБА для классификации промышленной арматуры нередко используется система кодов, полученных в результате сокращения заводского наименования изделий. Например, для обозначения шарового крана, имеющего номинальное давление 16 кг/см³ и условный проход 15 мм, используется обозначение КШ-16/15. Для обозначения некоторых видов арматурных конструкций используется только номер чертежной документации, согласно которой они были изготовлены. Нередко при классификации изделий указывается буква, обозначающая наименование завода-производителя.

Для классификации арматуры, предназначенной для эксплуатации в таких отраслях как нефтепереработка и нефтедобыча, также используется условное обозначение из цифр и букв. Если буквы обозначают тип арматуры, то цифровое значение – эксплуатационные параметры изделия. Например, задвижка клиновая литая 2-й модификации, имеющая номинальное давление 16 кг/см³ и условный проход 200 мм, обозначается как ЗКЛ2-200-16.

Для обозначения рабочей среды в каталогах промышленной трубопроводной арматуры принято использовать сокращения (см. табл. 6).

Таблица 6

Выбор запорной арматуры для систем газораспределения

При осуществлении выбора трубопроводной запорной арматуры, предназначенной для эксплуатации в системах газораспределения, необходимо руководствоваться следующими положениями и нормативными документами: ПБ 12-529-03, СНиП 42-01-2002 и СП 42-101-2003. В сетях газоснабжения, имеющих давление до 1,6 МПа, рекомендуется (в зависимости от эксплуатационных условий) использовать типы трубопроводной арматуры, указанные в таблице:

При монтаже трубопроводной арматуры на наружных газопроводах в районах с холодными климатическими условиями необходимо использовать изделия в климатическом исполнении УХЛ1, УХЛ2, ХЛ1, ХЛ2. При проведении монтажных работ трубопроводной арматуры на внутренних газопроводах в отапливаемых помещениях необходимо выбирать изделия в климатическом исполнении У1, У2, У3, У5, УХЛ4, УХЛ5, ХЛ5, а для неотапливаемых помещений рекомендуется использовать УХЛ3, ХЛ3 (согласно ГОСТ 15150-69).

При монтаже трубопроводной арматуры на внутренних (в неотапливаемых помещениях) и наружных газопроводах в зонах с умеренно холодным климатом необходимо выбирать изделия в климатическом исполнении У1, У2, У3, УХЛ1, УХЛ2, УХЛ3 (согласно ГОСТ 15150-69).

Выбирать трубопроводную арматуру для наружных и внутренних газопроводов в неотапливаемых помещениях, учитывая рабочее давление в системе, климатические условия, материал корпуса, рекомендуется на основании данных, приведенных в таблице:

* Производство корпусных деталей арматуры должно осуществляться из следующих материалов: штампованные и кованые изделия – деформируемый сплав марки Д-16 (возможно применение сплава Д-1), литые изделия – гарантированного качества с механическими свойствами не ниже марки АК - 7ч (АЛ-9) (согласно ГОСТ 1583-93).

В качестве расчетной температуры эксплуатации арматуры и температуры рабочей среды принято выбирать температуру наиболее холодной недели обеспеченностью 0,92 (согласно СНиП 23-01-99).

Герметическая плотность затвора кранов и задвижек с условным (номинальным) проходом до 80 мм должна соответствовать классу В. При наличии условного прохода выше 80 мм — классу С (согласно ГОСТ 9544-93).

Герметическая плотность затвора натяжных конусных кранов с условным давлением до 0,1 МПа, на которые не распространяется действие ГОСТ 9544-93, должна соответствовать нормам класса для рабочего давления 0,1 МПа (согласно ГОСТ 9544-93).

Герметическая плотность затвора вентилей, монтаж которых осуществляется на газопроводах жидкой фазы СУГ, должна соответствовать классу А. При монтаже заторов вентилей на другие виды газопроводов — соответствие классу В (согласно ГОСТ 9544-93).

Трубопроводная промышленная арматура, задействованная в системах газоснабжения, должна иметь паспорт, в котором сделана запись, что рабочей средой для данного изделия является сжиженный или природный газ.

В ряде случаев (при условии соответствия требований, предъявляемых к герметичности изделий; при стойкости уплотнительных материалов затвора и разъемов корпуса к транспортируемому газу) эксплуатация арматуры, предназначенной для природного или сжиженного газа, возможна для пара, воды и аммиака.

Выбор рабочего и условного давления запорной арматуры осуществляется в зависимости от параметров рабочего давления в системе и должен соответствовать данным, указанным в следующей таблице:

Согласно требованиям ГОСТ 4666-75, все виды трубопроводной запорной арматуры должны иметь маркировку и отличительную окраску. Маркировка наносится на корпус изделия и должна содержать товарный знак производителя, рабочее или номинальное давление, условный проход и, при необходимости, указатель направления потока рабочей среды. Окраска крышки и корпуса запорной арматуры осуществляется в зависимости от материала.

Электрический привод запорной арматуры должен быть изготовлен во взрывозащищенном исполнении.