Трубопроводная арматура промышленных предприятий

Министерство  образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение

Высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский 

Томский политехнический университет» 

Кафедра ХТРЭ 
 
 
 

Реферат на тему: «Трубопроводная арматура промышленных предприятий» 
 
 
 
 
 
 

Выполнил:

                                                               Проверил: доцент Брус И.Д. 
 
 
 

Томск – 2011

содержание

     1. Общие технические данные и нормативы:

     1.1. Терминология и классификация.

     1.2. Трубы и фасонные части трубопроводов.

     1.3. Основные эксплуатационные параметры  арматуры.

     1.4. Основные монтажные параметры  арматуры.

     1.5. Материалы, применяемые для деталей.

     2. Промышленная арматура промышленного  назначения:

     2.1. Общие сведения.

     2.2. Запорная арматура.

     2.3. Регулирующая арматура.

     2.4. Предохранительная арматура.

     2.5. Защитная арматура.

     2.6. Фазоразделительная арматура.

     2.7. Приводы для управления рудопроводной арматурой.

     3. Арматура для коррозийных сред

     4. Арматура, применяемая при высоких давлениях.

     5. Вакуумная арматура.

     6. Требования, применяемые к арматуре АЭС и предприятий,  перерабатывающих радиоактивные вещества.

     7.Список  литературы 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Терминология  и классификация. 

     Трубопроводной  арматурой называют устройства, монтируемые  на трубопроводах, котлах, аппаратах, агрегатах, емкостях и других установках, предназначенные для управления потоками сред путем отключения трубопроводов или их участков, распределение потоков по требуемым направлениям, регулирования различных параметров среды ( давления P, расхода G, температуры Т и т.д.), выпуска среды по требуемому направлению и т.д. путем изменения проходного сечения в рабочем органе арматуры.

     Далее в описании термин «трубопроводная арматура» заменен сокращенным обозначением ТА.

     В практике под термином ТА часто понимают и соединительные части трубопроводов, однако в данном курсе эти детали систем не рассматриваются. В целом, на наш взгляд, по отношению к ним термин ТА является не совсем подходящим. Более соответствует термин «соединительные детали». Аналогичный подход принят в зарубежной практике, где подобные детали называют словом фиттинг.

     Следует особо подчеркнуть, что принципиально ничего другого, как перекрытия проходного сечения, в ТА не происходит. Какие бы функции не выполняла ТА, принцип ее действия основан только на изменении проходного сечения потока. Так, в смесители кухонной мойки или ванной комнаты мы регулируем температуру воды, изменяя соотношение потоков холодной и горячей воды, однако достигается это тем, что изменяется проходное сечение для каждого из потоков. Регулятор давления, устанавливаемый на газовом баллоне, поддерживает постоянное давление перед газовыми горелками, автоматически изменяя проходное сечение для потока газа так, что при требуемом расходе избыточное давление гасится в проходном сечении.

     Конструкция арматуры в общем случае содержит следующие основные элементы: корпус с присоединительными патрубками, крышку корпуса, рабочий орган, привод.

     Рабочий орган арматуры состоит из двух элементов - седла и затвора. Седло является неподвижной частью рабочего органа, расположено на корпусе и представляет из себя канал или отверстие для прохода потока, окруженное уплотнительной поверхностью, к которой должен плотно примыкать затвор. Затвор является подвижной частью рабочего органа и представляет из себя деталь или конструктивно объединенную группу деталей, предназначенных для перекрытия проходного отверстия седла и перемещающуюся или поворачивающуюся относительно седла. Затвор имеет уплотнительное кольцо для посадки на седло и герметизации рабочего органа.

     Управление  арматурой осуществляется при помощи деталей, образующих подвижное соединение (шток или шпиндель) в крышке корпуса  или корпусе. Это подвижное соединение герметизировано по отношению к  внешней среде.

     Для перемещения затвора используются различные механизмы, чаще всего  винтовая пара. При использовании  винтовой пары стержень, на котором закреплен клапан затвора, имеет винтовую резьбу и называется шпинделем. По резьбе шпинделя перемещается ходовая гайка, являющаяся вторым элементом винтовой пары. Если же затвор перемещается возвратно-поступательно без вращения, то стержень называется штоком. При ручном управлении или электрическом приводе чаще используют шпиндельную ТА, а при наличии мембранного или поршневого привода для перемещения затвора используется шток.

     При работе ТА ее конструктивные элементы соприкасаются с различными потоками сред. Различают следующие виды сред:

     • рабочая

     • окружающая

     • командная

     • управляющая  

     Рабочая среда - это среда, для управления потоком которой и предназначена арматура, то есть тот поток, который протекает через рабочий орган арматуры.

     Окружающая  среда - это среда, которая окружает корпус арматуры. Чаще всего окружающей средой является воздух, однако могут быть и другие варианты. Так, для судовой арматуры окружающей средой может быть морская вода, для нефтяной арматуры - сырая нефть и т.д.

     Командная среда - это среда, посредством которой передается управляющий импульс для работы арматуры. При использовании пневмоавтоматики это может быть сжатый воздух, при использовании гидроавтоматики - масло. Для многих регуляторов роль командной среды выполняет сама рабочая среда, передавая по трубке импульс давления. При использовании электроавтоматики и электропривода командная среда отсутствует, так как управляющий импульс является электрическим.

     Управляющая среда - это среда, которая осуществляет силовое воздейст-вие для перемещения рабочего органа арматуры в требуемое положение. Она имеет место лишь в ТА, снабженной пневмо или гидроприводом. Роль управляющей среды во многих регуляторах выполняет рабочая среда, так как перемещение рабочего органа происходит под давлением рабочей среды.  

     Классификация трубопроводной арматуры 

     Классификация ТА осуществляется по различным признакам.

     По  целевому назначению ТА подразделяется на следующие группы:

     • промышленная

     • сантехническая

     • лабораторная  

     Промышленная  ТА предназначена для установки на трубопроводах и технологических установках различного профиля. Она подразделяется на арматуру общего назначения, предназначенную для установки в системах, эксплуатируемых в обычных условиях, и специальную, к которой предъявляются особые требования в связи со специфическим характером систем, в которых она установлена.

     Сантехническая  ТА предназначена для установки во внутренних санитарно-технических системах зданий. К ней относятся водоразборные краны, смесители.

     Лабораторная  ТА является, как правило, арматурой небольших размеров. Она имеет специфическую конструкцию в связи с тем, что к ней предъявляются совершенно особые требования. Она, как правило, не рассчитана на работу при больших давлениях и температурах.

     По  области применения ТА подразделяется на следующие группы:

     • пароводяная

     • газовая

     • нефтяная

     • энергетическая

     • химическая

     • судовая

     • резервуарная  

     Проводяная ТА является наиболее характерной для использования в системах отопления, вентиляции и теплоснабжения. Само название говорит о том, что она предназначена для работы на воде и паре. Эта арматура выпускается на широкий диапазон рабочих давлений и температур.

     Энергетическая  ТА является, как правило, пароводяной арматурой, предназначенной для работы при высоких давлениях и температурах, характерных для крупных энергетических котлов, турбин и других установок. Энергетические паровые котлы эксплуатируются при давлениях 300 и более атмосфер, а температура пара превышает 500 ^оС. Столь высокие рабочие параметры предъявляют жесткие требования к материалу и качеству араматуры.

     Газовая ТА предназначена для установки в системах газоснабжения. К ней предъявляются повышенные требования герметичности в связи с пожаро и взрывоопасностью рабочей среды.

     Нефтяная  ТА является арматурой, предназначенной для установки в системах и трубопроводах, по которым транспортируется сырая нефть и нефтепродукты. Эта арматура должна обладать повышенной коррозионной стойкостью в связи с тем, что нефть является весьма агрессивной средой.

     Химическая  ТА предназначена для работы на очень агрессивной среде, включая концентрированные кислоты и щелочи. Эта арматура в основном применяется в химической промышленности и не характерна для систем ТГВ. Основным средством повышения коррозионной стойкости этой арматуры является использование специальных материалов для корпуса и деталей.

     Судовая ТА разрабатывается для использования на флоте и морских сооружениях. Основным требованием к ней является высокая стойкость к воздействию морской воды, надежность, небольшие габариты и возможность работы в различных положениях в условиях качки.

     Резервуарная  ТА предназначена для установки на резервуарах и емкостях. Основной отличительной ее чертой является наличие одного присоединительного конца, а не двух, как у остальных типов арматуры.

     По  принципу управления и действия ТА подразделяется на следующие группы:

     • управляемая

     а) с ручным приводом

     б) с механическим приводом

     в) под дистанционно расположенный  привод

     • автоматически действующая (автономная)  

     Управляемая ТА отличается тем, что перемещение рабочего органа осуществляется за счет внешнего силового воздействия от некого внешнего источника энергии - ручного усилия, электрическим мотором, пневмоприводом или гидроцилиндром. Управляемая ТА под дистанционно расположенный привод отличается наличием специальной механической передачи, позволяющей отнести источник силового воздействия от самой арматуры. Так, например, оператор котельной управляет задвижкой на паропроводе, находящейся над котлом, сам в это время находясь у фронта котла.

     Управляемая ТА может быть снабжена дополнительно  силовой возвратной пружиной, возвращающей рабочий орган в определенное положение при отключении управляющего воздействия. При подаче управляющего силового воздействия оно преодолевает действие возвратной пружины и переводит рабочий орган в другое положение. В зависимости от того, в каком положении находится рабочий орган такой арматуры при отсутствии (снятии) управляющего воздействия, бывает ТА «нормально открытая» и «нормально закрытая». Как правило, такая арматура применяется для повышения безопасности работы установок и систем и предотвращения аварийной ситуации, то есть выполняет функции защиты. Так, например, при отключении электроснабжения котельной клапан на топливном трубопроводе должен самопроизвольно вернуться в закрытое положение, что предотвратит взрыво и пожароопасную ситуацию. Следовательно, здесь следует использовать ТА в исполнении «нормально закрытая». ТА калориферной установки вентиляции должна быть выполнена в исполнении «нормально открытая», чтобы при отключении управляющего сигнала гарантировать проток теплоносителя через калорифер и предотвратить его перемерзание.

     Автоматически действующая ТА отличается тем, что управление и рабочий цикл осуществляется только действием самой рабочей среды без каких-либо посторонних источников энергии. К этому типу относятся обратные клапаны, срабатывающий под действием изменения направления потока, регуляторы давления и расхода, кондесатоотводчики, терморегуляторы и другие виды арматуры.

     По  функциональному  назначению ТА подразделяется на следующие основные классы:

     • запорная

     • регулирующая

     • распределительная

     • предохранительная

     • защитная (отсечная)

     • фазоразделительная  

     Запорная  ТА служит для перекрытия потоков сред. Она должна обеспечивать надежное и полное перекрытие проходного сечения. Принципиально она должна обеспечивать всего два состояния - открыта или закрыта - и может быть не предназначена для эксплуатации в промежуточном положении рабочего органа. Она нашла наиболее широкое применение. К этому же классу относится пробно-спускная и контрольно-спускная ТА, предназначенные для кратковременного открытия с целью проверки наличия или параметров рабочей среды.

     Регулирующая  ТА предназначена для регулирования параметров рабочей среды посредством изменения ее расхода. Эта арматура не обязательно должна обеспечивать полное перекрытие проходного сечения. К ней могут предъявляться дополнительные требования по виду регулировочной характеристики, надежности и точности регулирования параметров. Сюда входит и дроссельная ТА, предназначенная для снижение давления потока.

     Распределительная ТА предназначена для распределения потока по двум или более направлениям. Наиболее ярким примером является 3-х ходовой кран, применяемый и в отоплении для регулирования теплоотдачи отопительного прибора путем пропуска части общего расхода теплоносителя на стояке мимо прибора через замыкающий участок. Этот тип арматуры широко используется в системах гидро- и пневмоавтоматики для управления различными устройствами.

     Предохранительная ТА предназначена для предотвращения аварийного повышения какого-либо параметра в обслуживаемой системе путем автоматического выброса избыточного количества среды. Наиболее ярким примером является предохранительный клапан, устанавливаемый на паровом котле. При повышении давления в барабане котла выше предельного значения срабатывает предохранительный клапан, и часть пара стравливается через него в атмосферу, поддерживая давление в котле на уровне максимально допустимого значения. К этой же группе ТА относятся и мембранно-разрывные устройства, например взрывозащитный клапан. Он представляет из себя мембрану, разрываемую в момент взрыва его давлением и тем самым препятствующую чрезмерному повышению давления в системе.

     Защитная  ТА предназначена для защиты оборудования от аварийного изменения параметра среды ( давления, температуры, направления потока ) путем отключения обслуживаемого участка. В отличие от предохранительной ТА поток не стравливается в атмосферу, а просто отключается требуемый элемент системы. Примером могут служить обратные клапаны, предотвращающие самопроизвольное изменение направления потока в трубопроводной системе. В топочных устройствах защитная ТА отключает подачу топлива к горелочному устройству в случае погасания факела или при отключении электроснабжения и остановке дымососа и дутьевого вентилятора

     Фазоразделительная ТА предназначена для автоматического разделения различных фаз рабочей жидкости, например воды и пара (кондесатоотводчики ), воды и воздуха (воздухоотводчики, вантузы), воды и масла (маслоотделители).

     Помимо  основных видов ТА можно выделить промежуточные: запорнорегулирующая, смесительная, пробно-спускная и другие.

     По  материалу корпуса  ТА подразделяется на следующие основные группы:

     • стальная (из углеродистой стали)

     • из коррозионностойкой стали

     • из титана

     • чугунная (из серого чугуна)

     • из ковкого чугуна

     • из цветных металлов

     • из пластмасс

     • из керамики (фарфор)

     • чугунная с защитным покрытием (резина, пластмасса, эмаль ).  

     Более подробно характеристики отдельных  материалов, их преимущества и недостатки рассмотрены в разделе 6. (Материалы, применяемые для деталей арматуры).

     По  конструкции корпуса  ТА подразделяется на следующие основные группы:

     • проходная

     • угловая  

     У проходной ТА оба присоединительных патрубка расположены на одной оси или со смещением на параллельных осях. Это наиболее распространенный тип корпуса арматуры. У угловой ТА присоединительные патрубки расположены под углом друг к другу, причем наиболее часто под прямым углом. Это позволяет в некоторых случаях упростить конструкцию арматуры и избежать необходимости установки на трубопроводе дополнительного отвода для поворота потока.

     По  конструкции присоединительных  патрубков ТА подразделяется на следующие основные группы:

     • муфтовая

     • фланцевая

     • цапковая

     • штуцерная

     • под приварку  

     Муфтовая  ТА изготавливается на малые и средние диаметры. Присоединительные концы муфтовой ТА имеют внутреннюю резьбу, как правило трубную, предназначенную для вворачивания трубы с концевой короткой резьбой.

     Фланцевая ТА имеет на присоединительных концах фланцы, представляющие из себя диск или квадрат с отверстиями под болты. Ответный фланец трубопровода должен иметь аналогичные присоединительные размеры.

     Цапковая ТА имеет на конце быстроразъемное соединение с уплотнительной прокладкой, представляющее из себя два или более винтовых захвата. Ярким примером использования этого достаточно редкого соединения является пожарный гидрант, к которому при помощи цапки подсоединяют пожарный рукав.

     Штуцерная арматрура изготавливается на малые и сверхмалые диаметры. Штуцерное соединение представляет из себя пару, когда на арматуре на присоединительном конце нарезана наружная резьба, а трубопровод притягивается к ней при помощи накидной гайки. Для уплотнения соединения может быть использована прокладка или, если штуцер имеет на конце конус, то мягкая медная трубка может быть достаточно надежно герметизирована за счет плотного обжатия на конусе.

     Под приварку подготавливают присоединительные концы арматуры больших диаметров, когда надежность всех других видов соединений становится недостаточной.

     Более подробно преимущества различных способов соединения рассмотрены в разделе «Монтажные параметры арматуры».

     По  способу герметизации узла прохода шпинделя или штока через крышку или корпус ТА подразделяется на следующие основные группы:

     • сальниковая

     • сильфонная

     • мембранная

     • шланговая  

     В сальниковой ТА для уплотнения места прохода шпинделя или штока используется упругая сальниковая набивка - пропитанная антисептическими и гидрофобными составами специальная формованная лента из материалов растительного происхождения. Набивка сжимается в направлении оси штока или шпинделя и, благодаря своим упругим свойствам, расширяется в радиальном направлении, плотно заполняя пространство зазора между стенкой и штоком. Сальниковое уплотнение получило наибольшее распространение благодаря своей простоте, низкой стоимости и возможности ремонта.

     В сильфонной, мембранной и шланговой ТА отсутствуют подвижные соединения с зазорами, через которые рабочая среда может вытечь наружу, благодаря тому, что устройство управления движением затвора находится по одну сторону упругого элемента, а рабочая среда - по другую сторону. Иначе говоря, стенка сильфона, шланга или мембрана выступают в роли герметизирующего элемента подвижного соединения.

     По  способу расположения ТА подразделяется на следующие основные группы:

     • только на горизонтальных трубопроводах с вертикальном положении шпинделем или крышкой вверх

     • на горизонтальных и вертикальных трубопроводах в любом положении

     • только на вертикальных трубопроводах.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Трубы и фасонные части трубопроводов 

     Подавляющее количество арматуры устанавливается  на трубопроводах и лишь сравнительно небольшая часть монтируется  непосредственно на аппаратах, котлах, установках, агрегатах и пр. Номинальный  диаметр отверстия в трубе  или в арматуре, служащего для прохода среды, называется условным диаметром прохода и обозначается D_y. Величины условных диаметров регламентируются ГОСТом 35567 и представлены в табл, 1.

     Трубопроводы  можно разделить на магистральные, технологические, энергетические, судовые, авиационные и т. д. Каждый из них  имеет свои характерные особенности  условий монтажа и эксплуатации, что необходимо учитывать при  конструировании арматуры. Арматура, установленная на магистральных трубопроводах, как правило, приводится в действие сравнительно редко.  

     Табл.1

     На  технологических трубопроводах  она обычно эксплуатируется более  интенсивно. Так, на некоторых установках цикл открытие закрытие совершается в течение суток мнoгo раз. Арматура cyдoвых трубопроводов часто подвергается действию вибраций, а в авиационных трубопроводах помимо вибраций мoгут возникнуть также ускорения, в несколько раз превышающие ускорение силы земного притяжения.

     Трубопроводы  проектируются и изготовляются  в соответствии с правилами, установленными Госгортехнадзором, Исключение составляют трубопроводы с невысокими значениями параметров среды, например трубопроводы для пара, эксплуатируемые при  давлении до 2 кГ/см ² (абс,); для воды с температурой до 120 с; временно установленные трубопроводы со сроком действия до одного, года и некоторые другие. В зависимости от рода и параметров

     рабочей среды энергетические трубопроводы подразделяются на четыре категории.

     К первой категории относятся трубопроводы перегретого пара при температуре 450-660C' С независимо от давления пара, а также трубопроводы горячей воды и насыщенного пара при давлении свыше 184 кГ/см ² и температуре свыше 120 С.

     Ко  второй категории относятся трубопроводы перегретого пара при температуре  свыше 350 до 450' С при давлении до 39 кГ/см ², а также трубопроводы горячей воды и насыщенного пара при давлении свыше 80 до 184 кГ/см ² при температуре свыше 120" С.

     Третью  категорию составляют трубопроводы перегретого пара при температуре  свыше 250 до 3500 С и давлении ДО 22 кГ/см ², а также трубопроводы горячей воды и насыщенного пара при давлении свыше 16 до 80 кГ/см ² и температуре свыше 120" С.

     К четвертой категории принадлежат  трубопроводы перегретого и насыщенного  пара давлением свыше 1 до 16 кГ/см ² и при температуре свыше 120 до 2500 С.

     Правилами безопасности, в газовом хозяйстве  заводов черной металлургии, разрешается  прокладка газопроводов как межцеховых, так и цеховых с давлением  до 6 кГ/см ². В случае производственной необходимости допускается давление до 12 кГ/см ².

     В зависимости от максимального рабочего давления газа газопроводы и газовые  установки делятся на газопроводы  и газоустановки:

     низкого давления при Р _раб 0,15 кГ/см ²;

     низкого давления при 0,15 кГ/см ² < Р _раб <1 кГ/см ² ;

     среднего  давления при 1 кГ/см ² < Р_раб <3, кГ/см ² ;

     Высокого  давления при 3 кГ/см ² Р _раб <6 кГ/см ² ;

     Высокого  давления при 6 кГ/см ² < Р_раб <12 кГ/см ² .

     Установка бронзовых кранов или задвижек с  бронзовыми кольцами на газопроводах коксового газа запрещается.

     Дисковые  задвижки на газопроводах должны быть с выдвижным шпинделем, При наличии  указателей величины открытия и направления  вращения шпинделя допускаются задвижки с невыдвижным шпинделем. Пробки кранов должны иметь ограничитель поворота на 900 и риску, показывающую положение крана.

     После дисковых задвижек для надежного  отключения отдельных участков от действующих  газовых сетей устанавливаются  листовые задвижки (при Р _раб 0,4 кГ/см ²) либо заглушки. При давлении газа свыше 3 кГ/см ²  дисковые задвижки и краны должны быть стальными. Для изготовленная газопроводов применяются трубы из хорошо сваривающихся малоуглеродистых и низколегированных сталей с содержанием углерода не выше 0,27%. Относительное удлинение стали при пятикратных образцах должно быть не менее 18%.