Виды испытания трубопроводной арматуры

Федеральное агентство  по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального  образования

Курганский  государственный университет

Технологический факультет

Кафедра АТПП

РЕФЕРАТ

По дисциплине: «Выбор, эксплуатация и ремонт трубопроводной арматуры»

Виды испытания  трубопроводной арматуры.

Студент  Савельев В.И.

Группа   Т3-6149с

№ зач. кн.  391017

Преподаватель Иванова И.А.

г. Курган 2012 г.

Содержание

Введение            3

1. Систематизация и характеристика видов испытаний трубопроводной арматуры.             4
2. Испытания при разработке и производстве.      7
3. Испытания при входном контроле и ремонте.     25

Литература            29

Ведение

Развитие рыночных отношений, выдвижение на перый план решение задач повышения экономической эффективности производства, перспективы вступления России во Всемирную торговую организацию настойчиво требуют непрерывного совершенствования качества продукции на всех стадиях ее существования. В полной мере это относится к трубопроводной арматуре, которая является важным составным элементом технологических систем химических, энергетических, тепловых, транспортных и других производств и установок. При выполнении служебных функций в сложных эксплуатационных условиях трубопроводная арматура определяет безопасность, параметрическую надежность и экономическую эффективность использования трубопроводных систем.

Для обеспечения и  постоянного поддержания безопасности и высокой экономической эффективности  производств проводят организационно-технические мероприятия. Предпочтение отдается первоочередному внедрению входного контроля, который используется не только в цикле создания продукции, но также при поступлении на предприятия готовой продукции и последующего введения ее в эксплуатацию. Входной контроль является действенным барьером на пути недоброкачественной продукции, что признано мировой практикой и отражено во многих международных стандартах.

Испытания являются центральным  элементом систем не только для оценки качества на стадии создания новых образцов, но также для контроля и поддержания стабильности качества процессов производства и всестороннего совершенствования качества на других важнейших стадиях существования арматуры. Одним из главных достоинств процессов испытаний является экспериментальное определение показателей качества арматуры, что неразрывно связано с созданием и постоянным совершенствованием методологической основы испытаний и технической базы их проведения, содержащей испытательное оборудование, оснастку, средства измерений и контроля показателей качества.

1. Систематизация и характеристика видов испытаний трубопроводной арматуры

Трубопроводная арматура является составным элементом технологических систем химических, энергетических, тепловых, транспортных, силовых и других производств и установок с чрезвычайно широким диапазоном параметрических характеристик. В этих системах транспортируется вода холодная и горячая, пар насыщенный и перегретый, химические материалы в виде продуктов, полупродуктов или отходов, жидкие металлы и расплавы солей, газы различного агрегатного состояния и т.д. Рабочие среды могут находиться под избыточным давлением до многих сотен атмосфер и при температурах от близких к абсолютному нулю до тысяч градусов.

В реальных условиях эксплуатации трубопроводная арматура как функционально обособленный объект подвергается многочисленным внутренним и внешним воздействиям. Внутренние воздействия связаны с режимом технологического процесса, протекающего внутри системы. Внешние воздействия не связаны с режимом технологического процесса и зависят от факторов, характеризующих технологию монтажа арматуры, конструктивную форму трубопровода, места и характер расположения арматуры в системе, общие условия эксплуатации системы. Они проявляются в виде сжимающих и растягивающих сил и изгибающих моментов, действующих на присоединительные поверхности арматуры, ускорений, вибраций, атмосферных явлений.

До недавнего времени  система испытаний трубопроводной арматуры была построена в соответствии с основными положениями системы государственных испытаний продукции. Развитие рыночных отношений, либерализация взаимодействий предприятий и государственных надзорных органов, появление новых законодательных актов приводят к расширению инициативы предприятий в вопросах создания и производства продукции с одновременным возрастанием ответственности за качество и безопасность использования произведенной или отремонтированной продукции. Фундаментальная основа современной системы испытаний трубопроводной арматуры представлена на рис. 1.

Организационной основой системы испытаний арматуры являются:

1. ведомственные испытательные центры со своими испытательными базами и полигонами;
2. испытательные подразделения предприятий, производящих, потребляющих и ремонтирующих арматуру;
3. независимые сертификационные органы со своей сетью испытательных лабораторий и подразделений.

Нормативно-технической  основой системы испытаний арматурой  являются следующие нормативно-технические документы.

1. Правила и устройства безопасной эксплуатации трубопроводных систем различных видов производств;
2. Государственные стандарты и технические условия на различные классы и типы трубопроводной арматуры;
3. Отраслевые стандарты и руководящие документы на арматуру;
4. Стандарты предприятий, технологические рекомендации и правила.

Техническую основу испытаний  образуют средства испытаний, объединяющих следующие элементы.

1. Испытательные стенды с вспомогательным оборудованием для установки крепления и обеспечения условий испытаний.
2. Испытательная оснастка как наиболее упрощенная совокупность технических средств испытаний (заглушки, подставки, захваты).
3. Пробные вещества для испытаний и средства обеспечения заданных параметров пробного вещества (испытательной среды) при испытаниях.
4. Средства измерений и регистрации объектов испытаний, пробного вещества и воздействий.

Специфика испытаний  трубопроводной арматуры состоит в  том, что основой определения качественных свойств арматуры являются пневмогидравлические испытания. Какие бы испытания не проводились - ресурсные, типовые, периодические и т.д. они всегда завершаются пневмо- гидравлическими испытаниями, которые можно объединить общим термином - испытания на герметичность. По определению стандарта (ГОСТ 24054) герметичность - свойство конструкции или материала препятствовать проникновению жидкости, газа или пара.

2. Испытания при разработке и производстве

Процесс создания новых  изделий, в том числе, новых типов  и конструкций трубопроводной арматуры имеет длительный цикл. Основную часть этого времени занимают испытания. Это исследовательские, проводимые в лабораториях с использованием макетов, доводочные, сравнительные, определительные, ведомственные, эксплуатационные, после которых принимается окончательное решение о возможности широкого использования в эксплуатационных условиях.

Рыночные условия и  в этот процесс вносят свои коррективы, сокращая эти сроки за счет исключения отдельных видов испытаний. Это  не всегда дает конечный положительный  результат. На страже интересов пользователей  стоят ведомственные и межведомственные контрольные органы, не допускающие без проведения ведомственных испытаний использование трубопроводной арматуры.

Постоянно действующим  и, пока, неизменным является процесс  испытаний, завершающий технологический цикл изготовления арматуры у производителя и завершающий цикл у пользователей арматуры после завершения технологического процесса ремонта. Структура этой части испытаний трубопроводной арматуры представлена на структурной схеме рис. 2. Особенностям и специфике процессов испытаний на финишной стадии изготовления и ремонта арматуры и будет уделено внимание в этом разделе.

Испытания на прочность деталей, узлов, изделий. Цель испытаний - получение достоверной информации, позволяющей производителям, потребителям, надзорным органам быть уверенными, что обеспечена прочность и целостность конструкции арматуры и ее элементов при действии жидких и газообразных сред, находящихся под избыточным давлением до критического и критического значений, возникающих внутри трубопроводной арматуры при эксплуатации трубопроводных систем технологических установок и агрегатов.

Рис.2. Структурная  схема испытаний промышленной трубопроводной арматуры в производственном цикле  изготовления

Задачей испытаний является экспериментальная проверка целостности  конструкции арматуры и ее элементов, получение качественных или количественных характеристик свойств объекта, воспринимающего действия силовых факторов, возникающих как при эксплуатации, так и при моделировании эксплуатационных условий работы трубопроводной арматуры. Количественный уровень силовых факторов при моделировании процесса эксплуатации устанавливается с превышением над нормативным режимом эксплуатации на регламентированную величину.

Применяют два взаимно  дополняющих метода испытаний. Первый заключается в испытаниях материала деталей и сварных швов. Основными критериями здесь являются пределы пропорциональности, текучести, прочности, выносливости, стойкость к межкристаллитной коррозии. Основные виды воздействий на образцы - механические, химические, электромагнитные и др.

Второй метод состоит в экспериментальной проверке прочности конструкций, деталей, узлов, сборок. Основной вид воздействия гидравлический. Процесс ведется при нормальной температуре (Т= 20 ± 5°С). В качестве рабочей (пробной) среды используется жидкость, чаще всего техническая вода и в особых случаях керосин. Испытаниям подвергаются все элементы изделия, воспринимающие действия внутреннего избыточного давления рабочей среды. Производители трубопроводной арматуры, имеющие достаточно высокий технологический уровень, испытания на прочность проводят дважды в полном технологическом цикле изготовления арматуры.

Первый раз испытаниям на прочность подвергаются корпусные  заготовки после предварительной механической обработки. Чаще всего это заготовки корпусов и крышек арматуры, полученные методом литья (рис.3)

Перед началом испытаний  внутренние полости объектов герметизируются заглушками и заполняются пробной средой. Для обеспечения безопасности одновременно с заполнением из полостей полностью удаляется воздух. Затем давление р доводят до величины критического уровня. Под избыточным давлением объект испытаний находится заданное время (тп), после чего его обследуют и оценивают с позиции целостности конструкции. Одновременно ведется контроль изменения давления рабочей среды относительно начала времени испытаний. Объект испытаний считается годным, если не обнаружены разрушения конструкции, остаточные деформации, влияющие на регламентированные размеры, и давление рабочей среды на момент начала испытаний равно давлению среды на момент освидетельствования.

Второй раз испытаниям на прочность подвергаются собранные  изделия в процессе подготовки и  проведения приемо-сдаточных испытаний  арматуры (рис. 4).

При осуществлении  ремонта арматуры испытания на прочность  осуществляются только один раз при подготовке и проведении приемосдаточных испытаний арматуры в сборе.

Для обеспечения безопасности при испытаниях арматуры в сборе  осуществляются процедуры удаления воздуха из всех полостей изделия.

а) крышка задвижки; б) корпус задвижки; в) объединенные для испытаний корпус и крышка задвижки. 1, 1а - объект испытаний; 2 - заглушка; 3 - манометр; 4 - запорный клапан для удаления воздуха; 5 - запорный клапан на нагнетающей ветви трубопровода; 6 - источник обеспечения давления пробной среды; 7- нагнетающий трубопровод; 8 - трубопровод удаления воздуха

Испытания иа гидравлическую плотность материала  корпусных деталей и сварных  швов.

Цель испытаний - получение  достоверной информации, позволяющей  производителям, потребителям и надзорным  органам быть уверенными, что обеспечено достижение гидравлической плотности материала корпусных деталей и сварных швов при действии жидких и газообразных сред, находящихся под избыточным давлением до критического и критического значений.

Задачей испытаний  является экспериментальная проверка действия избыточного давления жидких и газообразных сред на гидравлическую плотность материала корпусных деталей и сварных швов, принятие мер по устранению неплотностей в случаях их обнаружения и формирование достоверной информации о результатах испытаний.

При испытаниях гидравлическая плотность основного материала  и материала сварных швов оценивается либо качественно, либо количественно. При качественной оценке испытания сводятся к обнаружению мест сквозного проникновения среды через дефекты материалов и устранению последних. При количественной оценке решается та же задача, но на основе установления количественной величины среды, прошедшей через сквозные дефекты материала корпусных деталей и сварных швов. В качестве критерия принимается падение давления на величину Ар за промежуток времени (тп) с учетом объема V заполняемых средой полостей объекта испытаний. В качестве рабочих (пробных) сред наиболее широко используются в соответствии с требованиями нормативной документации техническая вода, керосин, воздух, газовые смеси с фреоном и гелием. Испытаниям подвергаются все элементы изделия, непосредственно воспринимающие давление среды. Эти испытания проводятся только после завершения испытаний на прочность и могут совмещаться с ними при гидроиспытаниях. Схемы нагружения аналогичны схемам рис.4. Если нормативной или технической документацией допускается проведение испытаний на гидравлическую плотность материала водой или керосином, то чаще всего они совмещаются с испытаниями на прочность. В этом случае при обследовании объекта испытаний ставится задача обнаружения мест проникновения рабочей среды через структуру материала. Осуществляется это визуально с одновременным контролем падения давления

Обнаруженные места протечек исправляют заваркой и затем испытания повторяют. В случаях, когда в качестве рабочей среды при испытаниях используется воздух, местные неплотности в основном материале, сварных швах обнаруживают визуально по отрывающимся воздушным пузырькам при полном погружении объекта испытаний в емкость с водой. Одновременно осуществляют контроль Ар. В отдельных случаях, чаще всего при контроле сварных швов, допускается обмыливание мест возможной неплотности материала.

Все эти методы позволяют оценить гидравлическую плотность материала потоком среды, прошедшей через сквозные дефекты.

Объект испытаний  считается годным, если не обнаружены места проникновения среды через  структуру материала и за регламентированное время (ти) изменение давления Ар по показывающим приборам (чувствительные манометры) не зафиксировано.

Термин гидравлическая или пневмогидравлическая плотность  материала деталей и сварных  швов можно отнести к специфическим  терминам, широко применяемым в арматурном производстве. В нормативной документации на изделия машиностроения и приборостроения этому термину соответствует по функциональному свойству обобщающий термин - герметичность.

Испытания на вакуумную  плотность материала деталей  и сварных швов.

Цель испытаний - получение  достоверной информации, позволяющей  производителям, потребителям и надзорным органам быть уверенными, что обеспечено достижение вакуумной плотности материала корпусных деталей и сварных швов при действии газообразных сред, находящихся при атмосферном или избыточном давлении до критического и критического значений, возникающего как внутри трубопровода, так и с его внешней стороны при эксплуатации технологических систем агрегатов и установок.

Задачей испытаний  является экспериментальная проверка действия избыточного или атмосферного давления газообразных сред на вакуумную плотность материала корпусных деталей и сварных швов, принятие мер по устранению вакуумной неплотности в случае их обнаружения и формирование достоверной информации о результатах испытаний.

Вид воздействий пневматический. В качестве рабочих сред используются атмосферный воздух и газовоздушные смеси с фреоном или гелием.

Следует отметить, что систем с абсолютной вакуумной плотностью не существует. Для каждого отдельного объекта или технологического процесса должна быть установлена предельно допустимая вакуумная плотность, определяемая величиной допустимого натекания.

При испытаниях на вакуумную плотность наиболее широкое применение получили два основных метода. Первый метод основан на создании во внутренних полостях и объемах объекта испытаний избыточного давления газовоздушной среды. При этом полагают подобие условий проникновения испытательной среды через неплотности как в эксплуатационных условиях, так и при испытаниях. Однако анализ силового воздействия на объект при испытаниях и эксплуатации свидетельствует об их существенных отличиях, что ставит под сомнение принятые условия подобия и достоверность оценки результатов испытаний. Во многих случаях это подтверждается и практикой, особенно для арматуры, имеющей пониженную жесткость конструкции.

Выбор метода обнаружения  течи во многом зависит от габаритных размеров изделий. Для изделий с невысокими требованиями по вакуумной плотности в основном используют пузырьковый метод. В этом случае ведут обмыливание мест возможной не плотности или погружение изделий в емкость с водой. Места течи обнаруживают визуально по мыльным или воздушным пузырькам, появляющимся в местах не плотностей основного материала и сварных швов.

Большая точность обнаружения течи обеспечивается при использовании течеискателей. Во время испытаний производят местный отсос газовоздушной смеси с поверхности контролируемого объекта через сопло специального щупа.

Второй метод испытаний (рис.5) основывается на создании во внутренних полостях трубопроводной арматуры пониженного давления, что соответствует реальным условиям эксплуатации. Вакуумная плотность объекта испытания оценивается в зависимости от внутреннего объема V по увеличению Ар за регламентированный промежуток времени (тм).

1 - объект  испытаний; 2 - технологическая заглушка; 3 - вакуумный манометр; 4 - запорный клапан; 5 - отводящий трубопровод вакуумирования; 6 - устройство вакуумного отсоса

Для трубопроводной арматуры, работающей в системах с высоким  вакуумом, применяется разновидность второго метода испытаний. Он основывается на создании во внутренней полости объекта испытаний пониженного давления с последующим обдувом пробным газом. В качестве пробного газа используется гелий. В процессе испытаний осуществляется постоянный отсос из внутренних полостей объекта газовой смеси, проходящей через систему масс-спектрометрического течеискателя. При наличии не плотностей основного материала, сварных швов или соединений пробный газ при внешнем обдуве проникает во внутреннюю полость и при отсосе попадает в масс- спектрометр, где и регистрируется.

Термин вакуумная  плотность материалов деталей и  сварных швов можно также отнести  к специфическим терминам, применяемым  в арматурном производстве. В нормативной  документации на изделия машиностроения и приборостроения этому термину  также как и термину пневмогидравлическая плотность соотвествует по функциональному свойству термин «герметичность».

Испытания на герметичность затвора, сальникового уплотнения, верхнего уплотнения и разъемных соединений позволяет производителям, потребителям и надзорным органам быть уверенными, что обеспечено достижение герметичности затвора, сальникового уплотнения верхнего уплотнения шпинделя и разъемных соединений при действии жидких сред, находящихся под избыточным давлением и газообразных сред, находящихся в состоянии вакуума или избыточного давления до критического и критического значений, возникающего внутри трубопроводной системы при эксплуатации технологических систем, агрегатов и установок.

Задачей испытаний  является экспериментальная проверка действия вакуума газообразных сред или избыточного давления жидких и газообразных сред на герметичность затвора, сальникового уплотнения, верхнего уплотнения шпинделя и разъемных соединений, принятие мер по устранению не герметичности, в случаях её обнаружения и формирование достоверной информации о результатах испытаний.

При испытаниях арматуры, предназначенной для работы в  условиях внутреннего воздействия  избыточного давления, используют гидравлический и пневматический виды воздействий. В качестве рабочих или пробных  сред используются техническая вода, керосин, воздух. При испытаниях, осуществляемых в реальных технологических установках, в качестве испытательной среды выступает реальный рабочий продукт.

Испытания на герметичность  затвора, сальника, верхнего уплотнения шпинделя, разъемных соединений при действии избыточного давления ведутся принципиально одним методом. В его основу положено создание во внутренних полостях объекта испытания избыточного давления среды, действующей на элементы уплотнения.

При испытаниях на герметичность затвора задвижек используются два характерных вида нагружения. Если клин задвижки цельный, квазижесткий или квазиупругий, то наиболее рациональна схема воздействия среды с двух сторон. Со стороны одного из магистральных фланцев и одновременно со стороны пространства крышки задвижки. В этом случае обеспечивается одностороннее уплотнение задвижки, также испытывается и шиберная задвижка. Если в конструкции задвижки используется самоустанавливающийся двухдисковый клин, то возможно использование схемы нагружения с воздействием одновременно на две пары уплотнений затвора.

При испытаниях на герметичность  затвора запорных клапанов используются, как и у задвижек два характерных вида нагружений (рис.6). Их применение определяется конструкцией запорных клапанов. Если клапан работает при действии среды «на золотник», то и испытания его проводятся с использованием действия среды « на золотник» (рис.6 а). Если клапан работает при действии среды «под золотник», то схема нагружения принимается при испытании так же «под золотник» (рис.6 б). Испытания обратных клапанов производят всегда при действии среды «на золотник» (рис. 6 в).

Процесс испытаний сальникового уплотнения осуществляют при двух схемах нагружения. Вначале испытывается верхнее  уплотнение, образованное уплотнительными поверхностями шпинделя и крышки пробным давлением среды. Эти испытания оценочные, позволяющие проверить возможность разгрузки сальникового уплотнения в эксплуатационных условиях, когда возникает необходимость произвести под набивку сальника. После этого производят испытания непосредственно сальникового уплотнения по схеме нагружения.

При пневматических испытаниях на герметичность затвора, соединений и сальникового узла схемы нагружений деталей сохраняется такой же как и при соответствующих гидроиспытаниях. Надо помнить, что при пневматических испытаниях необходимо обеспечить более жесткие требования по технике безопасности. Всегда испытаниям с использованием воздуха или других газовых смесей, находящихся под избыточниым давлением, должны предшествовать гидравлические испытания на прочность.

Гидравлические и пневматические испытания ведутся при нормальной температуре с соблюдением условий  безопасности. При испытаниях разъемных соединений изделия, сальникового узла, верхнего уплотнения шпинделя о протечке судят по результатам визуального осмотра и одновременного контроля Ар по манометру.

При испытаниях уплотнений затвора чаще всего контролируют не Ар, а регламентированную ГОСТ 9544 величину протечки. Ею является накопленное за регламентированный промежуток времени количество испытательной (пробной) среды, прошедшей через уплотнение затвора. Измеряется величина Qx для жидких и газообразных сред объемным расходом в системе СИ. В арматурном производстве принята оценка см³/мин.

При создании различных типов арматуры, с целью экономии энергозатрат, необходимых для управления работой затвора и обеспечения его герметичности, стремятся использовать способ «самоуплотнения». Сущность его заключается в увеличении силы герметизации, направленной по нормали к уплотнительным поверхностям. Это достигается в том случае, когда равнодействующая сил давления среды совпадает по направлению действиия с силой управления затвором или ее составляющей, направленной по нормали к уплотнению.

Процесс испытания строится из условия качественного и количественного подобия силового воздействия на затвор при испытаниях по отношению к условиям эксплуатации. Однако эти условия не во всех случаях тождественны реальным условиям эксплуатации. Выбор трубопроводной арматуры для технологических установок и агрегатов осуществляется чаще всего по критическим параметрам, подразумевая нормальное функционирование арматуры в до критическом диапазоне параметров. В этой связи такой подход к подобию условий испытаний и эксплуатации зачастую является одной из важнейших причин снижения качества изготовления арматуры. Положение усложнено еще и тем, что несовершенство арматуры может быть выявлено в эксплуатационных условиях.

Установление показателей надежности трубопроводной арматуры при действии на нее комплекса внутренних и внешних воздействий, возникающих в трубопроводе или вне его при эксплуатации трубопроводных систем, агрегатов и установок.

Задачей испытаний  является экспериментальное установление параметров, определяющих свойства арматуры при действии или моделировании внутренних и внешних воздействий на нее, которые используются для расчета ее показателей надежности.

При испытаниях могут использованы все виды внутренних и внешних воздействий (гидравлические, пневматические, механические, электрические, климатические и т.п.). Полнота воздействующих факторов определяется нормативно-технической документацией на конкретный тип изделия и во многом зависит от глубины знания физических процессов, происходящих в изделии и его составных элементах во время эксплуатации. Наиболее распространенными факторами, характеризующими многообразие воздействий на трубопроводную арматуру при испытаниях, являются: давление испытательной среды, ее температура и расход через затвор, крутящий момент на приводном устройстве, величина напряжения и силы тока привода, температура и влажность окружающей среды, частота срабатывания п и относительная скорость перемещения подвижных частей арматуры, герметичность затвора в виде. Для оценки внутреннего состояния арматуры и ее составных элементов приняты требования конструкторской документации к деталям и узлам.

Отказами при испытаниях считаются события, заключающиеся в заклинивании подвижных частей арматуры, в появлении неустранимой протечки в неподвижных соединениях, в потере герметичности затвора и сальника, в разрыве сильфона или мембраны, в разрушении резьбовых соединений, деталей, узлов, сварных швов. Все отказы классифицированы на внезапные и постепенные. К внезапным отнесены отказы, характеризующиеся скачкообразным изменением одного или нескольких заданных параметров, к постепенным - отказы, вызванные старением и износом. При испытаниях на надежность наиболее широко применяют схемы нагружения, аналогичные схемам нагружения арматуры при испытаниях на герметичность затвора и сальника. Специальных ограничений или рекомендаций, касающихся характера нагружения объекта испытаний внешними и внутренними силами при испытаниях на надежность, не установлено, что не может считаться нормальным положением. Как следствие этого имеются отдельные частные методики, допускающие проведение испытаний без постоянного воздействия испытательной среды на трубопроводную арматуру. Среда используется только при контрольных испытаниях затвора после наработки промежуточного, но заданного количества циклов без ее воздействия на элементы затвора, при этом. Естественно полагать, что показатели надежности, установленные при таких испытаниях, будут иметь достаточно низкую достоверность, что во многих случаях подтверждается практикой. Основанием такого утверждения является значительное расхождение в картинах силового нагружения объекта испытаний и реально эксплуатируемой арматуры, что подтверждается и исследованиями.