- 1.2 КЛАСИФІКАЦІЯ ЗАПІРНОЇ АРМАТУРИ
- 1.3 КОНСТРУКТИВНІ І ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ТА ВІДМІННОСТІ
- 1.4 ПРИЧИНИ ПОРУШЕННЯ ГЕРМЕТИЧНОСТІ ТА ВТРАТИ ПРАЦЕЗДАТНОСТІ
- 1.5 НОМЕНКЛАТУРА КРАНІВ
- 2 ВИДИ ТА КОНСТРУКЦІЇ УЩІЛЬНЕННЯ РУХОМИХ І НЕРУХОМИХ ЗЄДНАНЬ КУЛЬОВИХ КРАНІВ 2.1 ОСНОВНІ ВИЗНАЧЕННЯ ТА КЛАСИФІКАЦІЯ УЩІЛЬНЕНЬ
- 2.2. КОНСТРУКЦІЇ УЩІЛЬНЕННЯ 2.2.1. Крани вітчизняного виробництва
- 2.2.2. Крани російських виробників
АрматураГазРемонтРед. 1 загальні відомості про запірну арматуру магістральних газопроводів 1 призначення та вимоги
 Скачать 441 Kb.
|
 1 ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ЗАПІРНУ АРМАТУРУМАГІСТРАЛЬНИХ ГАЗОПРОВОДІВ 1.1 ПРИЗНАЧЕННЯ ТА ВИМОГИ Трубопровідна арматура - це пристрої, які монтуються на трубопроводах, котлах, резервуарах та іншому обладнанні, що знаходяться під тиском рідини, парів або газового середовища І призначені для включення і виключення окремих ділянок трубопроводу для регулювання витрат та тиску середовища, для відмітки і регулювання рівня рідини, для зміни напрямку руху середовища, яке транспортується по трубопроводах. Найбільш розповсюдженим видом арматури є запірна. До запірної трубопровідної арматури відносяться пристрої, призначені для відключення однієї частини трубопроводу від іншої, для включення і відключення технологічних схем і установок, апаратів та посудин [1]. До особливостей умов роботи запірної арматури на магістральних газопроводах відносяться: - високий тиск транспортування газу; - висока температура газу на виході з компресорної станції (КС); - наявність у складі газу вологи та механічних домішок. В зв'язку з тим до запірної арматури МГ ставляться такі вимоги: 1) Надійність відключення технологічних схем і установок, посудин та апаратів і забезпечення герметичності відключення від МГ та технологічних трубопроводів. 2) Зберігання герметичності на протязі тривалого часу. 3) Забезпечення мінімального газового та гідравлічного опору. 4 Рівнопрохідність з газопроводом для забезпечення проходу очисних пристроїв. 5) Зручність для обслуговування та ремонту. 6) Короткий проміжок часу на відкриття та закриття. 7) При ручному управлінні зусилля не повинні перевищувати допустимих норм по техніці безпеки та охороні праці. 1.2 КЛАСИФІКАЦІЯ ЗАПІРНОЇ АРМАТУРИ 3апірна арматура, яка використовується на МГ, класифікується [2]: 1) За призначенням: - для повного перекриття потоку середовища; - запобіжна, яка забезпечує частковий випуск (перепуск) робочого середовища для підвищення тиску; - регулююча, яка керує робочими параметрами потоку середовища шляхом змінювання прохідного перерізу; - контрольна, яка визначає рівень робочого середовища. 2) За конструктивними особливостями запірних пристроїв: - вентильна; - засувочна; - кранова; - зворотні затвори. 3) За умовами роботи, де враховуються тиск, температура, агресивний стан середовища, хімічна активність і токсичність транспортованого середовища. 4) За величиною умовного тиску арматуру поділяють на п'ять основних груп: - вакуумна (PN менше 0,1 МПа); - низького тиску (PN від 0 до 1,5 МПа); - середнього тиску (PN від 1,5 до 10 МПа); - високого тиску (PN від 10 до 80 МПа); - надвисокого тиску (PN більше 80 МПа). 5) За діаметром умовного проходу DN згідно таблиці 1.1. Таблиця 1.1 - Умовні проходи арматури
Примітка. Розміри проходів у дужках використовується менше. 6) За способом приєднання до трубопроводу: - фланцева; - муфтова; - цапкова; - з кінцями під приварку. 7) За способом монтажу: - надземний; - підземний. 7) За типом приводу запірного пристрою: - ручний; - механічний (з черв'ячною, циліндричною та конічною передачами); - пневматичний; - гідравлічний; - електромагнітний; - електричний. За техніко-експлуатаційними показниками арматура повинна відповідати таким вимогам: міцність, герметичність, надійність роботи, вибухо-безпечність і корозійна стійкість. 1.3 КОНСТРУКТИВНІ І ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ТА ВІДМІННОСТІ Кожний вид запірної арматури складається з двох основних елементів: виконавчого пристрою і приводу. Виконавчий пристрій - це закритий корпус, всередині якого переміщається затвор. Корпус в основному має два приєднувальних кінці, з допомогою яких щільно скріплюється з трубопроводом. Виконавчий пристрій, призначений для герметичного перекривання трубопроводу, називається запірним. В запірних пристроях поверхні затвору і сідла, що прилягають одна до одної в період герметичного перекривання трубопроводу, називаються ущільнюючими і є запірною парою. Запірні пристрої арматури визначаються напрямком переміщення затвору відносно сідла [1]. У зв'язку з цим розрізняють такі типи запірних пристроїв (рисунок 1.1): - вентильний, в якому затвор переміщається поступально вздовж осі проходу сідла. Арматура з таким типом запірного пристрою називається вентилями; - засувочний, в якому затвор переміщається в площині перпендикулярній до осі проходу сідла; - крановий, в якому затвор виготовлений у формі кулі, яка повертається в сідлі навколо своєї осі. Типовим прикладом запірного пристрою є пробковий кран, а також кульові крани, в яких передбачено постійний контакт кульового затвору з двома сідлами кільцеподібної форми; - зворотні затвори, в яких затвор виконаний у вигляді диска з поворотом на осі і закріпленого в проході сідла. Такий вид запірного пристрою використовується в зворотних клапанах.  а - вентильний; б - засувочний; в - крановий; г - зворотний затвір. Рисунок1.1 - Типи запірних пристроїв арматури Кран - це запірний пристрій, в якому рухома деталь затвору має форму тіла обертання і обертається навколо своєї осі, перпендикулярної до осі трубопроводу. Кожний кран має дві основні деталі - корпус і затвор. У залежності від геометричної форми затвори розділяються на конічні, циліндричні, кульові і сферичні. Крани виготовляються із змащуванням і без змащування. У залежності від характеру руху затвору розрізняють крани із обертанням затвору без його піднімання і з підніманням затвору перед поворотом і наступним опусканням після повороту. За наявністю або відсутністю звуженого проходу – крани є повно прохідні і неповно прохідні. За матеріалом, з якого виготовляється корпус і затвор, відрізняють крани бронзові, латунні, чавунні, стальні титанові, пластмасові, керамічні тощо. За конструкцією корпуса – з суцільним корпусом, з розбірним корпусом (паралельним, перпендикулярним і нахиленим до осі труби). За напрямком потоку і числу патрубків розрізняють крани прохідні кутові, триходовіі багатоходові. За наявністю підігріву (охолодження) – з камерою??? сорочкою??? для підігрівання і без камери. Переваги кранів порівняно з іншими видами запірної арматури: 1) Обертання поворотного вала (шпинделя) передається безпосередньо на запірний пристрій. 2) Прямоточність руху потоку через отвір в запірному пристрої. 3) Компактність конструкції і менша вага. До недоліків можна віднести складність виготовлення затворів кульової форми. Серед запірних пристроїв трубопровідної арматури магістральних газопроводів в експлуатаційних умовах позитивні переваги одержали крани з сферичними затворами. Крани з сферичними затворами мають різні конструктивні виконання, а саме: - крани з плаваючою кулею (рисунок 1.2); - крани з плаваючими сідлами (рисунок 1.3).  1 - корпус; 2 - фланець; 3 – сферичний затвор; 4 - кришка; 5 - шпиндель; 6 - втулка; 7 - сідло; 8 - ущільнення кулі; 9 - ущільнення шпинделя; 10 - болт; 11 - гайка; 12 - шпилька Рисунок 1.2 - Сферичний кран з плаваючою кулею Плаваюча куля передає тиск середовища на ущільнюючі кільця і вільно переміщається в з'єднанні з поворотним шпинделем. Сферичні крани з плаваючими сідлами відрізняються тим, що сідла з кільцями притискаються до кулі тиском середовища або пружинами. Виготовляються крани з регулюючими сідлами з послабленням притиску кілець при повороті, і з сідлами, які автоматично відводяться під час повороту кулі та ін. Деталі запірних пристроїв виготовляються з високовуглецевих хромистих і молібденових сталей. Матеріалами для ущільнень контактних поверхонь служать шкіра, гума, ебоніт, пластмаса та інші матеріали. Крани із сферичними затворами менш чутливі до неточності виготовлення і забезпечують кращу герметичність. Найбільш трудомісткими операціями при виготовленні кранів є механічна обробка та притирання ущільнюючих поверхонь корпусу, кулі, фланців. Корпус крана, фланці, кришки виготовляють з вуглецевої сталі та спеціальних сплавів. Фланці, кришки та інші деталі до корпусу кріпляться з допомогою шпильок, а в кранах «Камерон»(Франція) та «Борзіг» (Німеччина) вони приварюються до корпусу. Крани цих заводів-виробників є нерозбірними і тому незручні при ремонтах.  1 - корпус; 2 - фланець; 3 - куля; 4 - кришка; 5 - шпиндель; 6 - направляюча вісь; 7 - контрсідло; 8 - сідло; 9 - полімерне ущільнення; 10 - тарілчаста пружина; 11 - шпонка; 12 - гвинт. Рисунок 1.3 - Сферичний кран з плаваючими сідлами Тип приводу запірного пристрою застосовується в залежності від експлуатаційних умов крана. Крани з ручним приводом використовуються на трубопроводах з невеликим діаметром умовного проходу при малій кількості маніпуляцій «відкрито-закрито». В залежності від зусиль та швидкості перекриття використовуються механічні редуктори. На трубопроводах МГ великих діаметрів умовного проходу використовуються приводи - пневматичний, гідравлічний, електричний та ін. з різними схемами управління. Крани підземного встановлення мають видовжений поворотний шпиндель, який змонтований в захисній колоні і закріплений на корпусі крана. На колоні кріпиться привід повороту затвора, трубки для подачі мастила до стику сфера-ущільнення і трубка витоків конденсату. Крани виготовляються однофланцевими і двохфланцевими. 1.4 ПРИЧИНИ ПОРУШЕННЯ ГЕРМЕТИЧНОСТІ ТА ВТРАТИ ПРАЦЕЗДАТНОСТІ Природний газ при його транспортуванні містить тверді та рідкі механічні домішки - пісок, пил, воду, масло, конденсат, сірчисті сполуки та ін., що негативно впливають на ущільнюючі елементи і робочі поверхні запірного вузла та інших деталей крана. Надійність і довговічність роботи кульових кранів магістральних газопроводів визначається в основному в правильному підборі матеріалу і конструкції ущільнення. Якщо розглянути причини і місця втрати герметичності кранів, то до 80 % із них припадає на різні види ущільнень: кульового затвору, поворотного шпинделя, поршневих і плунжерних пар гідропневмоприводів і ручної помпи управління. Основною причиною порушення герметичності і втрати працездатності є руйнування гумових ущільнюючих елементів, які працюють в умовах агресивного потоку газу (з домішками пилу, піску, абразиву, конденсату і інших домішок) при високих тисках і великій швидкості руху газу та перепаді температур навколишнього середовища. Внаслідок довготривалої експлуатації крана відбувається нашарування абразивних відкладень на кульовому затворі, особливо на кранах, які значний період часу знаходяться в положенні ''закрито''. При повороті сфери відбувається втискання абразивних частинок в ущільнення, на поверхні яких виникають подряпини, надрізи, що приводить до їхнього руйнування та розриву. Має вплив і природне фізичне старіння гуми, так як на кранах, що зберігаються в резерві понад 30 років і не були задіяні в технологічних схемах, втрачаються функціональні властивості ущільнень (еластичність, пружність, міцність), що спричиняє втрату герметичності в запірних парах і інших ущільнюючих пристроях та в стиках деталей крана. Втрата герметичності, особливо в поршневих і плунжерних парах пневмоприводів, відбувається внаслідок адгезії (прилипання) гумових ущільнень до стінок циліндрів і канавок плунжерів при довготривалому знаходженні їх в стані спокою, а при задіянні їх в роботу відбувається руйнування ущільнень. Однією з причин втрати герметичності є також суб'єктивний (людський) фактор - це недотримання планів-графіків проведення технічних оглядів і планово-попереджувальних ремонтних робіт на запірній арматурі, що призводить до несвоєчасної заміни мастил або роботи ущільнюючих елементів взагалі без змащування в умовах сухого тертя. 1.5 НОМЕНКЛАТУРА КРАНІВ В технологічних схемах МГ використовуються крани як вітчизняного, так і зарубіжного виробництва різних діаметрів умовного проходу від DN 50 до DN 1400 мм. В таблиціі1.2 приведена номенклатура кранів, які експлуатуються на об'єктах газотранспортної системи України [2]. Таблиця 1.2. Номенклатура запірних кранів вітчизняного та зарубіжного виробництва, які експлуатуються на об'єктах транспортування газу
У газовій промисловості найширше застосування мають кульові крани вітчизняного та зарубіжного виробництва для підземного та надземного встановлення із кінцями під приварюваним і з ручним та пневмогідравлічним приводом. 2 ВИДИ ТА КОНСТРУКЦІЇ УЩІЛЬНЕННЯ РУХОМИХ І НЕРУХОМИХ З'ЄДНАНЬ КУЛЬОВИХ КРАНІВ 2.1 ОСНОВНІ ВИЗНАЧЕННЯ ТА КЛАСИФІКАЦІЯ УЩІЛЬНЕНЬ Існують три основні групи ущільнень: 1) ущільнення, що створюють герметичність з'єднання нерухомих деталей; 2) ущільнення, що створюють герметичність з'єднання за рахунок щільного контакту між елементами ущільнення і рухомими та нерухомими деталями, тобто контактні ущільнення; 3) ущільнення, в яких герметичність з'єднання відносно рухомих деталей забезпечується властивістю щілин і зазорів створювати значні гідравлічні опори робочому середовищу, що перетікає через них, [3]. Ущільнення першої групи переважно виконуються у вигляді прокладок, що виготовляються з листового ущільнюючого матеріалу (азбесту, пароніту, текстоліту, латуні, гуми, картону тощоВ деяких випадках вони відіграють і роль регулюючих прокладок. Ущільнюючі елементи другої групи - контактні - це елементи з особливо еластичних матеріалів (повсть, фетр), а також з більш щільною будовою (шкіра, гума, синтетичний каучук, полімерні композити тощо. В них контакт ущільнюючих і робочих деталей забезпечується пружністю матеріалу, що використовується для ущільнення, і зовнішніми силами. В залежності від принципу дії третю групу ущільнюючих елементів можна розділити на відцентрові, лабіринтні і канавкові. В запірній арматурі використовуються в основному ущільнення першої та другої груп, а також контактні багатоступінчасті ущільнення, які забезпечують практично абсолютну герметизацію. Багатоступінчасті ущільнення - це ущільнення, які складаються з кількох однакових пар ущільнень. Основні ущільнення контактного виду: сальникові, манжетні, кільцеві. Ущільнюючі вузли і пристрої складаються з основних (функціональних) і допоміжних ущільнень і елементів, які служать для покращення експлуатаційних умов функціонування основних ущільнень, що є характерною ознакою ущільнюючих вузлів запірної арматури і кульових кранів зокрема. 2.2. КОНСТРУКЦІЇ УЩІЛЬНЕННЯ 2.2.1. Крани вітчизняного виробництва В газотранспортній системі України використовуються крани вітчизняного виробництва машинобудівних підприємств ВАТ «Сумське НВО ім. Фрунзе», ВАТ «Коростеньхіммаш», АТ «Чернівецький машинобудівний завод» тощо [4.1]. Конструкції деяких ущільнюючих вузлів і елементів кількох кранів наведені нижче. На рисунку 2.1 показане ущільнення кульового затвору і стику корпус-фланець крана DN 500 мм, PN 8 МПа виробництва ВАТ «Сумське НВО ім. Фрунзе». Сідло, як ущільнюючий пристрій, конструктивно виконане з двох частин: верхнього сідла 4 і нижнього сідла 5 для зручності встановлення і закріплення спеціального поліуретанового ущільнення 10, яке притискається до кулі З за допомогою пружин 7. Гумові кільця 12 призначені для герметизації сідла 5 і корпусу А Кільце 13 герметизує стик корпусу крана з фланцем 2. Гумове кільце 11 призначене для герметизації стику нижнього сідла 4 з фланцем 2. Втулка-штифт 6 запобігає проникненню ущільнюючого мастила між сідла 4, 5 при його підведенні до кульового затвору.  1 - корпус; 2 - фланець; 3 - куля; 4 - нижнє сідло; 5 - верхнє сідло; 6 - втулка-штифт; 7 - пружина; 8 - гайка; 9 - шпилька; 10 - ущільнююче гумове кільце; 11,12 - ущільнюючі гумові кільця; 13 - ущільнююче гумове кільце стику корпус-фланець. Рисунок 2.1. Ущільнення кульового затвору і стику корпус-фланець крана DN 500 мм, PN 8 МПа На рисунку 2.2 зображено ущільнення вузла поворотного шпинделя цього крана.  1 - корпус; 2 - шпиндель; 3 - фланець шпинделя; 4 - кришка; 5 - обойма; 6 - кільце; 7 - гайка; 8 - шпилька; 9 - полімерне захисне кільце; 10 - гумова манжета; 11, 12 - ущільнюючі гумові кільця; 13 - прокладка; 14 - кільце. Рисунок 2.2 - Ущільнення вузла поворотного шпинделя крана DN 500 мм, PN 8 МПа У фланці 3, що закріплений до опорної втулки корпусу крана, монтується бронзова обойма 5, яка служить одночасно і підшипником ковзання для шпинделя 2. У обоймі розміщені гумові ущільнюючі кільця 11,12 та манжети 10 із захисними кільцями 9. На шпинделі під обоймою знаходиться фторопластова прокладка 13. Гумове ущільнення 11 притискається кільцем 6 через кришку 4 шпильками та гайками до фланця 3 шпинделя, який в свою чергу через регулююче кільце 14 за допомогою шпильок 8, гайок 7 кріпиться до корпусу 1. АТ «Чернівецький машинобудівний завод» випускає двохфланцеві крани з плаваючими сідлами Ду 400 мм, Ру 10 МПа (рисунок 2.3).  1 - куля; 2 - фланець; 3 - сідло; 4 - кільце; 5 - пружина; 6 - болт; 7 - ущільнююче гумове кільце кулі; 8,9 - ущільнюючі гумові кільця. Рисунок 2.3 - Ущільнення кульового затвору крана DN 400 мм, PN 10 МПа Ущільнення кульового затвору складається із сідла 3 і кільця 4, між якими закріплюється ущільнююче кільце 7, що підтискається до кулі 1 пружинами 5, які зафіксовані в отворах фланця 2. Сідло 3 і кільце 4 з'єднані болтами 6. Герметичність з'єднання сідло-фланець забезпечують ущільнюючі гумові кільця 8 і 9, канавки під які виконані тільки у фланці. На рисунку 2.4 показано ущільнення стику корпусу 1 і фланця 2 за допомогою гумового ущільнюючого кільця 5, яке стискається фаскою, виконаною в корпусі 1, при закріпленні фланця до корпусу шпильками 4 і гайками 3. Ущільнення поворотного шпинделя цього крана зображено на рисунку 2.5.  1 - корпус; 2 - фланець; 3 - гайка; 4 - шпилька; 5 – ущільнююче гумове кільце. Рисунок 2.4 - Ущільнення стику корпус-фланець крана DN 400 мм, PN 10 МПа  1 - шпиндель; 2 - куля; 3 - корпус; 4 - фланець; 5, 6, 7, 8 - металеві кільця; 9, 10 11 - втулки; 12 - підшипник; 13 - гайка; 14 - шпилька; 15 - корпус привода; 16 - манжета; 17 - ущільнююче гумове кільце. Рисунок 2.5. Ущільнення поворотного шпинделя крана DN 400 мм, PN 10 МПа Положення шпинделя 1 в опорній втулці корпусу 3 крана забезпечене двома голковими підшипниками 12 і відрегульоване втулками 9,10, 11 та кільцями 5, 8. Ущільнення самого шпинделя розміщене у фланці 4 і складається з двох гумових манжет 16, які розтискаються металевими кільцями 6, 7. Фланець 4,закріплений до корпусу 3 шпильками 14, гайками 13, ущільнюється гумовим кільцем 17. До фланця 4 зверху кріпиться корпус 15 приводу. Ущільнення шпинделя відноситься до контактних багатоступінчастих ущільнень. 2.2.2. Крани російських виробників На нафтогазових транспортних об'єктах України найбільше застосування мають кульові крани Алексинського машинобудівного заводу «Тяжпромарматура» та Мишегського арматурного заводу [4.2]. Крани з різними діаметрами умовного проходу виготовляються переважно з плаваючою кулею, оскільки вони простіші за конструкцією, ніж крани з плаваючими сідлами. Суттєвим їхнім недоліком є необхідність прикладання великих зусиль для повороту кулі при закриванні чи відкриванні крана. На рисунку 2.6 показане ущільнення кульового затвору кранів DN 400 - 1200 мм, PN 8 МПа заводу «Тяжпромарматура». В цих кранах куля 1 і сідло З виготовляються металевими.  1 - куля; 2 - корпус; 3 - сідло; 4 - втулка; 5, 6 - ущільнюючі гумові кільця Рисунок 2.6 - Ущільнення кульового затвору кранів DN 400 - 1200 мм, PN 8 МПа Ущільнення пари куля-сідло забезпечується за рахунок нагнітання спеціального консистентного мастила в зазор між ними через спеціальні канали зі зворотними клапанами. Ущільненням каналу між сідлом З і корпусом 2 служить втулка 4 з гумовими кільцями 5. Гумове кільце 6, розміщене в сідлі, забезпечує герметичність між корпусом 2 і сідлом 3. Ущільнення поворотного шпинделя кранів DN 400 - 700 мм зображене на рисунку 2.7. Шпиндель 2 повертається у направляючій втулці 4 і ущільнюється двома гумовими манжетами 9, які розділені розтискними металевими кільцями 6, 7. За допомогою кришки 3 та болтів 5 через прокладку 10, притискне кільце 5 манжети стискаються між корпусом 1 крана та шпинделем 2. В корпусі 1 є канал для підведення спеціального мастила до кільця 6 та ущільнення для змащування стику деталей із шпинделем.  1 - корпус; 2 - шпиндель; 3 - кришка; 4 - втулка; 5, 6, 7 - металеві кільця; 8 - болт; 9 - гумова манжета; 10 - прокладка. Рисунок 2.7 - Ущільнення поворотного шпинделя кранів DN 400 - 700 мм, PN 8 МПа На рисунку 2.8 зображене ущільнення шпинделя кранів DNі1000 - 1200 мм заводу «Тяжпромарматура». Воно аналогічне зображеному на рис 2.7 і відрізняється лише кількістю і формою гумових манжет 10 та їхньою конструкцією, і, відповідно, конструкцією та габаритними розмірами розтискних кілець 5, 6 і притискного кільця 4.  1 - корпус; 2 - шпиндель; 3 - кришка; 4, 5, 6, - металеві кільця; 7 - втулка; 8 - гайка; 9 - шпилька; 10 - гумова манжета; 11 - прокладка Рисунок 2.8 - Ущільнення поворотного шпинделя кранів DN 1000-1200 мм, PN 8 МПа |