Запорная арматура для трубопроводов виды классификация

Что такое запорная арматура

Современная запорная арматура для трубопроводов — это класс деталей, применяемых для полной остановки потока газа или жидкости в трубопроводе, и обеспечивающих идеальную герметичность относительно окружающей среды. Количество единиц используемой запорной арматуры максимально по отношению к другим ее разновидностям и достигает 80% от их общего количества.

Использование запорной арматуры распространяется на все виды трубопроводов, она используется при транспортировке:

• нефти
• химических веществ
• пищевых веществ

Для производства запорной арматуры используются различные сплавы, металлы, материалы: углеродистые, легированные и жаропрочные стали, чугун всех видов, титановые сплавы, латунь, бронза, керамика, пластмасса.

Какие узлы относятся к запорному виду арматуры

Запорная арматура — это целый класс устройств, объединяющихся под названием:

• кранов
• задвижек
• клапанов (или вентилей)
• затворов

Задвижка представляет собой самую необходимую деталь среди запорной арматуры. Запирающий орган задвижки передвигается поперек потока передаваемых газа, воды, нефти. Главное преимущество задвижки — это простота конструкции. К положительным качествам относится и минимальное гидравлическое сопротивление. Недостатком задвижки могут стать ее габариты.

К трубопроводу эта деталь подсоединяется с использованием фланцев, назначение которых — герметичность соединения.

Кран — это альтернативный задвижке узел, позволяющий перекрыть поток передаваемого по трубам вещества. Его движение для открывания и закрывания — это поперечный потоку поворот вокруг своей оси, при этом среднее положение не предусмотрено. Кран работает лишь в двух режимах: «открыто» — рукоятка вдоль трубопровода и «закрыто» — рукоятка перпендикулярно трубопроводу. Эта запорная деталь имеет превосходные эксплуатационные качества и широко используется при установке системы теплоснабжения и в иных отраслях.

Клапан (или вентиль) представляет собой арматуру, с запорным элементом, двигающимся вдоль потока передаваемого по трубам вещества.

У затвора запирающая деталь в форме диска, оборачивающегося вокруг своей оси, располагающейся под определенным углом или же перпендикулярно потоку газа или жидкости.

Запорная арматура используется на предприятиях горнодобывающей, металлургической, химической, пищевой промышленности, в энергосистемах и аграрном хозяйстве, на предприятиях ЖКХ и водоканалах, в различных частных структурах.

Трубопроводная арматура — это система приспособлений, деталей и крепежных узлов, которая устанавливается на различных трубопроводах и агрегатах для регулирования потоков разных рабочих сред (жидкостей, газов).

Трубопроводная арматура может запускаться вручную или с использованием различных дополнительных устройств, например, электропривода. Основными потребителями трубопроводной арматуры является строительно-монтажные предприятия.

Трубопроводная арматура бывает двух основных типов: смесительная и предохранительная. Выделяют также запорно-регулирующую арматуру, которая является наиболее распространенным видом предохранительной арматуры и применяется для перекрытия в трубопроводе потока жидкостей или газообразных веществ.

Запорная арматура относится к классу промышленного оборудования. Она позволяет обеспечить полную герметичность в затворе и в отношении внешней среды. Наглядный пример применения этого вида арматуры – водозапорная арматура, использующаяся в системах водоснабжения, водоотведения и отопления.

Клапаны, краны, задвижки и затворы всевозможных типов и конструкций – все подобные устройства являются запорной арматурой.

Где применяется промышленная запорная арматура

• В системах  общепромышленного типа, к которым относятся стандартные трубопроводы, используемые для транспортировки обычных сред в стандартных условиях. В таких трубопроводах используется стандартная арматура с усредненными характеристиками.
• В транспортных сетях нефтяной и газовой промышленности. Причем нефтегазовая промышленная арматура отличается достаточно крупными габаритами. Кроме того, узлы такой арматуры рассчитаны на работу с особо вязкими средами.
• В трубопроводах специального типа, которые используются в особых условиях: для транспортировки токсичных или химически активных носители. Такие сети, чаще всего, можно встретить в химической промышленности или в медицине. Арматура для специальных сетей разрабатывается с учетом повышенных требований к безопасности процесса эксплуатации.
• В особых трубопроводах несерийного типа, разработанных для закрытых отраслей промышленности (военно-промышленный комплекс, атомная энергетика и прочее). Характеристики и особенности конструкции арматуры для таких трубопроводов, по понятным причинам, на общее обсуждение не выносятся. Да и за изготовления такой продукции возьмется далеко не каждый завод тяжелой промышленной арматуры.
• В системах, разработанных для нужд судостроительной или автомобилестроительной отраслей. В этих сетях используется особая арматура, габариты и характеристики которой подчинены ряду требований, зависящих от   конструкционных особенностей транспортного средства или судна.
• В сантехнических системах промышленного типа. В таких сетях используется стандартная арматура, отличающаяся от бытовых аналогов лишь размерами и усиленными требованиями к прочностным характеристикам.

В целом, область применения любого типа промышленной арматуры определена в соответствующей нормативно-технической документации. Подбор конкретного изделия осуществляется по специальному каталогу. Причем в процессе выбора всегда ориентируются и на геометрические (диаметр трубы) и на эксплуатационные (температура, давление, агрессивность транспортируемой) характеристики трубопровода. Ведь опираясь на вышеупомянутые требования к применению промышленной арматуры можно определить и тип  конструкционного материала (сталь, чугун, цветные металлы), и схему управления (механическую или автоматическую) и конструкция рабочего узла арматуры (вентиль, задвижка, затвор).

Трубопроводная арматура и её функциональное назначение

По функциональному назначению трубопроводная арматура подразделяется на следующие основные типы:

• запорная,
• регулирующая,
• распределительная,
• предохранительная,
• защитная,
• фазоразделительная.

Запорная трубопроводная арматура

Запорная арматура предназначена для перекрытия потока среды. Она имеет наиболее широкое применение и по количеству применяемых единиц составляет обычно около 80% всего количества применяемых изделий. К запорной арматуре относят и пробно-спускную или контрольно-спускную арматуру, используемую для проверки уровня жидкой среды в емкостях, отбора проб, выпуска воздуха из верхних полостей, дренажа и т. д.

Регулирующая трубопроводная арматура

Регулирующая арматура представлена

• клапанами,
• регуляторами давления
• регуляторами уровня,
• регулирующими вентилями,
• дроссельной арматурой для значительного снижения давления среды

Распределительная трубопроводная арматура

применяется для распределения потока рабочей среды по различным направлениям.

Предохранительная трубопроводная арматура

Предохранительная арматура используется для исключения аварийного повышения давления среды путем автоматического выпуска избыточного количества среды. К предохранительной арматуре относят:

• предохранительные клапаны,
• импульсные предохранительные устройства,
• мембранные разрывные устройства.

Защитная трубопроводная арматура

Рисунок 6. Обратный клапан

Защитная (отсечная) арматура предохраняет трубопроводную систему от аварийных изменений давление или направления потока среды  отключением обслуживаемой линии или участка. К защитной арматуре относят быстродействующие отсечные клапаны, задвижки и краны, обратные клапаны и отключающие устройства.

Предохранительная и защитная арматура отличаются тем, что при превышении допустимого значения параметра среды предохранительная арматура открывается для выброса среды, а защитная закрывается, отсекая защищаемый участок от остальной части трубопровода.

Фазоразделительная трубопроводная арматура

Фазоразделительная арматура автоматически отделяет фазы рабочей среды (жидкую и газообразную) и включает в себя конденсатоотводчики, предназначенные для автоматического вывода из обслуживаемой системы конденсата. К фазоразделительной арматуре относят также воздухоотводчики (вантузы) и маслоотделители.

Трубопроводная арматура других функций

Кроме основных функциональных типов арматуры, можно выделить промежуточные:

• запорно-регулирующую,
• смесительную,
• пробно-спускную.

Конструктивные особенности типовых представителей ассортимента

Рассматривая классификацию трубопроводной арматуры промышленного типа, можно сделать вывод, что к типичным представителям ее ассортимента относятся такие узлы, как:

Задвижка

Эта разновидность трубопроводной арматуры состоит из корпуса и запорного элемента, перемещаемого в плоскости, перпендикулярной к центральной оси трубопровода. Задвижки можно использовать в системах с малым гидравлическим сопротивлением потока и диаметром трубы в 2 метра. Причем максимальное давление в таком трубопроводе не должно превышать 25 МПа. К недостаткам задвижек относится недостаточная ремонтопригодность, большие габариты и высокая материалоемкость такой арматуры.

По типу ассортимента задвижки относятся к запорным узлам. Причем  для изготовления данной разновидности запорной арматуры используется конструкционная сталь, латунь или серый чугун.

Вентиль

Данный узел применяется в качестве запорного и регулирующего устройства. Он состоит из стального или чугунного корпуса и запорного элемента, перемещаемого параллельно направлению движения потока. Конструктивно вентили разделяют на устройства со штоком возвратно-поступательного перемещения запирающего элемента и устройства со штоком вращательно-поступательного перемещения запирающего элемента. В первом случае маховик вентиля движется вместе с запирающим элементом, а во втором – маховик сдвигает резьбовой шпиндель запирающего элемента.

Вентиль отличается достаточно большими габаритами и хорошей ремонтопригодностью. Диаметр трубопровода, готового принять вентиль, как правило, не превышает 250-310 миллиметров.

Затвор

Этот тип арматуры относится к устройствам запорно-регулирующего типа. Затвор состоит из стального корпуса и запорного элемента, перекрывающего движение потока в перпендикулярной плоскости (путем поворота запорного диска вокруг своей оси). Затвор можно использовать в трубах любого диаметра. При этом его масса и габариты отличаются завидной умеренностью. Недостаток у затвора только один – недостаточная герметичность. Поэтому затворы монтируют только в системы со слабым и средним давлением.

Кран

По своей конструкции кран напоминает затвор. Только, в отличие от упомянутого элемента, запорный узел крана имеет форму не диска, а тела вращения. В итоге, краны обеспечивают лучшую герметичность и могут использоваться в трубопроводах любого типа, осуществляя запорно-регулирующие функции. При этом запорный элемент крана может «работать» в любой плоскости относительно направления течения потока. И эта особенность кранов позволяет минимизировать их габариты.

Клапан

Данная разновидность запорной арматуры является  производной от вентиля (хотя, скорее наоборот – это вентиль похож на клапан). Конструкция клапана состоит из корпуса и запорного элемента, работа которого регулируется физическими характеристиками транспортируемого потока. То есть, в отличие от вентиля, клапан не имеет внешних управляющих элементов.

В большинстве случаев шток или шпиндель клапана «управляется» подпружиненным затвором. Причем силу натяжения пружины подбирают под величину внутреннего давления потока в системе. То есть клапан может перекрыть трубопровод при недостаточном или избыточном давлении. Обратный клапан перекрывает поток в трубопроводе при попытке носителя двинуться не в том направлении.

Преимущества и недостатки

Вся информация для удобства сведена в таблицу 1.

Таблица 1

6. Условное обозначение и маркировка запорной арматуры

Чтобы отличить один вид арматуры от другого как по конструкции, так и по применяемым материалам, существует ГОСТ 4666-75 “Арматура трубопроводная. Маркировка и отличительная окраска”. Маркировка должна выполняться на корпусе запорной арматуры и содержать товарный знак завода-изготовителя; номинальное (условное) давление, диаметр номинального (условного) прохода, стрелку, показывающую направление потока среды, марку или условное обозначение материала корпуса для арматуры, изготовленной из стали со специальными свойствами (коррозионно-стойкой, жаростойкой, хладостойкой и т.д.).

Знаки маркировки на литой арматуре выполняют — штамповкой, клеймением или гравировкой. Знаки маркировки наносят на лицевой стороне корпуса, кроме товарного знака завода-изготовителя, который наносят на противоположной стороне. На арматуре, обеспечивающей прохождение рабочей среды в любом направлении, маркировку наносят без стрелок. На торцах запорных органов кранов должны наноситься риски, указывающие расположение проходных отверстий в запорном органе.

В настоящее время трубопроводная арматура выпускается многими заводами и предприятиями. ЦКБ арматуростроения (г.Санкт-Петербург) приняты условные обозначения арматуры: Например, первые две цифры обозначает вид запорной арматуры, следующие за ней буквы — материал, из которого изготовлен корпус, далее — первая цифра — тип применяемого привода, следующие две цифры — конструкция арматуры по каталогу завода — изготовителя, следующие две буквы указывают на материал, из которого выполнены уплотнительные поверхности. Изделия без вставных или наплавленных уплотнительных колец, т.е. с уплотнительными поверхностями, выполненными непосредственно на самом корпусе, обозначают буквами “бк” (без колец). С обозначением материала уплотнительных поверхностей объединяется обозначение материала внутреннего покрытия корпуса.

Условное обозначение изделия, дополненное римской цифрой, указывает на различные варианты конструктивного исполнения основного изделия. Примеры условных обозначений запорной арматуры: 1) 15кч22нж: 15 — клапан (Ндп вентиль), кч — корпус из ковкого чугуна; 22 — конструкция клапана (Ндп вентиля (по каталогу); нж — уплотнительные поверхности из нержавеющей стали; 2) 15кч916бр: 15 — клапан (Ндп вентил)ь; кч — корпус из ковкого чугуна; 9 — вид примененного привода (электрический); 16 — конструкция вентиля (по каталогу); бр — уплотнительные поверхности из латуни или бронзы; 3) 11с320бк: 11 — кран; с — корпус из углеродистой стали; 3 — вид примененного привода (механический с червячной передачей); 20 — конструкция крана (по каталогу); бк — уплотнительные поверхности выполнены непосредственно на корпусе, т.е. без вставных колец.

В зависимости от материала корпуса наружные необработанные поверхности (корпус, крышка, сальник и т.д.) чугунной и стальной арматуры (кроме приводных устройств) окрашивают в различные отличительные цвета по ГОСТ 4666-75 “Арматура трубопроводная. Маркировка и отличительная окраска”: серый ковкий чугун — черный; сталь коррозионная — голубой; сталь углеродистая — серый; сталь легированная — синий. Арматуру из цветных сплавов не окрашивают, но в зависимости от материала уплотнительных деталей производят окраску привода. На магистральных газопроводах применяют запорную арматуру различного типа, но наиболее распространение получили задвижки, клапаны (Ндп вентили), обратные клапаны и краны.

Достоинства изделия

Запорный клапан наделён следующими преимуществами:

• Конструкцией, которая полностью пригодна для ремонта в случае выходе какой-либо детали из строя.
• Высокой надежностью работы и герметичностью перекрытия.
• Достаточно небольшой скоростью открытия прохода, благодаря чему исключается вероятность возникновения вредоносных гидравлических ударов в системе.
• Некоторые модели могут быть использованы для дросселирования потока.
• Не требует приложения большой физической силы для своего управления со стороны обслуживающего персонала. За счет этого отпадает надобность в использовании длинных рычагов в клапанах с ручным приводом и дорогостоящего электропривода в моделях с автоматическим управлением.

Сравнение трубопроводной арматуры различных типов

Сравним трубопроводную арматуру различных конструкций. В таблице 1 приведено краткое описание основных отличительных характеристик трубопроводных устройств.

Примеры отличий в характеристиках модернизированной арматуры

Характеристику арматурных устройств отличающихся типов нужно приводить с осторожностью, ведь недостатки базовой конструкции отдельного типа могут быть ослаблены или устранены при её модернизации. Ниже приведены три примера модернизации арматурных устройств

Задвижки суженного Ду и полнопроходные задвижки

Например, задвижки суженного Ду обладают значительно меньшей строительной высотой по сравнению с полнопроходными, но у них больше строительная длина и гидравлическое сопротивление.

Шаровой кран и кран с конусной пробкой

Шаровой кран имеет меньший износ поверхностей и усилие на привод, более герметичен, но сложнее и дороже по себестоимости, чем кран с конусной пробкой.

Вентиль базовой конструкции и прямоточный вентиль с косым шпинделем

Прямоточный вентиль, имеющий в своей конструкции косым шпинделем имеет меньшее гидравлическое сопротивление, чем обычный.

Конденсатоотводчики и регуляторы имеют конструкцию, где используется один их названных выше базовых типов арматуры (чаще всего клапан). По этой причине их не выделяют по конструкции затвора в самостоятельный тип арматуры. Но их можно выделить в отдельный тип при классификации по назначению, так как они активно применяются в теплогазосноабжении и вентиляции.

Соединительная трубопроводная арматура

При монтаже трубопровода может возникнуть ситуация, когда необходимо соединить трубы из отличающихся материалов, имеющих разный диаметр или встроить фланцевый элемент на важном участке, где может произойти авария. На этот случай существует соединительная арматура в виде фланцевых адаптеров, хомутов, заглушек, крестовин и тройников

В конструкции этих деталей отсутствует запорно-регулирующий механизм.

Используя такие виды трубопроводной арматуры, можно в короткие сроки выполнить монтаж системы, заменить детали, провести ревизию или ремонт трубопровода. Способ стыковки соединительной арматуры с трубой выбирается в зависимости от вида трубы и ее назначения. Металлопластиковые изделия соединяют обжимным способом, полипропиленовые – методом сваривания.

В обоих случаях получается надежное, герметичное соединение. Соединительная арматура выпускается диаметром 25-2020 мм и может использоваться на трубопроводах, в которых давление рабочей среды варьируется в пределах 1-4 МПа. Для изготовления деталей может использоваться сталь, чугун или пластик. Готовые изделия имеют резьбовой, фланцевый или обжимной тип стыковки.

Классификация, маркировка и требования стандартов

Трубопроводная арматура за счет своей способности изменять внутреннее сечение трубопровода позволяет эффективно управлять потоками различных типов сред. Так, ее использование дает возможность выполнять следующие операции:

• распределять фазы движения рабочих сред;
• осуществлять сброс потока;
• отключать подачу;
• обеспечивать смешивание нескольких потоков;
• осуществлять регулировку параметров потока;
• выполнять распределение рабочей среды.

Классификация арматуры строится на основе ее функциональных возможностей. Так, в зависимости от этого параметра трубопроводная арматура может быть следующих типов.

Регулирующего типа

С помощью такой трубопроводной арматуры изменяют параметры потока рабочей среды и, соответственно, его основные характеристики. В данной категории выделяют дроссельный и запорно-регулирующий типы. С помощью арматуры первого типа, которую часто называют редукционной, можно уменьшать рабочую нагрузку в трубопроводе, что делается за счет увеличения гидравлического сопротивления в его проточной зоне. Запорно-регулирующая трубопроводная арматура — это совокупность устройств, с помощью которых обеспечивается регулирование параметров рабочего потока и его перекрытие.

Запорного типа

Такую трубопроводную арматуру используют для герметичного перекрытия потока рабочей среды. Если она применяется для управления потоком рабочей среды в контрольно-измерительные агрегаты, то она называется контрольной. Есть еще и дренажная запорная арматура, за счет которой осуществляется сброс рабочей среды из трубопроводов или емкостей.

Смесительно-распределительного типа

Такая трубопроводная арматура обеспечивает смешивание потоков рабочей среды, а также их распределение по требуемым направлениям движения.

Защитная

Эту трубопроводную арматуру используют для защиты элементов системы от последствий, вызванных изменением параметров потока рабочей среды. Такие изменения чаще всего могут быть последствиями возникновения аварийных ситуаций в системе. Арматура этого типа может также обеспечивать защиту от смены направления движения рабочего потока.

Фазоразделительная

Это трубопроводная арматура, которая разделяет рабочую среду по различным фазовым состояниям. Она, например, может разделять перегретый пар и рабочую среду, задерживать конденсат (кондесатоотводчик), а также решать ряд других задач.

Предохранительная

Этот тип трубопроводной арматуры защищает систему от критического повышения давления рабочей среды.

Трубопроводную арматуру, согласно требованиям Государственного стандарта Р52720-2007, характеризуют два основных параметра:

• условное давление;
• условный проход.

Условное давление, обозначаемое Ру или PN, характеризует такое значение данного параметра, при котором емкости или трубопроводы могут эксплуатироваться в течение определенного периода времени при условии, что температура рабочей среды составляет +20 градусов Цельсия. Классификация трубопроводной арматуры и номинальные значения данного параметра оговорены Государственным стандартом 26349-84.

Значения условного прохода арматуры, который обозначается Ду или DN, характеризуют параметры элементов, входящих в состав трубопроводов. Допустимые величины данного параметра оговариваются Государственным стандартом 28338-89.

Ключевые разновидности запорной арматуры для трубопроводов

В целом, вся трубная арматура делится на целый ряд разновидностей; если говорить конкретнее, то она может быть:

• запорной;
• контрольной;
• предохранительной;
• дроссельной;
• регулировочной;
• отключающей;
• запорно-регулировочной;
• отводной;
• обратной;
• фазоразделительной;
• невозвратно-запорной;
• дренажной;
• распределительно-смесительной;
• и, наконец, невозвратно-управляемой.

С тем, каково предназначение конкретно запорной арматуры, мы уже разобрались. Что же касается предохранительной, то она необходима для автоматической защиты приборов и каналов от чрезмерно высокого рабочего давления посредством сброса «лишнего» объема транспортируемого вещества. Регулировочная же арматура корректирует характеристики вещества при помощи изменения расхода.

Посредством обратной арматуры предотвращается возвратное движение потока в автоматическом режиме. Эти изделия делятся на несколько подвидов, одни из которых принудительно закрывают проход, а другие – ограничивают его либо открывают.

Посредством дренажных элементов рабочая среда сбрасывается из магистралей или же емкостей. А если эта среда имеет разные фазовые состояния, то ее разграничивают посредством фазоразделительной арматуры. Наконец, редукционные элементы снижают рабочее давление в сети, повышая для этого проточную часть гидросопротивления. Как видим, запорная арматура для трубопроводов является далеко не единственной в своем роде.

Советы специалистов

• Следует иметь в виду, что на ввод нельзя ставить пластик – в случае выхода из строя его долго менять. Чугун и сталь ржавеют – от этих материалов стоит отказаться.
• Монтаж каких-либо элементов газопровода своими руками запрещен – и лучше не экспериментировать в целях безопасности.
• Для медных систем водоснабжения применяют медные фитинги. Пайка медных трубопроводов и фитингов сложна – лучше доверить ее специалисту.
• Не следует использовать при монтаже паклю – современная лента ФУМ надежнее изолирует стыки и позволяет в случае поломки легко раскрутить резьбовое соединение.
• При необходимости сварить металлопластиковую трубу необходимо удалить два верхних слоя полипропилена и алюминиевой фольги (для этого существует специальный аппарат – шейвер). Нельзя сваривать пластик при отрицательных температурах.
• Если происходит замена изделия  на резьбовом соединении и оно не откручивается, стоит применить специальный состав для смазки резьбы (например, WD-40).
• При установке крана направление тока жидкости должно совпадать со стрелкой на кране.