Трубопроводная арматура: классификация, виды и назначение

 

К трубопроводной арматуре относят технические устройства, применяемые в составе трубопроводных коммуникаций, позволяющие организовать эффективное управление потоками транспортируемых сред, увеличивая или уменьшая размер проходного сечения. Устройства позволяют регулировать поток, смешивая, перераспределяя, полностью ограничивая или отключая коммуникации от транспортных сетей. Перемещаемые по арматуре и трубам вещества могут иметь различную консистенцию – жидкую, газообразную, вязкую, сыпучую.

Виды трубопроводной арматуры

Геометрические характеристики трубопроводной арматуры должны быть унифицированными и соответствовать определенным стандартам. При производстве арматурных устройств применяют такие технологии, как ковка, литье, сварка, штамповка. По функциональному назначению различают несколько основных видов трубопроводной арматуры:

1. Запорная трубопроводная арматура. Позволяет оперативно отсечь поток среды и создать герметичный заслон. По предназначению она бывает контрольной (обеспечивает управление потоком, поступающим в аппаратуру контроля или измерений), спускной (позволяет оперативно выполнять сброс ненужного рабочего вещества из трубопроводных систем или резервуаров), отсечной (отличается минимальным временем сработки).
2. Регулирующая арматура. Позволяет эффективно регулировать основные параметры среды – температурные показатели, давление, расход транспортируемого вещества. Делится на редукционную (назначение трубопроводной арматуры – уменьшение параметров рабочего давления за счет повышения уровня гидравлического давления в проточном сегменте) и запорно-регулирующую (работает как запорное и одновременно регулирующее устройство).
3. Предохранительная трубопроводная арматура. Эффективно защищает коммуникации от повышения параметров давления в системе. В конструкции такой арматуры предусмотрены предохранительные, а также перепускные клапаны, которые автоматически открываются для сброса лишнего вещества при превышении критических параметров давления.
4. Защитная арматура. Позволяет в автоматическом режиме отключать транспортировку потока в отдельных частях коммуникаций или во всей системе, при недопустимых параметрах среды. Делится на обратную (предотвращает обратное движение рабочего вещества) и скоростную (предотвращает транспортировку потоков сред на недопустимой регламентом скорости).
5. Фазоразделительная арматура. Разделяет отличные по фазе или плотности потоки рабочих сред.
6. Смесительно-распределительные арматурные изделия. Используются как для смешивания, так и для разделения. Распределительная арматура делит входящий поток на несколько исходящих потоков. Смесительная – создает один общий поток из двух и более потоков.
7. Контрольная арматура. Позволяет оперативно определять наличие движения среды, а также ее уровня в коммуникациях.

Трубопроводная арматура – это разнообразные по конструкции и исполнению задвижки, краны, заслонки, вентили, клапаны, конденсатоотводчики, мембранные предохранители, вантузы, маслоотделители, краны-смесители, дросселирующие устройства. От их надежности и качества зависит эффективность работы и безопасность эксплуатации трубопроводных коммуникаций.

Классификация трубопроводной арматуры

Арматурные конструкции для трубопроводов классифицируют не только по функционалу, но и по другим параметрам. Использование классификаций позволяет максимально точно подбирать оборудование для трубопроводных систем под заданные заказчиком конкретные условия эксплуатации, с учетом требуемых параметров рабочей среды, обеспечивая надежность и бесперебойность работы коммуникаций. Основные классификации:

• По сфере применения.
• По типу соединения.
• По методу герметизации.

Классифицировать арматуру можно и по другим параметрам – по способу управления, конструкционным особенностям корпусной части. В зависимости от модификации и типа коммуникаций приводиться в действие устройство может ручным способом, дистанционно или автоматически, с помощью привода. Конструкция корпуса арматуры бывает проходного типа, углового, многоходового. Конструкционное исполнение влияет на расположение патрубков, присоединяемых к трубопроводной арматуре.

По сфере применения

Различают несколько основных видов арматурных изделий в зависимости от особенностей применения. Каждая из модификаций рассчитана на определенный вариант эксплуатации и может проектироваться как с учетом готовых типовых схем и чертежей, так и на основе нестандартных конструкторских проектов, разработанных под конкретные производственные задачи. По этому параметру различают такие виды трубопроводной арматуры:

• Общепромышленная. Используется во многих отраслях промышленности без привязки к профилю производства, при ее изготовлении используют типовые решения.
• Специального назначения. Разрабатывается для конкретного производства с учетом индивидуальных пожеланий заказчика.
• Для опасных производств. Используется для транспортировки сред на сложных и опасных производственных участках или предприятиях.
• Криогенная. Предназначена для перемещения низкотемпературных сред.
• Санитарно-техническая. Используется в составе санитарно-технической аппаратуры.
• Судовая. Разрабатывается специально для трубопроводов судовых систем.
• Устьевая. Используется в составе скважинных трубопроводных систем.
• Фонтанная. Рассчитана на применение в устьевых нефтяных и газовых фонтанных скважинах.
• Энергетическая. Для транспортировки сред на объектах энергетического комплекса.

Трубопроводная арматура для каждой из сфер применения может использоваться в составе трубопроводных сетей для отключения подачи среды, сброса потока, распределения или смешивания составов, регулировки параметров и характеристик транспортируемого вещества. На правильность выбора арматуры влияют различные факторы, в том числе вид и назначение устройств.

По типу соединения

У каждой трубопроводной системы есть свои конструктивные особенности, на основе которых можно подобрать механизм или устройство с подходящим типом соединения. Правильный выбор изделий с учетом конструктивных особенностей крепления позволяет сделать трубопровод максимально герметичным и надежным. Кроме того, от типа соединения зависит скорость монтажа и демонтажа коммуникаций, а также сложность их прокладки. По этому параметру конструкционные элементы делят:

• на муфтовые. Комплектуются соединительными патрубками с внутренней резьбой. Чаще всего используются в трубопроводных системах небольшого сечения;
• фланцевые. Оснащаются круглыми или квадратными фланцами, по периметру которых предусмотрены специальные отверстия для крепежных элементов. У ответных фланцев имеются аналогичные отверстия в соответствии с присоединительным размером;

• цапковые. Имеют быстроразъемный тип соединения и оснащаются уплотнительной прокладкой. При соединении используется наружная резьба и буртик;
• штуцерные. Соединительные патрубки оснащены наружным типом резьбы.

Иногда арматуру соединяют и при помощи сварки. Для этого в качестве соединительных концов изделий используют патрубки под приварку. Существует также бесфланцевая арматура, которую монтируют между фланцами трубопроводной системы. При правильном монтаже каждый из типов соединения обеспечивает оптимальную герметичность и надежность коммуникаций.

По методу герметизации

Герметичность системы также зависит от типа уплотнителя, используемого в составе арматуры. По этому параметру различают несколько видов трубопроводной арматуры:

• сальниковую (используется сальниковая набивка на основе асбестового или пенькового волокна, которую предварительно пропитывают антисептиком или гидрофобным составом);
• сильфонную (для уплотнения используется гофрированная трубка);
• мембранную (герметизация с помощью специальной мембраны, которая дополнительно может выполнять функцию затвора и использоваться для того, чтобы запирать коммуникации, предотвращая транспортировку потока);
• шланговую (для уплотнения используется специальный эластичный шланг).

Герметизация необходима для защиты от протечек во время использования с любыми типами сред. Элементы герметизации выполняют функцию уплотнения, предотвращая протечки в местах монтажа подвижных элементов (в месте их соединения с корпусной частью).

Типы трубопроводной арматуры

Существует четыре основных типа арматурных элементов для трубопроводов – это кран, задвижка, клапан и дисковый затвор. Каждая из представленных модификаций имеет свои конструктивные особенности и рассчитана на определенную функциональность.

Кран

Устройство с запорным или регулирующим элементом. Обычно он расположен произвольно по отношению к потоку среды. Краны используют для запирания отверстия и предотвращения транспортировки среды, регулировки интенсивности потока, а также распределения. Краны устанавливаются на трубопроводы, перемещающие различные виды сред – жидкие, газообразные, вязкие, сухие и т. д. Основные достоинства этого вида арматуры:

• простота конструкции;
• компактные размеры и небольшой вес;
• минимальное время на установку в нужное положение;
• возможность использования для агрессивных и загрязненных сред.

Управление краном может быть ручным, так и с помощью приводного устройства. Краны бывают проходными (не меняют направление потока), угловыми (меняют направление потока под углом 90), а также трехходовыми (оснащены двумя входными и выходным патрубками). Форма затвора у крана может быть шаровой, конусной или цилиндрической.

Задвижка

Широко распространенный механизм для запирания или регулировки потока, который представлен в продаже большим ассортиментом типоразмеров. Устройства обычно оснащаются запирающим или регулирующим элементом, который перемещается под углом в 90 градусов к потоку среды. Среди эксплуатационных преимуществ такой арматуры стоит отметить:

• простоту и надежность конструкции;
• оптимальную строительную длину;
• широкую вариативность применения независимо от эксплуатационных условий;
• низкий уровень гидравлического сопротивления.

Задвижки эффективно использовать в трубопроводах магистрального назначения, для которых характерна высокая скорость транспортировки веществ. Они практически всегда являются полнопроходными, то есть диаметр внутренней части соответствует диаметру трубопроводной системы. В зависимости от типа запирающего компонента устройства делятся на клиновые, параллельные, шиберные, ножевые, специальные. Ими управляют вручную или с помощью привода.

Клапан

Трубопроводная арматура, которая представляет собой специальный механизм. Он используется для того, чтобы открывать, закрывать или регулировать поток среды при возникновении определенных условий. Это может быть скачок давления или температуры, изменение направления транспортировки среды. Клапаны бывают регулирующие (обеспечивают возможность управления, в конструкции предусмотрен плунжер, благодаря перемещению которого можно регулировать параметры среды), запорные (используются для полной герметизации трубопровода), обратные (защитная арматура, предотвращающая изменение направления потока), предохранительные (обеспечивают защиту оборудования от механического разрушения при критическом повышении давления).

Дисковый затвор

Устройства с дисковыми запирающим и регулирующим элементами. Иногда эти устройства называют заслонками или поворотными затворами. Компактная и простая по функционалу конструкция обеспечивает быстрое открытие или закрытие потока рабочей среды за счет вращения пластины вокруг своей оси. Основными достоинствами такой арматуры являются быстродействие, малая строительная длина, простота установки на трубопровод.

Типы привода

Для удобного и эффективного управления трубопроводной арматурой используют различные типы привода.

Ручной

Самым простым и не требующим сложных технических действий вариантом является ручной привод. В таких конструкциях для вращения рукоятки или маховика необходимо человеческое усилие для приведения в движение элементов массивных устройств. Иногда для облегчения задачи используют специальные редукторы.

Механический

Механические приводы для трубопроводной арматуры можно разделить на несколько основных видов:

• Электрические. Широко используются в запорной и регулирующей арматуре. Движение механических компонентов в таком устройстве обуславливает подача электрического тока. Такие приводы отличаются высоким быстродействием, простотой управления и легкостью монтажа.
• Пневматические. У таких приводов самое быстрое время сработки, но для их функционирования необходим подвод сжатого воздуха. В конструкции может иметься или не иметься возвратная пружина, приводящая в действие механизм.
• Гидравлические. Используются для арматуры различного размера и назначения. Имеют небольшой размер и высокую скорость сработки.
• Электромагнитные. Предназначены исключительно для запорной арматуры. Подъем или опускание намагниченных элементов происходит за счет генерации магнитного поля.

От быстроты сработки привода и его надежности во многом зависит безопасность и эффективность работы транспортной системы, особенно в критических ситуациях. Поэтому при выборе стоит уделять внимание характеристикам приводного механизма. Он должен иметь определенные технические параметры, быть надежным и долговечным, максимально простым в управлении.

Дистанционный

Такие механизмы позволяют управлять трубопроводными системами в удаленном режиме. Они делятся на ручные и электрические. Для оперативной арматуры используют электрические дистанционные приводы, а для неоперативной – ручные. Для управления механизмами затвора используются специальные указатели.

Конструктивные особенности

Трубопроводная арматура, в зависимости от исполнения, имеет различную конструкцию. Обычно для ее изготовления используются специальные литые заготовки из различных марок стали. Литая конструкция обеспечивает максимальную герметичность устройства и предотвращает его повреждение при воздействии неблагоприятных факторов внутри и снаружи трубопровода.

В составе конструкции также обязательно присутствуют уплотнительные элементы, которые дополнительно повышают герметичность системы.

Основные параметры трубопроводной арматуры

Параметры делятся на общие (используются при выборе любого типа трубопроводной арматуры) и специальные (учитывают при изготовлении отдельных видов арматурных конструкций):

• Общие. К ним относятся номинальный диаметр или условный проход, характеризующий диаметр присоединительной части, номинальное давление, характеризующее значение допустимого min или max давления, исключающего потерю прочности конструкции, рабочее и расчетное давление, пропускная способность, тип присоединения, конструктивные характеристики и материалы изготовления, небольшие размеры, герметичность.
• Для арматуры с функцией управления. При использовании такого типа устройства, помимо общих параметров, следует учитывать крутящий момент привода, управляющее давление, напряжение питания, которое необходимо для сработки механизма, время сработки и тип управляющего сигнала.
• Для арматуры автоматического типа. Управление такими устройствами не нуждается в участии человека. При выборе стоит дополнительно учитывать расход транспортируемого вещества и давление на трубопровод потока до и после прохождения арматуры.

Тип и назначение конструктивных устройств выбирают, исходя из будущих условий эксплуатации оборудования, климатического района размещения, характера нагрузок и свойств рабочей среды. Качество и надежность работы коммуникаций обеспечиваются правильным выбором характеристик, которые полностью удовлетворяют заданным условиям.

Материал для изготовления трубопроводной арматуры

Трубопроводная арматура регулярно подвергается негативным воздействиям факторов среды как внешней, так и внутренней. На стационарные и подвижные элементы воздействуют температурные перепады, влага, статические и динамические нагрузки, механические напряжения, связанные с особенностями транспортируемого вещества.

При выборе материала для основных и дополнительных элементов трубопроводной арматуры руководствуются такими данными, как:

• Функциональные возможности.
• Эксплуатационные условия.
• Тип транспортируемой среды.

Самыми распространенными материалами для производства трубопроводной арматуры являются сталь различных марок и чугун. Для повышения устойчивости к воздействию влаги, температурным перепадам, нагрузкам от колебаний давления и другим негативным факторам при изготовлении могут использоваться стали нержавеющие, с повышенной коррозионной стойкостью, жаропрочностью и другими специальными эксплуатационными параметрами. Чугун применяется серый, ковкий и высокопрочный. Для некоторых видов трубопроводной арматуры корпуса и подвижные детали изготавливают из алюминия, титана, латуни, свинца или бронзы.