Выбор запорной арматуры

Правильный выбор запорной арматуры является одним из главных этапов проектирования трубопроводной системы, поскольку именно от нее зависит производительность всей системы.

Запорная арматура состоит из следующих элементов:

• Механизм управления. Это устройство, управляющее движением запорного элемента. В зависимости от типа арматуры это может быть ручка, штурвал или рычаг (для ручной арматуры) и электрический или пневматический привод (для приводной арматуры).
• Запорный элемент. Это подвижный элемент, изменяющий проходное сечение: от полного закры­тия до полного открытия. Запорным элементом может быть диафрагма клапана, шар шарового крана, диск дискового затвора или пластина шиберной задвижки.
• Корпус. Это основа конструкция арматуры, в которой имеются отверстия, предназначенные для прохожде­ния перекачиваемой среды.
• Уплотнения. Они могут изготавливаться из различных материалов (EPDM, FKM, PTFE и другие), в зави­симости от предназначения той или иной арматуры.

Выбор типа запорной арматуры зависит от ее назначения. Как правило, она используется для выполнения таких функций:

• Перекрытие (отсечение) потока. Для открытия и перекрытия потока перекачиваемой среды в основ­ном используются шаровые краны и отсечные клапаны.
• Дросселирование (регулирование) потока. Для этих задач чаще всего используются мембранные клапаны, дисковые затворы или регулирующие шаровые краны.
• Предотвращение обратного потока. Для предотвращения обратного потока чаще всего используются обратные клапаны разной конструкции: поршневые, шаровые, пружинные или дисковые.

Знание конструктивных особенностей поможет сделать правильный выбор.

Что учитывать при выборе

Поскольку для реализации конкретных задач можно выбирать арматуру различного типа, выбор следу­ет выполнять с учётом конкретных требований к системе:

• Перекачиваемая среда. Необходимо знать, может ли перекачиваемая среда вызвать проблемы с теми эле­ментами арматуры, с которыми она контактирует. Может ли вязкость, температура или давление создать проблемы?
• Совместимость. Совместимы ли запорные элементы арматуры с перекачиваемой средой? Достаточна ли коррозионная и абразивная стойкость этих элементов?
• Вес и габариты. Необходимо проанализировать ограничения по массе и эксплуатационные требования по размерам. Обычно для арматуры с ручным управлением предлагается выбор рукояток, штурвалов и прочих элементов, в зави­симости от потребностей. Приводная арматура чаще всего имеет электро- или пневмоуправление. 

Характеристика среды

Для правильного подбора запорной арматуры необходимо тщательно изучить характеристики перекачиваемой среды. Условно разделим среды на «чистые» и «грязные».

К «чистым» относятся среды, не содержащие твёрдых частиц, к «грязным» — среды с взвешенными твёрдыми частицами, которые могут сильно ухудшить производительность арматуры, если она подобрана неправильно. Такие среды ещё называют абразивными.

«Чистые» среды, как правило, оказывают минимальное воздействие на арматуру, в то время как «грязные» могут приводить к эрозии запорных элементов, уплотнительных прокладок и корпусов. «Чистые» среды обычно допускают широкий выбор типов арматуры, а для загрязнённых сред выбор ограничен и сводится к использованию мембранных клапанов или специализированных, дорогостоящих элементов.

Кривые характеристик арматуры

Выбор арматуры напрямую связан с её характеристиками. Кривые характеристик различаются для каждого типа арматуры и описывают из­менение расхода в зависимости от степени открытия запорного элемента. Эти кривые определяются геоме­трией запорного элемента, задаваемой при конструировании арматуры. 

Как видно на рисунке, мембранным клапанам свойственна нелинейная кривая: про­пускная способность очень быстро растёт в самом начале его открытия, а далее, вплоть до полного открытия, остаётся практически неизменной. 

Характеристическая кривая шарового крана имеет «зеркальную» картину: его пропускная способность нелинейно растёт при углах открытия, близких к максимальному, а при малых углах пропускная способ­ность практически не меняется.

Серии мембранных клапанов FIP DK и регулирующих шаровых кранов FIP VKR имеют линейную кривую на всем участке. Это позволяет использовать арматуру этого типа даже в тех случаях, когда требуется очень точна регулировка расхода. Слева представлены характери­стики мембранных клапанов FIP DK и шаровых клапанов FIP VCR, демонстрирующие линейные участки кривых. 

Автоматизация и повышение производительности

Помимо ручной, сегодня широко используется приводная запорная и регулирующая армату­ра различных типов, поскольку она позволяет автоматизировать производственные процессы. Это обеспечивает более тщательный контроль критических процессов и устраняет влияние человеческого фактора. Широкое внедрение автоматической приводной арматуры повышает общую производительность си­стемы и снижает общие расходы.

Спрос на арматуру с электрическими и пневматическими приводами неуклонно растёт из-за увеличения затрат на рабочую силу, требующуюся при ручном управлении процессами.

Основные преимущества использования арматуры с автоматическими приводами:

• автоматическая приводная арматура легко и экономически оправданно встраивается в общую систему управления технологическим процессом;
• позволяет легко автоматизировать последовательность работы в сложных многосту­пенчатых процессах, которые трудно (а иногда и невозможно) контролировать вручную;
• снижает финансовые и трудовые затраты,  повышая при этом точность соответствия технологическим условиям;
• позволяет создавать дублирующие отказоустойчивые системы, устраняющие ручное вмешательство ра­ботников в управление транспортировкой опасных сред: это повышает и безопасность труда, и безопасность технологических процессов.

Существует два основных типа приводов: электрические и пневматические. При наличии электричества и маги­стралей подачи сжатого воздуха в первую очередь следует исходить из потребной мощности оборудования. Пневмоприводы обычно дешевле и конструктивно проще, а электроприводы легче интегрируются в общую систему управления и легче монтируются, поскольку им не нужны от­дельные магистрали подачи сжатого воздуха.

Следует учитывать возможности регулировки скорости закрытия арматуры посредством пневмо- и электро­приводов. Слишком быстрое закрытие арматуры может привести к так называемому «гидроудару» — явлению, которое часто приводит как к повреждению (или даже разрушению) самой арматуры, так и рядом расположенных отрезков трубопровода. 

Скорость работы электрических и пневматических приводов отличается. Некоторые типы пневматических приво­дов снабжены позиционерами, что позволяет им точно соблюдать необходимые в конкретном технологическом процессе временные циклы открытия-закрытия.

Выбор полимерной запорной арматуры вместо металлической

На правильный выбор запорной арматуры влияют не только её характеристики и стоимость. Необходимо также учиты­вать и затраты на рабочую силу, на монтаж оборудования, его техническое обслуживание и возможность модернизации системы в будущем.

Полимерная трубопроводная арматура незаменима при транспортировке различных химических веществ (кислоты, щелочи, растворы солей, органика), и, по сравнению с металлической арматурой, обладает рядом неоспоримых преимуществ: 

• отсутствие коррозии и отложений;
• долговечность (срок службы до 50 лет);
• высокая химическая стойкость;
• легкость монтажа и эксплуатации. 

В этой связи характерной особенностью развития трубопроводной индустрии является активное вытеснение традиционных материалов полимерами. 

Ознакомиться с темой выбора конкретного материала для вашего применения вы можете в статьях:

Выбор полимерного материала при проектировании трубопроводов 

Передовые технологии для транспортировки агрессивных сред

Именно с полимерной арматуры мы советуем начинать модернизацию устаревшей системы трубопроводов. Замена старых металлических систем на новые полимерные обходится с минимальными усилиями и временными затратами, а самое главное – не требует полной реконструкции трубопровода (а иногда и вовсе не требует никаких доработок, если правильно подобрана монтажная длина нового шарового крана или дискового затвора).