Курс Трубопроводная арматура. Модуль Краткий курс для менеджеров

Цельнопластмассовая арматура все более и более выступает как альтернатива нержавеющей стали или сплавам. Пластмассовая арматура изготавливается из разнообразных материалов и показала удовлетворительные результаты в применении для систем с агрессивными химическими соединениями типа слабых кислот и для чрезвычайно коррозионных рабочих сред. Некоторые из используемых материалов – непластифицированный поливинилхлорид (UPVC), акрилонитрил бутадиенстирен (ABS), полипропилен (PP) и полиэтилен (PE). Пластмассовая арматура может использоваться для низкого давления, а для более высоких давлений на пластмассовых трубопроводах используются стальные клапаны.

Все больше начинает использоваться и композитная арматура, например из армированного стеклопластика. Этот материал оказался особенно устойчив в агрессивных средах, имеет хорошие прочностные и пластические свойства. Это привело к тому, что он становится все более востребованным на химических производствах, участках химводоподготовки ТЭС и др., заменяя собой не только арматуру из высоколегированных металлов, но и арматуру из пластмасс.

Прочность арматуры

Корпус арматуры – главная деталь, работающая под давлением и служащая основным элементом для всех других деталей. Он должен быть достаточно мощным для противостояния давлению и температуре среды изнутри и нагрузкам, возникающим от монтажа на трубопроводах и привода снаружи. Вид арматуры, рабочее давление, метод изготовления, материал и цена – всё должно рассматриваться, и должно быть учтено разнообразие потенциальных мест утечек через корпус, разъём корпуса с крышкой, уплотнительные поверхности, уплотнение шпинделя и присоединение к трубопроводу.

При прочностных и силовых расчётах следует учитывать в совокупности нагрузки от рабочего давления, монтажных усилий и динамических воздействий, возникающих при контакте перемещающегося штока с корпусными деталями.

Полнопроходная или зауженная арматура

Некоторые виды арматуры, в особенности задвижки и шаровые краны, могут быть разработаны с полным или зауженным проходом. Полный проход означает равенство диаметров проходного сечения арматуры и трубопровода и применяется в арматуре, используемой в системах с незначительными перепадами рабочего давления, а также там, где требуется обеспечить беспрепятственный проход для чистящих трубопроводы ершей.

Зауженный проход с диаметром прохода, обычно уменьшаемым до следующего меньшего стандартного условного диаметра, используется, чтобы сэкономить вес, материал и, следовательно, стоимость. Использование зауженного прохода, однако, увеличивает гидравлическое сопротивление и скорость пропуска среды. Это может привести к чрезмерному кавитационному износу и шуму в системе в случаях, когда давление на входе близко к давлению парообразования протекающей жидкости при температуре эксплуатации и затруднениям при ручном управлении арматурой.

При установке в трубопроводную систему зауженной арматуры происходит некоторое увеличение общего коэффициента сопротивления системы. Это может ухудшить её гидравлические характеристики при низких давлениях (например, самотёк жидкостей под воздействием статического напора). Если же система находится под давлением, создаваемым насосом, установка зауженной арматуры оказывает незначительное влияние на сопротивление системы и может быть оправдана. Так, заужение до 0,7 от полного прохода может увеличивать потери до 10 %, что для арматуры из высоколегированных сталей с учетом уменьшения стоимости такой арматуры часто считается допустимым.

Однако можно отметить, что для регулирующей арматуры при этом возрастают потери напора и могут ухудшаться условия формирования потока при прохождении через регулирующий затвор, что приводит к ухудшению условий регулирования. В целом при неправильном выборе заужения проходной части арматуры энергопотери могут достигать 15 %.

Гидравлические характеристики

Гидравлической характеристикой запорной и обратной арматуры является коэффициент сопротивления, который является безразмерной величиной, равной потере давления, деленной на скоростное давление. Коэффициент сопротивления рассчитывается по формуле

Где

?Р – потери давления на арматуре, МПа;

? – плотность рабочей среды, кг/м

;

?

– средняя скорость среды, отнесенная к площади сечения на входе арматуры, м/с.

Коэффициент сопротивления определяется экспериментально при полностью открытой арматуре.

В табл. 1.8 приведены коэффициенты сопротивления запорной и обратной арматуры.

Табл. 1.8. Коэффициенты сопротивления арматуры

Гидравлической характеристикой регулирующей арматуры является пропускная способность Kv, м

/ч. Величина Kv численно равна расходу жидкости в м

/ч с плотностью 1000 кг/ м

, протекающей через арматуру при перепаде давления на ней 0,1 МПа и соответствующем значении хода, и рассчитывается по формуле:

где

Q – объемный расход среды м

/ч;

?P – перепад давления на клапане, кг/см

;

? – плотность среды, г/с м

.

В зарубежной практике пропускная способность арматуры рассчитывается по формуле

где

Q – объемный расход среды, галлон/мин;

?P- перепад давления на клапане, фунт/дюйм

;

Gf – удельный вес среды, отнесенный к удельному весу воды, равному единице при температуре 60

F (33,3

C).

Обе формулы относятся к бескавитационному режиму протекания рабочей среды в области квадратичного сопротивления.

Коэффициент сопротивления 

связан с пропускной способностью Kv и Cv зависимостями:

где

FN – площадь условного прохода, см

;

DN – диаметр условного прохода, см.

Числовая корреляция величин пропускной способности приведена в табл. 1.9.

Табл. 1.9. Числовая корреляция пропускной способности

Гидравлической характеристикой предохранительной арматуры является эффективная площадь, равная произведению коэффициента расхода на площадь, к которой она отнесена (по ГОСТ 12.2.085 коэффициент расхода относится к площади седла). По величине коэффициента расхода и значению площади седла по формуле, приведенной в ГОСТ 12.2.085, в зависимости от параметров эксплуатации рассчитывается расход (в ГОСТ называется пропускная способность), который будет проходить через клапан при его срабатывании. Рассчитанный расход должен быть не менее аварийного.