Запорная арматура в коммунальном хозяйстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

Запорная арматура в коммунальном хозяйстве

В.С. Слепченок

В.Д. Быстров

На энергетических объектах ГУП "ТЭК СПб" установлено большое количество промышленной трубопроводной арматуры общего назначения с условным диаметром до 1200 мм. От эффективности их функционирования во многом зависит надежность и экономическая эффективность коммунального теплоснабжения. В системах теплоснабжения, из-за процессов коррозии и отсутствия в технологических схемах устройств для удаления различных взвесей или продуктов коррозии, теплоноситель представляет собой двухфазную среду с твердыми включениями. В результате чего у большого класса промышленной трубопроводной арматуры в процессе непродолжительной эксплуатации нарушается герметичность закрытия. Отсутствие герметичности закрытия (внутренний пропуск) не позволяет осуществить быструю локализацию дефектного участка тепловой сети, увеличивает масштабы и последствия возникшей эксплуатационной ситуации. В котельных установках неисправности в работе арматуры приводят к нарушению функционирования автоматики безопасности или к возникновению аварийной ситуации. Аналогичная ситуация возникает и в местах потребления тепла. Кроме того, негерметичность запорной арматуры в ряде случаев приводит к утечкам теплоносителя, котловой воды и т.д., что приводит к снижению технико-экономических показателей работы систем теплоснабжения.

Качество запорной арматуры можно оценить следующими основными показателями: герметичность закрытия, ресурс герметичности и вероятность отказа функционирования.

Герметичность закрытия - допустимая максимальная величина протечки в единицу времени по направлению потока рабочей среды.

Ресурс герметичности - максимальный срок эксплуатации арматуры, при котором отсутствует превышение допустимой максимальной величины протечки.

Отказ функционирования - это неспособность запорной арматуры перекрывать рабочую среду в пределах допустимой величины протечки, неспособность обеспечивать расчетный расход рабочей среды по трубопроводу или несанкционированное частичное или полное перекрытие потока рабочей среды.

К другим показателям качества необходимо отнести:

скорость срабатывания (открытия, закрытия потока рабочей среды);

герметичность и надежность уплотнений деталей арматуры и соединительных элементов с трубопроводами;

склонность к коррозии корпуса и других элементов арматуры;

возможность механических повреждений элементов арматуры при профилактическом ее обслуживании;

необходимость строительства вспомогательных помещений, приспособлений и оборудования в местах установки арматуры;

вес;

строительные размеры;

простота управления;

ремонтопригодность;

травмобезопасность при эксплуатации;

стоимостные характеристики.

Проведем сравнение по этим показателям запорной арматуры, установленной на энергетических объектах предприятия.

Задвижки

В коммунальном хозяйстве применяются клиновые, а также параллельные (большого диаметра) задвижки. Клиновые задвижки по конструкции запорного органа делятся на двухдисковые задвижки (с составным клином), задвижки с упругим клином и задвижки с жестким клином.

Двухдисковые задвижки являются наиболее технологичными при их изготовлении, т.к. не требуют особой точности изготовления угловых уплотнительных поверхностей корпуса и дисков. Такая арматура легко поддается ремонту. На этом достоинства данной конструкции в основном заканчиваются. Недостатком этой конструкции является большой вес, т.к. для размещения 2-х дисков в полости корпуса требуется больше пространства, чем у любой другой конструкции. Такие задвижки, как правило, боятся высокого крутящего момента при закрытии -есть опасность "просаживания" дисков ниже допустимого положения, а также отказа функционирования из-за "западания" дисков ("щечек"). "Западание" дисков происходит также по причине коррозии и несовершенства конструкции сочленения "шпиндель - диски".

У задвижек с упругим клином затвор выполнен в виде разрезанного (или полуразрезанного) клина, обе части которого связаны между собой упругим (пружинящим) элементом. Под действием усилия прижатия, которое передается через шпиндель, упругий элемент изгибается, обеспечивая плотное прилегание обеих уплотнительных поверхностей клина к седлам. Задвижки с упругим клином требуют жестко выдерживать расстояние между уплотнительными поверхностями, а также достаточно точного совпадения угла корпуса и клина. Все погрешности, возникшие при изготовлении углов в корпусе и клине, компенсируются за счет упругих деформаций клина в момент закрытия задвижки. Такие задвижки обладаю меньшей металлоемкостью, по сравнению с 2-х дисковыми. Однако ремонт таких задвижек требует специального оборудования.

Минимальной по металлоемкости является задвижка с жестким (цельным) клином. Такая конструкция, в зависимости от диаметра условного прохода, в 1,3-2 раза легче 2-х дисковой. Этот тип задвижек допускает превышение крутящего момента на маховике, но при изготовлении является самой сложной. Сложность заключается в подгонке углов корпуса и клина. В процессе эксплуатации у таких задвижек наблюдается повышенный износ уплотнительных поверхностей, особенно при больших перепадах давлений в трубопроводе и использовании их в качестве регулирующего органа, что постепенно приводит к потере герметичности. Имеют место случаи "заедания" клина в закрытом положении. При проведении ремонтных работ исключается взаимозаменяемость клина и седел у задвижек одного диаметра, что, как правило, приводит к необходимости полной замены данного типа арматуры.

У параллельных задвижек уплотнительные поверхности седел параллельны друг другу. Различают однодисковые и двухдисковые параллельные задвижки. Однодисковые по причине недостаточной герметичности закрытия на предприятии не применяются.

Преимуществами конструкции двухдисковых параллельных задвижек являются:

простота изготовления;

легкость сборки и ремонта;

отсутствие заедания затвора в полностью закрытом положении.

К существенным недостаткам можно отнести:

большие усилия и большой расход энергии на закрытие и открытие задвижки, вызванные тем, что на всем пути движения привод преодолевает трение между уплотнительными поверхностями седел и затвора;

ускоренный износ уплотнительных поверхностей при эксплуатации с потерей герметичности закрытия.

Конструктивно указанные типы арматуры подразделяются также на задвижки с выдвижным и невыдвижным шпинделем. Задвижки с невыдвижным шпинделем оснащаются указателями степени открытия. При открытии (закрытии) задвижек с невыдвижным шпинделем имеет место сухое трение с последующим появлением повышенных зазоров в паре "шпиндель - клин". Кроме того, у этих задвижек после длительной эксплуатации имеет место нарушение резьбового соединения пары "указатель-шпиндель" с последующим, не санкционируемым исключением достоверности показаний положения "открыто-закрыто". Это особенно опасно при эксплуатации объектов газового хозяйства. С эксплуатационной точки зрения предпочтительнее применять задвижки с выдвижным шпинделем. Их применение позволяет обеспечить:

смазку пары трения "шпиндель - маховик", что уменьшает усилие управления задвижкой;

надежную работу сальникового уплотнения (отсутствие вращения в паре "шпиндель - набивка");

"наглядность" положения "открыто-закрыто";

определить причину отказа функционирования из-за нарушения сочленения "шпиндель - затвор".

Все вышеперечисленные типы задвижек имеют сальниковые уплотнения шпинделя, которые требуют периодической набивки и подтяжки. При протечках рабочей среды через уплотнения имеют место случаи коррозии резьбовых соединений болтов узла подтяжки сальника. При перетяжке сальника, довольно частое явление - затрудненное управление задвижкой (применение дополнительных самодельных приспособлений), а также - облом грундбуксы узла уплотнения, что приводит к разгерметизации уплотнения и необходимости срочного ремонта.

Установленные на объектах предприятия задвижки имеют, в основном, фланцевые соединения с трубопроводами. Конструктивно и сами задвижки имеют фланцевое соединение крышки с корпусом. При этом зачастую задвижки, изготовленные из разных материалов корпуса (сталь, чугун), либо разного конструктивного исполнения имеют разные геометрические и присоединительные размеры, что усложняет возможность оперативной замены той или иной дефектной арматуры.

Применяемые на предприятии материалы уплотнений фланцевых соединений и сальников, а также упрощенные поля сопряжений самих фланцев не обеспечивают защиту от внезапных нарушений герметичности при возможных нестационарных режимах течения рабочей среды, в частности, при гидроударах.

На предприятии применяются задвижки с ручным и электроприводом. Установленные электроприводы старых конструкций, в основном на задвижках большого диаметра, а также на некоторых газовых задвижках, не позволяют произвести достаточно точную настройку необходимого момента затяжки при закрытии. Это, в ряде случаев, приводит либо к неполному закрытию, с необходимостью последующего "дожатия" вручную, либо к деформации шпинделя, с нарушением герметичности сальникового уплотнения и необходимостью последующего ремонта арматуры.

В целом к положительным качествам задвижек можно отнести:

незначительное гидравлическое сопротивление при полностью открытом проходе;

возможность применения для перекрытия потоков среды большой вязкости (в частности мазута);

относительно небольшая строительная длина;

возможность подачи среды в любом направлении.

В дополнение к вышесказанному необходимо также указать на другие отрицательные качества задвижек, касающиеся всех их конструктивных видов:

сравнительно небольшой допускаемый перепад давлений на затворе и необходимость устройства в ряде случаев байпасных линий;

невысокая скорость срабатывания;

возможность получения гидравлического удара в конце хода затвора;

невозможность использования в качестве регулирующего органа.

Клапаны (вентили)

Максимальный диаметр условного прохода клапанов запорных, установленных на объектах ГУП "ТЭК СПб", составляет 200 мм. Применяются они, в основном, на паропроводах, а также на продувочных и спускных трубопроводах котлов.

К основным недостаткам вентилей можно отнести:

большое гидравлическое сопротивление потоку рабочей среды;

возможность "прикипания" затвора к седлу и отрыва затвора от штока;

нарушение герметичности закрытия, вследствие деформации уплотнительного материала пары "седло - затвор";

ограниченное применение по диаметрам условного прохода;

возможность работы только с одним направлением потока рабочей среды.

К положительным качествам относятся:

возможность использования в качестве регулирующего органа;

возможность работы при больших перепадах давлений рабочей среды.

Краны

Краны на объектах предприятия установлены, в основном, на газопроводах. В зависимости от формы запорного или регулирующего органа краны делятся на конусные и шаровые.

Сальниковые конусные краны обеспечивают более надежную защиту от утечки рабочей среды в атмосферу (благодаря сальнику), но имеют быстро изнашивающий элемент - мягкую сальниковую набивку, что требует более частого их обслуживания.

Преимущества кранов с затяжкой через резьбу заключается в простоте конструкции, а также в удобстве регулировки усилия затяжки. Практика их эксплуатации показывает, что для достижения нужной герметичности требуется значительное натяжение пробки и практически каждое открытие или закрытие этих кранов должно сопровождаться ослаблением либо усилением натяжения пробки.

Для относительно больших условных проходов, в частности для газопроводов котлов ПТВМ и чугунных секционных котлов, применяют сальниковые краны со смазкой, которая заполняет микронеровности обработки поверхностей контакта корпуса и пробки, тем самым обеспечивается дополнительная герметичность. При прочих равных условиях сальниковые краны обладают большей герметичностью, чем натяжные, а краны со смазкой - большей герметичностью, чем сальниковые.

За последние 10 лет появилась альтернатива традиционным вентилям и задвижкам - шаровые краны. Они выпускаются отечественными и зарубежными фирмами. Для соединения с трубопроводами применяется сварка или фланцы. Как правило, шаровые краны диаметром до 150 мм выполняют с ручным приводом, а краны большего диаметра - с редуктором, гидро-(пневмо) или электроприводом. Размещенный в корпусе запорный орган в виде шара изготавливают из высококачественной нержавеющей стали. С двух сторон к шару примыкают уплотнительные кольца из фторопласта или нержавеющих сплавов, стойкие к износу и воздействию загрязнений. Тарельчатые пружины прижимают уплотнения к плавающему шару и обеспечивают надежное функционирование крана в условиях низких и высоких температур.

Необходимо отметить, что шаровые краны имеют температурный предел применения не более 200 ОС, что продиктовано свойствами применяемого мягкого уплотнения в затворе.

Главные преимущества шаровых кранов:

высокая герметичность закрытия;

низкая вероятность отказа функционирования;

минимальный износ внутренних элементов крана;

простота конструкции;

высокое быстродействие;

удобный монтаж и эксплуатация;

низкая стоимость обслуживания при эксплуатации;

длительный срок безаварийной работы;

возможность выполнения функции регулятора;

абсолютная герметичность узла уплотнения "корпус - шпиндель";

возможность бескамерной установки на тепловых сетях.

Недостатки:

ограничение по максимальному диаметру условного прохода;

возможность прикипания и заклинивания после длительной эксплуатации;

достаточно высокая стоимость;

потеря герметичности, вследствие нарушения геометрии шара из-за абразивного износа теплоносителем при эксплуатации крана с неполным открытием (закрытием).

Для устранения этого недостатка производители освоили выпуск шаровых кранов для двухфазных сред с твердыми включениями. Шар в этих кранах надежно удерживается массивным металлическим седлом. Оригинальная конструкция седла, изготовленного из твердого абразивного материала, и шара не дают возможности твердым частицам в потоке рабочей среды задерживаться между ними. Шабрирующие седла эффективно "соскребают" твердые включения с поверхности шара. Основным "секретом" этих кранов является конструкция пружины, которая постоянно прижимает поверхности седла и шара друг к другу.

Дисковые поворотные затворы

Основное преимущество затворов с уплотнением в корпусе, по сравнению с затворами с уплотнениями на диске, - значительно меньшее воздействие рабочей среды на уплотнение, что существенно повышает их долговечность. Эластичное уплотнение обеспечивает большую герметичность по сравнению с металлическим, но это достигается за счет снижения долговечности затвора. Кроме того, дисковые поворотные затворы обладают:

малым коэффициентом гидравлического сопротивления;

простотой и удобством монтажа, особенно в стесненных условиях: малый вес (в 8-9 раз меньше), монтажная длина (в 1,5-2 раза меньше, чем у традиционных задвижек);

возможностью исполнения для трубопроводов больших диаметров;

возможностью использования в качестве регулирующей арматуры;

возможностью установки на тепловых сетях без устройства камер;

простотой замены уплотняющей манжеты(по истечении ее срока службы, который, в зависимости от производителя, определен до 100 000 циклов закрытия и открытия);

выполнением своих функций независимо от направления рабочей среды;

возможностью работы при больших перепадах давлений рабочей среды;

относительно низкой стоимостью, сопоставимой со стоимостью задвижек;

малой строительной длиной.

По сравнению с шаровыми кранами (кроме специальных для двухфазных сред) дисковые поворотные затворы выгодно отличаются тем, что не имеют недостатков в виде "прикипания".

К недостатку дисковых поворотных затворов можно отнести возможность получения гидравлического удара в конце хода. Дисковые затворы не следует применять на малые диаметры. Это связано с тем, что даже при полном открытии они обладают повышенным гидравлическим сопротивлением.

Шланговые задвижки и затворы

К новым конструкциям запорной арматуры относятся шланговые задвижки и затворы. Они отличаются тем, что рабочая среда проходит через эластичный патрубок (шланг), который, деформируясь под действием шпинделя, изменяет площадь проходного сечения, а, следовательно, и расход рабочей среды. Шланговые задвижки могут работать в любой среде, если последняя не разрушает материал шланга. Эластичные патрубки изготавливаются из резины (бензостойкой, маслостойкой, химически стойкой). На предприятии и они отсутствуют, т.к. обладают следующими существенными недостатками:

небольшой срок службы эластичного патрубка;

невысокая температура и давление рабочей среды;

значительное усилие управления.

Фальшивая арматура

В заключение необходимо отметить следующее:

В 2002 г. произошло резкое возрастание поставок на арматурный рынок России поддельной (фальшивой) арматуры, т.е. арматуры неизвестного происхождения. Восстановление или продажа арматуры другой фирмы без требуемых точных маркировок является примером подделки. Применение фальшивых (поддельных) изделий, которые не отвечают стандартам качества изделий, могут вызвать нарушение технологических процессов на энергетических объектах, угрозу для здоровья обслуживающего персонала, а при использовании на тепловых сетях и населения города.

Отличительные признаки фальшивой арматуры:

нереально заниженная цена;

отсутствие какой-либо маркировки, или неясное и неправильное обозначение основных параметров на корпусе;

явно новая маркировка на внешне заведомо не новом корпусе арматуры;

свежий зачищенный или отпескоструенный корпус, в т.ч. отверстия под шпильки;

шпиндель, шток, запорный орган и другие детали в свежей смазке или краске. Явные следы свежей сварки и обработанных поверхностей внутри корпуса и на внешней поверхности корпуса арматуры и фланцев;

нестандартная строительная длина, толщина фланцев, количество отверстий под шпильки;

нестандартный материал маховика, крепежа, шпилек и гаек в соединении "корпус - крышка";

неподходящая или изношенная сальниковая набивка, отсутствие заглушек на патрубках, ржавый запорный орган и узел присоединения привода;

отсутствие или ложные данные о происхождении изделия;

паспорт отксерокопирован или сделан в виде распечатки с печатью, выполненной на цветном принтере;

паспорт на новой офсетной бумаге формата А4 плотностью 80 г/м 2, штамп ОТК явно свежий и яркий. В паспорте указан срок изготовления более 3-х лет на момент поставки и нет отметки о проведении переконсервации и акта испытаний;

необычная, явно не заводская, упаковка или тара. Отсутствие обозначений или маркировки завода на упаковке.

Выводы

запорный арматура коммунальный водосбережение

Специфические условия эксплуатации инженерных систем в коммунальном хозяйстве предъявляют особые требования к запорной арматуре.

Повышение надежности и экономичности функционирования инженерных систем в коммунальном хозяйстве вызывает потребность в применении современной запорной арматуры, обеспечивающей водосбережение, долговечность сохранения герметичности закрытия, снижение эксплуатационных затрат.

Большая номенклатура современной запорной трубопроводной арматуры как зарубежного, так и отечественного производства затрудняет потребителю выбор запорной арматуры, которая удовлетворяла бы специфическим условиям эксплуатации в системе коммунального хозяйства.

Проектные организации, при разработке проектов на новое строительство или реконструкцию теплоисточников и тепловых сетей, при выборе оборудования, в том числе и арматуры, не всегда учитывают специфику их работы, в частности качество теплоносителя. Как правило, выбор арматуры осуществляется по двум основным показателям: диаметр условного прохода и давление рабочей среды.

Для более надежной работы трубопроводных систем коммунальной теплоэнергетики необходимо применять дополнительные меры по устранению твердых примесей в технологических трубопроводах котельной, тепловых сетей и внутридомовых систем.

Для продления срока службы установленной запорной арматуры старых конструкций, снижения утечек рабочей среды необходимо применять современные уплотнительные материалы.

Наибольшее распространение в системах коммунального хозяйства должно быть отданошаровым кранам и поворотным затворам.

Предложения

1. Необходимо поручить головным конструкторским организациям в области арматуростроения разработать основные требования и рекомендации по применению существующих типов современной запорной арматуры применительно к объектам коммунального хозяйства исходя из фактических параметров, вида и характера рабочей среды режима применения и выполнения других функций. Арматура при этом должна отвечать следующим требованиям:

обеспечивать повышенные показатели герметичности и надежности;

снижать эксплуатационные затраты;

массогабаритные характеристики должны быть снижены;

обеспечивать снижение гидравлических потерь.

Создать каталог арматуры, применяемой в системах коммунального хозяйства с учетом особых специфических условий ее эксплуатации в существующих схемах.

Проектным организациям при проектировании котельных, тепловых сетей и внутридомовых систем применять арматуру с учетом условий эксплуатации и обеспечения сохранения ее длительной, безотказной работоспособности.

В проектах на новое строительство и реконструкцию теплоисточников и тепловых сетей закладывать установку современных типов запорной арматуры (шаровые краны и поворотные затворы) отечественных производителей.

Осуществить переход на современные материалы уплотнений сальников и фланцевых соединений.

Обязать фирмы, осуществляющие восстановление или ремонт арматуры, прикладывать к своей продукции сопроводительные документы, в которых бы указывались основные характеристики изделия.

Размещено на Allbest.ru