Запорная арматура: виды, назначение и рекомендации по установке

Запорная арматура: виды, назначение и рекомендации по установке

Запорная арматура применяется в различных отраслях, имеющих дело с трубопроводами газообразных веществ, пара, воды, масла, нефтесодержащих субстанций и других жидкостей. Такая арматура необходима для отключения участков трубопроводов какой-либо системы, для производства монтажа или ремонта, прекращения подачи транспортируемых веществ потребителям, а также для дозирования отпуска этих веществ и защиты трубопроводной сети и её элементов от перегрузок.

Назначение и устройство

Основное назначение запорной арматуры – надёжно отключить участок трубопровода или связанных с ним иных трубопроводов и устройств от потока транспортируемой по ним среды, обеспечивая тем самым безопасность запланированных работ. Кроме отключения (отсечения) циркулирующей в системе среды, у арматуры имеются и иные предназначения. С её помощью можно регулировать, распределять, смешивать и удалять используемую среду.

В соответствии с конструкцией трубы, видом и параметрами потока среды подбираются необходимые запорные, регулирующие и сбросные устройства. Например, они должны соответствовать давлению в системе, виду и температуре среды, конструктивным особенностям трубопроводов (диаметру, типу соединений) и отвечать всем требованиям безопасности. По назначению запорные устройства делятся на несколько групп.

• Общего назначения. Применяется на водо- и паропроводах, в линиях газа городских сетей и отопительных системах.
• Специального назначения. Используется при высоком давлении, а также в случаях низких или высоких температур, токсичности, вязкости, коррозионной активности, радиоактивности и абразивности транспортируемых веществ.
• Целевая арматура. Предназначается для отдельных случаев, предусмотренных техническим регламентом.
• Сантехническая. Арматура небольших диаметров для бытовых устройств.
• Судовая. Ею оснащаются морские и речные суда, выпускаются с учётом специфических условий эксплуатации.
• Уникальная. Изготовляется по специальным заказам для промышленных и экспериментальных установок.

Имеются такие виды запорных устройств:

• задвижки с чугунными и стальными корпусами;
• запорные или запорно-регулирующие вентили;
• краны различных типов и устройств;
• дисковые затворы;
• регулирующая арматура;
• предохранительные и защитные изделия.

Все перечисленные запорные устройства схожи по конструкции. Они представляют собой герметически закрытый корпус с размещённым в нём запорным узлом. Этот узел должен герметично перекрывать трубопровод, на котором установлен, деля его на части – участки до задвижки по ходу среды и после неё. В состав запорного узла входят два основных рабочих элемента: седло и механизм запорного органа. Эти два устройства, соприкасаясь своими уплотнительными поверхностями, создают препятствие для движения используемой в трубопроводе среды. Кроме запорной части, арматура имеет детали соединения с трубопроводом: фланцы, патрубки с резьбой, гладкие патрубки для сварного соединения.

Классификация

Вся трубопроводная арматура классифицируется в нескольких категориях в зависимости от области применения, функционального назначения, конструктивных особенностей, материала, параметров среды, способа крепления.

По применению

Рассматриваются несколько видов арматуры по применению.

• Запорная. Самый многочисленный класс устройств, составляющий примерно 3/4 всей используемой арматуры. Применяется для полного отключения потока среды в трубопроводе, а также её пуска при необходимости. Сюда входят: задвижки, вентили, краны, выпускаемые для трубопроводов различных диаметров, рабочих сред и параметров. Область применения таких устройств довольно широка: от запорной арматуры для трубопроводов пара, воды, газа до обычных вентилей для системы отопления и кухни.

• Регулирующая. В этот вид устройств входят всевозможные регулирующие клапаны, называемые на производственных предприятиях регуляторами давления среды, уровня жидкости в сосудах, перепадов давления между различными средами, а также дросселирующая арматура. Регулирующие клапаны чисто запорными органами не считаются, поэтому обычно применяются с запорным узлом, состоящим из задвижек или вентилей, устанавливаемых как до регулятора, так и после него.

• Предохранительная. Этот тип устройств обеспечивает защиту паропроводов, водопроводов, газопроводов и других трубопроводов с находящимся на них оборудованием от превышения давления сверх допустимого путём автоматического сброса части рабочей среды. Предохранительная арматура включает в себя следующие устройства: предохранительные клапаны, ИПУ (импульсно-предохранительные устройства), разрывные мембраны и клапаны перепуска среды.

• Защитная. Применяется для защиты трубопроводов и оборудования от поломок и аварий при недопустимых для них параметров производственных технологических процессов, а также для исключения смены направления потока рабочей среды. В отличие от предохранительной арматуры защитные устройства ликвидируют аварийные ситуации без сброса рабочей среды из трубопроводов, действуя только на отключение движения рабочей среды. К таким устройствам относят обратные и отключающие клапаны.

• Распределительно-смесительная. Такую арматуру ещё называют трёхходовой или многоходовой. Например, к ней относятся трёхходовые краны и распределительные клапаны. Применяются устройства для перемешивания сред или распределения рабочих потоков по направлениям.

• Контрольная. Предназначается для контроля за уровнем жидкости в сосудах и котлах, используется в качестве запорной арматуры для контрольно-измерительных приборов. Это разные краны и клапаны для манометров, пробно-спускные краны и указатели уровня.

• Фазоразделительная. Применяется с целью разделения рабочих сред, находящихся в разных состояниях и фазах. Этой арматурой являются, например, маслоотделители, отводчики конденсата и воздуха.

Следует отметить, что запорная арматура (задвижки, краны, вентили) должна использоваться только в двух рабочих положениях – «полностью открыта» или «полностью закрыта». Большая часть этих устройств не предназначена к эксплуатации в качестве регулирующей или дросселирующей арматуры. В ином случае она быстро выходит из строя: стираются сёдла, деформируются клапанные прокладки, арматура становится неплотной, уже не может удержать поток рабочей среды в запертом состоянии. Некоторым исключением из правил можно назвать шаровую арматуру: угол её раскрытия не имеет такого разрушающего влияния на плотность. Для шаровых устройств самым важным в продлении их срока службы является очистка используемой рабочей среды от твёрдых абразивных примесей, стирающих шары.

Для дренажных и продувочных систем высоких давлений на каждой линии используют по два запорных устройств, расположенных рядом. Один из них (первый по ходу среды) считается запорным, а другой – регулировочным. При кратковременной продувке дренажных линий первым из них открывается запорный, а потом уже – регулировочный вентиль. После проведения продувки закрытие вентилей производят в обратном порядке (сначала закрывают регулировочную арматуру). Такой порядок обеспечивает долгий срок службы запорного вентиля.

Задвижки используются в инженерных и промышленных трубопроводных сетях. Это могут быть водопроводы, паропроводы, системы отопления и канализации. Задвижки в зависимости от вида затвора бывают:

• клиновые, устанавливаемые на канализацию и водопроводы различного назначения;
• дисковые, применяемые для трубопроводов больших диаметров и малых давлений рабочей среды, их часто называют заслонками;
• параллельные (двухдисковые), отличающиеся высокой надёжностью, их устанавливают в широком диапазоне давлений от двух до двухсот атмосфер и рабочих средах с повышенной температурой.

Вентиль – это запорное устройство, в котором перемещение затвора происходит за счёт простой резьбовой пары. Шток маховика соединён с затвором или клапаном посредством хомута. При вращении маховика на открытие происходит вытягивание штока запорного клапана через хомут. Часто эти устройства применяют в качестве регулирующей арматуры, хотя они относятся к запорным органам. Дело в том, что не всегда рационально устанавливать дорогостоящую регулирующую арматуру. Краны используются в разных сферах, многим они знакомы по быту: ими перекрываются линии горячей и холодной воды в ванной и кухне, подвод газа к плите, водопровод к шлангу для полива огорода и другие устройства. Имеют простейшую конструкцию, но от этого работа с их ремонтом легче не становится.

По способу соединения

По конструктивным особенностям соединительных частей трубопроводную арматуру можно разделить на две большие группы:

• фланцевая;
• бесфланцевая.

Видовой перечень арматуры фланцевого типа ограничивается только различием форм самих фланцев.

Они бывают:

• круглые;
• квадратные (прямоугольные);
• треугольные.

Наиболее распространена арматура с круглыми и квадратными фланцами. Другие формы применяются редко или вообще не рассматриваются при проектировании новых производственных мощностей. Квадратные фланцы используются для среды с ограниченными значениями максимального давления – не более двадцати атмосфер. Основной формой фланцев остаётся круглая: она и по изготовлению менее трудоёмкая, и по надёжности имеет допуск как для низких давлений, так и для высоких.

Круг бесфланцевой арматуры более обширен по различию способов её присоединения к трубопроводам, патрубкам сосудов и емкостей.

Сюда входят арматуры:

• приварная;
• соединяемая с использованием муфт;
• штуцерная;
• цапковая.

Стоит отметить, что все названные выше виды соединений запорных устройств с трубопроводами, кроме приварного, являются разъёмными. Арматуру, присоединённую с помощью сварки, для замены или ремонта придётся только вырезать с помощью «болгарки», газовой горелки или ножовкой по металлу в бытовых случаях. В штуцерной, муфтовой и цапковой арматуре для скрепления соединительных элементов используется резьба. Герметичность стыков фланцевых запорных устройств обеспечивают фланцы с проложенными между ними прокладками или уплотняющими кольцами. Имеются и некоторые другие приспособления для улучшения герметичности и прочности фланцевых соединений (выступы, фаски, шипы и кольцевые выборки).

Материалы и комплектующие

Используемые материалы для изготовления запорной арматуры и комплектующих деталей должны соответствовать общим техническим условиям согласно стандартам Центрального конструкторского бюро арматуростроения (ЦКБА) «Арматура трубопроводная. Общие технические условия», введённым в действие с января 2006 года, а также действующим национальным стандартам и отраслевым ТУ. Главный критерий в выборе материала для корпуса любой арматуры – его прочность. Корпус является основой для установки в него всех других деталей. Это как фундамент в строительстве – несущая конструкция для целого здания.

Корпуса большинства трубопроводных запорных устройств изготавливают чугунными или стальными. Иногда применяются для этого и другие металлические материалы: в продаже встречаются бронзовые, медные, алюминиевые и латунные краны и вентили для бытовых устройств. Арматура из цветных металлов и их сплавов имеет хорошую особенность – она не подвержена коррозии и имеет хороший внешний вид.

Самый экономичный материал для арматуры – пластмасса, объединяющая под своим общим названием изделия из ПВХ (поливинилхлорида), полипропилена, полиэтилена и других искусственных сплавов пластического материала. Но такая арматура не может выдержать высокого давления и температур, так как не отличается прочностью. Но для труб небольшого диаметра и низких давлений это вполне подходящая альтернатива металлическим изделиям. Кроме дешевизны, трубопроводы и арматура из пластмассы ценны своей стойкостью к коррозии – главного бича однотипных устройств из стали.

Для литья корпусов арматуры применяют ковкий, серый или высокопрочный чугун в зависимости от области и условий применения конкретного изделия. Арматура с чугунным корпусом из-за своей хрупкости не применяется при высоких давлениях в трубопроводах, а также там, где возможно возникновение гидравлических ударов и резких перепадов температуры. В таких ситуациях чугунный корпус может просто лопнуть.

Стальные корпуса выполняются из различных марок стали: легированной, жаропрочной и углеродистой. Для изготовления корпусов арматуры, устанавливаемой на трубопроводах с агрессивными веществами или имеющей особо чистую рабочую среду, используют нержавеющую сталь с высокой стойкостью к коррозии. Корпуса из жаропрочной стали используются для арматуры, работающей в условиях повышенных температур рабочей среды. Использование того или иного материала, а также конструкция и тип фланца обусловлены рядом факторов, основные из которых следующие:

• условный диаметр трубопроводов;
• давление рабочей среды;
• направление потока;
• температурные условия.

Затвор арматуры нередко выполняется из того же материала, что и корпус, но чаще его изготовляют из другого металла, основываясь на высокой износоустойчивости и параметрах рабочей среды. Материал уплотняющих поверхностей должен обеспечивать герметичность и долговечность затвора.

Уплотнительным материалом служат:

• металлические изделия в виде колец, обладающие коррозионной устойчивостью, антифрикционными свойствами, хорошо обработанные (сталь, латунь, бронза, монель);
• наплавления из различных твёрдых сплавов: стеллит (сплав кобальта), сормайт (сплавы на основе железа);
• неметаллические изделия (резиновые и резинометаллические кольца, полимерные уплотнения);
• уплотняющие набивки из материала растительного происхождения (хлопковое и льняное волокно), талька, стекловолокна;
• фторопласт и графит для сальниковых уплотнений в условиях агрессивной и высокотемпературной рабочей среды;
• листовая резина, паранит и фторопласт для прокладок.

Чугунная и стальная арматура, снабжённая фланцами, имеет неоспоримые преимущества в части герметичности, ремонтопригодности и прочности трубопроводной сети по сравнению с бесфланцевой. Но масса и габариты такой арматуры иногда достигают больших величин (в тоннах и нескольких метрах соответственно). К этому ещё нужно прибавить управляющие устройства (ручной маховик, электропривод или пневмопривод, навешиваемые на арматуру). Фланцы приводят к повышенным показателям расхода металла и трудоёмкости при их изготовлении.

Замена и монтаж

К процессу монтажа или замены запорной арматуры следует подходить ответственно. Существует большое разнообразие такой арматуры, отличающейся друг от друга внешним видом, устройством затворного механизма, способом и механизмом управления, особенностями установки на трубопровод. Необходимо выбрать запорное устройство, подходящее именно для такого типа трубопровода, такой рабочей среды и таких её параметров. А также убедиться в возможности установки запорного устройства с точки зрения соединительных устройств. Трубопроводы и арматура к ним должны соответствовать друг другу по следующим показателям.

• Одинаковая форма сечения. К круглой трубе нужна арматура, имеющая круглое сечение. Такая форма задвижек и других видов арматуры является преимущественной. Трубопроводы прямоугольного сечения встречаются в системах вентиляции и печном деле, где используются шиберные или пластинчатые затворы.
• Одинаковый диаметр. Диаметр запорного устройства должен иметь полное соответствие диаметру трубопровода, к которому крепится. В паспортных данных задвижки, вентиля, регулятора и трубопроводов всегда имеется информация об этом. Кроме паспорта (инструкции), данные о диаметре устройств наносятся на корпус изделия согласно требованиям к маркировке арматуры. Например, в маркировке указано Dy=150, это значит, что такая арматура подходит для трубопровода диаметром 150 мм.
• Соединительные части трубопровода и устанавливаемого запорного устройства имеют все возможности их надёжного присоединения. Сюда входят: идентичность фланцев по форме и размеру, совпадение крепёжных отверстий, диаметров резьбовых соединений, соответствие наружной резьбы скрепляемых штуцеров внутренней резьбе соединительной муфты, накидных гаек и тому подобное.

Следует знать основные правила монтажа или замены арматуры на трубопроводах, без которых нельзя обойтись и даже начинать работу.

• Любые ремонтные или монтажные работы производятся только на отключённом участке трубопровода, в котором не осталось ни рабочей среды, ни остаточной высокой температуры, ни давления. Дренажи и воздушники на линии открыты, а на отключающей арматуре с обеих сторон отключённого ремонтируемого участка висят знаки безопасности, исключающие ошибочное их открытие.
• Обязательно производится предмонтажная подготовка соединительных частей арматуры и трубопровода: они очищаются от возможной грязи и ржавчины, а сварные стыки зачищают до блеска металла и подготавливают для ведения сварного шва. Во время чистки нужно обращать внимание на отсутствие каких-либо скрытых дефектов фланцев, трещин, раковин и других изъянов, препятствующих продолжению работ.

• Установка арматуры должна производиться только на ровных и прямолинейных участках труб. Недопустимо устанавливать её на изгибах, так как это приведёт к снижению герметичности соединений.
• Для тяжёлых задвижек и элементов затворов нужно предусмотреть дополнительные опорные конструкции и такелажные устройства во избежание несчастных случаев при выполнении работы или поломки устройств и уплотнительных элементов.
• Затяжка болтов и другого крепежа производится с использованием специального инструмента. Затяжка шпилек фланцев должна быть равномерной и по такому правилу: затягивается гайка на одном конце фланца, а затем – на противоположном, чтобы фланцы не перекосились.
• Сварочные работы производятся только на арматуре, у которой затвор находится в открытом состоянии.

Такими участками могут быть, например, перемычки между двумя и большим числом линий с одним и тем же веществом в трубопроводах. При подключении во время эксплуатации этих участков сначала полностью открывается арматура, направление потока в которой является противоположным ожидаемому, а потом осторожно открывают второе устройство, соответствующее направлению среды. Вот ещё несколько важных рекомендаций, полезных при замене или монтаже некоторых видов арматуры.

• Вся арматура, предназначенная для установки, должна заранее пройти ревизию на плотность и регулировку всех внутренних устройств.
• Во фланцевых соединениях периодически нужно подтягивать крепёжные болты. Сразу затягивать их сильно нельзя, так как можно перетянуть соединение, в результате чего придут в негодность прокладки.
• При монтаже дисковой поворотной арматуры следует немного приоткрыть диск затвора.
• Для герметичного соединения шаровых кранов нужно использовать специальные ленты, наматываемые на резьбу мест соединения.
• Запорные устройства лучше устанавливать в таких местах, чтобы к ним всегда был свободный доступ для быстрого отключения, контроля, осмотра и ремонта.

При монтаже нужно обращать внимание на соответствие установки арматуры направлению потока среды. На корпусах задвижек, вентилей, кранов и прочих запорных устройств в последнее время стрелкой указывают направление рабочих сред. Для трубопроводов, где предусматривается возможность двухстороннего потока жидкости, пара и других веществ с высоким давлением, следует устанавливать две запорные арматуры с разными направлениями рабочего потока.

Сварочные работы на арматуре и трубопроводах должны производиться только опытными специалистами. Самостоятельные попытки приварки кранов, вентилей и задвижек заканчиваются, как правило, некачественными результатами и постоянно возникающими проблемами в местах сварки (свищи, трещины). Да и вид таких «самоделок» оставляет желать лучшего. А вот поменять кран или смеситель в ванной – за это дело настоящий хозяин может взяться без опаски.

Обзор монтажа запорной арматуры смотрите в следующем видео.