Скачать статью (2,7 MБ)

>>> Разработка и изготовление арматуры высокого давления - сложный процесс. Высокая степень герметичности и продолжительная работоспособность – приоритетные задачи при разработке данного типа арматуры.

Под термином «высокое давление» подразумевается определённый тип арматуры, классифицирующийся по давлению, согласно ГОСТ 24856-2014 представленные в таблице:

Разработка и изготовление арматуры высокого давления - сложный процесс. Высокая степень герметичности и продолжительная работоспособность – приоритетные задачи при разработке данного типа арматуры. Также необходимо стремиться достигать наименьших потерь давления при прохождении рабочей среды через проточную часть клапанов, а низкая температура криогенной рабочей среды значительно увеличивает сложность разработки и изготовления оборудования. Изменение геометрических размеров материалов различно, усугубляется процесс тем, что температура в различных областях проточной части клапана разная, соответственно размеры меняются так же по-разному. Достичь герметичности в таких условиях, например, в сальниковом уплотнении клапана непростая задача. Из-за низкой температуры необходимо учитывать возможное охрупчивание деталей, для его предотвращения необходимо правильно подобрать материалы и продумать конструкцию клапана.

При изготовлении клапанов важно обеспечить высокий уровень качества поверхности деталей в уплотнительных узлах, что достигается точной механической обработкой и полировкой поверхностей. Малейшее нарушение технологии производства приведёт к плохой герметичности или преждевременному износу клапанов при эксплуатации.

Правильный выбор конструкционных и уплотнительных материалов - важнейший критерий при конструировании криогенных клапанов.

Первичная задача - не допустить утечку рабочей среды в атмосферу, для чего основным барьером между рабочей средой и атмосферой в запорных клапанах служит сальниковое уплотнение. При уменьшении температуры рабочей среды свойства материалов и геометрические размеры деталей могут изменяться, что может стать причиной негерметичности соединения или полного разрушения изделия. Поэтому сальниковое уплотнение переносится в теплую зону, путём увеличения расстояния сальника от потока рабочей среды, с помощью удлинения штока. Температура рабочей среды по длине штока постепенно снижается, в результате изменяется её агрегатное состояние из жидкого в газообразное, что приводит к созданию «газовой подушки» между уплотнением и рабочей средой.

Следующая важная задача при конструировании - выбор такого материала уплотнения, применение которого при температуре ниже –40⁰С не приведёт клапан к поломке, поэтому, в качестве материалов для уплотнений, работающих при таких температурах, обычно, применяют фторопласты.

Рассмотрим применимые марки для арматуры с низкотемпературной рабочей средой и их технические характеристики в таблице:

Ещё одной важной задачей при конструировании является обеспечение герметичности затвора. По причине нелинейности термодеформации стали, деформация корпуса будет большей в той области, на которую криогенный продукт воздействовал дольше. Так, детали, четко подогнанные друг к другу при комнатной температуре, могут не сопрягаться при криогенной температуре. Поэтому в криогенной арматуре используются уплотнительные материалы, менее всего подверженные термодеформации и обладающие достаточной эластичностью и упругостью при экстремальных параметрах работы. В конструкции криогенной арматуры MV&F уплотнения изготавливаются из Фторопласта-4, обладающего самой низкой предельной температурой –260 Cº. Также необходимо отметить, что фторопласты обладают довольно низким коэффициентом трения 0,02…0,04, что в первую очередь увеличивает срок службы арматуры. Корпусные детали запорных клапанов изготавливаются преимущественно из нержавеющей стали 12Х18Н10Т или ее аналогов.

Если рабочей средой является кислород, то особо важную роль занимает безопасность работы оборудования. В соответствии с ГОСТ 5583-78, «Кислород газообразный технический и медицинский» нетоксичен, не горюч и не взрывоопасен, однако является сильным окислителем, резко увеличивая способность некоторых материалов к горению, поэтому смеси газообразного кислорода с горючими газами взрывоопасны. Смазочные материалы и жировые загрязнения поверхностей, контактирующие с кислородом, могут послужить причиной для возгораний. Выбор материалов для работы с кислородом осуществляется исходя из ГОСТ 12.2.052-81 «Система стандартов безопасности труда. Оборудование, работающее с газообразным кислородом. Общие требования безопасности».

Уплотнительные материалы из фибры, капрона, резины, пластмассы и др. могут легко воспламеняться в среде кислорода высокого давления при появлении источника загорания (искры, ударной волны и т.п.). Из металлов интенсивно горят в кислороде титан, алюминий и его сплавы, углеродистые и нержавеющие стали. Медь и ее сплавы не горят в кислороде, но при воздействии источников большой энергии (при горении неметаллического материала), возможно оплавление медных, латунных и бронзовых деталей. Использование таких марок металлов как Л63, Л80, БркМЦЗ-1, БрОц4–5 позволит обезопасить оборудование от возможного возгорания.

Герметичность затвора проверяется на экспериментальном стенде пузырьковым методом с захолаживанием до температуры рабочей среды при давлении на 15% больше рабочего. Вся линейка запорной арматуры для криогенных сред компании MV&F имеет «А» класс герметичности.

В ассортименте MV&F имеется как ручная, так и приводная запорная криогенная арматура для криогенных сред со следующими типоразмерами: Dy1, Dy4, Dy6, Dy10, Dy11 и рабочим давлением до 420 бар. Рабочий диапазон температур составляет от -196°C до +75 °C. Рассмотрим подробнее особенности и примеры использования следующих типов криогенных клапанов высокого давления: запорные вентили и клапаны, предохранительные и обратные клапаны.

Криогенный запорный вентиль высокого давления серии КВ (рисунок 1) предназначен для перекрытия потока криогенных жидкостей и газов на трубопроводах высокого давления.

Конструкция клапана обеспечивает герметичное закрытие и длительный срок службы, при работе с кислородом применяется исполнение клапана из латуни.

Характеристики серии КВ:

• размеры: Dy от 2 до 10;
• температурный диапазон: от -196°С до +75°С;
• рабочее давление (при криогенной температуре): до 420 бар (12Х18Н10Т), до 240 бар (Латунь Л63).

Информация для заказа криогеники серии КВ представлена в таблице

Криогенные запорные вентили высокого давления серии КВ-М (рисунок 2) используются в проектах с особыми требованиями к чистоте рабочей среды. В конструкции клапана КВ-М резьба находится после сальникового уплотнения и не имеет контакта с рабочей средой. Клапаны этой серии обладают повышенным показателем надёжности и плавности перемещения затвора, за счёт расположения ходовой резьбы в теплой зоне.

По сравнению с серией КВ, КВ-М имеют более плавную характеристику регулирования и более высокий коэффициент пропускной способности при полном открытии и могут использоваться в пневмогидравлических системах с особыми требованиями к потерям давления рабочей среды.

Характеристики серии КВ-М:

• размеры: Dy от 4 до 11;
• температурный диапазон: от -196°С до +75°С;
• рабочее давление (при криогенной температуре): до 420 бар.

Информация для заказа серии КВ-М:

Представленные клапаны обладают лучшей регулировочной характеристикой, относительно шаровых кранов, задвижек и дисковых затворов, благодаря тому, что затвор клапана перемещается параллельно оси потока среды, в результате чего проходное сечение открывается равномерно и более плавно.

Криогенный запорный клапан серии КВ-Р, представленный на рисунке 3, оснащен нормально закрытым пневматическим приводом. Размер и усилие пневматического привода подбираются исходя из рабочего давления среды. Управление пневмоприводом осуществляется с помощью электромагнитного или ручного пневматического управляющего клапана, давление управления пневмоприводом от 6 до 10 бар. Если в системе необходимо предусмотреть ручное дублирование, то дополнительно можно установить криогенный клапан высокого давления с ручным приводом серии КВ, или КВ-М.

Характеристики с пневмоприводом серии КВ-Р:

• размеры: Dy1;
• рабочее давление: до 420 бар;
• температурный диапазон: от -196°С до +75°С;
• давление открытия пневмопривода: от 6 до 10 бар.

Важной их особенностью является то, что конструкция представленных криогенных вентилей и клапанов MV&F позволяет осуществлять осмотр и ремонт внутренних элементов без демонтажа клапана из трубопровода. Таким образом, при негерметичности сальника в ходе эксплуатации, его можно заменить, сняв рукоятку и открутив верхнюю гайку штока. Негерметичность затвора устраняется путём замены шпиндельной группы, также без демонтажа корпуса из трубопровода.

Для криогенной арматуры применяются особые процедуры хранения, её необходимо защитить от грязи и влаги. Кроме того, арматура должна пройти продувку (в рамках испытаний системы, если это требуется) при установке на месте эксплуатации, так как очень сложно, а порой и невозможно удалить атмосферную влагу из застойных зон, а если в арматуре будет присутствовать влага, она попросту замерзнет во время эксплуатации, что приведет арматуру в нерабочее состояние. Поэтому специалисты компании MV&F проводят подготовку и очистку изделий перед отправкой или установкой арматуры в систему.

Криогенный предохранительный клапан серии 329 (рисунок 4) - это продукция, выпускаемая компанией MV&F при поддержке известной британской компании Seetru. Клапаны предназначены для работы с природным газом и продуктами разделения воздуха, идеально подходят для установки на баллонные аккумуляторы газа, криогенные поршневые насосы, компрессоры, резервуары и трубопроводы. Клапаны изготавливаются из бронзы или нержавеющей стали с широким диапазоном присоединений, для использования при рабочих температурах от -196 ˚C до +70˚C. Рабочей средой для клапана 329 серии могут являться воздух, азот, аргон, гелий, природный газ, водород, СО2, кислород. При изготовлении клапанов на кислород применяются обезжиренные корпусные детали из бронзы.

Сотрудничество MV&F с компанией Seetru Limited позволило достичь не только высокого качества выпускаемой продукции, но и начать совместную разработку предохранительных клапанов с рабочим давлением до 1000 бар.

Характеристики предохранительного клапана серии 329:

• размеры: Dy6;
• рабочее давление: до 420 бар;
• температурный диапазон: от -196°С до +200°С;
• Рабочее давление (при криогенной температуре): до 370 бар.

Пропускная способность предохранительного клапана серии 329:

Обратный клапан серии КО на (рисунок 7) предназначен для недопущения изменения направления потока криогенных жидкостей и газов в трубопроводах. Конструкция обратного клапана обеспечивает герметичное перекрытие и длительный срок службы изделия. В случае отклонения давления настройки от требуемого, можно повторно перенастроить клапан, обратившись в ООО “МВиФ”. Клапан изготовляется из латуни. предназначен для работы с кислородом, давление открытия можно настроить в пределах от 0,2 бар до 41,4 бар.

Характеристики предохранительного клапана КО:

• размеры: Dy от 4,8 до 10,0 мм.
• температурный диапазон: от -196°С до +75°С;
• рабочее давление (при криогенной температуре): до 420 бар (12Х18Н10Т), до 240 бар (Латунь Л63).

Информация для заказа криогенных обратных клапанов

Обратные клапаны серии КО-С (рисунок 8) обладают более высокой пропускной способностью по сравнению с обратными клапанами серии КО и могут применяться в системах, где необходимо минимизировать потери давления при прохождении рабочей среды по пневмогидравлическому тракту.

Характеристики предохранительного клапана КО-C:

• размеры: от Dy 4,8 до 15;
• температурный диапазон: до 420 бар;
• от -196°С до +190°С.

Информация для заказа криогенных клапанов серии КО-С представлена в таблице 7.

Давление открытия обратного клапана серии КО-С находится в диапазоне от 0,41 бар до 1,1 бар. Материалы деталей криогенных обратных клапанов высокого давления серии КО и КО-С представлены в таблице 8.

Предохранительный клапан (КП) серии 329 устанавливается на линию нагнетания для предупреждения повышения выше расчетного. Также для сброса рабочей среды используется запорный криогенный клапан с ручным (КВ) и пневматическим приводом (КВ-Р). Обратный клапан (КО) устанавливается на выходе из установки и необходим для предотвращения возникновения обратного потока и защиты от повреждения проточной части насоса.

Специалисты MV&F продолжают расширять ассортимент и изготовление запорной арматуры для криогенного использования – это является одним из основных направлений деятельности компании.

Арматура МВиФ обладает высокими показателями надёжности, безотказности и безопасности. Если Вам нужна помощь в подборе криогенных клапанов, то Вы можете обратиться в Мониторинг Вентиль и Фитинг (MV&F), специалисты компании окажут консультацию и помогут выбрать подходящее оборудование.

>>> АВТОР СТАТЬИ
Малов Дмитрий, инженер-конструктор сектора теплообмненного оборудования и арматуры
ООО «Мониторинг Вентиль и Фитинг» (MV&F)