Назначение и устройство запорной арматуры

Монтаж трубопровода любого назначения предполагает интеграцию в сеть запорной арматуры. Это элементы, которые отвечают за безопасную и удобную эксплуатацию коммуникационных систем для транспортировки газообразных, а также жидких сред. Такие детали используются при выполнении локального ремонта или замене труб, техобслуживании трубопроводной сети. Рассмотрим основные виды запорной арматуры, назначение и специфику выбора.

Особенности применения и назначение запорной арматуры

Работа большинства предприятий сопряжена с использованием различных инженерных коммуникаций. В их числе и трубопроводы. Запорная арматура (ЗА) — преимущественно стальные элементы, устанавливаемые на трубопроводных участках инженерных сетей. Основная цель их использования – управление потоком транспортируемого газа или жидкости. Важный критерий, который учитывается при подборе таких элементов, – качество изготовления. От этого зависит безопасность объектов, на которых установлены трубопроводные коммуникации.

Чтобы обеспечить качество элементов данного типа, была разработана система стандартов. Требования к производству, эксплуатации, восстановлению, перевозке, утилизации и складированию прописаны в ГОСТе Р 53672-2009.

Основная часть запирающих деталей предназначена для прекращения поступления рабочей среды в ту часть трубопровода, которая расположена после места установки ЗА. Не допускается использование таких элементов для регулирования расхода веществ, которые транспортируются по трубам. Связано это с ускорением износа уплотнительных и запирающих компонентов. Игнорирование данной рекомендации приводит к ухудшению показателей герметичности.

Есть также группа деталей, которая выполняет запорно-регулирующие функции. Она предназначена для регулирования расхода рабочей среды, а также полного перекрытия ее подачи.

Типы запорно-регулирующей арматуры

Предприятиями, городскими коммунальными службами, а также бытовыми потребителями используются различные виды запорной арматуры. Можно выделить шесть основных групп:

Элементы общего назначения

Устанавливаются при монтаже городских коммуникационных сетей, включая системы газо- и водоснабжения.

Специальные детали

Подходят для сложных условий эксплуатации. Допускается их использование при низких, а также высоких температурах, в условиях воздействия радиации или токсичных веществ.

Целевая ЗА

Это нестандартная продукция. Ее установка выполняется в том случае, если использование трубопроводной сети предусматривает особый техрегламент (требования отличаются от стандартных).

В частности, Федеральная служба экологического, технологическому и атомному надзору выделяет следующие типы арматуры.

Таблица «Трубопроводная арматура для атомных станций»

Сантехническая ЗА

Используется в быту. Включает шаровые краны для водопроводов, радиаторов отопления, стиральных машин. Также к данной группе относятся шаровые клапаны, клапаны впуска и выпуска, регуляторы давления, а также регуляторы уровня жидкости и другие элементы.

Судовая ЗА

Данная группа элементов разрабатывается под определенные условия эксплуатации на плавсредствах различного типа. К ней относятся детали и элементы, которые не входят в состав основного оборудования, но отвечают за его функционирование.

Уникальные детали

Такие элементы производятся только для экспериментальных целей. При их изготовлении учитывается специфика оборудования и место установки. Как правило, монтаж выполняется на экспериментальных промышленных установках.

Каждая группа элементов хоть и отличается назначением, все же у деталей есть общие черты. Их производство выполняется в герметичном корпусе. Внутри герметичного корпуса находится запорный узел.

Существует классификация ЗА по способу запирания потока рабочей среды. Выделяют 4 группы деталей:

1. Задвижки – такая ЗА оснащена корпусом из материала, который устойчив к коррозии.
2. Краны – устанавливаются в водопроводных сетях различного типа.
3. Вентили – активно устанавливаются как запорные устройства, так и модели, которые могут выполнять также регулирующие функции.
4. Затворы – во внутренней части таких устройств запорный узел выполнен в форме диска.

Задвижки

Элементы данного типа относятся к наиболее распространенной категории ЗА. Применяются при прокладке большинства трубопроводных систем. Особенность детали – перпендикулярное перемещение запирающей части относительно оси движения потока транспортируемых веществ.

Назначение задвижек, особенности устройства

Детали востребованы при установке инженерных сетей промышленного и коммунального назначения. Модельный ряд включает устройства различных диаметров. Допускается их интеграция в систему тепло- и водоснабжения, нефтепроводы, газопроводы, а также трубопроводные системы энергетических объектов и другие коммуникационные сети.

К основным достоинствам устройств данного типа относится:

• надежная конструкция задвижки;
• низкий коэффициент гидравлического сопротивления;
• небольшая строительная длина, что облегчает проведение монтажных работ;
• возможность работы в разных условиях.

Низкий коэффициент гидравлического сопротивления позволяет эффективно использовать устройства в магистральных сетях, где важно обеспечить поддержание перемещения жидкости или газа с большой скоростью.

Строение задвижки, материалы и специфика изготовления

Наиболее распространенным видом являются детали клинового типа. Их особенность – конструкция запирающей части. Она выполнена в форме двухдискового клина. Расположение седел – под углом друг к другу. В позиции «Закрыто» клин плотно посажен между седлами.

Кроме деталей данного типа также используются другие виды устройств. В их числе:

• параллельные;
• шиберные;
• шланговые.

Изготавливают данные элементы полнопроходными. Диаметр условного прохода соответствует диаметру трубы. Также есть неполнопроходные устройства. Их главное отличие – меньший диаметр по сравнению с диаметром трубопровода. При монтаже таких деталей пропускная способность хоть и снижается, но несущественно. Еще одна особенность – уменьшенный крутящий момент на маховике и снижение износа уплотнительных поверхностей.

Управление задвижками выполняется вручную. Конструкция устройств большого диаметра может дополняться редуктором. Это элемент, который уменьшает усилие, которое необходимо для открывания и закрывания. Наиболее распространенные модели, которые представлены на рынке – устройства диаметром не более 800 мм. Это детали, которые могут быть интегрированы в системы с рабочим давлением до 25 атмосфер.

Кран

Также относится к категории востребованных устройств. Специфическая особенность – конструкция запирающего элемента. Он изготавливается в форме тела вращения или его части. Запирающий элемент при открывании, а также закрывании, вращается вокруг своей оси. Эта ось по отношению к оси потока транспортируемой жидкости или газообразной среды может быть установлена произвольно.

Устройство крана и специфика конструкции

Различают виды кранов запорной арматуры по типу запирающего элемента. Распространены: игольчатые, шаровые, пробковые и др. Есть модели, основная функция которых – полное перекрытие потока рабочей среды в системе.

Также устройства могут использоваться в качестве запорно-регулирующих деталей. Устанавливаются в трубопроводных системах, по которым транспортируются жидкости и газообразные среды.

Еще одно направление применения кранов – коммунальная и бытовая сфера. Например, в быту с помощью кранов выполняется отключение отдельных участков трубопровода от центральной магистрали. К бытовой ЗА можно отнести отсекающие от стояка краны, а также приборные краны, которые отключают каждую квартиру от общей системы.

Большинство моделей – это устройства, которые управляются вручную. При выборе важно обращать внимание на привод. В моделях с большим проходным диаметром, а также в элементах, которые эксплуатируются под большим давлением, может использоваться гидравлический или пневматический привод. Также есть модели с электроприводом. Перечисленные виды привода могут быть установлены на ЗА в случае, когда важно организовать ее автоматизированное управление или управление на расстоянии.

По направлению потока рабочей среды различают следующие виды устройств:

• Проходные – после крана направление потока транспортируемой среды не меняется.
• Угловые – направление потока транспортируемой среды меняется на 90°.

Трехходовые – используются для смешивания потоков разных рабочих сред. Состоят из одного выходного и двух входных патрубков. К данной группе устройств относится, например, обычный бытовой смеситель.

Клапан (вентиль)

Запорный клапан — вид запорной арматуры. Его главная конструкционная особенность – запирающий элемент, который перемещается параллельно по отношению к потоку рабочей среды. Чаще всего им является золотник. Золотник может быть установлен в одном из крайних положений: «Закрыто» или «Открыто». Также активно используются запорно-регулирующие и регулирующие клапаны.

Устройство запорного клапана и назначение

Мы определили, что такое запорный клапан. Теперь рассмотрим, как он работает. Благодаря особой конструкции, устройства используются во многих сферах. Их интегрируют в трубопроводные системы, по которым транспортируется газ и жидкость при температуре от -200 до +600 °C. Допускается использование автоматизированного клапана в качестве предохранительного элемента ЗА.

Если детально изучить конструкцию клапана, то можно заметить сходство с задвижками. Но важно помнить о параллельном перемещении запирающего элемента относительно потока рабочей среды. Благодаря этой особенности можно выделить ряд достоинств:

• Меньший вес, а также строительная высота. Благодаря небольшому ходу затвора, который требуется для полного открытия прохода.
• Минимальный износ уплотнительных поверхностей. Благодаря минимальному трению при открытии, а также закрытии.
• Герметичность. Обеспечение герметичности достигается при помощи уплотнительных элементов (неметаллических). 

Однако есть плюсы и у задвижек. Они не обладают повышенным гидравлическим сопротивлением, поэтому не наблюдается потеря энергии потока. Также нет ограничений по максимальному диаметру. Для клапанов характерны застойные зоны и скопление грязи, чего не наблюдается при установке задвижек.

Затвор (дисковой)

Один из самых современных и прогрессивных типов арматуры. В числе основных достоинств запорно-регулирующих затворов:

• относительно небольшой вес и строительная длина;
• простота конструкции и отсутствие большого количества подвижных составных частей;
• ремонтопригодность и возможность проведения оперативной замены элементов уплотнения в случае выхода из строя;
• возможность использования в системах с трубами большого диаметра.

Устройство и принцип действия

Дисковый затвор – это запорная арматура, в которой запирающая часть выполнена в форме диска. Этот элемент поворачивается вокруг своей оси. Ось расположена под углом или перпендикулярно потоку транспортируемой среды.

Применение затвора

Чаще всего выполняется установка деталей данного типа в трубопроводных системах с большим диаметром труб. Оптимально подходят для инженерных сетей с небольшим внутренним давлением. Также могут устанавливаться в системах с невысокими требованиями к герметичности перекрытия.

Распространенное направление применения – тепловые сети, канализационные системы, системы подачи воды и водоотведения. Также допускается использование затворов в промышленных трубопроводных системах и сетях газоснабжения. Может выполняться транспортировка абразивных и слабоагрессивных сред.

К недостаткам ЗА данного типа относится сложность механической прочистки трубопровода. Это связано с тем, что в открытом положении запирающий элемент остается в просвете трубы. Это приводит к образованию засоров. Также создается дополнительное гидравлическое сопротивление.

Правила работы с запорной арматурой

При установке трубопроводного оборудования, включая запорную арматуру, учитываются условия эксплуатации. В числе основных параметров – давление в системе, а также температура транспортируемой среды и среды эксплуатации. Если поверхностная температура трубопровода превышает +60 С, рекомендуется изолировать трубы и ЗА.

Нередко рабочая среда может представлять опасность для обслуживающего персонала. Это могут быть различные агрессивные, токсичные и ядовитые вещества, утечка которых недопустима. Чтобы не допустить трагических последствий, в помещениях, где находится обслуживающий персонал, выполняется установка специальных измерительных датчиков. Это приборы, которые отслеживают присутствие в воздухе вредных примесей.

Также разрабатывается система информирования и предупреждения обслуживающего персонала:

• трубопровод и ЗА окрашиваются в специальный цвет;
• устанавливаются маркировочные щитки;
• монтируются предупреждающие знаки.

Например, если на трубу нанесены кольца красного цвета, значит выполняется транспортировка огнеопасных и легковоспламеняющихся сред. Желтые кольца информируют о токсичности транспортируемых веществ, а зеленые – нейтральные жидкости (газообразные среды).

Еще одно важное правило работы с запорной арматурой – нумерация на схеме трубопровода всех элементов с указанием назначения. Белым цветом на торце обозначается положение крановых пробок, а также заслонок. Также фиксируются указатели в виде стрелок, которые информируют о направлении закрытия задвижки или вентиля.

 Если на объекте эксплуатируется автоматическая запорная арматура, устанавливается сигнализация, которая будет оповещать обслуживающий персонал о крайнем положении. При монтаже трубопроводной системы, по которой будут транспортироваться взрывоопасные и токсичные вещества, выбирается ЗА с высокой степенью прочности и герметичности.

Требования к запорной арматуре

В зависимости от сферы применения ЗА и характеристик транспортируемых сред, к устройствам предъявляется ряд требований. Особого внимания требует оборудование, которое интегрируется в системы для транспортировки легковоспламеняемых и взрывоопасных сред. Но чаще всего запорная арматура монтируется в трубопроводы, которые используются для транспортировки жидких сред – системы водо- и теплоснабжения.  

Общие требования:

• Класс герметичности. Он должен сохраняться по истечении минимум 2500 циклов.
• Период эксплуатации – от 50 лет.
• Должна обеспечиваться герметичность приводов и соединительных патрубков.
• Привод механизма должен выполняться при максимальном усилии не более 250 Н/м.
• Надежность эксплуатации при температуре от -40 до +60 °С – при наземном размещении трубопровода и 10 до + 80 °С при подземном пролегании системы (тепло- и водоснабжения).
• Наличие указателей, информирующих обслуживающий персонал о направлении перемещения.

Также ЗА должна быть экономичной. Это достигается минимизацией гидравлического сопротивления, что снижает расход электроэнергии при работе насосного оборудования. Ряд требований предъявляется к уровню герметичности запорного оборудования. Определяется классом герметичности перекрытия потока. Для каждого класса предусмотрены определенные объемы протечки, которые измеряются в см3/мин:

• Класс А – отсутствие протечки;
• Класс В –18;
• Класс С – 180;
• Класс D – 1800.

Если подбираются устройства для интеграции в системы тепло- и водоснабжения, то к ЗА предъявляются такие требования:

• отсутствие пропусков на воздушниках и спускниках (класс А);
• минимально допустимые протечки в секционных сетях и ответвлениях (класс В).

Также учитывается конструктивная надежность. ЗА, интегрированная в эксплуатируемую трубопроводную сеть, должна выдерживать давление, которое превышает в 1,5 раза расчетные показатели.  Если детали будут использоваться в инженерных сетях с повышенными значениями данного параметра, то к устройствам будут предъявляться дополнительные требования. В их числе повышенная конструктивная прочность, а также увеличенная толщина корпуса и патрубков.

Выбор запорной арматуры

Подбор ЗА для трубопровода – задача, которая требует тщательного изучения многих параметров. Например, если необходимо сделать выбор между шаровым краном и задвижной, важно помнить, что задвижки не всегда могут обеспечить достаточный уровень герметичности, а это может привести к возникновению аварийной ситуации, если нет возможности оперативно перекрыть поток рабочей среды в трубопроводной системе. От правильности выбора зависит не только безопасность, но и срок эксплуатации системы. Преимущества и недостатки самых распространенных типов ЗА представлены в таблице «Виды запорной арматуры».

Последовательность действий при выборе ЗА:

• определение назначения и условий эксплуатации деталей: давление в системе, специфика рабочей среды, требования к безопасности и др.;
• определение DN присоединительных фланцев;
• выбор подходящего метода управления ЗА;
• выбор материала корпуса и запорных элементов;
• определение требований к гидравлическим показателям: пропускная способность ЗА, расходные характеристики, герметичность затвора и др.;
• выбор типа и класса арматуры;
• определение геометрических параметров деталей: размер фланцев, строительная высота, длина.

При выборе ЗА арматуры также важно оценить качество продукции. Следует доверять только тем поставщикам запорной арматуры, которые гарантируют долговечность и безопасность эксплуатации запирающих устройств.

Таблица «Виды запорной арматуры»

Часто задаваемые вопросы

Чем отличается запорная арматура от регулирующей?

Основная цель установки ЗА – полное и оперативное перекрытие потока жидкости или газообразной среды, которая транспортируется по трубопроводной системе. Основная функция регулируемой запорной арматуры – контроль потребления рабочей среды.

Что выбрать – дисковый затвор или шаровый кран?

Шаровой кран по некоторым параметрам превосходит дисковый затвор. Он более надежен и износоустойчив, обеспечивает длительную защиту от протечек. Дисковый затвор, который находится в положении «Открыто» уменьшает пропускную способность трубопровода. Связано это с тем, что диск расположен в канале. Кроме того, затрудняется использование автоматической системы очистки.

В чем отличие задвижки от вентиля?

Задвижки и вентили относятся к категории ЗА, а также выполняют аналогичные функции – позволяют оперативно перекрыть поток рабочей среды в трубопроводной системе. Визуально они схожи, но отличаются конструкцией запорного элемента. При выборе устройства необходимо учитывать условия эксплуатации.

В задвижке запорный узел расположен перпендикулярно потоку транспортируемой жидкости или газообразной среды. В вентиле перекрытие происходит параллельно. Чаще всего задвижки монтируются в системах, по которым транспортируются под высоким давлением газ и вода. Корпус устройств изготавливается из чугуна и нержавеющей стали.

Задвижка или шаровый кран – что лучше установить?

Шаровый кран считается более современным вариантом. Такая ЗА компактна, надежна, обеспечивает герметичность. Задвижки также используются, но преимущественно в составе магистральных линий, в которых большая скорость движения потока рабочей среды.