Запорная арматура фланцевая
Запорная арматура фланцевая: конструкция, типы, применение и монтаж
Фланцевая запорная арматура представляет собой класс трубопроводной арматуры, предназначенной для полного перекрытия потока рабочей среды, монтаж которой на трубопровод или оборудование осуществляется посредством фланцевого соединения. Данный тип соединения является одним из наиболее распространенных в промышленных магистралях среднего и высокого давления, благодаря своей надежности, разъемности и удобству обслуживания. Основное назначение – обеспечение герметичного отсечения участков трубопровода для проведения ремонтных работ, обслуживания оборудования или управления технологическими процессами в системах водоснабжения, теплосетях, нефтегазовой, химической и энергетической отраслях.
Конструктивные особенности и принцип действия
Конструкция любой фланцевой запорной арматуры базируется на трех ключевых элементах: корпусе с присоединительными фланцами, запорном органе (золотник, клин, диск, шибер) и узле управления (шпиндель, маховик, привод). Герметичность перекрытия обеспечивается плотным прилеганием уплотнительных поверхностей запорного органа к седлам в корпусе. Фланцы, отлитые или приваренные к корпусу, имеют стандартизированную геометрию, соответствующую параметрам ответных фланцев на трубопроводе. Между ними устанавливается уплотнительная прокладка (паронитовая, фторопластовая, металлическая и т.д.), выбор которой зависит от характеристик рабочей среды.
Основные типы фланцевой запорной арматуры
Классификация осуществляется по типу запорного органа и конструкции корпуса.
Фланцевые задвижки
Запорный орган перемещается перпендикулярно потоку среды. Основные виды:
- Клиновые задвижки: Запорный элемент выполнен в форме клина, который входит в конические седла корпуса. Бывают с цельным жестким, цельным упругим или двухдисковым клином. Упругий клин компенсирует возможные перекосы и температурные деформации.
- Параллельные задвижки: Уплотнительные поверхности седел и дисков (шиберов) параллельны. Перекрытие осуществляется дисками, раздвигающимися при закрытии. Часто используются для сред с механическими включениями.
- Шиберные (ножевые) задвижки: Оснащены острым ножом, способным разрезать плотные и вязкие среды. Применяются в системах с пульпой, шламами, сточными водами.
- Чугун (серый, ковкий, ВЧШГ): Для воды, пара, неагрессивных сред при температурах до +300°C и давлениях до 1.6-2.5 МПа (PN16-PN25).
- Углеродистая сталь (ст.20, ст.25): Универсальный материал для широкого диапазона давлений (до PN160) и температур (от -40 до +425°C). Применяется в энергетике, нефтегазовой отрасли.
- Легированная и нержавеющая сталь (12Х18Н10Т, 08Х17Н13М2Т): Для агрессивных сред (кислоты, щелочи), криогенных температур или сред с высокими требованиями к чистоте (пищевая, фармацевтическая промышленность).
- Цветные металлы (латунь, бронза): Для морских систем, топливных магистралей, отдельных химических сред.
- Условное давление (PN): Максимальное избыточное давление при температуре 20°C, при котором обеспечивается длительная работа. Ряд: PN6, PN10, PN16, PN25, PN40, PN63, PN100, PN160, PN250, PN320, PN400.
- Условный проход (DN): Номинальный внутренний диаметр. Ряд от DN10 (10 мм) до DN3000 (3000 мм) и более.
- Исполнение уплотнительных поверхностей фланцев: Определяется стандартом.
- Характеристики рабочей среды: Тип (вода, пар, нефть, газ, химикаты), температура, давление, вязкость, наличие абразивных частиц.
- Условия эксплуатации: Частота циклов «открыто-закрыто», необходимость регулирования, климатические условия (наружный монтаж, сейсмичность).
- Параметры трубопровода: Условный проход (DN), условное давление (PN/Rating), материал труб, тип фланцевого стандарта.
- Требования к герметичности: Класс герметичности по ГОСТ 9544-2016 (А, В, С) или ISO 5208.
- Тип управления: Ручное (маховик, редуктор), электрический, пневматический или гидравлический привод.
- Подготовка: Проверка комплектности, соответствия паспортных данных, отсутствия повреждений. Очистка уплотнительных поверхностей фланцев от загрязнений и заусенцев.
- Установка прокладки: Выбор прокладки, соответствующей среде и параметрам. Прокладка должна быть установлена ровно, без перекосов.
- Совмещение фланцев: Фланцы трубопровода и арматуры должны быть параллельны и соосны. Запрещается выравнивание с помощью перетяжки болтов.
- Затяжка крепежа: Болты/шпильки должны быть смазаны. Затяжка осуществляется крест-накрест (по диагонали) в несколько приемов с моментом, указанным в документации, для обеспечения равномерного прижатия прокладки.
- Обкатка и испытания: После монтажа арматура должна быть несколько раз полностью открыта и закрыта. Проводятся гидравлические (пневматические) испытания на прочность и герметичность.
- Высокая надежность и герметичность соединения при правильном монтаже.
- Возможность многократного монтажа и демонтажа для ремонта или замены.
- Удобство центровки и компенсации небольших несоосностей трубопровода.
- Широкий диапазон применяемых давлений и диаметров.
- Относительная простота монтажа без необходимости специального оборудования для сварки.
- Большие габариты и масса конструкции по сравнению с муфтовой или приварной арматурой.
- Возможность ослабления затяжки при температурных деформациях или вибрации, требующая периодической подтяжки.
- Более высокая стоимость из-за металлоемкости фланцев.
- Повышенное требование к свободному пространству вокруг трубопровода для монтажа/демонтажа.
Фланцевые краны
Запорный или регулирующий орган имеет форму тела вращения (шара, конуса, цилиндра), которое поворачивается вокруг своей оси. Основной тип – шаровые краны, где поток перекрывается сферической пробкой со сквозным отверстием. Отличаются простотой управления, малым гидравлическим сопротивлением в открытом положении и высокой герметичностью. Бывают полнопроходные и стандартнопроходные.
Фланцевые поворотные затворы (дисковые заслонки)
Запорный орган выполнен в виде диска, вращающегося вокруг оси, расположенной перпендикулярно или под углом к направлению потока. Управление осуществляется рукояткой, редуктором или приводом. Главные преимущества – компактность, малый вес, быстрое срабатывание и относительно низкая стоимость. Применяются на трубопроводах больших диаметров с низкими требованиями к герметичности или с установкой дополнительных уплотнений для повышения класса герметичности.
Фланцевые вентили (запорные клапаны)
Запорный орган (золотник) перемещается параллельно оси потока среды, садясь на седло. Позволяют не только перекрывать поток, но и осуществлять его регулировку. Отличаются высокой герметичностью, но большим гидравлическим сопротивлением и строительной длиной по сравнению с задвижками. Бывают проходные (монтаж на прямом участке) и угловые (монтаж в месте поворота трубопровода на 90°).
Материалы изготовления и условия эксплуатации
Выбор материала корпуса и внутренних компонентов определяется давлением, температурой, агрессивностью и абразивностью рабочей среды.
Стандарты и маркировка. Типы фланцевых соединений
Фланцевая арматура изготавливается в соответствии с национальными (ГОСТ) и международными (DIN, EN, ASME/ANSI) стандартами. Ключевые параметры:
| Тип (Обозначение) | Описание | Применение |
|---|---|---|
| А (D) | Гладкая | Для мягких прокладок (резина, паронит) при низких давлениях. |
| В (E) | С выступом | Наиболее распространенный тип. Обеспечивает высокую герметичность с различными прокладками. |
| F (F) | С впадиной | Используется с овальными или восьмигранными металлическими прокладками. |
| Г (G) | Шип-паз | Для сред высокого давления, агрессивных и токсичных сред. Точная центровка. |
| Д (J, K) | Под линзовую прокладку | В энергетике высоких параметров (СО, ППУ). |
| Е (L) | Под прокладку овального сечения | Для высоких давлений и температур. |
Критерии выбора фланцевой запорной арматуры
Выбор осуществляется на основе технического задания и расчетных параметров системы.
Монтаж, эксплуатация и обслуживание
Правильный монтаж – залог долговечной и безопасной работы арматуры.
Эксплуатация требует периодического технического обслуживания: визуальный осмотр на предмет течей, контроль состояния защитного покрытия, смазка подвижных частей и сальникового уплотнения, проверка работы привода.
Преимущества и недостатки фланцевого присоединения
Преимущества:
Недостатки:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается фланцевая задвижка от фланцевого крана?
Основное отличие – в конструкции и принципе действия запорного органа. Задвижка имеет клин или шибер, движущийся перпендикулярно потоку, что требует большего времени на открытие/закрытие и места по высоте. Шаровый кран управляется поворотом рукоятки на 90°, срабатывает быстрее, часто имеет меньшие габариты, но, как правило, не предназначен для регулирования потока в промежуточных положениях (за исключением специальных исполнений). Задвижки чаще применяются на магистральных трубопроводах больших диаметров, где требуется минимальное гидравлическое сопротивление в открытом состоянии.
Как правильно подобрать прокладку для фланцевого соединения?
Выбор прокладки зависит от четырех основных факторов: параметров среды (давление, температура, химическая агрессивность), типа уплотнительной поверхности фланцев, требуемого класса герметичности и стандарта фланца. Для неагрессивных сред (вода, воздух) при PN≤16 часто используют паронитовые прокладки. Для агрессивных сред – фторопластовые (тефлоновые). Для высоких температур и давлений (энергетика) – металлические (оцинкованная сталь, нержавеющая сталь) или графитовые. Геометрия прокладки (плоская, овальная, линзовая) должна строго соответствовать исполнению фланца.
Что означает маркировка «DN100 PN16» на корпусе задвижки?
Данная маркировка указывает на основные присоединительные размеры. DN100 – условный проход, приблизительно равный 100 мм (внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода). PN16 – номинальное (условное) давление 16 бар (1,6 МПа), которое арматура может выдерживать при температуре рабочей среды +20°C. При повышении температуры допустимое рабочее давление снижается, что необходимо учитывать по соответствующим графикам или таблицам в технической документации.
Можно ли устанавливать фланцевую арматуру на трубопровод с другими стандартами фланцев (например, ГОСТ на DIN)?
Прямое соединение фланцев разных стандартов, как правило, невозможно из-за различий в геометрии (диаметр и расположение отверстий под шпильки/болты, толщина, форма уплотнительной поверхности). Для такого соединения необходимо использовать переходные фланцы-адаптеры или специальные межстандартные прокладки, что должно быть согласовано с инженерной службой и требует проверки на герметичность и прочность. Рекомендуется использовать арматуру и трубопроводную обвязку в рамках одной системы стандартов.
Как часто требуется обслуживание сальникового уплотнения фланцевой арматуры?
Периодичность обслуживания сальникового уплотнения (набивки) зависит от условий эксплуатации: частоты циклов, температуры и агрессивности среды, качества самой набивки. В стандартных условиях (вода, невысокие температуры) профилактический осмотр и подтяжку сальниковой крышки рекомендуется проводить не реже 1 раза в 6-12 месяцев. Признаком необходимости обслуживания является появление течи по шпинделю в закрытом положении арматуры. При сильном износе набивку необходимо полностью заменять на новую, соответствующую параметрам среды.
Каковы основные причины отказа фланцевых задвижек?
Наиболее распространенные причины: заклинивание запорного органа из-за коррозии, отложений или перекосов при монтаже; износ уплотнительных поверхностей седел и клина/диска, приводящий к негерметичности; разрушение или «задубение» сальниковой набивки с потерей уплотняющих свойств; поломка шпинделя (штока) из-за приложения чрезмерного усилия при закрытии на механическое препятствие; коррозионное разрушение корпуса. Регулярное техническое обслуживание и правильная эксплуатация минимизируют риски отказов.