Клапаны запорные для газа

Клапаны запорные для газа: конструкция, типы, применение и нормативная база

Запорные клапаны для газа являются критически важными элементами систем газораспределения и газопотребления. Их основная функция – полное перекрытие потока транспортируемой среды с обеспечением требуемой герметичности в затворе. Надежность и корректная работа этих устройств напрямую влияют на безопасность, бесперебойность снабжения и эффективность эксплуатации газовых сетей любого давления – от магистральных трубопроводов до внутренних разводок потребителей.

Классификация и основные типы газовых запорных клапанов

Классификация осуществляется по ряду ключевых конструктивных и эксплуатационных признаков.

1. По типу присоединения к трубопроводу:

• Фланцевые. Наиболее распространенный тип для трубопроводов DN от 50 мм и выше. Обеспечивают прочное, разъемное соединение, удобное для монтажа и демонтажа. Фланцы клапана должны соответствовать стандартам (ГОСТ, DIN, ASME) по размерам, форме исполнения и типу уплотнительной поверхности.
• Муфтовые (резьбовые). Применяются на трубопроводах малых диаметров (как правило, до DN 50). Резьба может быть внутренней или наружной. Широко используются в внутридомовых и внутрицеховых сетях.
• Приварные. Корпус клапана приваривается к трубопроводу встык. Соединение абсолютно неразъемное и обеспечивает максимальную герметичность, что критично для высоких давлений и опасных сред. Требует квалифицированного монтажа.
• Штуцерно-торцовые. Присоединение осуществляется накидной гайкой. Чаще встречается в лабораторной и аналитической аппаратуре, на приборах учета.

2. По конструкции запорного органа:

• Клиновые задвижки. Затвор выполнен в форме клина (жесткого, упругого или двухдискового), который перемещается перпендикулярно потоку. Основное преимущество – прямая проходная конструкция, малое гидравлическое сопротивление. Недостатки: риск заклинивания при температурных деформациях, большая строительная высота, сложность обеспечения герметичности в затворе при низких давлениях. Применяются на магистральных газопроводах.
• Шаровые краны (клапаны). Запорный элемент – сферическая пробка (шар) с сквозным отверстием. При повороте на 90° поток открывается или перекрывается. Преимущества: малые габариты, простота управления, высокая герметичность, быстрое срабатывание, возможность установки в любом положении. Современные модели с плавающим шаром или шаром на опорах, с системой смазки, являются основным типом запорной арматуры для сетей среднего и низкого давления, включая бытовые.
• Пробковые (конусные) краны. Затвор выполнен в форме усеченного конуса со сквозным отверстием. При повороте пробки поток открывается. Требуют периодической ревизии и притирки конусных поверхностей. Применяются реже, в основном в специфических условиях.
• Игольчатые клапаны. Имеют конический шток, который при ввинчивании перекрывает малое проходное сечение. Используются не как магистральные запорные устройства, а для тонкой регулировки или в качестве отсечной арматуры на импульсных линиях, приборах.

3. По материалу корпуса:

• Стальные (углеродистая, легированная, нержавеющая сталь). Для всех диапазонов давлений и температур, для наружной и внутренней установки. Используются на магистральных и промышленных трубопроводах.
• Чугунные (серый чугун, высокопрочный чугун с шаровидным графитом — ВЧШГ). Для средних и низких давлений. ВЧШГ сочетает прочность, близкую к стали, с коррозионной стойкостью чугуна. Применяются в городских распределительных сетях.
• Латунные и бронзовые. Для внутренних сетей низкого давления, бытового применения, приборов учета. Устойчивы к коррозии, но имеют ограничения по диаметру и давлению.
• Титановые, алюминиевые сплавы. Для специальных условий (коррозионные среды, морские платформы, требования по малому весу).

4. По типу управления:

• Ручное (маховик, рычаг). Наиболее распространено. Для управления задвижками большого диаметра используются редукторы.
• Приводное (электрический, пневматический, гидравлический привод). Для дистанционного и автоматического управления, включения в системы АСУ ТП. Обязательны на объектах без постоянного присутствия персонала или с высокой частотой циклов.
• Под ключ (для скважинной и подземной установки). Имеют специальный квадрат под ключ для обслуживания колонками с поверхности.

Ключевые технические характеристики и параметры выбора

Выбор конкретного типа клапана осуществляется на основе технических условий проекта и регламентируется нормативной документацией.

Таблица 1. Основные параметры для выбора запорного клапана для газа

Параметр	Обозначение / Единица измерения	Описание и влияние на выбор
Условный проход	DN (Ду)	Номинальный внутренний диаметр присоединяемого трубопровода. Определяет типоразмер клапана. Должен соответствовать диаметру трубопровода.
Условное давление	PN (Ру)	Максимальное избыточное давление транспортируемой среды при температуре 20°C, при котором обеспечивается длительная и безопасная работа. Для газа различают категории: высокое (более 0,6 МПа до 1,6 МПа), среднее (0,005 МПа до 0,6 МПа), низкое (до 0,005 МПа).
Рабочее давление и температура	Pраб, Траб	Фактические параметры среды в трубопроводе. Должны находиться в пределах паспортных значений клапана.
Класс герметичности	По ГОСТ 9544	Определяет допустимую утечку через затвор. Для запорной арматуры на газе обычно требуются классы А, В, С (нулевая или практически нулевая утечка). Конкретный класс указывается в проекте.
Тип среды	—	Природный газ (метан), сжиженный углеводородный газ (СУГ), попутный нефтяной газ, содержащий агрессивные примеси. Определяет выбор материалов (корпус, уплотнения, смазка).
Климатическое исполнение и категория размещения	По ГОСТ 15150	Определяет стойкость к температурным условиям, влажности, обледенению. Для наружной установки – У1, ХЛ1; для помещений – У3, УХЛ4.

Конструктивные особенности и материалы уплотнений

Герметичность – главное требование к газовому запорному клапану. Она обеспечивается уплотнительными системами:

• Уплотнение «затвор-седло». В шаровых кранах: седла из PTFE (тефлона), армированного PTFE, нейлона, делонов, реже металлические. В клиновых задвижках: наплавка седла и клина коррозионно-стойкими сплавами (стеллит) с последующей точной механической обработкой.
• Уплотнение штока (шпинделя). Критичный узел, предотвращающий утечку по месту выхода подвижной части. Применяются сальниковые набивки (графит, PTFE), сильфонные узлы (абсолютная герметичность, для опасных сред) или торцевые уплотнения.
• Уплотнение присоединительных патрубков. Во фланцевых соединениях – используются прокладки (паронит, фторопласт, спирально-навитые, графитовые).

Нормативная документация и стандарты

Проектирование, производство, поставка и монтаж газовой запорной арматуры в РФ регулируется комплексом документов:

• Федеральный закон № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов».
• СП 62.13330.2011 «Газораспределительные системы». Актуализированная редакция СНиП 42-01-2002.
• ГОСТы:
  • ГОСТ 9544-2015 «Арматура трубопроводная. Нормы герметичности затворов».
  • ГОСТ 33259-2015 «Арматура трубопроводная. Общие технические условия».
  • ГОСТ 28338-89 «Проходы условные (размеры номинальные)».
  • ГОСТ 26349-84 «Давления условные (номинальные)».
  • Отраслевые стандарты на конкретные типы клапанов (задвижки, краны шаровые).
• Технические регламенты Таможенного союза: ТР ТС 010/2011 «О безопасности машин и оборудования», ТР ТС 032/2013 «О безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением».

Арматура, работающая под давлением выше 0,07 МПа, подлежит обязательной сертификации или декларированию соответствия. На каждое изделие должен быть паспорт с отметкой о соответствии.

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

Монтаж должен выполняться специализированной организацией, имеющей соответствующую лицензию СРО. Основные правила:

• Перед установкой – визуальный контроль, проверка комплектности, продувка корпуса.
• Монтажное положение должно соответствовать паспорту. Шаровые краны, как правило, могут устанавливаться в любом положении, кроме привода вниз. Задвижки – строго маховиком вверх. Направление потока должно совпадать со стрелкой на корпусе.
• Запрещено использование арматуры не по назначению (например, водяной на газовой сети).
• Приварные клапаны при монтаже нельзя перегревать во избежание деформации седел и уплотнений.
• Фланцевые соединения затягиваются крест-накрест с контролем момента.

Эксплуатация включает периодический внешний осмотр, проверку легкости хода, отсутствие видимых утечек. Техническое обслуживание (ТО) и ремонт проводятся по регламенту производителя. Для шаровых кранов с системой смазки – периодическая подача специальной газовой смазки. Для задвижек – контроль состояния сальникового уплотнения, ревизия клиновой пары.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается газовый шаровый кран от водяного?

Газовый кран имеет:

• Более высокий класс герметичности затвора (обычно класс А).
• Конструкцию, исключающую образование карманов в закрытом положении (полость корпуса, заполненная газом, представляет опасность при температурном расширении). Современные краны имеют систему сброса давления из полости.
• Специальную смазку для уплотнительных седел, совместимую с углеводородными газами.
• Часто – желтую маркировку рукоятки или корпуса.
• Более строгие требования к сертификации.

Использование водяного крана на газе запрещено.

Как часто нужно обслуживать запорные клапаны на газопроводе?

Периодичность ТО устанавливается производителем и указывается в паспорте. Для наружных магистральных сетей плановый осмотр проводится не реже 1 раза в 6 месяцев. Для внутренних сетей – в рамках общих проверок системы газоснабжения. Приводная арматура проверяется чаще, в соответствии с графиком проверки систем автоматики.

Можно ли использовать задвижку в качестве регулирующей арматуры?

Категорически нет. Задвижка предназначена только для двух позиций: «открыто» и «закрыто». Работа в промежуточном положении приводит к гидродинамическому износу и эрозии уплотнительных поверхностей клина и седел, что впоследствии ведет к негерметичности в закрытом состоянии.

Что такое сильфонный уплотнитель штока и где он применяется?

Сильфон – это гофрированная металлическая оболочка, герметично приваренная одним концом к корпусу, а другим – к штоку. Он полностью исключает утечку среды по штоку, что критически важно для токсичных, взрывоопасных или дорогостоящих газов. Такая арматура применяется на компрессорных станциях, в системах сжиженного газа, в химической промышленности.

Как выбрать тип привода для клапана?

Выбор зависит от:

• Частоты использования: редкие переключения – ручное управление; частые или дистанционные – привод.
• Наличия источника энергии: электрический привод требует сети, пневматический – сжатого воздуха.
• Требований взрывобезопасности: во взрывоопасных зонах применяются приводы во взрывозащищенном исполнении (Ex) или пневмоприводы.
• Скорости срабатывания: пневмоприводы и гидроприводы обеспечивают более быстрое переключение.

Решение принимается на стадии проектирования АСУ ТП.

Заключение

Запорные клапаны для газа представляют собой высокотехнологичные изделия, от корректного выбора, монтажа и обслуживания которых зависит безопасность и надежность всей газотранспортной системы. Современный рынок предлагает широкий спектр решений – от традиционных клиновых задвижек до высокотехнологичных шаровых кранов с электронным управлением. Ключевыми аспектами при работе с данной арматурой остаются неукоснительное соблюдение нормативных требований, учет конкретных условий эксплуатации и обеспечение квалифицированного технического надзора на всех этапах жизненного цикла оборудования.