Арматура для пара представляет собой специализированный класс трубопроводной арматуры, предназначенный для управления, регулирования и отключения потоков водяного пара в энергетических установках, промышленных технологических линиях и системах теплоснабжения. Её работа происходит в условиях экстремальных параметров: высоких температур (до 600°C и выше), давлений (до 300 атм и более), а также при циклических тепловых нагрузках. Это предъявляет исключительные требования к материалам, конструктивным решениям, герметичности и надёжности.
Классификация осуществляется по нескольким ключевым признакам.
Выбор материала определяется параметрами пара (P, T), коррозионной активностью среды и требованиями стандартов (ГОСТ, ASME, DIN).
| Компонент арматуры | Материал для средних параметров (P до 40 атм, T до 425°C) | Материал для высоких параметров (P до 300 атм, T до 600°C) | Примечания |
|---|---|---|---|
| Корпус, крышка | Углеродистая сталь 25Л, 35Л; Ковкий чугун (для низкого давления) | Легированные стали: 20ГМЛ, 15Х1М1ФЛ, 12Х18Н9ТЛ (нержавеющая), AISI 304, AISI 316 | Литой корпус (Л). Для сверхвысоких параметров – поковки из сталей 15Х1М1Ф, 10Х9МФБ. |
| Шпиндель, шток | Сталь 20Х13 (нержавеющая), 40Х13 | Сталь 20Х1М1Ф1ТР, 25Х2М1Ф, с наплавкой износостойких сплавов | Должны обладать высокой жаропрочностью и сопротивлением ползучести. |
| Золотник, седло, уплотнительные поверхности | Сталь 20Х13 + наплавка стеллитом (сплав на основе кобальта) или сормайтом | Стеллит, твердые сплавы на основе вольфрама и хрома, керамика | Наплавка обеспечивает стойкость к эрозии и задирам при высоких температурах. |
| Сальниковое уплотнение | Асбестовый шнур с графитовой пропиткой, графитовые сальники | Безасбестовые материалы: графитовый шнур, фольга, терморасширенный графит (ТРГ) | ТРГ сохраняет свойства до 3000°C в инертной среде, до 600°C в воздушной. |
| Прокладки фланцевые | Паронит, металлографитовые, спирально-навитые (SPD) | Октиголь, металлические (сталь 10, 13Х25Т), SPD с графитовым наполнителем | Для высоких параметров предпочтительны цельнометаллические прокладки или SPD. |
Все элементы арматуры для пара должны быть рассчитаны на линейное расширение. В задвижках большого диаметра применяется конструкция с гибким или составным клином для предотвращения заклинивания. В шаровых кранах предусматриваются плавающие седла или специальные компенсаторы усилия.
Для абсолютного исключения утечек пара по штоку в ответственных узлах (например, на паропроводах АЭС или в системах с агрессивной средой) применяется арматура с сильфонным уплотнением. Металлический сильфон, приваренный одним концом к штоку, а другим к корпусу, герметизирует подвижное соединение.
Арматура на паропроводах СВД (сверхвысокого давления) и промперегрева часто оснащается системой парового обогрева фланцев и сальниковой коробки для предотвращения тепловых ударов и конденсации пара в нерасчетных полостях, что может привести к коррозионно-механическому повреждению.
Ручное управление (маховиком) применяется для арматуры малого диаметра или резервных линий. Основной тип привода для энергоблоков – электрический (ЭП). Регулирующие клапаны и предохранительные клапаны оснащаются пневмо- или гидроприводами для обеспечения быстрого и точного срабатывания. Современная арматура интегрируется в АСУ ТП с позиционерами и датчиками обратной связи.
Проектирование, изготовление и поставка паровой арматуры регламентируются строгими стандартами.
Монтаж должен учитывать направление потока (указано на корпусе), обеспечивать компенсацию нагрузок от трубопровода, исключать изгибающие моменты на фланцах. Перед вводом в работу обязательна процедура обкатки на горячем паре для притирки уплотнительных поверхностей. Техническое обслуживание включает периодическую диагностику: проверку на герметичность, контроль состояния сальникового уплотнения, мониторинг вибрации, проверку срабатывания предохранительных клапанов. Основные причины отказов: эрозия проточной части каплями конденсата, задиры и износ уплотнений, ползучесть и релаксация напряжений в материалах, коррозионное растрескивание под напряжением.
Перегретый пар имеет более высокую температуру при том же давлении, что требует применения более жаропрочных материалов (легированные стали). Кроме того, перегретый пар менее склонен к конденсации в арматуре, но обладает более высокой эрозионной активностью. Насыщенный пар, особенно влажный, вызывает интенсивную конденсацию, что требует эффективного дренирования (конденсатоотводчики) и повышает риск гидроударов и кавитационной эрозии.
Категорически не рекомендуется. Запорные клапаны и задвижки не рассчитаны на длительную работу в частично открытом положении. Поток пара с высокой скоростью вызывает вибрацию, кавитацию и интенсивный износ уплотнительных поверхностей (фреттинг-эрозия), что в короткие сроки приводит к потере герметичности и выходу арматуры из строя.
Подбор осуществляется по трём основным параметрам: производительность (по количеству конденсата с запасом 20-30%), перепад давлений на устройстве и температура. Для магистральных паропроводов с большим количеством конденсата часто применяются термодинамические или поплавковые термостатические ловушки. Для точного поддержания температуры в теплообменниках – биметаллические или термостатические. Критически важно устанавливать байпасную линию вокруг конденсатоотводчика.
Шаровые краны, несмотря на малое гидравлическое сопротивление, имеют ограничения по температуре, связанные с термостойкостью полимерных уплотнений седла. Металл-металл контакт не обеспечивает абсолютной герметичности. Задвижки же, особенно с твердосплавным напылением на клине и седлах, надежно работают при температурах свыше 500°C, обеспечивая высокий класс герметичности и меньшую чувствительность к тепловым деформациям на больших диаметрах.