Задвижки для промышленно-производственных трубопроводов

Задвижки для промышленно-производственных трубопроводов: классификация, конструкция, применение и выбор

Задвижка – тип трубопроводной арматуры с запорным органом в виде диска, клина или листа, перемещаемым перпендикулярно оси потока рабочей среды. Основная функция – полное перекрытие потока (запорная арматура). В редких случаях, для неответственных систем, используются для регулирования, но с существенным износом и кавитацией. Конструкция обеспечивает минимальное гидравлическое сопротивление в открытом положении, что является ключевым преимуществом для магистральных трубопроводов.

Классификация и типы задвижек

Задвижки систематизируют по нескольким ключевым конструктивным признакам, определяющим их область применения и эксплуатационные характеристики.

1. По типу запорного органа

• Клиновые. Запорный элемент выполнен в виде жесткого, двухдискового или упругого клина, который входит в конические седла корпуса. Жесткий клин требует высокой точности изготовления, склонен к заклиниванию при перепадах температур. Двухдисковый клин компенсирует возможные перекосы, обеспечивает лучшую герметичность. Упругий клин (с прорезью в середине) обладает некоторой компенсирующей способностью и улучшенной герметизацией.
• Параллельные (шиберные). Уплотнительные поверхности седел расположены параллельно. Запорный элемент – диск или затвор (шибер), который прижимается к седлам специальным клиновым или пружинным механизмом. Чаще используются для сред с механическими включениями.
• Шланговые. Не имеют седел. Перекрытие потока осуществляется путем пережима эластичного шланга, расположенного внутри корпуса, специальным штоком. Применяются для агрессивных, вязких или загрязненных сред, где недопустим контакт среды с деталями арматуры.

2. По типу привода шпинделя (штока)

• С выдвижным шпинделем. Резьбовая часть шпинделя и ходовая гайка вынесены за пределы корпуса арматуры в приводной узел. Шпиндель совершает поступательное движение. Такая конструкция защищает резьбу от воздействия рабочей среды и коррозии, облегчает обслуживание, применяется для агрессивных, абразивных и высокотемпературных сред.
• С невыдвижным шпинделем. Резьбовое соединение находится внутри полости корпуса, шпиндель совершает вращательно-поступательное движение. Конструкция компактнее, но резьба подвержена воздействию среды, что ограничивает применение неагрессивными средами (вода, пар, нефтепродукты).

3. По типу привода

• Ручной (маховое колесо). Для арматуры малых и средних диаметров (до Ду150-200) с допустимым усилием оператора.
• Редукторный. Применяется для трубопроводов больших диаметров, где необходимо увеличение крутящего момента.
• Электрический привод (электропривод). Позволяет автоматизировать управление, интегрировать в системы АСУ ТП. Основные параметры выбора: крутящий момент, время срабатывания, класс взрывозащиты.
• Пневматический и гидравлический привод. Используются на объектах с соответствующими источниками энергии, часто во взрывоопасных зонах.

Материалы изготовления и условия применения

Выбор материала корпуса, затвора и уплотнений определяется параметрами рабочей среды: давлением, температурой, химической агрессивностью, абразивностью.

Материал корпуса	Типовые марки	Рабочая среда	Диапазон температур, °C	Диапазон давлений, PN (ру)
Чугун серый	ЧШ, GGG40	Вода, пар, неагрессивные жидкости и газы	-15…+300	PN10-PN16
Чугун шаровидный (чугун с шаровидным графитом)	ВЧШГ, GGG50	Вода, пар, нефтепродукты, природный газ	-30…+350	PN16-PN25
Углеродистая сталь	25Л, WCB	Пар, вода, нефть, газ, аммиак, углеводороды	-40…+425	PN16-PN160 (и выше)
Нержавеющая сталь аустенитного класса	12Х18Н9Т (AISI 304), 10Х17Н13М2Т (AISI 316)	Агрессивные среды: кислоты, щелочи, растворы, пищевые продукты	-200…+600	PN16-PN100
Латунь/Бронза	ЛЦ40Сд, БрА9Ж3Л	Морская вода, пар, неагрессивные газы и жидкости	-60…+200	PN10-PN40

Уплотнительные поверхности: Для обеспечения герметичности затвора поверхности клина/диска и седел подвергают упрочнению или нанесению коррозионно-стойких покрытий: наплавка стеллитом, эластомерное покрытие (EPDM, NBR), никелирование, фторопластовое покрытие.

Конструктивные особенности и монтаж

Типовая задвижка состоит из корпуса с крышкой, образующих полость, в которой находится рабочая среда. Внутри корпуса расположены седла. Запорный элемент (клин, диск) соединен со шпинделем (штоком), который через сальниковое уплотнение выходит наружу и соединяется с приводом. Сальниковое уплотнение (набивка из графита, PTFE) требует периодического поджатия для предотвращения утечек по шпинделю. В современных конструкциях применяются сильфонные узлы, обеспечивающие абсолютную герметичность.

Монтаж: Установка осуществляется на прямолинейный участок трубопровода с учетом направления потока (обычно указывается стрелкой на корпусе). Фланцевые соединения стягиваются болтами с равномерным усилием по кругу. Необходимо обеспечить компенсацию нагрузок от трубопровода (весовых, температурных), чтобы они не передавались на корпус задвижки. Для обслуживания должен быть предусмотрен свободный доступ к приводному узлу и сальниковой камере.

Области применения в промышленности и энергетике

• Теплоэнергетика: Магистрали питательной и сетевой воды, линии пара среднего и высокого давления. Применяются стальные задвижки на Py до 100 атм и t до 565°C. Критично качество уплотнительных поверхностей.
• Нефтегазовая отрасль: Магистральные нефте- и газопроводы, технологические линии НПЗ. Используются полнопроходные стальные задвижки с выдвижным шпинделем, часто с пневмо- или электроприводом. Для подземной установки – конструкция с удлиненным штоком в колодце.
• Химическая промышленность: Агрессивные и токсичные среды требуют применения задвижек из нержавеющих сталей, сплавов (хастеллой), с футеровкой (фторопласт, резина) или шлангового типа.
• Водоснабжение и водоотведение: Чугунные задвижки с обрезиненным клином (тип «NRS») для питьевой и технической воды, шиберные задвижки для сточных вод с механическими включениями.
• ЖКХ: Вводы в здания, магистральные сети теплоснабжения. Распространены задвижки из ВЧШГ с обрезиненным клином, обеспечивающие высокую герметичность и коррозионную стойкость.

Критерии выбора задвижки

Выбор осуществляется на основе технических условий (ТУ) проекта или технологического процесса.

1. Параметры рабочей среды: Наименование, агрегатное состояние, температура, давление, коррозионная активность, наличие абразивных частиц.
2. Условный диаметр (DN, Ду) и Условное давление (PN, Ру) – основные присоединительные и прочностные параметры.
3. Тип присоединения: Фланцевое (по ГОСТ, EN, ASME), межфланцевое, муфтовое, под приварку.
4. Требуемая герметичность: Класс герметичности по ГОСТ 9544 (А, В, С) или ISO 5208. Для запорной арматуры, как правило, требуется класс А (нулевая утечка).
5. Условия эксплуатации: Частота циклов «открыто-закрыто», наличие вибрации, климатическое исполнение (температура окружающей среды, УХЛ, ХЛ), взрывоопасная зона.
6. Тип управления: Ручной, редукторный, электрический, пневматический. Для электропривода определяют: напряжение, мощность, режим работы (кратковременный, повторно-кратковременный), наличие ручного дублера.

Преимущества и недостатки задвижек

Преимущества:

• Малое гидравлическое сопротивление в полностью открытом положении.
• Относительная простота конструкции и обслуживания.
• Возможность применения на трубопроводах больших диаметров.
• Прямоточность конструкции, минимум зон застоя среды.
• Широкий диапазон рабочих сред, давлений и температур.

Недостатки:

• Большая строительная высота (особенно у моделей с выдвижным шпинделем).
• Длительное время открытия/закрытия.
• Износ уплотнительных поверхностей в промежуточных положениях при использовании для регулирования.
• Сложность ремонта изношенных седел и клина в полевых условиях.
• Высокие усилия на привод при больших перепадах давления.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем задвижка принципиально отличается от шарового крана?

Задвижка перекрывает поток поступательным движением перпендикулярно оси, а шаровая пробка – вращением на 90°. Шаровой кран более компактен, быстрее срабатывает, часто имеет лучшую герметичность, но, как правило, не применяется для регулирования и может иметь ограничения по диаметру (особенно для высоких давлений) и чистоте среды. Задвижка предпочтительнее для магистральных трубопроводов больших диаметров, где ключевым является минимальное сопротивление.

Что означает аббревиатура МЗВ, 30с41нж, 30ч6бр и т.п.?

Это условное обозначение задвижек по системе ЦКБА (Центральное конструкторское бюро арматуростроения). Пример расшифровки 30с41нж:

• 30 – задвижка.
• с – стальной корпус.
• 41 – номер модели.
• нж – уплотнительные поверхности из нержавеющей стали.

30ч6бр: ч – чугунный корпус, 6 – модель, бр – уплотнения латунные или бронзовые.

Как правильно выбрать тип клина: жесткий, двухдисковый или упругий?

Жесткий клин – для сред с постоянными параметрами, не склонных к отложениям, обеспечивает хорошую герметичность при точном изготовлении. Двухдисковый клин – наиболее универсален, компенсирует перекосы, износ, температурные деформации, рекомендуется для пара, воды, нефтепродуктов. Упругий клин – обладает свойствами жесткого и двухдискового, хорошо герметизирует за счет упругой деформации, применяется для нефтепродуктов, газов, часто в задвижках для ЖКХ.

Почему задвижку нельзя использовать для регулирования расхода?

При частичном открытии поток среды с высокой скоростью проходит через узкую щель между клином и седлом, вызывая кавитацию (образование и схлопывание пузырьков) и гидроабразивный износ уплотнительных поверхностей. Это приводит к быстрой потере герметичности, вибрации и эрозии корпуса. Для регулирования предназначена отдельная группа арматуры – регулирующие клапаны.

Как часто необходимо проводить техническое обслуживание задвижек?

Периодичность ТО регламентируется заводом-изготовителем и зависит от условий эксплуатации. Общий план включает:

• Ежемесячно (для ответственных систем): Внешний осмотр на наличие утечек, проверка легкости хода шпинделя.
• Раз в 6-12 месяцев: Проверка и подтяжка сальникового уплотнения, смазка ходового узла (резьбы шпинделя и гайки).
• Каждые 3-5 лет (или по результатам испытаний): Опрессовка на герметичность, ревизия запорного органа и седел, замена изношенных деталей, набивки сальника.

Для задвижек, работающих в режиме «редко открывается/закрывается», обязательна проверка с полным циклом срабатывания не реже 1 раза в квартал для предотвращения «прикипания» клина.

Что такое обрезиненный клин (тип NRS) и где он применяется?

Это клин (обычно в задвижках из ВЧШГ), полностью покрытый слоем эластомера (EPDM, NBR), который при закрытии плотно прилегает к металлическим седлам корпуса. Обеспечивает высокий класс герметичности (А), коррозионную стойкость к воде, снижает усилие при закрытии. Широко применяется в системах водоснабжения, пожаротушения, теплоснабжения. Не рекомендуется для пара, нефти и сред с механическими включениями, которые могут повредить резиновый слой.