Задвижки фланцевые для пара
Задвижки фланцевые для пара: конструкция, материалы, расчет и применение в энергетических системах
Фланцевая задвижка для пара представляет собой запорную арматуру, устанавливаемую между фланцами трубопровода и предназначенную для полного перекрытия потока рабочей среды. Её основная функция – обеспечение герметичного отсечения участка паропровода для проведения ремонтных работ, обслуживания оборудования или изменения конфигурации системы. В отличие от регулирующей арматуры, задвижка работает в двух положениях: «открыто» и «закрыто». Использование в промежуточных положениях для регулирования расхода пара недопустимо, так как приводит к интенсивному износу уплотнительных поверхностей и кавитационным повреждениям.
Конструктивные особенности и принцип действия
Конструкция фланцевой задвижки для пара базируется на корпусе с фланцами, соответствующими ГОСТ, DIN или ANSI, внутри которого расположен затвор (клиновой или параллельный), перемещаемый шпинделем. Шпиндель может быть выдвижным (с ходовой резьбой вне корпуса) или невыдвижным (резьба погружена в среду). Для пара предпочтительны задвижки с выдвижным шпинделем, так как резьбовая пара защищена от прямого воздействия среды и коррозии, что облегчает обслуживание и увеличивает срок службы. Управление осуществляется вручную (маховиком) или посредством электропривода, редуктора.
- Корпус и крышка: Изготавливаются литьем из углеродистой, легированной или нержавеющей стали. Фланцы имеют уплотнительные поверхности (шип-паз, выступ-впадина, гладкая под прокладку) с геометрией, строго соответствующей стандарту фланцев трубопровода.
- Затвор (заслонка): В зависимости от типа задвижки может быть жестким клином, двухдисковым или упругим клином. Для паровых систем, где возможны тепловые деформации, часто применяются двухдисковые затворы или затворы с упругим клином, компенсирующие перекосы и обеспечивающие лучшее уплотнение.
- Уплотнение: Герметичность перекрытия обеспечивается кольцами из износостойких материалов (например, стеллит), наплавленными или запрессованными в седла корпуса и на поверхности затвора. Уплотнение шпинделя (сальниковое) выполняется набором графито-асбестовых или безасбестовых набивок, нагружаемых сальниковой втулкой.
- Клиновые задвижки: Затвор выполнен в форме клина, который входит в конические седла корпуса.
- С жестким клином: Простая конструкция, требовательна к точности изготовления. Риск заклинивания при тепловых деформациях.
- С упругим клином: Клиновой диск имеет разрезающую прорезь, обеспечивающую небольшую упругую деформацию. Это улучшает притирку к седлам и снижает риск заклинивания.
- С двухдисковым клином: Затвор состоит из двух дисков, шарнирно соединенных. Диски самоустанавливаются относительно седел, что обеспечивает высокую герметичность и снижает усилие на привод.
- Параллельные задвижки (шиберные): Уплотнительные поверхности седел параллельны друг другу. Затвор представляет собой щит или два диска с распорным клином или пружиной между ними. Менее подвержены заклиниванию, но, как правило, имеют несколько меньшую герметичность по сравнению с клиновыми.
- Ручное управление (маховик).
- Редукторный привод (для DN > 150 мм).
- Электропривод (для дистанционного и автоматического управления).
- Пневмо- или гидропривод (в специфических условиях).
- Пуск в эксплуатацию: Перед первым пуском после монтажа необходимо выполнить наружный осмотр, проверить легкость хода шпинделя на холостом ходу (без давления), стравить воздух из корпуса. Открытие/закрытие под давлением должно производиться плавно.
- Техническое обслуживание (ТО): Включает периодическую проверку на герметичность по затвору и сальнику, подтяжку сальникового уплотнения (при наличии регулировочной гайки), смазку ходовой резьбы шпинделя и шейки хода. Регламент ТО устанавливается производителем и зависит от режима работы.
- Ремонт: Основные ремонтные операции – замена сальниковой набивки и притирка/замена уплотнительных колец седел и затвора при потере герметичности.
- ГОСТ 5762-2002: Задвижки на номинальное давление до 250 бар. Основной стандарт на территории РФ.
- ГОСТ 3326-86: Соединения фланцевые арматуры и трубопроводов. Давления условные.
- ГОСТ 9544-2015: Нормы герметичности затворов трубопроводной арматуры.
- ASME B16.34: Стандарт на арматуру для применения в системах под давлением (США, международный).
- API 600/API 603: Стандарты на стальные задвижки для нефтегазовой и химической промышленности.
- Директива PED 2014/68/EU: Для рынка ЕС, классификация по категориям риска.
- Эрозия уплотнительных поверхностей: Из-за регулирования расхода или работы с влажным паром.
- Заклинивание затвора: Вызвано тепловыми деформациями, попаданием твердых частиц, коррозией.
- Течь по сальнику: Износ или выгорание сальниковой набивки, недостаточное усилие поджатия.
- Коррозионное разрушение корпуса/крышки: Неправильный выбор материала для данных параметров среды.
- Разрушение фланцевых соединений: Неравномерная затяжка болтов, неправильный выбор прокладки.
Классификация и типы задвижек для пара
Выбор конкретного типа задвижки определяется параметрами пара (давление, температура), диаметром трубопровода и требованиями к надежности.
По конструкции затвора:
По типу привода:
Критерии выбора: давление, температура, материал
Выбор фланцевой задвижки для пара – инженерная задача, требующая учета взаимосвязанных параметров.
| Марка стали (корпус/крышка) | Предельная рабочая температура, °C | Номинальное давление (PN), бар | Типичная область применения для пара |
|---|---|---|---|
| 25Л, 30Л (Углеродистая) | до 425 | 16, 25, 40 | Пар низкого и среднего давления, технологические линии. |
| 20ГМЛ, 20ХМЛ (Легированная) | до 510 | 40, 63, 100 | Пар среднего и высокого давления на ТЭЦ, в промышленной энергетике. |
| 15Х5М, 12Х18Н9Т (Нержавеющая/жаропрочная) | до 600 и выше | 100, 160, 250 | Пар высоких параметров, перегретый пар, агрессивные среды. |
Давление (PN, Class): Номинальное давление – это максимальное избыточное давление среды при температуре 20°C, при котором обеспечивается длительная работа. Для пара при высоких температурах используется понятие «условное давление Ру», учитывающее снижение прочности материалов при нагреве. Задвижка должна подбираться по таблицам соответствия «давление-температура» стандарта (например, ГОСТ 356-80 или ASME B16.34).
Температура: Определяет выбор материала корпуса, материала уплотнительных колец и типа сальниковой набивки. Для перегретого пара (>450°C) применяются специальные жаропрочные стали и уплотнения.
Диаметр условного прохода (DN): Определяет размер задвижки. Для больших диаметров (свыше DN300) обязателен расчет на прочность и учет усилий, передаваемых на трубопровод.
Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание
Монтаж фланцевой задвижки осуществляется на подготовленный трубопровод с соблюдением соосности фланцев. Запрещается использовать задвижку для компенсации несоосности труб. Прокладка между фланцами должна соответствовать параметрам пара (обычно паронитовая, металлическая спирально-навитая). Затяжка болтов производится крест-накрест с контролируемым моментом затяжки.
Нормативная база и стандарты
Проектирование, изготовление и поставка задвижек для пара регламентируется рядом стандартов:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается задвижка для пара от задвижки для воды?
Задвижки для пара рассчитаны на более высокие рабочие температуры, что определяет выбор материалов (сталь вместо чугуна), конструкцию сальникового узла (часто с камерой для графитовой набивки, выдерживающей нагрев) и тип уплотнительных поверхностей (наплавка из твердых сплавов). У задвижек для пара, как правило, более длинный выдвижной шпиндель для отвода резьбы от зоны высоких температур.
Почему задвижку для пара нельзя использовать для регулирования расхода?
При частичном открытии затвора происходит дросселирование потока пара с высокой скоростью, что вызывает эрозию уплотнительных поверхностей седел и затвора. Кроме того, возникают вибрации и кавитация, разрушающие корпус. Это приводит к потере герметичности в запорном положении и преждевременному выходу арматуры из строя. Для регулирования применяются регулирующие клапаны и вентили.
Как правильно выбрать тип затвора (клиновой или параллельный) для паропровода?
Для магистральных паропроводов с чистым паром и стабильными температурными режимами часто выбирают клиновые двухдисковые задвижки, обеспечивающие высокую герметичность. Для систем, где возможны значительные тепловые деформации или наличие примесей (капельная влага, накипь), более надежными могут быть параллельные двухдисковые задвижки, менее склонные к заклиниванию.
Что такое «условное давление» (Ру) и как его определить для пара с температурой 300°C?
Условное давление (Ру) – это максимальное избыточное рабочее давление при данной температуре, обеспечивающее заданный срок службы. Для определения необходимо обратиться к таблице «давление-температура» стандарта на арматуру (например, ГОСТ 356-80). Например, задвижка с PN 40 (давление 40 бар при 20°C) для пара 300°C может иметь Ру 25 бар. Это означает, что при 300°C её максимальное рабочее давление не должно превышать 25 бар.
Как часто нужно проводить техническое обслуживание сальникового узла?
Периодичность ТО сальника указана в паспорте изделия и зависит от цикличности работы и температуры. Визуальным признаком необходимости обслуживания является появление течи пара по шпинделю в положении «закрыто». В типовых условиях для пара среднего давления профилактическую подтяжку или добавление набивки рекомендуется проводить не реже 1 раза в год, либо после 500-1000 циклов «открыто-закрыто».