Задвижки клиновые под приварку

Задвижки клиновые под приварку: конструкция, материалы, применение и монтаж

Клиновая задвижка под приварку представляет собой трубопроводную арматуру с запорным элементом в форме клина, перемещаемым перпендикулярно оси потока рабочей среды, и присоединительными патрубками, предназначенными для неразъемного соединения с трубопроводом посредством сварки. Данный тип арматуры является ключевым элементом для герметичного и надечного отключения участков трубопроводных систем в энергетике, нефтегазовой отрасли, коммунальном хозяйстве и на промышленных предприятиях, где исключена возможность или нецелесообразность использования фланцевых соединений.

Конструктивные особенности и принцип действия

Основными компонентами клиновой задвижки под приварку являются:

Корпус: Изготавливается методом литья, ковки или штамповки. Имеет два патрубка с подготовленными кромками под сварку (чаще всего под стыковую сварку встык, реже под сварку в раструб). Внутри корпуса расположены два седла, соосных с трубопроводом.
Клин (затвор): Запорный элемент, выполненный в форме двухдискового или цельного жесткого/упругого клина. При опускании в крайнее нижнее положение плотно входит в пространство между седлами, перекрывая проход.
Шпиндель (шток): Передает усилие от привода на клин. Бывает двух типов: с выдвижной или невыдвижной резьбой. В задвижках с выдвижным шпинделем резьбовая часть и маховик расположены снаружи корпуса, что исключает контакт с рабочей средой и облегчает обслуживание.
Уплотнительные поверхности: Включают уплотнение «клиндля обеспечения герметичности в закрытом положении.
Сальниковое уплотнение: Узел, предотвращающий утечку среды по месту выхода шпинделя из корпуса. Обычно состоит из сальниковой набивки (например, из графита или PTFE), нажимной втулки и сальниковой крышки.
Привод: Ручной (маховик, редуктор) или автоматический (электрический, гидравлический, пневматический).

Принцип работы основан на возвратно-поступательном движении клина. При вращении маховика или срабатывании привода шпиндель ввинчивается в крышку или ходовую гайку, заставляя клин опуститься между седлами до полного перекрытия прохода. Для открытия процесс обратный.

Типы клиновых задвижек под приварку

Классификация осуществляется по нескольким ключевым признакам:

1. По конструкции затвора (клина)

С цельным жестким клином: Клин представляет собой монолитную деталь с постоянным углом. Обеспечивает высокую герметичность, но требует точной подгонки к седлам и чувствителен к температурным деформациям и засорению среды. Применяется для чистых сред без перепадов температур.
С цельным упругим клином: Монолитный клин с кольцевой выемкой в средней части, придающей дискам некоторую упругую податливость. Это позволяет компенсировать незначительные перекосы и температурные воздействия, сохраняя герметичность. Наиболее распространенный тип в современных системах.
С двухдисковым (составным) клином: Клин состоит из двух дисков, соединенных между собой плавающим элементом. Диски могут самоустанавливаться относительно седел, что значительно снижает риск заклинивания, уменьшает износ и усилие на привод. Рекомендуется для сред с высокими температурами, а также для крупногабаритных задвижек высокого давления.

2. По типу шпинделя

С выдвижным шпинделем: Резьбовая часть шпинделя и ходовая гайка вынесены за пределы корпуса. Ход шпинделя визуально контролируется, резьба не контактирует с рабочей средой, что продлевает срок службы и облегчает смазку. Габариты и строительная высота больше.
С невыдвижным (вращаемым) шпинделем: Шпиндель совершает только вращательное движение, резьба находится внутри корпуса и контактирует со средой. Имеет меньшую строительную высоту, но резьба подвержена коррозии и абразивному износу, что ограничивает применение неагрессивными средами.

Материалы изготовления

Выбор материалов определяется параметрами рабочей среды (давление, температура, химическая агрессивность). Комбинации материалов корпуса и внутренних элементов (CL) регламентированы стандартами.

Компонент	Типовые материалы	Область применения / Примечания
Корпус, крышка	Углеродистая сталь (WCB, 25Л), легированная сталь (WC6, WC9, C5, C12), нержавеющая сталь (CF8, CF8M, CF3, CF3M), ковкий чугун	WCB – общепромышленное применение до +425°C; нержавеющие стали – для агрессивных сред (кислоты, щелочи), пищевая промышленность; чугун – для воды, пара низкого давления.
Клин, седла	Нержавеющая сталь (13% Cr, 304, 316), сталь с твердым напылением (Stellite), бронза, комбинированные уплотнения (кольца из фторопласта, эластомера)	Напыление Stellite (сплав кобальта) применяется для абразивных сред и высоких температур. Эластомерные уплотнения – для низких температур и повышения герметичности.
Шпиндель	Нержавеющая сталь (410, 304, 316), хромистая сталь	Материал должен обладать высокой прочностью на растяжение/сжатие и стойкостью к коррозии.
Сальниковая набивка	Графит, PTFE (тефлон), асбест (устаревший)	Графит – термостойкий (до +600°C), химически инертен. PTFE – для агрессивных химических сред, но с ограничением по температуре.
Прокладки	Графит, паронит, металлические (спирально-навитые)	Выбор зависит от давления и температуры фланцевых соединений крышки.

Преимущества и недостатки

Преимущества задвижек под приварку:

Абсолютная герметичность соединения: Сварной шов исключает утечки, характерные для фланцевых соединений через прокладку.
Компактность и малый вес: Отсутствие фланцев снижает габариты и массу конструкции по сравнению с фланцевыми аналогами.
Снижение эксплуатационных расходов: Не требуется обслуживание (подтяжка) фланцевых соединений.
Высокая надежность: Особенно критична в системах с высоким давлением, опасными средами или под землей/под водой.
Стойкость к вибрациям: Жесткое соединение лучше противостоит вибрационным нагрузкам.

Недостатки и ограничения:

Сложность демонтажа: Для замены или ремонта задвижку необходимо вырезать, что увеличивает время простоя.
Высокие требования к монтажу: Необходимость квалифицированных сварщиков, контроля качества сварных швов (например, рентгенография).
Невозможность быстрой замены: Не подходит для участков, где требуется частая замена арматуры.
Риск тепловой деформации: Процесс сварки может вызвать перегрев и коробление компонентов задвижки, если не соблюдать технологию.

Области применения и рабочие параметры

Клиновые задвижки под приварку применяются на магистральных и технологических трубопроводах, где требуется:

Полное перекрытие потока (функция «закрыто/открыто»). Не предназначены для регулирования расхода.
Минимальное гидравлическое сопротивление в открытом состоянии.
Длительная эксплуатация без технического обслуживания.

Типичные среды: вода, пар, нефть и нефтепродукты, природный газ, химические вещества, аммиак, масла.

Диапазон рабочих параметров:

Условный диаметр (DN): от 50 мм (2″) до 1200 мм (48″) и более.
Условное давление (PN): от 16 бар (PN16) до 250 бар (PN250) и выше. В классовом обозначении (Class): Class 150, 300, 600, 900, 1500, 2500 по ASME.
Температура среды: от -196°C (криогенные исполнения) до +600°C и более (для специальных сталей).

Монтаж задвижек под приварку: ключевые этапы

Подготовка: Проверить маркировку, паспорт изделия, отсутствие повреждений. Убедиться, что задвижка полностью открыта во избежание термической деформации клина.
Подготовка трубопровода: Трубы должны быть соосны, торцы обрезаны и подготовлены под сварку (снята фаска). Зазор между патрубком задвижки и трубой должен соответствовать стандартам на сварку.
Прихватка и центровка: Задвижка выставляется с соблюдением соосности и необходимых зазоров, фиксируется прихватками.
Сварка: Выполняется квалифицированным сварщиком по утвержденной технологии (ручная дуговая, аргонодуговая, автоматическая сварка). Часто используется многослойная сварка. Обязательно защищать внутреннюю полость задвижки от брызг металла и сварочного грата.
Контроль швов: Визуальный контроль, неразрушающий контроль (ультразвуковой, радиографический) в соответствии с требованиями технологической карты.
Испытания: После монтажа участок трубопровода с задвижкой подвергается гидравлическим или пневматическим испытаниям на прочность и герметичность.

Стандарты и нормативная база

Производство и поставка задвижек регламентируется национальными и международными стандартами:

ГОСТ 9698-86: Задвижки стальные. Технические условия (и его актуализированная версия — ГОСТ Р 5762-2021).
API 600 / API 603: Стальные задвижки для нефтегазовой промышленности (API 600 – для углеводородных сред, API 603 – из коррозионностойких сталей).
ASME B16.34: Стандарт на арматуру, фланцы и фитинги, определяющий требования к давлению и температуре.
ISO 10434: Стальные задвижки для нефтяной и газовой промышленности (во многом гармонизирован с API 600).
ISO 17292: Шаровые, пробковые и задвижки из металлических материалов.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем основное отличие задвижки под приварку от фланцевой?

Главное отличие — тип присоединения к трубопроводу. У фланцевой задвижки на концах патрубков имеются фланцы, которые болтовым соединением через прокладку стыкуются с ответными фланцами труб. Задвижка под приварку имеет патрубки с подготовленными кромками и приваривается к трубам напрямую, образуя неразъемное соединение. Это делает сварную арматуру более легкой, компактной и герметичной, но усложняет демонтаж.

Когда следует выбирать задвижку с упругим, а когда с двухдисковым клином?

Задвижка с упругим клином — универсальное решение для большинства применений с умеренными температурами (примерно до +425°C для углеродистой стали). Она обеспечивает хорошую герметичность, компенсирует износ и небольшие перекосы. Двухдисковый клин следует выбирать для сред с высокими температурами (свыше +425°C), где возможны значительные тепловые расширения, которые могут привести к заклиниванию жесткого или упругого клина. Также двухдисковые задвижки предпочтительны для больших диаметров (DN >300) и высоких давлений, где требуется меньшее усилие для управления.

Каковы требования к сварке таких задвижек? Можно ли варить непосредственно на установленной задвижке?

Сварка должна выполняться по технологии, соответствующей материалам корпуса задвижки и трубы. Обязательно использование сварочных процедурных квалификаций (WPS/PQR). Перед сваркой задвижка должна быть полностью открыта. Необходимо предотвращать перегрев корпуса, так как температура в зоне сварки может повредить седловые уплотнения, сальниковую набивку и другие неметаллические элементы. Часто применяется местное охлаждение. Сварка на уже установленной и находящейся под давлением задвижке категорически запрещена.

Как правильно хранить и обслуживать задвижки под приварку до и после монтажа?

До монтажа: хранить в закрытом помещении, защищать от влаги и механических повреждений, заглушки на патрубках не снимать. Периодически проворачивать шпиндель для смазки резьбы. После монтажа и ввода в эксплуатацию: техническое обслуживание сводится в основном к контролю герметичности сальникового уплотнения и, при необходимости, подтяжке сальниковой крышки. Для задвижек с выдвижным шпинделем требуется периодическая очистка и смазка резьбовой части шпинделя и ходовой гайки.

Что означает маркировка на корпусе задвижки (например, 14с67нж)?

Это условное обозначение по ГОСТ 4666-75 или более современным стандартам. Пример расшифровки «14с67нж»:

14 — номер группы материала корпуса (сталь углеродистая).
с — задвижка.
67 — номер модели.
нж — материал уплотнительных поверхностей (нихроможелезо, наплавка стеллитом).

Также на корпусе обязательно наносится: DN (условный проход), PN (номинальное давление), стрелка направления потока, товарный знак производителя, марка материала корпуса (например, WCB), рабочее давление и температура.

Каковы альтернативы клиновой задвижке под приварку?

Основные альтернативы для функции «открыто/закрыто» на сварном трубопроводе:

Шаровые краны под приварку: Более быстрое действие, часто лучшая герметичность, меньший износ, но, как правило, более высокая стоимость, особенно для больших диаметров и высоких давлений. Могут иметь ограничения по температуре из-за полимерных седел.
Поворотные затворы под приварку (дисковые заслонки): Значительно компактнее и легче, дешевле для больших диаметров. Но имеют более низкую герметичность класса «А» по ГОСТ Р 55509-2021 и создают гидравлические потери даже в открытом состоянии из-за диска в проточной части.
Сильфонные задвижки под приварку: Используются для особо опасных сред (токсичных, радиоактивных), где исключена даже микроподсакка через сальник. Имеют сильфонный узел, герметизирующий шпиндель.

Выбор зависит от конкретных условий эксплуатации, требований к герметичности, бюджета и доступного пространства.

Задвижки клиновые под приварку