Як часто вам доводилося вибрати тип трубопровідного обладнання тільки для того, щоб виявити, що він працює не так, як ви очікували? Незважаючи на те, що вибір відповідного типу трубопровідної арматури та способу її керування є комплексним процесом, його можна правильно здійснити. Зважаючи на критерії, що обговорюються в цій статті, ви можете уникнути проблем, що супроводжують неправильно обрану арматуру.
15 нижчеперелічених чинників найчастіше розглядаються у процесі підбору трубопровідної арматури. Визначення впливу кожного з них у контексті технологічних вимог кожного процесу дозволить вам вибрати обладнання, яке забезпечить роки роботи.
Робоче середовище
Визначення середовища, яке протікатиме крізь арматуру, є першим і найголовнішим фактором, який необхідно брати до уваги. Високо корозійні рідини із зваженими твердими частинками або суспензіями, можуть вимагати застосування повнопрохідної арматури, що не створює жодних перешкод потоку в повністю відкритому положенні. Ніколи не застосовуйте поворотні затвори-метелики для таких середовищ.
Якщо робоче середовище містить волокнисті частинки, арматура засмітиться при регулюванні і буде обмежена у відкритті. Розмір ліміту залежатиме від розміру та форми частинок у робочому середовищі, а також від форми прохідного отвору клапана під час дроселювання. Арматура з прохідним перерізом у формі алмазу, з V-подібним прохідним перерізом та V-подібні кульові клапани є саме тими видами арматури, які мінімізують закупорку.
Сильнов’язкі або тягучі рідини створюють високе падіння тиску при проході через арматуру. Арматура з широкою, рівною та простою траєкторією руху робочого середовища – така як кульові крани, пробкові крани, мембранні клапани та поворотні затвори-метелики – зберігає тиск незмінним, і тому має бути використаний у таких системах.
Регулювання потоку
Задайте собі такі питання: чи повинна арматура лише закривати/відкривати трубопровід? Чи повинна вона регулювати (дроселювати) потік у межах встановлених параметрів? Чи вона має забезпечувати комбінацію обох цих функцій? Який рівень протікання допустимий для всієї системи? Ці питання є дуже важливими при виборі правильного типу арматури.
Багато регулюючих клапанів забезпечують чудове дроселювання, але при цьому не забезпечують високої герметичності, наприклад поворотні затвори гарантують прекрасний контроль за потоком, але не в змозі забезпечити абсолютну герметичність.
Інструкції з експлуатації, що роблять необхідним як точний контроль над потоком робочого середовища, так і високу герметичність, накладають суворі вимоги на клапани, що регулюють. Деколи неможливо досягти подібних цілей при використанні одного стандартного типу арматури. Спеціальне розроблене рішення – або два стандартні клапани – потрібні для досягнення бажаних результатів.
Розмір клапана
Арматура ділиться за розміром залежно від здатності пропустити необхідний обсяг потоку робочого середовища, що визначається коефіцієнтом пропускної здатності арматури (Сv). Пропускна здатність визначається об’ємною витратою рідини в м3/год із щільністю, що дорівнює 1000 кг/м3, що пропускається регулюючим органом при перепаді тиску на ньому в 1 кгс/см2.
У більшості ситуацій визначення величини регулюючої арматури, може бути засноване на Cv, використовуючи просте рівняння. Однак у багатьох ситуаціях інші чинники, такі як стисливість потоку, в’язкість потоку, розмір труби, наявність відводів, переходів, закупорок мають бути визначені. Формула для таких потоків буде неймовірно складною і слід зв’язатися з виробником арматури для визначення відповідного значення.
Важливо вибрати тип арматури на підставі пропускної спроможності для бажаної швидкості потоку, інакше пристрій не зможе пропустити потік. Вибір арматури з меншою пропускною здатністю призведе до додаткової втрати тиску лише на кілька часток МПа, і, найімовірніше, не вплине на роботу трубопроводу.
Арматура має бути того ж діаметра, як і трубопровід. На противагу житейської мудрості, краще зробити помилку, применшивши розмір регулюючого клапана, ніж перебільшивши його. Якщо вибраний пристрій занадто великий, він не забезпечить виконання функції в повному обсязі, оскільки він функціонуватиме в нижній межі відкриття клапана (менше 20%). Коли клапан функціонує при відкритті менше 10% його пропускної здатності, характеристики потоку є ненадійними. Більш того, використання клапана в цій вузькій межі завдає шкоди сідлу клапана.
Тиск у трубопроводі vs перепад тиску при проходженні потоку крізь арматуру (ΔP)
Корпус арматури відчуває на собі повний тиск потоку (тиск на вході), в той час, як перепад тиску – це різниця між тиском на вході та на виході з арматури. Обидва види тиску важливі при виборі регулюючого клапана. Тиск усієї системи визначає тиск, який повинен витримувати корпус клапана та приєднувальні фланці, а перепад тиску – калібрування клапана.
Корпус клапана та його ущільнення можуть легко витримувати високий тиск трубопроводу, а от шток клапана може бути надто слабким, щоб витримати перепад тиску. У випадку, якщо регулюючий клапан змушений відкриватися і закриватися при високому перепаді тиску, користувач повинен врахувати можливість високих шумів при переході клапана з одного стану до іншого або утворення порожнин. Пороутворення може пошкодити внутрішні деталі клапана і навіть завдати шкоди трубопроводу, розташованому за клапаном. Йдеться про застосування чверть поворотних клапанів зворотних (90°), які здатні витримувати дуже високий тиск системи, але не високі перепади тиску.
Індекс тиску-температури (індекс P-Т)
Даний індекс показує максимальний тиск, який клапан може витримати за певної температури, що залежить від конструкційного матеріалу, обраного при виробництві клапана. Здатність тримати тиск падає зі зростанням температури. Зазвичай корпус арматури може витримувати високі тиски, тоді як сідло не в змозі, що і визначає «загальний» індекс тиску-температури клапана.
Нормальний vs розрахунковий тиск/температура
Чи функціонує трубопровідна арматура тривалий час при тиску та температурі близьких до максимальних значень усієї системи? Чи настає максимальний тиск та температури системи одночасно? Чи настають подібні умови лише тоді, коли клапан відкритий? Відповіді на ці питання зумовлять тип арматури та матеріал робочого органу. Багато клапанів з неметалевим ущільненням можуть легко витримувати високий тиск при великих температурах протягом коротких інтервалів часу, особливо у відкритому положенні. З іншого боку, арматура з металевим ущільненням може витримувати набагато вищі температури протягом тривалих періодів часу як у відкритому положенні, так і в закритому, проте не в змозі забезпечити повну герметичність.
Матеріал виготовлення
Вибір матеріалів, з якого виробляється арматура, залежить від їхньої корозійної стійкості по відношенню до робочого середовища. Розглядаються як металеві, і неметалеві компоненти. Проте запитайте себе: залишається арматура відкритою чи закритою більшу частину часу? Багато матеріалів демонструють різні корозійні характеристики у закритому та відкритому стані. Матеріали повинні мати високу корозійну стійкість до робочого середовища, і особлива увага повинна бути приділена можливості щілинної корозії та електрохімічній корозії, які можуть утворитися, коли різнорідні частинки вступають у контакт один з одним.
Концентрація діючої речовини в робочому середовищі є вкрай важливою. З більшістю реагентів легше працювати у розведеному стані. Однак кислоти, такі як сірчана, стають агресивнішими, коли їх розбавляють з водою. Деякі органічні матеріали, які є корозійними власними силами, набувають таку властивість у присутності води.
Температура також є важливим фактором, який необхідно враховувати при виборі арматури, тому що в міру зростання зростає корозія. Крім того, за дуже високих температур здатність арматури витримувати тиск може бути різко знижена через значне погіршення як металевих, так і неметалевих матеріалів.
Межа змін регульованого параметра арматури
Співвідношення максимальної до мінімальної величини витрати може контролюватись арматурою. Регулюючий клапан з більш широким діапазоном зможе контролювати потік з більшими витратами. Визначте собі, який діапазон вам знадобиться. Іноді це є найважливішим чинником під час вибору правильного типу арматури. Зазвичай, вентилі з плоским диском забезпечують високий діапазон регулювання, тоді як чверть-поворотна арматура, така як шарові крани, пробкові крани, затвори-метелики, найкраще підходить для систем, що вимагають діапазон змін рівний 50 одиниць. Головне, що варто пам’ятати, це не бути одержимим застосуванням арматури дуже високим діапазоном, тому що жоден із процесів не використовує весь цей діапазон. Точність позиціонування запірного органу перебуває поза межами точності більшості приводів.
Точний контроль
Деякі контури регулювання вимагають високоточного контролю під час зіткнення зі значними перешкодами. Лише незначні відхилення від встановлених значень допустимі. Регулюючий клапан повинен мати хорошу динамічну продуктивність, демонструвати швидкість реакції, чутливість, стабільність та відтворюваність. Для досягнення цього арматура повинна мати низьке тертя, відсутність люфту і нестабільної структури потоку. Поворотні клапани, такі як високопродуктивні затвори-метелики та конусні затвори, побудовані на базі ущільнювальних поверхонь та набивання низького тертя – найкращі варіанти. Кульові крани мають більший мертвий хід та не рекомендуються. Аналогічно, арматура поступального руху, така як запірні клапани, не в змозі забезпечити низьке тертя поворотних клапанів.
Приводи
Приводи повинні бути досить жорсткими, щоб протистояти збуренням, що викликаються рухом рідини, коли клапан здійснює регулювання потоку. Вони повинні не мати мертвого ходу, мале тертя та хороші характеристики зворотного зв’язку. Пневматичні пружинні приводи мають низьке тертя та люфт у порівнянні з пневматичними плунжерними приводами. Електрогідравлічні приводи мають кращі динамічні характеристики ніж електромеханічні приводи. Також важливий спосіб приєднання приводу до штоку арматури, оскільки це основне джерело мертвого ходу. Конічне шліцеве з’єднання є чудовим прикладом повної відсутності мертвого ходу. Більш того, клапанний позиціонер може бути змонтований на регульованому клапані для забезпечення точного контролю.
Міркування щодо аеродинамічних шумів
Аеродинамічний шум, викликаний проходженням потоку робочого середовища крізь арматуру, можна визначити з документації виробника. На ринку є арматура із низьким рівнем шуму. Однак, слід визначитися, чи виправдане її використання через те, що така арматура значно дорожча. До того ж вона має нижчу пропускну здатність. Низький прохідний переріз у деяких «малошумних» конструкціях схильний забиватися наносами, ще більш скорочуючи їхню пропускну здатність.
Якщо рівень шуму нижче 100 дБ, найбільш економічним шляхом скорочення шуму є використання одного із засобів впливу на трубопровід, наприклад, ізоляції, товстостінних або шумоглушників. Рівень шуму, що перевищує 100 дБ, може спричинити небезпечні вібрації трубопроводу, одного впливу на трубопровід буде недостатньо. З’являється необхідність впливати на сам потік, наприклад використання обмежувачів потоку разом з арматурою. Розгляньте можливість встановлення арматури, схильної до шуму, у місцях віддалених від роботи персоналу.
Двостороннє ущільнення
Визначте для себе, чи це функція по-справжньому необхідною. У більшості ситуацій потрібно, щоб арматура пропускала середовище лише в одному напрямку, з чим і впорається односпрямована арматура. Зважайте на наслідки неправильного встановлення арматури у зворотному напрямку. Іноді монтажники встановлюють односпрямовані клапани неправильно. Також пам’ятайте, що характеристики певних видів арматури можуть змінюватись в залежності від напрямку потоку.
Простота обслуговування
Деякі види арматури мають простоту обслуговування і не вимагають демонтажу з трубопроводу для заміни сідла та запірного органу. Аналогічно, арматура з неметалевим ущільненням і сідлами не вимагає високого полірування поверхні для підтримки герметичності на противагу арматурі з сідлами, виготовленими з металу, в якій запірний орган та сідло повинні бути щільно підігнані один до одного. Припасування – вкрай трудомісткий процес і, у багатьох випадках, вимагає втручання спеціалістів.
Особливі умови
Спеціальні та виготовлені на замовлення одиниці арматури часто потрібні для складних систем, що транспортують такі середовища, як сухі речовини, потоки з високим тиском/температурою, високотемпературні рідини, схильні до затвердіння при охолодженні до навколишньої температури, кріогенні рідини при температурі нижче -70 °С, вакуум , легкозаймисті середовища, сухий хлор, небезпечні токсичні середовища та рідини з високим перепадом тиску. Матеріали повинні мати не тільки достатню міцність і опір корозії, але і мати вкрай низьке корозійне стирання. Надзвичайно низькі температури можуть викликати у еластомерів, і навіть у металів, ламкість і, як наслідок, розтріскуватися. Мастильні матеріали стають густими та неефективними, викликаючи втрату необхідної пружності ущільнювальних поверхонь.
Коли одночасно існують дві різноспрямовані екстремальні ситуації, вирішення однієї проблеми може бути діаметрально протилежним рекомендаціям щодо вирішення іншої проблеми. Наприклад, для зменшення закупорки арматури, що транспортує тверді або волокнисті частинки, вона повинна мати великий рухомий отвір, але для мінімізації шуму, або для уникнення утворення порожнин прохідні отвори повинні бути маленькими, довгими і звивистими. Якщо одночасно є обидві ситуації, вибір можливих рішень може бути вкрай обмежений. Тверді частинки повинні бути уловлювані перед арматурою, або тиск має бути зменшено поетапно шляхом проходження середовищем двох або більше деталей арматури, встановлених у межах однієї системи. Іноді насос зі змінною витратою потрібний для підтримки швидкості потоку.
Вплив трубопроводу
Арматура, як правило, може легко витримувати звичайні навантаження, що додаються трубопроводом такого самого розміру. Однак, якщо арматура на два або більше розміри менша, ніж переріз трубопроводу, вона може відчувати небезпечні високі згинальні навантаження. Висока згинальна напруга деформуватиме корпус арматури і може викликати як внутрішнє, так і зовнішнє протікання.
Одним із рішень може бути використання серійно труб кількох діаметрів так, що труби будуть злегка пружинити (розтягуватися), працюючи як запобіжник для арматури. Якість фланцевого ущільнення та кріплення, так само як і довжина болтів, так само важливі для забезпечення гарного фланцевого з’єднання.
Несподіване відкриття або закриття арматури може прикласти надмірні сили на арматуру. Зростання тиску, викликане раптовим закриттям арматури, відомий як гідроудар, передбачуваний. Раптове відкриття арматури, що випускає рідини в атмосферу, може спричинити надмірний поштовх (удар) як віддача рушниці. Однак ці складності рідко виникають, крім випадків наявності виключно довгих трубопроводів та арматури з неймовірно швидкими приводами.
