Краны шаровые муфтовые, фланцевые

КОНСТРУКЦИИ АРМАТУРЫ ДЛЯ КОРРОЗИОННЫХ СРЕД

При конструировании арматуры для коррозионных сред наиболее сложным и ответственным является решение следующих задач: выбор материалов, коррозионно-устойчивых при работе в данной среде, обеспечение плотности подвижного сопряжения шпиндель-крышка (внешняя плотность).

Наиболее экономичным представляется применение конструкций, в которых детали изготовляются из обычных, недорогих сталей и чугунов и футеруются или облицовываются неметаллическими коррозионно-стойкими материалами (резиной, винипластом, полиэтиленом и т. д.), или покрываются кислотостойкими эмалями. При таком решении снижаются затраты на стоимость металла и уменьшается потребление дефицитных специальных высоколегированных сталей, но усложняется технологический процесс изготовления деталей. Некоторые неметаллические материалы, пригодные для защиты деталей от коррозии, не выдерживают высоких температур. Резкие колебания температур также отрицательно сказываются на некоторых покрытиях, вызывая возникновение трещин, расслоений и других дефектов. Это сужает область применения футерованной арматуры. Однако по мере совершенствования качества облицовочных материалов и технологических процессов футерования, удельный вес футерованной арматуры в химической промышленности будет возрастать.

В условиях работы вентиляционных установок промышленных предприятий часто металл арматуры подвергается действию коррозионных паров, содержащихся в транспортируемом воздухе (гальванические цеха), и быстро разрушается. В этих условиях применение арматуры, облицованной винипластом или полиэтиленом, дает хорошие результаты.

Фторопласты не допускают методов изготовления арматуры с применением пластической деформации в подогретом виде и сварки, что затрудняет изготовление из них сложных деталей. Исключительно высокая коррозионная стойкость этих материалов заставляет разрабатывать другие пути для изготовления деталей, но пока ограничиваются изготовлением простых.

Пример арматуры такого типа: кран из коррозионно-стойкой стали с пробкой из фторопласта, предназначенный для сред при давлении до 3,5 кгс/см² и температуре до +80°С. Постоянное поджатие пробки к корпусу обеспечивается пружиной. Уплотнение пробки обеспечивается применением фторопластовых колец в корпусе крана. Применяются также уплотняющие кольца из резины, капрона, нейлона или пластиката, иногда используют шары, покрытые нейлоном. Благодаря применению фторопластовых колец достигается коррозионная стойкость и обеспечивается возможность использования этих кранов для низких температур (-250°С и ниже). Фторопластовые уплотняющие кольца создают возможность работы крана без смазки с малыми силами трения. В настоящее время шаровые краны наиболее широко применяются для условных диаметров проходов до 300 мм, но имеется тенденция к применению шаровых уплотнений и для больших диаметров прохода (до 1000 мм). Шаровые краны могут быть использованы для значительных давлений (320 кгс/см² и выше) при условии, что уплотняющие кольца будут иметь соответствующую надежную конструкцию. Шаровые краны применяют также для вакуума.

Имеются попытки создания сильфонных кранов, у которых сальник заменен сильфоном. Это, однако, вызвало усложнение конструкции в связи с необходимостью преобразования поступательного движения во вращательное. Преобразование поступательного движения шпинделя во вращательное движение пробки происходит благодаря винтовому механизму, созданному на нижнем штоке пробки. Резьба с большим шагом (не самотормозящая) в паре с двумя штифтами, установленными в корпусе, заставляет поворачиваться пробку при вертикальном ее перемещении.

Большой интерес представляет возможность применения керамических материалов для футеровки и изготовления деталей арматуры, предназначенных для коррозионных сред. Керамические детали дешевы в изготовлении и имеют очень высокую химическую стойкость. Они обычно выходят из строя не в результате коррозии, а по другим причинам. Недостатком керамических деталей является высокая хрупкость, чувствительность к ударам и резким колебаниям температуры, а также сложность соединения с металлическими трубопроводами.

Керамические детали с трудом поддаются механической обработке и притирке, ремонт керамических деталей также затруднен. Из-за этих недостатков керамические детали реже применяются в производстве, однако низкая стоимость и доступность исходного материала делает целесообразным решение проблемы использования керамики для изготовления коррозионно-стойкой арматуры.

Например: пробковый конусный кран, в котором корпус и пробка выполнены из фарфора. Корпус имеет чугунную обойму, защищающую фарфоровые детали от повреждений ударами. Из фарфора могут быть изготовлены и вентили, в которых так же, как и в кранах, корпус из фарфора защищается чугунной обоймой. Арматура из фарфора используется для небольших давлений - не свыше 6 кгс/см². Стеклянный вентиль из боросиликатного стекла может быть использован при рабочих давлениях меньше 3,5 кГ/см² и температурах до +200°С.

Графит имеет высокую химическую стойкость при работе в кислых средах (не пригоден для щелочей и окислителей), поэтому его используют в арматуростроении для изготовления набивок и деталей арматуры.

Для коррозионных сред и пульп получают широкое применение мембранные (неправильно называемые диафрагмовыми или диафрагменными) вентили, у которых перекрытие прохода осуществляется путем опускания мембраны на перемычку корпуса. Мембранные вентили изготовляются с условным диаметром прохода от Ду 6 мм до Ду 100 мм. Мембранные вентили используются как затворы и как регулирующие вентили и клапаны. Отсутствие сальника делает мембранные вентили очень надежными в работе, но срок службы их обычно ограничивается долговечностью мембраны.

По эксплуатационным свойствам и принципу действия к мембранным вентилям близко подходят шланговые, или пережимные клапаны, принцип действия которых основан на том, что для перекрытия прохода пережимается труба из эластичного материала (резины), расположенная в корпусе вентиля. Преимуществом шланговых клапанов является простота обеспечения абсолютной внешней плотности благодаря тому, что путь движения среды внутри вентиля ограничен эластичным шлангом и, пока шланг цел, среда не может проникнуть наружу. Отпадает необходимость в сальниковых устройствах - источнике возможных протечек.

Шланговые клапаны могут быть применены на трубопроводах, транспортирующих химически агрессивные жидкости (щелочи и кислоты), вязкие жидкости и жидкости, содержащие твердые частицы: суспензии, пульпы, шламы и т. п. Эти клапаны применимы и для сыпучих материалов. Марка резины шланга выбирается в зависимости от свойств рабочей среды. Свойства резины ограничивают применение их для сред с температурой в +65°С при давлении до 6-10 кгс/см². Шланг является наиболее слабым звеном в этих клапанах и ограничивает их срок службы. Шланговые клапаны могут иметь электрический привод или пневматическое управление.

Продолжительность открывания или закрывания клапана 4-20 сек. Управление шланговым клапаном для регулирования может производиться и электромоторным исполнительным механизмом. В зависимости от метода и системы управления шланговые пережимные клапаны могут играть роль запорного или регулирующего органа или выполнять роль отсечных или обратных клапанов, перекрывая проход при образовании чрезмерно большого потока или при перемене его направления.

Для отделения внутренней полости корпуса от внешнего пространства используются также металлические мембраны. Последние обычно допускают небольшой ход, поэтому они применяются только в вентилях малых диаметров прохода. Металлические мембраны могут быть использованы для высоких температур и давлений, для которых непригодны резиновые или пластмассовые мембраны.

Сильфоны дают значительно больший ход, чем металлические мембраны, поэтому имеют более широкое применение. В вентилях имеется сильфон и запасное сальниковое устройство, являющееся вспомогательным элементом на случай выхода из строя сильфона.

Для азотной кислоты при температуре до +100°С и давлении до 6 кгс/см² применяется конструкция вентилей, корпус и крышка которых изготовляются из алюминия; диаметр прохода вентилей от Ду-15 мм до Ду-100 мм.

Для коррозионных сред при давлении Ру-200 кгс/см² и температуре до +90°С предназначен односедельный регулирующий клапан со стержневым плунжером и электромоторным исполнительным механизмом типа ПР-1. Сальник со смазкой, снабжен лубрикатором.

При температурах, ограниченных применением резины (+65°С) в качестве обратных клапанов могут быть использованы конструкции, в которых для предотвращения обратного потока работают специальные резиновые манжеты, пропускающие среду только в одном направлении. Между патрубком, несущим обтекаемый стакан, и корпусом закреплен фланец резиновой манжеты, которая в свободном состоянии прилегает к стакану. При движении среды по направлению стрелки тонкая часть манжеты отходит от стакана, открывая проход среде. При перемене направления движения среды манжета, прилегая к стакану, перекрывает проход. Аналогичное устройство может быть использовано и взамен тарельчатого обратного клапана в приемных клапанах с сеткой.

Задвижки для коррозионных сред применяются, как правило, с выдвижным шпинделем, с цельным или составным клином - двухдисковые клиновые. Параллельные задвижки обычно не используются из-за сложности обеспечения внутренней плотности арматуры ввиду повреждения уплотняющих поверхностей коррозией. Задвижка может быть использована до температуры +300°С. Если уплотняющие кольца такой задвижки наплавить стеллитом, то ее можно использовать до температуры +500°С. Задвижка имеет выдвижной шпиндель, цельный клин и прокладку из коррозионно-стойкой стали овального сечения.

Для коррозионных сред применяются также конусные затворы. В этом случае корпус затвора и пробка изготовляются из коррозионно-стойкой стали. Во избежание задирания конусных уплотняющих поверхностей и с целью повышения стойкости, уплотняющие поверхности корпуса и пробки наплавляются стеллитом. Крышка и шпиндель также изготовляются из коррозионно-стойкой стали. Применяются также и титановые сплавы для изготовления арматуры, предназначенной для коррозионных сред. С учетом технологических характеристик титановых сплавов, трубопроводную арматуру из них изготовляют сварной. Несмотря на некоторое усложнение технологии, связанное со сваркой и необходимостью изготовления корпуса из значительного количества деталей, он выполнен сварным. Из титана может быть изготовлена арматура самых различных конструкций.

Предохранительные клапаны, предназначенные для работы на коррозионных средах, обычно снабжаются сильфоном или мембраной. Это необходимо для уплотнения подвижного соединения шток-крышка и для предохранения пружины от контакта с коррозионной средой, отчего пружина быстро выходит из строя. Применение сильфона снижает надежность работы предохранительного клапана, поскольку срок службы сильфона значительно ниже срока службы остальных деталей, вместе с тем при наличии сильфона значительно удлиняется срок службы пружины и штока. При расчете предохранительных клапанов со стальными сильфонами, жесткость которых значительна, учитывается как жесткость пружины, так и жесткость сильфона. Необходимость обеспечить безусловный сброс давления при опасных условиях работы установок и трубопроводов с коррозионными, агрессивными или токсичными средами привела к созданию ряда конструкций предохранительных устройств с использованием разрывных мембран. При достижении опасного предела давление среды разрывает мембрану, специально для этой цели предназначенную, в связи с чем, избыточная часть среды выпускается и давление снижается. Отдельное место в этих устройствах занимают графитные предохранительные мембраны, устанавливаемые между защищаемым сосудом и выпускным трубопроводом.

Мембрана, изготовленная из графитопласта (высококачественного графита, пропитанного смолой), зажимается между фланцами, в металлической обойме, имеющей диски с отверстиями. Графитная мембрана помещается между дисками. При достижении опасного предела давление разрушает мембрану, продавливая графит через отверстия дисков. Такие мембраны используются при Ду меньше 600 мм для давлений до 80 кгс/см² при рабочей температуре до +180°С (и даже до 210°С). Точность срабатывания в пределах ±10% Ру.