Ахметов и др. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа (2006)

кранытребуютболеечастогообслуживания(подтяжкасальникапомере износа набивки и смена набивки сальника при необходимости).

Основное принципиальное преимущество сальниковых кранов — соединение в одном элементе уплотнения хвостовика и средства затяжки пробки на герметичность. Однако соединение двух функций в одном элементе может стать и недостатком при неправильном выборе конструктивных параметров в процессе проектирования крана. Иногда бывает, что в кранах средних и больших проходов ширина сальниковой камеры настолько велика, что для затяжки сальника на герметичность требуется большое усилие. Это усилие (без учета сил трения) передается на пробку и создает значительные удельные давления на уплотнительных поверхностях. При этом момент, необходимый для поворота пробки, может оказаться настолько большим, что кран трудно будет открыть.

Сальниковые краны, как правило, широко применяют на жидких и газообразных средах при давлениях в трубопроводе 0,6...4,0МПа.

Краны со смазкой

При давлениях среды свыше 4,0 МПа на пробку крана действуют большие усилия, прижимающие ее к уплотнительной поверхности корпуса. Это усилие прямо пропорционально квадрату диаметра проходного сечения. Поэтому при средних и больших проходах моменты, необходимые для управления краном, резко увеличиваются. Кроме того, при высоких давлениях среды удельные давления на уплотнительных поверхностях возрастают до таких значений, при которых задирание контактирующих поверхностей при повороте становится серьезной опасностью. Эти причины, а также необходимость в защите уплотнительных поверхностей от коррозии вызвали появление кранов со смазкой, изобретенных шведским инженером Нордштромом.

Конструкция такого крана аналогична обычным сальниковым кранам. Новым элементом является только система смазки.

Впроцессе работы крана смазка частично выдавливается в проход

ивымывается средой, поэтому ее необходимо периодически добавлять. Чтобы продавить высоковязкую смазку через длинную систему узких канавок, необходимо высокое давление. На кранах больших проходов, где длина смазочных канавок особенно велика, для подачи смазки к уплотнительным поверхностям иногда применяют мультипликаторы давления.

Недостатком кранов со смазкой по сравнению с другими кранами, кроме сложности конструкции, является необходимость периодической набивки смазки. Однако при качественном изготовлении уплотни-

281

тельных поверхностей и необходимых свойствах смазки обслуживание таких кранов не представляет трудностей.

Нельзя не отметить, что изготовление и применение кранов со смазкой при проходе свыше 300 мм уже нерационально из-за технологических трудностей подгонки конусов больших размеров. При таких размерах выгодно использовать шаровые краны.

Многоходовые и угловые краны

Всерассмотренныевышеконструкцииконическихкрановпредставляли собой проходные краны, имеющие входной и выходной патрубки на общей оси. Однако краны (в отличие от задвижек и вентилей) позволяют легко управлять потоками сразу через несколько патрубков, число которых может доходить до 6…8.

Наиболеешироко применяют трехходовыекраны,служащие дляодновременного соединения двух или трех трубопроводов. На рис. 2.175 показаны положения пробки при трех вариантах подключения трубопроводов.

Рис. 2.175. Схема работы трехходового крана

Трехходовые краны бывают двух типов: с L-образным (рис. 2.176а) и Т-образным проходами в пробке (рис. 2.176б).

Кран с L-образным проходом в пробке имеет три рабочих положения при повороте пробки на 180° и два – при повороте пробки на 90°; с Т-образным проходом — четыре рабочих положения при повороте пробки на 270, три — при повороте пробки на 180 и два — при повороте пробки на 90°.

Краны с числом патрубков четыре и более принципиально не отличаются от трехходовых.

Цилиндрические краны

Краны с цилиндрическим затвором (рис. 2.177) проще конических в изготовлении, а их уплотнительные поверхности не нуждаются

282

в притирке ввиду простоты технологической доводки цилиндрических поверхностей на универсальных шлифовальных станках.

По конструктивным признакам цилиндрические краны можно разделить на две группы – краны с металлическим и эластичным уплотнениями.

Цилиндрический кран с уплотнением «металл по металлу» состоит из корпуса, металлической пробки, крышкиисальника.Междууплотнительными цилиндрическими поверхностямидолженбытьилинебольшой натяг или минимальный зазор. Благодаря отсутствию поджима уплотнительных поверхностей удельные давления на них (без подачи давле-

ния среды) невелики или их вообще нет. При несовпадении диаметров цилиндра пробки и корпуса они контактируют по прямой, параллельной оси пробки. Поэтому цилиндрические краны с уплотнением «металлпо металлу» применяют в основном длявысоковязкихсред (мазут, каменноугольный пек и др.).

Уплотнения без зазоров применять в цилиндрических кранах для сред с высокой температурой крайне опасно, так как возможно заклинивание пробки в корпусе вследствие неравномерного расширения уплотнений, а ликвидировать такие заклинивания в рабочих условиях очень трудно.

Для устранения указанных недостатков кранов с цилиндрическим уплотнением «металл по металлу» разработана конструкция крана с разъемной пробкой.

Пробка состоит из двух половин, разжимаемых пружинами. Недостатком данной конструкции является большое число деталей и наличие пружин в рабочей среде.

Более широко применяют цилиндрические краны со смазкой (система подачи смазки на уплотнительные поверхности та же, что и у конических кранов). Применение специальных смазок для различных сред и условий работы обеспечивает необходимую герметичность затвора.

283

Сильфонные краны

Сальниковые краны не обеспечивают длительную и надежную герметичность по сальниковому уплотнению и могут допустить проникновение взрывоопасных или токсичных сред в атмосферу.

Для этих условий работы в ЦКБА разработаны сильфонные краны без сальникового уплотнения (рис. 2.178). Сильфон уплотняет шпиндель и полностью изолирует среду от атмосферы. В особо ответственных случаях наряду с сильфоном предусматривают и сальник, который может предотвратить прорыв среды в атмосферу при механическом повреждении или усталостном разрыве сильфона.

Как известно, сильфоны применяют для уплотнения линейно перемещающихся деталей, имеющих небольшой ход. Применение его в кране создает конструктивные затруднения, так как пробка крана должна повернуться на 90°. Для

284

Для уплотнения в закрытом положении на конической поверхности пробки имеются кольца 9, которые прижимаются к соответствующим уплотнительным поверхностям корпуса при опускании пробки.

Угол наклона спирали подбирается так, чтобы пробка могла поворачиваться под собственной массой.

Необходимо отметить, что сильфонный кран имеет высокую стоимость, так как повышены требования к точности изготовления. Кроме того,конструктивныеособенностикрана—наличиеподъемнойпробки— не позволяют применять его в вязких и полимеризующихся средах.

Запорно-регулирующие краны

Часто требуется сочетать в одном устройстве функции регулирования и надежного перекрытия потока. Эти требования привели к созданию углового запорно-регулирующего шарового крана. Краны по своему назначению не предназначены для дросселирования потока жидкости или газа. Если у обычного крана (шарового или конического) в промежуточном (полуоткрытом) положении дросселирование потока происходит с двух сторон (на входе и на выходе), то у запорнорегулирующего крана — только с одной стороны.

Это достигается (рис. 2.179) угловым расположением прохода в пробке крана.

Пробка 6 крана постоянно прижата плавающим шпинделем 8 к уплотнительному кольцу 2, при ее вращении проход, образованный патрубком 1, не перекрывается. Дросселирование потока осуществляется перекрытием прохода, образованного патрубком 5.

Дляуменьшенияэрозионного износа кромки прохода пробки и патрубка со стороны дросселированияпотоканаправлены твердым сплавом (стеллитом или сормайтом).

285

Самоустанавливающееся уплотнительное устройство расположено соосно-оппозитно дросселъной части крана и состоит из диска 10

скольцевой проточкой с запрессованным уплотнительным кольцом 9 (в данном случае из фторопласта). Уплотнительное кольцо постоянно прижато к сферической поверхности пробки и не подвержено эрозионному износу.

На рисунке 2.179 кран показан полностью открытым. При неполном повороте пробки на 90° происходит дросселирование потока. Полное герметичное перекрытие потока осуществляется поворотом пробки на 180°.

Преимущества данной конструкции заключается еще и в том, что уплотнения можно поджать по мере износа без разборки крана.

Подобный кран может быть выполнен и в проходной модификации. При этом корпус крана напоминает корпус прямоточного вентиля. Шаровая пробка вращается относительно одного из проходов (в данном случае седла), а шпиндель наклонен под углом 45° к оси трубопровода (патрубков). Применение подобной конструкции в технологических схемах с приблизительными расходными характеристиками позволяет отказаться от применения запорной арматуры (крана, вентиля) вместе

срегулирующим (расход) исполнительным устройством.

Краны из неметаллических материалов

Использование неметаллических материалов в кранах помимо экономии металла позволило применить их как запорную арматуру в агрессивных средах.

Пластические массы и неметаллические материалы не задираются при работе, как в кранах, изготовленных из нержавеющей стали.

Однако трудно подобрать такой универсальный материал, который бы удовлетворял требованиям агрессивных сред, наиболее часто встречающихся в промышленности. В каждом конкретном случае, исходя из реальных условий работы крана (среда, температура, давление), приходится решать вопрос о выборе тех или иных неметаллических материалов, отвечающих поставленным требованиям. Поэтому краны, изготовленные из неметаллических материалов, как правило, имеют строго ограниченную область применения.

Нижебудутрассмотреныподобныекраны,гденарядусихконструктивными особенностями будут описаны материалы, их свойства и области применения.

Фарфоровые краны применяются в качестве запорных устройств на трубопроводах, предназначенных для транспортировки некристаллизующихся кислот (кроме плавиковой и фосфорной) и щелочей кон-

286

никает внутрь него и при эксплуатации на холоде замерзает и разрушает фарфор;

—резкая смена температур проходящей через фарфоровое изделие жидкости или окружающей среды вызывает термическую деформацию, которая приводит к разрушению фарфора.

Для предотвращения термической деформации в кране между фарфоровым корпусом и чугунной броней предусматривается термоизолирующая прослойка 2 из стекловолокна или из другого аналогичного материала. Толщина слоя термоизолирующего материала выбирается таким образом, чтобы разница температур внутренней и наружной поверхностей фарфорового корпуса не превышала 5°С. При эксплуатации фарфоровых кранов в холодном климате следует применять меры для предотвращения тепловых ударов. Повышать, температуру среды до рабочей надо постоянно примерно на 2°С в минуту. Однако эксплуатировать фарфоровые краны при температуре ниже –40°С не рекомендуется.

2.7. Машинное оборудование

2.7.1. Общие сведения о насосах и компрессорах

Насос — машина, предназначенная для преобразования механической энергии привода в гидравлическую энергию потока перекачиваемой жидкой среды (жидкости) с целью ее перемещения.

287

Насосиприводнойдвигатель(рис.2.181),соединенныемеждусобой контрольно-измерительныеприборы и аппаратура автоматическогорегулирования и контроля в совокупности представляют собой насосный агрегат. Насосный агрегат и комплектующее оборудование с подводящим и напорным трубопроводами и арматурой называется насосной установкой (рис. 2.182).

Рис. 2.181. Насосный агрегат типа К

Рис. 2.182. Общий вид насосной установки

Насосы — один из наиболее сложных видов оборудования нефтеперерабатывающих заводов в отношении ремонта и эксплуатации. Известно, что нормальная, безаварийная работа любого оборудования в оптимальных режимах в значительной степени зависит не только от правильного выбора и обеспечения основных конструктивных решений при проектировании и изготовлении машин и аппаратов, но и от условий и выполнения правил их эксплуатации.

288

На нефтеперерабатывающих заводах насосы служат для перекачивания нефти, нефтепродуктов, сжиженных газов, воды, щелочей, кислот и работают в широких диапазонах производительности, напора и температуры. Поэтому обычные требования, предъявляемые к насосам(надежностьидолговечностьвэксплуатации,герметичностьсоединений и безупречная работа сальниковых или торцовых уплотнений), в условиях указанных предприятий приобретают чрезвычайно важное значение, поскольку неисправности в насосах и их узлах приводят к нарушениям технологического режима установок, а иногда и к авариям.

Требования надежности и долговечности насосов повышаются, особенно сейчас, когда в проектах новых технологических установок резко сокращается количество резервного насосного оборудования.

2.7.2. Классификация насосов

Из-за большого разнообразия конструкций, сфер использования, свойствперекачиваемойжидкостиразработатьединуюклассификацию для лопастных насосов до сих пор не представилось возможным. Поэтому классификация осуществляется по отдельным признакам.

Классификация по назначению

Классификация по назначению имеет наибольшее значение для эксплуатационного персонала. Однако она важна и для конструктора, который должен учитывать особенности работы насоса в определенных условиях.

—Насосы общего назначения — предназначены для перекачивания холодной, чистой, неагрессивной воды или сходных с ней по физи- ко-химическим свойствам жидкостей. Насосы общего назначения применяются в различных отраслях народного хозяйства.

—Насосы для транспортирования взвесей — предназначены для перекачивания нейтральных или малоагрессивных жидкостей с твердыми частицами. Они применяются в горнодобывающей промышленности, строительстве, коммунальном хозяйстве и др. К этой группе относятся грунтовые, шламовые, фекальные, массные и другие насосы.

—Энергетические насосы — предназначены для работы в схемах тепловых и атомных электростанций. К ним относятся питательные, конденсатные, сетевые и специальные насосы.

—Химические насосы — предназначены для перекачивания чистых и загрязненных агрессивных жидкостей в химической промышленности.

289

—Насосыдлянефтянойинефтехимическойпромышленности—пред- назначены для сырой нефти и продуктов ее переработки в широком диапазонетемператур.Этонасосыдлямагистральныхнефтепродуктов, законтурного заводнения нефтяных пластов, бензина, сжиженных газов и др.

Классификация по роду перекачиваемой жидкости

Выбор материалов, конструкция и принцип работы насосов зависят от физических и химических свойств перекачиваемых жидкостей. Можно рекомендовать подразделять насосы для перекачивания чистых и слегка загрязненных нейтральных жидкостей, загрязненных жидкостей и взвесей, легко загазованных жидкостей, газожидкостных смесей, агрессивных жидкостей, жидких металлов.

Классификация по принципу действия

Попринципудействиявсенасосыможноразделитьнадинамические и объемные (рис. 2.183), принципиальное различие между которыми заключается в способе сообщения рабочей камеры с входом и выходом.

Рис. 2.183. Классификация насосов по принципу действия

К динамическим насосам относятся центробежные, осевые, вихре-

вые, струйные и другие насосы.

В динамическом насосе жидкая среда перемещается в камере, постоянно сообщающейся с входом и выходом, т.е. жидкость движется через рабочую камеру непрерывным потоком.

Основные схемы и конструкции насосов показаны на рисунках

2.184…2.192.

290