Проектирование и эксплуатация насосных и компрессорных станций

не поджаты к шару. Более того, между седлами (или седлом) и ша­ ром имеется зазор — удобное место для образования гидратов. В тех случаях, когда они образуются, стронуть шар с места еще труд­ нее, иногда для этого долго приходится разогревать корпус крана. Не исключено, что в этих же кранах (т. е. с седлом из полимерных материалов) усилие управления возрастает и при значительном повышении температуры крана. Такое возможно в том случае, если при сборке был создан малый осевой люфт шара. С повыше­ нием температуры из-за значительного коэффициента объемного расширения полимерных колец этот люфт выбирается и повер­ нуть шар удается с трудом; увеличиваются эксплуатационные зат­ раты в связи со значительным расходом герметика.

В кранах с шаром в опорах эти недостатки практически отсут­ ствуют. Контактное давление на уплотнительных поверхностях здесь мало зависит от силы, возникающей от давления рабочей среды, а радиус трения равен радиусу опор. Явление нестабильно­ сти усилия, требуемого для управления в них, выражено не так за­ метно. Кран в любом случае остается управляемым. Площадь кон­ такта седла с шаром невелика, контактное давление также ниже, а герметик при нормальной эксплуатации крана не используется, наконец, седла постоянно поджаты к шару, т. е. мест, удобных для образования гидратов, нет. Существенно также то, что уменьшен­ ный момент сопротивления на валу крана с пробкой в опорах по сравнению с моментом сопротивления на валу крана с плавающей пробкой позволяет комплектовать первые краны приводами, име­ ющими больший запас по мощности.

В промышленности изготавливают краны с корпусами двух видов: разборными и неразборными (сварными). Параллельный выпуск тех и других объясняется тем, что разборные, хотя и доро­ же в изготовлении, но ремонтопригодны при минимальном коли­ честве подъемных средств и инструмента. В то же время они име­ ют большую массу, чем неразборные краны, и разъем (фланцевый или бесфланцевый), надежность работы которого по мере повы­ шения рабочих параметров газа снижается. Сварные экономиче­ ски более выгодны за счет экономии материала на изготовление, снижения затрат на транспортировку и монтаж, повышения на­ дежности (в связи с отсутствием разъемного соединения), сниже­ ния трудозатрат на изготовление. Однако их ремонт возможен только на специально оборудованных производствах. Поэтому не­

331

разборные краны предпочтительно использовать там, где режимы работы ненапряженные, а технический ресурс достаточно велик. Если краны не используются в качестве регулирующих устройств, то они в ряде случаев совершают 2 — 3 цикла в год.

Разборные краны целесообразно использовать там, где они должны работать с большой цикловой нагрузкой или при значи­ тельных перепадах давления.

Конструкция корпуса разборных кранов бывает различной. Разъем может быть с одной стороны, с двух сторон, по вертикаль­ ной плоскости, перпендикулярной к оси патрубков, по наклонной плоскости, под углом к оси трубопровода. В последнем случае кор­ пус состоит из двух почти одинаковых половин. Изготавливают краны и с целым корпусом, но со съемной крышкой. Конструкция разъемного соединения корпуса с крышкой может быть бесфлан­ цевой и фланцевой.

Наиболее удобен для ремонта кран с целым корпусом со съем­ ной крышкой. Его ремонт можно выполнять без вырезки крана из трубопровода. Некоторое преимущество, с точки зрения ремонта (повышенную ремонтопригодность), имеют краны, корпус кото­ рых изготовлен с разъемом с двух сторон. Средняя часть такого крана может быть снята со своего места и заменена запасной без вырезки патрубков. При этом с помощью приспособления необхо­ димо несколько раздвинуть трубы, подводимые к крану.

Конструкция корпуса неразборных кранов различна. Прива­ ривать можно один либо два патрубка. Среднюю часть корпуса можно также сваривать из двух полусфер, соединяя их по верти­ кали или под углом 45 °. Каких-либо эксплуатационных преиму­ ществ друг перед другом разные конструкции неразборных кор­ пусов не имеют. Шар крана выполняют сплошным литым (когда это допустимо, такой шар отливают из чугуна). В целях снижения массы кранов больших размеров и экономии металла шар изготав­ ливают с выемками. И наконец, для снижения трудоемкости изго­ товления и облегчения гальванопокрытия его делают фигурным. В этом случае обрабатывают и хромируют только кольцевую по­ верхность, контактирующую в работе с уплотнительными кольца­ ми в корпусе. Иногда эти кольцевые поверхности образуют на от­ дельных от шара кольцах, которые к нему приваривают.

Эксплуатационные качества кранов с шарами различных кон­ струкций примерно равноценны.

332

4.3.ПРИВОДЫ ЗАПОРНОЙАРМАТУРЫ

Внастоящее время запорную арматуру (при условном диамет­ ре выше 500 мм практически всю арматуру) оснащают приводами, наибольшее распространение из которых получили электриче­ ские, пневматические, гидравлические и комбинированные.

4.3.1.Электрические приводы

Электроприводы для управления запорной арматурой нашли наибольшее распространение по сравнению с другими приводами благодаря таким преимуществам, как простота и надежность кон­ струкции, а также вследствие широкой оснащенности промыш­ ленности электроэнергией.

Электроприводы классифицируют по следующим признакам.

1.По требованиям взрывобезопасности — в нормальном

ивзрывобезопасном исполнениях.

2.По типу редуктора — с червячным, зубчатым и планетар­ ным редукторами.

3.По способу отключения в конечных положениях: механи­ ческое с муфтой ограничения крутящего момента; электрическое с реле ограничения максимальной силы тока; комбинированное механическое и электрическое.

Всвою очередь муфта ограничения крутящего момента может быть одностороннего и двустороннего действия. Кроме того, по способу срабатывания муфты могут быть: фрикционного дей­ ствия; с подвижным червяком; с радиальным кулачком; с торце­

вым кулачком.

4. По способу соединения со шпинделем запорной арматуры: втулкой с квадратом и втулкой с кулачками.

При работе с взрыво- и пожароопасными средами необходимо применять, как правило, взрывобезопасные электроприводы. Их можно эксплуатировать в закрытых помещениях, где могут обра­ зовываться взрывоопасные смеси газов или паров горючих жид­ костей с воздухом, а также на открытом воздухе при температуре от —40 до +50 °С.

С помощью электропривода осуществляют: открывание и закрывание запорной арматуры;

автоматическое отключение электродвигателя при превыше-

333

11-4-164

нии максимального крутящего момента; звуковую или визуальную сигнализацию крайних положений

запорного органа арматуры; дистанционное управление запорной арматурой;

автоматическое управление запорной арматурой; местное, а также дистанционное указание положения запор­

ного органа арматуры; ручное управление запорной арматурой при отсутствии элек­

троэнергии.

Конструкция привода вращательного движения "Ашпа", име­ ющая модульное исполнение, показана на рис. 4.8.

4.3.2. Пневматические приводы

Пневмоприводы в основном применяют в запорной арматуре (например, в кранах), где не требуется больших усилий и переме­ щений при управлении. При больших усилиях и перемещениях конструкция привода становится громоздкой и сложной.

Пневмоприводы для кранов выполняют (рис. 4.9) в виде ци­ линдров 1 двойного действия, имеющих поршни 2, уплотняемые манжетами 3 из бензостойкой резины. В цилиндры подают осу­ шенный воздух, давление которого перемещает поршень в нуж­ ном направлении. Рабочее давление воздуха составляет 5 кгс/см2, максимальное давление — 8 кгс/см2.Для подключения воздушных трубопроводов к цилиндру имеются два штуцера 4 и 5 с кониче­ ской резьбой. Усилие, создаваемое давлением воздуха на поршне, передается штоком 6 на пробку крана через рычаг 7 в пневмопри­ водах качающегося типа или через зубчатую рейку 8 и зубчатый сектор 9в пневмоприводах стационарного типа. Пробка поворачи­ вается при помощи пневмопривода до упоров, а положение проб­ ки определяется по рискам на конце шпинделя или стрелки на зубчатом секторе. Для прекращения подачи воздуха в крайних по­ ложениях пневмоприводы оснащены взрывобезопасными конеч­ ными выключателями. Сигналы на выключение подаются кулач­ ками, регулируемыми винтами.

Применение пневмоприводов в клиновых задвижках ослож­ няется из-за необходимости значительного усилия для отрыва клина из клиновой камеры корпуса, а для перемещения клина после его отрыва требуется усилие в несколько раз меньше.

335

а

Рис. 4.9. Пневмоприводы для кранов:

а — с поворотным цилиндром качающегося типа; б — с жестко закреплен­ ным цилиндром стационарным; 1 — цилиндр; 2 — поршень; 3 — уплотни­ тельные манжеты; 4 — штуцер на открытие; 5 — штуцер для создания давле­ ния в цилиндре на закрытие; 6 — шток; 7 — рычаг; 8 — зубчатая рейка; 9 — зубчатый сектор

В связи с этим проектировать мощный пневмопривод, который бы мог оторвать клин, а в дальнейшем не использовал бы свои воз­ можности, нецелесообразно.

4.3.3. Гидравлические приводы

Гидроприводы, как и пневмоприводы, широко применяют для управления кранами магистральных газопроводов. Краны уста­

336

навливают на трассе газопровода и оборудуют дистанционным уп­ равлением. Гидравлическая жидкость для управления кранами на­ ходится в специальных гидробаллонах, входящих в конструкцию гидроприводов. При подаче импульса на закрывание или открыва­ ние (рис. 4.10) открывается соответствующий электропневматический вентиль и давление газа из трубопровода выдавливает жидкость из гидробаллонов в полость гидроцилиндра, благодаря чему перемещается поршень и открывается или закрывается кран. Предусмотрена возможность местного управления гидро­ приводами при помощи ручного насоса, подключающегося к сис­ теме шестиходовым переключателем.

Рис. 4.10. Схема дистанционного управления гидроприводами кранов для магистральных трубопроводов:

а — с одним гидроцилиндром; б — с двумя гидроцилиндрами; 1— автомати­ ческий переключатель на открытие; 2 — автоматический переключатель на закрытие; 3 — гидробаллон для закрытия; 4 — гидробаллон для открытия; 5 — шестиходовой переключатель; 6 — гидроцилиндр; 7 — управляемый кран; 8 — ручной насос

337

Рис. 4.11. Обратные клапаны:

а — подъемный: 1 — корпус, 2 — золотник, 3 — пружина, 4 — крышка, 5 — болт; б — поворотный: 1 — корпус, 2 — захлопка, 3 — крышка, 4 — серьга

1 2

8

9

10

Рис. 4.12. Клапан обратный поворотный:

1—гайка; 2 —шпилька; 3 —серьга; 4 —кронштейн; 5 — шайба; 6 — болт; 7 — прокладка; 8 — крышка; 9 — корпус; 10 — ось; 11 — захлопка; 12 — шплинт; 13 —гайка стопорная

338

4.4. ОБРАТНЫЕ КЛАПАНЫ

Обратные клапаны предназначены для предотвращения об­ ратного потока среды в трубопроводе и, тем самым, предупрежде­ ния аварии, например при внезапной остановке насоса и т. д. Они являются автоматическим самодействующим предохранительным устройством. Затвор — основной узел обратного клапана. Он про­ пускает среду в одном направлении и перекрывает ее поток в об­ ратном.

По принципу действия в основном обратные клапаны разделя­ ют на подъемные и поворотные (рис. 4.11).

Преимущество поворотных клапанов заключается в том, что они имеют меньшее гидравлическое сопротивление. Это очень важно при проектировании больших трубопроводов с применени­ ем обратных клапанов.

Подъемные клапаны более просты и надежны. Они могут быть угловыми и проходными, причем для их изготовления можно ис­ пользовать корпуса вентилей.

На магистральных нефтепроводах чаще всего применяют обратный клапан поворотного типа, конструкция которого показа­ на на рис. 4.12.

4.5. ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

Для защиты сосудов, аппаратов, емкостей, трубопроводов и другого технологического оборудования от разрушения при чрезмерном превышении давления чаще всего применяют пре­ дохранительные клапаны. Предохранительный клапан обеспечи­ вает безопасную эксплуатацию оборудования в условиях повы­ шенных давлений газа или жидкости. При повышении в системе давления выше допустимого предохранительный клапан автома­ тически открывается и сбрасывает необходимый избыток рабочей среды, тем самым предотвращается возможность аварии. После окончания сброса давление снижается до величины, меньшей на­ чала срабатывания клапана, предохранительный клапан автомати­ чески закрывается и остается закрытым до тех пор, пока в системе вновь не увеличится давление выше допустимого.

Кроме названия "предохранительный клапан" используют на­

339

звания "перепускной" и "предохранительно-перепускной". Предохранительный клапан — автоматическое устройство для

сброса давления, приводимое в действие статическим давлением, возникающим перед клапаном, и отличающееся быстрым полным подъемом золотника за счет динамического действия выходящей из сопла струи сбрасываемой среды. Предохранительные клапаны используют для газов и паров.

Перепускной клапан — автоматическое устройство для сброса давления, приводимое в действие статическим давлением, возни­ кающим перед клапаном, и отличающееся постепенным подъемом золотника пропорционально увеличению давления сверх давле­ ния открывания. Перепускные клапаны используют главным об­ разом для жидкостей.

Предохранительно-перепускной клапан — автоматическое устройство, которое можно использовать в качестве либо пре­ дохранительного, либо перепускного клапана в зависимости от вида применения. Эти клапаны, как правило, на газах работают как предохранительные, а на жидкостях — как перепускные.

Основные требования к предохранительным клапанам стан­ дартизированы и соблюдаются в законодательном порядке.

Существующие конструкции предохранительных клапанов можно классифицировать по нескольким признакам.

По виду нагрузки на золотник

1. Предохранительные клапаны грузового типа с непосред­ ственной нагрузкой на золотник (рис. 4.13а). Они очень просты по конструкции. Однако их применяют только для низких давлений с небольшим сечением сопла из-за невозможности приложения к золотнику груза большой массы. Кроме того, эти клапаны склон­ ны к вибрациям и очень восприимчивы к посторонним влияниям, вследствие чего не могут быть применены для подвижных систем.

2. Предохранительные клапаны грузового типа с непрямым нагружением золотника (рис. 4.136). К ним относят рычажные предохранительные клапаны. Основное преимущество их — на­ грузка на золотник при его подъеме остается постоянной (это можно отнести и к предыдущим клапанам). Кроме того, настройка рычажного предохранительного клапана на давление, при кото­ ром он должен открываться (установочное давление), довольно

340