2763.Эксплуатация и обслуживание объектов добычи нефти и газа

Окончание табл. 5 . 1

5.1.2. Краны

Кран – запорное устройство, проходное сечение которого открывается или закрывается пробкой, применяется для диаметров до 50 мм, для давления до 40 атм (рис. 5.11).

Рис. 5.11. Схемы кранов: а – конический; б – цилиндрический; в – шаровой; 1 – корпус; 2 – пробка; 3 – разделительная шайба; 4 – сальниковая набивка; 5 – сальниковая втулка; 6 – хвостовик

Краны бывают следующих видов:

1. Конические краны – могут быть разных типов:

натяжные – применяются для массового выпуска и обычных условий эксплуатации (например, кухонные газовые краны). Они применяются главным образом для сыпучих или

81

вязких сред, где не требуется высокой герметичности по жидкости или газу. Главным образом натяжные краны применяют для низких рабочих давлений (до 10 атм) или для сред, пропуск которых в окружающую среду не опасен;

сальниковые краны со смазкой – применяются на жид-

ких и газообразных средах при давлениях 6–40 атм.;

краны с прижимом (или с подъёмом) пробки. Краны

сподъемом пробки не рекомендуется применять для сред, содержащих твердые частицы, и суспензий, так как попадание твердых частиц между корпусом и пробкой может вызвать потерю герметичности с повреждением уплотнительных поверхностей, а также для полимерных или очень вязких сред.

2. Цилиндрические краны делятсянадвегруппы:

краны с металлическим уплотнением – применяют в основномдлявысоковязкихсред(мазут, каменноугольныйпекидр.);

краны с эластичным уплотнением – применяют большей частью с металлической пробкой и неметаллическим эластичным уплотнением в седле.

3. Шаровые краны применяются со смазкой и на высокие давления среды и большие проходы (главным образом для магистральных газопроводов и нефтепроводов) и делятся на два типа:

краны с плавающей пробкой:

o с металлическими кольцами со смазкой;

o с неметаллическими кольцами из чистых пластмасс,

резин;

краны с плавающими кольцами.

Конструкция шарового крана

Шаровые краны в качестве запорной подвижной детали имеют тело вращения, т.е. шар с отверстием, пропускающим поток среды (газа, жидкости или пара). Надежность шаровых кранов объясняется их простой конструкцией (содержит минимальное количество деталей), простотой в работе и обслуживании.

82

Шаровые краны могут применяться во всех видах трубопроводов и в широком диапазоне условных проходов (от 10 до 600 и более). Шаровые краны, предназначенные для трубопроводов относительно небольших условных проходов, имеют ручное управление. Шаровые краны для крупных трубопроводов могут иметь гидравлический, электрический, пневматический или иной привод, а также управляться дистанционно.

Конструктивно почти все шаровые краны устроены одинаково. Основу крана составляет корпус из стали, чугуна или латуни, корпус по обоим концам может иметь либо фланцы, либо резьбовое соединение, также существуют шаровые краны со сварным соединением. Внутри корпуса шарового крана имеется седловина, в которой помещен затвор в виде стального шара. Шар надежно закреплен в седловине, но может свободно в ней вращаться, чем и обеспечиваются его запорные свойства. Шар соединен с поворотным механизмом – ручкой или редуктором, установленными на корпусе крана

5.1.3. Предохранительный клапан

Предохранительный клапан (рис. 5.12) – трубопроводная арматура, предназначенная для защиты от механического разрушения оборудования и трубопроводов избыточным давлением путём автоматического выпуска избытка жидкой, паро- и газообразной среды из систем и сосудов с давлением сверх установленного. Клапан также должен обеспечивать прекращение сброса среды при восстановлении рабочего давления. Предохранительный клапан является арматурой прямого действия, работающей непосредственно от рабочей среды, наряду с большинством конструкций защитной арматуры и регуляторами давления прямого действия.

Опасное избыточное давление может возникнуть в системе как в результате сторонних факторов (неправильная работа оборудования, передача тепла от сторонних источников, неправильно собранная тепломеханическая схема и т.д.), так и в результате внутренних физических процессов, обусловленных неким исход-

83

ным событием, не предусмотренным нормальной эксплуатацией. Предохранительный клапан устанавливается везде, где может это произойти, т.е. практически на любом оборудовании, но в особенности они важны в сфере эксплуатации промышленных и бытовых сосудов, работающих под давлением.

Рис. 5.12. Предохранительный клапан: 1 – винт для настройки; 2 – пружина; 3 – сильфон; 4 – золотник; 5 – корпус

Существуют и другие виды предохранительной арматуры, но клапаны используются наиболее широко вследствие простоты своей конструкции, легкости настройки, разнообразия видов, размеров и конструктивных исполнений.

Принцип действия

Обязательными компонентами конструкции предохранительного клапана прямого действия являются запорный орган и задатчик, обеспечивающий силовое воздействие на чувствительный элемент, связанный с запорным органом клапана. Запорный орган состоит из затвора и седла. Затвором является золотник, а задатчиком выступает пружина. С помощью задатчика клапан настраивается таким образом, чтобы усилие на золотнике обеспечивало его прижатие к седлу запорного органа и пре-

84

пятствовало пропуску рабочей среды, в данном случае настройку производят специальным винтом. Когда предохранительный клапан закрыт, на его чувствительный элемент воздействует сила от рабочего давления в защищаемой системе, стремящаяся открыть клапан, и сила от задатчика, препятствующая открытию. С возникновением в системе возмущений, вызывающих повышение давления свыше рабочего, уменьшается величина силы прижатия золотника к седлу. В тот момент, когда эта сила станет равной нулю, наступает равновесие активных сил от воздействия давления в системе и задатчика на чувствительный элемент клапана. Запорный орган начинает открываться, если давление в системе не перестанет возрастать, происходит сброс рабочей среды через клапан. С понижением давления в защищаемой системе, вызываемым сбросом среды, исчезают возмущающие воздействия. Запорный орган клапана под действием усилия от задатчика закрывается. Давление закрытия в ряде случаев оказывается на 10–15 % ниже рабочего давления, это связано с тем, что для создания герметичности запорного органа после срабатывания требуется усилие, значительно большее, чем то, которого было достаточно для поддержания герметичности клапана перед открытием. Это объясняется необходимостью преодолеть при посадке силу сцепления молекул среды, проходящей через щель между уплотнительными поверхностями золотника и седла, вытеснить эту среду. Также понижению давления способствует запаздывание закрытия запорного органа, связанное с воздействием на него динамических усилий от проходящего потока среды, и наличие сил трения, требующих дополнительного усилия для его полного закрытия.

Классификация предохранительных клапанов

1. По принципу действия:

клапаны прямого действия – обычно именно эти устройства имеют в виду, когда используют словосочетание предохранительный клапан, они открываются непосредственно под действием давления рабочей среды;

85

клапаны непрямого действия – клапаны с управлением путём использования постороннего источника давления или электроэнергии, общепринятое название таких устройств импульсные предохранительные устройства.

2. По характеру подъема замыкающего органа:

клапаны пропорционального действия (используются на несжимаемых средах);

клапаны двухпозиционного действия.

3.По высоте подъема замыкающего органа:малоподъемные;среднеподъемные;полноподъемные.

4.По виду нагрузки на золотник:

грузовые или рычажно-грузовые;

пружинные;

рычажно-пружинные;

магнито-пружинные.

5.1.4. Обратный клапан

Обратный клапан (рис. 5.13) – вид защитной трубопроводной арматуры, предназначенной для недопущения изменения направления потока среды в технологической системе. Обратные клапаны пропускают среду в одном направлении и предотвращают её движение в противоположном, действуя при этом автоматически и являясь арматурой прямого действия (наряду с предохранительными клапанами и регуляторами давления прямого действия). С помощью обратной арматуры защищается различное оборудование, трубопроводы, насосы и сосуды под давлением, а кроме того, возможно существенно ограничить течь рабочей среды из системы при разрушении её участка.

Важность функции этих устройств заключается в том, что они выполняют свою задачу как в режиме нормальной эксплуатации, например в случае объединения напорных линий нескольких насосов в одну, когда на каждой из них устанавливается один или несколько обратных клапанов для защиты от давления рабо-

86

тающего насоса остальных, так и в аварийных ситуациях, например при аварийном падении давления на одном из участков трубопровода, когда на смежных давление сохраняется, что может привести к образованию обратного тока среды, недопустимого для нормальной работы системы и опасного для её оборудования.

Рис. 5.13. Обратный клапан

Основными видами обратных клапанов являются собственно обратные клапаны и обратные затворы, главное их различие – в конструкции затвора (элемента, перекрывающего поток среды при посадке на седло), у первых он выполняется в виде золотника, у вторых – в виде круглого диска, который часто именуют захлопка.

Обратные клапаны, как правило, устанавливаются на горизонтальных участках трубопроводов, а затворы – как на горизонтальных, так и на вертикальных участках. По направлению потока рабочей среды клапаны, обратные в основном, выполняются проходными (направление потока в них не изменяется), но встречаются и угловые (направление потока меняется на 90°), а затворы обратные – только проходными.

Принцип действия

При отсутствии потока среды через арматуру золотник в обратном клапане или захлопка в обратном затворе под действием собственного веса или дополнительных устройств (например, пружины) находятся в положении «закрыто», то есть затвор находится в седле корпуса. При возникновении потока затвор

87

под действием его энергии открывает проход через седло. Для того чтобы поток среды изменил своё направление на противоположное, он должен остановиться. В этот момент скорость потока становится нулевой, затвор возвращается в исходное закрытое положение, а давление с обратной стороны прижимает золотник или захлопку, препятствуя возникновению обратного потока среды (см. рис. 5.13). Таким образом, срабатывание обратной арматуры происходит под действием самой среды и является полностью автоматическим.

Обратный затвор. В отличие от большинства видов обратных клапанов в обратных затворах ось седла совпадает с направлением потока среды через затвор (рис. 5.14). Седло при

Безударные клапаны – затворы со специальными устройствами, которые делают посадку захлопки на седло более плавной имягкой. Вкачестветакихустройствприменяютсягидравлические

88

клапанами, среди которых меньшая чувствительность к загрязнённым средам и возможность обеспечения работоспособности затворовдлявесьмабольшихдиаметровтрубопроводов(рис. 5.15).

Межфланцевые обратные клапаны (рис. 5.16). Более компактные технические решения для уменьшения строительной длины и затрат на монтаж используются в межфланцевых

щие рабочие элементы по размерам движущегося потока, монтируются во фланцевых разрывах тру-

бопроводов с использованием соответствующих для перекачиваемого материала прокладок. Принципиальным также является возможность установки подобных клапанов не только на горизонтальных, но и на вертикальных участках трубопроводов. Межфланцевые пружинные дисковые обратные клапаны могут оснащаться специальными резьбовыми отверстиями для снятия статического заряда. Подобная модификация востребована на взрывоопасных химических производствах.

Межфланцевые пружинные дисковые обратные клапа-

ны. Принцип действия межфланцевых пружинных дисковых обратных клапанов аналогичен принципу действия шаровых обратных клапанов. Но за счет использования в качестве затвора диска (пластины) вместо шара достигаются преимущества в весе и строительной длине конструкции. По этой же причине диапазон размеров межфланцевых пружинных дисковых обратных

89

клапанов больше и составляет 15–200 мм. Межфланцевые пружинные дисковые обратные клапаны могут устанавливаться и в стандартном горизонтальном исполнении, а также – вертикально (рис. 5.17).

Рис. 5.17. Дисковый обратный клапан

Межфланцевые двустворчатые обратные клапаны.

Диапазон размеров межфланцевых двустворчатых обратных клапанов ещё шире, чем у межфланцевых пружинных дисковых обратных клапанов – от 50 до 700 мм. В сложных и больших

системах при остановах насосов или в результате какихлибо аварийных ситуаций могут возникать гидроудары, которые могут нанести существенный ущерб всей системе. В таких случаях рекомендуется использовать клапаны с амортизаторами для демпфирования гидроударов.

5.1.5 Вентили

Вентиль (рис. 5.19) – запорное устройство, насаженное на шпиндель, проходное сечение перекрывается в горизонтальной плоскости. Вентили получили широкое распространение в качестве запорных устройств для перекрывания потоков газообразных или жидких сред в трубопроводах с диаметрами условных проходов до 300 мм (а в некоторых случаях и до 400 мм), при

90