ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И ГАЗА

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

которых случаях и до 400 мм) при рабочих давлениях до 250МПа и температурах сред от –200 до +450°С.

Иногда, в отличие от задвижек и кранов, на базе вентилей достаточно просто могут быть созданы дросселирующие устройства с любой расходной характеристикой.

По сравнению с другими видами запорной арматуры вентили имеют следующиепреимущества:возможностьработыпривысокихперепадах давлений на золотнике и при больших величинах рабочих давлений; простота конструкции, обслуживания и ремонта в условиях эксплуатации; меньший ход золотника (по сравнению с задвижками), необходимый для полного перекрытия прохода (обычно 0,25Dy); относительно небольшие габаритные размеры и масса; применение при высоких и сверхнизких температурах рабочей среды; герметичность перекрытия прохода;использованиевкачестве регулирующего органа;установкана трубопроводевлюбомположении(вертикальномилигоризонтальном); исключение возможности возникновения гидравлического удара.

К недостаткам, общим для всех конструкций вентилей, относятся высокое гидравлическое сопротивление (по сравнению с задвижками, дисковыми затворами и кранами); невозможность применения на потокахсильнозагрязненныхсред,атакженасредахсвысокойвязкостью; большаястроительнаядлина(посравнениюсзадвижкамиидисковыми затворами); подача среды только в одном направлении, определяемом конструкцией вентиля.

Если сравнивать вентили с другими видами запорной арматуры (задвижками, дисковыми затворами, кранами), применяемыми для перекрытия потоков сред в трубопроводах с диаметрами условных проходов 250мм и более, то они имеют большие массу, габаритные размеры и, следовательно, большую стоимость.

Вследствие того, что усилия, возникающие на золотнике под действием перепада давлений, действуют по оси шпинделя, в вентилях с большим диаметром условного прохода возрастают усилия трения, в резьбе и возникает необходимость применения мощных приводов. Кроме того, применение вентилей на магистральных трубопроводах изза их большого гидравлического сопротивления вряд ли рационально, таккак это требует повышениямощности перекачивающего оборудования для повышения давления на входе системы. Отсюда дополнительные затраты, повышение расхода электроэнергии и т.п.

Вентиль(рис.2.161)состоитизкорпуса1,вкоторомсмонтированузел затвора, верхней крышки5с сальниковым устройством6и шпинделя 4. Внутренние поверхности корпуса 1и верхней крышки 5образуют рабо-

264

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

чую полость вентиля. Корпус вентиля,представляющийсобойлитую конструкцию, симметричную относительно продольной плоскости, снабжен двумя соосными патрубками, имеющими фланцы для присоединения к трубопроводу. Узел затвора, состоящий из золотника 3 и кольцевого седла 2, предназначен для перекрытия потока среды. Золотник по форме представляет собой тело вращения с плоским основанием, на котором закреплено уплотнительное кольцо, изготовленное из металла, резины или фторопласта.

ному прилеганию уплотнительного 8 — ходовая гайка; 9 — маховик кольца золотника к седлу. Рабочая среда подается через входной патрубок (в данном случае под золотник).

Уплотнение в месте выхода шпинделя из рабочей полости осуществляется сальником 6, конструкция которого не отличается от конструкции сальниковых устройств, применяемых в других видах запорной арматуры. Несмотря на то что для полного закрытия вентиля приходится преодолевать усилия среды, такое конструктивное решение позволяет заменить набивку сальника без отключения линии (при закрытом положении затвора). Можно заменить сальниковую набивку и при открытом положении затвора. Для этой цели предусматривается верхнее уплотнение. В верхней части золотника имеется коническая фаска, а в крышке — соответствующая проточка, которая выполняет роль уплотнительного седла. Когда шпиндель полностью поднят, эти конические поверхности соприкасаются и прекращают доступ среды по шпинделю к сальнику. Когда сальник необходимо перенабить без остановки технологического процесса, это уплотнение выполняют более тщательно. Уплотнительные поверхности наплавляют специальными сплавами, а затем при сборке вентиля притирают.

265

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

В качестве привода использован маховик 9, соединенный со шпинделем. При вращении маховика золотник приходит в движение и перекрывает проход.

Система винт-гайка предназначена для преобразования вращательного движения маховика привода в поступательное перемещение шпинделя. При монтаже вентилей предусматривают дополнительное свободное место с учетом хода шпинделя, а также защищают резьбовую часть шпинделя от загрязнения и механических повреждений резьбы. Ходовая гайка жестко крепится в верхней части бугельной стойки. При этом шток (шпиндель), совершая поступательное движение, еще ивращается.Этонесколькоухудшаетработусальниковогоуплотнения.

Классификация вентилей

Конструкции вентилей классифицируют по нескольким признакам, так как при проектировании различных технологических установок и схем помимо гидравлических характеристик вентилей большое значение имеет способ его монтажа на трубопроводе.

По конструкции корпуса вентили подразделяют:

—на проходные;

—прямоточные угловые;

—смесительные.

По назначению их классифицируют:

—на запорные, которые по конструкции затворов (золотников) подразделяют натарельчатыеи диафрагмовые, а по способу уплотнения шпинделя – на сальниковые и сильфонные;

—запорно-регулирующие, по конструкции дроссельных устройств подразделяемые на вентили с профилированными золотниками и игольчатые;

—специальные.

Ниже рассмотрены некоторые из наиболее часто встречающихся конструкций.

Проходные вентили

Проходными называют вентили, которые имеют корпус с соосными или параллельными патрубками. Они предназначены для установки в прямолинейных трубопроводах, широко применяются в практике и имеют преимущества, общие для всех вентилей.

Проходные вентили имеют недостатки: относительно высокое гидравлическое сопротивление; наличие зоны застоя; большие строительныеразмеры;сложностьконструкциикорпусаиотносительнобольшую массу.

266

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Высокое гидравлическое сопротивление корпуса обусловливается там, что поток рабочей среды делает по крайней мере два поворота. Это соответственно и увеличивает потери энергии. В нижней части корпуса, как правило, образуется зона застоя, которая является местом скопления твердых частиц, различных включений и др. В современных конструкциях проходных вентилей образование зоны застоя пытаются исключить специальными закругленными формами внутренней полости корпуса.

Большие строительные размеры корпусов проходных вентилей обусловливаютсяихконструкцией.Корпусыввентиляхсфланцевымилинзовым присоединениями к трубопроводу имеют наибольшие размеры.

Проходнойвентиль(рис.2.162)состоитизлитогокорпуса1,наперемычке которого закреплено седло 2. К корпусу крепится крышка 4, отлитая вместе с бугельной стойкой. На крышке смонтированы сальник

иходовая гайка 6, в которую ввинчен шпиндель 5. Последний связан с золотником 3 тарельчатого типа. Герметизация прохода в закрытом положении осуществляется по торцовой поверхности седла 2

иуплотнительного кольца закрепленного на золотнике. Маховик закрепляют на шпинделе, который при вращении маховика совершает винтовое движение. Конец шпинделя, связанный с золотником, закруглен

иупирается в подпятник. Это обеспе-

267

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

монтаже вентилей на трубопроводе. В целях уменьшения гидравлического сопротивления внутренняя полость корпуса вентиля выполнена закругленной. Подобная конструкция проходных вентилей наиболее распространена (за исключением золотника, конструкций которых очень много).

Прямоточные вентили

К прямоточным относят вентили, корпус которых имеет соосные патрубки,аосьшпинделярасположена под углом к оси прохода.

Преимущества вентилей этого типа по сравнению с проходными следующие: относительно малое гидравлическое сопротивление; компактность конструкции; от-

Вэтойконструкциикрышка4крепитсяккорпусувместесостойкой6. Сальниковое устройство 5 обычной конструкции с нажимным фланцем. На стойке жестко посажена ходовая гайка 8. Наиболее интересным в рассматриваемой конструкции является то, что узел соединения 10, штока 3 со шпинделем 9 вынесен за пределы корпуса. Таким образом, шпиндель, вращаясь и поступательно перемещаясь, передает штоку, а с ним и золотнику только поступательное движение. Этим устраняется вращение золотника, а также улучшаются условия работы сальниковой набивки. Золотник состоит из тарелки с приваренным к ней полым штоком. Этим облегчается конструкция затвора.

Не меньший интерес представляет конструкция прямоточного вентиля, в котором в качестве запорного элемента применена диафрагма (мембрана),связаннаястарелкой плунжера (рис. 2.164). Верхняячасть

268

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

мембраны одновременно служит уплотнительным элементом, разделяющим рабочую полость вентиля и окружающую атмосферу. Это уплотнение прижимается к верхнему фланцу корпуса 1 крышкой5.Впрямоточномвентиледанной конструкции отсутствует сальник, что позволяет существенно уменьшить его габаритные размеры. Перекрытие прохода достаточно герметично. Ось

269

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

заключается в том, что уплотнение (золотник и седло) оказывается под непосредственным воздействием усилий, действующих на патрубок со сторонытрубопровода.Этопринеправильноммонтажеможетдостаточно легко нарушить герметичность вентиля. Кроме того, привод развивает достаточно большое усилие, необходимое для герметизации прохода, поэтому шпильки, соединяющие патрубок с корпусом, воспринимают значительную суммарную нагрузку.

Оригинальность такого конструктивного решения заключается и в том, что прямоточный вентиль легко можно превратить в угловой. Дляэтогодостаточнопереставитьпатрубок,какпоказанонарис.2.165б.

Интереснымявляетсятакжеиконструктивноерешениесальникового устройства, исключающее применение нажимного фланца для затягивания набивки сальника. Его роль выполняет гайка 7, одновременно служащая направляющей для шпинделя и элементом, предохраняющим от попадания грязи в резьбовую часть шпинделя.

270

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

пленакрышка4,отлитаявместесостойкой.Настойкекрепитсяходовая гайка 6 и сальник 5. Набивка сальника состоит из уплотнительных колец.Ходоваягайкапредохраняетсяотвращениявокругосиприпомощи винтов. В этой конструкции седло заменяется уплотнительной, поверхностью,полученнойобработкойперемычкикорпуса.Тарельчатыйзолотник2соединенсошпинделем3.Этопредотвращаетвращениезолотника в закрытом положении затвора. Маховик закрепляется на шпинделе.

Недостаток вентиля — отсутствие сменного седла в корпусе. При износе уплотнительной кромки и потере герметичности требуется механическая обработка корпуса. Это достаточно сложно в условиях эксплуатации, особенно если вентиль с большим условным проходом.

Междупатрубкамипроходитреброжесткости,котороевоспринимает изгибающие усилия от трубопроводов при монтаже вентиля. Приведенная конструкция незначительно отличается от других конструкций угловых запорных вентилей. Эти различия касаются в основном затвора, сальниковых устройств и расположения системы винт-гайка.

Диафрагмовые вентили

Диафрагмовым (или мембранным) называется вентиль, у которого запорный элемент — эластичная диафрагма (мембрана), перекрывающая проход. Диафрагмовые вентили предназначены для перекрывания потоков сред при невысоких температурах (до 100…150 °С) и невысоких рабочих давлениях. К преимуществам вентилей относятся: простота конструкций; отсутствие сальника, зон застоя и карманов; невысокое гидравлическое сопротивление; небольшие габаритные размеры и масса.

Основной недостаток вентилей этого типа — относительно небольшой срок службы мембраны. Применение мембраны в качестве запорногоэлемента,которыйодновременнослужитидляразделениярабочей полости вентиля с окружающей атмосферой, исключает необходимость

всальниковом устройстве, что существенно упрощает конструкцию. Однако, учитывая, что обычные мембраны не в состоянии «совершать» большой ход, в рабочей полости корпуса в месте перекрытия потока предусматривают значительное сужение потока. Это существенно увеличивает гидравлическое сопротивление корпуса. Наконец, появляется и проблема полного исключения вращательного движения тарелки во избежание «скручивания» мембраны, которое может привести к ее разрыву. При этом маховик соединяется ходовой гайкой, а шток совершает поступательное движение. Одновременно предусматриваются и аварийные устройства, сохраняющие герметичность вентиля

вслучае разрушения (прорыва) мембраны.

271

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Мембранные вентили часто выпускают с футеровкой внутренних поверхностей корпуса резиной, полиэтиленом или эмалированными.

Сильфонные вентили

Сильфонными называют вентили, в которых в качестве уплотнительного элемента, разделяющего рабочую полость и окружающую атмосферу в месте выхода шпинделя, используют сильфоны.

Сильфонные вентили (рис. 2.168) предназначены для работы в средах, утечка которых в окружающую атмосферу недопустима из-за ее высокой стоимости, агрессивности, токсичности, взрывоили пожароопасности, ядовитости и др. Основные преимущества сильфонных вентилей — полное исключение утечки рабочей среды и надежность уплотнительного элемента.

К недостаткам, общим для всех конструкций сильфонных вентилей, относятся высокие сложность и стоимость конструкции; трудность ремонта в условиях эксплуатации и большая величина усилия, необходимого для перекрытия потока.

Сильфонные вентили должны удовлетворять требованиям:

1)в целях исключения разрушения сильфона шпиндель должен совершать только поступательное движение, вращение его вокруг оси недопустимо;

2)в крышке должно быть предусмотрено дополнительное аварийное сальниковое устройство, препятствующее утечке среды из рабочей полости вентиля в случае усталостного разрушения сильфона;

3)шпиндель должен быть надежно связан с сильфоном;

272

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

затвора в вентилях с подачей среды под золотник сильфонный узел при закрытом проходе должен находиться в свободном (несжатом) состоянии. В конструкции такого вентиля учитываются все требования, предъявляемые к сильфонным вентилям. Наибольший интерес представляет узел сильфона 5 и конструктивное решение узла соединения шпинделя с золотником 1.

Вентильсостоитизлитогокорпуса2,накоторомзакрепляетсякрышка 7. Уплотнение и центрирование между крышкой и корпусом осуществляются при помощи фланца промежуточного корпуса 4, внутри которогосмонтировансильфон 5,которыйсоднойсторонысоединенсо шпинделем 9, а с другой — приварен к верхней части промежуточного корпуса 4. Последний, таким образом, является защитой сильфона от механических повреждений при эксплуатации вентиля и препятствует

273