О перспективах применения запорных шаровых кранов и дисковых поворотных затворов...

Издание: ТПА №:
2
Год:
2017

Авторы

Апарин Е.Л., заместитель генерального директора ООО «НПФ «РАСКО», к.т.н.

     За последние десятилетия развития рынка газовой запорной арматуры широкое распространение получили шаровые краны (КШ). Именно в эти годы КШ различных конструкций и изготовителей стали широко использовать взамен вентилей, затворов и задвижек устаревших конструкций. Это обеспечило резкое повышение надежности и безопасности эксплуатации, как самой арматуры, так и систем, в которых она устанавливалась, прежде всего – за счет обеспечения необходимых требований по герметичности и увеличению срока службы КШ, по сравнению с применявшимися ранее аналогами. Однако наряду с КШ в качестве запорной арматуры широкое применение находят также поворотные дисковые затворы (ЗД).

Так что же лучше, на какой тип арматуры следует ориентироваться проектировщикам и потребителям газораспределительного оборудования?

     Однозначно ответить на этот вопрос достаточно сложно, так как все зависит от решаемых задач, условий эксплуатации и сложившихся предпочтений проектировщиков газораспределительных сетей и установок (ГРУ). Производители трубопроводной арматуры отвечают на этот вопрос по-своему, стараясь не ограничиваться выпуском только одного типа запорной арматуры и предлагая потребителям как шаровые краны, так и дисковые затворы. Для ответа на поставленный вопрос воспользуемся критериями, сформулированными ранее в статьях [1, 2], на примере продукции компании АДЛ, выпускающей и запорные поворотные затворы, и шаровые краны одновременно. При этом под запорной будем понимать трубопроводную арматуру, обеспечивающую в закрытом состоянии перекрытие трубопровода с обеспечением необходимого класса герметичности (для определенности – класса герметичности А по ГОСТ 9544, при котором протечки жидкости или газа через закрытую ТПА не допускаются).

Технические характеристики поворотных затворов «Гранвэл» представлены в таблице 1.

Наименование
Тип ЗПНС ЗПНЛ
Условный проход, DN 25—1400 25—1400
Корпус Чугун серый Чугун высокопрочный
Диск Чугун высокопрочный Нержавеющая сталь
Седло/уплотнение NBR NBR
Привод Рычаг/РедукторПневмопривод/Электропривод Рычаг/РедукторПневмопривод/Электропривод
Температура, 0С –10 …+85 –10 …+85
Давление, PN 16 10; 16

В таблице приведены складские позиции. Под заказ возможно исполнение с корпусом из стали или нержавеющей стали ЗПСС, температурой до – 40 0С.

 

Технические характеристики полнопроходных шаровых кранов «Бивал» представлены в таблице 2.

Наименование
Серия 15 15 15
Давление, PN 40 40 25
Условный проход, DN 15-50 15-1200 15-1200
Корпус Сталь углеродистая Сталь углеродистая Сталь углеродистая
Шар Сталь нержавеющая Сталь нержавеющая Сталь нержавеющая
Материал уплотнения PTFE+C;  NBR PTFE+C;  NBR PTFE+C;  NBR
Присоединение Резьба/резьба
Фланец/фланец
Сварка/сварка Фланец/фланец
Привод Рукоятка, голый шток Рукоятка, голый шток Рукоятка, голый шток
Температура, 0С:
- окружающей среды
- рабочей среды
–45 … +40
–40 … +80
–45 … +40
–40 … +80
–45 … +40
–40 … +80

 

Результаты сравнения, проведенного с использованием основополагающих критериев оценки, представлены в таблице 3.

№ п/п Критерии оценки Шаровые краны Дисковые поворотные затворы
1 Массогабаритные
характеристики
Масса - +
Габариты - +
2 Стоимость   - +
3 Рабочая
температура, 0С
-20 … +85 + +
-40 … +60 + +
4 Рабочее давление,
МПа
До 1,6 + +
Более 2,5 + -
5 Пропускная способность + -
6 Срок службы + +
7 Простота обслуживания - +
8 Периодичность обслуживания + -

     Из представленной таблицы 3 видно, что ЗД существенно превосходят КШ по массогабаритным показателям и стоимости, особенно в сравнении с КШ фланцевого исполнения. Это связано с тем, что ЗД имеют в несколько раз меньшую строительную длину и устанавливаются преимущественно между фланцами подводящего и отводящего трубопроводов, благодаря чему значительно сокращаются осевые размеры установки, а также габариты и масса ГРУ. В большей степени это относится к шкафным ГРУ, а также к установкам, размещаемым в условиях ограниченного пространства, например, на судах или подвижном транспорте. Сокращаются не только габариты и масса, но и стоимость как за счет применения более дешевых ЗД, так и за счет снижения затрат и материалов на изготовление самих шкафных установок. Особенно явно это проявляется при применении ЗД с диаметром условного прохода от 100 мм и более.

     Однако сказанное справедливо лишь по отношению к ЗД и ГРУ общепромышленного применения, эксплуатируемых внутри отапливаемых помещений или в условиях ограниченных отрицательных температур. Это связано с физическими свойствами применяемых уплотнительных материалов. Обычно в ЗД, работающих на природном газе, в качестве уплотнительного материала используется синтетический бутадиен-нитриловый каучук (NBR). Значение минимально допустимой температуры эксплуатации дисковых поворотных затворов с применением NBR, как например, «Гранвэл» (Компания АДЛ, Россия), SEAGULL (Испания), VPN Текфлай (TECOFI, Франция) и ряда других -40 0С, в то время как у шаровых кранов «Бивал» и аналогичных, выпускаемых другими производителями, минимально допустимая температура эксплуатации составляет -45 0С, а в специальном хладостойком исполнении -60 0С. Данное обстоятельство является основным ограничением по применению ЗД в шкафных газораспределительных установках, работающих на природном газе в условиях холодного климата средней полосы России, Крайнего Севера и Западной Сибири без наличия обогрева или в исполнении ПГБ. Компания АДЛ так же производит трехэксцентриковые затворы «Стейнвал» с применением уплотнений на основе металла и графита. Однако следует отметить, что основная задача, стоявшая при разработке таких ЗД, состояла в первую очередь в увеличении рабочих температур до +200…+300 0С, нежели в обеспечении работоспособности при экстремально низких  температурах.

     Что касается максимального рабочего давления и допустимого перепада давлений на запорном органе (шаре или диске), то и здесь КШ имеют  безусловное преимущество. Максимально допустимое рабочее давление КШ составляет 2,0 МПа и более, в то время, как у ЗДэтот параметр не превышает 1,6 МПа, а у ЗД с большими диаметрами условного прохода - и того меньше. Правда, в газораспределительных сетях среднего и низкого давления этот параметр не имеет решающего значения.

     Пропускная способность полнопроходных КШ в открытом положении также выше, чем у ЗД. Это объясняется тем, что даже в полностью открытом положении запорный орган (диск) ЗД создает сопротивление потоку рабочей среды, уменьшая пропускную способность (Кv) по сравнению с КШ, примерно, на 10-15%.

    Срок службы, например, лучших шаровых кранов «Бивал» достигает 25 лет без проведения капитального ремонта. ЗД с седловым уплотнением из NBR также имеют большой срок службы, но при условии замены раз (в зависимости от интенсивности эксплуатации) седлового уплотнения (манжеты) и уплотнения штока. И хотя замена седла и уплотнительных колец занимает не слишком много времени и не требует специального оборудования и высокой квалификации обслуживающего персонала, это все же связано с дополнительными затратами на проведение работ и остановку оборудования.

Дополнительно хотелось бы отметить следующие конструктивные особенности шаровых кранов «Бивал»:

-  наличие хладостойкого исполнения, обеспечивающего работоспособность при температуре до -60 0С;

-  оптимальные значения моментов открытия-закрытия шарового крана;

- уплотнение по шару с системой двойного прижима;

- наличие огнестойкого исполнения шарового крана, гарантирующего перекрытие потока  при пожаре;

- возможность аварийного ввода уплотнителя в узел штока и седлового уплотнения при разрушении;

- автоматический съем статического заряда (антистатическая конструкция);

- DBB (double block and bleed) - систему двойной блокировки и сброса давления;

- оригинальную конструкцию штока с защитой от «выброса» и с заменяемыми уплотнениями.

На основании изложенного можно констатировать:

  1. Наиболее перспективной областью применения дисковых затворов ЗД остаются ЖКХ, теплоэнергетика, гидротехнические сооружения, химическая и пищевая промышленность, газораспределительные установки низкого давления в условиях ограниченных температур (-25…+150 0С), давления до 1,6 МПа и диаметров условного прохода DN-25…1400.
  2. Для шаровых кранов КШ наиболее целесообразной сферой применения являются газораспределительные установки в шкафном и блочном исполнении, ГРУ высокого давления и газоперекачивающие станции, магистральные нефтепроводы и газопроводы в условиях низких температур (до -45 0С и ниже), давлений более 1,6 МПа, диаметров условного прохода DN-10…500.
  3. Шаровые краны КШ «Бивал», как обладающие высокими техническими показателями и отвечающие в полной мере предъявляемым требованиям, могут быть рекомендованы для широкого применения в газораспределительных сетях и установках.

Литература:

  • Золотаревский С.А., Апарин Е.Л. «Шаровые краны или дисковые поворотные затворы: что лучше?» – Трубопроводная арматура и оборудование, 2011, №6, с. 69.
  • Золотаревский С.А., Апарин Е.Л., «О перспективах применения дисковых поворотных затворов в шкафных газораспределительных установках» – Ежегодный сборник научно-технических статей, выпускаемый ООО «ЭЛЬСТЕР Газэлектроника», 2012 г.