Арматура трубопроводная: применение и разновидности

Трубопроводная сеть любого назначения – это серьезная инженерная конструкция, в которой каждая деталь несет на себе определенную функциональную нагрузку, отвечает за качество, безопасность, бесперебойность работы сети. Но магистраль не состоит из одних лишь труб, необходима еще и арматура. Конструкционное решение таких деталей по сложности, материалу изготовления (сталь, чугун, латунь, пластик), видам и назначению разнообразны. Она используется для стальных, металлопластиковых, полиэтиленовых, полипропиленовых систем. Широкий ассортимент этих изделий классифицирован, что помогает разобраться с пониманием вопроса трубопроводная арматура: что это такое?

Каждый трубопровод оснащается разными видами арматуры — запорной, регулирующей и прочей

Классификация трубопроводной арматуры

Что же такое — «арматура трубопроводная»? Это механизм, работа которого заключается в изменении сечения проводящего просвета трубопровода с целью организации движения (регулировка, отключение, смешивание, сброс, распределение) одного или нескольких потоков жидких, газообразных, порошкообразных веществ, согласно техническим параметрам давления, температуры, мощности, направления и физико-химического состояния рабочей среды. Классификация довольно обширна, такие элементы делятся по разным критериям.

1. По выполняемым функциям:

• запорная – герметично перекрывает движение вещества в магистрали в момент закрытия, также обеспечивает проходимость без сопротивления при открытии механизма (кран, вентиль, заслонка, задвижка). Необходимость в данном процессе возникает периодически по техническим требованиям. К запорным относится элемент для спуска рабочей среды из емкости или поступления в контрольно-измерительные приборы;
• регулирующая – позволяет менять параметры температуры, давления, напора, уровня, расхода транспортируемого вещества (вентиль, самодействующий клапан, конденсатоотводчик, регулятор уровня). Редукционная или дроссельная арматура трубопроводов регулирует давление посредством гидравлического сопротивления;
• предохранительная – автоматически срабатывает на открывание клапана при давлении, превышающем норму, во время чего происходит сброс избытка проводимой массы (предохранительный клапан, мембранный предохранитель, перепускной клапан);
• защитная – отключает оборудование, участок трубопровода при аварийном изменении показателей проводимого вещества или блокирует обратный ток рабочей среды, защищая трубопровод и оборудование от аварийных ситуаций (обратный клапан, пневмозадвижки, отсечный клапан);
• фазоразделительная – разделяет проводимую среду, находящуюся в разных фазах состояния (удаление конденсата, масло/газо/воздухоотделение);
• распределительно-смесительная – распределяет поток вещества в заданных направлениях, либо смешивает потоки в единый (распределительный кран/клапан, смеситель, трехходовая арматура);
• контрольная – определяет уровень, движение проводимой массы (датчик уровня, пробко-спускные краны).

Контрольная арматура позволяет следить за температурой, давлением и прочими параметрами работы трубопровода

2. По способу управления:

• управляемая – приводится в действие посредством манипуляции вручную или с помощью механического (пневматического, гидравлического, электрического, электромагнитного) привода. Дистанционное управление может осуществляться отдельно установленным от трубопроводной арматуры приводом, соединяемым подшипниками, валами, тросом, зубчатыми колесами. Большая часть изделий, рассчитанная на трубы Ø не более 400 мм, управляется ручным приводом, процесс отличается медлительностью и приложением значительных усилий;
• автоматическая – действует автономно под влиянием рабочей среды или с помощью устройств автоматического срабатывания.

3. По способу соединения с трубопроводом:

• муфтовый – соединение муфтой с резьбой внутри, применим к Ø не более 80 мм и рабочему давлению 10 атм, подходит для металлопластиковых, полиэтиленовых, полипропиленовых трубопроводов;
• фланцевый – прочное соединение с болтовой стяжкой, фланцевая стыковка может многократно разбираться и собираться для ремонта, прочистки арматуры. Необходим периодический контроль креплений, так как они могут ослабевать;
• под приварку – детали стыкуются сварочным швом в раструб или встык, считается самым надежным и герметичным, применяется для проводимости опасных веществ. Соединение может быть дополнено подкладным кольцом, чтобы исключить перекос стыковки деталей, такой способ используют при прокладке трубопроводов для АЭС;
• цапковый – способ соединения элементов небольшого размера, работающей под высоким давлением (КИПиА), посредством присоединительных патрубков с наружной резьбой и буртиком;
• штуцерный – используется для арматуры Ø не более 15 мм в лабораторных трубопроводах. Соединение резьбовое.

Фланцевое соединение относится к разборным креплениям; арматуру, установленную таким методом, легко обслуживать и заменять

4. По способу герметизации:

• сальниковая – достигается уплотнением контакта штока и шпинделя сальниковой набивкой (шнуры из асбестовых или пеньковых волокон, пропитанные герметизирующим составом, фторопластовая набивка);
• мембранная – уплотнение за счет мембраны (упругий эластичный диск), которая зажимается между крышкой и корпусом арматуры;
• сильфонная – подвижные элементы уплотнены сильфонным узлом (гофрированная трубка);
• шланговая – в конструкцию арматуры включен эластичный шланг, который пережимается, герметично отсекая поток.

5. По области применения:

1. специальная – изготавливается на заказ с определенными требованиями для выполнения специфических задач. Арматура трубопроводная такой разработки используется в лабораторных исследованиях, испытаниях, оборонном комплексе, АЭС;
2. общего назначения – изделия серийного выпуска, которые широко используются в промышленности, системах ЖКХ (водопровод, отопление), других производственных отраслях. К ним относятся:
3. пароводяная – широко применяется во всех сферах, где трубопровод работает с водой, рассчитана на различный спектр диаметров и рабочего давления;
4. газовая – применима к трубопроводам газоснабжения с требованиями для пожароопасной, взрывоопасной среды. Отличается прочным, герметичным соединением;
5. нефтяная – устойчивая к агрессивной среде арматура, устанавливаемая на трубопровод с нефтяным потоком или нефтепродуктами;
6. химическая – разрабатывается из материалов, устойчивых к окислению, для трубопроводов химической промышленности с очень агрессивной рабочей средой;
7. энергетическая – вид трубопроводной арматуры, сопряженной с работой энергетических котлов, установок, турбин с повышенным давлением (более 300 атм) и температурой пара (более 500оС);
8. судовая – применяется на флоте, судостроении, морских сооружениях в условиях работы с нестабильным положением и суровым морским климатом;
9. резервуарная – монтируется на емкостях для сброса наполняющей среды (дренажная арматура), имеет один присоединительный патрубок.

10. По типу перемещения рабочего механизма выделяют такие виды трубопроводной арматуры:

• кран – запирающий элемент, имеющий тело вращения, перемещается, вращаясь вокруг своей оси с произвольным расположением относительно направления потока;
• задвижка – элемент регулировки или запора перемещается перпендикулярно направлению потока, имеет крайние положения откр. и закр.;
• затвор (заслонка, герметичный клапан) – дисковидный элемент затвора вращается вокруг своей оси перпендикулярно или под углом относительно потока;
• вентиль (запорный клапан) – тело запирания и регулировки посажено на шпиндель, перемещается параллельно потоку возвратно-поступательно, перекрывая сечение в горизонтальной плоскости. Работает с газообразной и жидкой средой, бывает клапанный и шаровый.

В зависимости от типа, задвижки и вентили могут работать с газообразной или жидкой средой

7. По условному давлению:

• вакуумная – изолирует часть или всю вакуумную камеру от системы откачки для управления последовательности процесса откачки;
• абсолютного давления (до 0,1 МПа) – применимы в оборудовании для измерения абсолютного давления среды трубопровода;
• малого давления (до 1,6 МПа) – бытовые металлопластиковые, полиэтиленовые, полипропиленовые водопроводы и системы из стали;
• среднего давления (до 10 МПа):
• высокого давления (до 100 МПа);
• сверхвысокого давления (более 100 МПа).

8. По рабочей температуре:

• криогенная (-150оС и ниже);
• холодильного оборудования (от -60оС до -150оС);
• низкой температуры (от -20оС до -60оС);
• средней температуры (до 400оС);
• высокой температуры (до 600оС);
• жаростойкие (600оС и выше).

Типы запорных механизмов

Промышленная арматура подразделяется на несколько основных групп, различающихся по конструкции запорного механизма:

• Задвижки.
• Клапаны.
• Краны.
• Вентили.

Задвижки

Задвижки — тип запорных устройств, у которых запирающая деталь в момент остановки потока совершает движение в перпендикулярной плоскости относительно его центральной оси. Изготавливаются эти виды арматуры из конструкционной стали, латуни и чугуна в диапазоне диаметров от 15 до 2000 мм, выдерживают рабочее давление до 25 МПа и температуру до 565 ºС. Затвор задвижек может иметь форму клина, диска (одного или двух) или прямоугольной пластины (шибера). Ходовой узел подобных устройств бывает выдвинут за пределы корпусных деталей (выдвижной шток) или находится в рабочей среде (невыдвижной шток).

Клапаны

Клапаны оснащены затвором в форме плоской тарелки или конусной иглы, перемещающимся при срабатывании устройства возвратно-поступательно параллельно оси проходного отверстия. Первые называются тарельчатыми, вторые — игольчатыми. Клапан может иметь не только одно, но и два седла, которые перекрываются соответственно двумя тарелками.

Краны

У крана запирающий элемент выполнен в виде тела вращения со сквозным отверстием, предназначенным для прохода потока. Затвор такой арматуры может вращаться вокруг своей оси, в тот момент, когда ось отверстия совпадёт с осью трубопровода, кран будет в открытом положении, пропускать через себя поток рабочей среды. При перпендикулярном положении оси отверстия к оси импульсной линии — кран закрыт. Сама запирающая деталь может иметь форму усечённого конуса, цилиндра или шара.

Вентили

Вентилями называют регулирующие и запорные клапаны с резьбовым шпинделем, который выполняет функцию элемента, передающего усилие от исполнительного механизма. Проходное отверстие у подобных устройств перекрывается в горизонтальной плоскости.

Арматура трубопроводная фланцевая

Фланцы, дополняющие арматурную конструкцию – это элементы крепления в виде металлических плоских колец или дисков с отверстиями по периметру. Сквозь отверстия продетые болты, либо шпильки затягиваются, обеспечивая надежное соединение. Фланцевая арматура – совокупность разного вида трубопроводных изделий с данным типом стыковки, она распространена в установках, работающих с широким диапазоном давления и температуры.

Фланцевая арматура может быть изготовлена из стали, она может работать в широком диапазоне давления и температуры

Возможность разобрать крепление позволяет произвести ревизию или ремонт арматуры и трубопровода. Конструкция, размеры, требования арматурных фланцев соответствует ГОСТ. Являясь частью арматурного корпуса, фланцы отливают из чугуна (серый, ковкий) или стали. На трубы аналогичный фланец приваривают.

Предельные параметры работы арматуры из чугуна и стали внутренних сетей приведены в таблице №1.

Таблица 1

Предельное значение Øу, мм	Материал	Рабочее давление, атм	Рабочая температура, оС
200,0	Чугун серый	2,4; 12,5	Любая; 300
300,0	Чугун серый	7,8	300
400,0	Чугун серый	12,5	200
500,0	Чугун серый	4,8; 12,5	300; 150
600,0	Чугун серый	7,8	150
80,0	Чугун ковкий	38,7	400
100,0	Чугун ковкий	24,2	300
любой	Сталь	62,0	450

Важно! Установка арматуры из ковкого чугуна на трубопровод надземной укладки не допустима при температуре -30оС, а из серого чугуна -10оС, она заменяется стальной.

Фланцевая арматура применяется для труб диаметром от 50 мм, имеет внушительные размеры и вес. Ей не страшны перепады давления, температура рабочей среды может достигать 400оС, подходит любое положение в пространстве.

Маркировка и требования стандартов

В нашей стране для обозначения основных данных арматуры принято использовать маркировку из 6 элементов — цифровых и буквенных кодов:

• Первые две цифры обозначают тип арматуры (задвижка, вентиль, заслонка).
• Следующие за ней буквы — вид материала корпусных деталей (чугун, сталь, алюминий, бронза).
• Первая цифра за буквами — тип привода (механический, пневматический, электрический).
• Две последующие цифры — номер трубопроводного изделия по каталогу ЦКБА.
• Одна или две буквы — вид материала для уплотнительных прокладок.
• Последующее буквенное обозначение — тип покрытия внутренних поверхностей корпуса.

Пример маркировки арматуры: 30с41нж Дy150 — задвижка стальная, номер модели — 41, уплотнительные детали из нержавейки, номинальный диаметр 150 мм.

ГОСТы

Технические условия производства ТА регламентирует ГОСТ Р 55018-2012.

Требования к основным параметрам трубопроводной арматуры указаны для:

• Задвижек — в ГОСТ 9698 и ГОСТ 28308.
• Запорных клапанов — в ГОСТ 9697 и ГОСТ 28291.
• Регулирующих — в ГОСТ 12893 и ГОСТ 23866.
• Арматуры предохранительного типа — в ГОСТ 31294.
• Дисковых затворов — в ГОСТ 12521.
• Шаровых и конусных кранов — в ГОСТ 9702.
• Обратных затворов и клапанов — в ГОСТ 27477, ГОСТ 22445 и ГОСТ 28289.

Соединительная арматура трубопроводов

В процессе монтажа трубопровода возникает необходимость соединения труб различающихся материалов (из стали, металлопластиковых, полиэтиленовых, полипропиленовых) и значений диаметра между собой или должен быть встроен фланцевый элемент в состав сети на участке особой важности, где возможна аварийная ситуация. В данном случае используется соединительная арматура – вспомогательные детали стыковки (фланцевые адаптеры, хомуты, соединительные муфты, заглушки, отводы, крестовины, тройники), не имеющие в своей конструкции запорно-регулирующего механизма.

Стальные соединительные элементы подходят к любым типам трубопроводов, так как прочны и способны выдерживать высокие нагрузки

Такая арматура позволяет производить быстрый, прочный монтаж, замену деталей, ревизию и ремонт трубопровода. Способ соединения выбирают для каждого вида труб по назначению. Стыковка для металлопластиковых труб предпочтительна обжимная, а для полипропиленовых – сварная. Стык получается добротный, герметичный, долговечный. Диаметр соединительной арматуры варьируется от 25 до 2021 мм, номинальное давление от 1 МПа до 4 МПа. Материал изготовления: чугун, сталь, пластик. Тип соединения – резьбовой, фланцевый, обжимной.

Соединительная трубопроводная арматура из нержавеющей стали особенно прочна, устойчива к агрессивным средам, коррозии, температуре, износу, поэтому незаменима в химической, нефтегазовой, пищевой, фармацевтической промышленности, а так же АЭС.

Из каких материалов производится

Основным требованием, предъявляемым к корпусу трубопроводной арматуры, является высокая прочность. На него в первую очередь воздействуют механические напряжения, связанные с параметрами транспортируемого вещества, монтажные усилия и динамические нагрузки, возникающие при работе подвижных узлов и деталей в его полости. Поэтому для изготовления корпуса чаще используют разные виды металлов, реже полимерные материалы, керамику и стекло.

Изделия с пластмассовым корпусом стоят недорого, но их прочностных характеристик недостаточно для работы на трубопроводах под высоким давлением. Редкие же виды арматуры из стекла и керамики инертны по отношению к агрессивным средам, поэтому используются для многих технологических процессов химических производств.

Из металлов для изготовления трубопроводной арматуры первоначально использовали цветные — латунь, свинец, бронзу. Это стойкие к коррозии, податливые и лёгкие в обработке материалы. Изделия из них долго служат, обладают привлекательным внешним видом.

Но чаще корпус промышленной арматуры делают:

• Стальным — из обычной углеродистой, легированной, нержавеющей, жаропрочной стали.
• Чугунным — из серого (СЧ), ковкого (КЧ) или высокопрочного чугуна с включением шаровидного графита (ВЧ).

Арматура со стальным корпусом может использоваться для эксплуатации при значительном уровне давления и в более широком температурном диапазоне, чем с чугунным корпусом. Однако изделия из чугуна дешевле.

Существуют также разновидности трубопроводной арматуры, корпусные детали которой изготовлены из алюминия и титана.

Уплотнительные поверхности могут штамповаться из эластичных материалов (резины, фторопласта, эбонита, тефлона), а также формироваться напылением медных или стальных сплавов. Смазки для трубопроводной арматуры изготавливаются на основе нефтепродуктов.

Нержавеющая трубопроводная арматура

Применение нержавеющей стали позволило получить качественно другой вид изделий, не взаимодействующих с рабочей средой (без изменения ее свойств). В пищевой промышленности такие детали трубопровода незаменимы, они экобезопасны, химически инертны, устойчивы по всем параметрам.

Арматура из нержавеющей высоколегированной стали (фланцевая, соединительная, краны, затворы, клапаны, конденсатоотводчики) включается в нержавеющий трубопровод, транспортирующий питьевую воду, молокопродукты, масла, алкоголь с возможностью очищения системы после цикла производства. В пивоваренной и винодельческой промышленности нержавеющие детали составляют системы с регулировкой температуры, давления, распределения, смешивания.

Конечно, нержавеющие детали применимы и к системам бытовых и промышленных водопроводов, отоплению.

Нержавеющая арматура пригодна для использования в пищевой промышленности, бытовых водопроводных и отопительных системах

Трубопроводная арматура для АЭС

Работа атомной электростанции (АЭС) – сложное энергетическое производство повышенной опасности. Все оборудование должно работать точно «как часы», трубопроводная сеть не исключение. Она содержит большое количество арматуры, агрегатов, КИПиА.

Требования по установке трубопроводной арматуры на АЭС:

• движение рабочей среды должно соответствовать указательной стрелке на корпусе детали;
• запрещается применять арматуру не по назначению (запорную как регулирующую);
• все виды деталей должны иметь свободный доступ;
• арматура высоких температур должна закрываться съемной, разборной конструкцией с теплоизоляцией.

Соединение частей системы со средним и высоким давлением приварное (концы арматуры для АЭС делают под приварку) или фланцевое с наименьшим риском протечек. Материал изготовления – качественная сталь, устойчивая к агрессивной среде, нагрузкам, износу.

Предохранительной и защитной арматуре отводится важная роль. Для недопущения превышения давления, возникновения аварийной ситуации на парогенераторы двухконтурной АЭС устанавливают два предохранительных клапана (импульсные, рычажные, пружинные) — основной и вспомогательный. Обязателен сброс пара в барботер. Вывод дренажа из контуров АЭС осуществляется установленными последовательно двумя вентилями: сначала запорного, следом регулирующего. Запорный открывается полностью. Четко рассчитывается количество и места установки арматуры, применяется сложная система уплотнений в местах высокой радиоактивности среды. Арматура для АЭС после ремонта проходит ряд испытаний на давление с превышением рабочего на 25%.

Арматура для металлопластиковых труб

Вспомогательные детали для металлопластиковых трубопроводов внутренней укладки используют для управления потоком воды или теплоносителя при разводке труб к приборам водопровода, водонагревания, отопления, сливам. Это краны, вентили, затворы, клапаны, задвижки, смесители, регуляторы давления, обратные клапаны, рассчитанные на работу с температурой среды до 95оС и давлением в 16 атм.

При монтаже трубопроводов из металлопластиковых труб чаще всего применяют латунные фитинги

Арматура металлопластиковых трубопроводов, используемых в бытовых условиях, небольшого размера и эстетично выглядит, имеет резьбовое и пресс-соединение, условные обозначения, что значительно упрощает монтаж. Изготавливаются из никелированной латуни, устойчивой к коррозии. Наиболее часто используются различные виды соединительной арматуры и шаровые вентили.

Важно! Выбор арматуры для металлопластиковых труб лучше остановить на проверенном производителе, качественный товар имеет длительный срок эксплуатации.

Арматура для полиэтиленовых труб

Как и в металлопластиковых трубопроводах, арматура для полиэтиленовых труб используется в напорных и безнапорных системах. Самый широкий ассортимент у соединительных элементов для зажимного, сварного или фланцевого соединения. Сварное соединение полиэтиленовых изделий считается самым надежным, герметичным, составляет единое литое тело.

Регулировка движения потока среды данных трубопроводов осуществляется с помощью полиэтиленовых (ПНД) или латунных кранов, вентилей, заслонок, рассчитанных на давление до 16 атм и температуру потока 45 — 80оС (горячее водоснабжение), не подверженных коррозии. Шаровые краны, выполненные полностью из полиэтилена, могут подвергаться деформации при несоблюдении температурного режима.

Как обслуживать и ремонтировать

Для выявления неисправностей трубопроводной арматуры периодически осматривают для определения целостности корпуса, герметичности соединений, наличия смазки в электрическом приводе и возможности выполнения ремонта на месте. Если это невозможно, то устройство демонтируют полностью или частично. Чтобы не останавливать работу системы, в трубопровод на время ремонтных работ устанавливают раздвижную вставку, состоящую из куска трубы и двух фланцев, по одному с каждой стороны.

При устранении утечки среды в месте соприкосновения горловины изделия с крышкой или через зазор между корпусом и шпинделем выполняют замену сальниковой набивки. Повреждённый шпиндель можно заменить или отремонтировать путём наварки металла. Трещины в корпусе стальной арматуры завариваются, что невозможно выполнить для чугунных изделий, здесь потребуется замена. В случае обнаружения течи на стыке фланцев выполняют обтяжку фланцевого соединения.

Арматура для полипропиленовых труб

Запорно-регулирующая трубопроводная арматура, виды соединительной арматуры полипропиленовых труб такая же, как и для полиэтиленовых. Рассчитана на давление до 20 атм, температуру среды до 90оС. Многие производители сейчас выпускают модели полипропиленовых элементов с обоймой из никелированной латуни горячей прессовки, которая составляет монолитную конструкцию, устойчивую к тепловому деформированию.

Пластиковые трубопроводы вполне успешно могут функционировать с арматурой, изготовленной из тех же полимеров

Наличие в полипропиленовых соединительных деталях встроенных латунных резьбовых разборных соединений позволяет оснащать пластиковый трубопровод металлической арматурой. Стоимость полиэтиленовых и полипропиленовых вспомогательных деталей значительно ниже металлических аналогов.

Условные обозначения арматуры трубопроводной

Чтобы правильно подобрать арматуру для стальных, металлопластиковых, полиэтиленовых, полипропиленовых и не только трубопроводов применяют условные обозначения – краткое содержание технических параметров детали классификации ЦКБА (Центральное конструкторское бюро арматуростроения). Шифр содержит определенную последовательность буквенных и цифровых значений. Две цифры впереди – вид арматуры, следом одна, две буквы – материал изделия, затем одна, две цифры – порядковый номер арматуры этого вида в каталоге, конечные две буквы – материал уплотнения или внутренняя поверхность изделия, римская цифра – конструктивное исполнение изделия, арабская цифра – конструктивное исполнение различных сред, режима.

Пример обозначения: 15с979нж – запорный клапан из углеродистой стали с электрическим приводом, номер арматуры (79) и уплотнением из нержавеющей стали.

Также используется схематические (графические) условные обозначения для спецификации и детального проектирования системы, разработанные ЦКБА. Обозначения составляю единую систему документации, закрепленную ГОСТ.

Все разновидности трубопроводной арматуры разработаны под определенные условия эксплуатации, они участвуют в бесперебойной и безопасной работе систем различного назначения всех сфер деятельности, делают их более работоспособными.

Методы производства

Существующие технологии производства трубопроводной арматуры обеспечивают неукоснительное соблюдение её геометрических размеров и механических свойств. Для изготовления корпуса применяют методы:

• Ковки.
• Литья.
• Сварки.
• Штамповки.
• Их комбинирование (литоштампосварной, штампосварной корпус).

Стальные корпуса трубопроводных контуров в основном бывают штампованными. Технология изготовления штампованного корпуса заключается в нарезке трубной заготовки, её нагреве до температуры пластичности материала, термопластической деформации на обжимном пуансоне, имеющем форму его внутренней поверхности. Затем с помощью формовочного пуансона выдавливается патрубок. Отформованная таким образом заготовка снимается со штампа, подвергается дробеструйной и механической обработки, нанесению защитного покрытия.

Чугунные же корпуса чаще бывают литыми.