Уплотнение затвора запорной арматуры

Благодаря развитию химических технологий мягкие неметаллические материалы сегодняиспользуют в качестве материалов для уплотнения достаточно широко.

Хотя нельзя не отметить, что намного раньше появилось мягкое уплотнение затвора трубопроводной арматуры, для этого применяли обыкновенную сыромятную кожу уже в древности.

И сегодня она продолжает служить в качестве материала уплотнительной поверхности затвора, но конкурировать на равных с продуктами современных химических технологий ей очень сложно.

Использование неметаллических уплотнительных материалов с низким модулем упругости позволяет обеспечить требуемую герметичность без значительных усилий уплотнения, сопровождающихся дополнительным нагружением узлов трубопроводной арматуры.

ФТОРОПЛАСТ

Это полимер, обладающий уникальными свойствами, который имеет чрезвычайно высокую устойчивость к воздействию химических сред, обладает отличными прочностными, уплотнительными, антифрикционными, диэлектрическими и антиадгезионными свойствами, имеет способность не терять эти свойства в большом температурном диапазоне.

Теоретический задел для получения полимерных материалов был создан фундаментальной наукой еще в XIX столетии. Но начало продолжающегося до сих пор технологического прорыва приходится на 30-е годы XX столетия.

Именно к этому времени относится появление ПВХ (поливинилхлорида) или широко применяемого для изготовления уплотнений трубопроводной арматуры фторопласта (который был получен в 1938 году).

Другое название фторопласта – тефлон (является торговой маркой, зарегистрированной компанией DuPont).

Основные свойства фторопласта: твердость, износостойкость, стойкость к деформации, стойкость к теплопроводности, уменьшение коэффициента трения, стойкость к атмосферным и химическим воздействиям, высокая термостойкость, абсолютная инертность к пищевым и биологическим средам.

Высокая стойкость к химическому воздействию, позволяет фторопластовым изделиям длительно противостоять воздействию солнечной радиации, морского тумана, плесневых грибков. Нейтральность по отношению к органическим и неорганическим реагентам.

Фторопластовые уплотнения можно применять в растворах щелочей и кислот, им не страшны протекания керосина, масла, гидравлических жидкостей, повышенные температуры.

Фторопласт не поддерживает горение, и при удалении его из открытого пламени, его горение прекращается. Температура плавления фторопласта – 327 °С.

Фторопласт применяется при изготовлении:

• уплотнительных систем в виде уплотнительных колец, манжет, как прокладки из фторопласта, для механических и гидравлических устройств, а также плунжерных и поршневых компрессоров;
• емкостей для хранения крови и других изделий в медицинской отрасли;
•  направляющих конструкций для перерабатывающего пищевые продукты оборудования, для загрузочных автоматов и сборочных конвейеров.

Сегодня фторопласт получил чрезвычайно широкое распространение при устройстве уплотнительных поверхностей затворов трубопроводной арматуры. Фторопласт обладает высокой химической стойкостью и почти безразличен к воздействию кислот, щелочей и растворителей.

Он сохраняет свои физико-механические параметры в широком диапазоне температур, имеет низкий коэффициент трения. И при этом экологически безвреден. Есть, правда, один минус – текучесть даже при сравнительно небольших нагрузках.

Для улучшения физико-механических показателей его армируют стекловолокном («углеволокном»).

PEEK

Перспективным материалом для изготовления уплотнений является термопласт PEEK (Poly-etheretherketone или Полиэфирэфиркетон), обладающий высокой износостойкостью и сохраняющий механические свойства при температуре до 300 ℃. Важное качество PEEK – устойчивость к воздействию водяного пара. Его использование позволяет получитьизносоустойчивое и термостойкое уплотнение.

Широкое распространение получили эластомеры –материалы, которые при приложении небольших усилий способны значительно деформироваться, а после снятия нагрузки немедленно возвращаться в исходное положение.

В качестве материала для уплотнений затворов трубопроводной арматуры используются различные резины. Высокой прочностью и хорошей сопротивляемостью к истиранию обладают резины на основе СКН (бутадиен-нитрильного каучука).

EPDM

Преимуществом этого уплотнителя является возможность долгой работы при низких температурах. Диапазон температур среды колеблется от –40 до +130 ℃, при этом сохраняется прочность, воздухопроницаемость и эластичность.

Этот уплотнитель может применяться на довольно агрессивных средах, таких как сильные окислители, слабые кислоты и щелочи, при этом устойчив к тепловому старению.

При работе с обыкновенной и морской водой, горячей водой, сжатым воздухом, алкоголем, органическими и неорганическими кислотами, щелочами, абразивными субстанциями эксплуатация качественного поворотного затвора возможна с длительным сроком – более 5 лет. Устойчив к кислотам и щелочам.

Предназначен для работы с морской водой, разбавленными органическими и неорганическими кислотами, щелочами. Ограничения: сухой воздух, бензин, бутан, пропан. Не рекомендуется использовать это уплотнение (ЕПДМ) с минеральными маслами, растительными маслами и жирами.

Китайские поставщики часто вкладывают в свои муфты и клампы уплотнения из EPDM (черные), т. е. черное уплотнение – это еще один параметр по которому можно отличить европейскую поставку от китайской.

Достаточно широко для изготовления седловых уплотнений применяется EPDM – материал уплотнения, относящийся к синтетическим эластомерам.

Этиленпропиленовый каучук или этилен-пропилен-диен-каучук (аббревиатура EPDM означает «Ethylene Propylene Diene Monomer rubber») отличается хорошими механическими свойствами и может работать в широком температурном диапазоне (от –500 ℃ до +150 ℃). Материал устойчив к высокотемпературным и агрессивным рабочим средам – горячей воде, пару, щелочам. СКЭП (двойной) или СКЭПТ (тройной) этиленпропиленовый каучук – русская аббревиатура.

PTFE

Уплотнения для соединительной арматуры из PTFE чаще устанавливаются на фармацевтических и спиртовых производствах, т. к. уплотнения ПТФЕ (PTFE) обеспечивают предельную устойчивость к средам и минимальное взаимодействие с жидким продуктом, предназначен для работы во всех средах кроме соединений на основе фтора под высоким давлением и температурой. Уплотнение очень популярно, также используется в шаровых кранах.

Низкопробное уплотнение способно вступить в реакцию с жидким продуктом, в результате этого, продукт может поменять свой исходный цвет, либо запах, соответственно, может стать непригодным для использования.

NBR

NBR – материал уплотнения, также являющийся эластомером, только на другой основе (акрил-нитрил-бутадиен-каучуковой). Обладает высокой твердостью и достаточно высокой износостойкостью. В уплотнениях затворов трубопроводной арматуры также используется H-NBR – гидрированный акрил-нитрил-бутадиен-каучук.

Стойкость к истиранию – наиболее важное преимущество данного уплотнения. Может долговременно использоваться на температурном интервале от –20 до 90 ℃, а кратковременно от –35 до 120 ℃.

Трубопроводная арматура с уплотнителем NBR устанавливается на рабочие среды: некоторые виды углеводородов, в том числе с добавками ароматических веществ, нефть, природный газ, метан, бутан, гликоли, морская и обычная вода, воздух минеральные масла, животные и растительные жиры.

Необходимо учитывать, что газопроницаемость у данного уплотнителя довольно высокая, что может приводить к разрыву уплотнителя. 

Уплотнение NBR среди уплотнений для муфт – самое дешевое, а также это самое популярное уплотнение в пищевой промышленности.  Является бюджетным вариантом для молочного и пивного производства.

Выдерживает непродолжительную обработку паром для стерильности до +130 °C. Хорошая стойкость к морской воде, спирту, бензину, пропану, бутану, маслу минеральному.

Ограничения: бензол, эфиры, растворители, углеводороды хлорсодержащие.

Силиконовые уплотнения

Рабочая температура – до +100 ℃, выдерживает кратковременное воздействия водяным паром. Не плохо показывает себя и в холоде. Вполне пригоден в производстве алкоголей. Силиконовые уплотнения сильно расширяются (набухают) в результате взаимодействия с агрессивными жидкостями, например, с эфирами или щелочами.

Среди уплотнений для запорной арматуры (например заслонок) дешевле силикон. Дешевая цена на силиконовое уплотнение обусловлена его слабой устойчивостью к агрессивным средам.

VITON

Это уплотнитель с большим температурным диапазоном– от –20 °C до +200 °C. Применяется для фармацевтического производства. Выдерживает кратковременную обработку паром для стерилизации до +130°C.

Предназначен для работы в среде минеральных и растительных масел, животных жиров, с различными видами топлива.

Ограничения: перегретый водяной пар, растворители (ацетон), муравьиная кислота, уксусная кислота, газы и щелочи на основе аммиака.

Применяется для агрессивных сред. Этот уплотнитель устойчив к растворителям, кроме ацетона, кислотам и щелочам, горючим агрессивным жидкостям и газам при высоких температурах.

Viton – это торговая марка фирмы Du Pont, другие известные торговые марки Tecnoflon, Fluorel, DaiEl.

Прочие уплотнители

Кроме названных выше уплотнителей для трубопроводной арматуры различают фторкаучуки (FKM, FPM), которые могут работать при очень высоких температурах – до 160 ℃, а кратковременно до 250 ℃.

Но их существенным недостатком является низкая стойкость к растворителям, тормозным жидкостям на гликольной основе, не устойчивость к низким температурам и средняя стойкость на разрыв.

Их чаще всего используют на следующие среды: углеводороды, нефть и бензин, минеральные масла и кислоты.

FKM / ФКМ

Фторкаучук обладает исключительной стойкостью к высокой температуре, отличной стойкостью к маслам, бензинам, гидравлическим жидкостям и углеводородным растворителям, имеет очень хорошую газо- и паро- непроницаемость, хорошую стойкость к атмосферным влияниям, кислороду, озону и солнечному свету, обладает высоким коэффициентом огнестойкости.

Сополимеризацией фторсодержащих мономеров получают фторкаучуки (или фторорганические каучуки, фторэластомеры). Присутствие фтора делает их термостойкими и устойчивыми к воздействию многих агрессивных сред. В России применительно к этим материалам используется аббревиатура СКФ.

Читайте также:  Демонтаж перегородок из пеноблоков: особенности выполнения работ

Материал уплотнения FKM (Fluorinated propylene monomer) и FPM (Fluorocarbon) – это разные у различных занимающихся стандартизацией организаций, названия одного и того же продукта.

FKM (FPM) – материал уплотнения, имеющий набор важных качеств: высокую теплостойкость, хорошую износостойкость и стойкость к абразивному истиранию, химическую инертность.

Сегодня ведется интенсивная работа по повышению функциональных возможностей уплотнений трубопроводной арматуры. Без этого добиться обеспечения ее высоких эксплуатационных качеств не получится.

Важным направлением этой работы является создание конструкций комбинированных уплотнений (например, резинометаллических или резинофторопластовых). Чрезвычайно высокими параметрами отличаются многослойные металлографитовые уплотнения.

Важный акцент ставится на разработку новых материалов.

Ведь то, насколько успешно уплотнения справятся со стоящими перед ними задачами, и сколь долго они будут сохранять требуемую работоспособность, во многом зависит не только от конструктивного оформления и качества изготовления уплотнений, но и от используемых для их устройства материалов.

• Более подробная информация представлена в следующих видеороликах:

г. Барнаул, Заводской 9-й проезд, 5г/8.

+7 (3852) 567-734; +7 (3852) 226-927

Дисковый затвор

Дисковый поворотный затвор – вид трубопроводной арматуры с запирающим элементом в форме диска, который вращается вокруг своей оси, расположенной перпендикулярно оси трубопровода. Относятся к неполнопроходной арматуре. 

Все дисковые поворотные затворы являются запорно-регулирующими, то есть ими можно отрегулировать расход рабочей среды с определенной степенью точности. Изменяя расход рабочей среды, мы можем влиять на температуру и на другие параметры.

Но есть исключение – регулирующим не является один тип затвора – двухэксцентриковый фланцевый затвор. Это связано с особенностями конструкции данного изделия. Все остальные затворы являются запорно-регулирующими.

Классификация

По функциональному назначению

1. Запорный   
2. Запорно-регулирующий   
3. Регулирующий

Тип присоединения

По типу присоединения:

1. Межфланцевые (стяжные) – затвор располагается между фланцами трубопровода и сквозными шпильками стягиваются
2. Фланцевые – затворы, которые имеют собственные фланцы и прикручиваются к каждому из фланцев трубопровода
3. Под приварку – затворы с приварным соединением к трубопроводу
4. Муфтовые – соединяются с трубопроводом при помощи муфт  

Материал уплотнения в затворе

Возможные варианты:

1. Эластичное уплотнение   
2. Металл по металлу

Материал седлового уплотнения, с которым контактирует рабочая среда в 90% случаях EPDM (этилен-пропиленовый каучук). Существует огромный список веществ, которым подходит данный материал. 

Второй вариант уплотнения – это NBR (бутадиен-нитрильный каучук). Основное применение – это рабочие среды, где могут быть различные продукты переработки нефти или растительного масла. 

По температуре EPDM идет на достаточно широкий диапазон – это от -25 до +130 градусов. NBR идет на температуру от -15 до +80 C.

Есть еще такой материал как витон. Он обладает отличной химической стойкостью к различным агрессивным средам, имеет достаточно широкую температуру применения до 180 C. 

По типу привода

1. Электрический   
2. Пневматический   
3. Гидравлический   
4. Ручной   
5. Ручной с редуктором   
6. Под дистанционное управление

Кстати, прочтите эту статью тоже:  Виды трубопроводной арматуры

Затворы могут управляться рукояткой на малых диаметрах, где не надо прикладывать большие усилия для открытия-закрытия. С рукояткой они идут до DN 300, но начиная с DN 200, мы уже рекомендуем использовать редуктор.

Второй исполнительный механизм – это, непосредственно, сам редуктор. Редуктор можно поставить начиная от DN 40.

Четверть-оборотный электропривод, который ставится напрямую на фланец затвора.  Напрямую четверть-оборотные электроприводы ставятся до DN 600 включительно.

Что касается затворов больших диаметров, там мы управляем уже через редуктор, если требуется автоматизация, многооборотным электроприводом.

То есть, на сам затвор устанавливается четверть-оборотный редуктор, а на входной вал четверть оборотного редуктора устанавливается многооборотный электропривод, и таким образом, происходит управление.

Это оправдано с экономической точки зрения, потому что для управления большим затвором нужно очень мощный привод устанавливать напрямую, а так мы при управлении через редуктор, используя многооборотный привод менее мощный и более дешевый. 

По положению затвора

По исходному положению ЗЭл (РЭл) затвора:

1. НО – затвор открывается при прекращении подвода энергии, создающей перестановочное усилие   
2. НЗ – затвор закрывается при прекращении подвода энергии, создающей перестановочное усилие

По наличию эксцентриситета

По наличию эксцентриситета:

1. без эксцентриситета
2. двойной эксцентриситет – это смещение поворотной оси диска затвора в двух плоскостях
3. тройной эксцентриситет – помимо смещения поворотной оси, идет изменения геометрии формы диска

Конструкция и материальное исполнение

Конструкция фланцевого затвора с двойным эксцентриситетом

Материалы

Материал изготовления корпуса:

• чугун марки ВЧ40 – при температуре окружающей среды от -25 до +70 С
• углеродистая сталь марки 20Л – при температуре окружающей среды от -40 С 

Материал изготовления диска

• по умолчанию, чугун ВЧ40 с никелевым покрытием
• нержавеющая сталь – для химически агрессивных сред, если не подходит чугун

Крепление диска и вала

Диск затвора крепится к валу через, так называемую, протянутую посадку, через звезду и представляет собой цельный вал в  виде звездочки, к нему крепится диск затвора. Это наиболее надежное соединение вала и диска из всех вариантов, которые представлены на рынке сейчас.  

Штифтовое соединение – обеспечивается малая площадь на срез и такое соединение менее надежно. 

Кстати, прочтите эту статью тоже:  Клапан запорный (вентиль)

• Что касается затворов большего диаметра, то есть DN 350 и выше, вал состоит из двух частей: верхнего штока и нижнего штока, и посадка, то есть крепление диска к валу, идет через через квадрат.
• 
• Любой тип затвора может быть оборудован устройством контроля положения затвора. 

Направление потока

• Существуют затворы, особенно это касается затворов с эксцентриситетами, где необходимо согласовывать направление рабочей среды по стрелке на корпусе. 
• Также, существуют затворы, в которых поток рабочей среды может иметь любое направление (двусторонняя герметичность). 

Цикл открытия-закрытия

Все дисковые поворотные затворы являются четверть-оборотной арматурой. То есть, для того, чтобы совершить цикл открытия-закрытия, нужно пройти путь в 90 градусов. 

Затворы являются неполно-проходной арматурой в отличие от задвижек.

Потому что даже в полностью открытом положении, диск затвора всё равно будет находиться в проходном сечении, он полностью не освободит проход.

 В отличии, например, от задвижки, где мы можем перевести клин в полностью открытое положение, она уйдет в корпус и проход освободится. Задвижка будет полно-проходной арматурой, затвор – неполно-проходной.

Существует характеристика дискового затвора по пропускной способности KV и измеряется в метрах кубических в час [м3/ч].

 В технической документации любой запорно-регулирующей арматуры приведены диаграммы, в которых можно посмотреть параметр КV, в зависимости от определенного угла открытия диска. Измерение KV выполняется в нормальных условиях.

Нормальные условия – это температура рабочей среды 20 С и перепад давления на арматуре в 1 бар или в 1 кгс/см2. 

Подбор затвора

Подбор затвора, чаще всего, зависит от выбора следующих параметров:

1. Материал изготовления корпуса 
2. Материал уплотнения
3. Материал диска

Герметичность

Некоторые затворы имеют класс герметичности А, но чаще ниже. Также, существуют затворы с двусторонней герметичностью.

Двусторонняя герметичность – поток рабочей среды может иметь любое направление. Есть затворы, особенно это касается затворов с эксцентриситетами, где необходимо согласовывать направление рабочей среды со стрелкой на корпусе. Это связано с особенностями конструкции. 

Монтаж

Большая часть затворов может монтироваться только на воротниковые фланцы, это связанно с полноценным обжимом манжеты. Монтаж на плоские фланцы запрещен, за исключением вот ограниченной серии затворов, которые имеют широкую манжету.

Кстати, прочтите эту статью тоже:  Виды трубопроводной арматуры

Основное рекомендуемое монтажное положение – это расположение оси затвора горизонтально. Потому что, если поставить затвор вертикально, могут образовываться застойные зоны. При монтаже затвора с осью расположенной горизонтально застойных зон не образовывается. В таком положении предпочтительно ставить затворы любого диаметра, вплоть до самых больших 1000, 1200 мм.

Но не всегда можно смонтировать затвор таким образом. Поэтому затворы малых диаметров, до DN 350 включительно, допускается установка вертикально, исполнительным механизмом вверх или с отклонением от вертикальной ости +- 90С. Но установка исполнительного механизма вниз образом не допускается ни для одного из типов затворов.

Преимущества

К преимуществам затворов стоит отнести:

1. Относительно малые габариты
2. Небольшой вес 
3. Совмещение функций запорной и регулирующей арматуры.
4. Конструкция – простота ремонта и замены уплотнений
5. Наличие больших диаметров

Особенно малыми габаритами и весом обладают межфланцевые затворы. Например, задвижка имеет гораздо больший вес и габариты. 

Недостатки

Основные недостатки:

1. В открытом положении запирающий элемент в форме диска перекрывает часть проходного сечения, что ухудшает гидравлические характеристики трубопровода и затрудняет его механическую очистку и диагностирование
2. Высокое гидравлическое сопротивление при повороте диска. У затворов больших диаметров DN 350 и выше – для открытия и закрытия запирающего элемента требуется преодолевать большое гидравлическое сопротивление.

Это обусловлено именно конструкцией запирающего элемента. То есть, у задвижки, например, клин движется перпендикулярно потоку рабочей среды, соответственно гидравлическое сопротивление и усилие, которое нужно приложить для открытия и закрытия задвижки – значительно меньше, чем то усилие, которое нужно приложить для открытия-закрытия затвора.

Поэтому все изделия, начиная от DN 200 рекомендуется укомплектовывать редукторами либо электроприводами.

Орггазнефть, ООО. Трофимов Е. В. Инновационный способ поддержания герметичности шаровой запорной арматуры на весь период ее функционирования на магистральных газопроводах

Орггазнефть, ООО. Трофимов Е. В. Инновационный способ поддержания герметичности шаровой запорной арматуры …

• В статье представлены итоги почти тридцатилетней работы по разработке, испытаниям и применению различных типов уплотнительных паст для поддержания эксплуатационной герметичности шаровой запорной арматуры на весь период ее использования на магистральных газопроводах (МГ).
• Исследования опытных образцов паст на стендах, длительные испытания опытных партий на КС и ЛЧ показали, что эту задачу выполняют высоковязкие неотверждающиеся уплотнительные пасты с определенными значениями параметров пенетрации, коллоидной стабильности и обладающие хорошими смазочными свойствами.
• На основе данных исследований, полученных авторских свидетельств и патентов, изучения зарубежного и отечественного опыта эксплуатации шаровой запорной арматуры на МГ была разработана высоковязкая неотверждающаяся уплотнительная паста 131-435 КГУ, организовано серийное производство девяти ее типов для различных условий эксплуатации арматуры на МГ.
• Также разработаны два типа специальных набивочных устройств для подачи высоковязкой уплотнительной пасты в зону уплотнения затвора шарового запорного крана: ручной, автоматический и пневмомультипликатор.
• Ключевые слова: магистральный газопровод (МГ), трубопроводная арматура (ТПА), герметичность ТПА, высоковязкая уплотнительная паста, «мягкое» уплотнение шарового крана, техническое обслуживание ТПА.

В начале 80-х годов МИНГАЗПРОМ поручил специалистам ПО «Союзоргэнергогаз» (ныне специалисты ООО «Орггазнефть») деятельность по разработке новых эффективных отечественных уплотнительных материалов для запорных кранов импортного и отечественного производства с организацией их промышленного производства и внедрения на газотранспортных предприятиях. Работа выполнялась совместно с Государственным научно-исследовательским институтом химии и технологии элементоорганических соединений Минхимпрома. Также предусматривалась разработка высокоэффективных устройств для набивки уплотнительных материалов в запорную арматуру. Тогда эти работы назывались подбором аналогов, а в настоящее время – импортозамещением.

Обобщение опыта эксплуатации запорной арматуры на МГ позволило выработать определенный набор разрешений, ограничений, запретов и обязательных технологических процедур, включая методы проведения диагностики, обеспечивающих безопасную и длительную эксплуатацию трубопроводной арматуры. Такой подход дал возможность специалистам ПАО «Газпром» разработать нормативные материалы, гармонизирующие эксплуатацию существующего парка арматуры – Правила эксплуатации МГ, введенные в действие в 2010 г. [1].

Также это помогло определить технические требования к новому поколению ТПА для объектов ЕГС – ГОСТ Р 56001-14 «Арматура трубопроводная для объектов газовой промышленности» [2].

Данный ГОСТ требует повысить герметичность затворов новых шаровых кранов для КС, ГРС и ЛЧ МГ и их ответвлений, выполняемых с «мягкими» уплотнениями по классу герметичности «А» (отсутствие видимых протечек в течение времени испытаний), как самого высокого класса герметичности затворов арматуры для вновь поставляемой запорной арматуры на МГ по ГОСТ Р 54808-2011 [3]. В настоящее время на МГ эксплуатируется запорная арматура с классами герметичности «В» и «Д».

27-30 ноября 2018 г.

в городе Уфе на совещании по вопросу повышения надежности технического состояния ТПА, эксплуатируемой на объектах транспортировки, хранения и переработки углеводородов ПАО «Газпром», было отмечено, что на объектах ПАО «Газпром» эксплуатируется более 508 000 ТПА диаметром от 50 до 1 400 мм. Ежегодно производится вырезка до 6 000 ТПА.

Номенклатура парка ТПА весьма разнообразна по функциональному назначению, конструктивным особенностям, техническим характеристикам и срокам эксплуатации. На линейной части МГ доля отечественных производителей составляет около 84 %, а зарубежных – 16 %.

Доля отечественной ТПА в обвязке оборудования на КС – 62 %, зарубежной – 38 %. В обвязке оборудования ГРС установлено до 90 % отечественной ТПА, что вполне логично, если учесть относительно небольшие размеры эксплуатируемой арматуры. Так, доля ТПА с DN менее 300 составляет почти 92 %.

Парк арматуры, эксплуатируемой в ПАО «Газпром», формировался более 50 лет.

Рассмотрим в основном шаровую запорную равнопроходную арматуру, которая, как правило, используется на МГ. Так, если взять всю установленную ТПА с DN 300, то доля шаровых кранов с DN ≥300 составляет почти 90 %.

Шаровой кран является восстанавливаемым объектом, подвергающимся техническому обслуживанию, ремонту и диагностическому обследованию. Иными словами, поддержание ТПА в работоспособном состоянии требует определенных трудозатрат как эксплуатационного персонала, так и подрядных специализированных организаций.

Основным технологическим параметром шаровой запорной арматуры является герметичность затвора, понимаемая в рамках ГОСТ Р 2720-2007 [4] как свойство затвора препятствовать газовому и жидкостному обмену между средами, разделенными затвором.

Длительное (десятки лет) обеспечение эксплуатационной герметичности шаровой запорной арматуры являлось важнейшим элементом стратегии поддержания надежности арматуры.

Это обеспечивалось как требованиями к конструктивным решениям по обеспечению герметичности, так и рекомендациями по назначению классов герметичности затворов, предусмотренными последовательно пересматриваемыми в течение десятилетий ГОСТами от 1975, 1993, 2005 и 2011 гг. [3, 5, 6, 7] и нормами герметичности затворов арматуры.

Рассмотрение нормативных документов по изменению норм герметичности запорной арматуры за 40 лет показывает, что в последовательно принимаемых ГОСТах происходит некоторое ужесточение норм герметичности, но принципиально они (утечки) допускаются.

Герметичность затвора в этих ГОСТах рассматривается как численное значение допустимых протечек в затворе по воде или воздуху (испытательные среды) от класса герметичности. Это означает, что каналы в шаровой запорной арматуре для подачи смазки в зону уплотнения «шар-седло» были и являются необходимым элементом в конструктивных решениях.

Из этого опыта также следует, что обеспечение эксплуатационной герметичности затвора в используемой на МГ запорной шаровой арматуре возможно только при применении смазочных и уплотнительных материалов, регулярно подаваемых в запорную арматуру в строгом соответствии с заводскими нормами и эксплуатационными нормативами ПАО «Газпром» (СТО Газпром 2-2.3-385-2009 [8]).

Герметичность затвора запорной шаровой арматуры с «мягким» уплотнением (специальные резины, полиуретан, фторопласт, т. е. уплотнение затвора «мягкое» в терминах ГОСТ Р 56001-2014 [2]) в начальный период эксплуатации обеспечивается поджатием седла к шару (рис.

1) с помощью упругих элементов (пружин), т. е. подпружиниванием контакта седла и шара, и это обычная практика. Следует отметить, что при установленном общем сроке службы эксплуатируемой арматуры в 30 лет уплотнения из «мягких» материалов эффективно служат не более пяти лет.

Необходимо заметить, что существует ряд факторов, которые негативно влияют на работоспособность (в первую очередь герметичность) шаровой запорной арматуры в процессе ее эксплуатации.

В немалой степени герметичность кранов нарушается в течение первых пяти лет из-за не очень благоприятной транспортируемой рабочей среды, содержащей жидкие углеводороды (конденсат), турбинные масла, метанол, воду и механические примеси с концентрацией до 0,01 г/м3 [2].

По мере износа «мягкого» уплотнения или его деформации под воздействием эксплуатационных факторов обеспечение герметичности затвора шарового крана возможно только при применении крановых смазок или уплотнительных паст, которые по специальным каналам в корпусных деталях арматуры подаются в зону уплотнения (рис. 1).

Такое решение по обеспечению длительной герметичности шарового крана принято практически у всех фирм-разработчиков шаровой арматуры.

В процессе открытия-закрытия шарового крана при отсутствии смазки возникают повреждения на его затворе в виде царапин и износа «мягких» уплотнений.

Возникающая при этом потеря герметичности крана однозначно связана с отсутствием технического обслуживания, важной частью которого является подача смазки в сопрягаемые детали уплотнения крана.

Применением смазок обеспечивается кратковременная герметичность затвора, при этом подачу смазки требовалось выполнять после каждой перестановки крана. Эта технологическая операция требовала большого расхода смазки и была трудоемкой.

Вопросы эксплуатации запорной арматуры на объектах МГ по обеспечению требуемых уровней герметичности, надежности и безопасности ее функционирования рассмотрены в работах авторов [9, 10].

Системный подход к обеспечению длительной эксплуатационной герметичности (на чем справедливо настаивает ПАО «Газпром» в своих нормативных материалах) привел нас к необходимости выбора такого технологического решения для всей эксплуатируемой на МГ шаровой запорной арматуры, которое позволило в зоне «мягкого» контакта «шар-седло» создать постоянное дополнительное уплотнение, эффект от которого при эксплуатации значительно усиливает уплотнительные возможности конструктивного решения, и он (эффект) продолжается неограниченно долго. Таким решением оказалось постоянное нахождение в зоне контакта «шар-седло» высоковязкой уплотнительной пасты.

Предложен способ создания дополнительной зоны герметичности (рис. 1) в кране путем подачи в зону «мягкого» уплотнения высоковязкой уплотнительной пасты, которая находится в этой зоне весь период эксплуатации крана. Первоначальное количество высоковязкой пасты, создающей дополнительную зону уплотнения, в зависимости от диаметра крана составляет 1-6 кг.

При перестановках крана в зону уплотнения добавляется до 5 % высоковязкой пасты от первоначального количества введенной пасты. Таким образом, обеспечивается длительная эксплуатационная герметичность крана (без его вырезки из МГ). Примеры набивки крана высоковязкой уплотнительной пастой в полевых условиях приведены на рисунках 2 и 3.

Также приведен акт испытания уплотнительной пасты 131-435 КГУ тип 2 на кране 345 км газопровода «Голубой поток» (между Россией и Турцией) с 4-х кратным циклом «открытия-закрытия» (рис. 4).

Необходимо отметить, что может использоваться только высоковязкая паста со следующими физикохимическими и технологическими свойствами: • пенетрация в пределах 150-250 единиц (ммˉ¹) при +20 °С;• высокая коллоидная стабильность: не более 10 единиц (%) при +20 °С;• обладает хорошими смазочными свойствами;

• гарантийный срок хранения до начала использования по назначению – 5 лет.

Для обеспечения герметичности ТПА используются различные уплотнительные смазки отечественного и импортного производства.

Однако невысокая технологическая эффективность этих материалов (большой расход смазок, высокая трудоемкость набивки кранов, необходимость частых повторных набивок) или высокая стоимость (импортного производства) обусловили необходимость разработки отечественных высоковязких уплотнительных паст, например, 131-435 КГУ, которая представляет собой состав на основе кремнийорганических и минеральных жидкостей, загустителей и присадок и по параметру «цена-качество» вне конкуренции.

Выводы и рекомендации1. Использование высоковязкой конденсатостойкой пасты 131-435 КГУ (типы 0-8), выпускаемой ООО «Орггазнефть» по ТУ 2257-001-60565518-2009, обеспечивает длительную эксплуатационную герметичность затвора крана. Паста подается под давлением через конструктивные каналы в зону контакта «мягкого» уплотнения и шара, увеличивая эффективную площадь контакта «мягкого» уплотнения с шаром и создавая дополнительный уплотняющий эффект в зоне контакта «шар-седло», который не исчезает при перестановках крана неограниченное число раз.1.1. Одновременно паста смазывает трущиеся детали шарового крана при его перестановках.2. При технологических перестановках крана для обеспечения длительной герметичности в зону контакта добавляется не более 5 % по весу от первоначального количества введенной уплотнительной пасты.3. Использование уплотнительной высоковязкой пасты ООО «Орггазнефть» обеспечивает «перевод» любой эксплуатируемой шаровой запорной арматуры с уплотнением затвора типа «мягкого» (даже с нарушением герметичности) в класс герметичности «А» по ГОСТ Р 54808-2011. Таким образом, при надлежащей организации эксплуатации запорной шаровой арматуры может отпасть необходимость вырезки из МГ на весь период ее эксплуатации.4. Уплотнительная высоковязкая паста 131-435 КГУ (типы 0-8) ООО «Орггазнефть» отвечает необходимым и достаточным требованиям по обеспечению надежной эксплуатации ТПА на протяжении всего жизненного цикла. Литература:1. СТО Газпром 2-3,5-454-2010. Правила эксплуатации магистральных газопроводов.2. ГОСТ Р 56001-14. Арматура трубопроводная для объектов газовой промышленности. Общие технические требования.3. ГОСТ Р 54808-2011. Арматура трубопроводная. Нормы герметичности затворов. Введен в действие с 01 июля 2012 г.4. ГОСТ Р 52720-2007. Арматура трубопроводная. Термины и определения.5. ГОСТ 9544-75 Арматура трубопроводная. Нормы герметичности затворов.6. ГОСТ 9544-93. Арматура трубопроводная запорная. Нормы герметичности затворов. Межгосударственный стандарт.7. ГОСТ 9544-2005. Арматура трубопроводная запорная. Классы и нормы герметичности затворов.8. СТО Газпром 2-2.3-385-2009. Порядок проведения технического обслуживания и ремонта трубопроводной арматуры.9. Трофимов, Е.В. Применение уплотнительных паст – необходимый элемент обеспечения длительной технологической герметичности ТПА на МГ / Е.В. Трофимов, Г.В. Афанасов, А.А. Санников // Газовая промышленность. – 2014. – № 9.10. Колотовский, А. Н. Обеспечение требуемого уровня надежности и безопасности запорной арматуры на ЛЧ МГ / А. Н. Колотовский, А.В. Захаров, А.А. Сухолитко // Газовая промышленность. – 2012. – № 1. Размещено в номере: «Вестник арматуростроителя», № 2 (51) 2019

Виды уплотнений трубопроводной арматуры

Герметичность запорного элемента в закрытом положении – одно из главных требований к трубопроводной арматуре и важнейший критерий оценки её качества. В тех случаях, когда материал корпуса или конструктивные особенности изделия не позволяют обеспечить достаточно точного прилегания запорного органа к поверхности седла, эта задача решается при помощи уплотнителей.

Замена уплотнений на дисковом затворе

Помимо обеспечения герметичности к уплотнениям трубопроводной арматуры предъявляется ряд обязательных требований:

• устойчивость к транспортируемой среде;
• способность сохранять свои свойства при определенной температуре и давлении;
• стойкость к истиранию;
• антикоррозийные свойства.

В связи с этим в зависимости от условий эксплуатации применяются различные уплотнительные материалы.

Металлические уплотнительные материалы

В арматуре, устанавливаемой на трубопроводах большого диаметра и использующихся для транспортировки агрессивных сред, теплоносителя или жидкости, находящейся под значительным давлением, а также в других сложных условиях применяются металлические уплотнительные материалы. Герметизирующие кольца из металла крепятся к корпусу изделий при помощи сварки, биметаллического литья, пайки или механическим способом – путем запрессовки или резьбового соединения.

Наиболее распространены металлические уплотнители из следующих материалов:

• алюминий;
• бронза;
• латунь;
• нержавеющая сталь;
• монель.

Уплотнители из металла отличаются более высокой механической прочностью, длительным сроком службы и возможностью эксплуатации в широком температурном диапазоне.

Неметаллические уплотнительные материалы

Мягкие неметаллические уплотнительные материалы находят применения в арматуре, устанавливаемой на трубопроводах малого диаметра, работающих под небольшим давлением. Температурный диапазон их применения значительно меньше, чем у металлических, а срок службы не столь продолжителен, однако и стоимость значительно ниже.

Разнообразие неметаллических уплотнительных материалов довольно велико, однако к числу наиболее распространенных можно отнести следующие:

Нитрил или нитрильный каучук (NBR) – один из наиболее универсальных и доступных по цене уплотнительных материалов, обладающей хорошей устойчивостью к минеральным маслам, горюче-смазочным материалам, растворам солей.

Является разновидностью резины. Изделия из него могут использоваться в сравнительно небольшом диапазоне температур и теряют форму под воздействием некоторых агрессивных жидкостей, озона, ультрафиолета и некоторых углеводородов.

Этиленпропиленовый каучук (EPDM) – особый вид резины, отличающейся высокой эластичностью, стойкостью к истиранию, окислению, воздействию озона и ультрафиолета.

По устойчивости к агрессивным средам уступает лишь фторкаучуку, имеет длительный срок службы (около 10 лет). Может использоваться при температурах от -50 до + 150º С.

Основной недостаток материала – неустойчивость к минеральным маслам.

Тефлон, фторопласт, полититетрафторэтилен (PTFE). Один из лучших неметаллических уплотнительных материалов ввиду высокой устойчивости к большинству сред (кислотам, щелочам, маслам, жирам пару) и широкого температурного диапазона.

Полиацетал (POM) – универсальный уплотнитель, обладающий стойкостью к нефтепродуктам маслам, неконцентрированным кислотам и щелочам, а также к ультрафиолету. Отличается отличной упругостью и ударопрочностью. Неприменим при высоких температурах (свыше 90º С).

Полиуретан (ECOPUR, AU) – эластомерный материал, который по своим эксплуатационным свойствам наиболее близкий к каучуку. Отличается стойкостью к истиранию, что существенно увеличивает срок службы уплотнения, а также к минеральным маслам и озону. Неустойчив к агрессивным средам – кислотам, щелочам и растворителям и не может применяться при высокой температуре.

Витон или фторкаучук (FKM, FPM, ФК) – искусственная термостойкая резина, обладающая устойчивостью ко многим агрессивным жидкостям, минеральным и силиконовым маслам, углеводородам. Неустойчив к эфирам, органическим кислотам и растворителям типа ацетона. Может использоваться при температуре до 200º С, но при 300º С и более начинает выделять токсичные вещества.

Силиконовый каучук (VMQ / MVQ). Особенностью данного материала является возможность использования в системах для транспортировки сред, контактирующими с пищей. Устойчив к минеральным маслам, спиртам, озону, неустойчив к кислотам, щелочам, водяному пару. Имеет широкий диапазон рабочих температур.

Международное обозначение	название	рабочая температура	устойчивость к минеральным маслам	устойчивость к кислотам	устойчивость к воде
20°C	60°C	20°C	60°C	20°C	60°C
NBR	нитрильный каучук, МБС	-30°C до +100°C	+	+	?	?	+	+
AU (PUR, PU)	полиурентан	-30°C до +80°C	+	+	—	—	+	—
VITON (FPM, FKM)	фторкаучук	-20°C до +200°C	+	+	+	+	+	+
VMQ (ECOSIL)	силикон	-60°C до +200°C	—	—	?	?	+	+
EPDM	ТКМЩ	-50°C до +150°C	—	—	+	+	+	+
PTFE	тефлон	-200°C до +260°C	+	+	+	+	+	+
POM	полиацетал	-50°C до +80°C	+	+	+	+	+	+