Путеводитель по трубопроводной арматуре: от задвижек до клапанов

Трубопроводная арматура — это устройства, устанавливаемые на трубопроводах, агрегатах, сосудах и предназначенные для управления потоками рабочих сред путем изменения площади проходного сечения. Без нее невозможно представить функционирование ни одной трубопроводной системы, будь то магистральный нефтепровод, система водоснабжения города или паровая турбина на электростанции. В этом руководстве мы подробно разберем основные виды арматуры, их назначение и конструктивные особенности.

Классификация трубопроводной арматуры

Арматуру классифицируют по нескольким ключевым признакам: назначению, области применения, конструкции, параметрам давления и температуры. Однако наиболее наглядной и важной является классификация именно по назначению.

Основные виды арматуры по назначению

Запорная арматура

Самый распространенный тип арматуры. Ее задача — надежно перекрывать поток жидкости, газа или пара. К запорной арматуре предъявляются высокие требования по герметичности, обеспечивающей нулевую протечку в закрытом состоянии.

Основные типы запорной арматуры:

• Задвижка
  • Назначение: Перекрытие потока среды в трубопроводах большого диаметра с небольшим перепадом давления.
  • Конструктивные особенности: Затвор выполнен в виде диска, листа или клина, который движется перпендикулярно оси потока. Бывают полнопроходные и суженные. Основные типы: клиновые (с жестким, упругим или двухдисковым клином) и параллельные (шиберные).
  • Преимущества: Малое гидравлическое сопротивление, возможность применения на магистральных трубопроводах.
  • Недостатки: Большая строительная высота и масса, медленное срабатывание, риск заедания затвора в крайних положениях.
• Клапан запорный (Вентиль)
  • Назначение: Перекрытие потока среды, чаще всего на трубопроводах малого и среднего диаметра.
  • Конструктивные особенности: Затвор выполнен в виде тарелки, которая движется параллельно оси потока, садясь на седло, расположенное в плоскости, параллельной потоку. Уплотнительные поверхности — кольца на тарелке и седле.
  • Преимущества: Высокая герметичность, надежность, быстродействие, возможность использования в качестве регулирующей арматуры.
  • Недостатки: Высокое гидравлическое сопротивление из-за изменения направления потока, что приводит к высоким нагрузкам на конструкцию.
• Кран
  • Назначение: Перекрытие, а часто и распределение потока среды (трехходовые и многоходовые краны).
  • Конструктивные особенности: Затвор имеет форму тела вращения (шара, конуса или цилиндра) с проходным отверстием. Поворот затвора вокруг своей оси на 90° открывает или закрывает проход. Основные типы: шаровые, конусные, цилиндрические.
  • Преимущества: Простота конструкции, малое гидравлическое сопротивление, быстрое действие, высокая надежность (особенно шаровых кранов).
  • Недостатки: Высокие требования к чистоте среды для конусных кранов (риск заедания и задиров).
• Поворотный затвор (Дисковый затвор, «Бабочка»)
  • Назначение: Перекрытие потока среды в трубопроводах больших диаметров с низкими требованиями к герметичности.
  • Конструктивные особенности: Затвор выполнен в виде диска, вращающегося вокруг оси, расположенной перпендикулярно или под углом к направлению потока.
  • Преимущества: Малые габариты и масса, простота конструкции, низкая стоимость.
  • Недостатки: Низкая герметичность на высокие давления, создание турбулентности в потоке.

Регулирующая арматура

Предназначена для изменения расхода среды, что позволяет регулировать такие параметры, как давление, температура, уровень жидкости в сосуде.

Основные типы регулирующей арматуры:

• Регулирующий клапан
  • Назначение: Точное регулирование расхода и давления среды.
  • Конструктивные особенности: По конструкции часто аналогичны запорным вентилям, но с специальным профилем плунжера (игольчатый, стелочный, седловидный), который позволяет точно дозировать проходное сечение. Управляются вручную или автоматически с помощью электромеханических приводов (электроприводов) или пневмоприводов.
• Редукционный (редуцирующий) клапан
  • Назначение: Автоматическое снижение и поддержание давления среды на заданном уровне после себя.
  • Конструктивные особенности: Работает по принципу дросселирования потока через изменяемое проходное сечение. Давление после клапана воздействует на чувствительный элемент (мембрану или поршень), который через систему рычагов управляет положением затвора.
• Регулятор уровня
  • Назначение: Поддержание уровня жидкости в сосуде (баке, котле) в заданных пределах.
  • Конструктивные особенности: Поплавок, находящийся на поверхности жидкости, механически связан с запорным органом (клапаном). При изменении уровня поплавок перемещается и открывает/закрывает подачу (или слив) жидкости.

Предохранительная арматура

Служит для автоматической защиты оборудования и трубопроводов от аварийного превышения давления.

Основные типы предохранительной арматуры:

• Предохранительный клапан
  • Назначение: Автоматический сброс избытка среды в атмосферу или дренажную систему при превышении заданного давления, и последующее закрытие после восстановления рабочего давления.
  • Конструктивные особенности: Затвор удерживается в закрытом состоянии силой пружины (пружинные клапаны) или грузом (рычажно-грузовые клапаны). Когда сила давления среды на затвор превышает усилие пружины, клапан открывается. Настройка давления срабатывания осуществляется изменением степени сжатия пружины или массы груза.
• Мембранное предохранительное устройство (MPУ)
  • Назначение: Защита системы от разрушения путем одноразового срабатывания (разрыв мембраны).
  • Конструктивные особенности: Устройство состоит из специальной мембраны, рассчитанной на разрыв при строго определенном давлении. После срабатывания мембрану необходимо заменить. Применяется там, где клапаны не могут работать из-за вязких, агрессивных сред или склонности к залипанию.

Защитная (отсечная) арматура

Предназначена для автоматического отключения потока среды при недопустимом изменении ее параметров (например, обратного потока).

Основные типы защитной арматуры:

• Обратный клапан
  • Назначение: Автоматическое предотвращение обратного потока среды в трубопроводе.
  • Конструктивные особенности: Пропускает поток только в одном направлении. При изменении направления потока затвор (тарелка, шар, створка) под действием силы тяжести или пружины садится на седло и перекрывает проход. Бывают подъемные (тарельчатые) и поворотные (захлопки).
• Отсечной (аварийный) клапан
  • Назначение: Очень быстрое (отсечное) перекрытие потока по сигналу от датчика (например, утечки газа, пожара, падения давления).
  • Конструктивные особенности: Конструктивно схож с запорным клапаном, но снабжен мощным пружинным или пневматическим приводом, обеспечивающим время срабатывания в доли секунды.

Правильный выбор трубопроводной арматуры — критически важен для создания безопасной, эффективной и долговечной инженерной системы. При выборе необходимо учитывать множество факторов: тип и агрессивность рабочей среды, давление, температуру, требуемую герметичность, частоту срабатывания и специфические условия эксплуатации. Понимание назначения и конструктивных особенностей каждого вида арматуры позволяет инженерам и проектировщикам делать оптимальный выбор, обеспечивая надежную и бесперебойную работу любого трубопровода.