Станислав Горобченко - Курс «Применение трубопроводной арматуры». Модуль «Применение поворотной арматуры в металлургии»

В металлургических процессах задействованы множество сложных сред, обладающих высокой специфичностью. В частности, арматура должна работать на средах с высокой вязкостью (мазут), высокими энергетическими параметрами (пар, масло и вода высокого давления), взрывоопасные (газы, кислород, водород), летучие или тяжелые (азот, аргон, ксенон), абразивные (доломит, известь, сыпучие ферросплавы и т.п.), агрессивные (электролиты щелочного и кислотного действия).

Многочисленные и сложные среды типа коксового, доменного газов, продуктов отвода дымовых газов, сернокислотных сред с высокой непрерывностью процесса требуют высокого уровня автоматизации. Особой точностью должны обладать процессы при проведении термической обработки продукции в печах с газовым нагревом. Сама автоматизация наиболее эффективна в случае использования поворотной арматуры, способной воспринимать и реализовывать законы регулирования на основе наиболее оптимальных расходных характеристик и пропускной способности. Такая арматура обязательно снабжается различными видами приводов, включая электрические, гидравлические и пневматические. Степень ее совершенства будет характеризоваться не только способностью выполнять управляющие сигналы системы автоматизации, но и иметь возможность производить собственную диагностику и предсказывать свое состояние, без чего уже во многих случаях невозможно провести плановую диагностику и назначить ТО.

В предлагаемом пособии рассматривается арматура поворотного типа преимущественно с автоматическим управлением.

1. Условия применения арматуры

Применение поворотной арматуры зависит от применяемых сред. В качестве основных сред металлургического производства, где может быть широко применена поворотная арматура, можно выделить следующие:

Газы. Газопроводы, криогенные трубопроводы, распределительные трубопроводы используемых газов (кислородопроводы, аргонопроводы, трубопроводы азота, трубопроводы водорода и водородсодержащих газов и т.п.)

Вакуум – дегазации, среднего и глубокого вакуума,

Жидкие среды – мазутопроводы, трубопроводы электролитов, гальваники, травления и т.п., маслопроводы и др.

Энергетические среды – пар, вода высокого давления.

Характерным отличием использования поворотной арматуры является то, что она в целом, как более «способная» к автоматизации используется в технологических трубопроводах.

Арматура делится на запорную и регулирующую. Запорная арматура служит для отсечки потока и составляет до 80% всей арматуры. К ней относят запорные краны и заслонки отсечки потока, аварийной отсечки или вентилирования, а также малую арматуру, такую как пробно-спускную, выпуска воздуха, дренажа. Обычно такая арматура имеет малые условные проходы. Главным способом ее совершенствования является нахождение способов ее унификации и снижения издержек при эксплуатации.

Регулирующая арматура служит для регулирования расхода. Типичными представителями ее являются клапаны регулирования давления, уровня, регулирующие клапаны.

Автоматическое управление. Автоматический привод необходим для обеспечения непрерывности процесса, характерных для металлургического производства.

2. Проблемы перехода от арматуры возвратно-поступательного типа к поворотной арматуре

ЗАПОРНАЯ АРМАТУРА

Еще в 70-х годах применение задвижек и вентилей было распространено значительно шире, чем поворотных заслонок и шаровых кранов. Применение поворотных заслонок ограничивалось температурой не более 100 оС. Это было связано с применением преимущественно резиновых уплотнений, неотработанностью конструкции, отсутствием решений для потоков с повышенными параметрами.

Сегодня поворотные заслонки способны выдерживать уже температуры не менее 600 оС при давлениях свыше 400 Бар (заслонки компании Mapag, отделение Metso Automation) с герметичностью, соответствующей 1 классу по ГОСТ 9744 в обоих направлениях. Вместо обычных резиновых прокладок используется широкий спектр мягких уплотнений, способных выдерживать температуры до 260 оС без потери герметичности. Металлические уплотнения дали возможность применять заслонки в условиях абразивных, сильно загрязненных сред, в т.ч. пара и воды, с повышенным содержанием соли. Переход от безэксцентрикового исполнения, не гарантирующего достаточную герметичность сначала был осуществлен переход к одноэксцентриковому уплотнению, и далее к двухэксцентриковому уплотнению и для наиболее сложных случаев – к трехэксцентриковому уплотнению. Последнее гарантирует герметичное уплотнение по 1 классу. Их значительное достоинство по сравнению с применяемыми клиновыми задвижками является минимальный вес и габариты. Вес поворотных заслонок в 1,5 – 3 раза меньше по сравнению с задвижками. Малая строительная длина создает возможности для уменьшения общей протяженности трубопроводов и сокращения расходов на потребление насосами. Можно выделить несколько основных направлений замены клиновых и шиберных задвижек поворотными заслонками: