Криогенная арматура. Испытания и требования

Криогенная арматура: применение и особенности

Рост производства и использования сжиженного природного газа (СПГ) и других сред с криогенными температурами (ниже -50°C, вплоть до -196°C) требует применения специализированной криогенной арматуры. Эта арматура должна быть высоконадежной и обеспечивать безопасную и эффективную работу в условиях экстремально низких температур. В России существуют строгие нормы и стандарты, регламентирующие параметры и качество криогенной арматуры.

Применение криогенной арматуры:

Криогенная арматура незаменима в различных отраслях промышленности, где используются сверхнизкие температуры:

• Производство и хранение СПГ: Включая терминалы приема, загрузки и выгрузки СПГ, СПГ-танкеры, резервуары хранения и терминалы сжижения.
• Переработка углеводородов: В криогенных сепараторных установках и других технологических процессах.
• Химическая промышленность: Для работы с различными криогенными средами.
• Добыча газа: На объектах добычи газа на суше и на море, где рабочая среда может временно охлаждаться до криогенных температур.
• Криогенные уловители паров ШФЛУ (широкая фракция легких углеводородов).
• Теплообменники хладагента.

Распространенные криогенные среды:

• Этилен (C₂H₄): Температура кипения -104°C при атмосферном давлении.
• Метан (CH₄): Основной компонент природного газа. Температура кипения -162°C при атмосферном давлении.
• Азот (N₂): Температура кипения -196°C при атмосферном давлении.
• СПГ (сжиженный природный газ): Смесь углеводородов, состоящая преимущественно из метана (90-95%), а также этана, пропана, бутана и азота. Температура сжижения СПГ немного выше, чем у чистого метана, и зависит от состава смеси.

Преимущества хранения и транспортировки СПГ в жидком состоянии:

Основное преимущество СПГ – значительное уменьшение объема по сравнению с газообразным состоянием (примерно в 600 раз). Это делает хранение и транспортировку СПГ более эффективными и экономически выгодными.

Особенности криогенной арматуры:

Криогенная арматура должна обладать специфическими свойствами, позволяющими ей функционировать в условиях экстремально низких температур:

• Устойчивость к низким температурам: Материалы, используемые для изготовления криогенной арматуры, должны сохранять свои механические свойства при криогенных температурах, не становиться хрупкими и не трескаться.
• Герметичность: Уплотнения должны обеспечивать абсолютную герметичность при низких температурах, предотвращая утечки криогенной среды.
• Надежность и безопасность: Криогенная арматура должна быть максимально надежной и безопасной в эксплуатации, учитывая потенциальную опасность работы с криогенными средами.

Требования к конструкции криогенной арматуры

Материалы для изготовления криогенной арматуры подбираются с учетом эксплуатации в условиях сверхнизких температур, что требует особого внимания к их свойствам. Наиболее распространенным материалом является аустенитная нержавеющая сталь, обладающая высокой устойчивостью к коррозии и низким температурным деформациям.

Для защиты сальникового узла и управляющего устройства от замерзания применяется удлиненный шток, оснащенный кольцом-уловителем. Удлиненный шток создает воздушную прослойку, которая служит дополнительной теплоизоляцией, а кольцо-уловитель защищает теплоизоляцию и корпус арматуры от конденсата, предотвращая его накопление и возможное замерзание. Кроме того, длинный шток изолирует арматуру от внешней среды, что минимизирует нагрев транспортируемой среды и способствует поддержанию её низкой температуры.

При работе в криогенных условиях шаровых кранов и клиновых задвижек важно обеспечить автоматический сброс давления из внутренних полостей арматуры. Это необходимо для предотвращения разрушения конструктивных элементов под воздействием внешнего тепла, так как в полостях может накапливаться значительное количество рабочей среды. Давление из внутренних полостей шаровых кранов автоматически сбрасывается благодаря механизму слияния седел с односторонним (SPE) и двусторонним (DPE) поршневым эффектом. Седло SPE располагается первым по ходу потока и отвечает за сбор избыточного давления из корпуса арматуры во входной патрубок, тогда как седло DPE, размещенное вторым, обеспечивает герметичность и предотвращает протечки в первом седле.

Арматура, рассчитанная на высокое давление, дополнительно оснащается конструкцией с пробкой в опорах. Внутри кранов на каждом подвижном и разъемном соединении устанавливаются уплотнительные элементы типа lip-seal. Основное уплотнение выполнено из жестко заделанного полимерного материала PCTFE, который обеспечивает стабильный уровень герметичности при сверхнизких температурах. Все разъемные и подвижные соединения также дополнительно оснащаются уплотнениями из терморасширенного графита, которые необходимы в качестве дублирующих уплотнений при воздействии огня на арматуру.

Испытания криогенной арматуры

Для проверки надежности и работоспособности криогенной арматуры проводятся несколько видов испытаний, которые включают:

1. Проверка корпусных деталей высоким давлением — это позволяет выявить возможные дефекты и гарантировать прочность конструкции.
2. Проверка седла и узла затвора высоким и низким давлением — данное испытание обеспечивает оценку герметичности и функциональности этих критически важных элементов.
3. Фиксация крутящего момента при максимально низкой температуре — это испытание позволяет определить, насколько эффективно арматура функционирует при экстремально низких температурах, что критично для криогенных систем.
4. Обязательный контроль протечек разъемных соединений — проверка на герметичность соединений является важным этапом, обеспечивающим безопасность и надежность работы арматуры в условиях криогенной эксплуатации.
   Эти испытания помогают гарантировать, что криогенная арматура будет работать эффективно и безопасно даже в самых сложных условиях.