Запорная арматура

Запорная арматура – это важный элемент инженерных систем, играющий ключевую роль в контроле и управлении потоком различных физических сред, таких как вода, газ, нефть и другие жидкости и газы. Спроектированная для эффективного регулирования и перекрытия потока, запорная арматура обеспечивает безопасность, надежность и устойчивость работы трубопроводных систем, а также позволяет проводить техническое обслуживание и ремонтные работы без остановки всей системы. В этом тексте мы рассмотрим различные типы запорно-регулирующих клапанов, их применение в разных сферах промышленной деятельности и общественных сферах, а также роль этого важного компонента в обеспечении бесперебойной работы современных инженерных систем.

Запорная арматура для трубопроводов — это общее название для устройств, предназначенных для настройки, перекрытия или контроля потока в трубопроводной системе. Она необходима для управления передачей различных сред, таких как вода, газ, нефть, пар и другие жидкости или газообразные вещества.

Запорно-регулирующая арматура выполняет ряд важнейших задач:

1. Регулирование. Она позволяет устанавливать определенное значение расхода среды в трубопроводе там, где необходимо поддерживать определенное давление или объем транспортируемой жидкости или газа. Для этого используются механические редукторы, а давление отслеживается с помощью манометров. Важно отметить, что манометры должны быть установлены непосредственно на трубе для точного контроля давления, а не на резьбовых соединениях.
2. Перекрытие. Запорные клапаны важны для полного или частичного прекращения движения сред в трубопроводе. Это позволяет проводить техническое обслуживание, ремонтные работы или изоляцию определенных участков системы. Для этих целей используются предохранительные клапаны, шаровые краны, вентили, фитинги и другие стальные элементы.
3. Контроль направления. Клапаны или затворы, такие как задвижки, способны изменять направление среды в трубопроводе, обеспечивая гибкость и управляемость потока.

Области применения запорной арматуры

1. Промышленность
   Запорная арматура широко используется в различных промышленных процессах, таких как химическая переработка, нефтепереработка, нефтегазовая, энергетика, пищевая и фармацевтическая промышленность, а также в сталелитейной отрасли. В каждом из этих процессов необходимо контролировать движение различных сред, настраивать расход и перекрывать потоки при необходимости. Например, в химической промышленности запорная арматура необходима для управления химическими реакциями и перемещения различных веществ, а также для перекрытия потоков с помощью шаровых клапанов.
2. Водоснабжение и канализация
   В системах водоснабжения и канализации запорная арматура используется для управления питьевой водой и сточными водами, включая насосные станции и фильтры. В моменты ремонта или обслуживания системы шаровые клапаны и задвижки необходимы для перекрытия воды и предотвращения неконтролируемого распространения. Кроме того, запорная арматура важна для учета расхода воды, что позволяет оптимизировать использование этого ресурса и обеспечить его равномерное распределение.
3. Энергетика
   В энергетических отраслях, таких как тепловые и электростанции, запорная арматура применяется для управления потоками воды, пара, газа и других рабочих сред, необходимых для генерации энергии. С ее помощью можно точно контролировать расход среды в процессе генерации энергии, что способствует оптимальной работе системы и предотвращает возможные аварии.
4. Нефтяные и газовые трубопроводы
   В трубах для транспортировки нефти и газа используются различные типы запорной арматуры, включая шаровые краны, задвижки и другие устройства. Она обеспечивает возможность перекрытия потоков при необходимости, предотвращает утечки и обеспечивает безопасную эксплуатацию трубопроводов. Запорная арматура необходима для эффективной и безаварийной транспортировки нефти и газа на большие расстояния, а также для работы фильтров.
5. Вентиляционные системы
   В вентиляционных схемах, используемых для регулировки воздушного пространства в зданиях и промышленных сооружениях, применяется разнообразная запорная арматура. Она позволяет регулировать объем поступающего или удаляемого воздуха, что критично для корректной работы процессов в промышленных установках.
6. Водоподготовка и обработка сточных вод
   В системах водоподготовки, фильтрации и обработки сточных вод используется запорная арматура, включая расширительные баки, предохранительные и шаровые краны, вентили и другие конструкции. Эти устройства позволяют регулировать поток и обеспечивать надежное управление процессом обработки и фильтрации воды, поддерживая определенные параметры.
7. Морская и судостроительная отрасль
   В морских и судовых нишах запорная арматура необходима для фильтрации воды и других сред на кораблях и судах. Задвижки, шаровые и предохранительные краны, а также другие устройства обеспечивают управление водой для охлаждения, балластировки, водоснабжения и других целей на судах различных классов.
8. Бытовые сферы
   В бытовых системах, таких как радиаторы отопления, счетчики воды, теплые полы, водоснабжение и кондиционирование воздуха, также используется запорная арматура. В домах и офисах устанавливаются краны и задвижки для регулировки тепла, холода и воды. Шаровые и предохранительные краны, редукторы и элементы с резьбой необходимы для отопления и водоснабжения в современных конструкциях.

Места монтажа запорной арматуры

Запорная арматура может быть установлена в различных местах в зависимости от требований системы:

1. На входе трубопровода
   Установка стальной конструкции на входе трубы позволяет настраивать начальный поток среды или перекрывать его при необходимости проведения ремонтных работ (например, с использованием шарового механизма).
2. На выходе трубопровода
   Запорная арматура может быть размещена на выходе трубопровода для точной регулировки выходного потока среды.
3. На разветвлениях и соединениях
   Запорная арматура устанавливается на разветвлениях и соединениях труб, чтобы управлять потоком среды в определенных направлениях.
4. На участках с изменением направления
   В системах, где трубопровод меняет направление, устанавливаются клапаны или задвижки для поддержания контроля над потоком.
5. На насосах и компрессорах
   Для безопасного и эффективного управления работой насосов и компрессоров устанавливаются клапаны и регулирующие устройства.
6. На резервуарах и резервных емкостях
   Различные виды запорной арматуры используются для контроля уровня и расхода среды в резервуарах и емкостях.
7. В системах водоснабжения и канализации
   Шаровые стальные краны и другие устройства располагаются в различных участках систем водоснабжения и канализации для обеспечения безаварийной работы и стабилизации расхода воды.
   Запорная арматура является универсальным решением в различных отраслях и сферах применения, позволяя обеспечить надежную и безопасную работу трубопроводов и процессов. Благодаря разнообразию типов и размеров можно подобрать наиболее подходящее оборудование для каждой конкретной инженерной системы, что способствует эффективному контролю среды в различных технических и бытовых деятельностях.

Классификация элементов

Запорная арматура является неотъемлемой частью инженерных систем, обеспечивающей контроль и управление потоком среды в трубопроводах. Она играет ключевую роль в различных отраслях промышленности, энергетике, водоснабжении, нефтегазовой сфере, а также в множестве других приложений. Эффективное функционирование трубопровода зависит от правильного выбора и применения запорной арматуры.

Разнообразие устройств позволяет точно отрегулировать движение среды, перекрывать его, а также предотвращать возможные аварийные ситуации. В зависимости от потребностей и требований каждой системы, запорную арматуру можно классифицировать по её функциональному предназначению, а также по типу присоединения. Рассмотрим основные виды и типы:

1. Шаровые клапаны (шаровой кран) представляют собой эффективные и надежные устройства со сферическим диском, который вращается для открытия или закрытия. Их преимущества включают быстрое перекрытие и устойчивость к различным средам и давлениям. Шаровые краны находят широкое применение в различных отраслях, включая нефтегазовый сектор, водоснабжение и другие.
2. Затворные клапаны оснащены плоским диском, перемещающимся вдоль направления течения, что обеспечивает полное прекращение потокового движения. Они применяются в системах, где требуется надежное и герметичное закрытие, например, в системах пожаротушения, водоснабжении и нефтеперерабатывающей промышленности.
3. Задвижки имеют сферический диск, движущийся перпендикулярно движению. Они контролируют водопроводные и канализационные, паровые и тепловые сети.
4. Пластинчатые клапаны имеют плоский диск с центральной осью вращения. Они эффективно применяются в трубах с большими диаметрами (ДУ) трубопроводов, таких как промышленные вентиляционные системы, отопление и охлаждение, а также водоотведения.
5. Клапаны-обратки, также называемые «обратный клапан», предотвращают обратный отток среды, блокируя его в противоположном направлении. Это обеспечивает одностороннее движение и предотвращает возврат, что особенно важно там, где требуется предотвращение возврата, например, в канализационных системах.
6. Регулирующие клапаны спроектированы для точной регулировки движения среды в трубопроводе. Они обеспечивают возможность изменять расход жидкости или газа в соответствии с требованиями процесса, что делает их важным элементом в системах, где необходимо точное управление.
7. Заслонки или задвижки нужны для регулировки движения воздуха или газа в вентиляционных и других приложениях. Они могут быть воздуходувками, дымоудалителями и другими типами, и играют важную роль в обеспечении эффективной работы вентиляции и воздухообмена.
8. Сферические клапаны имеют конусообразный диск, который движется перпендикулярно. Они применяются в системах средних и высоких давлений и обеспечивают надежное перекрытие.
9. Диафрагменные клапаны используют гибкую диафрагму. Часто можно встретить монтаж в агрессивных средах и технологических процессах, таких как химическая и пищевая промышленность, где требуется защита от воздействия агрессивных химических веществ.
10. Затворные клапаны с приводами имеют дисковый элемент, который поднимается или опускается с помощью привода. Они используются для обеспечения более точного управления, что особенно важно в автоматизированных процессах.
11. Затворные глубокозатопленные для радиаторов обеспечивают плавное открытие и закрытие, что позволяет уменьшить гидравлические удары и вибрации. Они обычно смонтированы на трубах с большими диаметрами и высоким давлением.
12. Пробки нужны для закрытия и герметизации отверстий в трубопроводах и других устройствах. Они обеспечивают надежное перекрытие и предотвращают нежелательные перемещения в определенных участках.
13. Запорные устройства представляют собой простые краны, предназначенные для перекрытия. Они часто используются в бытовых водоснабжениях и водоотведениях.
14. Вентили — это устройства, применяемые для перекрытия и открытия любых газов и воздушных масс. Они встречаются в различных системах отопления, вентиляции и кондиционирования.
15. Клиновые задвижки — это тип запорной арматуры, который функционирует для перекрытия в трубопроводе. Они получили свое название благодаря клиновидной форме затвора, который двигается вдоль направления для открытия или закрытия трубопровода. Клиновые задвижки обладают простой конструкцией и хорошей герметичностью, что делает их надежными устройствами.
16. Игольчатые клапаны — это особый тип с игольчатым затвором, который перемещается внутри седла для корректировки течения. Они обычно нужны в процессах, требующих высокой точности стабилизации. Игольчатые клапаны часто применяются в лабораторных условиях, а также в промышленности, где необходима высокая точность управления.
17. Пневматические клапаны. Эти клапаны контролируют движение с помощью пневматического привода, который использует сжатый воздух для управления открытием и закрытием крана.
18. Гидравлические клапаны. Подобно пневматическим, гидравлические клапаны используются с гидравлическим приводом.
19. Соленоидные клапаны. Эти устройства контролируют течение с помощью электромагнитного привода (соленоида), который перемещает затвор для открытия или закрытия крана.
20. Клапаны с быстрым разъединением. Можно быстро отсоединить или присоединить участки трубопровода без необходимости демонтажа всей арматуры.
21. Электрические клапаны. Контролируются с помощью электрического привода, что делает их идеальными для автоматизированных систем и удаленного управления.
22. Клапаны с ручным приводом. Простые и надежные краны, которые открываются или закрываются вручную без использования автоматизации.
23. Клапаны давления. Необходимы для автоматической проверки давления в трубопроводе. Когда давление достигает определенного значения, кран открывается или закрывается для поддержания заданного давления в системе.
24. Шаровые краны с трехходовым диском. Эти клапаны имеют сферический диск с тремя отверстиями, что позволяет управлять двумя струями среды и переключаться между ними.
25. Задвижки со смещением оси. В этих задвижках ось диска смещена относительно оси трубопровода, что дает возможность регулировать течение среды с повышенной точностью и эффективностью.
26. Автоматические соленоидные клапаны. Электромагнитные клапаны, которые открываются или закрываются при помощи электрического сигнала. Они широко используются в автоматизированных системах.
27. Мембранные клапаны. Обладают гибкой мембраной, которая поднимается или опускается. Эти клапаны обычно применяются там, где требуется минимальное сопротивление и предотвращение загрязнений.
28. С низким коэффициентом сопротивления. Специально спроектированные краны с минимальным сопротивлением потока среды, это значит, что можно снизить потери давления в трубах и повысить эффективность работы.

По типу присоединения бывают такие клапаны:

• Фланцевые 
• Приварные 
• С муфтовым присоединением 
• С межфланцевым присоединением 
• С клапанной муфтой 
• С фитинговым присоединением 

Это общая классификация элементов запорной арматуры, которая может включать разнообразные типы и варианты для обеспечения контроля и управления потоком в различных трубопроводных схемах. Выбор конкретного типа зависит от требований конкретной системы и характеристик транспортируемой среды. 

Выбор

• Определение требований:

• Рабочее давление (от 0.1 до 250 МПа)
• Температурный режим (-200°С до +600°С)
• Диаметр условного прохода (DN15-DN2000)
• Характеристики среды (вязкость, агрессивность, наличие примесей)
• Частота использования (редкое/частое переключение)

• Выбор типа арматуры:

• Для полного перекрытия — задвижки (герметичность класса А)
• Для регулирования потока — вентили (точность регулировки до 98%)
• Для частого переключения — шаровые краны (ресурс до 10000 циклов)
• Для защиты от обратного потока — обратные клапаны

• Учёт рабочих условий:

• Климатическое исполнение (У, УХЛ, Т по ГОСТ 15150)
• Взрывозащита (для взрывоопасных зон)
• Коррозионная стойкость материалов
• Вибрационные нагрузки
• Цикличность работы

• Параметры размера:

• Номинальный диаметр (DN)
• Строительная длина
• Присоединительные размеры
• Габаритные размеры для монтажа

• Требования к качеству:

• Наличие сертификатов соответствия
• Гарантийный срок (обычно 12-36 месяцев)
• Срок службы (10-30 лет)
• Межремонтный период

• Особенности обслуживания:

• Доступность запчастей
• Периодичность техобслуживания
• Ремонтопригодность
• Наличие сервисных центров

• Соответствие стандартам:

• ГОСТ 9544-2015 (герметичность)
• ГОСТ 12.2.063-2015 (безопасность)
• API, DIN или другие международные стандарты
• Отраслевые нормативы

• Экономические факторы:

• Стоимость приобретения
• Затраты на монтаж
• Стоимость обслуживания
• Энергоэффективность

Особенности запорной арматуры

Особенности:

• Разнообразие типов. Регулирующая арматура включает множество типов, таких как шаровые краны, затворные клапаны, задвижки, пластинчатые затворы, клапаны-обратки и другие, что позволяет выбирать подходящий тип в зависимости от потребностей и условий.
• Контроль потока. Основной задачей является отслеживание изменений в трубах. Открывая и закрывая клапаны или задвижки, можно отрегулировать или полностью перекрыть.
• Герметичность. Качество герметичности играет ключевую роль в предотвращении утечек среды.
• Применение в различных отраслях. Актуален монтаж во многих отраслях промышленности, водоснабжении, газоснабжении, нефтепереработке, канализационное, химической промышленности, а также в бытовых сферах. Например, стальные станции отопления, коллекторы, котлы, внутренняя сантехника.
• Регулирование и автоматизация. Некоторые типы, например, регулирующие клапаны, позволяют автоматически контролировать с помощью управляющих схем.

Разница в способах соединения:

1. Клапаны или задвижки с фланцевым присоединением. Они имеют специальные фланцы на своих корпусах. Они присоединяются к трубе при помощи фланцев и болтов, обеспечивая прочное и герметичное соединение.
2. Приварные клапаны и задвижки. Данные вариации имеют концы, которые привариваются к трубам напрямую. Это создает прочное и надежное соединение.
3. Муфтовое соединение. Клапаны с муфтовым присоединением имеют резьбовые концы (резьба), поэтому их просто вкрутить в соответствующие резьбовые фитинги, вентили или трубы.
4. Клапанная муфта. Этот тип соединения нужен для подключения кранов к шлангам, поэтому их удобно переключать поток среды.
5. Межфланцевое соединение. Вентильные блоки клапанные объединяют несколько клапанов на одном блоке с фланцевым соединением.

Каждый из этих способов соединения имеет свои преимущества и применяется в зависимости от требований и конфигурации конкретной трубопроводной конструкции. Выбор определенного типа запорной арматуры и способа соединения зависит от конкретных условий и требований проекта.

Достоинства и недостатки

Запорная арматура имеет несколько преимуществ, которые делают ее неотъемлемой частью трубопроводных систем. Основные:

1. Управление и регуляция движения среды. Одно из основных преимуществ запорной арматуры — возможность контролировать и регулировать поток среды в трубопроводах. Открывая или закрывая клапаны, задвижки или другие устройства, можно управлять расходом среды и оптимизировать работу системы.
2. Безопасность и предотвращение аварий. Позволяет полностью перекрыть течение среды, что является важным в случае аварий или необходимости проведения ремонтных работ. Открыв и закрыв соответствующую арматуру, можно предотвратить аварийные ситуации и обеспечить безопасность персонала и окружающей среды.
3. Регулирование давления. Регулирующие клапаны позволяют регулировать давление среды в трубопроводе, что особенно применимо в системах с переменной нагрузкой.
4. Герметичность. Качество герметичности является основным фактором для предотвращения утечек и обеспечения надежной работы системы.
5. Автоматизация и управление. Некоторые виды можно автоматизировать и интегрировать в системы управления, что упрощает мониторинг процессов и повышает эффективность работы.
6. Применение в различных отраслях. Находит широкое применение в отраслях промышленности, водоснабжении, газоснабжении, нефтепереработке, химической промышленности, канализационной, энергетике и многих других областях.
7. Гибкость и разнообразие. Разнообразие типов и конструкций позволяет подбирать подходящее решение для разных условий и потребностей системы.
8. Простота установки и обслуживания. В большинстве случаев относительно проста в установке и обслуживании, что снижает трудозатраты на эксплуатацию.
9. Долговечность и надежность. Качественно изготовленная деталь обладает долгим сроком службы и высокой надежностью.
10. Эффективность и экономия ресурсов. Можно эффективно использовать ресурсы и оптимизировать работу системы, что способствует снижению затрат и повышению эффективности процессов.

Несмотря на множество преимуществ, запорная арматура трубопроводов также имеет свои минусы и ограничения. Вот основные из них:

1. Потери давления
   Использование запорной арматуры может приводить к потерям давления в системе. Это особенно важно учитывать при выборе кранов или заслонок, так как неправильный выбор может привести к значительным потерям энергии и снижению эффективности работы трубопроводной системы.
2. Вибрации и шум
   Некоторые типы запорно-регулирующей арматуры, особенно клапаны, могут вызывать вибрации и шум в процессе работы. Это особенно заметно при регулировании потока или при высоких давлениях, что может создавать дискомфорт в окружающей среде и требовать дополнительных мер по снижению шума.
3. Сложность обслуживания
   Клапаны и задвижки могут быть сложными в обслуживании. Они требуют регулярной проверки, очистки и технического обслуживания, что может увеличивать эксплуатационные затраты и время простоя системы.
4. Коррозия и износ
   Запорная арматура, работающая с агрессивными средами (например, химическими веществами или высокими температурами), может подвергаться коррозии и износу. Это может привести к необходимости ремонта или замены оборудования, что также влечет за собой дополнительные затраты.
5. Риски утечек
   Плохое состояние или неправильный монтаж запорной арматуры может привести к утечкам рабочей среды. Это может быть опасно как для окружающей среды, так и для здоровья людей, что делает важным регулярный контроль за состоянием арматуры.
6. Размер и вес
   Запорная арматура, особенно для больших диаметров труб или высоких давлений, может быть крупной и тяжелой. Это может затруднить ее установку и обслуживание, а также потребовать дополнительных ресурсов для транспортировки и монтажа.
7. Стоимость
   Элементы запорной арматуры могут быть достаточно дорогими, особенно если требуются специальные материалы или функциональные характеристики. Это может увеличивать общую стоимость проекта или системы.
8. Сложность автоматизации
   Автоматизация работы запорной арматуры может потребовать дополнительного оборудования и систем управления. Это может увеличить как стоимость, так и сложность проекта, что необходимо учитывать при планировании систем управления.
   Эти недостатки подчеркивают важность тщательного выбора и проектирования запорной арматуры для обеспечения надежной и эффективной работы трубопроводных систем.

Из чего она может быть изготовлена

Материалы для изготовления запорной арматуры должны быть подобраны так, чтобы обеспечить надежную и долговечную работу устройств в различных условиях эксплуатации. Выбор материалов зависит от свойств рабочей среды, температуры, давления, химической агрессивности, а также других факторов. Вот некоторые из наиболее распространенных материалов, используемых для изготовления:

1. Углеродистая сталь. Широко распространенный материал для кранов, труб, задвижек и другие комплектующие. Обладает хорошей прочностью и устойчивостью к любым рабочим условиям.
2. Нержавейка. Используется там, где требуется высокая коррозионная стойкость, особенно в агрессивных средах, содержащих хлориды или кислоты.
3. Серый чугун. Применяется для изготовления чугунных кранов с шаровыми или клиновыми запорными элементами, подходит для наружных и внутренних, поворотных заслонок, фланцев. Обладает хорошей износостойкостью и механической прочностью.
4. Дактильный чугун (чугунные детали). Используется в чугунных задвижках и других элементах, требующих высокой прочности и герметичности. Чугунная задвижка — популярный товар с СНГ.
5. Латунь. Цветная медь обычно применяется в кранах для работы с водой и другими неметаллическими средами. Часто используют для газовых фитингов, фланцев, наружных труб для газов и других товаров невысокой цены. 
6. Бронза. Алюминиевая бронза — используется в термоагрессивных и химическиагрессивных средах. Такие материалы изделия не подходят для поворотных, наружных и обратных заслонок, которые должны быть прочными к механическим воздействиям.
7. Титан. Обладает высокой коррозионной стойкостью и применяется в экстремальных условиях, таких как химическая промышленность и морская отрасль.
8. Пластмассы. Различные полимеры (например, труба пнд, полипропиленовые трубы, полиэтилен или из сшитого полиэтилена, поливинилхлорид и т.д.). Применяются в некоторых видов клапанов и арматуры для химических и коррозионно-агрессивных сред. Из пластика и резины делают защитные угловые и дренажные элементы, внутренние уплотнительные кольца, сантехнические узлы и другие категории товаров для защиты от протечек.
9. Керамика. Высокотемпературные керамики используются в условиях высоких температур и агрессивных средах.

Способы изготовления

Способы изготовления запорной арматуры могут варьироваться в зависимости от её типа, размера, материала и конструкции. Вот некоторые основные способы изготовления:

1. Литье. Многие элементы запорной конструкции, такие как корпусы клапанов, задвижки, заслонки и др., могут быть изготовлены методом литья. Для этого используются материалы, такие как сталь, чугун, бронза и т.д.
2. Ковка. Многие элементы, особенно для высоконагруженных систем, могут быть изготовлены методом ковки. Кованые детали обладают высокой прочностью и устойчивостью к нагрузкам.
3. Штамповка. Этот способ используется для изготовления некоторых деталей арматуры, таких как диски и седла клапанов. Штампованные детали могут обладать высокой точностью формы.
4. Обработка на станках с ЧПУ (числовым программным управлением). Современные технологии позволяют изготавливать сложные детали с использованием станков с ЧПУ. Это позволяет достичь высокой точности и повторяемости производства.
5. Сварка. Задвижки и заслонки больших размеров могут быть изготовлены путем сварки различных деталей и компонентов.
6. Изготовление методом аддитивных технологий (3D-печать). В некоторых случаях для изготовления прототипов или сложных геометрических форм могут использоваться 3D-печать и другие аддитивные технологии.
7. Сборка из готовых компонентов. Определенные типы арматуры могут быть собраны из готовых компонентов, таких как клапаны с шаровым элементом (шаровый кран) или блоки крановой арматуры.