Русский
Требования к криогенным дисковым затворам
Создано 07.23
Глава 1: Технические требования к криогенным дисковым затворам
1. Конструктивная конфигурация и принципы проектирования
Криогенные дисковые затворы должны иметь трехэксцентриковую металлическую уплотнительную конструкцию для обеспечения надежного уплотнения и длительного срока службы в условиях криогенных температур. Три эксцентриситета трехэксцентрикового дискового затвора определяются следующим образом:
- Смещение вала:
- Сферическое смещение:
- Смещение уплотнительной поверхности:
Диск должен быть оснащен уплотнительным кольцом из нержавеющей стали, а седло должно быть изготовлено из нержавеющей стали с поверхностной закалкой. Как уплотнительное кольцо диска, так и седло должны быть изготовлены из цельной нержавеющей стали.
Корпус клапана должен быть оснащен поддоном для сбора конденсата, чтобы предотвратить неконтролируемый поток конденсата, защитить слой изоляции, увеличить площадь теплообмена, уменьшить длину удлиненной горловины и обеспечить правильную работу сальниковой камеры.
2. Сварка мягкого уплотнения корпуса клапана и патрубка
Клапан должен поставляться с минимальной длиной патрубка 100 мм. Длина патрубка должна гарантировать, что сварочные работы на обоих концах, выполняемые в полевых условиях, не повлияют на уплотнительные материалы. Патрубок должен быть изготовлен из бесшовной трубы, трубы с продольным швом или поковки, при этом сварка и антикоррозионная защита должны быть выполнены на заводе. Требования к антикоррозионной защите патрубка должны быть идентичны требованиям к корпусу клапана.
Наружный диаметр клапана и патрубка должен соответствовать диаметру соединительного трубопровода, а материал патрубка должен быть совместим с материалом трубопровода.
Для клапанов, поставляемых с патрубками, сначала должно быть проведено гидравлическое испытание корпуса при давлении, в 1,5 раза превышающем максимально допустимое рабочее давление при 20°C. После успешного испытания патрубки должны быть приварены, после чего проводится комплексное гидравлическое испытание корпуса клапана и узла патрубка при давлении, в 1,5 раза превышающем расчетное давление патрубка.
3. Удлиненный шток
Конструкция соединения штока с диском должна гарантировать отсутствие остаточных деформаций при открытии под действием полного перепада давления при расчетном давлении. В случае отказа первая точка разрушения должна находиться снаружи корпуса клапана, а усилие при вторичном разрушении должно быть значительно больше, чем при первичном.
Для запорных клапанов, оснащенных приводами, конструкция штока должна выдерживать максимальный выходной крутящий момент привода. Шток должен иметь конструкцию, предотвращающую выброс, и быть выполнен в виде цельной сквозной оси.
Для клапанов с сальниковыми набивками должны применяться строгие требования к чистоте поверхности как штока, так и расточки сальниковой камеры. Зазор между деталью сальника и сальниковой камерой должен быть меньше зазора между деталью сальника и штоком.
4. Удлиненная горловина крышки
Длина удлиненной горловины крышки относится к расстоянию от верхней точки опоры до сальниковой коробки крышки и должна удовлетворять требованиям к паровому пространству. Соединения крышки должны выполняться с помощью болтов, сварки или монолитной конструкции крышки. Монолитная крышка допускается только для клапанов DN50 и меньше; резьбовые соединения крышки не допускаются.
Конструкция удлиненной горловины крышки должна обеспечивать работу сальникового уплотнения при температуре окружающей среды. Основная функция удлиненной горловины заключается в удалении сальниковой коробки от криогенной среды, что гарантирует нахождение сальника в диапазоне температур окружающей среды, тем самым обеспечивая надежную герметизацию штока.
5. Седло
Уплотнительная пара дискового затвора должна иметь либо двойное, либо тройное смещение для обеспечения требований однонаправленного или двунаправленного уплотнения. На уплотнительные поверхности как запорного элемента, так и седла должна быть наплавлена твердая сплавная наплавка. Толщина наплавленного слоя после механической обработки должна быть не менее 1,6 мм. Для рабочих температур ниже -100°C наплавленные компоненты должны подвергаться криогенной обработке после сварки.
6. Требования к материалам
Выбор материалов для криогенных дисковых затворов имеет решающее значение для обеспечения безопасной работы клапана. Основные требования следующие:
- Литые материалы не должны приниматься в качестве замены кованым материалам.
- Содержание углерода в углеродистой стали, используемой для деталей, работающих под давлением, не должно превышать 0,23%; для поковок и отливок это значение может быть увеличено до 0,25%.
- Медь или медные сплавы не должны использоваться.
- Аустенитные нержавеющие стали должны поставляться в закаленном состоянии (растворная термообработка).
- Болты и гайки для диска и сальниковой камеры клапанов, изготовленных из аустенитной нержавеющей стали, сплава Монель и никелевых сплавов, должны иметь химический состав, идентичный химическому составу корпуса клапана.
- Материалы сальниковой коробки и фланца траверсы должны быть идентичны или эквивалентны материалу корпуса клапана.
- Графитовая набивка должна быть коррозионно-стойким чистым графитом (чистота ≥ 99,8%).
- Материалы болтов должны соответствовать требованиям ASTM A320 B8M Class 2.
- Прокладки, используемые в коррозионных солевых средах, должны поставляться с отчетами об испытаниях на солевой туман для металлических материалов.
- Отливки из аустенитной нержавеющей стали, предназначенные для сверхнизких температур (ниже -101°C), должны подвергаться испытаниям на ударную вязкость.
- Все материалы из нержавеющей стали должны соответствовать требованиям двойной сертификации 304/304L — удовлетворять как химическому составу 304L, так и механическим свойствам 304.
- Поставщик должен предоставить документацию PMI (положительная идентификация материала) для всех клапанов из сплавов, включая корпус и крышку.
Принцип проектирования криогенных материалов: углеродистая сталь и другие металлы с объемно-центрированной кубической (ОЦК) решеткой подвержены низкотемпературной хладноломкости, тогда как ударная вязкость аустенитной нержавеющей стали и других металлов с гранецентрированной кубической (ГЦК) решеткой практически не зависит от низких температур. В проектировании обычно применяются три класса криогенных температур: -46°C (низкотемпературная углеродистая сталь), -101°C и -196°C (аустенитные нержавеющие стали серии 300).
7. Пожаро- и взрывобезопасная и антистатическая конструкция
Клапан должен быть оснащен пожаро- и взрывобезопасной и антистатической конструкцией. Максимальное сопротивление всего пути разряда статического электричества не должно превышать 10² Ом. Антистатическая конструкция должна обеспечивать электрическую непрерывность между штоком и корпусом клапана для отвода статического заряда и устранения потенциальных опасностей. Все клапаны с эластичным уплотнением должны быть оснащены антистатическими устройствами.
Если требуются нулевая утечка и пожаробезопасность, клапан должен быть спроектирован в соответствии с API 607 (за исключением клапанов с резиновой футеровкой). Поверхность уплотнения седла обычно использует двойную конфигурацию уплотнения из неметаллических и металлических материалов:
- Первичное уплотнение:
- Вторичное уплотнение:
Испытания на огнестойкость должны проводиться в соответствии с BS 6755 или API 607, и производитель должен предоставить сертификаты огнестойкости API 6FA или API 607.
8. Уплотнение и эксплуатация
Поставщик должен предоставить подробные чертежи всех уплотнительных зон клапана. Предпочтение следует отдавать уплотнениям с O-образными кольцами. При использовании набивки должна быть предусмотрена пружинная набивка.
Поворотные затворы диаметром 8 дюймов и более должны оснащаться редукторами. Для клапанов с ручным управлением максимальное усилие на ободе маховика или рычаге во время криогенной эксплуатации и испытаний не должно превышать 360 Н.
Клапан должен плавно работать во всех положениях в течение срока службы, составляющего пять (5) лет.
9. Блокировка клапана
Устройства блокировки должны быть предусмотрены как в полностью закрытом, так и в полностью открытом положении. Клапаны с ручным управлением должны иметь возможность запираться навесным замком.
Редуктор для ручных клапанов должен быть червячного типа, полностью закрытым и заполненным подходящей смазкой.
10. Сварка и неразрушающий контроль (NDE)
Сварка в раструб не допускается. Фланцы, приваренные непосредственно к корпусу клапана, не допускаются.
Требования к неразрушающему контролю (NDE):
Тип клапана | Требование к контролю |
Литые клапаны из нержавеющей стали класса 900 и выше | 100% RT |
Литые или кованые клапаны из нержавеющей стали класса 600 и выше | 100% MT или PT |
Все остальные клапаны | Минимум 10% от каждой партии, не менее одного клапана; 100% RT + 100% PT для сварных концов |
Поверхности седел после сварки | 100% PT |
11. Испытания на давление и герметичность
Испытания клапана должны включать:
- Испытание корпуса
- Испытание на холостом ходу
- Испытание на герметичность седла
- Испытание диска на устойчивость к давлению
Требования к испытаниям по типу клапана:
Тип клапана | Испытание корпуса | Испытание седла* | Испытание седла при низком давлении | Испытание седла при высоком давлении |
Задвижка | Требуется | Требуется | Требуется | Опционально |
Запорный клапан | Требуется | Требуется | Опционально | Требуется |
Пробковый кран | Требуется | Н/П | Требуется | Опционально |
Обратный клапан | Требуется | Н/П | Необязательно | Обязательно |
Поплавковый шаровой кран | Обязательно | Н/П | Обязательно | Необязательно |
Дисковый затвор / Шаровой кран с опорами | Требуется | Н/П | Требуется | Опционально |
Примечание: Все клапаны с возможностью уплотнения заднего седла (кроме клапанов с сильфонным уплотнением) должны подвергаться испытанию заднего седла.
Гидравлические испытания должны проводиться с использованием гидравлического масла или водоэмульсионных агентов для предотвращения коррозии. После гидростатического испытания клапан должен быть тщательно продув и высушен до достижения точки росы, соответствующей указанным требованиям. Во время стадии продувки может применяться электрообогрев корпуса клапана для ускорения испарения остаточной воды.
Критерии утечки:
- 1.1 × Пневматическое испытание давлением:
- Клапаны с мягким уплотнением: по ISO 5208, класс A.
- Клапаны с металлическим уплотнением: в два раза больше класса D по ISO 5208.
- Испытание газом низкого давления:
- Мягкоседельные клапаны: по ISO 5208 класс A.
- Металлоседельные клапаны: по ISO 5208 класс D.
Испытания на низкую утечку должны проводиться в соответствии с ISO 15848-1. Для металлоседельных дисковых затворов требования к скорости утечки должны соответствовать API 598.
12. Криогенные испытания
После испытаний при температуре окружающей среды должны быть проведены испытания при сверхнизкой температуре (при -196°C) в соответствии с BS 6364, включая:
- Испытание криогенной работоспособности
- Испытание криогенной герметичности (сальник + прокладки фланцев + седло)
- Испытание криогенного циклического ресурса
Процедура криогенных испытаний:
- Погрузите клапан в резервуар с жидким азотом (крышка и сальниковая гайка должны находиться выше уровня жидкого азота).
- Выдержите погружение в течение времени, достаточного для достижения стабильного температурного равновесия корпуса клапана.
- Контролируйте температуру в различных точках с помощью термопар.
- Проведите испытание под давлением с использованием газообразного гелия при криогенной температуре.
- Выполните 20 циклов открытия-закрытия затвора, измеряя крутящий момент при первом и последнем циклах.
- Постепенно повышайте давление до максимально допустимого рабочего давления и проверьте все точки уплотнения.
- Выдержите давление в течение 15 минут, затем медленно сбросьте давление.
Меры безопасности:
- Предотвратить криогенные ожоги; обслуживающий персонал должен быть обеспечен защитной одеждой, защитной обувью и криогенными перчатками.
- Обеспечить достаточную вентиляцию при выпуске гелия, чтобы избежать опасности удушья.
- При проведении пневматических испытаний установите ограниченную опасную зону и запретите вход посторонним лицам.
Глава 2: Низкотемпературные трехэксцентриковые дисковые затворы для СПГ
1. Концепция трехэксцентриковости и конструктивные особенности
Три смещения низкотемпературного трехэксцентрикового дискового затвора для СПГ определяются как смещение оси, сферическое смещение и смещение уплотнительной поверхности:
- Смещение оси:
- Сферическое смещение:
- Смещение уплотнительной поверхности:
2. Эксплуатационные характеристики
- Превосходные уплотнительные свойства:
- Работа без трения:
- Высокая пропускная способность:
- Короткий рабочий ход:
- Широкий диапазон применения:
- Длительный срок службы:
- Возможность регулирования:
3. Конфигурация с верхним вводом
Криогенные дисковые затворы для СПГ классифицируются по двум конфигурациям с верхним вводом:
(1) Истинный дисковый затвор с верхним вводом
Диск имеет конструкцию с верхним вводом, что позволяет извлекать весь узел диска, шток и уплотнительное кольцо из верхней части корпуса клапана для обслуживания. Обслуживание без демонтажа трубопровода возможно независимо от размера клапана. Соединение корпуса с крышкой представляет собой единый стык, имеющий только один потенциальный путь внешней утечки.
(2) Боковой дисковый затвор с верхним вводом
Диск имеет боковое расположение, корпус удлинен с одной стороны и оснащен ремонтным люком. Для обслуживания требуется, чтобы персонал проникал в камеру или внутрь нее, что снижает ремонтопригодность. Данная конфигурация имеет два соединения (корпус-крышка и люк-крышка), создавая два потенциальных пути внешней утечки.
Глава 3: Гидроуправляемый обратный дисковый затвор
1. Технические характеристики и область применения
Гидравлически управляемый обратный затвор-дисковый затвор объединяет функции отключения и обратного клапана в одном устройстве, заменяя два отдельных клапана. Он закрывается в два этапа — быстрое закрытие и медленное закрытие — по заданной программе, эффективно устраняя и подавляя гидравлические удары, вызванные внезапным отключением электроэнергии или аварийной остановкой насоса, а также предотвращая обратное вращение турбины насоса из-за обратного потока.
Технические характеристики:
Параметр | Значение |
Номинальный диаметр (DN) | DN600 ~ DN3000 |
Номинальное давление (PN) | 0,6 ~ 1,6 МПа |
Рабочая температура | ≤ 80°C |
Подходящие среды | Вода, нефтепродукты и другие неагрессивные жидкости |
2. Конструкция и принцип работы
Узел клапана состоит из трех основных компонентов: корпуса клапана, гидравлического привода, гидравлической силовой установки и электрического шкафа управления. Конструкция гидроаккумулятора заменяет традиционный противовес, обеспечивая компактность, малый вес и простую конструкцию с полной функциональностью.
Параметры времени срабатывания клапана:
Параметр | Значение |
Время открытия | 20 ~ 120 секунд |
Время быстрого закрытия | 2 ~ 30 секунд (угол прибл. 65° ± 10°) |
Время медленного закрытия | 2 ~ 60 секунд (угол прибл. 25° ± 10°) |
Гидравлический принцип работы:
- Нормальная работа:
- Открытие клапана:
- Закрытие клапана:
- Фиксация положения:
- Ручное управление:
3. Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание
Меры предосторожности при монтаже:
- Перед установкой очистите корпус клапана, уплотнительные поверхности диска и внутреннее отверстие.
- Болты фланцев должны затягиваться равномерно в симметричной последовательности.
- Убедитесь, что уплотнительная поверхность направлена вверх по потоку, а вал клапана расположен вниз по потоку относительно направления потока.
Техническое обслуживание гидроаккумулятора:
- Не заряжайте кислородом, сжатым воздухом или любым горючим газом.
- Давление зарядки азотом:
- DN ≤ 600: 6,5 ~ 8,5 МПа
- DN ≥ 700: 7,0 ~ 9,0 МПа
- Проверяйте давление газа в баллоне еженедельно в течение первого месяца, затем ежемесячно.
Управление гидравлическим маслом:
- Используйте гидравлическое масло № 20 или № 30, или противоизносное гидравлическое масло № 46.
- Отбор проб и анализ должны проводиться ежеквартально; фильтры должны очищаться периодически.
- Масляный бак должен быть тщательно очищен при замене масла; смешивание масел разных марок строго запрещено.
Глава 4: Технические нормы и стандарты
Технические требования к криогенным дисковым затворам, указанные в настоящем документе, должны соответствовать следующим стандартам:
Номер стандарта | Название |
API 609 | Дисковые затворы: двухфланцевые, проходные и межфланцевые типы |
59A (NFPA) | Стандарт на производство, хранение и обращение со сжиженным природным газом (СПГ) |
ISO 14313 | Нефтяная и газовая промышленность — Системы трубопроводного транспорта — Трубопроводная арматура |
ISO 5208 | Промышленная арматура — Испытание металлической арматуры под давлением |
BS 6364 | Арматура для криогенных условий эксплуатации |
BS 6755 | Испытания арматуры |
MESC SPE 77/200 | Арматура для низких и криогенных температур |
ISO 15848-1 | Промышленная арматура — Измерение, испытания и процедуры квалификации для контроля неорганизованных выбросов |
Заключение
После десятилетий развития технология дроссельных клапанов эволюционировала от обычных дроссельных клапанов до трехэксцентриковых металлических седельных дроссельных клапанов, от работы при нормальной температуре до криогенных условий, и от функции только отключения до комбинированных функций отключения и обратного клапана. Конструктивные концепции, системы материалов и методы испытаний постоянно совершенствовались.
Криогенные трехэксцентриковые дроссельные клапаны благодаря своим превосходным уплотнительным характеристикам и отсутствию трения стали предпочтительным решением для СПГ и других криогенных применений. Гидравлически управляемые обратные дроссельные клапаны с помощью аккумуляторной технологии и поэтапной последовательности закрытия эффективно обеспечивают безопасную работу насосных станций.
Инженеры-профессионалы в процессах выбора и проектирования клапанов должны строго соблюдать применимые нормы и стандарты, полностью учитывая условия эксплуатации и пригодность материалов, чтобы обеспечить безопасную, надежную и долгосрочную работу клапанов.
Контакт
Оставьте свои контактные данные, и мы свяжемся с вами.
WhatsApp