Для многих применений герметичность в течение длительного периода – это вызов, т. к. нулевая утечка является требуемым условием для некоторых установок, таких как:
• резервуары-хранилища углеводородов;
• терминалы погрузки/разгрузки;
• манифольды для нескольких рабочих сред;
• оборудование заправки авиатопливом в аэропортах;
• узлы учета откачиваемой нефти;
• буровые морские платформы;
• установки дегидратации газов и пр.
В зависимости от применения может потребоваться обеспечение надежной и долговечной 100 %-й герметичности по направлению потока (как вниз, так и вверх по течению) или сразу по двум направлениям.
Многие считают, что купив арматуру от известного производителя и имея сертификат испытаний в соответствии с API 598, ISO 5208 или любым другим соответствующим стандартом испытаний, они уже имеют арматуру, которая всегда будет гарантировать полную герметичность. В этом отношение стандарты для испытаний арматуры API 598 и ISO 5208 не дают никакой гарантии в наличии герметичности арматуры при эксплуатации, т. к. данные стандарты используются для испытаний нового оборудования. А что произойдет с арматурой спустя некоторое время в процессе эксплуатации?
То же самое касается и прочих стандартов испытаний, все они допускают некоторые утечки. Как правило, чаще это характерно для арматуры с металлическими сёдлами, чем для арматуры с мягкими сёдлами, но утечки случаются в любом случае. Это значит, что мы одновременно сталкиваемся с двумя проблемами: допустимые утечки по стандартам и, как дополнение, утечка седла из-за износа и задиров (при этом их сочетание может быть очень серьёзным).
Уплотнение в затворе типовых конструкций задвижек и шаровых кранов обеспечивается давлением рабочей среды или пружинами, что не гарантирует долгосрочной герметичности седла. Труднее обеспечить герметичность в арматуре с функцией двойного запирания с дренажом (DBB) или двойной изоляции с дренажом (DIB), поскольку при таком механизме уплотнения неизбежны трение и износ уплотнительных поверхностей. В итоге эрозия уплотнительного материала и задиры седел могут привести к утечкам в затворе, а значит, к потерям рабочей среды или ее загрязнению другими средами.
Рассмотрим шаровой кран: во время каждого цикла шар и седло находятся в постоянном контакте и трутся друг об друга. Следовательно, спустя некоторое время работы это приведёт к износу и возможной утечке. То же самое происходит в задвижке, где уплотнение достигается трением между клином и сёдлами. В результате поцарапанные кольца сёдел и утечки становятся общими последствиями.
Таким образом, 100 %-я герметичность не может быть гарантирована, т. к. в этих конструкциях неизбежны трение и износ.
Нулевая утечка крайне важна по многим причинам, связанным с защитой окружающей среды или исходя из экономических соображений. Даже небольшая утечка может оказать огромное влияние на работу всей установки.
Пример № 1: Резервуары с различными продуктами в единой трубной обвязке, соединенные с отгрузочным причалом многопродуктовым трубопроводом. В такой системе использование негерметичной арматуры приведет к смешению продуктов и, как следствие, к экономическим потерям.
Пример № 2: Калибровка узлов учета нефтепродуктов. Погрузка/разгрузка нефтяного танкера объёмом 300 000 тонн эквивалентна 2 млн баррелей, что эквивалентно 100 млн долл. США. В таком случае отклонение в 1 % в герметичности арматуры может привести в худшем случае к потере 1 млн долл. США.
Таким образом, герметичность седла важна, и кроме API 598 всё чаще и чаще пользователи ссылаются на спецификации стандарта ANSI FCI 70-2, который определяет классы утечки для различных видов арматуры, где класс 6 является самым строгим. Этот стандарт применяется для арматуры с мягкими седлами.
Но даже класс 6 допускает определенную (и значительную) утечку, и в конечном счете означает, что так называемый шаровой кран двойного запирания (DBB) не может гарантировать полную герметичность.
Многие пользователи просто игнорируют эти известные факты и по-прежнему эксплуатируют свои установки со стандартными задвижками или шаровыми кранами. Следовательно, сталкиваются с такими важными последствиями, как загрязнение продукта или неточное измерение.
Главное условие для обеспечения нулевой утечки – это избавление от трения и износа уплотнительных поверхностей, что может быть обеспечено посредством применения конструкции с бесконтактным вращением запорного органа.
Пробковый кран с двойным расширением (рис. 2) представляет собой гибрид задвижки и пробкового крана, сочетая движение поднимающегося штока с поворотом в 90°.
С помощью пробки (конуса) и закрепленных отходящих клиньев кран структурирован таким образом, чтобы во время вращения пробка и уплотнительные элементы не соприкасались с корпусом или какой-либо другой частью крана, избегая при этом износа и задиров на уплотнительных элементах.
Вертикальное перемещение выдвижного штока заставляет клинья «отходить» наружу к сёдлам, обеспечивая тем самым чисто механическое уплотнение с обеих сторон, которое не зависит ни от давления в трубопроводе, ни от действия пружины. Поэтому краны с такими сёдлами гарантируют герметичность с двух сторон независимо от давления в трубопроводе и полностью соответствуют требованиям DIB (двойной изоляции с дренажом).
Главным образом шаровой кран с выдвижным штоком (рис. 3) представляет собой кран с металлическим седлом. Он предназначен для работы при высоких значениях температуры и давления. Он функционирует по той же операционной системе, что и пробковый кран с двойным расширением, т. е. осуществляя бесконтактное вращение и осевое перемещение шара в отношении кольца седла.
Благодаря бесконтактному вращению пробки/шара у обоих кранов практически исключен износ седел.
Существуют и другие преимущества. Из-за бесконтактного вращения пробки/шара рабочие крутящие моменты значительно ниже, чем в сопоставимом стандартном пробковом/шаровом кране, что приводит к подбору менее мощных приводов с последующим снижением затрат.
В приведенной таблице дано сравнение рабочих крутящих моментов пробкового крана с двойным расширением ARFLU с крутящими моментами стандартного шарового крана.
Благодаря конструкции с верхним и нижним разъёмом для обоих кранов, значительно упрощается техническое обслуживание, т. к. это позволяет иметь легкий доступ к внутренним деталям без демонтажа крана с трубопровода, что невозможно в случае стандартного шарового крана с разъемным корпусом.
Более того, такая конструкция позволяет заменить уплотнение штока даже когда кран находится под давлением, что способствует сокращению времени и затрат на техническое обслуживание.
Таким образом, конструкция обоих кранов не только позволяет избегать утечек по седлу, но и делает их удобными для эксплуатации из-за легкости в обслуживании.
Размещено в номере: «Вестник арматуростроителя», № 1 (57) 2020
