(812) 611-08-45
Горячая линия
+7 911 250-12-82
th@armatek.ru

Чугунная арматура

Чугунная трубопроводная арматура

В процессе эксплуатации трубопроводной арматуры наибольшим нагрузкам подвергаются корпусные детали ─ корпус и крышка. Корпус, формирующий внутреннюю полость, ─ место перемещения потока рабочей среды ─ постоянно находится в напряженном состоянии из-за различных воздействий, включая давление рабочей среды и механические нагрузки, связанные с усилиями кручения, растяжения, сжатия со стороны труб и прочих элементов конструкции трубопроводной системы. Корпус проходит испытание временем не только на механическую прочность, но и на коррозионную устойчивость, износостойкость, способность противостоять высоким и низким температурам.

Трубопроводная арматура ─ одна из наиболее ответственных составных частей производственных комплексов во многих отраслях промышленности. От нее напрямую зависят не только соблюдение технологического процесса и экономические показатели работы оборудования, но и безопасность, как обслуживающего персонала, так и окружающей среды. Особенно, если рабочей средой являются радиоактивные, токсичные, взрывопожароопасные и другие «непростые» жидкости и газы.

Чугун и надежность трубопроводной арматуры

Особенно высока планка требований, предъявляемых к надежности трубопроводной арматуры, устанавливаемой на опасных производственных объектах I или II классов опасности. В соответствии с Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» ─ это опасные производственные объекты чрезвычайно высокой опасности и высокой опасности, соответственно. Но даже при транспортировке нефти, природного газа или горячей воды нарушение герметичности, целостности, а, тем более, разрушение корпуса трубопроводной арматуры, могут привести не только к значительным экономическим потерям, но и к авариям и экологическим катастрофам.

Вопрос надежности корпусных деталей арматуры актуален в любом случае. А надежность узлов и деталей невозможно обеспечить, не используя надежные материалы.
Поскольку слово «надежность» в предыдущем абзаце использовано три раза, напомним, что согласно ныне действующему и утрачивающему силу с 1 апреля 2017 года «ГОСТ Р 53672-2009. арматура трубопроводная. Общие требования безопасности» (как, впрочем, и идущему ему на смену ГОСТ 12.2.063-2015, утвержденному Приказом Росстандарта от 26.05.2015 № 439-ст) термин «показатели надежности» объединяет сразу несколько показателей ─ безотказность, долговечность, сохраняемость, ремонтопригодность.

К корпусным материалам трубопроводной арматуры предъявляется целый комплекс требований, приоритетность каждого из которых определяется условиями эксплуатации арматуры и, прежде всего, параметрами транспортируемой рабочей среды. В соответствии с ГОСТ 12.2.063-2015 это ─ рабочее давление, минимальная отрицательная и максимальная расчетная температуры стенки корпуса, химический состав и свойства рабочей среды (коррозионность и наличие примесей). А для жидкостей еще и сочетание нескольких параметров─ давления, температуры и скорости потока, приводящих к кавитационному разрушению.

Материалы, используемые для изготовления корпусных деталей трубопроводной арматуры, должны обладать необходимой механической прочностью, плотностью и пластичностью. А также быть стойкими к воздействию коррозии, технологичными, т. е. допускающими механическую обработку различными способами, обладать однородной структурой по всему объему, способными сопротивляться переменным тепловым воздействиям и сохранять устойчивость в требуемом интервале рабочих температур.

Почти в каждой области применения трубопроводной арматуры используются изделия с корпусом из чугуна.

Легче перечислить случаи, когда трубопроводную арматуру из чугуна не применяют. Ее не монтируют на трубопроводах, подверженных вибрации или функционирующих при резких перепадах температурного режима, в обвязке насосных агрегатов, устанавливаемых на открытых площадках, и в обвязке резервуаров, предназначенных для хранения взрывопожароопасных и токсичных веществ. Есть определенные ограничения, связанные с температурой и давлением рабочей среды и ее химическим составом. Например, чугунной трубопроводной арматуре противопоказаны хлор и аммиак, как в жидком, так и в газообразном состоянии. Чугунный корпус может не выдержать гидравлические удары, замерзание, резкое повышение давления, механические перекосы.

Но это не означает, что чугун ─ это только водопроводная арматура чугунная и ничего более. Чугунная арматура успешно работает в химической промышленности, в т. ч. когда рабочей средой являются некоторые кислоты, растворы солей, щелочи, и в большинстве других направлений технологий, в т. ч. электро- и теплоэнергетике.

Чугунная арматура: удерживая завоеванные позиции

В результате «естественного отбора» из всего многообразия производимых промышленностью материалов, используемых для основных деталей трубопроводной арматуры, сформировалась тройка безусловных лидеров ─ сталь, чугун, сплавы цветных металлов (медные и реже алюминиевые). Стальная арматура, чугунная арматура и в меньшей степени бронзовая и латунная арматура формируют основной массив современной трубопроводной арматуры. Доля титановых сплавов и неметаллических материалов сравнительно невелика. Если говорить о пластмассах, то в качестве корпусных материалов трубопроводной арматуры они скорее конкуренты для нержавеющей стали, чем для чугуна.
Конечно, конфигурация лидирующей тройки не статична, и можно говорить об определенном увеличении доли стальной арматуры, в т. ч. за счет ее наступления на позиции чугунной. Но этот процесс не так динамичен, и чугунная арматура по-прежнему широко применяется в большинстве отраслей экономики, а доля чугуна в производстве трубопроводной арматуры остается высокой. Хотя столетие назад она была еще больше.

Именно чугуну трубопроводная арматура во многом обязана своим, не сходящим на нет уже более двух столетий спуртом, начало которому положила промышленная революция, коренным образом изменившая лицо цивилизации. А старт промышленной революции в XVIII столетии дала паровая машина, появление которой сделало возможным массовое машинное производство.

И в самой паровой машине, и в окружавшей ее «периферии» обойтись без трубопроводной арматуры было невозможно. Ее изготовление стало весомой частью чугунолитейного производства, а чугун ─ важнейшим материалом для корпусных деталей трубопроводной арматуры. Во второй половине XVIII и на всем протяжении XIX столетий чугунная запорная арматура реальных конкурентов не имела. Уже тогда в ассортименте производителей трубопроводной арматуры главное место заняли клапаны и задвижки чугунные. По мере развития металлургических технологий с одной стороны и роста требований к трубопроводной арматуре в силу расширения диапазонов значений температуры и давления рабочих сред и появления огромного числа новых транспортируемых в трубопроводах веществ, с другой, сталь, как материал для изготовления корпусных деталей трубопроводной арматуры, потеснила чугун. Потеснила, но, не более того. И сегодня из чугуна продолжают делать корпуса всех без исключения типов трубопроводной арматуры.

Огромное распространение получили задвижки чугунные: клиновые, параллельные, шиберные, шланговые. Их применяют в системах тепло-, газо- и водоснабжения, устанавливают на магистральных и технологических газо-, нефте- и нефтепродуктопроводах, в. т. ч. большого диаметра. Важное место в прайс-листах производителей трубопроводной арматуры занимают клапан чугунный (клапан обратный чугунный, клапан запорный чугунный, предохранительный, мембранный и др.); кран чугунный (кран шаровой чугунный, конусный, цилиндрический); дисковый затвор чугунный. В последнем из чугуна может выполняться не только корпус дискового затвора, но и сами диски.

Чугун в трубопроводной арматуре ─ это не только корпусные детали. Он востребован при изготовлении фланцев. Фланцы чугунные (литые из серого или ковкого чугуна) менее подвержены деформациям, чем стальные. Из чугуна изготавливают маховики для управления трубопроводной арматурой, уплотнительные кольца, пробки кранов и целый ряд других деталей трубопроводной арматуры.

Далеко не всегда на равных конкурируя со своим главным оппонентом ─ сталью, по физико-механическим параметрам, чугун зачастую побеждает благодаря «экономическому оружию». Он дешевле, что значительно повышает его ставки в соревновании в такой «дисциплине» как соотношение «цена-качество» ─ очень важной в условиях серийного производства и массового использования трубопроводной арматуры во всех отраслях народного хозяйства. Да еще, учитывая, что изготовление трубопроводной арматуры ─ производство весьма металлоемкое.

Развитие химических технологий, усложнив работу трубопроводной арматуры из-за появления большого числа агрессивных рабочих сред, вместе с тем дало эффективный инструмент для защиты чугунных (равно как и стальных) корпусов трубопроводной арматуры. Покрыв чугунную поверхность слоем эбонита, тефлона, других эластомеров, стекла или керамики, толщиной несколько миллиметров, удается кардинально повысить ее стойкость к агрессивным, высоко абразивным средам. Такой своеобразный «бутерброд» из прочного чугуна и сравнительно непрочных, зато химически и износостойких материалов, по эксплуатационным параметрам оказывается идентичен, а по стоимости существенно дешевле корпусов из высоколегированных сталей.

Перспективы применения чугуна в промышленности вообще и в изготовлении трубопроводной арматуры, в частности, во многом связаны с повышением его эксплуатационной стойкости, которую можно добиться путем гуммирования, футерования, эмалирования внутренней поверхности корпусов чугунной арматуры. Усилению позиций чугунной арматуры также способствует использование модифицированных ковкого и высокопрочного шаровидного чугуна.

Чугун: белый, серый, высокопрочный…

Чугун ─ сплав железа и углерода (от 2% и выше). Углерод может находиться в форме цементита (карбида железа Fe3C) или графита. В зависимости от того, чего больше ─ светлого цементита или черного графита ─ говорят о белом или сером чугуне.

Железо и углерод ─ не единственные составляющие чугуна. Подобно стали чугун может содержать различные компоненты, делающие его высоко-, средне- или низколегированным, либо нелегированным. И если в низколегированном чугуне доля легирующих добавок измеряется одним - полутора процентами, то в высоколегированном может доходить до десяти процентов. В чугун добавляют кремний, хром, никель, медь, а также измеряемые долями процента азот, бор, висмут, магний. Легирование придает чугуну прочность при ударных нагрузках и кислотоупорность.

Белый чугун почти не поддается механической обработке и используется как полуфабрикат для получения стали и ковкого чугуна.

Серый чугун (СЧ), напротив, хорошо обрабатывается механическими инструментами и поэтому широко используется в машиностроении.

Ковкий чугун (КЧ) получают из белого чугуна путем термической обработки, в результате которой он приобретает некоторые пластические свойства (откуда и название). Ковкий чугун не так хрупок, как серый, имеет более высокую вязкость. Да и вообще по своим механическим свойствам приближается к стали. Износоустойчивость ковкого чугуна не намного ниже, чем у стального литья.

Механические свойства отливок очень отличаются в зависимости от марки чугуна: у чугуна СЧ10 предел прочности при растяжении примерно в 4,5 раза, а предел прочности при изгибе почти в 2,5 раза ниже, чем у чугуна СЧ45.

При модифицировании чугуна иттрием, магнием, церием и некоторыми другими элементами включения графита приобретают близкую к шаровидной форму. Это делает чугун более прочным и пластичным, увеличивает его ударную вязкость. Такая разновидность серого чугуна получила наименование чугун с шаровидным графитом или «высокопрочный» чугун (ВЧ или ВЧШГ). Механические свойства высокопрочного чугуна весьма высоки. Например, у ВЧ100 предел прочности при растяжении составляет не менее 1000 МПа, тогда как у СЧ10 ─ от 98 МПа.

Проводя параллели с другими металлами, чугун почти всегда сравнивают со сталью. Он не так прочен, более хрупок («хрупкость» чугуна уже стала притчей во языцех), зато дешевле.

Чугун в отличие от стали используется почти исключительно в качестве литейного сплава. Есть опытные результаты получения чугунного проката, но говорить об их промышленном значении пока не приходится.

Сегодня чугунная арматура представлена в ассортименте всех ведущих производителей трубопроводной арматуры. Например, в компании АРМАТЭК корпуса шланговых задвижек изготавливают из чугуна, стали и алюминия, обратные клапаны ─ из чугуна, стали и полимеров, шиберные задвижки ─ из чугуна (как серого, так и ВЧШГ) и стали (нержавеющей и углеродистой). Это позволяет сделать оптимальный выбор в зависимости от условий эксплуатации арматуры. И очень часто этот выбор делается в пользу чугунной арматуры.

Чугун: белый, серый, высокопрочный…

Чугун ─ сплав железа и углерода (от 2% и выше). Углерод может находиться в форме цементита (карбида железа Fe3C) или графита. В зависимости от того, чего больше ─ светлого цементита или черного графита ─ говорят о белом или сером чугуне.

Железо и углерод ─ не единственные составляющие чугуна. Подобно стали чугун может содержать различные компоненты, делающие его высоко-, средне- или низколегированным, либо нелегированным. И если в низколегированном чугуне доля легирующих добавок измеряется одним - полутора процентами, то в высоколегированном может доходить до десяти процентов. В чугун добавляют кремний, хром, никель, медь, а также измеряемые долями процента азот, бор, висмут, магний. Легирование придает чугуну прочность при ударных нагрузках и кислотоупорность.

Белый чугун почти не поддается механической обработке и используется как полуфабрикат для получения стали и ковкого чугуна.

Серый чугун (СЧ), напротив, хорошо обрабатывается механическими инструментами и поэтому широко используется в машиностроении.

Ковкий чугун (КЧ) получают из белого чугуна путем термической обработки, в результате которой он приобретает некоторые пластические свойства (откуда и название). Ковкий чугун не так хрупок, как серый, имеет более высокую вязкость. Да и вообще по своим механическим свойствам приближается к стали. Износоустойчивость ковкого чугуна не намного ниже, чем у стального литья.

Механические свойства отливок очень отличаются в зависимости от марки чугуна: у чугуна СЧ10 предел прочности при растяжении примерно в 4,5 раза, а предел прочности при изгибе почти в 2,5 раза ниже, чем у чугуна СЧ45.

При модифицировании чугуна иттрием, магнием, церием и некоторыми другими элементами включения графита приобретают близкую к шаровидной форму. Это делает чугун более прочным и пластичным, увеличивает его ударную вязкость. Такая разновидность серого чугуна получила наименование чугун с шаровидным графитом или «высокопрочный» чугун (ВЧ или ВЧШГ). Механические свойства высокопрочного чугуна весьма высоки. Например ВЧ100 предел прочности при растяжении составляет не менее 1000 МПа, тогда как у СЧ10 ─ от 98 МПа.

Проводя параллели с другими металлами, чугун почти всегда сравнивают со сталью. Он не так прочен, более хрупок («хрупкость» чугуна уже стала притчей во языцех), зато дешевле.

Чугун в отличие от стали используется почти исключительно в качестве литейного сплава. Есть опытные результаты получения чугунного проката, но говорить об их промышленном значении пока не приходится.

Сегодня чугунная арматура представлена в ассортименте всех ведущих производителей трубопроводной арматуры. Например, в компании АРМАТЭК корпуса шланговых задвижек изготавливают из чугуна, стали и алюминия, обратные клапаны ─ из чугуна, стали и полимеров, шиберные задвижки ─ из чугуна (как серого, так и ВЧШГ) и стали (нержавеющей и углеродистой). Это позволяет сделать оптимальный выбор в зависимости от условий эксплуатации арматуры. И очень часто этот выбор делается в пользу чугунной арматуры.

ОТЗЫВЫ КЛИЕНТОВ

Компания «Взлет» приобрела  фланцевые шаровые краны с рукояткой производства АРМАТЭК.

Трубопроводная арматура