Отключающая арматура используется для перекрытия потока рабочей среды при превышении заданной величины скорости ее течения за счет изменения перепада давления на чувствительном элементе, либо в случае изменения заданной величины давления.
Отключающая арматура в нормативных документах
В «ГОСТ 24856-81. Арматура трубопроводная промышленная. Термины и определения» об отключающей арматуре не сказано ни слова. Ничего не говорится в этом нормативном документе и про защитную арматуру. Согласно ему любая арматура, предназначенная для автоматической защиты оборудования от аварийных изменений параметров, носит название «предохранительная арматура». В написанных несколько десятилетий назад учебниках именно к предохранительной арматуре отнесен отключающий (скоростной) клапан.
Такой взгляд был «узаконен» на протяжении почти четверти века. Почти ─ поскольку в 2004 году появился «Стандарт ЦКБА 011-2004. Арматура трубопроводная. Термины и определения», а в 2007-м ─ «ГОСТ Р 52720-2007. Арматура трубопроводная. Термины и определения», сменивший в статусе действующего документа ГОСТ 24856-81. В этих, более новых, нормативах уже есть и отключающая, и защитная арматура. Но говорится о них с разной «интонацией». Если защитная арматура определяется как один из видов трубопроводной арматуры, то об отключающей упоминают только для того, чтобы предупредить, что так не рекомендуется называть защитную арматуру. А желание сделать это могло возникнуть. Ведь согласно и ГОСТ 52720-2007, и Стандарту ЦКБА 011-2004 защитная арматура ─ это не только арматура, предназначенная для автоматической защиты оборудования и трубопроводов от недопустимых или непредусмотренных технологическим процессом изменений параметров или направления потока рабочей среды, но и (внимание!) ─ для отключения потока.
Отключающий (скоростной) клапан в ГОСТ 52720-2007 рассматривается уже как часть защитной арматуры. А вот в ныне действующем «ГОСТ 24856-2014. Арматура трубопроводная. Термины и определения» он «прямым текстом» отнесен к отключающей арматуре, поскольку информация о нем помещена в главе 5.8 Разновидности обратной и отключающей арматуры. Хотя во всем остальном определения отключающего клапана в обоих упоминаемых нормативах фактически совпадают.
В ГОСТ 24856-2014 уже ничего не говорится о защитной арматуре. Зато отключающая арматура на равных с регулирующей, запорной, обратной и другими заняла свое место среди основных видов трубопроводной арматуры.
Отключающая и запорная арматура: сходства и различия
В работе отключающей и отсечной арматуры много общего. (Отсечная арматура ─ это запорная арматура с минимальным временем срабатывания). Для той и другой срабатывание означает перекрытие потока рабочей среды. Но если отключающая арматура делает это, как сказано в ее определении, только при превышении рабочей средой величины заданной скорости течения, то отсечная арматура способна сработать при резком понижении ее давления, которое также может быть следствием аварийной ситуации, связанной с разрывом трубопровода.
Можно говорить о некоторой двойственности понимания словосочетания «отключающая арматура». С одной стороны, есть его строгое прочтение в соответствии с ГОСТ 24856-2014, где совершенно определенно указана причина срабатывания такой арматуры. С другой ─ прилагательное «отключающая» понимается более широко, как любая арматура, способная отключить часть трубопроводной системы, причем не обязательно при превышении скорости потока. И в этом случае не выглядит нелогичным вопрос «…а какая запорная арматура применяется в качестве отключающей»? Потому что на него есть ответ в нормативных документах. Например, в п. 9.1.26. Правил технической эксплуатации тепловых энергоустановок сказано: «В качестве отключающей арматуры на вводе тепловых сетей в тепловой пункт применяется стальная запорная арматура».
«На вентилях и задвижках отключающей арматуры следует вывешивать плакаты и знаки безопасности «Не открывать ─ работают люди». Это уже цитата из «Правил техники безопасности при эксплуатации тепломеханического оборудования электростанций».
В газовой отрасли широко используется термин «блок отключающей арматуры» (блок с отключающей арматурой). Так называют один или несколько устройств (чаще - шаровых кранов), служащих для отключения газовых магистралей при проведении регламентных работ.
И все это точно не об «отключающей» арматуре, срабатывающей при превышении скорости потока.
Важная миссия отключающей арматуры
Пожалуй, главная функция отключающей арматуры ─ отключение аварийных участков трубопроводов.
Отключающая арматура устанавливается во всех случаях, когда необходимо иметь возможность немедленно «вынести за скобки» участок системы в случае повреждения трубопровода или иного оборудования, находящегося за отключающим устройством.
Особую опасность представляют течи из трубопроводных систем, служащих для транспортировки токсичных, опасных для здоровья персонала и окружающей среды веществ. Например, трубопроводов, входящих в состав технологических установок для производства и хранения жидкого хлора, аммиака, кислот, щелочей и т. д.
Обеспечить хорошую управляемость, гибкость и надежность современных трубопроводных систем в таких технологически сложных и потенциально опасных для окружающей среды отраслях, как атомная энергетика, химическая промышленность и целом ряде других, невозможно, не укомплектовав их импульсной арматурой.
Импульсная арматура, также называемая управляющей или пилотной, представляет собой совокупность встроенных или вынесенных вспомогательных устройств в арматуре непрямого действия, обеспечивающих перемещение запирающего либо регулирующего элемента главной арматуры, при соответствующем изменении параметров рабочей среды.
Присоединение пневмо- или гидроприводов, измерительных приборов и других устройств осуществляется с помощью импульсных трубопроводов малого диаметра, служащих для подачи управляющей среды. Не будь отключающей арматуры, при разрушении импульсного трубопровода не только его содержимое на момент аварии, но и все новые и новые количества нередко очень токсичных жидкостей или газов беспрепятственно покидали бы пределы системы, загрязняя окружающую среду. А в силу целого ряда причин (наружное расположение, вибрации и некоторые другие особенности устройства) разрывы импульсных трубопроводов случаются не так уж редко.
Отключающий клапан
Разновидностью отключающей арматуры является отключающий (скоростной) клапан ─ действенный способ предотвратить негативные последствия разрыва трубопровода. Он, как и положено отключающей арматуре, перекрывает поток в случае превышения заданной величины скорости его течения.
Отключающие клапаны широко применяются в качестве трубопроводной арматуры магистральных нефте-, газо-, продуктопроводов, систем теплоснабжения, котельных и холодильных установок, тепловых насосов, водопроводов коммунальных систем.
Отключающие (скоростные) клапаны устанавливаются на приемо-раздаточных трубопроводах, позволяя автоматически отключать их от резервуара при повреждении. Так, у цистерн, предназначенных для хранения сильнодействующих ядовитых газов, скоростной клапан устанавливают на сифоне слива продукта.
Отключающие клапаны особенно эффективны на трубопроводах небольшого диаметра и протяженности, например, соединяющих резервуар, где хранится дизельное топливо, с котлом; на выходе горячей воды из бойлера; в системе газопроводов авто- или железнодорожных цистерн или емкостей.
Устанавливать отключающие клапаны на трубопроводах большой протяженности не всегда целесообразно ─ слишком уж много их потребуется.
После ликвидации неисправности и выравнивания давления отключающий клапан открывается, снова подключая поврежденный участок к системе.
Конкурирующая технология ─ специальные датчики протечек, от которых информация о повреждениях трубопровода поступает на устройства запорной арматуры, быстро перекрывающие аварийный участок.
Конструкции отключающих клапанов
Существует несколько конструкций отключающих (скоростных) клапанов. В пружинных клапанах силовая нагрузка на запирающий элемент создается пружиной, в грузовых ─ силой тяжести груза. Разделяют отключающие клапаны для регулируемого и для нерегулируемого расхода среды, а также с различным типом герметизации: с сильфоном или без сильфона.
Сильфонные отключающие клапаны особенно эффективны при работе с опасными токсичными средами, например, радиоактивной водой, циркулирующей в части контуров атомных электростанций.
Пружинные отключающие клапаны используются чаще грузовых, в т. ч. и потому, что они менее инерционны и могут устанавливаться в любом положении без учета направления действия силы тяжести. Если условия эксплуатации соответствуют норме, перепад давления невелик, и сила, действующая на пружинный отключающий клапан, меньше усилия пружины, удерживающего запорный элемент в положении «открыто». При возникновении потока, превышающего по величине допустимый, скорость потока фазы возрастает, перепад давления увеличивается, и при установленном значении оказывается больше силы упругости пружины, преодолевая ее сопротивление. В результате ─ положение «открыто» сменяется положением «закрыто».
Регулировка установочного усилия пружины обеспечивает реагирование клапана на заданный перепад давления на чувствительном элементе, превышение которого и приводит к его немедленному закрытию.
Сигналом для грузового отключающего клапана служит перепад давления, приводящий в движение поршень, соединенный с элементами затвора, и переводящий клапан в положение «закрыто».
Наличие пружинных и грузовых отключающих клапанов подчеркивает их «генетическую» близость к предохранительным клапанам, среди которых наряду с другими типами также есть грузовые и пружинные.
Простота конструкции, небольшие габариты и масса отличают отключающие (скоростные) клапаны шарикового типа. Они действуют по следующему принципу: при превышении допустимого расхода жидкости или газа (а, соответственно, увеличения скорости потока) под действием струи шарик перекрывает выход среды через клапан.
Установленная величина срабатывания отключающего клапана может превышать расчетные рабочие параметры на несколько десятков процентов. Но в этом случае велика вероятность отключений не в силу возникновения аварийной ситуации, а по причине небольших флуктуаций, вызванных случайными факторами. Чтобы срабатывать в действительно форс-мажорных ситуациях клапан настраивают на 100-200% выше «нормы».
Решая конкретные локальные задачи, отключающая арматура не претендует на первые роли среди других видов трубопроводной арматуры. Необходимость в ее появлении и развитии обусловлена усложнением условий, в которых приходится функционировать арматуре. Одно из значимых проявлений этого ─ расширение круга вовлекаемых в технологические процессы рабочих сред, нередко чрезвычайно токсичных, требующих на фоне роста экологических стандартов максимально деликатного обращения. Кроме того, необходимость обеспечить более эффективное управление главной арматурой, отвечающей за движение основного потока рабочей среды, привело к более широкому применению импульсной арматуры. А, значит, необходимости создания оптимальных условий для ее работы, «ответственность» за что в немалой степени ложится на отключающую арматуру.
Для решения любой технической задачи сначала отыскивается принципиальное решение. После того, как оно найдено, наступает следующий этап ─ работа над улучшением его качества. Если согласиться с такой логикой поступательного движения научно-технического прогресса (НТП), отключающая арматура ─ яркая иллюстрация тому, как, успешно решив проблему «количества», не делая пауз, НТП берется за улучшение его «качества».
