Курс Трубопроводная арматура. Модуль-кейс Выбор регулирующей арматуры по критерию надежности регулирования

Курс Трубопроводная арматура. Модуль-кейс Выбор регулирующей арматуры по критерию надежности регулирования
Станислав Львович Горобченко

Рассмотрены принципы выбора и расчета регулирующей арматуры по критерию надежности регулирования для систем автоматического управления в промышленной и теплоэнергетике. Проведен анализ применяемой в энергетике арматуры, показаны особенности применения критерия надежности при выборе арматуры. Приведен расчет, анализ и выбор регулирующей арматуры для САУ уровня в барабане котла БКЗ 75-3,9 ГМА.

Станислав Горобченко

Курс Трубопроводная арматура. Модуль-кейс Выбор регулирующей арматуры по критерию надежности регулирования

Введение

Вопросы выбора регулирующей арматуры объективно связаны с оценкой ее надежности, как с точки зрения конструктивных исполнений, так и ее надежности с точки зрения выполнения регулирующих функций. В тоже время, среди множества публикаций и стандартов трудно найти такие, которые бы с достаточной степенью уверенности давали возможность оценить трубопроводную арматуру на выполнение ею критериев надежности регулирования. Этот вопрос особенно серьезно встает перед проектировщиками технологических линий и специалистами по выбору арматуры, желающими получить надежное регулирование в условиях множества возмущающих параметров в технологической схеме, нестабильности самого потока, постоянных и часто значительных колебаний давления, перепада давления на клапане, температуры, газонасыщенности среды и пр.

Все это приводит к необходимости правильного выбора арматуры из множества различных ее видов, предлагаемых на рынке, и доказательства ее надежной работы в условиях конкретного контура или участка регулирования.

Актуальность темы обусловлена тем, что сейчас на большинстве предприятий используется арматура, не имеющая оценки по критериям надежности ее работы в условиях конкретного участка регулирования.

Цель учебного пособия состоит в том, чтобы проанализировать типы арматуры, используемые в тепловой энергетике, оценить виды контуров на критичность, в которых она может быть использована, продемонстрировать принцип ее выбора для технологических схем промышленной и тепловой энергетики, где такая проблема является наиболее выраженной.

1. Трубопроводная арматура в промышленной и тепловой энергетике

1.1. Классификация трубопроводной арматуры

Существует большое разнообразие трубопроводной арматуры, и в данной работе рассмотрены различные типы арматуры и ее классификации.

Классификация трубопроводной арматуры осуществляется по различным признакам. Пример приведен на рис.1.1 [1].

Рис.1.1. Классификация трубопроводной арматуры.

Далее, более подробно разобраны признаки классификации трубопроводной арматуры:

Классификация по области применения приведена на рис.1.2 [1].

Рис.1.2. Классификация трубопроводной арматуры по области применения.

Пароводяная трубопроводная арматура – это арматура, предназначенная для работы на воде и паре, являющаяся наиболее характерной для использования в системах отопления, вентиляции и теплоснабжения, работающая при высоких давления и температурах;

Газовая трубопроводная арматура – это арматура, предназначенная для установки в системах газоснабжения. В связи с пожаро- и взрывоопасностью рабочей среды, к ней предъявляются повышенные требования герметичности;

Нефтяная трубопроводная арматура – это арматура, предназначенная для установки в системах и трубопроводах, по которым транспортируется сырая нефть и нефтепродукты, являющиеся агрессивной средой, в связи с чем, данный вид арматуры должен обладать повышенной коррозионной стойкостью;

Энергетическая трубопроводная арматура – это арматура, как правило, являющаяся пароводяной арматурой, которая работает при высоких температурах и давлениях, характерных для крупных энергетических котлов, турбин и других установок. К арматуре данного вида предъявляют жесткие требования к качеству арматуры и материалу.

Химическая трубопроводная арматура – это арматура, предназначенная для работы с очень агрессивной средой, в том числе, концентрированные кислоты и щелочи. Данный вид арматуры в основном применяется в химической промышленности и не характерен для систем теплогазоснабжения и вентиляции. Однако применяется в цехах химводоподготовки котельных и ТЭЦ.

Трубопроводная арматура по целевому назначению бывает промышленная, общего назначения и специальная [1] (рис.1.3.).

Рис.1.3. Классификация ТА по целевому назначению.

Промышленная трубопроводная арматура – это арматура, которая устанавливается на технологических установках разного профиля и трубопроводах, подразделяющаяся на арматуру общего назначения, устанавливающуюся в системах, эксплуатируемых в обычных условиях, и арматуру специальную, к ней предъявляются особые требования, вследствие специфики систем: агрессивная среда, суспензии, высокие давления, высокие температуры;

Классификация трубопроводной арматуры по функциональному назначению приведена на рис.1.4 [1].

Рис.1.4. Классификация ТА по функциональному назначению

Регулирующая арматура. Регулирующая арматура – это арматура, которая предназначена для регулирования параметров рабочей среды при помощи изменения расхода или проходного сечения [2]. Применяются различные виды управления регулирующей арматурой из-за различных условий эксплуатации. Наиболее часто осуществляется управление по команде от датчиков, которые фиксируют параметры среды в трубопроводе и используются внешние источники энергии.

Из-за различных параметров рабочей среды: давления, температуры, химического состава и пр., к каждому виду регулирования предъявляются различные требования, это привело к появлению различных типов регулирующей арматуры. К регулирующей арматуре относятся: клапан регулирующий, клапан запорно-регулирующий, клапан трехходовой, кран шаровой, кран цилиндрический.

Запорно-регулирующая арматура. Запорно-регулирующая арматура – это арматура, которая совмещает функции запорной и регулирующей арматуры [2].К запорно-регулирующей арматуре относятся: клапан запорно-регулирующий, дисковый затвор, запорный клапан, мембранный клапан, шаровой кран, электромагнитный клапан.

Трубопроводная арматура по принципу управления и действия бывает двух видов [1], рис.1.5.

Рис.1.5. Классификация ТА по принципу управления и действия

Управляемая трубопроводная арматура – это арматура, в которой перемещение рабочего органа происходит за счет силового внешнего воздействия, от внешнего источника энергии: пневмоприводом, электроприводом, ручным приводом ит.п.:

трубопроводная арматура с ручным приводом – это арматура с механизированным приводом. Для передачи воздействия служит маховик или рукоятка. Пример ручного привода показан на рис.1.6.

Рис.1.6. Пример ТА с ручным приводом

Управляемая ТА с электрическим приводом. Электрический привод – это устройство для управления арматурой, использующее электрическую энергию [2]. Электроприводы используются для дистанционного управления арматурой: открытия, закрытия и определенного положения арматуры. Пример электрического привода показан на рис.1.7.

Рис.1.7. Пример ТА с электрическим приводом

Управляемая ТА с пневматическим приводом. Пневматический привод-устройство для управления арматурой, использующее энергию сжатого воздуха (или другого газа) [2]. Он используется для открытия, закрытия и приведения арматуры в определенное положение. Пример пневматического привода приведен на рис.1.8.

Пневмоприводы чаще используются для защитной арматуры и регулирующей, но не так часто из-за необходимости наличия на предприятии специальной компрессорной системы сжатого воздуха.

Рис.1.8. Пример ТА с пневматическим приводом

Управляемая ТА с гидравлическим приводом. Гидравлический привод – это устройство для управления арматурой, использующее энергию жидкости, находящейся под давлением [2]. Пример гидравлического привода показан на рис.1.9.

Для управления арматурой больших размеров необходимы значительные усилия, непосильные для пневмо- или электропривода, в связи с чем, он оказывается вне конкуренции. Кроме того, гидропривод компактен, прекрасно сочетает высокую нагрузку с плавностью движений. Преимущество гидропривода – это способность сохранять запас гидравлической энергии на случай аварийного включения.

Управляемая ТА с электромагнитным приводом. Электропривод, в котором преобразование электрической энергии в механическую осуществляется устройством на основе взаимодействия электромагнитного поля и сердечника из ферромагнитного материала, является электромагнитным приводом [2].Достоинства электромагнитного привода – это быстродействие, высокая точность, технологичность изготовления, простота обслуживания. Пример электромагнитного привода показан на рис.1.9.

Рис.1.9. Пример ТА с электромагнитным приводом

Автоматически действующая (автономная)трубопроводная арматура – это арматура, отличающаяся тем, что управление и рабочий цикл осуществляется только действием самой рабочей среды без каких-либо посторонних источников энергии. К данному типу арматуры относятся: обратные клапаны, срабатывающие под действием изменения направления потока, и другие виды арматуры [1].

Трубопроводная арматура различается по материалу корпуса. Материалы корпуса, в котором изготавливается арматура, представлены на рис.1.10 [1].

Рис.1.10. Классификация ТА по материалу корпуса

Материал корпуса, из которого изготавливается арматура:

– стальная (из углеродистой стали)

– из коррозионностойкой стали