Они применяются для работы на сложных технологических трубопроводах в нефтегазовой и химической отрасли. Такие задвижки особенно эффективны на многокомпонентных средах с высоким содержанием парафинов и механических примесей и широко используются на объектах шельфовой добычи на трубопроводах с высоким давлением. Особое строение затвора обеспечивает надежную фиксацию уплотнительных элементов и гарантирует нулевые протечки в условиях вибрации, перепадов давления и скачков температуры.
Расширяющий двойной шибер: принцип действия
Основная отличительная особенность данных задвижек – это сложная конструкция шибера. Он разделен на две части (два сегмента), которые соединяются между собой при помощи рычажного механизма. Шибер жестко закреплен и приводится в движение штоком, во время движения рычаг удерживает вместе оба сегмента в нейтральном состоянии. При перемещении в положение «закрыто» один сегмент шибера упирается в корпус и блокируется, а второй продолжат скользить вдоль него. Из-за угла между двумя сегментами, а также благодаря работе рычажного механизма скользящее движение толкает обе части шибера к седлам, вмонтированным в корпус. Таким образом герметичность задвижек обеспечивается при помощи механического расширения шибера по направлению к седлам за счет усилия, создаваемого штоком.
Поскольку задвижка самоуплотняющаяся, это обеспечивает минимальный износ шибера, ведь как такового трения между уплотнительными поверхностями нет. Поскольку шибер контактирует с седлами только в момент закрытия, а в процессе движения перемещается без трения, то это обеспечивает минимально низкий крутящий момент, а также снижает вероятность повреждения поверхности шибера или седел. Части шибера скрепляются между собой при помощи сложного запора – замка, который не дает среде попадать в полость между сегментами.
В данной конструкции седла жестко закреплены в корпусе задвижки. Благодаря расширяющемуся шиберу мы можем убрать из конструкции пружины. За счет этого повышается надежность на грязных средах и средах с агрессивными примесями, так как исключается вероятность «закисания» пружин из-за скопления на них отложений среды или загрязнений. Седла в нашем случае сменные, механически вставлены через кольцевые прокладки в корпус, что создает возможность их замены и повышает ремонтопригодность задвижек. Таким образом, расширяющийся шибер гарантирует герметичность задвижки и является эффективным решением для грязных или агрессивных сред, так как исключает наличие в конструкции как таковых ненадежных элементов.
Байпас и дренаж в полости корпуса
Одной из функций задвижки с расширяющимся шпинделем является автоматический сброс давления. Эта функция необходима, когда существует вероятность повышения давления во внутренней полости, что может привести к разгерметизации по разъемным соединениям.
В нашем случае условием заказа было требование обеспечить безопасный сброс давления из внутренней полости в патрубок под давлением (т. е. в трубопровод до задвижки). Так как внутри изделия физически невозможно реализовать данное требование, то было принято решение разместить сбросной клапан отдельно на байпасной линии. В итоге мы соединили внутреннюю среднюю полость задвижки с входным патрубком байпасным трубопроводом и установили на нем два клапана – один обратный (сбросной в данном случае) и второй запорный – игольчатый. При помощи игольчатого клапана можно искусственно перекрыть байпасный трубопровод, когда сбрасывать давление не нужно (например, при проведении каких-либо регламентных работ). Когда игольчатый клапан открыт, задвижка будет автоматически сбрасывать давление до себя в случае его повышения более 1,33 PN.
Для того чтобы полностью сбросить давление, а также для проведения различных технологических операций (дренирование, промывка) в конструкции задвижки предусмотрен дренаж. В нашем случае на дренажном трубопроводе мы применили комплексное решение – двухпробковый кран. Он объединяет в одном корпусе два шаровых крана, разделенных между собой игольчатым клапаном. Это компактное устройство с высоким уровнем безопасности при эксплуатации. При помощи сбросного игольчатого клапана можно регулировать скорость сброса давления из полости между шаровыми пробками.
Если мы, например, хотим скинуть давление до нуля, то сначала открываем первый рычаг – поворачиваем первую пробку, потом открываем игольчатый клапан и безопасно выравниваем давление в полости между пробками, а затем открываем вторую пробку и сбрасываем давление уже из внутренней полости задвижки. То есть у нас действует тройная блокировка – две шаровых пробки плюс игольчатый клапан. При помощи игольчатого клапана можно дозировать количество среды, которая вытекает через дренаж, что удобно при взятии проб среды. Также через кран можно при необходимости ввести в трубопровод нужное нам вещество. Таким образом сдвоенный шаровой кран представляет собой удобное блочное решение, в котором меньше соединений, а значит ниже риск протечек во внешнюю среду и выше уровень безопасности для обслуживающего персонала.
Особенности конструкции
В задвижках используется тип уплотнения в затворе «металл-металл», в качестве дополнительных уплотнения применяются фторопластовые кольца (типа PCTFE).
В зависимости от условий эксплуатации для корпуса задвижки применяются литые или кованые детали. Конструкция корпуса с верхним разъемом обеспечивает возможность проведения технического обслуживания и ремонтных работ сальникового узла непосредственно на трубопроводе. Для установки в помещениях или на объектах с ограничением по высоте изделий задвижки могут быть изготовлены с невыдвижным шпинделем. Задвижки полнопроходные и могут устанавливаться на участках трубопроводов, где осуществляется запуск очистных поршней и диагностических устройств.
Материалы основных деталей
Выбор материалов деталей задвижки происходит в соответствии со спецификациями проекта заказчика. Они могут изготавливаться с использованием широкого спектра материалов, от углеродистой стали до сплавов, чтобы соответствовать всем возможным условиям эксплуатации. Для поставок в рамках проекта «Сахалин-2» это стандарт NACE MR0175. Он был разработан для изделий, которые используются в нефтепромысловом оборудовании для добычи и переработки, при работе на смесях нефти, газа и морской воды, с наличием агрессивного газа сероводорода (H2S). В соответствии с данным стандартом корпус задвижки будет изготовлен из стали A351 CF8M. Это нержавеющая аустенитная сталь для деталей, работающих под высоким давлением. Материал деталей затвора – шибера и седел – также нержавеющая сталь, на которую для защиты от механических воздействий нанесено высокотвердое антикоррозийное покрытие из карбида вольфрама.
Технические параметры
В номенклатурную линейку задвижек ПТПА с расширяющимся шибером на сегодняшний день входят изделия диаметром от 50 до 600 мм (2” – 24”) и давлением от 1,6 до 42,0 МПа (Class ANSI 150 – 2500). Рабочая среда – агрессивные и неагрессивные газообразные и жидкие среды с диапазоном температуры от -120 °C до +75 °C. При необходимости температурный режим может быть расширен до +350 °C за счет подбора других материалов для уплотнительных элементов.
Задвижки изготавливаются в соответствии с международными стандартами API Spec 6D, ISO 10423, толщина стенки корпуса выполняется по ASME B16.34, а строительные длины по ASME B16.10. Сертифицированная пожаробезопасность обеспечивается по API Spec 6FA, BS 6755 и ISO 10497.
Присоединение к трубопроводу может быть фланцевым (RF, RTJ согласно B16.5 &B16.47) или под приварку (BW согласно B16.25). Управление задвижкой осуществляется при помощи ручного привода (маховик или редуктор) или любых других видов приводных устройств: электропривод, пневмопривод, гидравлический привод.
Варианты модернизации конструкции
При необходимости и в зависимости от требований заказчика в конструкцию задвижки могут быть внесены дополнительные элементы, которые расширяют область ее применения. Например, задвижка может быть изготовлена с двойной герметичностью, когда за счет дополнительного упора сегменты шибера начинают расширяться не только в закрытом, но и в открытом положении. Это предотвращает попадание среды внутрь изделия.
Для усиления такого эффекта внутри задвижки может быть предусмотрен специальный кожух или фартук, вдоль которого перемещается шибер. Он также защищает внутреннюю полость от попадания туда рабочей среды. За счет этого достигается надежность работы задвижек на агрессивных или вязких средах. Вязкая среда обычно подогревается в процессе движения по трубопроводу и, попав внутрь арматуры, начинает остывать и может привести к заклиниванию затвора или потери работоспособности изделия. В свою очередь агрессивная рабочая среда может изнутри повредить детали арматуры. Конструкция задвижки с двойным расширяющимся шпинделем и защитным кожухом позволяет этого избежать, поскольку в таком случае трубопровод полностью изолирован.
Благодаря сложной конструкции шибера расширяющаяся задвижка на сегодняшний день является одной из самых надежных и применяется на объектах, где безопасность и абсолютная герметичность уплотнения имеют решающее значение. Задвижки выбирают для коррозионных, эрозионных и агрессивных условий эксплуатации трубопроводов, поскольку они обеспечивают безотказную работу на протяжении длительного срока службы и удобны в облуживании.
