Тема 23. Типовая арматура нефтеперерабатывающих заводов

В зависимости от назначения арматуру разделяют на следующие группы:

• запорная, предназначенная для полного перекрытия потока среды;

• предохранительная, обеспечивающая частичный выпуск среды при повышении давления сверх допускаемого или предотвращающая создание обратного потока среды;

• регулирующая, применяемая для автоматического регулирования расхода или давления в системах управления процессами.

К типовой арматуре нефтеперерабатывающих заводов относят следующие запорные и предохранительные устройства: задвижки клиновые, вентили, краны, клапаны обратные, клапаны предохранительные [56].

Для изготовления корпусов и крышек арматуры также возможно применять вместо стали 20Х5МЛ среднелегированные безмолибденовые стали, например 20Х5ТЛ и 20Х5ВЛ.

К специальной арматуре относят редукционные вентили, затворы и клапаны для катализаторопроводов, коксопроводов, которые применяют на установках крекинга и коксования, арматуру резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов, а также регулирующую арматуру.

Широкое распространение получила арматура с дистанционным управлением, с пневмо- и электроприводом.

23.1. Задвижки стальные литые клиновые

Задвижки клиновые служат для перекрытия трубопровода и регулирования расхода протекающей среды. Задвижки имеют сравнительно малое гидравлическое сопротивление, обеспечивают плавное регулирование потока, исключающее гидравлический удар, допускают течение среды в двух направлениях, обеспечивают небольшие нагрузки на шпиндель; их можно применять и для вязких жидкостей.

Маховик 1 задвижки крепят на призматической шпонке к втулке 2 (рис.23.2). При вращении маховика вместе с ним вращается втулка; при этом шпиндель перемещается вертикально. Втулка может иметь опору либо скольжения, либо качения. Для создания более благоприятных условий работы сальник задвижки удален от оси прохода; перед сальником имеется конденсационная камера. Наличие в ряде случаев перед сальником жидкости, а не паров, улучшает работу сальника.

Для облегчения управления задвижки снабжают зубчатой одноступенчатой цилиндрической или червячной передачами. Широко распространены задвижки дистанционного управления с электрическим приводом в обычном и взрывозащищенном исполнениях.

На нефтеперерабатывающих заводах обычно используют задвижки клиновые литые с выдвижным шпинделем. Их условно обозначают шифром ЗКЛ; далее указывают цифры, обозначающие диаметр условного прохода и условное давление. Например, задвижка клиновая литая с диаметром условного прохода = 100 мм на условное давление = 1,6 МПа (16 кгс/см²) имеет обозначение: ЗКЛ2-100-16.

Задвижки по конструкции бывают: со сплошным, упругим и составным клиньями (рис.23.3,б). Упругий клин выполнен с разрезом и пружинит при посадке в седло. Составной клин состоит из двух дисков, которые установлены в обойме. В момент перекрытия диски под действием разжимного элемента, помещенного между ними, раздвигаются, и уплотнительная поверхность дисков перемещается по нормали к седлу. Благодаря этому задвижки с составным клином отличаются повышенной герметич ностью, меньшими трением и износом уплотнительных поверхностей, сниженным усилием на шпиндель.

Расчет задвижки с выдвижным шпинделем.

Определение осевого усилия и крутящего момента на шпинделе. Наибольшее осевое усилие на шпинделе возникает в момент закрытия задвижки. В этот момент на клин со стороны входа среды действуют следующие силы (рис.23.4).

Сила гидростатического давления среды

(23.1)

где р_у — условное давление; D_B — внутренний диаметр уплотнительного кольца; b— ширина уплотнительного кольца.

Реакция N₁ уплотнительной поверхности корпуса со стороны входа среды, которую рассчитывают по обеспечивающей герметичность удельной нагрузке q = (0,25  0,50) р_у на уплотнительной поверхности:

(23.2)

где D_H — наружный диаметр уплотнительного кольца.

Сила трения

( 23.3)

где f — коэффициент трения на уплотнительной поверхности (можно принять равным 0,15).

В момент закрытия клин прижимается к уплотнительной поверхности со стороны выхода среды под действием сил Р, N_l, F₁ и на уплотнительной поверхности со стороны выхода среды возникают реакция N₂ и сила трения F₂ =f N₂, действующие на клин. На клин также действуют сила давления шпинделя Q и сила тяжести G, направленные по оси у — у.

Из условия равенства нулю суммы проекций на ось х—х всех сил, действующих на клин,

(Р + N₁) cos  — F₁ sin — N₂ cos  + N₂f sin = 0

можно определить силу

Угол  принимают равным 5°, поэтому, учитывая малую величину sin , полагают

N₂  P + N₁. (23.4)

Усилие Q_K, которое нужно приложить к оси шпинделя для преодоления сил, действующих на клин, определяют из условия равенства нулю суммы проекций на ось у—у всех сил, действующих на клин:

Q_K + G — (Р + N₁) sin  — F₁ cos  — N₂ sin  — F₂ cos  = 0.

С учетом ранее полученных равенств и учитывая, что F₂ = N₂f, получаем

Q_K = Р (2 sin + fcos ) + 2N₁ (sin  + f cos ) — G

или при  = 5^° и f = 0,15

Q_K  0,32P + 0,47N₁ - G. (23.5)

Усилие на шпинделе, которое необходимо для преодоления трения в сальниках, определяют по формуле

Q_c =d_ш0,4hfp_y, (23.6)

где d_ш — диаметр шпинделя; h — высота сальника; f = 0,1 — коэффициент трения.

Усилие на шпинделе от внутреннего давления на торец шпинделя

(23.7)

Следовательно, суммарное осевое усилие, сжимающее шпиндель,

(23.8)

Момент трения, возникающий в резьбе,

(23.9)

где r_с — средний радиус резьбы; ₁— угол подъема нарезки;  = 6° — угол трения.

Шпиндель рассчитывают на сжатие и кручение под действием силы Q и крутящего момента М₁ а также проверяют на продольный изгиб при закрытом положении задвижки.

Определение момента на маховике. Крутящий момент М, который необходимо приложить к маховику, чтобы закрыть задвижку, складывается из момента трения в резьбе М₁ и момента трения в подшипнике втулки шпинделя М₂:

М = М₁ + М₂. . (23.10)

Момент трения в подшипнике втулки

(23.11)

где R_с — средний радиус опорного заплечика втулки или радиус до центра шариков подшипника (рис.23.2); f — коэффициент трения (f = 0,1  0,15 для опоры скольжения и f = 0,01 для опоры качения).

Проверка уплотнительного кольца на удельное давление. Уплот-нительные кольца клина и корпуса рассчитывают на удельное давление. Наибольшая сила прижатия на уплотнительных поверхностях N₂ возникает со стороны выхода среды. Удельное давление на уплотнительных поверхностях

(23.12)

Удельное давление не должно превышать для колец из корро-зионностойкой стали 40—60 МПа, для колец из бронзы 16 МПа, для колец, наплавленных твердым сплавом, 60 МПа.