Применение инновационных разработок при производстве высоконадежной запорной арматуры для нефтегазовой отрасли

 

 

 

В настоящее время наиболее актуальная задача на рынке нефтегазовой отрасли – это производство технологичной, надежной и безотказной запорной трубопроводной арматуры для нужд топливно-энергетического комплекса, включая добычу, транспортировку и переработку углеводородного сырья. Качественно новый, надежный и безотказный продукт по оптимальной цене – такой сегодня хотят видеть заказчики запорную арматуру, к которой предъявляются достаточно высокие требования. Одно из самых важных – обеспечение мгновенной локализации возможных аварий и нештатных ситуаций. От надежности арматуры в решающей степени зависит безопасность работы технологических систем в широком диапазоне рабочих сред, давлений, температур, условий окружающей среды (сейсмического воздействия, влажности, низких и высоких температур и др.). Актуальность данных требований возрастает и будет повышаться в дальнейшем, поскольку в настоящее время приоритетами для всех крупнейших компаний нефтегазового сектора выступают экологическая безопасность и безопасность людей.

В соответствии с этим перед всей машиностроительной отраслью нефтегазового сектора стоит важный вопрос, какому типу запорной арматуры отдать предпочтение. На сегодняшний день разработаны и широко используются следующие основные типы запорной арматуры: вентили, задвижки, заслонки и шаровые краны. Каждый тип арматуры имеет свои достоинства, но не лишен и недостатков, при этом ни в коем случае нельзя забывать о стоимости таких изделий, затратах как на производство арматуры, так и на последующее обслуживание – сервис и ремонт.

Исторически первыми типами запорной арматуры считаются задвижки и вентили. В наше время их практически единственным достоинством является невысокая стоимость по причине простоты конструкции, технологичности изготовления и повсеместной распространенности производственных мощностей. Однако их эксплуатацию осложняет ряд недостатков. Вентили обладают высоким гидравлическим сопротивлением, их невозможно применять на потоках сильно загрязненных рабочих сред, а также в средах с высокой вязкостью, подача рабочей среды возможна только в одном направлении, обусловленным конструкцией клапана. Задвижки имеют значительные строительные размеры, длительное время перестановки, и, кроме того, полость заслонки содержит застойную зону, в которой обязательно будут скапливаться механические примеси, что требует регулярной разборки и очистки, а в противном случае приводит к потере работоспособности (герметичности). Тем не менее необходимо отметить достоинство, присущее как задвижкам (клиновым), так и вентилям: негерметичную арматуру всегда можно подтянуть, приложив к маховику усилие больше расчетного, тем самым избежав нештатной ситуации, осложненной протечкой.

Поворотные заслонки в силу своих конструктивных особенностей пригодны для эксплуатации в небольшом интервале температур и при невысоком давлении.

Во второй половине прошлого века широкое распространение получили шаровые краны. Данный тип запорной арматуры продолжает совершенствоваться, что способствует его применению практически во всех отраслях и вытеснению традиционных клиновых задвижек и клапанов. Расширению производства шаровых кранов способствовало также повсеместное внедрение автоматизации механической обработки и появление новых уплотнительных материалов (сначала фторопласта, затем полиуретанов, полиэфиркетонов и т. д.)

К преимуществам шаровых кранов относят высокую герметичность, простоту конструкции, быстродействие, удобство монтажа, низкую стоимость обслуживания, малое гидравлическое сопротивление и отсутствие застойных зон. При потере герметичности есть возможность закачки уплотнительной жидкости – аварийное уплотнение.

К основным недостаткам можно отнести более высокую стоимость, и, как правило, невозможность ремонта вне условий завода-изготовителя. Существенным недостатком является неработоспособность шаровых кранов при температуре выше 200 ⁰С – в данном случае ведущая роль по-прежнему остается за клиновыми задвижками.

Резюмируя, можно сформулировать конструктивные требования, помимо надежности и безотказности, которым должна отвечать современная запорная арматура. Это полный проход, дублирующий проход трубы, что обеспечивает минимальное гидродинамическое сопротивление и ламинарный режим потока, если это требуется; отсутствие застойных зон, которые затрудняют закрытие и приводят к преждевременному выходу арматуры из строя. Это возможность разборки для проведения ремонтных работ без демонтажа из трубопровода, что особенно актуально для приварной арматуры. Это минимальный износ запорного органа при эксплуатации, а также возможность эксплуатации арматуры при частично изношенных полимерных вставках седел с сохранением герметичности затвора.

Как видно из вышесказанного, ни один из существующих классических видов запорной арматуры не может удовлетворять одновременно всем требованиям эффективной и безопасной эксплуатации, поэтому усилия многих ведущих конструкторов в области арматуростроения направлены на создание изделия, которое сочетало бы в себе положительные стороны нескольких типов арматуры.

Усилиями специалистов фирмы LOG Valve Kft (Венгрия) была разработана совершенно новая инновационная конструкция изделия комбинированного типа, представляющего собой гибрид шаровых кранов и клиновых задвижек, – шаровой кран типа LBX.

Шаровой кран типа LBX предназначен для применения в качестве запорной арматуры для перекрытия потоков жидких и газообразных сред в широком диапазоне рабочих давлений – от 0 до 420 кгс/см².

 

 

Конструктивно приводная часть крана представляет собой модифицированный узел клиновой задвижки, в которой ходовая гайка вызывает вертикальное движение штока, а запорная часть – это шаровой кран с разъемным запорным органом (шар состоит из двух полусфер).

В открытом положении (шток в верхней мертвой точке) осевая линия прохода шара сов­падает с осевой линией трубопровода, обес­печивая полный проход для среды, а также запуска устройств для диагностики и очистки трубы. При вращении маховика из начального положения направляющие шпильки в канавках штока вынуждают его повернуться на 90⁰. При этом шпильки распорного узла движутся в параллельной области направляющих, полусферы шара сомкнуты. Вращение происходит без трения шара о седла. В закрытом положении осевая линия прохода шара расположена перпендикулярно осевой линии трубопровода, полусферы шара сомкнуты, между шаром и седлами имеется зазор. 

 

Дальнейшее вращение маховика опускает шток и приводит к заходу шпилек распорного узла в непараллельную область направляющих. При этом шпильки расходятся и вынуждают полусферы запорного элемента герметично прижаться к седлам. Прилагаемые при этом усилия незначительны, поскольку запирающая конструкция представляет собой рычаг с опорой в цапфе и приложением усилия в области верхней подвижной точки. Запирание среды при этом происходит с обеих сторон крана, что, несомненно, является важным достоинством данной арматуры.

 

 

В важном преимуществе крана LBX по сравнению с традиционными шаровыми кранами можно убедиться, проанализировав обратный процесс – его открытие. При движении штока вверх сначала происходит смыкание полусфер шара в положении «закрыто», сам шар при этом остается неподвижным относительно седел. В возникающие при этом кольцевые зазоры между шаром и седлами смываются возможные накопления твердых примесей среды. Поворот из положения «закрыто» в положение «открыто» также осуществляется без трения шара о седла. В классических шаровых кранах, напротив, трение постоянно, и именно оно приводит к истиранию запорного элемента (шар – седло), резко усугубляемому наличием в транспортируемой среде твердых примесей, которые неизбежны при добыче, транспортировке и каталитической переработке углеводородного сырья.

Рассматриваемая конструкция, таким образом, сочетает в одном достоинства различных классических изделий, что обусловливает широкий диапазон их применения. Перемещение затвора относительно седел без трения придает изделию долговечность, а также возможность безопасной эксплуатации со средами, содержащими значительные количества механических примесей. По этой же причине крутящие моменты открытия и закрытия невелики, что дает возможность использования приводов с небольшими крутящими моментами, а, соответственно, недорогими. Двустороннее перекрытие позволяет использовать данные шаровые краны в трубопроводных системах с переменным направлением технологических потоков.

Шаровые краны LBX прошли успешные испытания и эксплуатируются в условиях Ямбургского НГКМ на дренажных линиях с высоким содержанием механических примесей. Осуществлена поставка кранов на Киринское НГКМ в рамках проекта «Сахалин-3».