1. Истроия и предназначение запорной арматуры.
1.1. История создания и развития запорной арматуры.
Атомные станции, новейшие корабли, магистральные нефтепроводы и газопроводы трудно представить на сегодняшний день без изобретенных человечеством запорного клапана и клиновой задвижки.
Клиновая задвижка и запорный клапан – составная часть запорной арматуры и изобретение человечества, которое оказало значительное влияние на дальнейшее развитие многих инженерных систем.
Первый патент на промышленную задвижку был выдан в 1839 году в США, жителю города Нью-Хэйвена Чарлзу Пекхэму. Хотя в патенте изделие было обозначено как «клапан для шлюзовых ворот», оно, тем не менее, было именно задвижкой. А первый запорный клапан был запатентован Теодором Скауденом из города Цинцинатти. Это был однонаправленный клапан, изготовленный с помощью болтового крепления. [1]
Клапаны и задвижки в тот период проектировались с расчетом на контроль паровых сред, именно пар в тот период был движущей силой промышленности.
На период расцвета паровых двигателей – вторую половину 19 века приходится и начало деятельности многих пионеров в области производства того, что позже назовут запорной арматурой – а именно клапанов и задвижек для управления и контроля потоками сред.
Фамилии их и сейчас у многих на слуху, ведь они входят в названия известных брендов, производящих качественную запорную арматуру. Это, к примеру, Уильям Теллер Крейн (Crane); Эдмунд Х. Лункен (Lunkenheimer); Уильям Пауэлл (Powell); Х.Г. Ладлоу (Ludlow); Руфус B. Чепмен (Chapman); Чарльз Дженкинс (Jenkins); Дэниел Кеннеди (Kennedy); и Руфус Пратт (Pratt & Cady).
Все эти люди запатентовали свои проекты клапанов и основали фирмы, которые позже станут известными предприятиями по изготовлению устройств контроля потока – клапанов, задвижек, и прочей запорной арматуры.
Впоследствии другие изобретатели стремились всячески улучшить дизайн и рабочие качества задвижек, прежде всего в области диска, седла и корпуса. Так, в 1896 году, Уильям Дженнингс, инженер компании Pratt & Cady запатентовал новую конструкцию седла клапана, основанную на резьбовом соединении.
Такая конструкция стала стандартной при изготовлении клапана в течении следующих 75 лет, вплоть до того времени, когда достижения в области электросварки сделали конструкцию, скрепляющуюся болтами, устаревшей.
С развитием промышленности увеличивались и требования к запорной арматуре. Показатели предельного давления и температур все увеличивались, и новые клапаны и задвижки должны были этим параметрам соответствовать.
Это привело к тому, что мелкие производители уже не могли обеспечивать все более ужесточавшиеся требования к новым изделиям. Часть из них отказывались от производства запорной арматуры, оставшиеся перерастали в крупные и сложные предприятия с полным циклом производства.
Также, повышение рабочих температур и давлений оказало значительное влияние и на материалы, из которых изготавливались задвижки. Со скромными показателями температуры и давления вполне справлялись клапаны из обычной стали, чугуна, или меди. Но, в период 1915-1925 годов, показатели температуры и давления выросли настолько, что традиционные материалы их уже не выдерживали.
В производстве задвижек и клапанов стали использоваться новые сплавы, такие, например, как хром и молибден. В тоже время дизайн и внешний вид корпуса задвижки окончательно принял современную форму.
Следующий большой этап в развитии запорной арматуры связан с развитием химической и нефтехимической промышленности. Среды стали более агрессивными, из-за коррозии арматура часто приходила в негодность.
Решение этих проблем вызвало к жизни множество новых сплавов, таких как Хастеллой (Hastelloy),Аллой 20( Alloy 20) и Инконнель (Inconel). Последний большой шаг вперед в дизайне задвижки произошел в начале 1940 годов с изобретением уплотнения крышки.
Но настоящий расцвет производства запорной арматуры пришелся на время войны.
Мировая война, являясь всемирным бедствием, оказала, тем не менее, благотворное влияние на промышленность.
Военные заказы весьма способствовали росту. Развитие химической, нефтехимической, и нефтеперерабатывающей промышленности, а также рост военного и гражданского судостроения способствовали значительному увеличению спроса на запорную арматуру.
Все это привело тому, что темпы роста в арматурной промышленности за пять военных лет превзошли показатели всей первой трети 20-го века.
Приведем несколько примеров. Для военной авиации требовалось топливо высочайшего качества. И это высочайшее качество было обеспечено путем расширения и модернизации нефтеперерабатывающих заводов.
Такая модернизация была бы невозможно без своевременных поставок качественной запорной арматуры. Новые клапана и задвижки обеспечили управление потоком среды для модернизированных процессов крекинга, позволив получать на выходе бензин с октановым числом 100.
Кроме того промышленная арматура применялась при создании предприятий еще двух важных отраслей военной индустрии – изготовления толуола для взрывчатки и производства синтетического каучука для автомобильной промышленности
До начала военных действий, покрышки для автомобилей в США изготовлялись из натурального каучука, поставлявшегося в страну морским путем. Но с началом войны морские пути снабжения перекрыли немецкие подводные лодки, и перед американскими химиками встала непростая задача – в кратчайший срок изготовить заменитель, не уступающий по своим свойствам натуральному.
Задача эта была решена за счет увеличения производства бутадиена. Бутадиен – это побочный продукт нефтепереработки, являющийся ключевым продуктом для производства синтетического каучука. Его массовое производство было бы невозможно без качественной запорной арматуры
В результате всех этих действий, нефтехимическая промышленность, находившаяся практически в зародыше в довоенное время, в одночасье выросла в разы, производя вещества, жизненно необходимые для военного строительства.
В свою очередь, каждый новый завод требовал гигантского количества клапанов, задвижек, и другой запорной арматуры всех возможных типов, размеров и модификаций. Вновь ужесточились требования к качеству изделий – все более повышались показатели давления, температуры и агрессивности сред, что в свою очередь потребовало создания новых сплавов, и новых конструкций клапанов и задвижек.
Другая область промышленности, потребовавшая огромного количества арматуры – это строительство новых магистральных нефтепроводов. Причина строительства была той же, что и в случае с каучуком – немецкий подводный флот. До войны нефть на северо-восток США, где находились основные центры ее потребления, доставлялась из Мексиканского залива. С началом войны этот путь был перекрыт вражескими подлодками.
Для решения этой проблемы было предпринято сооружение новых нефтепроводов с юга страны на северо-восток. Так, в частности, был построен нефтепровод «Большой дюймовый» (Big Inch). Этот нефтепровод мог перекачивать 235 000 баррелей нефти в день. Трубопровод был усеян запорной арматурой по всей длине в 1475 миль от города Бомонт, (штат Техас) до города Линден, (штат Нью-Джерси).
Кроме того, множество клапанов требовалось в насосные станции, расположенные по всей длине нефтепровода. Дополнительные магистральные газопроводы, а также более мелкие вспомогательные линии требовали огромного количества трубопроводной арматуры. [1]
1.2. Назначение запорной арматуры.
Запорная арматура - предназначена для полного перекрытия потока рабочей среды в трубопроводе и пуска среды в зависимости от требований технологического процесса (цикл «открыто-закрыто»). Сюда относятся задвижки, краны, запорные клапаны, поворотные затворы. Основное назначение запорно-регулирующей арматуры – перекрывать поток рабочей среды по трубопроводу и снова пускать среду, а также обеспечивать необходимую герметичность. Завод трубопроводной арматуры следит за качеством выпускаемой продукции. Устанавливается арматура на трубопроводах высокого и низкого давления, агрегатах и сосудах. Предназначена запорная арматура для управления: водяной, газообразной, парообразной, газожидкостной массой, путем изменения площади диаметра проходного сечения отверстия. Она должна обеспечивать надежное и полное перекрытие проходного сечения. Принципиально она должна обеспечивать всего два состояния - открыта или закрыта - и может быть не предназначена для эксплуатации в промежуточном положении рабочего органа. [2]
По функциональному назначению трубопроводная арматура подразделяется на следующие основные классы:
- запорная - предназначена для перекрытия потока рабочей среды с определенной герметичностью;
- регулирующая - предназначена для регулирования расхода путем изменения количества протекающей по трубопроводу рабочей среды. Регулирующая арматура управляется от постороннего источника энергии;
- распределительная - предназначена для распределения потока рабочей среды по определенным направлениям или для смешивания потоков;
- предохранительная - предназначенная для автоматической защиты оборудования и трубопроводов от недопустимого превышения давления посредством сброса избытка рабочей среды., защитная (отсечная) предназначенная для автоматической защиты оборудования и трубопроводов от недопустимых или непредусмотренных технологическим процессом изменений параметров или направления потока рабочей среды, а также для отключения потока.
