Запорные клапаны

Когда говорят про запорные клапаны, многие представляют себе простой шаровой кран на водопроводе. В энергетике, особенно в контуре турбины или котла, это заблуждение может дорого стоить. Здесь каждый клапан — это расчет на конкретное давление, температуру, среду и, что часто упускают из виду, на конкретный тип отказа. Я много лет работаю с системами турбин и вспомогательным оборудованием, и могу сказать: выбор клапана — это не по каталогу, это по опыту, часто горькому.

Где и почему они критичны

Возьмем, к примеру, линию подпитки котла. Там стоит не один, а каскад запорной арматуры. И если на основном трубопроводе мы можем поставить шаровой клапан с электроприводом для дистанционного отсечения, то на байпасной линии, где поток меньше, но требования к герметичности в закрытом состоянии жестче, часто нужен клиновой задвижной клапан. Почему? Потому что шаровой, особенно после долгого простоя в одном положении под высоким давлением, может ?прикипеть? или его уплотнения потеряют эластичность. А в момент аварийного запуска байпаса это срыв графика и риск для всего узла.

В системах очистки дымовых газов, которыми, кстати, занимается ООО Чэнду Нэнцзе Экологические Технологии (их сайт — western-turbo.ru — хорошо показывает комплексный подход к сопутствующему оборудованию), ситуация другая. Среда — абразивная зола, химически активные соединения. Здесь стандартный запорный клапан из углеродистой стали проживет недолго. Нужны покрытия, специальные сплавы для седла и затвора. И конструкция такая, чтобы в ней не было ?карманов?, где будет накапливаться шлам. Видел случаи, когда из-за этого клапан просто переставал закрываться.

А вот в системе маслоснабжения подшипников турбины запорная арматура — это отдельная тема. Любая, даже микроскопическая течь недопустима. Тут часто идут на использование игольчатых вентилей для тонкой регулировки и отсечных клапанов с сильфонным уплотнением штока. Чтобы сальниковая набивка не контактировала с маслом и не давала утечек. Это дороже, но ремонт турбины из-за падения уровня масла — дороже в десятки раз.

Ошибки монтажа и эксплуатации, которые приходится исправлять

Самая частая ошибка — установка без учета направления потока. Да, большинство клапанов двунаправленные, но не все. Особенно это касается запорно-регулирующей арматуры. Установили наоборот — и характеристика расхода меняется, износ седла идет в разы быстрее. На одном из объектов пришлось переваривать фланцы на линии химводоочистки именно из-за этого. Проектант указал в спецификации просто ?клапан запорный?, а монтажники поставили то, что было на складе, не глядя на стрелку.

Вторая беда — игнорирование требований к обвязке. Запорный клапан на паропроводе высокого давления — это не просто труба-клапан-труба. Перед ним нужен дренаж, чтобы при закрытии не образовывалась ?гидравлическая пробка? из конденсата, которая может разорвать корпус при повторном пуске. И после него — тоже. Это базовые вещи, но по ним постоянно ?спотыкаются?.

Еще момент — затяжка фланцевых соединений. Диаметр большой, давление высокое — нужен строгий порядок и момент затяжки. Неравномерная затяжка ведет к перекосу корпуса клапана. В лучшем случае, он будет течь по фланцу. В худшем — деформируется седло, и клапан не обеспечит герметичность в закрытом состоянии. Приходилось использовать гидронатяжители болтов, чтобы добиться равномерности, особенно на крупных размерах DN300 и выше.

Взаимосвязь с другими компонентами системы

Клапан не работает сам по себе. Он — часть системы. Вот, скажем, у ООО Чэнду Нэнцзе Экологические Технологии в сфере деятельности указаны турбинные системы и котлы. Так вот, при подборе клапана для системы продувки котла нужно смотреть не только на параметры котла, но и на то, куда сбрасывается среда. Если в расширитель, то возможны гидроудары при открытии. Значит, нужен клапан с плавным ходом, возможно, с системой байсирования давления. Или с каскадным открытием.

С турбокомпрессорами та же история. Запорная арматура на линии наддува воздуха. Если она сработает слишком резко (например, аварийное закрытие при отказе датчика), можно получить скачок давления, который пойдет назад по тракту и может повредить лопатки компрессора. А лопатки, как известно, — одна из ключевых позиций в номенклатуре поставщиков, того же western-turbo.ru. Поэтому выбор клапана здесь часто согласовывается с инженерами по динамике машины.

В системах ВЗУ (водозаборных сооружений) клапаны больших диаметров — это отдельная головная боль с точки зрения управления. Электропривод должен быть достаточно мощным, но и иметь систему защиты от ?заклинивания?. Часто ставят обводную линию с меньшим клапаном, чтобы выровнять давление перед открытием основного. Это увеличивает металлоемкость узла, но спасает приводы и механизмы от перегрузок.

Материалы: дешево vs надежно

С углеродистой сталью 20 или 25 всё понятно — для воды, пара умеренных параметров. Но как только в среде появляется СО2, сероводород, высокие концентрации хлоридов — начинаются проблемы. Я видел корпус клапана из углеродистой стали на линии конденсата, который за два года покрылся глубокими язвами коррозии. Замена на клапан из легированной стали 12Х18Н10Т (нержавейка) решила проблему, но изначальная экономия обернулась простоем и дорогим ремонтом.

Для абразивных сред, как в золошлакоудалении, иногда эффективнее не дорогой сплошной износостойкий сплав, а футеровка корпуса резиной или полиуретаном, а затвор — из хромированного чугуна. Но тут важно помнить про температуру. Резина имеет свой диапазон. Один раз пришлось демонтировать целую батарею таких клапанов после того, как из-за сбоя в системе температура шлама подскочила выше 120°C, и футеровка просто ?поплыла?.

Уплотнительные поверхности. Часто экономят, ставя клапаны с уплотнением ?металл по металлу?. Для абсолютной герметичности в закрытом состоянии это не годится. Нужны мягкие седла — фторопласт, графит, эластомер. Но они ?садятся? со временем. Поэтому на критичных линиях, где нельзя иметь даже капельной течи, мы всегда закладываем клапаны с возможностью поджатия или замены седла без демонтажа всего клапана с линии. Это дороже при закупке, но дешевле в обслуживании.

Мысли вслух о тенденциях и ?мелочах?

Сейчас много говорят об ?умной? арматуре, с датчиками положения и износа. Для магистральных трубопроводов — да, это оправдано. Но для большинства технологических линий внутри цеха ТЭЦ или химзавода — это избыточно. Надежнее простой механический указатель положения ?открыто-закрыто?, который видно за три метра, и ручной дублер для электропривода. Цифровизация — это хорошо, но когда нужно срочно перекрыть линию, а ?мозги? клапана зависли, ручной штурвал спасает ситуацию.

Часто недооценивают монтажное положение. Некоторые клапаны, особенно с сальниковым уплотнением, нельзя устанавливать маховиком вниз. В него будет набиваться грязь, сальник будет изнашиваться быстрее. Или, например, сильфонные клапаны иногда имеют ограничение по пространственной ориентации. Это все есть в паспорте, но кто его читает при монтаже?

В итоге, что хочу сказать. Запорный клапан — это не просто ?железка?. Это рассчитанный и подобранный под конкретную задачу узел. Опыт подсказывает, что лучше потратить время на анализ среды, режимов работы и возможных аварийных ситуаций на этапе проектирования, чем потом, как нам не раз приходилось, в авральном порядке искать замену или организовывать сложный ремонт в стесненных условиях. И компании, которые, как ООО Чэнду Нэнцзе Экологические Технологии, понимают комплексность систем — от турбинных лопаток до систем очистки газов и воды — обычно разделяют этот подход. Потому что надежность целого складывается из надежности каждой, даже такой, казалось бы, простой детали.