Наступление дисковых затворов

Из представленного нами выше обзора видно, что характеристики дисковых затворов и их разновидностей (сегментного и эксцентрикового затвора) подтягиваются к лучшим достижениям шаровых кранов и часто превосходят их. Ниже показаны новые возможности дисковых затворов, которые были достигнуты компанией Метсо, являющейся лидером в создании и внедрении исковых затворов и ее основными марками: Neles (качественная арматура для технологических процессов), Mapag (инженерная арматура для специальных и сложных применений) и Jamesbury (стандартная, как правило, общепромышленная арматура), табл.

 

Табл. Новые возможности дисковых затворов

Показатель	Серия MAPAG	Серия Neles	Серия Jamesbury
Класс давления	cl 900 … cl 2500	cl 150 … cl 600	cl 150 … 600
Диапазон диаметров	4”…100”	3”…80”	2,5”…60”
Уплотнения	Металл по металлу или мягкое Комбинированное Металл + мягкое	Металл по металлу	Мягкое
Температура	1,100°F...2,600°F 600°C … 1450 °C	1. 328°F...+1,000°F 2. 200°C…+ 600°C	3. 328°F.....+500°F 4. 200°C…+ 260°C
Материал	Стандартные углеродистые и легированные стали Специальные материалы (Al, Ti, Хастеллой…)	Стандартные и легированные стали	Стандартные стали и сплавы
Фланцы	Бесфланцевые, фланцевые, с проушинами, сварные	Бесфланцевые, фланцевые, с проушинами	Бесфланцевые, фланцевые, с проушинами
Специальные исполнения	Конструкция с входом сверху

 

Сегодняшний уровень давления, который способны достигать специально спроектированные дисковые затворы уже составляет ANSI 2500, номинальный диаметр достигает 2500 мм и может быть сделан и выше по специальным заказам. Возможно использование разнообразных седел, металлических, мягких и комбинированных. Стандартные исполнения дисковых затворов уже работают практически во всем диапазоне стандартных рабочих температур, включая уровень температуры в энергетических установках и газовых турбинах, например, в специальном исполнении они преобладают над всеми основными типами арматуры и достигают значений в 1400⁰С. Особенно велик выигрыш при применении дисковых затворов при использовании их в бесфланцевом исполнении, использование которого в других типах арматуры часто недопустимо.

 

Новые применения

Там, где раньше были шаровые краны и задвижки сейчас все больше устанавливают дисковые затворы. Ниже мы рассмотрим некоторые основные направления замены существующих и устоявшиеся применений, где явно побеждают дисковые затворы.

 

Большие диаметры трубопроводов

Большие диаметры трубопроводов требует пересмотра основных положений при выборе арматуры. Увеличивающаяся масса арматуры, трудности ее установки, демонтажа, и ремонта, проблемы с вибрацией, обусловливающей сильное разрушающее воздействие на трубопровод, необходимость специального кранового оборудования, опор и подвесок приводят к главному требованию - снижению весо-габаритных характеристик.

 

Требованию уменьшения габаритов и веса в наибольшей степени соответствуют дисковые затворы. Так, на рис. ниже показана замена задвижек на дисковые затворы на трубопроводах большого диаметра химических и металлургических производств.

 

Задвижка

Дисковый затвор на тот же DN

 

Рис. Разница в требуемом пространстве при установке дисковых затворов и традиционно применяемых задвижек

 

С ростом диаметра дисковые затворы остаются единственной альтернативой. Так, при номинальном диаметре 400мм и более строительная высота дискового затвора в 3 раза меньше чем у задвижки, а вес по сравнению с шаровым краном меньше чем в 2,5 раза, а по сравнению с задвижкой - более чем в 3 раза, табл.

 

Табл. Показатели использования задвижек, шаровых кранов и дисковых затворов при одних и тех же условиях применения, данные компании Метсо

Показатель	Задвижки	Шаровые краны	Дисковые затворы
Номинальный диаметр и класс давления	DN 400 CL 150	DN 400 CL 150	DN 400 CL 150
Строительная длина	1,200 mm		1,200 mm
Строительная высота	7,490 mm	2,450 mm	2,450 mm
Вес	11,500 kg	8700 kg	3,450 kg
Относительная стоимость	120%	400%	100%

 

Сверхвысокие температуры

В связи с простотой и высокой симметричностью конструкции дисковые затворы в специальном исполнении выдерживают температуры до 1400⁰С. Так, конструкции дисковых затворов из керамических материалов с регулирующим элементом без седла позволяют за счет простоты конструкции работать при сверхвысоких температурах. Другие конструкции, включая шаровые краны и задвижки, либо показывают ограниченную работоспособность, либо не применимы совсем.

Рис. Дисковый затвор для применения установках десульфурации, PCK, Германия, установлен на байпасе 1400^оС

 

Сверхнизкие температуры и условия холодного (теплового удара)

Дисковые затворы все чаще можно увидеть в сложных применениях в криогенной технике. Простота конструкции дисковых затворов, осесимметричность создает благоприятные условия для работы в условиях теплосмен и термических напряжений, там, где другие типы арматуры испытывали бы сильное коробление и потерю герметичности.

 

Рис. Терминалы разгрузки сжиженных газов. Пример установки дисковых затворов MAPAG на приемном судовом терминале в Корее

 

Надежность при работе в условиях высокой цикличности на атомных станциях

Простота конструкции и выдерживание больших деформаций дает возможность дисковым затворам заменять другие типы арматуры в применениях цикловой работы при высоких давлениях.

 

Рис. Насосная установка высокого давления компании Андритц для атомных станций

 

Так, для тестового блока на атомной электростанции в Китае станции были предложены различными поставщиками:

- Задвижки с классом давления CL2500

- Шаровые краны с классом давления CL2500

- Дисковые затворы с наименьшим классом давления CL1500

 

Выбор остался за дисковыми затворами специальной конструкции, поскольку их меньший диаметр и более простая конструкция позволили использовать решения на меньший класс давления при тех же параметрах герметичности.

 

Кристаллизующиеся и образующие наросты среды

В кристаллизующихся и образующих наросты средах дисковые затворы в настоящее время хорошо себя показывают в специальном исполнении, см. например, конструкцию компании Мапаг.

 

Рис. Дисковые затворы для условий кристаллизации соли фабрики выпаривания и обессоливания. Тайвань. Диам 8-16” Аналогичные решения для вывода печных газов с высокой степенью наростообразования. Solid proof/Monel, Dow, Germany

 

Такие решения имеют специальные решения для очистки подвижных соединений и обеспечения герметичности затворов.

 

Волокнистая масса ЦБП

Простая проточная часть и низкие гидравлические сопротивления обусловливают применение дисковых затворов на волокнистой массе в целлюлозно-бумажной промышленности. Короткая проточная часть и полированная внутренняя поверхность гарантирует отсутствие налипания волокон и не влияет на образование узелков и сгустков массы и ли облачных соединений фибрилл.

Рис. Участок массоподготовки бумагоделательной машины

Соответствие технологическому процессу

Требования к согласованности с технологическим процессом и снятие ограничений в установлении технологического регламента создают условия, при которых четвертьповоротная арматура начала быстро вытеснять арматуру с длительным ходом, как правило, арматуру возвратно-поступательного действия (задвижки и клапаны). При этом у дисковых затворов отмечалась слабое место - невозможность обеспечить длительную герметичность, особенно при работе на средах с тенденцией к слипанию, кристаллизации, наросто и накипеобразованию. Однако, с развитием сложного динамичного движения запирающего элемента в затворе эта проблема начала решаться. Специализированные металлические седла и развитие применения двух- трехэксцентрикового уплотнения практически решили эту проблему, рис.

 

Рис. Переход к сложному трехэксцентриковому уплотнению в дисковых затворах

 

Тройной эксцентриситет не влияет на поведение затвора при регулировании, и в тоже время не приводит к износу или разрушению седла, что особенно важно для металлических седел. Тройной эксцентриситет сразу устраняет контакт между седлом и затвором после открытия затвора. Большинство трудностей, характерных для дискового затвора при этом устраняются. Дальнейшее усложнение движения затвора с целью еще большего обеспечения надежного перекрытия потока «не за горами», рис.

 

 

Рис. Дисковый затвор MAPAG со сложным движением затвора