Новое в производстве отечественной химической трубопроводной арматуры.

Д.В. Марков, В.И. Перетятько (ЗАО "Гидрогаз")

 

За последние 8 лет объем выпуска многих видов химического оборудования сократился в 5-10 раз. Однако предприятия химической промышленности, металлургии, энергетики, существенно уменьшив объемы производства, продолжают выпускать продукцию. Испытывая потребность в замене оборудования, в частности химической трубопроводной арматуры, заводы сталкиваются с проблемой ее приобретения. Одни из очевидных источников поступления арматуры - складские запасы. При этом часто нарушаются не только гарантийные, но и все разумно допустимые сроки хранения, а также нарушаются условия хранения, используется арматура с утерянной эксплуатационной документацией.

После распада СССР большинство производителей химической арматуры оказалось за пределами России: завод "Ригахиммаш" (ныне "RINAR") - футерованная арматура, Кролевецкий арматурный - эмалированная, Ереванский арматурный - с наиритовым покрытием, ПО "Запорожпромарматура", Сумское НПО им. М.В. Фрунзе - титановая, Славянский керамический комбинат - фарфоровая и т.д. Но сложившиеся связи за последние годы практически не изменились, и арматура из "ближнего зарубежья" по-прежнему поступает на российские предприятия. Плохо то, что прошедшие десятилетия практически законсервировали конструктивные и технологические решения этих производителей арматуры на уровне 60-70-х годов. И это особенно заметно в сравнении с химической арматурой, установленной на технологических линиях, введенных в эксплуатацию менее 10-12 лет назад фирмами ФРГ, Финляндии, Швеции.

Анализ показал, что химическую арматуру поставляют в Россию более 30 фирм-производителей из 10 европейских стран, США, Канады, Японии.
По данным Конгресса европейской арматурной ассоциации СЕИР 1998 г., доля поставляемой арматуры от общего объема ее выпуска составляет: для химии - 17,62 %, для металлургии - 1,9 %, для энергетики - 10,71 %. Отметим, что производство арматуры в Европе, США и Канаде находится на подъеме и практически не испытывает на себе влияния обвала азиатских рынков.

Проанализировав предлагаемые конструкции импортной химической арматуры, можно сделать ряд выводов.
Для рабочего давления до 1,6 МПа и температур до 120-200 °С наиболее рациональной является полимерная, футерованная, гуммированная арматура. Арматура из титановых, никелевых сплавов и высоколегированных сталей явно уступает по стойкости к сильноагрессивным жидкостям, универсальности применения одного и того же изделия в широком диапазоне рабочих сред, стойкости к загрязнению протекающей жидкости, кавитационной стойкости, и, главное, по стоимости.

Конструктивно предпочтение отдано трем типам химической запорно-регулирующей арматуры: мембранным (диафрагмовым) вентилям, поворотным дисковым затворам и шаровым кранам.
Необходимо заметить, что химические мембранные вентили широко выпускались и в бывшем СССР (футерованные, гуммированные, эмалированные), их преимущества неоспоримы и подтверждены длительным опытом эксплуатации арматуры этого типа.

Распространение поворотных затворов объясняется их низким гидравлическим сопротивлением, минимальными габаритными размерами и массой (особенно для больших диаметров), соединением функций регулирования и полного перекрытия потока, несложной конструкцией, простым циклом управления (1/4 оборота) и другими менее очевидными преимуществами.

Шаровые краны, применяемые на трубопроводах для транспортирования нефти и газа, объектах энергетики и других отраслей производства, в футерованном полимерами исполнении в России распространены недостаточно. Это объясняется технологическими трудностями, что приводит к повышению (по сравнению с другими типами арматуры) стоимости данной арматуры. Но присущие только им преимущества не становятся менее значительными: полностью открытое проходное сечение, минимальное гидравлическое сопротивление, невозможность внезапного отказа, эффект самоуплотнения в закрытом положении. Стоимостные показатели также свидетельствуют в пользу шаровых кранов. По данным фирмы "Du Pont" стоимости шарового крана и мембранного вентиля, проработавших в равных условиях одинаковое время, соотносятся как 800:250 дол. США.

При этом дополнительные затраты на замену мембран в вентилях (с учетом стоимости работы) составили 350 дол. США, косвенные убытки от связанных с этим остановок производства - около 4000 дол. США, а обслуживания и ремонта шарового крана не потребовалось.

По результатам проведенной оценки с соответствующим экономическим обоснованием на заводе "Гидрогаз" была определена номенклатура производства химической трубопроводной арматуры. ЗАО "Гидрогаз" объединяет специалистов по разработке жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) и выпуску технологических линий для производства сложнейшей электронной техники. Соединение опыта проектирования насосов и агрегатов регулирования для экстремальных параметров ЖРД и опыта создания оборудования для работы на сильноагрессивных и особо чистых средах позволило организовать производство современных химических насосов и арматуры. Правильность технической политики ЗАО "Гидрогаз" подтверждается положительными результатами эксплуатации выпускаемой продукции и интенсивным увеличением объема производства и продаж.

Габаритные и присоединительные размеры арматуры, выпускаемой заводом "Гидрогаз", унифицированы, что обеспечивает ее взаимозаменяемость с любой имеющейся у потребителя арматурой, в том числе изготовленной в соответствии с ISO 5752; DIN 2501, 3202, 3230; BS 5155, 5156 (за исключением вентилей "RINAR", укороченной длины). Арматура Dy < 50 мм в основном имеет полимерные корпуса, Dy > 50 мм - футерованные стальные или чугунные. Арматура Dy =50 мм выпускается в обоих исполнениях. Из-за большой толщины футеровки (5-8 мм) выпускаемую арматуру правильнее считать пластполимерной, защищенной металлической оболочкой от внешних механических воздействий.

Футерованная арматура ЗАО "Гидрогаз" спроектирована на рабочее давление 1,6 МПа, а полимерная - на 1 МПа. Арматура имеет полностью открытое проходное сечение, герметичность затворов соответствует классу А по ГОСТ 9544-83. От воздействия атмосферы, в том числе паров рабочих сред, наружные поверхности корпусов, рукояток, маховиков защищены полиэтиленовым или эпоксидным покрытием, применение которых позволяет решить две, казалось бы, взаимоисключающие задачи: подобрать и нанести футеровку, работоспособную в конкретно заданной среде, или создать универсальное изделие, одинаково хорошо работающее и в кислой, и в щелочной средах, включая самые агрессивные.

Полимерные материалы, используемые в ЗАО "Гидрогаз" при изготовлении арматуры (полиэтилен, полипропилен, в том числе наполненный; полисульфон; фторопласты Ф-2М, Ф-40, Ф-50 Ф-62; ряд модификаций фторопласта Ф-4 и композиций на его основе), позволяют эксплуатировать ее практически во всех применяемых в промышленности средах до температуры +160 °С. Большую поддержку в применения новых полимеров оказывает НПО "Пластполимер" (Санкт-Петербург). Но использование таких материалов, как Fortron фирмы "Hoechst AG" (Германия), полисульфона Udel Р1700 фирмы "Amoco" (США), PFA 340 фирмы "Du Pont" (США), FEP Neoflon 2400 (Япония) в ряде случаев более оправданно.

На предприятии внедрена система организации производства, позволяющая в двухнедельный срок изготовить по заявкам арматуру, удовлетворяющую условиям работы на любых известных технологических средах.

Рассмотрим отдельные конструкции химической арматуры ЗАО "Гидрогаз". Отличительные особенности вентилей ВДХ: нормально от крытая мембрана, состоящая из силовой эластомерной основы и защитной диафрагмы из фторопласта-4; звездочка, прижимающая мембрану к седлу, защищена футеровкой от повреждений рабочей средой при прорыве мембраны; невыдвижной шпиндель.

Следует отметить, что мембранный узел вентиля ВДХ лимитирует работоспособность данного типа арматуры. В отличие от мембран, аналогичных применяемым фирмой "RINAR", мембрана вентиля ВДХ при отсутствии давления в полости вентиля возвращается в исходное положение вследствие упругости силовой основы (без приложения силы к винту), что исключает его "выдирание".

Шарнирная подвеска звездочки и ее форма компенсируют погрешности сборки, равномерно распределяют прикладываемую нагрузку и максимально увеличивают опорную площадь мембраны в закрытом положении, что позволяет снизить усилие, необходимое для герметизации затвора, и увеличить срок службы мембраны.

Двухслойная конструкция мембраны позволяет разделить функции силового упругого элемента, воспринимающего нагрузку от физического воздействия среды и герметизирующего элемента, противостоящего химическому воздействию. Это существенно увеличивает срок службы и рабочий диапазон (давлений и температур). Аналогичная концепция применяется такими ведущими фирмами, как "SAUNDERS", "ITT Grinnell", "RICHTER", "ASAHT" и др.

В отличие от описанной конструкции, защитная диафрагма мембраны равнотолщинная (1-1,2 мм) и не имеет усиления в центральной части. Прилегание диафрагмы к силовой основе обеспечивается давлением окружающей или рабочей среды благодаря полному совпадению их геометрических размеров и по следующей герметизации полости между ними при сборке вентиля. При нарушении целостности защитная диафрагма перестает отслеживать перемещения эластомерной основы, что существенно увеличивает гидравлическое сопротивление вентиля, сигнализируя о необходимости замены мембраны. В то же время силовая часть, выполненная из химически стойкой резиновой смеси, некоторое время будет предотвращать утечку рабочей жидкости в окружающую среду.

Поворотные заслонки ЗПХ имеют дублирующие уплотнения осей затвора кольцами из химически стойкой резины, что обеспечивает возможность устранения утечек во внешнюю среду при больших сроках эксплуатации. Применение фторопласта-4 и других полимеров вместо эластомеров различных марок для изготовления манжеты вкладыша существенно расширяет эксплуатационные возможности по химической стойкости, давлению, температуре, например, предотвращает выход из строя заслонки (работающей на серной кислоте) из-за резкого повышения температуры при возникновении обратного тока воды.

Следует отметить, что неполная герметизация затвора в закрытом положении и связанные с этим небольшие протечки, неопасные для воды или воздуха, ограничивают применение заслонок для токсичных и агрессивных сред. На практике особенно распространены конструкции с герметизацией диска вдавливанием его края в седло из эластичного материала.

Более совершенными являются затворы с эластичной "рубашкой", которая закрывает поверхность корпуса, контактирующую с рабочей средой, одновременно обеспечивая герметизацию и защиту корпуса от изнашивания и коррозии в агрессивных средах. При этом облегчается крепление седла в корпусе Вариант такой "рубашки" - гуммирование позволяет осуществлять ее надежное крепление в корпусе, но при этом практически невозможен ремонт затвора.

Необходимость сохранения упругих свойств седла в течение длительного времени (его податливость, возможность деформации краем диска даже при невысоких напряжениях) - эти требования противоречат необходимости иметь твердые и износостойкие слои седла, контактирующие с затвором. Поэтому следующим этапом совершенствования конструкции было создание двухслойной рубашки с разделением функций (аналогично двухслойной мембране вентилей): упругая тонкостенная манжета из химически стойкого полимера с установленной под ней мощной резиновой прокладкой, обеспечивающей эластичность седла. Отбортовка рубашки на корпус служит одновременно и межфланцевым уплотнением.

В настоящее время химические поворотные заслонки мировых лидеров в химическом арматуростроении имеют седла. Заслонки с седлами такой конструкции работоспособны практически во всех химически активных средах при температуре до 200 °С и давлении до 1,6 МПа, имеют низкий и стабильный крутящий момент, необходимый для управления.
Шаровые краны КШХ не имеют эластомерных уплотнений. Схема с "плавающим" шаром позволяет устранить возникшие в процессе эксплуатации внутренние и внешние утечки. В конструкции шаровых кранов реализована идея герметичного соединения с параллельным включением элементов, что позволяет обеспечить постоянство нагрузки на уплотнение шара с течением времени.

Обратные клапаны КОХ изготовляются с затворами трех типов: шариковый имеет наименьшее гидравлическое сопротивление, грибковый - повышенный ресурс по числу срабатываний, дисковый - наименее чувствителен к загрязнению рабочей среды и может устанавливаться на горизонтальных участках трубопроводов.

При организации производства нового вида оборудования возникает много проблем. Особо нужно выделить практически полное отсутствие государственных или отраслевых стандартов (и их системы), определяющих требования к химической арматуре вообще и к футерованной в частности. Следует отметить, что применение полимерной и футерованной арматуры требует повышенной производственной культуры. Описанная арматура завода выполняет функции регулирования или перекрытия потока. Наряду с ручным управлением данной арматурой (кроме обратных клапанов, срабатывающих автоматически) предусмотрена возможность присоединения к ней привода любого типа (электрического, пневматического, гидравлического или комбинированного), что позволяет осуществлять автоматическое или полуавтоматическое (выполняемое оператором дистанционное) управление.

Электроприводы устанавливаются на промышленной арматуре наиболее часто. Они экономичны, удобны для использования в системах автоматического управления, надежны.
Гидроприводы - компактны, могут работать при больших давлениях управляющей жидкости, но с небольшими скоростями и лишь при наличии специальной насосной станции. Как правило, они встраиваются непосредственно в арматуру.

Пневмоприводы наиболее широко используются в металлургической и химической промышленности, когда на предприятии имеются производственные линии сжатого воздуха. Но в России пневмоприводы для поворотной арматуры не выпускаются, а приводы украинского производства (НПО "Химавтоматика", г. Северодонецк) при современной конструкции силовой части имеют позиционер, при этом гарантируется всего 1000 циклов срабатывания.

Ассортимент импортных пневмоприводов, включая полный много функциональный набор принадлежностей разнообразен, качество их очень высоко. Но цены в 10-20 раз превосходят цены арматуры, на которой их предполагается устанавливать. В данной ситуации ЗАО "Гидрогаз", во-первых, начинает освоение собственных пневматических и гидравлических приводов с присоединительными размерами в соответствии с DIN/ISO 5210, 5211, что обеспечит их взаимозаменяемость с импортными; во-вторых, выпускает арматуру с возможностью подсоединения к ней любого имеющегося у потребителя привода (срок службы которого значительно превосходит срок службы химической арматуры).

В заключение отметим важность и необходимость системы обеспечения и контроля качества выпускаемой продукции. Активно проводимая на ряде российских предприятий аттестация производства на соответствие международным (ISO) и национальным (АРI) стандартам, безусловно, позволит перейти к выпуску более качественной продукции.

ЗАО "Гидрогаз" при выпуске химического оборудования принята следующая концепция: сложившаяся в военно-промышленном комплексе комплексная система управления качеством продукции (КСУКП) не уступает зарубежным системам обеспечения качества, а во многом и превосходит, систему необходимо развивать с учетом специфики продукции и постепенно адаптировать к международным системам;
тесное сотрудничество с потребителями арматуры, взаимная заинтересованность - это самый строгий контролер продукции;
подконтрольная эксплуатация у потребителей, тщательный анализ требований и запросов эксплуатационников к качеству и техническому совершенству продукции - гарантия развития отечественного арматуростроения.