Клас герметичності запірної арматури: як вибрати оптимальний варіант

Вступ

Запірна арматура є найважливішим елементом будь-якої трубопровідної системи, що забезпечує надійне керування потоками рідин та газів на трубопроводі. Однією з ключових характеристик запірного обладнання є клас герметичності, який визначає ступінь її здатності запобігати витокам робочого середовища. Правильний вибір класу герметичності безпосередньо впливає на ефективність, безпеку та довговічність усієї системи.

Призначення запірних пристроїв

Перш ніж перейти до класів герметичності, важливо зрозуміти основне призначення запірного органу. Вид конструкції та варіанти перекриття труб і водопостачання на виробництві. Запірна арматура призначена для повного перекриття потоку робочого середовища (рідини, газу, пари) в трубопроводі та має два основні робочі положення: "відкрито" та "закрито". На відміну від регулювального обладнання, запірна арматура не призначена для регулювання витрати середовища.

Основні функції запірних пристроїв:

• Повне перекриття потоку робочого середовища
• Забезпечення герметичності у закритому положенні
• Мінімальний гідравлічний опір у відкритому положенні
• Забезпечення безпеки при експлуатації трубопровідних систем
• Можливість проведення ремонтних та профілактичних робіт

Що належить до запірної арматури

До запірної арматури належать різні пристрої, що забезпечують перекриття потоку робочого середовища:

1. Засувки — пристрої, в яких запірний елемент переміщується перпендикулярно потоку середовища.
2. Крани — пристрої з поворотним запірним елементом у вигляді циліндра або конуса.
3. Клапани (вентилі) — пристрої із запірним елементом, що переміщується паралельно осі потоку середовища.
4. Затвори дискові (баттерфляй) — пристрої з поворотним запірним елементом у вигляді диска.
5. Заслінки — пристрої з поворотним запірним елементом у вигляді пластини.

Класифікація трубопровідної арматури

Запірна арматура класифікується за різними параметрами:

За конструктивним виконанням:

• Засувки (клинові, паралельні, шиберні, дискові)
• Крани (кульові, конусні, пробкові)
• Клапани (вентилі)

За способом керування:

• Ручна
• Електропривідна
• Пневмопривідна
• Гідропривідна
• Електромагнітна

За матеріалом корпусу:

• Сталева
• Чавунна
• Латунна
• Бронзова
• З нержавіючої сталі
• З полімерних матеріалів

За приєднанням до трубопроводу:

• Фланцева
• Муфтова (різьбова)
• Приварна
• Цапкова
• Штуцерна

За умовами експлуатації:

• Загальнопромислова
• Для агресивних середовищ
• Кріогенна
• Для високих температур
• Для високого тиску

Клас герметичності трубопровідної арматури

Клас герметичності є однією з найважливіших характеристик запірного обладнання. Він визначає максимально допустиму величину протікання робочого середовища через закритий запірний елемент. В Україні та країнах Європи класи герметичності запірної арматури регламентуються ДСТУ EN 12266-1:2015 та міжнародним стандартом ISO 5208:2015 "Industrial valves - Pressure testing of metallic valves".

Класи герметичності за ISO 5208:2015:

• Клас А — відсутність видимих протікань (абсолютна герметичність)
• Клас В — допускається протікання не більше 0,01 × DN мм³/с для рідин
• Клас С — допускається протікання не більше 0,03 × DN мм³/с для рідин
• Клас D — допускається протікання не більше 0,1 × DN мм³/с для рідин
• Клас E — допускається протікання не більше 0,3 × DN мм³/с для рідин
• Клас F — допускається протікання не більше 1,0 × DN мм³/с для рідин

де DN — номінальний діаметр арматури в мм.

Класи герметичності за ДСТУ EN 12266-1:2015:

• Ступінь A — відсутність видимих витоків
• Ступінь B — незначні візуально спостережувані витоки (утворення крапель)
• Ступінь C — візуально спостережувані витоки (безперервне краплеутворення)
• Ступінь D — візуально спостережувані витоки (безперервний струмінь)

Клас герметичності вибирається залежно від:

• Типу робочого середовища (рідина, газ, пара)
• Вимог безпеки
• Економічних міркувань
• Технологічних особливостей системи
• Екологічних вимог

Для систем з небезпечними, токсичними або дорогими середовищами зазвичай вибирають арматуру з високим класом герметичності (А або В за ISO 5208). Для менш відповідальних застосувань можуть використовуватися трубопровідна арматура з класами герметичності C, D або нижче.

Види запірної арматури та їх особливості

Засувки

Засувки являють собою запірну арматуру, в якій запірний елемент переміщується перпендикулярно потоку робочого середовища. Вони широко застосовуються в трубопровідних системах різного призначення.

Переваги засувок:

• Малий гідравлічний опір у відкритому положенні
• Можливість застосування для великих діаметрів
• Можливість подачі середовища в будь-якому напрямку
• Відносно проста конструкція

Недоліки засувок:

• Велика будівельна довжина
• Тривалий час відкриття/закриття
• Необхідність великого крутного моменту при керуванні

Типи засувок:

• Клинові (з жорстким клином, з пружним клином, зі складеним клином)
• Паралельні (з висувним шпинделем, з невисувним шпинделем)
• Шиберні (ножові)

Крани

Крани являють собою запірну арматуру з поворотним запірним елементом у формі циліндра або конуса, що має наскрізний отвір для проходу середовища.

Переваги кранів:

• Швидке відкриття/закриття (1/4 оберту)
• Малий гідравлічний опір
• Компактна конструкція
• Висока герметичність

Недоліки кранів:

• Підвищений знос ущільнювальних поверхонь
• Складність виготовлення для великих діаметрів
• Чутливість до забруднень у робочому середовищі

Типи кранів:

• Кульові (повнопрохідні, неповнопрохідні, сегментні)
• Конусні
• Пробкові (змащувані, незмащувані)

Клапани (вентилі)

Клапани або вентилі — це запірна арматура, в якій запірний елемент переміщується паралельно осі потоку робочого середовища.

Переваги клапанів:

• Компактна конструкція
• Висока герметичність
• Простота виготовлення
• Надійність роботи

Недоліки клапанів:

• Значний гідравлічний опір
• Необхідність прикладання великого зусилля для керування при високому тиску
• Одностороння подача середовища

Типи клапанів:

• Запірні
• Зворотні
• Запобіжні
• Регулювальні

Затвори дискові (баттерфляй)

Баттерфляй являють собою запірну арматуру з поворотним запірним елементом у вигляді диска, який повертається навколо осі, перпендикулярної або розташованої під кутом до напрямку потоку робочого середовища.

Переваги затворів дискових:

• Компактна конструкція
• Мала будівельна довжина
• Швидке відкриття/закриття
• Невелика вага
• Низька вартість

Недоліки затворів дискових:

• Обмежена герметичність
• Підвищений знос ущільнення
• Високий гідравлічний опір

Застосування затворів баттерфляй:

• Системи вентиляції та кондиціонування
• Водопровідні системи
• Харчова промисловість
• Системи пожежогасіння
• Хімічна промисловість (для перекриття неагресивних трубопроводів)

Види запірно-регулювальної арматури

Запірно-регулювальна арматура поєднує в собі функції запірної та регулювальної арматури, що дозволяє не тільки перекривати потік робочого середовища, а й регулювати його витрату.

Регулювальна арматура ділиться на такі види:

1. Запірно-регулювальні клапани — цей вид забезпечує як перекриття потоку, так і його регулювання на промислових магістралях.
2. Регулювальні засувки — модифіковані засувки з можливістю регулювання потоку.
3. Регулювальні кульові крани — кульові крани з профільованим отвором для регулювання потоку.
4. Дискові затвори з регулювальною функцією — забезпечують регулювання потоку за рахунок зміни кута повороту диска.
5. Голчасті вентилі — забезпечують точне регулювання малих витрат.

Запірно-регулювальна арматура застосовується в системах, де вимагається як повне перекриття потоку, так і його регулювання, що дозволяє оптимізувати кількість використовуваної арматури та знизити витрати на монтаж та обслуговування.

Маркування запірної арматури

Маркування запірної арматури на корпусі містить важливу інформацію про її характеристики та умови застосування, перевірки. Вона зазвичай включає наступні елементи:

• Тип арматури (засувка, кран, клапан тощо)
• Умовний прохід (Ду або DN) — номінальний внутрішній діаметр в мм
• Умовний тиск (Ру або PN) — максимальний робочий тиск в МПа або бар
• Матеріал корпусу (варіанти матеріалу: сталь, чавун, латунь тощо)
• Матеріал ущільнення (PTFE, NBR, EPDM тощо)
• Тип приєднання (фланцеве, муфтове, приварне)
• Клас герметичності (A, B, C згідно ISO 5208)
• Робоча температура (максимальна та мінімальна)

Згідно з ISO 6708 та ДСТУ EN 19:2015, маркування повинно містити наступну обов'язкову інформацію:

• Найменування або товарний знак виробника
• Номінальний розмір (DN)
• Номінальний тиск (PN)
• Матеріал корпусу
• Максимальна робоча температура
• Маркування відповідності (CE для європейських країн)

Приклад маркування за європейськими стандартами: "Butterfly Valve DN100 PN16 GGG40 -20°C/+120°C ISO 5752-20", де:

• Butterfly Valve — тип арматури (дисковий затвор)
• DN100 — умовний прохід 100 мм
• PN16 — умовний тиск 16 бар
• GGG40 — матеріал корпусу (високоміцний чавун)
• -20°C/+120°C — діапазон робочих температур
• ISO 5752-20 — стандарт, що визначає будівельну довжину

Розуміння маркування дозволяє правильно підбирати арматуру для конкретних умов застосування та забезпечувати сумісність з існуючими системами.

Вибір запірної арматури

При виборі запірної арматури необхідно враховувати безліч факторів:

1. Параметри робочого середовища:

• Тип середовища (рідина, газ, пара)
• Хімічний склад та агресивність
• Температура
• Тиск
• В'язкість
• Наявність твердих включень

2. Умови експлуатації:

• Частота перемикань
• Необхідна швидкість відкриття/закриття
• Доступність для обслуговування
• Навколишнє середовище (вологість, температура, агресивність)
• Вибухонебезпечність та пожежонебезпечність

3. Технічні характеристики:

• Умовний прохід (DN)
• Умовний тиск (PN)
• Клас герметичності за ISO 5208 або ДСТУ EN 12266-1
• Матеріал корпусу та ущільнень
• Тип приєднання
• Будівельна довжина
• Тип керування (ручне, електричне, пневматичне)

4. Економічні фактори:

• Вартість арматури
• Вартість монтажу
• Витрати на експлуатацію та обслуговування
• Термін служби
• Гарантійний термін

5. Вимоги стандартів та нормативів:

• Українські стандарти (ДСТУ)
• Європейські норми (EN)
• Міжнародні стандарти (ISO)
• Галузеві стандарти (API, DIN)
• Вимоги безпеки

Для систем з високими вимогами до герметичності (наприклад, для транспортування небезпечних або дорогих середовищ) рекомендується вибирати арматуру з класом герметичності А або B за ISO 5208. Для менш відповідальних застосувань можна використовувати арматуру з класами C, D або нижче.

Встановлення запірної арматури

Правильне встановлення запірної арматури має вирішальне значення для її ефективної роботи та довговічності. При встановленні необхідно дотримуватися таких правил:

1. Підготовчі роботи:

• Перевірка відповідності арматури проектній документації
• Візуальний огляд арматури на предмет дефектів
• Перевірка наявності сертифікатів та паспортів
• Підготовка інструментів та матеріалів для монтажу

2. Загальні умови до монтажу згідно ISO 5208 та ДСТУ EN 12266:

• Дотримання напрямку потоку (якщо передбачено конструкцією)
• Забезпечення доступу для керування та обслуговування
• Забезпечення можливості демонтажу для ремонту
• Захист від механічних пошкоджень
• Забезпечення опор для важкої арматури
• Виключення додаткових механічних навантажень на арматуру

3. Особливості монтажу різних типів арматури:

• Засувки: встановлюються на горизонтальних та вертикальних ділянках трубопроводів, шпиндель повинен розташовуватися вертикально вгору
• Крани кульові: можуть встановлюватися в будь-якому положенні, але переважно з горизонтальним розташуванням штока
• Клапани: встановлюються на горизонтальних ділянках трубопроводів, шпиндель повинен розташовуватися вертикально вгору
• Затвори дискові: можуть встановлюватися в будь-якому положенні, але необхідно враховувати, в якому напрямку рухається потік.

4. Способи приєднання:

• Фланцеве з'єднання: вимагає використання прокладок та болтових з'єднань, затягування болтів слід проводити хрест-навхрест згідно з вимогами ISO 7005
• Різьбове з'єднання: вимагає використання ущільнювальних матеріалів (ФУМ-стрічка, льон, анаеробні герметики)
• Приварне з'єднання: вимагає дотримання технології зварювання та захисту ущільнювальних елементів арматури від перегріву згідно з ISO 9606
• Безфланцеве з'єднання: вимагає використання спеціальних кріпильних елементів

5. Випробування після монтажу згідно ISO 5208 та ДСТУ EN 12266:

• Гідравлічні або пневматичні випробування на міцність та герметичність
• Перевірка працездатності арматури (відкриття/закриття)
• Перевірка герметичності з'єднань
• Перевірка герметичності затвора

Правильне встановлення запірної арматури забезпечує її надійну роботу, заявлений клас герметичності та тривалий термін служби.

Висновок

Вибір оптимального класу герметичності запірної арматури є важливим завданням при проектуванні та експлуатації трубопровідних систем. Правильний вибір дозволяє забезпечити безпеку, ефективність та економічність системи.

При виборі запірної арматури необхідно враховувати безліч факторів, включаючи параметри робочого середовища, технічні характеристики, економічні фактори та вимоги нормативів. Для систем з високими вимогами до герметичності рекомендується вибирати арматуру з класами герметичності А або B за ISO 5208.

Різні типи запірної арматури (засувки, крани, клапани, затвори) мають свої переваги та обмеження, які слід враховувати при виборі. Крім того, необхідно звертати увагу на маркування арматури, яка містить важливу інформацію про її характеристики та умови експлуатації згідно з міжнародними стандартами ISO та європейськими нормами EN, прийнятими в Україні як ДСТУ.

Правильне встановлення запірної арматури має вирішальне значення для її ефективної роботи та забезпечення заявленого класу герметичності. При монтажі необхідно дотримуватися вимог виробника та нормативних документів.

Зрештою, правильний вибір класу герметичності та типу запірної арматури, а також її коректне встановлення та експлуатація дозволяють створити надійну та ефективну трубопровідну систему, що відповідає всім вимогам безпеки та економічності.