- •Глава 1. Введение в проектирование ………………………... 7
- •Глава 2. Основные этапы и стадии проектирования …….
- •Глава 3. Конструирование химических реакторов и выбор
- •Глава 4. Конструкционные материалы в химическом ма-
- •Глава 5. Технологические трубопроводы и арматура ……..
- •Глава 1.
- •1.1. Положения Единой системы конструкторской
- •1.2. Виды конструкторской документации
- •1.3. Направления проектирования химических производств
- •Глава 2.
- •2.1. Виды проектов и стадии проектирования
- •2.2. Предпроектная разработка
- •2.3. Порядок разработки проектов
- •2.4. Методы проектирования
- •2.5. Системы автоматизированного проектирования
- •2.6. Проектирование генерального плана
- •Глава 3.
- •3.1. Назначения и основные требования, предъявляемые к
- •3.2. Классификация оборудования производств
- •3.3. Технологический расчёт основной и вспомогательной
- •3.4. Элементы механического расчёта основных узлов
- •3.5. Методы контроля и испытания аппаратов
- •3.6. Техническое обслуживание и ремонт химических установок
- •3.7. Монтаж химической аппаратуры
- •Глава 4.
- •4.1. Требования, предъявляемые к конструкционным
- •4.2. Сталь
- •4.3. Чугун
- •4.4. Цветные металлы и сплавы
- •4.5. Неметаллические конструкционные и обкладочные
- •4.6. Прокладочные и набивочные материалы
- •4.7. Огнеупорные и теплоизоляционные материалы
- •4.8. Коррозионное разрушение химического оборудования
- •4.9. Способы защиты оборудования от коррозии
- •Глава 5.
- •5.1. Классификация трубопроводов
- •5.2. Назначение и основные виды трубопроводной арматуры
- •5.3. Выбор арматуры
5.3. Выбор арматуры
Правильный выбор арматуры создает предпосылки для ра-
боты оборудования без перерывов для внепланового ремонта и
замены арматуры. Значение этого фактора велико, так как при ус-
тановке арматуры, не соответствующей условиям работы на кор-
розионных средах, в ряде случаев она выходит из строя через
один–два месяца, в то время как при правильном выборе изделие
работает в тех же условиях более двух–трех лет без капитального
ремонта. В связи с этим выбор арматуры является ответственным
этапом проектирования трубопроводной системы, поскольку час-
то безотказность и долговечность арматуры определяют собой
безотказность и долговечность всей системы. В результате выбо-
ра должны быть установлены конструкции, в оптимальной степе-
ни удовлетворяющие всем техническим и экономическим требо-
ваниям, предъявляемым к арматуре. Выбор должен проводиться
на основе тщательно подготовленных и четко выявленных техни-
ческих данных, определяющих требуемые параметры.
Первым этапом является установление возможности ис-
пользования арматуры, серийно выпускаемой заводами, и лишь
при отсутствии требуемой конструкции в номенклатуре серийной
промышленной арматуры подготавливаются данные для ее про-
ектирования и изготовления по отдельному заказу. В результате
выбора должен быть установлен объект – конструкция арматуры,
удовлетворяющая поставленном техническим требованиям и
обеспечивающая надежное и длительное функционирование сис-
темы или установки, на которой будет использоваться арматура.
Конструкцию и материал деталей арматуры следует выби-
рать в зависимости от назначения арматуры, свойств транспорти-
руемой среды, температуры и давления по ГОСТам, каталогам,
107
справочникам и нормалям заводов-изготовителей.
На трубопроводах, транспортирующих продукты с токсич-
ными свойствами, горючие и активные газы и легковоспламе-
няющиеся жидкости, рекомендуется применять арматуру, специ-
ально предназначенную для этих продуктов в заданных рабочих
условиях. Для указанных сред допускается применение арматуры
общего назначения только при условии соответствия ее конст-
рукции и материалов условиям надежной и безопасной работы.
На трубопроводах для высокоагрессивных сред и сред, которые
могут быть испорчены от соприкосновения с металлом, а также
для продуктов пищевой промышленности, фармацевтической
промышленности допускается использование арматуры из корро-
зионно-стойких сталей, неметаллических материалов или из чу-
гуна и стали с внутренним антикоррозионным защитным покры-
тием. Арматура с корпусами из бронзы или латуни используется
только для продуктов с физико-химическими свойствами, не до-
пускающими применения черных металлов.
Полные перечни конструкций арматуры для работы в раз-
личных условиях приводятся в специальных каталогах. Следует
иметь в виду, что промышленностью ежегодно осваиваются но-
вые конструкции и снимаются с производства устаревшие, по-
этому при выборе арматуры с использованием данных, приве-
денных в каталогах, необходимо провести дополнительную про-
верку для подтверждения того, что изготовление требуемой ар-
матуры предусмотрено промышленностью.
Характеристики арматуры можно разделить на эксплуата-
ционные и конструкционные. Первые определяют собой основ-
ные эксплуатационные свойства арматуры и область ее примене-
ния, вторые – особенности конструкции, оказывающие влияние
на метод монтажа, ремонта, ухода и т. д.
К эксплуатационным (функциональным) характеристикам
относятся класс арматуры (запорная, регулирующая, предохрани-
тельная, и т. д.), тип изделия, (вентиль, задвижка), материал ос-
новных деталей, привод и т. п., к конструкционным – строитель-
ная длина и строительная высота арматуры, тип присоедини-
тельных патрубков (фланцы, муфты, штуцеры, цапфы, концы под
приварку), тип уплотнительных колец (без колец, кольца запрес-
сованы, на резьбе, кольца с наплавкой и пр.) и др. В некоторых
108
случаях эксплуатационные и конструкционные характеристики
взаимно связаны и не могут быть четко отделены друг от друга. В
общем виде порядок выбора арматуры может быть следующим.
1. Уточняется назначение и определяются условия работы ар-
матуры – среда, температура, давление и т. д.
2. Определяется условный диаметр прохода присоединительных
фланцев.
3. Уточняется метод управления арматурой – ручной привод,
электропривод, дистанционное управление, электромагнитный
привод, пневмо- или гидропривод.
4. На основе подготовленных данных выбирается материал кор-
пусных деталей – серый чугун, ковкий чугун, углеродистая сталь,
коррозионностойкая сталь, бронза и др.
5. Выбирается класс арматуры (запорная, регулирующая, пре-
дохранительная и т. д.).
6. Назначается тип арматуры (вентиль, задвижка, кран, регу-
лирующий или предохранительный клапаны и др.).
7. Уточняется условный диаметр прохода и диаметр отверстия в
седле, для чего устанавливается допустимое гидравлическое соп-
ротивление, коэффициент пропускной способности, характери-
стика плунжера и т. п.
8. С использованием данных о номенклатуре выпускаемой ар-
матуры и данных каталогов выбираются соответствующие изде-
лия.
9. Определяются геометрические параметры выбранной арма-
туры (строительная длина, строительная высота, тип и размеры
фланцев, размеры и число болтов и т. д.).
10. Проверяются параметры выбранной арматуры и соответствие
их заданным условиям работы.
Для выбора арматуры должны быть известны следующие
данные.
1. Назначение арматуры, условия эксплуатации и способы уп-
равления.
2. Свойства рабочей среды, рабочее давление, рабочая темпе-
ратура, коррозионные свойства, вязкость среды.
3. Требования к гидравлическим характеристикам арматуры, про-
пускная способность, расходная характеристика, класс герме-
тичности и т. д.
109
4. Монтажные и габаритные требования: условный диаметр про-
хода, способ присоединения к трубопроводу, габаритные или ве-
совые ограничения и др.
5. Возможные дополнительные требования в отношении надеж-
ности, долговечности, взрывозащищенности привода и др.
Условный диаметр прохода в подавляющем большинстве
случаев бывает равен диаметру прохода трубопроводов, но для
регулирующих клапанов, если не требуется их полнопроход-
ность, диаметр прохода может быть меньше диаметра трубопро-
вода, и в этом случае они выбираются по пропускной способно-
сти. По пропускной способности выбирается и размер предохра-
нительного клапана. При выборе регулирующего клапана необ-
ходимо выявить, какая в данном случае требуется пропускная ха-
рактеристика плунжера. Если характеристики плунжеров, выпус-
каемых серийно, не могут удовлетворить требованиям эксплуа-
тации, то плунжеры рассчитываются и изготовляются по задан-
ным условиям.
При установке запорной арматуры на трубопроводе, через
который осуществляется большой расход среды, предпочтение
следует отдавать конструкциям с малым гидравлическим сопро-
тивлением: задвижкам, кранам, заслонкам, прямоточным венти-
лям. Для концевых запорных устройств или для арматуры, нахо-
дящейся в постоянно закрытом положении, коэффициент гидрав-
лического сопротивления обычно не имеет значения, и здесь мо-
гут быть использованы вентили (для диаметра прохода D) более
200 мм). Анализ потребления арматуры показывает, что около 80
% всей арматуры приходится на долю запорной. Несмотря на
тенденции к унификации и стандартизации, в настоящее время
существует большое разнообразие типов и конструкций армату-
ры. Выбор типа арматуры обусловливается совокупной оценкой
всех производственных требований.
Задвижки используются там, где габариты арматуры не
имеют решающего значения, а условия эксплуатации тяжелые:
высокая температура рабочей среды, требуется длительная гер-
метичность запорного органа. Задвижки имеют малое гидравли-
ческое сопротивление, малую строительную длину (при малых
давлениях), низкую стоимость и широкий диапазон диаметров
прохода. Задвижки используются только в качестве запорной ар-
110
матуры. При необходимости частого открывания и закрывания
(высокая частота циклов) применять их не рекомендуется.
Вентили – наиболее массовый тип арматуры. Вентили с пло-
скими уплотнительными кольцами не должны применяться для
загрязненных сред, в этом случае более целесообразно конусное
уплотнение. Вентили могут использоваться и для регулирования
расхода среды. Важным свойством вентилей является возмож-
ность применения сильфонов вместо сальников. Особое положе-
ние занимают мембранные и шланговые вентили (шланговые за-
творы). Мембранные вентили имеют внутреннее защитное по-
крытие из неметаллических материалов (резина, полиэтилен,
фторопласт, эмаль). Обычно корпус и крышка мембранного вен-
тиля изготовляются из чугуна, но некоторые фирмы изготовляют
мембранные вентили из фарфора с защитой в виде наружного чу-
гунного кожуха. Высокой коррозионной стойкостью обладают
чугунные эмалированные мембранные вентили с двухслойной
мембраной из резины с защитным слоем пленки из фторопласта.
Краны конусные (пробковые) имеют малые габаритные раз-
меры. Краны со смазкой применяются для повышенных давле-
ний. Краны шаровые обладают рядом преимуществ перед конус-
ными и успешно конкурируют с другими типами арматуры в са-
мых различных областях и при различных режимах. Заслонки
(поворотные дисковые затворы) имеют минимальную строитель-
ную длину и минимальную строительную высоту, дешевы в изго-
товлении и просты в эксплуатации.
В регулирующей арматуре наибольшее распространение по-
лучили двухседельные и односедельные регулирующие клапаны.
Для коррозионных сред эти клапаны изготовляются из корро-
зионностойких сталей. Для малых давлений и температур исполь-
зуются регулирующие мембранные и шланговые клапаны. При-
менение общепромышленной арматуры для работы на загрязнен-
ных средах рекомендуется ограничивать пределом концентрации
механических примесей в 25 мг/л при размере частиц до 70 мкм.
Сильфонные вентили устанавливаются на взрывоопасных,
пожароопасных, токсичных, особо чистых средах, а также при
требованиях к вакуумированию системы.
Для передвижных установок (цистерны) общепромыш-
ленную арматуру применять не рекомендуется, так как она не
111
предназначена для работы в условиях действия вибраций.
Герметичность запорного органа арматуры обеспечивается
тщательной пригонкой затвора к седлу. Если материал этих дета-
лей коррозионноустойчив по отношению к рабочей среде, уплот-
нительные кольца выполняются заодно с деталью; в противном
случае уплотнительные кольца делаются вставными (или наплав-
ленными) из соответствующего материала: латуни, бронзы, кор-
ро-зионностойкой стали, стеллита, фторопласта, резины и т. д.
Классы герметичности установлены ГОСТ 9544-75.
Повышенные требования в отношении герметичности
предъявляются к арматуре, работающей на линиях с горючими,
токсичными, пожаро- и взрывоопасными средами, для которых
конструкция и качество изготовления арматуры должны обеспе-
чивать I класс герметичности.
Ручное управление арматурой используется лишь при ред-
ком ее срабатывании. В случаях частого использования армату-
ры, необходимости механизации или автоматизации управления
производственными процессами, быстрого открытия и закрытия
арматуры в опасных условиях или аварийных случаях применя-
ются электрические, пневматические или гидравлические приво-
ды с местным либо дистанционным управлением арматурой. Ар-
матуру с электроприводами не рекомендуется устанавливать на
открытых площадках, а также в колодцах с повышенной влажно-
стью и периодически затапливаемых. Электроприводы предна-
значены для использования при температуре окружающего воз-
духа до –40ÉС.
Крепление арматуры к трубопроводу наиболее часто обес-
печивается применением фланцевых соединений, которые, до-
пускают быструю замену арматуры для ремонта или замены из-
ношенных деталей. Тип фланцевого соединения и материал про-
кладки выбирают в зависимости от условий работы арматуры:
давления, температуры и коррозионных свойств среды. В трубо-
проводах малого диаметра прохода распространены резьбовые
соединения. Резьбовое соединение требует минимального коли-
чества присоединительных элементов, обеспечивает малые ме-
таллоемкость и массу, а также простоту конструкции. В связи с
этим оно используется во всех случаях, где это соединение до-
пустимо.
112
Когда одинаковые типы арматуры (краны, вентили) выпус-
каются с резьбовым и фланцевым соединениями, резьбовое со-
единение выбирают для условий, при которых демонтаж армату-
ры с целью ремонта маловероятен. Для ответственных случаев,
когда среда имеет коррозионные свойства, твердые взвеси и т. п.,
а в процессе обслуживания требуется систематическая ревизия,
ремонт или замена арматуры, предпочтение следует отдавать
фланцевым соединениям. Наиболее надежным способом присое-
динения является приварка арматуры, поэтому в энергетических
установках с высокими параметрами пара, в трубопроводах для
горючих, токсичных, пожаро- и взрывоопасных сред и при дру-
гих опасных и ответственных условиях работы стальной армату-
ры применяется приварка во всех случаях, где это допустимо.
113
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Главной задачей развития отечественного химического про-
изводства является выпуск конкурентоспособных на мировом
рынке национальных продуктов. В решении этой актуальной за-
дачи главенствующая роль принадлежит созданию высокоэффек-
тивных производственных комплексов, реализующих перспек-
тивные технологии.
Требования рынка и динамичность задач, стоящих перед
производством, определяют ряд новых условий, а именно не-
обходимость быстрого внедрения организационных и технологи-
ческих новшеств, прогнозирование ресурсообеспеченности, час-
тое изменение номенклатуры выпускаемой продукции, постоян-
ное обновление структуры предприятия.
В современных условиях к проектированию производств
неорганических веществ, срокам и качеству выполнения проект-
ных работ предъявляются особые требования. Внедрение в про-
екты прогрессивных решений требует использования математи-
ческих методов и вычислительной техники, методов системного
анализа и научно обоснованного прогнозирования, повышения
точности и достоверности исходных данных, унификации и стан-
дартизации проектных решений, разработки нормативов проек-
тирования и оценочных показателей, четкой регламентации дея-
тельности исполнителей.
Таким образом, круг задач, стоящих перед проектантом, не
ограничивается только умением проектировать технологические
процессы. Специалист-проектировщик должен решать весь ком-
плекс вопросов, связанных с построением производственного
процесса: должен хорошо разбираться в экономике, организации
и управлении производством. Необходимость решения подобных
вопросов возникает при работе как на промышленных предпр-
ятиях, так и в проектных организациях и научных институтах.
Четкое усвоение методологии проектирования на уровне
аппарата, участка, цеха или производства в целом, умение гра-
мотно производить технико-экономический анализ проектных
решений позволят инженеру-конструктору, проектировщику соз-
давать высокоэффективные производственные системы.
114
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Основная литература
1. Поникаров, И. И. Конструирование и расчёт элементов хи-
мического оборудования / И. И. Поникаров. – М. : Альфа-М,
2010. – 382 с.
2. Расчёт и конструирование машин и аппаратов химических
производств. Примеры и задачи / под ред. М. Ф. Михалёва. –
М. : Арис, 2010. – 312 с.
3. Лащинский, А. А. Основы конструирования и расчёта хими-
ческой аппаратуры. Справочник /А. А. Лащинский, А. Р.
Толчинский. – М. : Альянс, 2008. – 752 с.
4. Лащинский А. А. Конструирование сварных химических ап-
паратов. Справочник / под ред. А. Р. Толчинского. – М. :
Альянс, 2008. – 384 с.
Дополнительная литература
5. Тимонин, А. С. Основы конструирования и расчёта хими-
ко-технологического оборудования: в 3 т. / А. С. Тимонин.
– Калуга : Изд-во Н. Бочкарёвой, 2002. – Т. 1. – 852 с.; Т. 2.
– 1028 с.; Т. 3. – 968 с.
6. Основы проектирования химических производств / под ред.
А. И. Михайличенко. – М. : Академкнига, 2005. – 332 с.
7. Свит, Т. Ф. Технологическое оборудование производств
неорганических веществ / Т. Ф. Свит, В. В. Зацепин. – Бар-
наул : АлтГТУ, 2003. – 268 с.
8. Хуснутдинов, В. А. Оборудование производств неорганиче-
ских веществ / В. А. Хуснутдинов. – Л. : Химия, 1987. – 248 с.
9. Альперт, Л. З. Основы проектирования химических устано-
вок / Л. З. Альперт. – М. : Высш. шк., 1989. – 304 с.
10. Семёнова, И. В. Коррозия и защита от коррозии / И. В. Се-
мёнова. – М. : Физматлит, 2006. – 372 с.
11. Шубин, В. С. Надёжность оборудования химических и неф-
теперерабатывающих производств / В. С. Шубин, Ю. А.
Рюмин. – М. : Колосс, 2006. – 359 с.