Абсолютная и долгосрочная герметичность, а также энергоэффективность запорной арматуры в современных процессах являются важнейшими факторами стабильной и оптимальной работы самых различных установок, аппаратов и производств в целом.
В результате увеличения объемов хранения и транспортировки сжиженного природного газа спрос на криогенные процессы и установки сильно возрос. Относительно недорогим и удобным способом хранения и транспортировки природного газа, кислорода, азота и других технических газов считается метод его сжатия и охлаждения до температуры –196 °C (в среднем). При осуществлении таких процессов возникает необходимость в запорной арматуре, которая не только будет долго и безотказно работать, но и обеспечит высокий класс герметичности.
В криогенных процессах, наряду с различными конструкциями запорной арматуры, применяются дисковые поворотные затворы с трехкратным эксцентриситетом (рис. 1). Но, как показывает практика последних лет, многие производители таких затворов не обеспечивают в работе норм класса герметичности по стандарту BS 6364 (British Standard Valve for Cryogenic Service). Причиной невыполнения является овальная геометрия седла и уплотнение диска практически у всех затворов с трехкратным эксцентриситетом.
Рассмотрим более подробно причины протечек:
1. Тепловое расширение материалов при повышении температуры
Если компоненты запорной арматуры изготовлены из материалов, близких по своим физическим свойствам, то при нагреве тепловые расширения всех деталей обеспечивают продолжительную герметичность арматуры. Увеличиваясь в объеме и расширяясь друг другу навстречу, седло и уплотнение диска дополнительно уплотняются, что благоприятно сказывается на герметичности. Это можно назвать эффектом вспомогательного самоуплотнения. Благодаря этому физическому явлению затворы с трехкратным эксцентриситетом и овальной геометрией седла обеспечивают продолжительную герметичность в момент теста на огнестойкость по стандарту FireSafe API 607 (аналог ГОСТа 33856-2016).
Негативный эффект при нагреве овальной геометрии диска дает зона радиусов большой дуги, где окружность овала относительно «плоская» и отрезок соприкосновения уплотнения с седлом более длинный. Этот отрезок подвержен повышенному трению и износу и приводит к протечке.
2. Сжатие материала при понижении температуры
При охлаждении материала происходит его сжатие. По причине овальной геометрии и, как следствие, неравномерной толщины материалов сжатие происходит непропорционально. Овальная геометрия седла затвора с трехкратным эксцентриситетом становится еще более эллиптической по отношению к идеально круглой форме. В результате такой деформации появляются зазоры в системе уплотнения, которые ведут к протечке. Этот феномен долгое время представлял для криогенных процессов неразрешимую проблему.
При разработке дискового затвора нового поколения компанией müller co-ax group была поставлена первостепенная задача: обеспечить абсолютную и продолжительную герметичность при сверхнизких температурах. Результатом работы стал дисковый затвор с четырехкратным эксцентриситетом и абсолютно круглой геометрией QUADAX® (рис. 2), в котором были устранены вышеописанные конструктивные недостатки дискового затвора с трехкратным эксцентриситетом.
Дисковый затвор с четырехкратным эксцентриситетом QUADAX® имеет абсолютно круглую геометрию седла и уплотнения, у всех деталей конструкции одинаковая толщина стенок. Соответственно, тепловые расширения и сжатия материалов происходят равномерно и пропорционально, что обеспечивает абсолютную герметичность при температурах от –270 °C до +800 °C. Круг имеет только один радиус, поэтому зоны трения по всей окружности полностью отсутствуют.
В производственных процессах применяются самые различные насосы, но все они приводятся в движение электрической энергией. Именно электрическая энергия в промышленных масштабах может стать серьёзным экономическим фактором в эффективности установки. Устаревшая конструкция затворов с трехкратным эксцентриситетом, имея овальное проходное сечение, представляет собой дополнительное сужение в трубопроводе, а значит повышенное гидравлическое сопротивление, что приводит к увеличенному потреблению энергии насосом.
Круглое проходное сечение затворов QUADAX® полностью соответствует диаметру трубопровода, при этом не создается дополнительного гидравлического сопротивления. Энергоэффективность запорной арматуры выражается пропускной способностью (числом Kv) (табл.).
Берегите ресурсы с технологией QUADAX®green line
Размещено в номере: «Вестник арматуростроителя», № 5 (54) 2019
