Во второй половине XIX века люди всего цивилизованного мира испытывали необычайный подъем – они чувствовали себя участниками промышленной революции. Паровые машины открывали перед промышленностью, строительством, транспортом новые грандиозные возможности. По рекам, озерам и океанам плыли пароходы, по рельсам могучие паровозы тащили вагоны с людьми и грузами, по шоссе и улицам городов двигались паровые автомобили.
Однако скоро начали взрываться перегретые паровые котлы. От взрывов и пожаров гибли и становились инвалидами тысячи людей.
Обеспокоенные массовой гибелью людей инженеры искали способы безаварийной эксплуатации оборудования, работающего под давлением. В 1911 году Американское общество инженеров-механиков представило разработанные его участниками стандарты. Специалисты решили, что наиболее подходящий метод проверки прочности корпусов и крышек – это подача повышенного относительно рабочего давления в собранную арматуру, а если такой возможности нет, отдельно в каждую корпусную деталь. Все оборудование, предназначенное для работы под давлением, было разбито на классы, учитывающие, кроме давления, температуру рабочей среды. Это было сделано для учета снижения прочности материалов от высокой температуры. Классы давления, иногда их называют «классы давление – температура», – округленное значение давления, используемое в справочных целях и относящееся к комбинации механических и геометрических характеристик элемента системы трубопроводов, в состав которого входит слово «класс», после которого следует безразмерное целое число.
В начале ХХ века не были разработаны стандарты на размеры присоединительных фланцев. До их создания каждая компания, изготавливающая арматуру и другое оборудование, принимала собственные размеры. Это мешало широкому применению, ремонту и замене продукции разных производителей. Поэтому первым стандартом, устанавливающим применение классов арматуры, стал стандарт на фланцы, в котором их конструкция, давления применений определялись рабочими давлениями при температурах эксплуатации. Этот стандарт устанавливал также регламентируемые давления для испытаний корпусных деталей арматуры на прочность и плотность. Методы и параметры гидравлических испытаний (испытаний под давлением), ASME В.16.5 Арматура с фланцами, патрубками резьбовыми и под приварку легли в основу всех стандартов, регламентирующих гидравлические испытания оборудования, работающего под давлением, включая трубопроводную арматуру.
Сегодня большинство стран, изготавливающих и эксплуатирующих арматуру, руководствуется международным стандартом ISO 5208 Арматура трубопроводная промышленная. Испытание давлением. За единицу давления в международных стандартах принят Бар, 1 Бар = 0,1 МПа.
Отечественный стандарт, устанавливающий рабочие давления в зависимости от температуры ГОСТ 356 «Арматура и детали трубопроводов «Давления условные, пробные и рабочие. Ряды», впервые был разработан Московским отделением Центрального котлотурбинного института (МО ЦКТИ) в 1941 году. Стандарт включал таблицы, устанавливающие размер рабочих давлений при заданных температурах, а также соответствующую терминологию. В дальнейшем термин «условные» заменили на «номинальные».
Межгосударственный стандарт ГОСТ 24856-2014 на термины и определения установил следующие понятия:
Номинальные параметры арматуры – количественные значения функциональных характеристик арматуры, а также стандартных значений номинального диаметра и номинального давления, указанных без учета допускаемых отклонений.
Номинальное давление PN – наибольшее избыточное давление, выраженное в кгс/см2, при температуре рабочей среды 20 °С, при котором обеспечивается заданный срок службы (ресурс) корпусных деталей арматуры, имеющих определенные размеры, обоснованные расчетом на прочность при выбранных материалах и характеристиках прочности их при температуре 20 °С.
Пробное давление Рпр – 1) избыточное давление, при котором следует проводить испытание арматуры на прочность; 2) избыточное давление, при котором следует проводить испытание арматуры на прочность и плотность водой при температуре от 5 °С до 70 °С, если в документации не указаны другие температуры.
Величина испытательного давления Рпр зависит от величины рабочего давления и составляет:
• при Рр до 200 – 1,5 Рр;
• свыше 200 до 560 – 1.4 Рр;
• свыше 560 до 650 – 1,3 Рр;
• свыше 650 – 1,25 Рр.
Рабочее давление Рр – наибольшее избыточное давление, при котором возможна длительная работа арматуры при выбранных материалах и заданной температуре.
Номинальное давление соответствует максимально допустимому рабочему давлению не при нормальной температуре (как принято в ГОСТ и DIN), а при повышенной (для углеродистой стали классу 150 соответствует номинальная температура 260 °С, для других классов – 454 °С, а для легированных сталей она доходит до 608 °С и зависит от марки стали. В рабочей практике для грубой оценки часто используют давления, соответствующие классам при температуре от –29 до +38 °С. Классам ANSI для углеродистых сталей при этих температурах соответствуют давления:
• класс 150 – 20 кг/см2;
• класс 300 – 50 кг/см2;
• класс 600 – 100 кг/см2;
• класс 900 – 150 кг/см2;
• класс 1500 – 250 кг/см2;
• класс 2500 – 400 кг/см2.
Для арматуры АЭС вместо рабочего давления используют термин «давление расчетное», величина которого определяется расчетным путем. Определение термина приведено в ПНАЭ Г-10-032-92 Правила контроля сварных соединений элементов локализующих систем безопасности атомных станций.
Расчетное давление – максимальное избыточное давление в оборудовании или трубопроводах, используемое при расчете на прочность при выборе основных размеров, при котором предприятием-изготовителем допускается работа данного оборудования или трубопровода при расчетной температуре при нормальных условиях эксплуатации.
Основными монтажными размерами трубопроводной арматуры являются номинальный диаметр прохода, строительная длина, строительная высота и присоединительные размеры проходных патрубков.
Номинальные проходы (размеры номинальные) трубопроводной арматуры по ГОСТ 28338-89 имеют 42 основных размера, пять вспомогательных и три размера, которые могут быть использованы только для гидравлических и пневматических устройств.
Под номинальным диаметром понимают параметр, применяемый для трубопроводных систем в качестве характеристики присоединяемых частей, например соединений трубопроводов, фитингов и арматуры.
Номинальный диаметр (Нрк. диаметр условного прохода; условный проход; номинальный размер; условный диаметр; номинальный проход) – параметр, применяемый для трубопроводных систем в качестве характеристики присоединяемых частей арматуры. Номинальный диаметр приблизительно равен внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода, выраженному в миллиметрах и соответствующему ближайшему значению из ряда чисел, принятых в установленном порядке.
Номинальный диаметр указывается с помощью обозначения DN и числового значения, выбранного из ГОСТ. В арматуре и соединениях трубопроводов, производство которых освоено до введения в действия ГОСТ 28338-89, допускается применять обозначение условного прохода (номинального размера) Dу.
Строительная длина – линейный размер арматуры между наружными торцевыми плоскостями ее присоединительных частей к трубопроводу или оборудованию.
Строительная длина арматуры характеризует длину участка трубы, которую арматура замещает в трубопроводе. Для клапанов проходных строительная длина L равна расстоянию между торцами присоединительных фланцев, для угловых строительная длина (условная) L1 равна расстоянию от торца одного фланца до оси другого. Строительные длины зависят от технологических и конструкционных параметров арматуры, поэтому их унификация может быть осуществлена лишь для узкого интервала однотипных конструкций.
Строительная высота – размер от горизонтальной оси проходного сечения корпуса арматуры до верхнего торца шпинделя, штока или привода при полном открытии арматуры.
Строительная высота арматуры Но определяется обычно расстоянием от оси арматуры до верхнего конца шпинделя, установленного в верхнее крайнее положение (затвор открыт). В некоторых конструкциях строительную высоту определяет не шпиндель, а другая, более высоко расположенная деталь, например в конструкции арматуры с приводом.
Присоединительные (магистральные) и средние патрубки корпусов арматуры снабжаются фланцами. Основными достоинствами фланцевых соединений являются возможность сборки и разборки в ограниченное время, применимость для трубопроводов с малыми и большими диаметрами прохода, возможность установки различных прокладок, легкое регулирование затяга, применимость для арматуры из стали, чугуна, титана, цветных сплавов и пластмасс, простота механической обработки, многократное использование. К недостаткам относятся значительная металлоемкость, увеличенные габаритные размеры патрубков, пониженная герметичность при температурных и силовых воздействиях.
Соединения трубопроводных систем отличаются большим многообразием. В арматуре с малыми диаметрами прохода часто бывает более выгодным применять резьбовое муфтовое соединение. Масса фланцевого соединения в арматуре с малыми диаметрами может приближаться, а иногда и превосходит массу самой арматуры без фланцев, поэтому применять фланцевое соединение в таких условиях нерационально. Энергетическая арматура в подавляющем большинстве случаев присоединяется к трубопроводу сваркой, для чего арматура снабжается соответствующими патрубками.
Следует упомянуть такой термин, используемый для обозначения арматуры и приводов, как таблица/фигура (таблица фигур).
Таблица фигур – условное обозначение, представляющее собой сочетание букв и цифр, определяющих тип арматуры, конструктивное исполнение арматуры, материал корпуса, материал уплотнения в затворе, вид привода.
Термин таблицы/фигуры используется на рынке арматуры, в каталогах на арматуру и приводы, номенклатуре продукции предприятий и т. д. Эта система обозначений была введена в практику еще в ХIХ веке первыми российскими каталогами, издаваемыми компанией «Братья Млынарские» и Санкт-Петербургской фирмой «Лангензипен». В ее каталоге было написано: «Для исключения возможных ошибок, а также для ускорения удовлетворения заказчиков ответом по запросам и заказам, во всех запросах и заказах надлежит обязательно указывать таблицы, фигуры и размеры изделий, руководствуясь настоящим каталогом». В каталоге давалась пронумерованная таблица с диаметрами условных проходов, размерами и ценами и печатался чертеж изделия, обозначенный номером. Таблицы/фигуры дополнялась при издании всех арматурных каталогов. В дальнейшем, впервые при издании каталога Главгидромаша Министерства машиностроения и приборостроения СССР, начиная с 1933 года количество таблиц увеличилось, каждая из них содержала информацию об особенностях арматуры. Часть обозначений сохранилась до сих пор, а другие изменялись, отражая развитие техники и появление новых материалов.
Таблицы/фигуры в сочетании с диаметром условного прохода и условным давлением содержали довольно большой объём информации:
• конструктивный тип;
• материал корпусных деталей,
• материал деталей уплотнения;
• материал внутреннего покрытия корпуса;
• две цифры обозначали порядковый номер по книге регистрации ЦКБА;
• если применялась трехзначная цифра, первая из них определяла тип привода.
Из воспоминаний
В советское время для обозначения давлений и диаметров использовались условные единицы – Ру и Dу. В 90-е годы производителям арматуры и фитингов стали поступать заказы западных фирм на изготовление фитингов, а иногда и деталей арматуры по международным стандартам. В этих стандартах давление и размеры обозначались PN и DN. После вступления в 1993 году НПАА члены Европейского комитета производителей арматуры (CEIR), участники ассоциации поставили перед ассоциацией задачу обеспечения международными стандартами и создания библиотеки этих стандартов. Исполнительной дирекцией был организован перевод западных стандартов на русский язык по заказам предприятий и по собственной инициативе. Некоторые заводы прислали в исполнительную дирекцию свои переводы. НПАА удалось заключить соглашение с Американским институтом нефти (API) о безвозмездном снабжении предприятий – участников ассоциации стандартами этого института, поскольку API, членами которого были около 2000 предприятий, был заинтересован в продаже своих лицензий и монограмм отечественным компаниям. Институт регулярно присылал НПАА все новые редакции своих нормативных документов (стандартов, спецификаций и др.), а исполнительная дирекция осуществляла их перевод и редактирование. Так продолжалось несколько лет, НПАА посетил с визитом и дал интервью журналу АС главный менеджер, ответственный за связь с компаниями Европы мистер Эванс. К сожалению, через некоторое время он получил новую должность, а сменившая его темнокожая американка разорвала такое полезное для отечественных специалистов соглашение.
В настоящее время НПАА с большой пользой сотрудничает с Американским обществом по испытаниям материалов (ASTM) на таких же условиях, поддерживает контакты с национальными организациями арматуростроителей Европы и Америки.
Получив доступ к международным стандартам, арматуростроители начали существенно перерабатывать отечественные стандарты с тем, чтобы они не отличались от международных. В первую очередь работники Центрального конструкторского бюро в Санкт-Петербурге (ЦКБА) откорректировали стандарты на условные давления и диаметры, заменив названия параметров на номинальные. Еще в 1989 году были внесены изменения в ГОСТ 28338-89 с дополнением названия «Проходы условные», в скобках добавлено: «Размеры номинальные». Однако это дополнение не полностью соответствовало международной терминологии из-за некорректного названия термина.
15 декабря 2002 года Государственной думой был принят Федеральный закон о техническом регулировании, которым установлены следующие виды нормативных документов: Технический регламент; Национальный стандарт; Стандарт организации. Правильное название номинального диаметра появилось в стандарте организации СТ ЦКБА 011-2004 «Арматура трубопроводная. Термины и определения», затем в национальном стандарте ГОСТ Р 52720-2007 «Национальный стандарт Российской Федерации Арматура трубопроводная. Термины и определения», узаконивший термин «Диаметр номинальный». Этот стандарт был вскоре заменен Межгосударственным стандартом ГОСТ 24856-2014 под тем же названием, действующим в настоящее время.
В ГОСТ 356-80 «Арматура и детали трубопроводов. Давления условные, пробные и рабочие. Ряды» также были внесены изменения, заменившие термин «условные» на «номинальные». В ГОСТ на термины и определения включены современные формулировки номинальных параметров арматуры. Процесс полной замены на актуальные термины еще не закончен, так как соответствующими стандартами разрешено использовать обозначения Ду и Ру в старых разработках.
ЦКБА также разработало стандарт организации CT ЦКБА 023-2007 «Арматура трубопроводная. Таблицы фигур. Правила обозначения и регистрация» и СТ ЦКБА 036-2017 «Арматура трубопроводная. Таблицы фигур и условные обозначения. Справочник». Эти стандарты регламентировали положение о регистрации арматурной продукции с присвоением таблиц/фигур в ЦКБА. Однако лишь немногие предприятия обратились за регистрацией своей продукции. Ситуация в арматуростроении изменилась с изменением хозяйственного уклада в странах СНГ.
Размещено в номере: Вестник арматуростроителя, №6 (87)
