Стандартні трубопровідні системи працюють при помірних температурах та тисках. Однак у низці галузей — таких як нафтогазова промисловість, енергетика, кріобіологія, металургія та космічні технології — середовище експлуатації виходить далеко за межі «нормальних» умов. Там, де звичайна арматура не справляється, застосовують спеціальну арматуру , здатну витримувати високі тиски , кріогенні температури та агресивні середовища .
Ця стаття присвячена двом важливим напрямкам: арматурі для високих тисків та арматурі для кріогенних середовищ . Ми розглянемо, які особливості конструкцій застосовуються, які матеріали використовуються, де використовується така арматура, та на що звернути увагу при виборі.
1. Що таке спеціальна арматура?
Спеціальна трубопровідна арматура – це пристрої, спроектовані для роботи в умовах, які значно відрізняються від стандартних: екстремальні тиски, низькі температури, агресивні хімічні середовища, вибухонебезпечні гази і т.д.
Основні характеристики:
- Підвищена міцність корпусу;
- Надійні ущільнювальні системи;
- Стійкість до температурних деформацій;
- Сумісність із керованими приводами (у тому числі дистанційними).
2. Арматура для високих тисків
2.1. Особливості конструкції
Арматура для високих тисків повинна зберігати герметичність та механічну стійкість при тиску від 100 до 1000 і більше атмосфер .
Ключові елементи:
- Посилені стінки корпусу;
- Надійні запірні елементи (частіше металеві);
- Ущільнення із фторопласту, графіту, металу;
- Застосування кованих чи безшовних деталей.
2.2. Типи арматури:
- Кульові крани високого тиску – DN 6-100, PN до 1000 бар;
- Засувки клинові застосовуються в трубопроводах високого тиску (нафта, пара);
- Регулюючі клапани – з посиленими штоками та сідлами;
- Запобіжні клапани високого тиску захищають від перевищення допустимих параметрів.
2.3. Матеріали:
- Нержавіюча сталь (AISI 316, 321);
- Хромомолібденові сталі ;
- Інконель, монель, хастела – для агресивних середовищ;
- Металографітові ущільнення .
2.4. Сфери застосування:
- гідравлічні системи високого тиску;
- Реактори та котли в енергетиці;
- Устаткування нафтогазової галузі;
- хімічне виробництво.
Приклад:
У системі гідровипробувань застосовують кульові крани PN 500 бар з різьбовими з’єднаннями, стійкими до імпульсних навантажень.
2.5. Поради щодо вибору:
- Уточнюйте циклічність навантаження: при частих відкриттях потрібний зносостійкий затвор.
- Використовуйте арматуру із сертифікацією PED, ANSI, DIN.
- Уникайте пластикових елементів навіть у деталях управління – лише метал.
- Перевіряйте наявність захисних кілець від кавітації.
3. Арматура для кріогенних середовищ
3.1. Особливості кріогенних умов
Кріогенне середовище – це середовище з температурою нижче -150 °C. Найбільш відомі приклади – рідкий кисень, азот, гелій, водень, природний газ (ЗПГ) .
У таких умовах матеріали втрачають пластичність, відбувається усадка деталей , і звичайна арматура стає крихкою або втрачає герметичність.
3.2. Конструктивні особливості:
- Подовжений шток (Кріогенний подовжувач) – дозволяє видалити привід і сальниковий вузол від зони холоду.
- Матеріали з високою ударною в’язкістю за низьких температур .
- Спеціальні ущільнення , стійкі до заморожування та розшаровування.
- Плавне відкриття – зниження термошоку.
3.3. Типи кріогенної арматури:
- Кріогенні кульові крани – з повнопрохідним отвором;
- Кріогенні вентилі – з подовженим штоком;
- Зворотні кріогенні клапани – запобігають зворотному перебігу рідкого газу;
- Зливні клапани для випаровування видаляють газову фазу.
3.4. Матеріали:
- Нержавіюча сталь 304, 316L, 321 ;
- Алюмінієві сплави – легкі та морозостійкі;
- Бронза та латунь – для помірних кріогенних температур;
- PTFE, PCTFE, графіт – стійкі до замерзання ущільнювачі.
3.5. Області застосування:
- Кріосховища та резервуари;
- Транспортування ЗПГ;
- Газифікатори;
- Установки по розподілу повітря;
- Космічні технології та ракетні двигуни.
Приклад:
На станціях зрідження газу застосовуються кріогенні засувки DN150 з подовженим штоком довжиною до 400 мм і корпусом з нержавіючої сталі 316L.
4. Порівняння двох типів арматури
| Параметр | Високий тиск | Кріогенне середовище |
| Температурний режим | От -40°C до +600°C | От -150°C до -269°C |
| Основна загроза | Прорив, кавітація, імпульси | Крихкість, термошок, замерзання |
| Матеріали корпусу | Сталь, інконель, хастела | Нерж. сталь, алюміній, бронза |
| Ущільнення | Метал-графіт, ПТФЕ | PCTFE, фторопласт, графіт |
| Привід | Ручний, пневмо, електропривод | Найчастіше ручний з подовженим штоком |
| Особливості монтажу | Посилена опора, сталеві з’єднання | Подовжена шийка, ізоляція |
| Приклад застосування | Енергетика, нафта, гідравліка | СПГ, кисень, рідкий азот |
5. Практичні поради щодо вибору
Арматура для високих тисків:
- Враховуйте максимальний та імпульсний тиск ;
- Вибирайте вироби з ліцензіями API, ISO, ГОСТ ;
- Для частих циклів – перевага клапанам із зносостійким напиленням;
- Перевіряйте тип з’єднання – різьбове, фланцеве, під приварювання.
Арматура для кріогенних середовищ:
- Не забудьте про подовжений шток та тепловий бар’єр ;
- Слідкуйте за тим, щоб усі елементи були морозостійкими ;
- Використовуйте подвійні ущільнювачі із газовим бар’єром;
- Перед запуском тестуйте арматуру при низьких температурах.
6. Сучасні технології та перспективи
- Інтелектуальні системи діагностики в арматурі високого тиску (моніторинг тиску, зношування, вібрацій);
- Нові матеріали : нікелеві сплави, армовані композити для полегшення маси та підвищення стійкості;
- 3D-друк деталей арматури для унікальних кріогенних вузлів;
- Антифрикційні покриття для зменшення моменту, що крутить, в умовах холоду.
Спеціальна арматура – це надійний щит та точний інструмент для найскладніших умов експлуатації. У системах з високими тисками та екстремально низькими температурами вона забезпечує:
- Безпека персоналу;
- Захист обладнання;
- Безперебійне подання робочого середовища;
- Відповідність галузевим стандартам.
Висновки:
- Для високих тисків вибирайте міцні метали, посилені конструкції та перевірені бренди.
- Для кріогенних температур – арматуру з морозостійкими ущільнювачами, подовженими штоками та ізольованими приводами.
- Не заощаджуйте на випробуваннях та сертифікації – в умовах екстремальних навантажень дрібні помилки коштують дорого.