В.В.Денисов, технический директор АО «Саратовский арматурный завод», входящего в состав НПО «ЭМК». Регулирующие краны и дисковые затворы с уплотнением «металл по металлу» по ОТТ

В четвертом номере журнала «Вестник арматуростроителя» Виталий Денисов, технический директор АО «Саратовский арматурный завод», рассказал о регулирующих кранах и дисковых затворах с уплотнением «металл по металлу» по ОТТ.

Историческая справка: хронология работы с ПАО «Транснефть»

АО «САЗ» является поставщиком трубопроводной арматуры на объекты ПАО «Транснефть» с 2007 года. Изначально поставки велись в общепромышленном исполнении. Позже «Транснефть» разработала собственные отраслевые требования на трубопроводную арматуру и ввела обязательное условие – нахождение изготовителей в Реестре основных видов продукции (ОВП).

В 2011 году завод успешно провел приемочные испытания кранов шаровых по ОТТ-23.060.30-КТН-048-10 и затворов обратных по ОТТ-75.180.00-КТН-352-09, что позволило АО «САЗ» войти в реестр ОВП. С вводом в действие новых требований ОТТ-23.060.30-КТН-114-16 были сертифицированы краны шаровые уже по ним. Далее каждые три года АО «САЗ» успешно проходит периодические испытания и продолжает оставаться в реестре.

Назначение регулирующей арматуры

Регулирующая арматура предназначена для управления параметрами рабочей среды путем изменения ее расхода или давления, посредством изменения проходного сечения. За счет поддержания заданных параметров она обеспечивает безопасную работу промышленных трубопроводных систем. Именно эта функциональность наиболее востребована на объектах «Транснефти», поэтому АО «САЗ» последовательно развивает данное направление.

Первым шагом АО «САЗ» в освоении регулирующей арматуры для «Транснефти» стали дисковые регулирующие затворы.

В 2019 году АО «САЗ» подало заявку на включение в реестр ОВП с новым видом продукции – затворами дисковыми регулирующими диаметрами от DN 50 до DN 800 и давлениями от 1,6 до 12,5МПа. Завод успешно прошел испытания на подтверждение расходных характеристик, вибростойкости и другие необходимые виды испытаний и в 2020 году был включен в реестр ОВП с затворами дисковыми регулирующими по ОТТ-75.180.00-КТН-179-16.

Затворы дисковые регулирующие отличаются простотой конструкции и, как следствие, высокой надежностью, простотой обслуживания и неприхотливостью при эксплуатации. Они являются золотой серединой, когда требуется регулирование потока рабочей среды на стандартных режимах.

Вместе с тем у них есть объективное ограничение: регулирующий орган затвора находится непосредственно в проходном сечении. Это снижает коэффициент сопротивления и не позволяет применять такие затворы на режимах с коэффициентом начала паровой кавитации Kcs более 0,5.

График: сравнение коэффициентов Kcs для затвора и шарового крана

Кавитация возникает при прохождении жидкостью зоны с резким падением давления – а это как раз проточная часть трубопроводной арматуры, особенно в режиме дросселирования. Это явление создает локальные гидравлические удары по поверхностям деталей, в первую очередь по уплотнительным элементам. Именно там, в проточной части арматуры, и концентрируется кавитационная эрозия.

Именно поэтому крайне важно никогда не использовать обычную запорную арматуру в режиме дросселирования, если она не спроектирована как регулирующая. У нее нет ни расходной характеристики, ни защиты от кавитации, и ее ресурс может быть исчерпан за считаные часы.

Коэффициент Kcs – это показатель склонности режима работы арматуры к кавитации. При подборе оборудования важно учитывать: для дисковых регулирующих затворов критический порог Kcs ≤ 0,5. При Kcs выше 0,5 начинается развитая кавитация, которая резко снижает ресурс арматуры вплоть до ее разрушения. Поэтому для более жестких режимов необходимо применять полнопроходные краны шаровые или иное решение, способное работать при высоких значениях Kcs.

Параллельно с продукцией для «Транснефти» завод активно осваивает запорно-регулирующие затворы для общепромышленного применения – с уплотнениями «металл – графит», торовым и «металл по металлу». В этой работе завод активно поддерживает АО «МосЦКБА», которое, как и АО «САЗ», входит в состав НПО «ЭМК» и помогает развивать новые продуктовые направления. Полученный здесь опыт впоследствии будет применен и при разработке изделий под отраслевые требования заказчиков.

Краны шаровые регулирующие

Следующим логичным шагом стало расширение линейки для «Транснефти» кранами шаровыми регулирующими.

В 2022 году АО «САЗ» приняло решение о выводе на рынок кранов шаровых регулирующих диаметрами от DN 50 до DN 150 и на давления от 1,6 до 10,0 МПа. Был проведен весь комплекс требуемых испытаний и мероприятий в аккредитованной «Транснефтью» лаборатории, и в 2023 году АО «САЗ» было включено в реестр ОВП с кранами шаровыми регулирующими по ОТТ-23.060.30-КТН-114-16.

За счет низкого коэффициента сопротивления шаровой кран позволяет выполнять регулирование среды на режимах со значительно большим коэффициентом начала паровой кавитации Kcs, чем дисковые затворы. Это достигается благодаря полнопроходному сечению крана. А специальная геометрия шаровой пробки регулирующего крана позволяет дополнительно снизить износ уплотнений на малых углах открытия.
Такая арматура решает задачу, когда необходимо за короткий срок прокачать большой объем рабочей среды, имея при этом возможность и регулирования, и полного перекрытия потока.

Краны шаровые запорно-регулирующие

Одновременно с освоением регулирующих кранов разработаны и краны шаровые запорно-регулирующие для жидких сред. По сути, это та же конструкция, но с обеспечением полной герметичности в закрытом положении – их еще называют кранами шаровыми регулирующими с классом герметичности А. Такая арматура уже подтвердила свою эффективность и востребованность на объектах, где требуется не только регулирование, но и надежное перекрытие потока.

Планы расширения линейки

В следующем году АО «САЗ» планирует расширить типоразмерный ряд кранов шаровых регулирующих до DN 400. На данный момент предусмотрено изготовление и испытания опытного образца крана шарового DN 400 PN 10,0 МПа с уплотнением металл – полимер, с последующим расширением линейки до DN 400 в реестре ОВП ПАО «Транснефть». Это будет важный шаг по закрытию потребности в регулирующей арматуре больших диаметров.

Однако, планируя расширение, нужно учитывать фундаментальное ограничение, присущее всем кранам АО «САЗ» с уплотнением «металл – полимер» – и регулирующим, и запорно-регулирующим.

Это полимерное уплотнение. Несмотря на большое разнообразие марок с различными характеристиками, оно постоянно контактирует с рабочей средой и на малых углах открытия шара подвержено усиленному износу из-за локальных кавитационных процессов. Как следствие,
необходимость периодической замены и ограниченный межремонтный интервал.

Вот конкретный пример: при использовании уплотнений из полиуретана уже после 1000 циклов кран все еще может регулировать поток, но перестает держать класс герметичности А. Если же применяются уплотнения из композитных материалов на основе фторопласта, они обеспечивают герметичность класса А в течение не менее 3000 циклов. Однако и в этом случае межремонтный интервал остается конечным, и проблема износа не снимается полностью. Именно это подталкивает АО «САЗ» к поиску кардинально более стойких решений, о которых будет рассказано ниже.

Решение проблемы износа – уплотнение «металл по металлу»

Кардинально решить проблему усиленного износа полимерных уплотнений позволяет переход на уплотнение «металл по металлу». Если полиуретан теряет класс А уже после 1000 циклов, а композитные уплотнения – после 3000 циклов, то «металл – металл» дает ресурс как минимум вдвое больший, чем у композита, и при этом сохраняет класс герметичности А на всем протяжении этого ресурса.

Кроме того, такая арматура работает в экстремальных условиях, при сверхвысоких температурах, устойчива к агрессивным и абразивным средам и в итоге дает значительно повышенный ресурс оборудования.

Именно поэтому АО «САЗ» целенаправленно развивает это направление в увязке с требованиями ОТТ.

В этом году АО «САЗ» был изготовлен и успешно прошел ресурсные испытания кран шаровой запорно-регулирующий DN 400 PN 10,0 МПа с уплотнением «металл по металлу».

В конструкции применены ключевые технические решения: уплотнительные поверхности шара и седла выполнены с газопламенным напылением карбида вольфрама, что дает исключительную износостойкость. Кроме того, в центральном проходе шара размещена специальная решетка, благодаря которой обеспечивается точное регулирование потока на разных углах поворота шара.

Однако на данный момент завод не может поставлять это изделие на объекты «Транснефти». Причина – использование импортного комплекта «шар – седло». Получить аналогичный отечественный комплект пока не удалось: не найден кооператор, способный изготовить пару «металл – металл» DN 400 с газопламенным напылением карбида вольфрама и финишной обработкой требуемого качества по требования наших чертежей. Одна из существенных причин – даже потенциальные производители не смогли предложить конкурентоспособное ценообразование, сопоставимое с импортным комплектом.

При этом для объектов, где нет жестких ограничений по применению импортных комплектующих, завод уже сегодня готов поставлять данную продукцию.

В линейке кранов шаровых регулирующих и запорно-регулирующих до DN 150 с уплотнением «металл по металлу» у АО «САЗ» уже проработано техническое решение, позволяющее полностью отказаться от зарубежных комплектующих. Решение находится в стадии опытно-конструкторского освоения.

В части типоразмеров выше DN 150 сейчас активно ведется поиск кооператоров, готовых выполнить изготовление по требованиям и чертежам завода, а также АО «САЗ» ищет самостоятельные технологические решения, которые позволят выпускать конкурентоспособную арматуру с уплотнением «металл по металлу» полностью на отечественной компонентной базе и в соответствии с отраслевыми требованиями ОТТ «Транснефти».

Заключение

Таким образом, АО «Саратовский арматурный завод», опираясь на многолетний опыт сотрудничества с ПАО «Транснефть», последовательно расширяет линейку регулирующей арматуры – от дисковых затворов до шаровых кранов больших диаметров. Ключевым направлением развития завод видит переход на уплотнение «металл по металлу», что позволит кратно повысить ресурс и расширить область применения оборудования. Коллектив осознает существующие вызовы в части импортозамещения, но уже имеет конкретные решения для малых и средних диаметров и активно работает над распространением этих решений на всю линейку вплоть до DN 400 и выше.