Для работы арматуры в условиях коррозии характерно дискретное распределение. Функционально это будет отказ в связи с утечками агрессивной среды. Вероятность того, что из 1000 клапанов 900 будут работать безотказно, с учетом ограничений по коррозионной стойкости одного из элементов (9%) и связи его с потерей герметичности (7%) равна при биноминальном дискретном распределении примерно только 0,32. Это означает, что даже при потере надежности всего лишь одного элемента в клапане, надежность всего изделия при большой выборке (1000 шт.) будет падать существенно, и каждый 3 клапан будет находиться в состоянии постоянно увеличивающегося вероятного отказа по критерию коррозии и утечкам. Постоянное увеличение вероятности отказа здесь будет связано с ростом коррозионных явлений со временем. Полная картина надежности может быть собрана при достаточно большом объеме статистики.

В этом плане дальнейшее рассмотрение надежности каждого элемента, подбор деталей и элементов клапана равной долговечности для выхода на определенный период работы с облегчением обслуживания является одним из преимуществ высоконадежных клапанов.

ВЛИЯНИЕ ВИБРАЦИИ НА НАДЕЖНОСТЬ.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПУЛЬСАЦИЙ В КЛАПАНАХ

Пульсации давления и связанные с ними вибрации возникают на многих участках. Пульсации – это периодические скачки давления высокой частоты, часто возникающие при действии вращающихся узлов. Возникающие волны давления распространяются во все стороны со скоростью звука, и эта скорость определяется содержанием воздуха в массе, уровнем давления и свойствами технологического оборудования. Пульсации с частотой ниже 30 Гц являются наиболее проблематичными, поскольку они могут распространяться бесконтрольно даже вплоть до контуров питательной воды, вызывая, таким образом, колебания расхода пара. Традиционный спектр пульсаций, возникающий из-за волн давления, в связи с работой различных узлов приведен в табл.2.14.

Табл. 2.14. Характеристики пульсаций оборудования

Пульсации высокой частоты характерны для быстровращающихся узлов оборудования. К таким узлам относятся насосы. Изменение числа лопаток крыльчатки у насоса и их расположения существенно влияют на частотные характеристики волн концентрации и давления.

Пульсации средней частоты характерны для элементов, работающих периодически, например, узлов с контурами разбавления, нагрузки\разгрузки линий. К ним, в частности, могут относиться грязевики песочниц, циклонов, вихревых очистителей, и других узлов, работающих периодически.

Пульсации низкой частоты связаны с элементами, осуществляющими загрузку или открытие\закрытие всей линии. Для них, как правило, характерны высокие значения расходов среды.

Нерегулярные пульсации могут быть связаны с несбалансированной работой оборудования, наличием вибрации и износа. Так, при расшифровке диаграммы пульсации потока может выясниться, что пульсация может быть связана с износом насоса или малым количеством лопаток в рабочем колесе насоса.

Собственные пульсации возникают в среде, при таких явлениях как кавитация, когда происходит вскипание жидкости с образованием пара или выделением газа из газонасыщенных жидкостей. Турбулентность сохраняется на значительном расстоянии от места образования кавитационной области. Это особенно необходимо учитывать при установке клапанов на участках, характеризующихся высокими перепадами давлений.

Пульсации могут возникать и в связи с изменением характера движения среды по трубопроводу, расслоением и осаждением взвесей. В качестве примера можно привести изменение профиля скоростей и концентраций течения жидкости при течении через колена и сужения. Образующаяся турбулентность увеличивает пульсации концентраций по сечению трубопровода и приводит к неравномерной по времени нагрузке на запирающие элементы клапанов.

Пульсации, усиленные неравномерным распределением скоростей по сечению трубопровода, приводят к быстрому выходу клапана из строя. Так, неправильная установка и монтаж поворотной заслонки перпендикулярно продольной оси колена за насосом без учета особенностей распределения скоростей и задаваемой пульсации, быстро приводит к потере герметичности или расшатыванию всех соединений и протечкам.

Пульсации концентрации и давления серьезным образом воздействуют на всю систему гидротранспорта. Причины и последствия воздействия пульсаций на трубопроводы в технологических схемах приведены в табл. 2.15.

Табл. 2.15. Причины и последствия пульсаций в трубопроводах

Как видно из таблицы, все причины появления волн давления и гидроударов в системе связаны с открытием или закрытием клапанов.

В технологических схемах особенным образом выступает и поведение потока при быстром открытии линии. В этом случае из-за особенностей т.н. «стержневого течения» поток может двигаться с нарастающим ускорением в виде пробки. Если в трубопроводе при этом был только воздух, то, как правило, не избежать сильного гидравлического удара в системе и в основном по следующему по ходу движения потока элементу. Частая технологическая ошибка состоит в том, что клапаны открываются или закрываются в соответствии с внезапно возникшей производственной задачей, без соблюдения технологического регламента пуска или останова.

Пульсации особенным образом воздействуют на клапаны. Известны случаи, когда при неправильно подобранном запирающем элементе с креплением болтами за незначительное время происходило вывинчивание таких болтов и заклинивание клапана даже при незначительном сроке эксплуатации. Сильные пульсации в совокупности с гидроударом могут приводить к вылету штока из запирающего элемента и нанести существенный вред жизни и здоровью обслуживающего персонала.

Источником пульсаций и волн давления является и сам клапан. В соответствии с характеристикой изменения момента сил при закрытии, максимальная волна давления, отдаваемая в поток, происходит в момент, когда угол закрытия составляет примерно 85-95%. Это особенно выражено у всех видов шиберных задвижек и поворотных заслонок. Чтобы избежать слишком сильной волны давления необходимо медленно закрывать клапан на последнем участке и тем самым избежать резкого гидроудара в системе.

Плохая калибровка позиционера, неправильная задача командного сигнала со стороны системы управления приводит к разгону клапана и работе в режиме автоколебаний. Вынужденные автоколебания задают регулярные пульсации потока. Из-за особенностей реологических свойств и течения сложных смесей пульсации концентрации могут сохраняться на всем протяжении трубопроводной части до следующего технологического элемента.

ТРЕБОВАНИЯ К КЛАПАНАМ И АРМАТУРЕ

Фактор пульсаций, как связанный с надежностью и работоспособностью клапанов, пока не учитывается в их основных спецификациях. Только у нескольких фирм можно встретить информацию о характеристиках работы клапанов в условиях повышенных пульсаций, в частности, данные по ограничениям вибрации или по рекомендованным конструкциям для повышения надежности клапана.

Чтобы сгладить воздействие пульсаций и гидроударов и «мягких» гидроконцентрационных ударов на работу клапанов необходимо использовать специальную конструкцию клапана. Так для сглаживания волн давления, расхода или концентрации должно учитываться следующее:

– Клапаны, работающие в условиях гидроудара, должны предусматривать специальные решения для повышения надежности в условиях мало и высокоцикловой нагрузки.

– Надежность в условиях гидроудара должна учитываться в конструкции клапана.