Материалы, применяемые для трубопроводной арматуры

Трубопроводная арматура служит для передачи различных рабочих сред и управления их потоком через регулирование сечения. Ее прочность и надежность критически важны для безопасной и эффективной работы не только отдельного трубопровода, но и всей системы. Поэтому, при производстве арматуры необходимо тщательно следовать технологиям и использовать современное оборудование и материалы.

*

Исходя от задач, материалы, используемые в производстве трубопроводной арматуры, подразделяются на пять видов:

Содержание:

• Корпусные материалы
• Уплотнительные материалы
• Прокладочные
• Герметизирующие
• Смазки

1. Назначение корпусных материалов, как следует из названия – изготовление корпусов трубопроводного оборудования. Выбор конкретного материала на заводе — изготовителе осуществляется на основании характеристик рабочей среды. Однако они должны соответствовать ряду общих характеристик: высокая стойкость к коррозии и прочностью, отличные литейные показатели и технологичность обработки.
2. Для производства уплотнительных элементов затворов и седел арматуры используют уплотнительные материалы. Основными требованиями, предъявляемыми к данным материалам, независимо от типа оборудования, являются: способность противостоять механическим нагрузкам, возникающим при трении; упругость; легкая шлифовка.
3. Прокладочные материалы находят свое применение в производстве уплотнительных прокладок. Они должны соответствовать следующим критериям: быть устойчивыми к действию агрессивных веществ; отличаться упругостью и текучестью, а также иметь невысокую цену.
4. Для предотвращения возможных утечек через крышку корпуса, а также для обеспечения непроницаемости узлов прохода штока или шпинделя используют герметизирующие материалы. Качественный герметик имеет высокие показатели упругости, термостойкости и гидрофобности, продолжительный срок эксплуатации и невысокую стоимость.
5. Основное назначение смазки – снижение трения в движущихся деталях трубопроводной арматуры, в том числе и в прокладочных материалах во время установки оборудования. Смазки должны быть устойчивы к воздействию температур, иметь низкий показатель трения и обладать технологичностью нанесения.

Корпусные материалы

Один из самых распространенных материалов, используемых в производстве арматуры – чугун. Это достаточно тяжелый металл с высоким содержанием углерода. Основные преимущества чугуна – низкая цена, хорошая твердость, отличные литейные характеристики, а стойкость к действию коррозии способствует увеличению срока эксплуатации изделий, функционирующих в жидких средах. Главным недостатком чугунной арматуры является ее хрупкость – он легко повреждается при воздействии ударной или растягивающей нагрузки. Поэтому необходимо соблюдать некоторые меры предосторожности при работе с чугунной трубопроводной арматурой: защищать ее от ударов, не прикладывать слишком больших усилий во время навертывания резьбы, и предотвращать замерзание среды в корпусе изделия. О задвижках чугунных можно сказать то же самое.

В производстве трубопроводной арматуры используют следующие разновидности чугуна:

• серый чугун – один из самых хрупких материалов;
• ковкий – характеризуется меньшей хрупкостью при значительно большей вязкости и прочности;
• высокопрочный чугун наиболее прочный сплав, который занимает промежуточное положение между серым чугуном и сталью.

Резина, пластмасса и разнообразные эмали применяются как материалы, повышающие коррозионную стойкость, ими покрываются внутренние поверхности изделия.

>Сталь получила широкое распространение благодаря способности легко изменять форму, высоким литейным характеристикам, а также простоте обработки. Сталь, в сравнении с чугуном, достаточно крепкий материал, хотя и обладает меньшей твердостью. При этом цена стальной арматуры не высока.

Для придания определенных свойств в металл добавляют специальные легирующие элементы. Благодаря им можно получить материал, устойчивый к разрушению, с повышенной прочностью и твердостью, увеличенным верхним пределом рабочих температур. Кобальт, марганец, хром, ванадий и другие элементы являются основными легирующими добавками. К легированным сталям принадлежат, например, нержавеющая и жаростойкая стали. Первая – характеризуется повышенной устойчивостью к коррозии, вторая – широко используется в производстве арматуры, работающей в условиях высоких температур. Зачастую такие стали лишены ферромагнитных свойств.

Для производства трубопроводного оборудования, эксплуатирующегося при температурах, превышающих 250^оС, используют латунь. Латунь – сплав меди, в котором цинк является основной легирующей добавкой. Она, как и сталь, пластична, характеризуется высокими литейными показателями, отлично поддается обработке, шлифовке и полировке, что дает возможность получить поверхность изделия высокого качества. Данный металл, в отличие от стали, более устойчив к воздействию коррозии, как в водной среде, так и в водяных парах. Однако у латуни есть один недостаток – этот материал достаточно дорогой, поэтому его в основном применяют в производстве арматуры небольших размеров.

>Бронза – сплав олова и меди с незначительными примесями других металлов. Бронза, как и латунь, достаточно дорогой металл, она не боится коррозии и прекрасно поддается обработке, причем такая поверхность имеет высокое качество. Из бронзы производят уплотнительные кольца для стальных изделий.>Алюминиевые сплавы предназначены для выпуска трубопроводной арматуры небольших размеров, функционирующей при температуре не превышающей 100^оС. Главное преимущество алюминиевой арматуры – небольшой вес ввиду малой плотности, а недостаток – низкая прочность, так как она снижается даже при температурах меньше температуры плавления – 650^оС.

Так уже при 600^оС прочность металла снижается до такой степени, что его можно истолочь в порошок. Однако, вследствие образования оксидной пленки на поверхности изделия, алюминиевые сплавы устойчивы к действию коррозии. Но изделия из этого сплава могут разрушаться под действием щелочи.

>Никелевые сплавы благодаря своим свойствам очень часто используют в производстве оборудования, эксплуатирующегося при больших температурах, а также криогенной арматуры. Это становиться возможным, так как в диапазоне температур от -271^оС до +600^оС характеристики никеля существенно не меняются. Помимо этого сплавы никеля отлично противостоят воздействию морской воды, сохраняют пластичность и прочность даже при отрицательных температурах. Очень часто в производстве арматуры, которая в дальнейшем будет эксплуатироваться в морской воде, используют сплав никеля – монель, с содержанием никеля и меди не более 67% и 30% соответственно.>Титан – легкий металл, характеризующийся высокой температурой плавления. Он широко используется в авиастроении и в технике как сплав устойчивый к действию коррозии. Но титан имеет и ряд недостатков: низкие антифрикционные показатели и высокая стоимость материала. Поэтому он не пригоден для изготовления трубопроводного оборудования общепромышленного назначения. >Фарфор – разновидность керамического материала. Химическая трубопроводная арматура, изготовленная из этого керамического материала, обладает рядом преимуществ – отсутствие коррозии, хорошая химическая стойкость и высокий температурный предел. Оборудование из фарфора не пригодно для использования при высоких давлениях, так как сама керамика очень хрупкий материал, характеризующийся незначительной прочностью на растяжение и изгиб.>Пластмассы – легко воспламеняющиеся органические материалы, имеющие невысокую прочность. В производстве трубопроводной арматуры очень часто используют полиэтилен и винипласт. Их невысокая цена и отличная химическая стойкость способствовали широкому распространению пластмассовой арматуры общего назначения небольших диаметров, а также химической арматуры. Такое оборудование, в отличие от металлического, не предназначено на большие давления, но его можно монтировать на системы с низким давлением. Однако арматуру из винипласта нельзя использовать в уличных условиях, так как у пластмасс низкая морозостойкость.

Уплотнительные материалы

Они используются, если материал корпуса оборудования не дает возможность добиться достаточного качества уплотнительной поверхности седла. Поэтому необходимо на поверхность изделия нанести при помощи сварки кольца из другого сплава или материала, а затем выполнить их обработку. Они должны иметь высокую стойкость к трению и действию коррозии, хорошо шлифоваться и на них не должны образовываться задиры.

Самыми распространенными уплотнительными материалами являются нержавеющая сталь, бронза, монель, латунь. Неметаллические уплотнители, такие как пластмасса, кожа или резина, применяют в трубопроводной арматуре малых диаметров, где воздействия на поверхность невелики. Для оборудования с большим размером не металлические уплотнители не используют.

Прокладочные

Для уплотнения точек соприкосновения корпуса и крышки арматуры, а также самого оборудования и трубопровода используют прокладочные материалы. Ассортимент этих материалов как металлических, так и неметаллических достаточно большой.

Резина – продукт обработки при высоких температурах каучука и серы. Данный материал упруг, но характеризуется низкой прочностью. Простая резина способна выдержать температуру, не превышающую 50^оС, а верхним переделом для теплостойкой резины является температура 140^оС. Резиновые уплотнительные материалы не предназначены для использования в условиях больших температур, так как они очень горючи.

Уплотнительные прокладки из резины отличаются хорошей степенью релаксации, то есть они легко возвращаются к своей первоначальной форме при устранении нагрузки на них. Благодаря этому в ряде ситуаций их можно использовать второй раз после разборки арматуры.

Целлюлозный картон эксплуатируется при температурах, не превышающих 120^оС, в паровых и водных рабочих средах невысокого давления (не превышающего 0,6 МПа). Легкость обработки и малая цена – основные преимущества данного материала. Материал прекрасно уплотняется, однако имеет слабую релаксацию – не способен восстанавливать форму.

Асбест – природный огнестойкий минерал, который широко используется в высоких температурах. Его производят в форме шнуров, листов или картона. Асбест по своей структуре рыхлый и некрепкий материал, характеризующийся низкой устойчивостью к тернию, поэтому для улучшения этого показателя его натирают или обсыпают графитовым порошком (графитируют).

Листовой паранит получают при вулканизации и дальнейшей вальцовки под высоким давлением смеси различных веществ: асбестовых волокон, минеральных наполнителей, каучука, растворителя и небольшого количества серы. Паранит – это один из наиболее встречающихся уплотнителей для трубопроводного оборудования среднего диаметра. Если уровень давления превышает предел текучести материала (более 320 МПа), то паранит становиться текучим и заполняет имеющиеся неплотности, тем самым препятствует протечкам среды в местах соединения, повышая их герметичность.

Специалисты не рекомендуют устанавливать прокладку большой толщины, так как существует возможность ее выдавливания. Она должна иметь минимальную толщину, позволяющую заполнить все имеющиеся неровности. Паранит достаточно просто режется, и выпускается листами толщиной, не превышающей 6 мм.

Металлические прокладки – основной уплотнительный материал, в качестве которого чаще всего используют цветной металл. Невозможность ее производства без специального оборудования, к тому же слишком высокая релаксация напряжений – основные недостатки металлических уплотнителей.

В резьбовых соединениях в качестве уплотнителей применяют льняную прядь, обработанную суриком, растворенном в натуральной олифе. Такая олифа не засыхает при недостатке кислорода, а соединение даже спустя много лет может быть очень быстро и просто разобрано.

Этот материал имеет высокую упругость, что дает возможность без снижения герметичности выполнить виток по ходу развинчивания соединения.

Лента ФУМ – уплотнительный материал из фторопласта, имеющий невысокий предел текучести, поэтому очень просто уплотняется. Данный материал прост в эксплуатации, однако он не способен после нагрузки восстановить форму, поэтому во время сборки нет возможности провернуть трубу в направлении развинчивания даже на один оборот.

Герметизирующие

Их основная функция – предотвращения утечек рабочей среды сквозь сам корпус или его крышку, через проход управляющего органа, а также для обеспечения их герметичности.

Сальниковая набивка – самый распространенный тип герметиков, так как она имеет низкую цену, ее легко можно заменить и к тому же сейчас имеется большой выбор материалов. Материалами для набивки являются:

• стекловолокно;
• графит;
• хлопчатобумажные материалы;
• пенька;
• асбестовый шнур;
• тальк;
• фторопласт.

Лучшим вариантом будет производство набивки из прежде отформованных колец. Они должны накладываться друг на друга так, чтобы разрез предшествующего кольца был закрыт кольцом, идущим следом. Асбестовые, пеньковые и хлопчатобумажные набивки производятся жгутом прямоугольного профиля. Герметизирующие материалы из фторопласта или графита могут эксплуатироваться при повышенных температурах. Помимо этого, фторопласт используется при агрессивных средах, а графит – в качестве смазочного материала.

Смазки

Можно выделить следующие разновидности смазок в зависимости от их назначения: уплотняющие, антифрикционные, защитные. Также смазки разделяют на виды исходя из температуры, в которой они будут эксплуатироваться. Очень часто используют смазки на базе нефтепродуктов, при больших температурах в их состав добавляют графит, но начинает вести себя как абразив он ведет себя как абразив. Многообещающе выглядит использование кремнийорганических полимерных жидкостей.

Теперь вы знаете о составляющих трубопроводной арматуры и сможете разобраться в выборе той или иной составляющей.