Ахметов А. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа

Подождите немного. Документ загружается.

281

краны требуют более частого обслуживания (подтяжка сальника по мере

износа набивки и смена набивки сальника при необходимости).

Основное принципиальное преимущество сальниковых кранов —

соединение в одном элементе уплотнения хвостовика и средства за

тяжки пробки на герметичность. Однако соединение двух функций

в одном элементе может стать и недостатком при неправильном выборе

конструктивных параметров в процессе проектирования крана. Иногда

бывает, что в кранах средних и больших проходов ширина сальнико

вой камеры настолько велика, что для затяжки сальника на герметич

ность требуется большое усилие. Это усилие (без учета сил трения)

передается на пробку и создает значительные удельные давления на

уплотнительных поверхностях. При этом момент, необходимый для по

ворота пробки, может оказаться настолько большим, что кран трудно

будет открыть.

Сальниковые краны, как правило, широко применяют на жидких

и газообразных средах при давлениях в трубопроводе 0,6...4,0 МПа.

Краны со смазкой

При давлениях среды свыше 4,0 МПа на пробку крана действуют

большие усилия, прижимающие ее к уплотнительной поверхности

корпуса

. Это усилие прямо пропорционально квадрату диаметра про-

ходного сечения. Поэтому при средних и больших проходах моменты,

необходимые для управления краном, резко увеличиваются. Кроме

того, при высоких давлениях среды удельные давления на уплотни

тельных поверхностях возрастают до таких значений, при которых

задирание контактирующих поверхностей при повороте становится

серьезной опасностью. Эти причины, а также необходимость в защите

уплотнительных поверхностей от коррозии вызвали появление кранов

со смазкой, изобретенных шведским инженером Нордштромом.

Конструкция такого крана аналогична обычным сальниковым кра

нам. Новым элементом является только система смазки.

В процессе работы крана смазка частично выдавливается в проход

и вымывается средой, поэтому ее необходимо периодически добавлять.

Чтобы продавить высоковязкую смазку через длинную систему узких

канавок, необходимо высокое давление. На кранах больших проходов,

где длина смазочных канавок особенно велика, для подачи смазки

к уплотнительным поверхностям иногда применяют мультипликаторы

давления.

Недостатком кранов со смазкой по сравнению с другими кранами,

кроме сложности конструкции, является необходимость периодичес-

кой набивки смазки. Однако при качественном изготовлении уплотни

282

тельных поверхностей и необходимых свойствах смазки обслуживание

таких кранов не представляет трудностей.

Нельзя не отметить, что изготовление и применение кранов со смаз

кой при проходе свыше 300 мм уже нерационально из-за технологи

ческих трудностей подгонки конусов больших размеров. При таких

размерах выгодно использовать шаровые краны.

Многоходовые и угловые краны

Все рассмотренные выше конструкции конических кранов представ

ляли собой проходные краны, имеющие входной и выходной патрубки

на общей оси. Однако краны (в отличие от задвижек и вентилей) поз-

воляют легко управлять потоками сразу через несколько патрубков,

число которых может доходить до 6…8.

Наиболее широко применяют трехходовые краны, служащие для од

новременного соединения двух или трех трубопроводов. На рис.

2.175

показаны положения пробки при трех вариантах подключения трубо

проводов.

Трехходовые краны бывают двух типов: с L-образным (рис

. 2.176а)

и Т-образным проходами в пробке (рис. 2.176б).

Кран с

L-образным проходом в пробке

имеет три рабочих положения при пово

роте пробки на 180° и два – при повороте

пробки на

90°; с Т-образным проходом —

четыре рабочих положения при повороте

пробки на

270, три — при повороте проб-

ки на 180 и два — при повороте пробки

на 90°.

Краны с числом патрубков четыре

и более принципиально не отличаются от трехходовых.

Цилиндрические краны

Краны с цилиндрическим затвором

(рис. 2.177) проще конических

в изготовлении, а их уплотнительные поверхности не нуждаются

Рис. 2.175. Схема работы трехходового крана

Рис. 2.176. Трехходовые краны

с L-образным (а) и с Т-образным (б)

проходами в пробке

283

в притирке ввиду простоты техноло-

гической доводки цилиндрических

поверхностей на универсальных

шлифовальных станках.

По конструктивным признакам

цилиндрические краны

можно раз-

делить на две группы

– краны с ме-

таллическим и эластичным уплотне

ниями.

Цилиндрический кран с уплотне

нием «металл по металлу» состоит

из корпуса, металлической пробки

крышки и сальника. Между уплотни

тельными цилиндрическими поверх

ностями должен быть или небольшой

натяг или минимальный зазор

. Бла-

годаря отсутствию поджима уплот

нительных поверхностей удельные

давления на них

(без подачи давле-

ния среды

) невелики или их вообще нет. При несовпадении диаметров

цилиндра пробки и корпуса они контактируют по прямой

, параллель-

ной оси пробки

. Поэтому цилиндрические краны с уплотнением «ме-

талл по металлу» применяют в основном для высоковязких сред

(мазут,

каменноугольный пек и др.).

Уплотнения без зазоров применять в цилиндрических кранах для

сред с высокой температурой крайне опасно

, так как возможно закли-

нивание пробки в корпусе вследствие неравномерного расширения

уплотнений, а ликвидировать такие заклинивания в рабочих условиях

очень трудно.

Для устранения указанных недостатков кранов с цилиндрическим

уплотнением «металл по металлу» разработана конструкция крана

с разъемной пробкой.

Пробка состоит из двух половин

, разжимаемых пружинами. Недо-

статком данной конструкции является большое число деталей и на

личие пружин в рабочей среде.

Более широко применяют цилиндрические краны со смазкой

(система подачи смазки на уплотнительные поверхности та же, что

и у конических кранов). Применение специальных смазок для раз

личных сред и условий работы обеспечивает необходимую герметич

ность затвора.

Рис. 2.177. Двухходовый угловой кран

с подъемом пробки

284

Сильфонные краны

Сальниковые краны не обеспечивают длительную и надежную гер

метичность по сальниковому уплотнению и могут допустить проник

новение взрывоопасных или токсичных сред в атмосферу.

Для этих условий работы в ЦКБА разработаны сильфонные краны

без сальникового уплотнения (рис. 2.178). Сильфон уплотняет шпин

дель и полностью изолирует среду от атмосферы. В особо ответствен

ных случаях наряду с сильфоном предусматривают и сальник, который

может предотвратить прорыв среды в атмосферу при механическом

повреждении или усталостном разрыве сильфона

Как известно, сильфоны применяют для уплотнения линейно пере

мещающихся деталей, имеющих небольшой ход. Применение его в кра

не создает конструктивные затруднения, так как пробка крана должна

повернуться на 90°. Для

этой цели пробка крана

выполнена подъемно-по

воротной.

Пробка

1 имеет два хвос-

товика, входящих в направ

ляющие корпуса. Верх

ним хвостовиком пробка

подвижно соединена с го-

ловкой

3 шпинделя 4. На

нижнем хвостовике име

ются два спиральных паза,

в которые входят пальцы

неподвижно закрепленные

в корпусе

При вращении рукоят

ки управления краном

против часовой стрелки

шпиндель

4 перемещается

вверх, сжимая сильфон

и поднимая пробку. Паль-

цы

7 входят в спиральные

канавки нижнего хвостови

ка пробки и разворачивают

ее на 90

°, совмещая проход-

ное отверстие в пробке с от

верстиями патрубков 8.

Рис. 2.178. Сильфонный кран:

1 — пробка; 2 — корпус; 3 — головка шпинделя; 4 — шпиндель:

5 — рукоятка управления; 6 — сильфон; 7 — цилиндричес-

кий палец; 8 — патрубок; 9 — уплотнительные кольца

285

Для уплотнения в закрытом положении на конической поверхности

пробки имеются кольца

9, которые прижимаются к соответствующим

уплотнительным поверхностям корпуса при опускании пробки

Угол наклона спирали подбирается так, чтобы пробка могла пово

рачиваться под собственной массой.

Необходимо отметить, что сильфонный кран имеет высокую стои

мость, так как повышены требования к точности изготовления. Кроме

того, конструктивные особенности крана — наличие подъемной пробки —

не позволяют применять его в вязких и полимеризующихся средах.

Запорно-регулирующие краны

Часто требуется сочетать в одном устройстве функции регули

рования и надежного перекрытия потока. Эти требования привели

к созданию углового запорно-регулирующего шарового крана. Краны

по своему назначению не предназначены для дросселирования по

тока жидкости или газа

. Если у обычного крана (шарового или ко-

нического) в промежуточном

(полуоткрытом) положении

дросселирование потока про

исходит с двух сторон (на вхо

де и на выходе), то у запорно-

регулирующего крана — только

с одной стороны

Это достигается (рис. 2.179)

угловым расположением про

хода в пробке крана.

Пробка

6 крана постоянно

прижата плавающим шпинде

лем 8 к уплотнительному коль-

цу

2, при ее вращении проход,

образованный патрубком

1, не

перекрывается. Дросселиро

вание потока осуществляется

перекрытием прохода, образо

ванного патрубком 5.

Для уменьшения эрозионно

го износа кромки прохода проб

ки и патрубка со стороны дрос

селирования потока направлены

твердым сплавом (стеллитом

или сормайтом).

Рис. 2.179. Угловой запорно-регулирующий

шаровой кран:

1 и 5 — патрубки; 2, 4 и 9 — уплотнительные коль-

ца; 3 и 7 — полукорпусы; 6 — пробка; 8 — шпиндель;

10 — диск; 11 — регулировочный винт; 12 — контр-

гайка; 13 — защитный стакан

286

Самоустанавливающееся уплотнительное устройство расположе-

но соосно-оппозитно дросселъной части крана и состоит из диска

с кольцевой проточкой с запрессованным уплотнительным кольцом

(в данном случае из фторопласта). Уплотнительное кольцо постоянно

прижато к сферической поверхности пробки и не подвержено эрози

онному износу.

На рисунке 2.179 кран показан полностью открытым. При неполном

повороте пробки на

90° происходит дросселирование потока. Полное

герметичное перекрытие потока осуществляется поворотом пробки

на 180°.

Преимущества данной конструкции заключается еще и в том, что

уплотнения можно поджать по мере износа без разборки крана.

Подобный кран может быть выполнен и в проходной модификации.

При этом корпус крана напоминает корпус прямоточного вентиля. Ша

ровая пробка вращается относительно одного из проходов (в данном

случае седла), а шпиндель наклонен под углом

45° к оси трубопровода

(патрубков). Применение подобной конструкции в технологических

схемах с приблизительными расходными характеристиками позволяет

отказаться от применения запорной арматуры (крана, вентиля) вместе

с регулирующим (расход) исполнительным устройством

Краны из неметаллических материалов

Использование неметаллических материалов в кранах помимо

экономии металла позволило применить их как запорную арматуру

в агрессивных средах.

Пластические массы и неметаллические материалы не задираются

при работе, как в кранах, изготовленных из нержавеющей стали.

Однако трудно подобрать такой универсальный материал, который

бы удовлетворял требованиям агрессивных сред, наиболее часто встре

чающихся в промышленности. В каждом конкретном случае, исходя

из реальных условий работы крана (среда, температура, давление),

приходится решать вопрос о выборе тех или иных неметаллических

материалов, отвечающих поставленным требованиям. Поэтому краны,

изготовленные из неметаллических материалов, как правило, имеют

строго ограниченную область применения.

Ниже будут рассмотрены подобные краны, где наряду с их конструк

тивными особенностями будут описаны материалы, их свойства и об

ласти применения.

Фарфоровые краны применяются в качестве запорных устройств

на трубопроводах, предназначенных для транспортировки некристал

лизующихся кислот (кроме плавиковой и фосфорной) и щелочей кон

287

центрацией до 10 %, не содержащих

взвешенных частиц.

Кран (рис. 2.180) состоит из фар

форового корпуса

1, заключенного

в разъемную чугунную броню

с фланцами, фарфоровой пробки

сальниковой набивки

5, сальниковой

крышки

6 и рукоятки уплотнения 7.

Изделия из фарфора имеют не

большую прочность. Максималь

ное давление, на котором работают

фарфоровые краны, не превышает

0,6

МПа. Фарфоровые краны, как

правило, выходят из строя по двум

причинам:

— так как фарфор обладает гигро

скопичностью, влага легко про

никает внутрь него и при эксплуатации на холоде замерзает и раз

рушает фарфор;

— резкая смена температур проходящей через фарфоровое изделие

жидкости или окружающей среды вызывает термическую дефор

мацию, которая приводит к разрушению фарфора.

Для предотвращения термической деформации в кране между фар

форовым корпусом и чугунной броней предусматривается термоизо

лирующая прослойка

2 из стекловолокна или из другого аналогичного

материала. Толщина слоя термоизолирующего материала выбирается

таким образом, чтобы разница температур внутренней и наружной

поверхностей фарфорового корпуса не превышала

5 °С. При эксплуа-

тации фарфоровых кранов в холодном климате следует применять

меры для предотвращения тепловых ударов. Повышать, температуру

среды до рабочей надо постоянно примерно на 2 °С в минуту. Однако

эксплуатировать фарфоровые краны при температуре ниже –

40 °С не

рекомендуется.

2.7. Машинное оборудование

2.7.1. Общие сведения о насосах и компрессорах

Насос — машина, предназначенная для преобразования механичес-

кой энергии привода в гидравлическую энергию потока перекачивае

мой жидкой среды (жидкости) с целью ее перемещения.

Рис. 2.180. Фарфоровый кран:

1 — корпус из кислотоупорного фарфора;

2 — теплоизоляционная прокладка; 3 — чугун-

ный корпус;

4 — кислотоупорная фарфоровая

пробка; 5 — сальниковая набивка; 6 — крышка

сальника; 7 — рукоятка управления

288

Насос и приводной двигатель (рис. 2.181), соединенные между собой

контрольно-измерительные приборы и аппаратура автоматического ре

гулирования и контроля в совокупности представляют собой насосный

агрегат. Насосный агрегат и комплектующее оборудование с подводя

щим и напорным трубопроводами и арматурой называется насосной

установкой (рис. 2.182).

Рис. 2.181. Насосный агрегат типа К

Рис. 2.182. Общий вид насосной установки

Насосы — один из наиболее сложных видов оборудования нефте-

перерабатывающих заводов в отношении ремонта и эксплуатации. Из

вестно, что нормальная, безаварийная работа любого оборудования

в оптимальных режимах в значительной степени зависит не только от

правильного выбора и обеспечения основных конструктивных реше

ний при проектировании и изготовлении машин и аппаратов, но и от

условий и выполнения правил их эксплуатации.

289

На нефтеперерабатывающих заводах насосы служат для перекачи-

вания нефти, нефтепродуктов, сжиженных газов, воды, щелочей, кис

лот и работают в широких диапазонах производительности, напора

и температуры. Поэтому обычные требования, предъявляемые к насо

сам (надежность и долговечность в эксплуатации, герметичность соеди

нений и безупречная работа сальниковых или торцовых уплотнений),

в условиях указанных предприятий приобретают чрезвычайно важное

значение, поскольку неисправности в насосах и их узлах приводят к на

рушениям технологического режима установок, а иногда и к авариям.

Требования надежности и долговечности насосов повышаются, осо

бенно сейчас, когда в проектах новых технологических установок резко

сокращается количество резервного насосного оборудования.

2.7.2. Классификация насосов

Из-за большого разнообразия конструкций, сфер использования,

свойств перекачиваемой жидкости разработать единую классификацию

для лопастных насосов до сих пор не представилось возможным. По

этому классификация осуществляется по отдельным признакам.

Классификация по назначению

Классификация по назначению имеет наибольшее значение для

эксплуатационного персонала. Однако она важна и для конструктора,

который должен учитывать особенности работы насоса в определенных

условиях.

— Насосы общего назначения — предназначены для перекачивания

холодной, чистой, неагрессивной воды или сходных с ней по физи

ко-химическим свойствам жидкостей. Насосы общего назначения

применяются в различных отраслях народного хозяйства.

— Насосы для транспортирования взвесей — предназначены для пере

качивания нейтральных или малоагрессивных жидкостей с тверды

ми частицами. Они применяются в горнодобывающей промышлен

ности, строительстве, коммунальном хозяйстве и др. К этой группе

относятся грунтовые, шламовые, фекальные, массные и другие на

сосы.

— Энергетические насосы — предназначены для работы в схемах теп-

ловых и атомных электростанций. К ним относятся питательные,

конденсатные, сетевые и специальные насосы.

— Химические насосы — предназначены для перекачивания чистых

и загрязненных агрессивных жидкостей в химической промышлен

ности.

290

— Насосы для нефтяной и нефтехимической промышленности — пред-

назначены для сырой нефти и продуктов ее переработки в широком

диапазоне температур. Это насосы для магистральных нефтепродук

тов, законтурного заводнения нефтяных пластов, бензина, сжижен

ных газов и др.

Классификация по роду перекачиваемой жидкости

Выбор материалов, конструкция и принцип работы насосов зави

сят от физических и химических свойств перекачиваемых жидкостей.

Можно рекомендовать подразделять насосы для перекачивания чистых

и слегка загрязненных нейтральных жидкостей, загрязненных жидкос-

тей и взвесей, легко загазованных жидкостей, газожидкостных смесей,

агрессивных жидкостей, жидких металлов.

Классификация по принципу действия

По принципу действия все насосы можно разделить на динамические

и объемные (рис. 2.183), принципиальное различие между которыми

заключается в способе сообщения рабочей камеры с входом и выходом.

К динамическим насосам относятся

центробежные, осевые, вихре-

вые, струйные и другие насосы.

В динамическом насосе жидкая среда перемещается в камере, по

стоянно сообщающейся с входом и выходом, т. е. жидкость движется

через рабочую камеру непрерывным потоком.

Основные схемы и конструкции насосов показаны на рисунках

2.184…2.192.

Рис. 2.183. Классификация насосов по принципу действия