Курс «Применение трубопроводной арматуры». Модуль «Применение арматуры в производстве бумаги»

Горобченко Станислав Львович

Рис. 2. Особенности протекания потока через шаровой кран и дисковый затвор

Различные виды проточной части формируют и свои реакции потока, влияющие на силовые характеристики и выбор исполнительных устройств, например, привода. Пример формирования поворотного момента в шаровом кране показан ниже, рис.3.

Рис.3. Формирование поворотного момента в шаровом кране

Многие

факторы работоспособности регулирующей арматуры определяются кривой гидравлического сопротивления потока при перекрытии трубопровода. Это демонстрирует кривая Жуковского, рис.4.

Рис. 4. Характерная линия изменения давления и гидравлического сопротивления при перекрытии потока

Для определения способности типа арматуры к регулированию в трубопроводе необходимо получить зависимость напора от расхода в гидравлической сети. Обычно для этого используют стенды, схема которого представлена на рис.5.

Рис. 5. Определение рабочей (установленной) расходной характеристики клапана в трубопроводе

В зависимости от качества собственной и установленной расходных характеристик арматуры можно получить линейное или нелинейное изменение расхода или другого параметра в трубопроводе.

Ниже представлена схема, показывающая возможности контроллера, главной задачей которого является устранение нелинейности в связи с невозможностью обеспечить линейное (пропорциональное) изменение расхода при открытии клапана.

Рис. 6. Порядок преобразования сигнала системы АСУ ТП в параметры потока на трубопроводе

Рассмотрение изменений расхода от изменения сигнала регулирования (например, относительного малого перемещения клапана) позволяет найти погрешности в регулировании за счет нахождения отклонений от линейности, как показано на рис.7.

Рис. 7. Ошибка нелинейного регулирования положения

Представленные материалы из теории регулирования позволят нам выработать критерии, на основе которых мы можем провести выбор того или иного клапана и определить основные тенденции развития арматуры и разобрать, какие типы арматуры в большей степени им могли бы отвечать.

2. Современные типы регулирующей арматуры

В настоящее время наиболее применяемыми являются:

– Шаровые краны

– Дисковые затворы, включая затворы сегментного, эксцентрикового типа

– Поворотно-дисковые затворы (относительно новый тип поворотной арматуры).

Общие виды арматуры различных типов представлены ниже.

Рис. 8. Шаровые краны

< image l:href="#"/>

Рис. 9. Дисковые сегментные затворы

Рис.10.

Дисковые эксцентриковые затворы

Рис. 11. Поворотно-дисковые затворы

Рис. 12. Дисковые затворы

Развитие поворотных заслонок идет по пути повышения точности регулирования, повышения пропускной способности при одном и том же диаметре и надежности при отсечке.

Рис. 13. Новые конструкции дисковых затворов с гарантированным перекрытием потока и повышенной пропускной способностью

Развитие дисковых затворов идет по пути сближения с шаровыми кранами через развитие затворов сегментного типа. В качестве примера можно привести дисковый затвор МАПАГ компании Метсо, заменяющий собой в технологически схемах, как дисковые затворы, так и шаровые краны. Общий вид подобного сегментного дискового затвора приведен на рис.14.

Рис.14. Современный дисковый затвор MAPAG уже неотличим от затвора сегментного типа и имеет такую же высокую регулирующую способность

3. Основные требования к регулирующей арматуре

Автоматизация и приборное обеспечение – одно из необходимых условий развития и технического прогресса любой отрасли промышленности. От поставщиков клапанов требуется более глубокое изучение процессов, и, в первую очередь, должны быть решены такие проблемы, как шум и кавитация. Поскольку получение целлюлозы и бумаги является длительным процессом и в основном однопоточным, надежность управления каждым устройством, участвующим в процессе, должна быть чрезвычайно высока. В этом отношении подобные требования должны быть распространены не только на регулирующие и отсечные клапаны, но и на другие машины и механизмы.

На целлюлозно-бумажных заводах предъявляют повышенные требования к коррозионной стойкости оборудования, так как не могут быть полностью предотвращены утечки целлюлозной массы, щелочи и т.д. Соединения между клапанами, приводами и другими узлами должны быть полностью герметизированы.

Производственные аппараты, такие, как рафинеры ТМР (дисковые или конические мельницы термомеханической массы) и насосы, а также кавитация в клапанах, вызванная большим перепадом давлений, создают вибрацию в трубопроводах. Поэтому оборудование, установленное на трубопроводах, должно быть рассчитано на довольно высокие температуру и вибрацию. При этом эксплуатационные качества клапанов, приводов и позиционеров всегда необходимо проверять в условиях производства.

В некоторых случаях транспортируемая среда может предъявлять высокие требования к регулирующим и отсечным клапанам. Целлюлозная суспензия, которая может содержать сучки или другие твердые включения, вызывает значительный износ и абразивное истирание. Эти явления вместе с ударными нагрузками на линии могут легко разрушить клапан, который установлен, например, на выдувке варочного котла. Аналогичные проблемы возникают и при процессах кристаллизации, гипсации и карамелизации, а также при переработке и транспортировке зеленых и белых щелоков. Большие сложности возникают и при сервисном обслуживании клапанов, регулирующих давление в ТМР-рафинерах, где загрязненный пар образует нарастания мелкодисперсной накипи на всех поверхностях.