Article

14.2. Арматура трубопроводов

Все трубопроводы снабжают арматурой, назначение которой — включать или отключать поток, регулировать расход, температуру или давление потока. Соответственно назначению различают арматуру запорную (включение и отключение потока), регулирующую (изменение или поддержание заданного расхода, давления), предохранительную (предупреждение чрезмерного повышения давления, недопущение изменения направления расхода), контрольную (указатели уровня) и конденсатоотводчики (автоматический отвод конденсата). Перечисленная арматура может устанавливаться как на трубопроводах, так и на отдельных агрегатах. Кроме того, различают арматуру приводную (с ручным, электрическим, гидравлическим, пневматическим приводами) и арматуру самодействующую, в том числе импульсную, приводимую в действие самой средой. К приводной относятся вентили (рис. 14.1а), задвижки (рис. 14.1б) и краны (рис. 14.1в); к самодействующей — обратные клапаны (рис. 14.1 г) и предохранительные грузовые и пружинные клапаны (рис. 14.1д), но более употребляемы на АЭС импульсные предохранительные клапаны.

В вентилях запирающий орган садится на седло, передвигаясь в направлении потока; в задвижках он движется перпендикулярно направлению движения жидкости; в кранах вращается вокруг своей оси. В обратных клапанах запирающий

орган открывается потоком среды в одном направлении и запирается в противоположном. Предохранительный клапан открывается под воздействием избыточного давления и закрывается при восстановлении нормального давления.

Рис. 14.1. Схемы приводной (<em>а, б, в</em>) и самодействующей (<em>г, д</em>) арматуры
Рис. 14.1. Схемы приводной (а, б, в) и самодействующей (г, д) арматуры

Одно из назначений арматуры — возможность отключения аварийных участков, что способствует большей гибкости и надежности эксплуатации. Однако при высоком давлении и особенно при большом диаметре трубопроводов сама арматура может стать источником нарушений эксплуатации, поэтому главное направление в развитии основных трубопроводов на атомной станции — применение возможно более простых и надежных трубопроводов с минимальным количеством арматуры. Необходимо руководствоваться определенными правилами ее установки и эксплуатации:

— движение среды должно совпадать со стрелкой на корпусе арматуры;

— использование арматуры не по прямому назначению запрещается, например, недопустимо использовать запорную арматуру как регулирующую;

— арматура должна ввариваться в соответствующий участок трубопровода до его монтажа; при проектировании трубопроводов установка ее предусматривается в местах, доступных для обслуживания, если не имеется в виду радиоактивная среда;

— арматура, работающая при высокой температуре, закрывается съемными разборными теплоизоляционными конструкциями.

Приваривание арматуры к трубопроводу уменьшает возможные протечки среды и повышает надежность работы.

Крышка арматуры присоединяется к ее корпусу на фланцах, что позволяет выполнять мелкий ремонт на месте, для частичного ремонта без вырезки арматуры, иногда при невысоком давлении, седло в корпусе арматуры выполняют на резьбе; если требуется более серьезный ремонт или замена арматуры, то она вырезается и в последующем вваривается вновь.

Вся арматура высокого давления выпускается заводами только как приварная. В качестве запорных органов используют вентили и задвижки. Тип запорного органа выбирают в основном по диаметру трубопровода: на трубопроводах с диаметром 125 мм и менее — вентили. В интервале диаметра от 70 до 125 мм возможно применение обеих конструкций; задвижки обязательны на трубопроводе, по которому допускается движение среды в обоих направлениях, вентили несколько удобнее для ремонта.

Гидравлическое сопротивление вентилей больше, чем задвижек: для вентилей диаметром 100 мм коэффициент гидравлического сопротивления составляет 2,5 — 5,5, а для задвижек полнопроходного сечения — 0,25. Это позволяет, в частности, выбирать задвижки с меньшим диаметром, чем диаметр трубопровода, куда их вваривают, что снижает массу арматуры, а также ее стоимость. При этом если проходное сечение стеснено вдвое, то коэффициент гидравлического сопротивления составит 1,5, а при использовании направляющей трубы — всего 0,8, то есть он по-прежнему будет существенно меньше, чем для вентиля. Однако масса, размеры и ход шпинделя задвижки больше, чем те же параметры вентиля.

На трубопроводах АЭС размещают большое количество вентилей различного назначения. На рис. 14.2 показан запорный вентиль высокого давления. При его закрытии сидящий на шпинделе 1 клапан 3 опускается на седло 5. Для открытия вентилей и задвижек высокого давления необходимо преодолевать большие усилия, так как при начальном положении существует большой

Рис. 14.2. Запорный проходной вентиль высокого давления:
Рис. 14.2. Запорный проходной вентиль высокого давления:

1 — шпиндель; 2 — полукольцо; 3 — основной клапан (тарелка); 4 — корпус; 5 — седло; 6 — разгрузочная тарелка; 7 — коническая часть шпинделя; 8 — втулка

Рис. 14.3. Рабочая часть регулировочного вентиля для воды
Рис. 14.3. Рабочая часть регулировочного вентиля для воды

перепад давления по обе стороны клапана. Раньше для облегчения открытия применяли обводные трубки малого диаметра с вентилем на них, открыв который выравнивали давление по обе стороны клапана. Однако при этом создавались дополнительные участки высокого давления и увеличивалось количество арматуры. В конструкции, показанной на рис. 14.2 использован метод внутренней разгрузки. Вначале поднимается разгрузочный клапан 6 малого диаметра, открывая доступ среде по обеим сторонам основного клапана 3. Подъем клапана 6 идет до упора его в полукольцо 2, в связи с чем начинается уже подъем основного клапана. Для уменьшения возможных утечек воды через сальник на шпинделе 1 имеется коническая поверхность 7, упирающаяся во втулку 8 крышки при полном открытии вентиля.

Запорная арматура (запорные задвижки и клапаны) должна быть или полностью открыта, или полностью закрыта. Использование ее как регулировочной арматуры приводит к повышенному эрозионному износу деталей и нарушению основного соединения, а в результате — к протечкам. Для регулирования расхода или давления существует специальная арматура. Регулировочные вентили отличаются от запорных профилем клапана и седла (рис. 14.3). Односедельный клапан 4 в виде иглы имеет переметное сечение. Он или укреплен на шпинделе 2, или выполнен с ним как одно целое. Седло 3 укреплено на резьбе в корпусе 1 вентиля и имеет расширяющееся сечение.

Профилированный клапан-игла позволяет изменять расход среды пропорционально его перемещению. Такой вентиль не может работать без протечек, но этого и не требуется, так как он не запорный, а для радиоактивной среды широко используют вентили с сильфонным уплотнением.

На рис. 14.4 показан регулирующий клапан шиберной конструкции, такие клапаны работают как на паре, так и на воде. На всех питательных магистралях перед питаемым агрегатом (парогенератор, реактор, испаритель и т.д.) обязательна установка обратного клапана (рис. 14.5). Назначение его — предотвратить опорожнение водяного объема парогенерирующего агрегата при аварийном останове питательного насоса и падении давления в питательной магистрали. Ввиду важности такой арматуры в обеспечении надежной эксплуатации обратные клапаны не имеют вывода шпинделя за пределы корпуса, чтобы исключить случайное неправильное воздействие персонала.

Обратный клапан располагают на напорной стороне насосов (до запорной задвижки), чтобы при аварийном останове насоса защитить его всасывающую часть и подводящий к ней трубопровод от повышения давления в них. Обязательно применение обратных клапанов и на трубопроводах отборного пара из турбины.

Рис. 14.4. Паровой редукционный (дроссельный) клапан шиберной конструкции
Рис. 14.4. Паровой редукционный (дроссельный) клапан шиберной конструкции

Рис. 14.5. Обратный клапан для трубопроводов питательной воды
Рис. 14.5. Обратный клапан для трубопроводов питательной воды

Чтобы не допустить существенного превышения нормального давления в разных частях системы, обязательна установка предохранительных клапанов; число таких клапанов должно быть не менее двух. На трубопроводе большого диаметра это импульсные предохранительные клапаны, в которых при превышении давления открывается сначала вспомогательный клапан, а вслед за ним — основной. Предохранительные клапаны на парогенераторах двухконтурной АЭС, казалось бы, могут не устанавливаться, так как давление в них не поднимается выше того, которое отвечает температуре кипения, равной максимальной температуре теплоносителя. Однако расчет парогенератора на это давление не снимает требования установки предохранительных клапанов на случай (хотя и маловероятный) аварии, когда в результате прямого разрыва трубки парогенератора давление в нем может возрасти до рабочего давления реактора. Предохранительные клапаны используют и в первом контуре двухконтурной АЭС (обычно на компенсаторе давления) со сбросом образующегося при их открытии пара в барботер под уровень воды (см. рис. 7.10). Кроме основных предохранительных клапанов первого контура имеются дополнительные предохранительные клапаны меньшего

проходного сечения на каждой из петель многопетлевого водо-водяного реактора в их отключаемых частях.

Для одноконтурной АЭС предохранительные клапаны могут быть или на барабанах-сепараторах, или на паропроводах. Обязателен сброс из них в барботажные устройства. Для реакторного контура и для парогенераторов предпочтительнее импульсные предохранительные клапаны, открывающиеся под воздействием датчиков на электропривод клапана. В остальных случаях допустимы предохранительные клапаны прямого действия, рычажно-грузовые или пружинные. На рис. 14.6 показан предохранительный клапан, пружина которого рассчитывается на подъем клапана при заданном давлении.

Для вывода дренажей, спуска воды из контуров и непрерывной и периодической продувок существует своя арматура, общее правило для которой — последовательная установка двух вентилей: запорного и вслед за ним соответствующего регулировочного, причем запорный должен открываться полностью. Для автоматического удаления конденсата пара, периодически скапливающегося в паропроводах, применяют конденсатоотводчики, через которые отводится только конденсат.

Особенно внимательно следует подходить к проектированию трубопроводов и соответствующему выбору количества и мест размещения арматуры в одноконтурной АЭС. Необходимо иметь в виду, что абсолютная плотность в длительной эксплуатации недостижима, причем наиболее трудноуплотняемой средой является вода, а затем насыщенный и перегретый пар. В особо ответственных местах с большой радиоактивностью среды используют систему уплотнений. Вся арматура, как снимаемая для ремонта, так и ремонтируемая на месте, после ремонта должна проходить гидравлическое испытание.

Рис. 14.6. Пружинный предохранительный клапан высокого давления:
Рис. 14.6. Пружинный предохранительный клапан высокого давления:

1 — корпус; 2 — втулка (седло); 3 — упорный закрепляющий штифт; 4 — направляющее (регулирующее) кольцо; 5 — тарелка клапана; 6 — направляющая втулка; 7 — шток; 8 — пружина; 9 — устройство для подрыва клапана от руки; 10 — гайка для регулировки клапана

Промежуточное положение между арматурой и контрольно-измерительными приборами занимают указатели уровня, как устанавливаемые непосредственно на оборудовании, так и вынесенные за его пределы. Контроль уровня практически во всех аппаратах производится для условий барботажа пара через водяной объем. При этом действительный уровень в аппарате будет тем больше превышать уровень воды по водоуказательному прибору, чем ниже по высоте аппарата сделан отвод к измерителю в области водяного объема. Необходимо делать этот отвод возможно выше, но не выше минимального уровня воды в аппарате (см. рис. 6.15).

В схемах трубопроводов арматуру показывают следующим образом: