Одной из важнейших функций трубопроводной арматуры является недопущение утечек во внешнюю среду. В конструкциях современной арматуры герметичность по отношению к внешней среде вдоль штока обеспечивается с помощью различных технологий уплотнения.
Все эти технические решения сводятся к плотному прилеганию неметаллического элемента к металлическому штоку, это позволяет, с одной стороны, штоку вращаться, преодолевая усилие трения прилегания, с другой, плотность прижатия к штоку не дает рабочей среде просочиться во внешнюю полость (рис. 1).
Подобные решения на чертежах выглядят очень технологично и просто, новая арматура с применением таких уплотнений работает прекрасно. При установке в квартирах в сухом отапливаемом помещении такая арматура, как правило, функционирует много лет, сохраняя все свои технические качества. Но нефтехимия, газовая сфера и ЖКХ предполагают использование кранов не только в благоприятных условиях. В подвальных помещениях, колодцах, распределительных пунктах часто присутствует сырость и нарастают положительные температуры. В совокупности это приводит к развитию оксидной пленки на металлических поверхностях, а при длительном воздействии – к частичному разложению неметаллических материалов уплотнений бугеля арматуры, или как минимум к изменению их физико-механических свойств. В результате свойства контакта в уплотнениях арматуры ухудшаются, что со временем повышает риск появления протечек. Если механизм арматуры находится в неподвижном состоянии, то риск протечек несколько снижается благодаря тому, что все появившиеся зазоры в процессе воздействия влаги «замокли». Но если арматуру необходимо стронуть с места, т. е. открыть, закрыть, сбалансировать подачу жидкости (частично открыть или закрыть), такая процедура может привести к протеканию арматуры на некоторое время, пока кран снова не замокнет.
Указанная проблема остается нерешенной много лет. Мы понимаем, что без серьезных улучшений конструкции проблему утечек во внешнюю среду вдоль приводного штока полностью не решить. Наше предложение сводится к применению конструктивных решений арматуры сильфонного типа в сфере кранов нефтехимии, газовой сферы и ЖКХ.
В арматуре сильфонного типа отсутствуют динамические трущиеся поверхности, имеющие назначением герметизацию рабочей среды. Рабочая полость тут ограничена сплошной металлической оболочкой, имеющей в своем составе сварной тандем «крышка – сильфон – шток – корпус».
На сегодняшний день основным недостатком сильфонной арматуры является ее высокая цена. Мы предлагаем решение, ведущее к снижению стоимости сильфонной арматуры при сохранении ее требований, которое могло бы привести к появлению на рынке вполне конкурентоспособной по цене сильфонной арматуры для нефтехимии, газовой сферы и ЖКХ. Это будет абсолютно новый продукт, способный осуществить серьезный прорыв на рынке.
Наше предложение сводится к применению однослойных сильфонов для уплотнений арматуры. Такие сильфоны имеют в несколько раз более низкую стоимость по сравнению с многослойными сильфонами, что позволит создать конкурентоспособную по цене сильфонную арматуру для ЖКХ. Мы готовы использовать весь наш уникальный технологический потенциал, ведь ПАО «СПЗ» создано как предприятие по производству однослойных сильфонов в большом количестве. Это означает, что все наши процессы автоматизированы и имеют низкую трудоемкость и, соответственно, стоимость.
Чтобы обеспечить мощный толчок к модернизации трубопроводной арматуры для нефтегазовой сферы и ЖКХ, необходимо в первую очередь обеспечить удешевление сильфона в уплотнении. Классическая формула гласит: гениальные решения складываются из новой компоновки старых элементов. Наше предложение сводится к применению давно известных однослойных сильфонов по ГОСТ 21482-76 в арматуре нефтегазовой сферы и ЖКХ. Данные сильфоны имеют в разы более низкую стоимость по сравнению с многослойными сильфонами, выполненными по ГОСТ Р 55019-2012. Одновременно, совместив технологию полуавтоматического изготовления однослойных сильфонов с технологией сварки исходного материала и его вытяжки в процессе гофрирования, применяемой при изготовлении многослойных сильфонов, можно получить технологический процесс производства однослойных сильфонов с крайне низкой стоимостью. Разумеется, при применении сильфонного уплотнения бугель группу с неметаллическим уплотнением необходимо исключить, а это значит, необходимо удалить отдельную сборочную единицу с ощутимой стоимостью, которая как раз компенсируется в структуре ценовой политики арматуры нефтегазовой сферы и ЖКХ ценой дешевого сильфонного уплотнения.
Конструкции современных сильфонных узлов, даже у разных разработчиков, в целом похожи друг на друга. Они представляют собой сильфон, привариваемый к штоку и наружному корпусному элементу с подготовленными сварочными кромками с помощью оплавления кромок с торца. При этом в конструктив сильфонного узла специально введены обжимные кольца для обеспечения возможности оплавления кромок (рис. 2).
Это достаточно дорогой вид сварки, на ПАО «СПЗ» существует технология роликовой сварки сильфонных узлов на базе однослойных сильфонов. Такая технология позволит исключить часть трудоемких операций из сильфонного уплотнения, а самое главное – в этом случае нет необходимости в изготовлении и применении обжимных колец, что существенно удешевляет сильфонный узел.
С учетом вышеизложенного у нас остается не рассмотренным еще один вопрос. Арматура для нефтегазовой сферы и ЖКХ (запорная или балансировочная) имеет весьма высокие рабочие хода штоков. При этом сами однослойные сильфоны обладают рабочими ходами хотя и большими по отношению к многослойным сильфонам (традиционно применяемым в арматуре), но тем не менее их хода достаточно низкие по отношению к требуемым рабочим ходам для обеспечения работоспособности и низкого гидравлического сопротивления сильфонной арматуры. Например, для обеспечения нормальной работы любой арматуры необходимо, чтобы ход ее штока был не ниже, чем ее условный проход, что превысит рабочий ход однослойного сильфона.
Мы предлагаем в сильфонных узлах арматуры нефтегазовой сферы и ЖКХ применять однослойные сильфоны по ГОСТ 21482-76 из стали 12Х18Н10Т (08Х18Н10Т). Назначенный ресурс таких сильфонов равен 60 000 циклов сжатия, т. е. значительно выше, чем необходимо для работы арматуры. Нам же необходим запас циклической прочности в пределах 4 000-5 000 циклов. Одновременно указанный норматив допускает изменение циклопрочности сильфонов в зависимости от рабочего хода и нагружаемого давления, указанный расчет представлен в номограммах черт 9-12 ГОСТ 21482-76 (рис. 3).
Таким образом, ГОСТ 21482-76 официально допускает изменение рабочего давления и рабочего хода в угоду изменению циклопрочности однослойных сильфонов. Проведя анализ указанных в ГОСТ 21482-76 номограмм, можно сделать положительный вывод об использовании данных сильфонов в арматуре нефтегазовой сферы и ЖКХ с применением необходимых характеристик по рабочему ходу и давлению при получении требуемой нам циклопрочности.
Преимущества, которые мы получим в результате внедрения дешевой сильфонной и балансировочной арматуры для нефтегазовой сферы и ЖКХ, – это абсолютное отсутствие протечек в течение всего срока службы арматуры, увеличение ее срока службы, повышение надежности, отсутствие необходимости в обслуживании арматуры в процессе ее службы, и все это с учетом конкурентоспособной стоимости по отношению к стальной арматуре с сальниковыми уплотнениями.
Бесспорно, это очень привлекательный проект, в результате которого мы получим новый продукт, не представленный среди российских производителей. ПАО «СПЗ» приглашает партнеров-арматуростроителей к участию в совместном рассмотрении этого проекта и оценке на условиях кооперации по разработке и освоению линейки сильфонной арматуры для нефтегазовой сферы, ЖКХ и газового хозяйства.
