На семинаре работали семь секций:

Тенденции развития химической промышленности.

Выбор и применение арматуры для химических производств.

Арматура для особо агрессивных и абразивных рабочих сред.

Тенденции автоматизации и регулирования в химической промышленности.

Вопросы безопасности, связанные с работой арматуры.

Тенденции в установке, эксплуатации и обслуживании арматуры.

Проблемы потребителей арматуры в химической промышленности.

Целью семинара были: ознакомление производителей арматуры с перспективами и новыми, тенденциями развития химической промышленности, чтобы своевременно подготовить к ним арматуростроение и правильно прогнозировать развитие последнего; обмен опытом потребителей, разработчиков и производителей арматуры по возникающим в химической промышленности и связанным с арматурой проблемами и путям их решения.

Выступления участников семинара и принятые решения дают представление о проблемах, стоящих в настоящее время перед арматуростроением США, и о тенденциях и перспективах его развития.

Конъюнктура на рынке арматуры

На семинаре отмечалось, что современная химическая промышленность представляет для арматуростроения рынок не только огромный по объему , но и предъявляющий многозначительные требования к техническому уровню арматуры. В речи президента Объединения фирм производителей арматуры (VMA) отмечалось, что весьма сложные проблемы перед арматуростроением США ставит в настоящее время глобальная конкуренция, особенно в связи с завышенным курсом доллара. Производители арматуры испытывают острую необходимость снижения цен, чтобы поддержать конкурентоспособность своих продуктов. Объем реализации арматуры американских фирм с 1981 по 1983 гг. снизился на 24%. Особенно серьезным было падение объема реализации стальных задвижек, вентилей (запорных клапанов) и обратных клапанов (двух последних видов арматуры — вдвое, причем их производство стало убыточным). Производственные мощности американского арматуростроения в I983 г. использовались только на 46%. Завышенный курс доллара подрывает американский экспорт и стимулирует импорт. Арматура из Южной Кореи, Тайваня и ряда других стран ввозится в США беспошлинно; кроме того ставки импортной пошлины для арматуры из черных металлов снижаются.

В настоящее время на мировом рынке трубопроводной арматуры предложение превышает спрос, и цены падают. Например, стоимость стальной задвижки Ду 100 мм с 1981 по 1983 г. снизилась на 40%. Все это заставляет американские арматуростроительные фирмы обновлять продукцию и неустанно повышать эффективность производства. Для повышения конкурентоспособности своей продукции фирмы разрабатывают и вводят в жизнь специальные программы повышения качества, совершенствуют системы предпродажного и послепродажного обслуживания. Арматуростроительные компании ищут новые источники финансирования. Свыше 30% фирм-членов Объединения производителей арматуры (VМА) в 1984 г. перешли в другие руки, среди них такие известные, как Jmesbury, Posi-Seal и WKM. Объединение VMА было организовано с целью изучения рынка арматуры, но в настоящей трудной ситуации все его внимание сконцентрировано на выработке стратегии повышения конкурентоспособности американской арматуры на мировом рынке. Объединение VMA теперь выпускает для своих членов два специальных издания, посвященные тенденциям и потребностям в арматуре основных отраслей-потребителей: нефтегазовой промышленности, энергетики, химии, водоснабжения и канализации, строительства, целлюлозно-бумажной промышленности. VMA занимается улучшением связей м. изготовителями, проектировщиками и потребителями арматуры. Одной главных целей VMA в настоящее время является изуч. иностранной конкуренции и выявление нарушений торгового законодательства зарубежными фирмами.

На семинаре подчеркивалось, что повышение требований к техническому уровню арматуры со стороны отраслей-потребителей наряду с ухудшением положения на рынке арматуры требуют скоординированных совместных усилий арматуростроительных фирм в следующих технических областях: I) безопасность работы арматуры, качество и надежность арматуры, регулирование и автоматизация, материалы в арматуростроении, обмен опытом эксплуатации и учет его при конструировании арматуры.

Безопасность работы арматуры

А. Утечки во внешнюю среду. Главный аспект безопасности арматуры в химической промышленности — отсутствие утечки ядовитых веществ. В США действуют два стандарта, трактующие этот вопрос. Один из них устанавливает категории опасности рабочей среды. Распределение установок и рабочих сред по категориям опасности этими стандартами не регламентируется и является делом владельца или пользователя соответствующей установки. Допустимые нормы воздействия химических веществ имеются в Законе о производственной безопасности и здравоохранении и материалах Американской конференции государственных санитарных врачей промышленности.

По действующим законам, присвоение арматуре высшей категория опасности “М” определяется сочетанием трех факторов: I) природы рабочей среды, конструкции арматуры, материалов деталей. такая арматура должна быть бессальниковой ( сильфонной или мембранной).

Практически наиболее частым видом утечек, представляющих опасность для здоровья персонала, являются утечка углеводородов. Хотя они не представляют опасности при кратковременном контакте, длительное воздействие их наносит вред здоровью. Но оценке Американского агентства по охране окружающей среды типичный нефтеперерабатывающий завод имеет 11000 единиц арматуры, которая из-за утечек в соединениях выделяет в воздух 3,3 т летучих органических веществ в сутки. Некоторые из этих веществ вредны для здоровья. Особую опасность с учетом тенденций развития нефтехимии в будущем представляет бензол, вдыхание паров которого повреждает дыхательные пути и легкие. Вредный эффект бензола накапливается, длительное или массивное воздействие его может привести к смерти. Традиционные методы испытания герметичности арматуры (например, “пузырьковая” проба с использованием мыльного раствора) могут оказаться недостаточными в будущем.

Правила безопасности для арматуры на трубопроводах бензола опубликованы Агентством по охране окружающей среды в июне 1984 г. (подобные правила готовятся и по другим химикалиям). Они включают периодические проверки, взятие проб воздуха, регистрацию и устранение утечек, систематическую отчетность. Промежутки м. проверками могут быть увеличены, если утечек не обнаружено. Результатом внедрения указанных правил безопасности для арматуростроения может быть увеличение сбыта герметичных типов арматуры.

Б. Пожаростойкость. Представитель фирмы “Дюпон” на семинаре заявил, что в настоящее время требуется арматура, которая работоспособна до воздействия огня, во время этого воздействия и после него. Настало время, когда изготовители арматуры должны выпускать арматуру, удовлетворяющую этим требованиям. Необходимы также пожаростойкие приводы для арматуры. В настоящее время такие приводы выпускают только две фирмы.

Отмечалось , что в кислородной криогенной арматуре на давление порядка 12 МПа пока на получено вполне безопасных с позиции пожара решений. До сих пор не найдена комбинация совместимых друг с другом материалов для внутренних деталей. Необходимы более прочные и долговечные уплотнения.

Качество и надежность арматуры

Представители фирм-потребителей арматуры отмечали, что серьезной проблемой является поставка арматуры, не соответствующей заказным спецификациям (прежде всего - по материалам).

Из других проблем наиболее важной является дефектность литья в поставляемой арматуре. Гидроиспытания на заводах-изготовителях не гарантируют отсутствия пористости, которая выявляется лишь при опрессовке собранных гидросистем у потребителя, либо даже в цикле эксплуатации. Наиболее часто встречается течь в патрубках у шеек фланцев. С целью устранения подобных дефектов рек. проводить на арматурных заводах периодически, через регулярные промежутки времени радиационную дефектоскопию литья, чтобы убедиться в отсутствии скрытых дефектов. Контроль литья путем только гидроиспытаний не обеспечивает высокого качества корпусных деталей.

На семинаре поднимался вопрос об изменении стандартной методики испытаний арматуры на плотность материала корпусных деталей. Время выдержки под давлением при стандартных гидроиспытаниях часто недостаточно для выявления течи, которая может появиться, например, только через 12 часов.

Отмечалось, что любая арматура, создающая уровень шума (без глушения) свыше 100 децибел, имеет вибрацию внутренних деталей, которая может привести в конце концов к аварии. “Шум есть слышимая вибрация”.

Целый ряд аварий был вызван заменой одних марок кислотостойких сталей (требуемых условиями работы и спецификациями) на другие. В частности, имелись случаи выбивания шпинделей шаровых кранов из-за коррозионного разрушения крепящего шпиндель заплечика. При этом фонтанирующая кислота вызывала ожоги обслуживающего персонала.

Чтобы устранить принцип. возможность таких аварий, химические предприятия могут требовать специальной проверки материалов во всех случаях заказа арматуры для особо ответственных условий эксплуатации. Это но связано с повышением цены арматуры и может растянуть сроки поставки.

Химические предприятия могут прекратить закупки у фирм, арматура которых вызывала в прошлом аварии. Но такой подход в конце концов приведет к устранению большинства поставщиков арматуры.

Вместо этого предлагается работать потребителям арматуры вместе с изготовителями над повышением качества арматуры, исходя из конкретного опыта эксплуатации, чтобы огульное ужесточение технических требований и испытаний не привело к чрезмерному повышению стоимости и цен на арматуру. Изготовители должны разработать и внедрить свои системы обеспечения качества.

Хотя общее число дефектной арматуры составляет весьма малую долю от арматуры, надежно работающей многие годы, этот вопрос весьма важен, поскольку здесь выявляются те области, которые требуют повышенного внимания. Фирма “Дюпон” предложила программу работ по повышению качества и надежности арматуры. Эта программа состоит из следующих разделов.

Создание продавцами арматуры программы проверки качества, в рамках которой проводилась бы ежегодная проверка оборудования на предприятиях фирм-поставщиков, входящих в Объединение производителей арматуры (VMA).

Проведение испытаний на коррозионную стойкость.

Использование сторонней инспекции незаинтересованных организаций на заводах-изготовителях при поставке арматуры для особо ответственных условий эксплуатации.

Проверка ответственных деталей методами неразрушающего контроля.

Введение комплексной проверки отливок на пористость как гидроиспытанием, так и радиационной дефектоскопией.

Внедрение испытаний на герметичность затвора, сальника и утечки в окружающую среду.

Создание с помощью ЭВМ баз данных по истории эксплуатации (обслуживание, аварии, ремонт) каждой единицы арматуры.

Изуч. зависимости изменения характеристик регулирования потока от износа деталей затвора регулирующей арматуры. Износ последних часто проявляется в ухудшении работы системы автоматического регулирования.

Выявление и устранение поставщиков арматуры, нарушающих требования спецификаций заказа.

1 Ликвидация порочной практики закупки арматуры без надлежащего анализа пригодности её для конкретных условий эксплуатации.

1 Строгий контроль практики эксплуатации арматуры и разъяснение персоналу недопустимости использования дополнительных рычагов при закрывании арматуры (с целью герметизации).

В докладах отмечалось, что за последние годы в связи с падением цен на арматуру качество последней резко снизилось, так что потребители потеряли прежнюю уверенность в её безопасности и надежности. Например, недавно проведенные на одном химическом предприятии испытания задвижек 22 фирм показали, что только четыре фирмы обеспечивают выполнение требований герметичности по стандарту. На двух предприятиях-потребителях только за один год было зафиксировано 30 случаев отрыва клина от шпинделя в задвижках; на одном из предприятий за один только год было обнаружено 40 случаев течи корпусных деталей. Отрыв клина происходят обычно вследствие того, что для герметизации дефектных уплотнений затвора применяется затяжка дополнительными рычагами. Согласно нормативам Американского нефтяного института (API) самое слабое сечение шпинделя должно находиться вне рабочей полости арматуры. но фирмы-изготовители не выполняют это требование, и разрыв шпинделя происходит, в месте сочленения его с клином.

В цикле эксплуатации предприятий арматура больше всего подвергается опасности при остановке и пуске установок. При этом запорная арматура часто используется для дросселирования, что приводит к резкому повышению её износа.

Очень опасным является вскипание потока рабочей среды и образование парожидкостной смеси. При этом объем рабочей среды резко возрастает. Это создает подпор и противодавление за арматурой, что иногда приводит к развитию кавитации (схлопыванию пузырьков пара) и тяжелым повреждениям арматуры, хотя первоначальные расчеты такой возможности не показывали.

На семинаре обращалось внимание на опасность иностранной конкуренции на рынке арматуры СЩА. Быстрый рост импорта побуждает американские арматуростроительные фирмы снижать стоимость, а с ней и качество своей арматуры в погоне за её конкурентоспособностью.

Регулирование и автоматизация

Новые проблемы возникают в связи с задачами по экономичности энергии в регулирующей арматуре. Стремление максимально снизить перепад давления на арматуре и одновременно сохранить устойчивое регулирование приводит к тому, что пропускная характеристика должна быть изменена. Обычные типы характеристики — линейная и равнопроцентная — часто не удовлетворяют новым требованиям. Вообще современные тенденции и прогнозы на будущее свидетельствуют о серьезном усложнении систем регулирования, которое состоит в использовании адаптивного управления, многокритериальных управления и оптимизации, компенсирующей положительной обратной связи. Наблюдается также тенденция к уточнению расходных характеристик и повышению точности позиционирования.

Увеличивающееся использование электроники облегчает управление. Так например, нелинейность регулировочной характеристики может быть достигнута за счет микроциклора вместо клапана, что упрощает выбор последнего. Указывалось, что химическая промышленность должна внимательно следить за новыми достижениями в технологии, чтобы поднять производительность и уменьшить производственные затраты. В настоящее время главная задача — полная автоматизация химических предприятий, нефтеперерабатывающих заводов и магистральных трубопроводов. Поскольку управляющая ЭВМ размещается обычно в центральной части предприятия, ключ к техническому перевооружению действующих заводов на базе автоматизации заключается в установлении дистанционно действующей связи м. управляющей ЭВМ и исполнительными устройствами системы автоматического регулирования на установках. Эта связь может осуществляться через широкополосные бронированные кабели, кабели с волоконной оптикой, по радио или лазерным лучом. Арматуростроение должно готовиться к этим новым требованиям.

В настоящее время в промышленности разработана оптоэлектронная система дистанционного автоматического управления от ЭВМ.

На семинаре было сообщено, что одна из американских арматурных фирм занимается вопросом применения оптоэлектронного дистанционного управления приводами арматуры.

Арматуростроение должно быть готово к внедрению новых цифровых систем управления с большой разрешающей способностью, в которых регулирующий сигнал передается непосредственно на исполнительный механизм.

Отмечалось, что существующие электропневматические приводы арматуры нуждаются в значительном усовершенствовании.

В связи с автоматизацией химической промышленности необходимо увеличение быстродействия приводов и исполнительных механизмов (это особенно важно в системах утилизации вторичного тепла, управления соотношением подачи исходных компонентов, контроля величины pН, химических реакторах, многоцелевых установках ).

Отмечалось, что высокая стоимость энергия будет и в дальнейшем влиять на развитие регулирующей арматуры. В настоящее время изучается стоимость и приемлемость использования насосных агрегатов с регулируемой скоростью вращения для регулирования потока вместо арматуры. Особенно перспективной такая замена представляется для высокоабразивных сред (шламов, пульп), где износ арматуры весьма велик.

Материалы в арматуростроении

Большое внимание на семинаре было уделено модифицированию поверхности металлических деталей, в частности плазменному напылению порошкообразны материалов. Отмечалось, что теперь можно использовать основу из недорогого металла и покрывать её благородными металлами или керамикой. Помимо плазменного напыления для покрытия поверхностей используют химические и физические методы осаждения паров металлов, электролитические и химические покрытия, лазерную обработку, ионную имплантацию и изостатическое прессование. Эти методы применяются в основном для запорных элементов и шпинделей. Для деталей шаровых и пробковых кранов, дисковых затворов и задвижек использовались керамико-металлические материалы на основе карбида вольфрама и твердые покрытия на кобальтовой основе, и хастеллой С и В, монель-металл и инконель. Сейчас изучаются новые материалы для покрытий, среди них перспективными для ближайшего будущего считают аморфные металлы, составы на основе карбида титана, керамико-металлические материалы с оксидной керамикой и алюминиево-хромовую керамику.

По износостойкости и стойкости к задиранию, особенно при высоких усилиях герметизации, кавитации и наличии в рабочей среде твердых частиц лучше всего показали себя детали из сплавов на основе карбида кобальта, изготовляемые литьем, ковкой или порошковой металлургией. Важнейшим требованием является также коррозионная стойкость. Для горячего концентрированного каустика применяют чистый никель, для морской воды — никеле-медные сплавы, сплавы Ni-Cr-Fe для сухих газообразных галогенов, сплавы Ni-Fe-Cr — для агрессивных сред при температурах свыше 650°С, сплавы Ni-Cr-Fe-Mo-Cu — для серной кислоты и т.п.

На рынок сейчас поступают новые материалы (например сплав инконель 617 из никеля, хрома, кобальта и молибдена), стойкие к недавно появившимся высокоагрессивным средам. но высоколегированные специальные сплавы требуют осторожности при сварке, поскольку склонны к фазовым превращениям, ведущим к снижению коррозионной стойкости. Необходимое в связи с этим усложнение сварочной технологии затрудняет ремонт арматуры из этих сплавов на месте её установки.

Среди полимеров, наиболее часто применяющихся в арматуростроении для агрессивных рабочих сред, первое место занимают фторопласты. Широко используются “Kynar” (с химической позиции представляющий собой поливинилиденфторид PVDF) и “Tefrel” (модифицированный сополимер тетрафторэтилена и этилена). Чаще всего футеруются фторопластами пробковые краны, дисковые затворы, паровые краны и мембранные клапаны. Иногда фторопластами заменяют в химических установках даже стекло, поскольку поверхность первых не смачивается. Для работы на вакууме хорошо зарекомендовала себя арматура, футерованная полипропиленом. Для вспомогательных сред химических предприятий (охлаждающей воды, сжатого воздуха, сточных вод) широко используется арматура из поливинилхлорида и полиэтилена.

Одной и основных проблем в криогенной арматуре вообще (не только для кислорода, но и для азота и других сред) остаются сальники. Одно из лучших решений — сальниковая набивка из асбеста, пропитанного тефлоном, но канцерогенность асбеста создает здесь новые трудности. Многообещающей технологией для криогенной арматуры является плазменное напыление. Проблемы подбора материалов для криогенной арматуры станут так же более насущными, если будет развиваться промышленность синтетического топлива, которая потребует расширения производства газов, получаемых на криогенных установках.

Основные проблемы, возникающие при эксплуатации арматуры на химических предприятиях

Потеря герметичности дисковыми затворами простейшей конструкции (с гуммированным корпусом и уплотнением диска непосредственно по корпусу) примерно через год эксплуатации.

Причина — износ гуммиpовки в области прохода шпинделя.

Средство решения — замена дисковых затворов с гуммированным корпусом на затворы повышенных параметров (с эксцентричным диском и уплотнительным кольцом в корпусе). Некоторые фирмы вообще отказались от применения простейших дисковых затворов с гуммированным корпусом.

Потеря полной герметичности дисковыми затворами повышенных параметров при работе на трубопроводах горячего, запыленного газа примерно через год эксплуатации.

Причина — износ кромки диска твердыми частицами среды в открытом положении.

Средство решения — замена дисковых затворов на шаровые краны высокотемпературного исполнения.

Потеря полной герметичности стальными паровыми задвижками (не удается добиться ими отсечки трубопровода).

Причина — износ клина в результате множественных циклов открывания-закрывания.

Средство решения — применение задвижек со стеллитовым уплотнением или задвижек с двухсторонней герметичностью.

Потеря работоспособности шаровых кранов и задвижек на кислотной среде.

Причина — коррозия клина пробки, шпинделя.

Средство решения — снижение твердости внутренних деталей из стеллита и кислотостойкой стали с целью повышения коррозионной стойкости.

Потеря герметичности пробковыми кранами.

Причина — износ пробки.

Средство решения — замена арматурой другого типа.

Выбор арматуры

Отмечалось, что типичной ошибкой при выборе арматуры является недоучет свойств системы в целом. Заход арматуры из строя часто происходит вследствие её установки в неправильном месте, из-за чего она подвергается повышенному износу. Наиболее опасным для арматуры является режим дросселирования. Частыми причинами разрушения арматуры служат гидравлический или паровой удар, кавитация и вскипание, вибрация и шум, коррозия и эрозия. В настоящее время в химической промышленности требования к точности регулирования постоянно возрастают. Времена, когда насосы заказывались с двойным запасом по производительности, ушли в прошлое. Поэтому значительные погрешности в выборе арматуры недопустимы. Правильный размер регулирующего клапана на данный момент — это наиболее экономичный размер. Клапан с завышенным размером дороже и при покупке, и в эксплуатации, клапан с заниженным размером потребует замены или какого-то изменения системы, что тоже стоит денег. Поэтому важное требование потребителей к арматуростроителям — чтобы в каталогах на арматуру давались точные значения пропускной способности. Таблицы каталогов должны включать эти значения для различных степеней открытия. Особенно важен точный расчет арматуры для условий, близких к критическим для газов и кавитационным для жидкостей. Здесь даже небольшие ошибки могут быть существенными.

В области выбора арматуры важной проблемой является получ. достаточно полной информации об опыте эксплуатации уже установленной арматуры. Для эффективного выбора арматуры необходимо иметь документальные данные о случаях отказа арматуры и обо всех особенностях её эксплуатации. Часто такая информация недоступна, так как её раскрытие противоречит интересам фирм-изготовителей и потребителей.

Серьезной проблемой в арматуростроении является обилие различных национальных и отраслевых норм и стандартов, по которым изготовляется арматура. Бывали случаи, когда для нефтехимических предприятий ошибочно поставлялась арматура, выполненная по нормам для химических предприятий, или для европейских заказчиков — арматура по американским стандартам.

Отмечалось, что важным вопросом является информация фирм-изготовителей и проектировщиков об изменениях конструкции, производимых потребителями.

Выводы

Американское арматуростроение переживает в настоящее время глубокий спад, обусловленный как общеэкономическим застоем, так и снижением конкурентоспособности на мировом и внутреннем рынке в связи с завышенным курсом доллара. Загрузка производственных мощностей отрасли в 1983 г. составляла всего 46%.

Техническая политика американского арматуростроения формируется тем фактом, что базовой областью потребления арматуры в настоящее время является замена на действующих предприятиях.

Автоматизация на основе ЭВМ в ходе технического перевооружения химической и нефтехимической промышленности ставит задачи создания арматуры, способной работать в цифровых системах управления большой разрешающей способности, обладающей уточненными расходными характеристиками и повышенной точностью позиционирования; приводов и исполнительных механизмов повышенного быстродействия; использования электроники (в том числе микроциклоров) в приводах арматуры.

В химической промышленности наиболее важной тенденцией является все более широкое применение дисковых затворов повышенного давления. Сейчас везде, где только возможно, на трубопроводах больших проходов стремятся использовать вместо задвижек дисковые затворы и краны. Растет применение поршневых исполнительных механизмов вместо мембранных.

базовой причиной выхода арматуры из строя в химической и нефтехимической промышленности США является неправильное её применение (несоответствие материала деталей рабочей среде, неучет всех особенностей эксплуатации и параметров трубопроводной системе, неправильное обслуживание — прежде всего использование дополнительных рычагов для герметизации узла затвора).

Вторая важная причина отказов арматуры — течь через корпус. Стандартные гидроиспытания арматуры с выдержкой под давлением в течение нескольких минут не обеспечивают выявления всех случаев пористости литья. Предлагается ввести периодическую проверку литья методами радиационной дефектоскопии, и изучить вопрос о пересмотре технологии стандартных гидроиспытаний

Стремление повысить конкурентоспособность своей арматуры толкает фирмы-изготовители к снижению себестоимости. К связи с этим за последние годы отмечается серьезное снижение качества арматуру американских фирм. Под давлением потребителей фирмы-изготовители вводят в жизнь специальные программы повышения качества, совершенствуют системы предпродажного и послепродажного обслуживания.

Источник:http:///www.valverus.info