Герметичность — способность конструкции не пропускать наружу жидкости, газы и производные вещества. Характеристика влияет на выбор труб, арматуры, а также емкостей для подачи, хранения и транспортировки среды.
Непроницаемость конструкций учитывают, когда проектируют, устанавливают, эксплуатируют и ремонтируют трубопроводы. Когда говорят об утечке рабочей среды под давлением, понимают проникновение через стенки или места соединений деталей.
Стандарты качества трубопроводов
Сочетание двух букв «ДУ» или «DN» обозначает способность конструкции пропускать поток жидкостей и газов. Первый вариант применяют в российских стандартах качества. Вторая маркировка характерна для зарубежных нормативов.
Характеристика обозначает условный внутренний диаметр — пространство, которое занимает жидкость или газ при перемещении. Параметр «ДУ» используют при выборе присоединяемых частей: муфт, затворов, переходников.
Иногда применяют второе название — номинальный диаметр.
Величина напора в трубе
Для обозначения номинального давления в системе используют два латинских символа «PN». Это наибольший напор жидкости или газа, который выдерживает труба без повреждения. Единица измерения — кгс/см2.
При назначении «PN» учитывают ресурс износа. Параметр зависит от материала, толщины стенок и размеров проката. Чтобы определить прочность стандартной трубы, при T = 20 0C проводят гидравлические испытания. Все действия, связанные с организацией контрольных мероприятий, описаны в стандарте № 32388-2013.
Кроме «PN», используют характеристики:
- Рабочий напор (Pр) и избыточное давление на входе в систему (Pн). Стандарт указывает на обязательное соблюдение пропорции Pн≥ Pр.
- Давление настройки Pн — максимальный напор на входе в предохранительный клапан. Нормой считают ситуацию, когда в момент приложения усилий запор закрыт, участок трубы герметичен. Если система работает в режиме отсутствия противодавления, принимают равенство: Pн = Pр.
Затвор — совокупность подвижных и жестко закрепленных частей, которые регулируют рабочий поток. Детали перекрывают доступ или образуют проходное сечение.
Полный список требований к трубопроводной арматуре перечислен в ГОСТ Р 54808-2011.
За рубежом качество продукции регламентируют документы: NACE MR-01-75, DIN № 2402-76, № 3230, № 3230 и другие.
Сфера действия норматива
Отечественный регламент определяет метод назначения норм и классов герметичности. Документ распространяется на конструкции, которые отвечают критериям:
- типу: клапаны, краны, дисковые затворы, задвижки, комбинированные изделия;
- назначению: невозвратно-управляемая, распределительно-смесительная, предохранительная, запорная, обратная, фазоразделительная арматура;
- максимальному и минимальному значению напора: PN1–PN420;
- диаметру: DN3–DN2000.
Испытания трубопроводной арматуры
Основные критерии проверки — соответствие нормам и классам. Первый раз параметры проверяют во время испытания в лаборатории. Согласно ППР, критерии контролируют при эксплуатации.
В трубопроводных системах используют газообразные и жидкие вещества, которые отвечают требованиям безопасности. При выборе жидкостей учитывают численное значение вязкости. Наиболее распространенные вещества: воздух, разные природные газы, вода, растворы с химическими добавками против коррозии.
Выбор компонента зависит от состава, характеристик, цели, условий эксплуатации. Если в системе течет жидкость, для стандартных испытаний берут воду. Обязательное условие — рабочая среда не должна подпадать под определение «опасные вещества».
Стандарт предупреждает: не следует для испытаний брать воздух вместо воды. Исключения — согласование вопроса с заказчиком и проведение контрольных мероприятий на атомных электростанциях.
В регламенте перечислены критерии, когда можно в лабораторных условиях применять жидкости и газы.
Режим проведения испытаний на трубах
Основной критерий качества арматуры — способность выдержать напор (Pисп). Величина испытательного давления зависит от среды и назначения узла.
| Арматура | Рабочая среда |
| воздух | вода |
| Регулирующая | 0,4 МПа |
| Запорная | (0,6 ±0,1) МПа | 1,1PN |
| Предохранительная | Pн |
| Обратная | (0,6 ±0,1) МПа | 1,1PN |
Стандартный режим проведения испытаний:
- температура +5-+40 0C;
- нормальная влажность воздуха.
Нормы и классы герметичности затворов труб
Буквой «Q» обозначают максимальное значение допустимой утечки среды в запорном устройстве. Норма зависит от полученных после испытаний значений Pисп.
Если для контроля используют воду, применяют формулу: Рисп = 1,1*PN. Когда для испытаний выбирают воздух, устанавливают Рисп = 0,6 МПа.
Стандарт определяет 10 групп герметичности затворов: G, F, EE, E, D, СС, С, В, AA, А. При проверке конструкции класса «А» следят, чтобы во время испытаний не было видимых утечек.
Для оставшихся девяти групп установлена пропорциональная зависимость: коэффициент умножают на величину номинального диаметра. Формула определения нормы герметичности для класса «D»: Q = 30*DN (воздух) и Q = 0,10*DN (вода). Для каждого класса установлены свои множители.
В таблице ниже представлены результаты вычислений. Примеры относятся к трубам с условным диаметром 3, 100 и 2000 мм.
| DN | Нормы герметичности труб, (Q), мм3/с для указанных классов |
| G | F | EE | E | D | СС | С | В | AA |
| вода |
| 3,00 | 6,00 | 3,00 | 1,20 | 0,90 | 0,30 | 0,24 | 0,09 | 0,03 | 0,018 |
| 100,00 | 200,00 | 100,00 | 39,00 | 30,00 | 10,00 | 8,00 | 3,00 | 1,00 | 0,60 |
| 2000,00 | 4,0*103 | 2,0*103 | 780,00 | 600,00 | 200,00 | 160,00 | 60,00 | 20,00 | 12,00 |
| | воздух |
| 3,00 | 1,8*104 | 9,0*103 | 1,4*103 | 900,00 | 90,00 | 67,00 | 9,00 | 0,90 | 0,60 |
| 100,00 | 6,0*105 | 3,0*105 | 4,7*104 | 3,0*104 | 3,0*103 | 2,2*103 | 300,00 | 30,00 | 18,00 |
| 2000,00 | 1,2*107 | 6,0*106 | 9,4*105 | 6,0*105 | 6,0*104 | 4,5*104 | 6,0*103 | 600,00 | 360,00 |
Альтернативный метод определения непроницаемости трубопровода
Стандарт допускает устанавливать норму герметичности по количеству капель воды (или пузырьков воздуха). Подробно методы описаны в ГОСТ Р 53402-2009:
- Qвозд и Qводы — норма герметичности;
- Vвозд и Vводы — объемная масса (пузырька или капли), в зависимости от внутреннего диаметра насадки, соединенной с выходным патрубком.
Формула расчета количества капель или пузырьков: N = Q/V. Для каждой среды подставляют свои значения.
Способы определения утечек предохранительных конструкций трубопроводов
Для определения характеристики используют упрощенные формулы. Первый вариант: Pисп = Pн, если в КД не указано иное (Pн — давление, установленное при настройке).
Второе соотношение: Pисп = Pн, когда заказчик не выдвигает своих требований. Буквой Pн обозначают минимальное давление, указанное в настройке.
Кроме формул, регламент разрешает использовать данные таблицы «Норма непроницаемости».
Нормы герметичности затворов определяются состоянием рабочей среды, условной пропускной способностью (Kvу) и двумя параметрами давления:
- относительным перепадом — ΔРисп;
- абсолютным, — измеряемым до арматуры, — P1абс.
В зависимости от относительной утечки в затворе, стандарт устанавливает классы герметичности для каждой среды:
- воздуха: IV-S2, IV-S1, IV, III, II и VI;
- воды — V, IV-S1, IV, III, II и I.
Рекомендации о назначении классов герметичности труб
В нормативе приведена таблица, которая помогает выбрать элементы запорного узла. Исходные данные сгруппированы по признакам:
- рабочая среда: газ, жидкость;
- тип уплотнения: «металл-металл», «мягкое»;
- вид арматуры: обратная, регулирующая, запорная, фазоразделительная, другая;
- элементы конструкции: клапаны, задвижки, дисковые затворы, краны.
Если в ячейке стоит крестик, регламент рекомендует применять изделие с указанным классом герметичности. Например, для обратной арматуры с уплотнением «металл-металл», конструкция работает на воде, выбирают клапаны и затворы классов: «EE», «CC», «D», «G», «F», «D», «E» «C».
Когда выбирают параметры затворов регулирующей арматуры, учитывают конструктивное исполнение клапана:
- односедельный;
- клеточный (разгруженный и нет);
- двухседельный;
- в комплекте с мягким уплотнителем и без прокладки.
Нормы и классы — основные параметры, которые определяют герметичность элементов, труб и всей системы.
