СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ ИЗНОСА ШАРОВЫХ КРАНОВ Российский патент 2001 года по МПК F16K5/06 

Изобретение относится к запорной арматуре, в частности к технологии ремонта и восстановления работоспособности шаровых кранов, и может быть использовано в газовой, химической и других отраслях промышленности, в том числе технологических коммуникациях газодобывающих и газотранспортных систем.

Известен способ защиты от износа шаровых кранов, основанный на введении герметизирующей пасты в узлы уплотнения шарового затвора (см. А.М. Большаков и др. Опытно-промышленный ремонт шаровых кранов. - Газовая промышленность, 1998, N 12.)
Указанный способ не обеспечивает устранение негерметичности запорной арматуры на длительный срок, так как восстановление герметичности экранированной части сопряжения "седло-сфера" требует разработки специализированного стенда, позволяющего получить необходимый разворот шарового затвора, открывающего доступ зонда с пастой в эту часть крана. Такой способ не позволяет получить качественное восстановление уплотнительного элемента седла. Процесс абразивного изнашивания сопряжения, деформация зоны контакта не устраняются и могут прогрессировать, что приводит к необходимости замены самого крана. Кроме того, работы по замене крана, связанные с переврезкой, трудоемки, небезопасны и требуют больших затрат. Замена изношенных уплотнений кранов со сварным корпусом экономически не выгодна и требует больших транспортных и технологических расходов.

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является способ защиты от износа шаровых кранов, основанный на устранении негерметичности сопряжения "седло-сфера" путем закачки через смазочные каналы с помощью нагнетательного устройства полимерной герметизирующей пасты в положении крана "Закрыто" (см. Г.С. Крутенко, Е.В. Трофимов. "Жидкость для гидросистем и герметизирующий материал для запорных кранов магистральных газопроводов" - обзор ВНИИ ГАЗПРОМа, серия "Транспорт и хранение нефти и газа", 1988, вып. 8).

Недостатком известного решения является невысокая степень герметизации, обусловленная тем, что смазочные каналы кранов диаметром, равным 1 мм, забиты продуктами полимеризации от смазки и технологической грязью, что не всегда позволяет подать в зону контакта полимеризующийся материал с различной степенью вязкости. Осаждающиеся механические примеси внутри корпуса и фланца крана вследствие вибрации газопровода уплотняются, тщательно сепарируются и заполняют все зазоры (пустоты) внутри крана, в том числе попадают в узлы подпятника и шпинделя крана, а также в зону контакта уплотнительного элемента седла с поверхностью сферы. При этом в процессе вращения сферы и прохождения скоростного потока газа происходит интенсивное изнашивание зоны контакта и как следствие нарушение герметичности крана.

Инородные тела, такие как окалина, огарки электродов и другие, попадают в зазор между поверхностями сферы, корпуса и фланца, заклиниваются и при вращении сферы образуют поперечные царапины и борозды на уплотнительных элементах седел. Это приводит к полной потере работоспособности шарового крана.

Кроме того, этот способ предназначен для аварийных ситуаций в положении крана "Закрыто", и число срабатываний крана не превышает 2-3 раз, после чего, как правило, происходит срыв пасты в газопровод или ее "закусывание" сферой. Срыв пасты в газопровод происходит из-за того, что из смазочных каналов под давлением пресс-масленки паста подается на внешнюю сторону уплотнительного элемента седла, находящуюся в зоне проходного сечения крана, где не имеется условий для сопротивления ее воздействию скоростного напора газа.

В основу настоящего изобретения положена задача создания способа защиты от износа шаровых кранов, обеспечивающего снижение интенсивности изнашивания деталей герметизирующего контакта в сопряжении "седло-сфера" путем создания промежуточного уплотнительного кольца-оболочки из полимеризующегося материала в зазоре между поверхностями сферы, корпусом крана и седлами, следствием чего является увеличение срока службы шаровых кранов.

Поставленная задача достигается тем, что в способе защиты от износа шаровых кранов, включающем введение полимерной герметизирующей пасты в узел уплотнения шарового крана и последующую выдержку до завершения процесса полимеризации, согласно изобретению указанную пасту вводят в предварительно подготовленную полость крана под давлением, достигаемым серийно-применяемой пресс-масленкой при ΔР = 0,4 МПа через сливной штуцер в положении крана "Открыто" с образованием в процессе полимеризации герметизирующей пасты уплотнительного кольца-оболочки в зазоре между поверхностями сферы, корпусом крана и седлами.

Целесообразно введение полимерной пасты под давлением осуществлять до появления ее в отверстии декомпрессионного штуцера крана.

Сущность способа поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид шарового крана; на фиг. 2 изображен узел смазки; на фиг. 3 показан общий вид крана после закачки в него герметизирующей пасты; на фиг. 4 показан узел смазки после закачки в него герметизирующей пасты.

Шаровой кран включает корпус 1, подшипник 2 подпятника 3, уплотнительное кольцо 4, сферу 5, фланец крана 6, узел смазки 7, состоящий, собственно, из масленки 8, смазочных каналов 9, проходящих в корпусе седла 10 для подачи смазки в зону контакта уплотнительного элемента 11 со сферой 5. В корпусе крана расположен шпиндельный узел 12 с подшипниками скольжения 13, а также имеются декомпрессионное 14 и сливное 15 штуцерные отверстия диаметром 14 мм, через которые с помощью дренажных клапанов 16, диаметром 0,5 мм, осуществляется соответственно сброс давления газа и слив скопившейся жидкости (вода, конденсат) в атмосферу, причем механические примеси, продукты коррозии, инородные тела практически не удаляются.

Способ осуществляют следующим образом.

После тщательной промывки полости крана в закрытом или слегка приоткрытом положении и растворении образовавшихся на поверхности сферы 5 (см. фиг. 2) продуктов адгезии полость крана продувается и высушивается. Затем в положении крана "Открыто" под давлением через сливной штуцер 15 запрессовывается полимерная герметизирующая паста, так чтобы были выбраны все зазоры между поверхностью сферы 5 и внутренней поверхностью корпуса 1 и фланца 2 крана. Контроль заполнения пастой всего объема зазоров осуществляют путем фиксации момента появления ее в отверстии декомпрессионного штуцера 14. После истечения некоторого времени, когда завершится процесс полимеризации, образуется третье, запорно-регулирующее кольцо-оболочка 17, находящаяся между двумя основными 11, причем полученное кольцо-оболочка полностью находится во внутренней полости крана, заполнив все зазоры и места скопления механических примесей, а также между внутренними поверхностями уплотнительных элементов 11 седла 10 (фиг. 4) и, следовательно, практически не подвергается воздействию скоростного напора газа при срабатывании крана, что увеличивает долговечность кольца-оболочки.

Кроме того, вследствие изменения траектории движения скоростного потока газа с механическими примесями устраняется интенсивное изнашивание поверхности уплотнительного элемента 11 седла 10, контактирующей с поверхностью сферы 5, что также способствует увеличению срока службы сопряжения "седло-сфера".

При незначительном открытии крана высокоскоростной поток газа устремляется только в отверстие переходного сечения крана и не попадает в зазор между поверхностями сферы 5 и корпуса 1 крана, т.к. там находится кольцо-оболочка 17, препятствующая перетоку газа через зазор, сепарации механических примесей, а также гидратообразованию и наружному оледенению крана.

В процессе запрессовки полимеризующегося уплотнительного материала и незначительных проворотах сферы 5 материал проникает в подшипник 2, подпятник 3 и заполняются все зазоры в этой части крана. В результате этого происходит так называемый эффект "всплытия" сферы 5 крана заключающийся в том, что сфера занимает строго фиксированное рабочее положение, при этом устраняются все технические перекосы и заклинивания в подшипнике 2 и подпятнике 3 и резко уменьшается усилие, необходимое для вращения сферы 5. Такое ее устойчивое положение сохраняется и после полимеризации уплотнительного материала.

При выборе герметизирующего уплотнительного материала, используемого в предлагаемом способе, необходимо руководствоваться следующим:
- в процессе закачки материала в зазор между корпусом и сферой крана, он должен заполнить все зазоры в сопряжении "седло-сфера";
- материал должен обладать минимально возможной адгезией к поверхности сферы;
- обладать высокими прочностными характеристиками, обеспечивающими сопротивление перепаду давления газа до 8-10 Мпа;
- вязкостные характеристики материала практически не должны меняться в широком диапазоне температур (-45 - 120^oC);
- материал должен быть доступен по цене, обеспечивая экономически выгодный процесс восстановления кранов;
- материал должен обеспечивать наименьшую трудоемкость при запрессовке (подаче) его во внутреннюю полость крана.

В качестве такого герметизирующего уплотнительного материала можно использовать полимерные композиции, например, на основе полисульфидных каучуков (тиоколы), полиэфирных смол (ПН-1), или полиуретановых каучуков (К-31, СКПС), содержащих или не содержащих отвердитель (последний определяет время полимеризации композиции).

Такие герметизирующие материалы выпускаются как отечественной промышленностью, так и за рубежом, например фирмой "Диамант" Германия.

Проведенные стендовые испытания показали, что при реализации описанной схемы обеспечивается получение кольца-оболочки, которое не разрушается при срабатывании крана от 23 и более циклов при ΔP = 0,4 МПа.

Кроме того, предлагаемый способ восстановления работоспособности и увеличения срока службы шаровых кранов может быть использован как в процессе эксплуатации кранов, так и в процессе их изготовления в заводских условиях.

Изобретение предназначено для использования в газовой, химической и других отраслях промышленности для ремонта и восстановления работоспособности шаровых кранов. Способ защиты от износа шаровых кранов включает введение полимерной герметизирующей пасты в узел уплотнения шарового крана и последующую выдержку до завершения процесса полимеризации. Указанную пасту вводят в предварительно подготовленную полость крана под давлением через сливной штуцер в положении крана "Открыто" с образованием в процессе полимеризации герметизирующей пасты уплотнительного кольца - оболочки в зазоре между поверхностями сферы, корпусом крана и седлами. Способ позволяет обеспечить снижение интенсивности изнашивания деталей герметизирующего контакта в сопряжении "седло - сфера" и увеличить срок службы шаровых кранов. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ защиты от износа шаровых кранов, включающий введение полимерной герметизирующей пасты в узел уплотнения шарового крана и последующую выдержку до завершения процесса полимеризации, отличающийся тем, что указанную пасту вводят в предварительно подготовленную полость крана под давлением через сливной штуцер в положении крана "Открыто" с образованием с процессе полимеризации герметизирующей пасты уплотнительного кольца - оболочки в зазоре между поверхностями сферы, корпусом крана и седлами. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что введение полимерной герметизирующей пасты осуществляют до появления ее в отверстии декомпрессионного штуцера крана.