Нормальная работа технологического оборудования НПС, находящегося под давлением рабочей среды, во многом определяется герметичностью его уплотнений в подвижных и неподвижных соединениях. Разгерметизация соединений сопровождается потерями нефти и существенно влияет на безопасность работы оборудования, приводит к загрязнению
окружающей среды. В течение многих лет эксплуатации технологического оборудования замечено, что основное количество отказов запорной арматуры, связанных с образованием протечек в разъемных соединениях, происходит в летний период времени.
Нарушение герметичности происходит при повышении давления жидкости в корпусе задвижки, нагретой солнечной энергией, выше расчетных значений.
Эксплуатируемые задвижки, как известно, бывают двух типов: клиновые и шиберные. Конструктивно они имеют принципиальные различия. Клиновая задвижка имеет более простую конструкцию, в открытом состоянии она всегда находится под расчетным давлением и не имеет герметичной полости. В закрытом состоянии под крышкой задвижки возникает некий герметичный объем, заполненный нефтью под давлением, которое действовало в нефтепроводе в момент закрытия задвижки.
В летнее время суточные перепады температуры могут достигать 20 °С, то есть корпус задвижки и нефть в замкнутом объеме под крышкой днем разогреваются, а ночью охлаждаются. При нагреве в корпусе задвижки возникает избыточное давление нефти существенно больше расчетного. Сброс давления происходит с вытеснением части
жидкости через сальниковое уплотнение или уплотнение разъема «корпус- крышка».
Для решения задачи по защите задвижки от превышения нормативных параметров давления необходимо выяснить, какое давление может возникнуть при температурном расширении жидкости в герметичном сосуде.
Рассмотрим в качестве примера задвижку с герметичной полостью, в которой находится жидкость под определенным давлением. Жидкость при нагревании будет расширяться, что может привести к значительному возрастанию давления и, как следствие, утечкам через
уплотнения.
При стандартных условиях:
Р0 = 0,1013 МПа и Т0 = 293 К;
V0 = 0,1, где V0 - объем полости задвижки, м3;
h0 = 0,5, где h0 - высота полости, м;
δ0 = 0,01, где δ0 - толщина стенки корпуса, м.
Рассматриваемая жидкость - нефть:
ρ0 = 860, где ρ0 - плотность при стандартных условиях, кг/м3;
К = 1,5 · 103, где К - модуль упругости, МПа.
Корпус задвижки изготовлен из стали:
α т = 3,3 · 10-5 - температурный коэф-
фициент объемного расширения, м3/град;
Е = 2,06 · 105 - модуль Юнга, МПа.
В момент закрытия задвижки и герметизации полости давление в последней составило Р1 = 1,6 МПа.
Определим зависимость давления в корпусе задвижки от изменения температуры. При этом будем полагать, что масса нефти (при отсутствии утечек) в полости в замкнутом объеме не изменяется.
Окончательно получим выражение определения конечного давления:
P2 = P1 + 0,85 Δ T.
Как видно из формулы, конечное давление в полости задвижки линейно зависит от величины перепада температуры.
Задаваясь значениями температурного перепада в пределах от 0 до 10 °С, рассчитаем величину конечного давления в полости задвижки. Результаты вычисления приведены в таблице; полученная зависимость давления от температуры изображена на рис. 1.
Из вышеприведенных расчетов видно, что давление существенно повышается даже при малом увеличении температуры.
На сегодняшний день проблема повышения давления в полости запорной арматуры решается путем выезда линейных трубопроводчиков на задвижку и сброса избыточного давления с помощью кратковременного ее открытия, согласно требований п. 4.6 «сброс избыточного давления из корпуса задвижек при температуре окружающей среды свыше 30 єС» Регламента входного контроля, технического обслуживания, ремонта, технического освидетельствования запорной арматуры и обратных затворов объектов магистральных нефтепроводов ОАО «АК "Транснефть".
В данной статье предлагается альтернативный метод решения данной проблемы - это применение приспособлений.
Система должна быть технически проста, иметь небольшие размеры.
Разработано устройство (клапан обратный) для сброса избыточного давления из полости под крышкой запорной арматуры (рис. 2.).
Рассмотрим работу этого устройства:
• при закрытии задвижки ее полость отсекается от полости трубопровода и остается заполненной жидкостью под рабочим давлением;
• в теплое время года запорная арматура подвержена воздействию прямых солнечных лучей или повышенных температур в помещении;
• при повышении температуры происходит повышение давления в полости запорной арматуры;
• при повышении давления в полости задвижки выше номинального значения клапан открывается и происходит сброс избыточного давления из полости задвижки в полость трубопровода.
Монтаж клапана производится в резьбовое отверстие внутреннего патрубка задвижки, как показано на рис. 3.
Для уплотнения резьбового соединения штуцер клапана имеет дюймовую коническую резьбу, а отверстие задвижки - дюймовую цилиндрическую.
Для предотвращения попадания в клапан посторонних предметов в верхней крышке выполнены отверстия диаметром 2 мм, а на выходе из клапана установлена защитная пластина с отверстиями.
Создан опытный образец клапана и проведены его испытания на стенде СИ-14 (стенд для испытания и настройки предохранительных и отсечных клапанов).
Таким образом, разработано устройство (клапан обратный) для сброса избыточного давления из полости запорной арматуры, позволяющее предотвратить разрушение прокладки фланцевого соединения "корпус-крышка" и сальникового уплотнения штока.
