Спирателен кран за тръбопроводи и стебло за него

Изобретението се отнася до тръбопроводна арматура, и по-специално до клапани за затваряне на тръбопроводи и регулиране на потока от среди, преминаващи през тях, по-специално пара или вода, с висока температура и налягане. В спирателен кран за тръбопроводи, състоящ се от тяло с входяща и изходяща тръба, свързана с ярема, стебло, херметично монтирано в тялото с възможност за възвратно-постъпателно движение по оста му и свързано към шпиндела, свързано с ярема чрез резбова връзка, стеблото е изработено от титанова сплав, чиято повърхност има оксиден филм, образуван в резултат на термично окисление на стеблото. Използването на стебло от титанова сплав с оксидирана повърхност в спирателния вентил значително намалява корозията на стеблото и тялото на клапана, като по този начин увеличава експлоатационния живот на стеблото и спирателния вентил. 2 сек. и 1 з.п. ф-лия, 1 ил.

Добре известно е, че едно от основните изисквания към спирателните вентили, работещи в тръбопроводи за пара или вода при висока температура и налягане, е тяхната устойчивост на корозия в тези среди.

При разработването и конструирането на спирателната арматура внимателно се изучават характеристиките на материалите, от които са изработени частите на спирателната арматура и тяхното поведение в специфични работни среди.

Известно е, че титанът и неговите сплави имат добра устойчивост на корозия в среди, в които има дори следи от влага или вода (вижте брошурата на TIMET Titanium Tubes).

Въпреки това е известно, че титанът и неговите сплави със стомана са широко разпространениизползвани в спирателните вентили са електрохимична двойка, разликата в електродните потенциали между титанова сплав и въглеродна стомана е доста голяма, така че може да има значителна контактна корозия между тях (виж книгата Н. Д. Томашов, Р. М. Алтовски. Корозия и защита на титан. - М .: Mashgiz, 1963, стр. 61).

В добре познатото затварящо устройство за тръбопроводи (вижте каталог Промишлени тръбопроводни фитинги. Част II (книга 1). - М .: TsINTI Khimneftemash, 1989, стр. 17-18), съдържащо тяло с капак, багажник, уплътнителни пръстени на салниковата кутия и диск, този недостатък се елиминира от факта, че всички основни части: тяло, капак и диск, които са в контакт един с друг чрез работната среда, са изработени от титаниева сплав. Стойката е изработена от стомана, уплътнителните пръстени на салниковата кутия са флуоропластични. Това устройство обаче изисква голям разход на титаниева сплав, което е неикономично и неефективно.

Най-близкият по техническа същност до предложеното изобретение е спирателен вентил за тръбопроводи и стебло за него (виж книгата. Imbridsky M.I. Наръчник на фитинги за топлоелектрически централи. - М.: Енергоиздат, 1981, стр. 98-99).

Спирателният вентил съдържа тяло с входни и изходни тръби, свързани към ярема; прът, херметично монтиран в корпуса с възможност за възвратно-постъпателно движение по оста си, свързан към шпиндела, свързан към ярема чрез резбова връзка.

Корпусът, шпинделът, прътът са изработени от материали, които имат относително висока устойчивост на корозия при работа при стресови условия, по-специално в парни или водни линии при налягане до 40 MPa и температури до 560 o C; този материал е стомана.

Спирателният вентил работи по такъв начин, че ако се отвори, стеблотосе движи нагоре, плъзга се по вътрешната повърхност на уплътнението, притиска се през долната кутия от затягаща щанга и по този начин отваря отвор в тялото, в резултат на което водата преминава през тялото, запълвайки неговата кухина; когато вентилът е затворен, стеблото се плъзга надолу по вътрешната повърхност на уплътнението, затваряйки отвора в тялото.

Недостатъкът на този клапан е неговата ниска производителност, по-специално значително корозивно износване на стеблото, което ограничава експлоатационния живот и намалява надеждността на спирателния вентил.

Това се дължи на следните фактори: намирайки се в работната среда (пара или вода с висока температура и налягане), всички елементи на клапана в контакт с тази среда са подложени на корозия. Когато прътът корозира, повърхността му се разрушава, става неравна и, движейки се нагоре и надолу по повърхността на уплътнението, разрушава вътрешния слой на уплътнението в контакт с повърхността на пръта, в резултат на което се нарушава плътността между уплътнението и пръта; работната среда, пара или вода, с висока температура и налягане, започва да се просмуква нагоре, което води до разрушаване на цялото уплътнение, в резултат на което работната среда започва да контактува с повърхността на корпуса, което естествено води до корозия на корпуса на това място.

Освен това, в допълнение към горното, протичането на корозионния процес се влияе от електрохимична двойка (прът-корпус). Добре известно е, че азотирането на повърхността му се използва за увеличаване на повърхностната якост на величествен прът.

По този начин, въпреки очевидната близост на материалите (тяло-пръчка) в природата, ефектът от горните фактори, дори и незначителен, причинява спонтанно кумулативно ецване на повърхността на материала на пръта като най-интерфазна система.

Най-близо до претендирания прът е прътът, използван в спирателния вентил (виж книгата. Imbridsky M.I. Наръчник за фитинги за топлоелектрически централи. - М: Енергоиздат, 1981, стр. 98-99), който е вал, изработен от стомана.

Недостатъкът на стеблото, използван в спирателни вентили на тръбопроводи за вода и пара при висока температура (до 560 o C) и налягане (до 40 MPa), е неговата ниска устойчивост на корозия, което влошава надеждността и експлоатационния живот на спирателните вентили.

Известно е, че азотирането се извършва за увеличаване на твърдостта на стоманената повърхност.

Но дори и азотираната повърхност на стеблото, използвана в спирателни вентили, работещи при стресови условия, е обект на корозия.

Това се дължи на факта, че, първо, самата среда (пара, вода) корозира азотираната повърхност на пръта, и второ, поради факта, че азотираната повърхност на стоманения прът има по-положителна стойност на електродния потенциал от този на стоманения корпус, се появява допълнителен контакт, локална електрохимична корозия и високотемпературна газова корозия, което намалява експлоатационния живот на пръта и, разбира се, надеждността на спирателния вентил.

Този проблем се решава от факта, че в известна спирателна арматура за тръбопроводи, съдържаща тяло с входящи и изходящи тръби, свързани с хомота, стебло, херметично монтирано в тялото с възможност за възвратно-постъпателно движение по оста му и свързано към шпиндела, свързано с хомота чрез резбова връзка, съгласно изобретението стеблото е направено от титанова сплав, чиято повърхност има оксиден филм, образуван в резултат на термично окисляване на стъблото.

Съотношението на площите в контакт една с друга чрез работната среда (пара или вода)повърхността на стеблото към повърхността на тялото е по-малка или равна на единица.

Тази задача съгласно изобретението се решава и от факта, че стеблото за спирателния вентил, което е вал, е направено от титанова сплав, чиято повърхност има оксиден филм, образуван в резултат на термично окисление на стеблото.

Изпълнението на стеблото от титанова сплав, която има оксиден филм, който се създава в резултат на термично окисляване на повърхността на стеблото, намалява корозията на стеблото, както и на стоманеното тяло на клапана поради намаляване на електрохимичните процеси, протичащи между тях.

Нека разгледаме протичащите процеси на корозия за двойка: стоманен корпус и прът от титанова сплав с окислена повърхност: а) по време на контактна електрохимична корозия при условия на по-близки стойности на електродните потенциали (окислена стомана-титан) в сравнение със стойностите на електродните потенциали (стомана-стомана с азотирана повърхност), скоростта на корозия е изключително ниска.

- електроден потенциал: стомана 20X13 в 5% p-pe NaCl съответства на

-0,300 V TiO2 в 5% p-pe NaCl съответства на

-0,295 V); б) локално електрохимично ецване (корозия) на по-равномерен структурно-фазов състав, както по повърхността, така и в дълбочина на окисления титан (TO2), е по-малко вероятно в сравнение с локалната електрохимична корозия, възникваща в случай на азотирана стоманена повърхност; в) високотемпературната газова корозия на окислена титанова сплав поради постигането на възможно най-висока степен на окисление на етапа на окисление и по-нисък коефициент на дифузия на кислород в титановата сплав, в сравнение с желязото (Fe), практически е изключена при температурните условия на работа на пръта.

Следователно, изпълнението на стъблотов спирателен вентил, изработен от титанова сплав с оксидирана повърхност, е по-предпочитан от стебло, изработено от стомана, дори и с азотирана повърхност, поради значително по-малкото рискови фактори, които допринасят за възникването на корозионни процеси.

Близките стойности на електродните потенциали на повърхностите на стоманения корпус и оксидирания титанов прът, термодинамичната устойчивост на повърхността на окисления титанов прът към корозионни процеси също предопределят по-голямата корозионна устойчивост на повърхността на стоманения корпус в двойка стомана - оксидиран титан, в сравнение с двойка стомана - азотирана стомана (според прототипа).

Намаляването на корозията върху повърхността на стеблото помага да се поддържа вътрешната повърхност на уплътнението в постоянен контакт с повърхността на стеблото, т.е. поддържа се плътност между стеблото и уплътнението, в резултат на което се повишава надеждността на клапана, увеличава се експлоатационният му живот, освен това се елиминира образуването на корозия върху повърхността на капака, в мястото на контакт с външната повърхност на уплътнението.

Както показват проучванията, проведени в GNPP "Motor", корозионните процеси са по-слаби, ако повърхността на пръта, изработен от титанова сплав с окислена повърхност (катод), е по-малка или равна на повърхността на корпуса (анода), които са в контакт един с друг чрез работната среда (пара или вода).

Благодарение на изпълнението на стеблото (за клапана) от титанова сплав с окислена повърхност, локалната електрохимична корозия се намалява поради по-равномерен структурно-фазов състав както по повърхността, така и в дълбочина на оксидираната титанова сплав, дори и с нейния повреден слой.

В допълнение, високотемпературна газова корозия на окислен титансплав е практически изключено при температурните условия на работа на този прът поради постигането на възможно най-висока степен на окисление в етапа на окисляване и по-нисък коефициент на дифузия на кислород в титановата сплав в сравнение с желязото.

Същността на изобретението е илюстрирана на чертежа, който показва общ изглед на спирателния вентил със стебло, разрез.

Спирателният вентил се състои от тяло 1 с входящи и изходящи тръби, хомут 2 с гайка 3, осигуряващ резбова връзка с шпиндела 4, свързан към стеблото 5 чрез сферична връзка 6 и свързан към маховика 7, затягаща щанга 8, монтирана над голямата кутия 9, поставена над уплътнението 10, направена под формата на азбесто-графитни пръстени. Докато прътът 5 е монтиран в корпуса 1 херметично с възможност за възвратно-постъпателно движение по оста му.

Спирателният вентил работи по такъв начин, че когато се отвори, шпинделът 4 с стеблото 5 се издига, отваряйки отвора в корпуса 1 и работната среда (пара или вода) навлиза в кухината на корпуса 1. Когато клапанът е затворен, шпинделът 4 с стеблото 5 се спуска надолу, като по този начин блокира движението на работната среда през кухината на корпуса 1.

Чрез използването на стебло от титанова сплав с оксидирана повърхност, корозията на стеблото и тялото на клапана е значително намалена, като по този начин се увеличава надеждността и експлоатационния живот на стеблото и спирателния вентил.

1. Спирателен вентил за тръбопроводи, съдържащ стоманен корпус с входни и изходни тръби, свързани с хомота, стебло, херметично монтирано в тялото с възможност за възвратно-постъпателно движение по оста му и свързано с шпиндел, свързан с хомота чрез резбова връзка, характеризиращо се с това, че стеблото е направено от титанова сплав, чиято повърхност имаоксиден филм, образуван в резултат на термично окисляване на пръта.

2. Спирателен вентил съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че съотношението на площта на повърхността на стеблото, контактуваща една с друга през работната среда, към площта на повърхността на тялото е по-малко или равно на единица.

3. Стебло за спирателен вентил, направено под формата на вал, характеризиращо се с това, че валът е изработен от титанова сплав, чиято повърхност има оксиден филм, образуван в резултат на термично окисляване на вала.