1.5. Стандарты на арматуру

Стандарты на проектирование

В арматуростроении используется большое количество стандартов, которые позволяют обеспечить взаимозаменяемость арматуры различных изготовителей. В ведущих арматурных странах работают национальные институты стандартизации.

Такие параметры, как строительные длины, присоединения, размеры фланцев, ряды давлений строго регламентированы государственными, а в последние десятилетия некоторыми международными стандартами. Однако, пока попытки Международной организации по стандартизации (ISO) не получили широкой поддержки арматуростроителей многих стран. Так не удаётся гармонизировать немецкие, британские и американские стандарты даже в части присоединительных размеров. Российское арматуростроение, в основном ориентировано на немецкие стандарты, поскольку начало отечественному арматуростроению положили немецкие промышленники.

В настоящее время национальными органами стандартизации через соответствующие комитеты проводится разработка стандартов для различных видов арматуры и материалов, общих для арматуростроителей стран Европы.

Производственные стандарты качества

Качество арматуры в последние десятилетия улучшилось с принятием промышленностью стандартов по качеству. Большая работа в этом направлении была проведена национальными органами стандартизации, установившими основные требования к качеству изготовления и гарантийные обязательства для производителей арматуры

Международными стандартами, устанавливающими требования к качеству, являются:

ISO – Международная организация по стандартизации – ISO 9000;

EN – Европейский Комитет по стандартизации – EN 29000;

API – Американский институт нефти – SPEC QI;

BSI – Британский институт стандартов – BS 5750;

DIN – Немецкий институт стандартов – DIN EN 982;

ГОСТ – ГОССТАНДАРТ – ГОСТ – 40. 9001, ГОСТ 40. 9002 М 88;

ГОСТ Р – ГОССТАНДАРТ России – ГОСТ Р ИСО 9001.

Они распространяются на разработку, производство, установку и обслуживание арматуры, в целом или только на несколько стадий, в зависимости от уровня гарантии качества. Европейские стандарты по качеству EN 29000, ISO 9000, BS 5750 и DIN EN 982 являются взаимозаменяемыми, и соответствие одному стандарту подтверждает соответствие другим.

Американский стандарт API SPEC QI не взаимозаменяем с Европейскими стандартами, несмотря на то, что имеет много общего с ними.

ISO 9000 – международные стандарты, формулирующие требования к системам качества, которые могут использоваться для гарантии качества. Они изложены в четырёх различных разделах:

– ISO 9000–1. Стандарты по обеспечению качества. Руководящие указания по применению.

– ISO 9000–2. Общие руководящие указания по применению ISO 9002 и ISO 9003.

– ISO 9000–3. Общие руководящие указания по применению ISO 9001.

– ISO 9000–4. Руководство по управлению программой надёжности.

– ISO 9000–87. Руководство по выбору стандартов ISO 9000.

– ISO 9001–87 (ГОСТ 40.9001). QS. Модель для обеспечения качества при проектировании и разработке, производстве, монтаже и обслуживании.

– ISO 9002–87. (ГОСТ 40.9002 М88). QS. Модель для обеспечения качества при производстве и монтаже.

– ISO 9003–87. (ГОСТ 40.9003) QS. Модель для обеспечения качества при окончательном контроле и испытаниях.

– ISO 9004–1. Элементы системы качества. Руководящие указания.

– ISO 9004–2. Управление качеством и обеспечение качества.

– ISO 9004–3. Руководящие указания по перерабатываемым материалам.

– ISO 9004–4. Руководящие указания по улучшению качества.

– ISO 9004–5. Руководящие указания по программе качества.

– ISO 9004–6. Руководство качеством при управлении проектом.

– ISO 9004–7. Руководящие указания по управлению конфигурацией.

– ISO 9004–8. Руководящие указания по административным принципам качества.

– ISO 9004–87. Общее руководство качеством и элементы системы качества.

ISO 9000 – система обеспечения соответствия качества и необходимых гарантий (QA) на всех жизненных циклах создания, производства и эксплуатации изделий. Цель применения системы состоит в том, чтобы обеспечить доверие потребителей, и в том, что поставщик собирается выполнять требования контракта, осуществляя мероприятия, как заявлено в его руководстве по качеству.

Федеральным законом Российской Федерации от 27 декабря 2002 года № 174 «О техническом регулировании», в сферу действия которого входят отношения, возникающие при разработке, принятии, применении и исполнении обязательных требований (в форме технических регламентов) к продукции, процессам производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации. Законом предусмотрено применение и исполнение на добровольной основе требований (в форме стандартов) к продукции, процессам производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации, выполнению работ или оказанию услуг, оценке соответствия (в форме сертификации или декларирования).

Испытания арматуры. Производство и контроль

Испытание и осмотр арматуры выполняются в соответствии с требованиями соответствующих стандартов.

Каждый объект испытаний требует осмотра в месте изготовления перед отгрузкой, и изготовитель обязан снабдить изделия свидетельством, заявляющим, что арматура и её части полностью удовлетворяют требованиям соответствующего стандарта.

Подтверждения о проведенных испытаниях и химическом составе материалов для деталей арматуры или заготовок должны быть получены от поставщиков и, когда требуется, предъявляться покупателю. Это требует полного контроля деталей и комплектующих изделий в процессе производства.

Доказательством того, что арматура способна выдерживать давление в течение срока службы, является испытание собранной арматуры 1,5-кратным гидравлическим или пневматическим давлением и давлением, превышающим в 1,1 раза рабочее давление при проверке герметичности.

В мировой практике приняты обозначения классов арматуры фланцев и фитингов, предложенных Американским институтом стандартов ANSI, аналогично принятому в отечественном арматуростроении делению по условному давлению. Стальную арматуру разделяют на семь классов: 150, 300, 400, 600, 900, 1500 и 2500 (в фунтах на квадратный дюйм). Класс 400 применяют редко.

Номинальное давление соответствует максимально допустимому рабочему давлению не при нормальной температуре (как принято в ГОСТ и DIN), а при повышенной (для углеродистой стали классу 150 соответствует номинальная температура 260°C, для других классов – 454°C, а для легированных сталей она доходит до 608°C и зависит от марки стали).

Полные таблицы рабочих и пробных давлений для стальных фланцев и арматуры классов 150…2500 по американскому стандарту ASTME B.16.5, переведенные в метрическую систему единиц, помещены в [5].

В рабочей практике для грубой оценки часто используют давления, соответствующие классам при температуре от –29 до +38 °C. Классам ANSI для углеродистых сталей при этих температурах соответствуют давления:

В табл. 1.10 приведены значения испытательных давлений для каждого класса

Табл. 1.10. Испытательные давления на прочность и герметичность по ANSI

Испытание под давлением на прочность задвижек должно выполняться в сборе с дисками, клиньями и шпинделями в открытом положении, а в кранах – в полуоткрытом.

Испытательная среда должна подаваться по направлению движения рабочей среды. Клапаны с сальниками должны проверяться подачей среды в противоположном направлении. Для определения герметичности верхнего уплотнения клапан полностью открывают. Испытание места уплотнения должно быть выполнено в течение минимального периода, указанного в табл.1.11.

Табл. 1.10. Продолжительность испытаний, с

Давление должно подаваться следующим образом:

1 Задвижки – последовательно с каждой стороны клина;

2 Клапаны запорные – под золотник;

3 Клапаны обратные – со стороны выходного патрубка;

4 Краны – три раза, последовательно, с каждой стороны пробки.

Как правило, не допускается никаких визуально обнаруживаемых утечек в течение испытательного времени, что должно быть отражено в акте испытаний, подтверждающем, что арматура была проверена в соответствии с требованиями стандарта, с отражением фактических давлений и среды, используемой для испытаний.

В отечественном арматуростроении действует ГОСТ 9544–93, устанавливающий величину допустимых утечек при проверке герметичности запирающих элементов различных видов арматуры.

НПФ ЦКБА разработана более современная версия этого стандарта, который в настоящее время согласовывается с национальными органами стандартизации стран СНГ.

Новый стандарт распространяется на все типы запорной арматуры на номинальное давление РN от 0,1 МПа до 42 МПа и диапазон номинальных диаметров DN от 3 до 2000. Установлены классы герметичности затвора A, B, C, D, B1, C1, D1. В данном случае под термином «затвор» понимается совокупность запирающего элемента и уплотнительной поверхности корпуса арматуры.

Изменились некоторые термины и определения. Вот основные из приведенных в стандарте:

– герметичность затвора – свойство препятствовать газовому либо жидкостному обмену между средами, разделенными затвором;

– класс герметичности – характеристика, оцениваемая наибольшей утечкой пробного вещества через затвор;

– утечка – проникновение вещества из герметизированного изделия через течи в затворе под действием перепада полного или парциального давления;

– испытания на герметичность затвора – испытания для оценки герметичности после воздействия пробным веществом под давлением, установленным в стандартах или технических условиях.

Класс A, по которому утечки не допускаются, соответствует классу А ISO 5208 и ГОСТ 9544–93, а также 1–му классу ГОСТ 9544–75 для арматуры систем специального назначения. Установлен для всех типов запорной арматуры от DN 3 до DN 200 при номинальных давлениях от РN 1 до РN 420 и с номинальными диаметрами от DN 250 до DN 2000 при номинальных давлениях от РN 1 до РN 200.

Испытания проводят воздухом давлением 0,6 МПа или водой номинальным давлением, умноженным на 1,1. Допускается затворы арматуры номинальным диаметром от DN 3 до DN 200 испытывать воздухом номинальным давлением.

Класс В соответствует классу В ISO 5208 и ГОСТ 9544–93. Утечки для арматуры этого класса (в см3/мин) рассчитываются по формулам:

для воды 0,0006 × DN;

для воздуха 0,018 × DN.

Класс В1 соответствует 1 классу ГОСТ 9544–75 для клапанов. Испытания проводятся воздухом. В стандарте даны таблицы допустимых утечек при испытании давлением 0,6 МПа и с пересчетом утечек для испытательного давления, равного номинальному.

Класс С соответствует классу С ISO 5208 и ГОСТ 9544–93. Утечки для арматуры этого класса (в см³/мин) рассчитываются по формулам:

для воды 0,0018 × DN;

для воздуха 0,18 × DN.

Класс С1 соответствует 1 классу ГОСТ 9544–75 для прочей арматуры (кроме клапанов) и 2 классу ГОСТ 9544–75 для клапанов. Приведены таблицы утечек при испытании запорной арматуры всех типов при давлении 0,6 МПа и с пересчетом утечек для испытательного давления, равного номинальному.

Класс D соответствует классу D ISO 5208 и ГОСТ 9544–93. Утечки для арматуры этого класса (в см³/мин) рассчитываются по формулам:

для воды 0,006 × DN;

для воздуха 1,8 × DN.

Класс D1 в части норм утечек при испытании воздухом соответствует 2 классу ГОСТ 9544–75 для прочей арматуры (кроме клапанов), а при испытании водой – 3 классу ГОСТ 9544–75. Применяется для всех типов арматуры до DN 2000. В стандарте приведены таблицы допустимых утечек при испытании воздухом давлением 0,6 МПа и номинальным давлением, а также при испытании водой номинальным давлением, умноженным на 1,1.

Соотношение допустимых утечек для DN 50…150 при испытании водой и воздухом приведены в табл. 1.12 и табл. 1.13.

Табл. 1.12. Допустимые утечки при испытании водой давлением 1,1 PN, см³/мин

Табл. 1.13. Допустимые утечки при испытании воздухом давлением 0,6 МПа для запорной арматуры на PN 6, см³/мин

* нормы герметичности при испытании воздухом для этих классов не предусмотрены

Допустимые утечки, установленные в новом стандарте, соответствуют или меньше утечек по стандартам API–6D и DIN 3230.

Соответствие классов герметичности затворов нового стандарта международным стандартам, ГОСТ 9544–75 и ГОСТ 9544- 93 приведено в таблице 1.14.

Табл. 1.14 – Соответствие классов герметичности

В зарубежной практике при оценке проницаемости часто употребляется относительная единица измерения ppm. ГОСТ 8.417 определяет её как «миллионная доля» (млн-6). Эта единица применяется при использовании течеискателей. В США чаще всего применяют метановые течеискатели, причём концентрация метана в них должна быть не менее 95–98 %. Испытательная среда подаётся во входной патрубок закрытой арматуры, а утечка определяется в заданном объёме выходной полости арматуры.

По согласованию с покупателем или по условиям спецификации осуществляется дополнительный осмотр отклонений при изготовлении, и исправления дефектов магнитной, радиографической или цветной дефектоскопии. Любые готовые клапаны или заготовки и детали, которые имеют отклонения от чертежей изготовителя или стандартов, должны быть забракованы и отправлены в изолятор брака, как заявлено в Руководстве качества.

Испытание и контроль опытных образцов арматуры

Прежде всего, перед постановкой на производство опытные образцы арматуры должны быть подвергнуты испытаниям и дополнительному контролю. Эти испытания проводятся в объёме большем, чем для серийных изделий. Они должны включать определение гидравлических характеристик, испытания для определения ресурса арматуры в циклах или часах. Арматура должна быть также подвергнута испытанию на огнестойкость, если в конструкциях используются мягкие уплотнения.

Огнестойкость, критерии и методы проверки

Стандарты, требующие проверок на огнестойкость, исходят из теоретического предположения, что пожар возникнет, и определяют, как арматура должна работать в такой ситуации.

Четыре стандарта устанавливают безопасные по огню исполнения арматуры:

API – Американский нефтяной институт, API 607

BSI – Британский институт стандартов, BS 6755

Exxоn – Независимые компании по нефтепереработке, BP3–14–1

FM – Взаимные исследования производителей, FMRC 7440.

Эти стандарты отражают важные испытательные критерии для размеров и типов арматуры, используемой в промышленности.

Сводка их требований приведена в табл. 1.15.

Табл. 1.15. Сравнение требований к испытаниям на огнестойкость

Хотя имеются некоторые различия в рабочих средах, условиях потока, топливе, продолжительности воздействия огня, размерах труб, и ориентации арматуры, также как в методах измерения и допустимости протечек, которые являются приемлемыми, цель каждого испытания в том, чтобы установить минимальный безопасный по огню уровень для арматуры в эксплуатации. В многомиллионном химическом процессе, арматура может играть роль, которая является полностью непропорциональной её размеру и стоимости.

Эти маленькие, относительно недорогие изделия являются критическими в безопасном осуществлении процесса и, так как арматура часто является первой линией в предупреждении распространения огня для огнеопасных сред, было бы чрезвычайно неблагоразумно устанавливать в системы арматуру, которая не является пожаробезопасной.