П.А. Гилепп, Ф.А. Святкин, Ю.Г. Сухоруков. Именем закона

Во втором номере журнала «Вестник арматуростроителя» представлен материал о редукционно-охладительных установках.

• Гилепп Павел Александрович, технический директор ООО «Паровые системы»;
• Святкин Федор Анатольевич, заведующий лабораторией модернизации и испытаний оборудования схем регенерации паровых турбин ОАО «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И. И. Ползунова»;
• Сухоруков Юрий Германович, заместитель генерального директора ОАО «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И. И. Ползунова»

Тексты правил безопасности написаны красным цветом. И это не чернила, как известно. Далеко не все вопросы, касающиеся правил обустройства промышленных пароконденсатных систем, детально описаны. Именно поэтому правила регулярно обновляются. В них вносятся важные дополнения. Но порой требуются и разъяснения ранее написанных правил. Именно об этом сегодня и поговорим.

Редукционно-охладительные установки (далее РОУ) наряду с редукционными установками (РУ) с быстродействующими РОУ (БРОУ) – обычный компонент пароконденсатной системы крупного и среднего промышленного предприятия или энергогенерирующего объекта. Назначением РОУ является преобразование перегретого пара высокого давления в насыщенный пар либо менее перегретый пар более низкого давления, в зависимости от потребностей производства и технологического процесса. Часто РОУ применяется на энергетических объектах, таких как тепловые и атомные станции. На промышленных производствах РОУ устанавливаются непосредственно перед потребителями пара. На большие расстояния пар более выгодно транспортировать в перегретом виде. Для нагревательных процессов необходим насыщенный пар. Таким образом, РОУ является границей между паром высоких и низких параметров. Разумеется, важно, чтобы граница была на замке. То есть высокие параметры пара ни при каких условиях не проникли в систему, предназначенную для пара с низкими значениями давления и температуры.

РОУ состоит их двух частей: стороны высокого давления и температуры и стороны низкого давления и температуры (рис. 1). За снижение давления отвечает дроссельный (редукционный) клапан либо дроссельное устройство. В первом случае клапан регулирует поток пара таким образом, чтобы давление на выходе клапана соответствовало заданному значению. Клапан может оснащаться пневматическим или электрическим приводом.

Согласно ОСТ 108.026.06-79 «Установки редукционно-охладительные. Общие технические условия» и РД 34.26.508 (ТИ 34-70-019-83) «Типовая инструкция по эксплуатации редукционно-охладительных установок (БРОУ, РОУ, ПСБУ и ПСБУ СН)», РОУ в обязательном порядке должна иметь контур защиты от превышения давления. Защита осуществляется предохранительным клапаном. В некоторых установках предусматривается два предохранительных клапана с переключающим устройством. За регулирование температуры отвечает регулирующий клапан подачи охлаждающей воды в охладительное устройство.

На какие параметры пара должны быть рассчитаны запорная и предохранительная арматура и детали трубопровода, расположенные за редукционным клапаном? То есть на стороне низкого давления.

Нормативные документы не содержат конкретных указаний к проектированию. В них шла отсылка к уже отмененным «Правилам устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды» ПБ 10-573-03. Следует отметить, что отечественные арматуростроительные предприятия много лет производили трубопроводную арматуру для РОУ, основываясь на указанных выше регламентирующих документах. Установки испытывались и сдавались в эксплуатацию. Многие из них успешно и безопасно эксплуатируются по сей день. Каталоги предприятий министерства энергомашиностроения ЧЗЭМ г. Чехов, БКЗ г. Барнаул начиная с 1963 года содержат типовые схемы РОУ и БРОУ, где указаны параметры арматуры в составе установок, которые подобраны в соответствии с рабочими параметрами пара. Согласно перечисленным источникам, оборудование РОУ после редукционного клапана соответствует параметрам пара низкого давления, что обуславливалось по умолчанию наличием предохранительных клапанов на выходе РОУ, исключающих повышение давления до аварийного значения РОУ.

В частности, в ПБ 10-573-03 статья 1.1.5 «Категория трубопровода, определенная по рабочим параметрам среды на входе в него (при отсутствии на нем устройств, изменяющих эти параметры), относится ко всему трубопроводу, независимо от его протяженности, и должна быть указана в проектной документации» позволяла относить трубопровод с оборудованием РОУ (РУ, БРОУ) к категории трубопровода по рабочим параметрам редуцированного пара, то есть по низкой стороне.

Касательно давления испытаний элементов, работающих при различных параметрах, имеются разъяснения в НП-089-15 Федеральные нормы и правила в области использования атомной энергии «Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок». Статья. 181: «В случае, если испытаниям подвергается система, состоящая из оборудования и трубопроводов, работающих при различных рабочих давлениях и (или) расчетных температурах, или изготовленных из материалов с различными номинальными допускаемыми напряжениями при расчетной температуре или температуре испытаний, то давление испытаний этой системы должно быть не ниже максимального значения из совокупности минимальных давлений для всех элементов системы.

При этом давление испытаний системы не должно превышать максимальное давление испытаний для любого элемента системы». Это подтверждает, что система, которая состоит из элементов трубопроводов от входной запорной арматуры РОУ до выходной, должна испытываться давлением не ниже максимального значения из совокупности минимальных давлений для всех элементов системы. Другими словами, исходя из параметров редуцированного пара.

Еще в одном «атомном» нормативе НП-045-18 в статье 5 сказано следующее: «При определении категории трубопровода рабочими параметрами транспортируемой среды следует считать:
3) для паропроводов от редукционных установок и РОУ — максимальные значения давления и температуры редуцированного пара, принятые в ПКД».

Есть мнение, что статья 5 и НП-045-18 и статья 181 НП-089-15 вступают в противоречие со статьей 380 ФНП ОРПД. В предыдущей редакции ФНП ОРПД такое определение отсутствовало. Отнесение трубопровода РУ (РОУ) к трубопроводу равнозначной прочности до РУ (РОУ) подразумевает, что все элементы трубопровода в составе РУ (РОУ) должны быть рассчитаны на прочность в соответствии с параметрами пара до входной запорной арматуры. Перечислим эти элементы: дросселирующие и охлаждающие устройства, предохранительные клапаны и трубопровод редуцированного пара, на котором они смонтированы, участок трубопровода охлаждающей воды, а также запорная арматура на выходе РУ (РОУ).

Для РУ и РОУ общепромышленного назначения данное условие не является недостижимым. И действительно, в промышленности, которая использует пар с давлением не выше 0,5-2 МПа, трубопроводная арматура является доступной. Обычные диаметры паропроводов на среднем производстве редко превышают Ду200-ДУ300. Вовсе не трудно предусмотреть всю арматуру, рассчитанную на высокие параметры, например Ру16, 25 или 40. Что касается генерирующих объектов «большой энергетики», где диаметры трубопроводной арматуры на выходе РОУ могут превышать Ду1200, весьма затратно, а часто невозможно подобрать предохранительные клапаны ни по пропускной способности, ни по расчетному давлению пара на входе в РОУ. Также увеличивается толщина и масса трубопроводов и ОУ, требуется применять более мощные опорно-подвесные системы, все это ведет к удорожанию самой установки в целом. Собственно, этим в основном и озадачены специалисты по проектированию, что влечет рассмотрение подобных вопросов.

Инженерному сообществу, озабоченному решением данной коллизии, и предлагается рассмотреть возможность актуализации существующих стандартов проектирования и эксплуатации данного оборудования.

Официальные разъяснения приводят следующие определения. Согласно требованиям пункта 380 ФНП ОРПД при эксплуатации трубопровода, расчетное давление и разрешенное рабочее давление которого меньше давления питающего его источника, для обеспечения безопасности должно применяться РУ или РОУ (при необходимости регулирования давления и температуры) с манометром и предохранительным устройством, установленными на стороне меньшего давления после редуцирующего устройства.

При этом границей, отделяющей трубопровод меньшего давления от трубопровода более высокого давления, является запорная арматура на участке трубопровода после РУ (РОУ) и предохранительного устройства, который должен иметь прочность, равнозначную трубопроводу, до РУ (РОУ) и подвергаться испытаниям совместно с ним.

В соответствии с п. 175. ФНП ОРПД гидравлические испытания проводят в целях проверки плотности и прочности оборудования под давлением, а также всех сварных при проведении технических освидетельствований. Значение пробного давления должно обеспечивать наибольшую выявляемость дефектов. Требование пункта 380 ФНП ОРПД в части установления прочности трубопровода после РУ (РОУ) до запорной арматуры, являющейся границей, отделяющей трубопроводы, служит для обеспечения возможности проведения испытаний трубопровода высокого давления до РУ и самого РУ.

По нашему мнению, для решения задачи обеспечение надежности трубопровода (возможность выявления дефекта) — металлоемкость РОУ п. 380 ФНП ОРПД должен включать следующие допущения:

Границей, отделяющей трубопровод меньшего давления от трубопровода более высокого давления, является запорная арматура на участке трубопровода после РУ (РОУ) и предохранительного устройства, который должен иметь прочность равнозначную трубопроводу до РУ (РОУ) и подвергаться испытаниям совместно с ним. В обоснованных случаях допускается перенос отделяющей границы на дросселирующий клапан. При этом должны быть выполнены мероприятия, обеспечивающие возможность совместного проведения гидравлических испытаний на прочность трубопровода высокого давления и дросселирующего клапана пробным давлением определенными по более высокому делению.

Мероприятия могут быть следующими:

• установка в системе дроссельного клапана, конструкция которого позволяет проведение гидравлических испытаний на высокое давление. Это может быть клапан с герметичностью затвора, как у запорной арматуры, а именно запорнодроссельный. Или установка специальной вставки в проточную часть дроссельного клапана;
• установка отсекающих устройств или запорной арматуры сразу за дроссельным клапаном.

Предлагаемые мероприятия не будут противоречить техническим нормативам. Безопасность всей установки при этом сохраняется. Таким образом, проектирование и строительство будут не спорить, а помогать друг другу, создавать рациональные и эффективные установки