Трубопроводная предохранительная арматура

В. П. Эйсмонт 
ТРУБОПРОВОДНАЯ  
ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ АРМАТУРА 
Монография 
Москва Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2020
1 

УДК 621.646 
ББК 39.7 
Э33 
Э33 
 
Эйсмонт, В. П. 
Трубопроводная предохранительная арматура : монография / 
В. П. Эйсмонт. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2020. – 
336 с. : ил., табл.  
 ISBN 978-5-9729-0371-9 
Книга содержит сведения по всем этапам создания автоматически  
действующей газовой, паровой и жидкостной предохранительной арматуры, 
защищающей системы трубопроводов, емкости и другие объекты от недопустимых превышений давления в технологических процессах; подробно  
рассматривает вопросы ее конструирования, испытаний, выбора, монтажа  
и особенностей производства. Приведены примеры современных конструкций и схем их применения. Намечены пути развития рассматриваемых видов 
трубопроводной арматуры. Достоинством книги является ее практическая  
направленность. Она предназначена для широкого круга специалистов,  
участвующих в прикладных исследованиях, конструировании, испытаниях, 
производстве, монтаже и эксплуатации описываемой арматуры и в проектировании технологических систем. Книга также может быть полезна студентам и молодым специалистам, изучающим системы безопасности и их 
оборудование. 
УДК 621.646 
ББК 39.7 
ISBN 978-5-9729-0371-9 ” Эйсмонт В. П., 2020
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2020 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2020 
2 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
От автора 
..................................................................................................... 
8 
 
Введение ...................................................................................................... 
9 
 
Глава 1. Системы промышленной безопасности 
и предохранительная арматура ............................................................ 11 
 
Глава 2. Предохранительная арматура ............................................... 
17 
2.1. Общие понятия 
.............................................................................. 
17 
2.2. Классификация предохранительной арматуры .......................... 22 
2.3. Монтажные и эксплуатационные требования к ПА .................. 
27 
2.4. Основные характеристики ПА 
..................................................... 
28 
2.5. О прикладных исследованиях в ПА ............................................ 34 
 
Глава 3. Предохранительная арматура прямого действия 
.............. 
35 
3.1. Предохранительные клапаны прямого действия (ПКПД) 
......... 
35 
3.1.1. Общие понятия ....................................................................... 35 
3.1.2. Классификация предохранительных клапанов  
прямого действия ................................................................... 36 
3.1.3. Основные характеристики предохранительных 
клапанов .................................................................................. 
41 
3.1.4. Монтажные и эксплуатационные требования 
 к ПКПД ................................................................................... 
43 
3.1.5. Конструирование предохранительных клапанов 
прямого действия к ПКПД .................................................... 
50 
3.1.5.1. Общие положения 
............................................................ 
50 
3.1.5.2. Технические требования и этапы 
 конструирования ............................................................. 
51 
3.1.5.3. Конструкционные материалы 
......................................... 53 
3.1.5.4. Расчёты предохранительных клапанов прямого 
 действия ........................................................................... 53 
3.1.5.4.1. Гидравлические расчеты .......................................... 53 
3.1.5.4.2. Силовые и прочностные расчеты ............................ 
71 
3.1.5.4.3. Виброакустические расчеты .................................... 96 
3.1.5.4.4. Расчеты статических и динамических 
 характеристик 
............................................................ 96 
3.1.5.4.5. Расчет надежности и безопасности ....................... 104 
3.1.5.4.5.1. Общие понятия ................................................. 104 
3.1.5.4.5.2. Показатели надежности и безопасности ........ 104 
3 
 

3.1.5.4.6. Тепловые расчеты ................................................... 106 
3.1.5.4.6.1. Цель расчетов ................................................... 106 
3.1.5.4.6.2. О методиках расчета температурных полей .. 109 
3.1.5.4.6.3. О влиянии температур на 
 работоспособность ПК  ................................... 113 
3.1.5.4.6.4. О температурных изменениях  
 при дросселировании ...................................... 114 
3.1.5.5. Конструирование основных узлов и деталей .............. 115 
3.1.5.5.1. Общие положения 
................................................... 115 
3.1.5.5.2. О конструировании корпуса .................................. 115 
3.1.5.5.3. Конструирование узла затвора .............................. 116 
3.1.5.5.4. Конструирование соединения золотника  
 (диска) с дискодержателем .................................... 138 
3.1.5.5.5. Конструирование сильфонной сборки .................. 141 
3.1.5.5.6. Узел соединения сильфонной сборки  
 с пружиной .............................................................. 142 
3.1.5.5.7. Конструирование узла настройки 
.......................... 143 
3.1.5.5.7.1. Конструирование узла настройки 
 с металлической пружиной 
............................. 145 
3.1.5.5.7.2. Конструирование узла настройки с газовой  
 пружиной 
.......................................................... 151 
3.1.5.5.8. Конструирование узла ручного подрыва .............. 154 
3.1.5.5.9. Конструирование узла уплотнений ....................... 155 
3.1.5.5.9.1. Уплотнение неподвижных соединений 
.......... 156 
3.1.5.5.9.2. Уплотнение подвижных соединений.............. 156 
3.1.5.5.9.3. Уплотнение в затворах 
..................................... 156 
3.2. Мембранные предохранительные устройства 
.......................... 161 
3.2.1. Общие понятия ..................................................................... 161 
3.2.2. К классификации мембран .................................................. 164 
3.2.3. Монтажные и эксплуатационные требования к МПУ ...... 166 
3.2.4. Конструирование мембранных предохранительных 
 устройств .............................................................................. 169 
3.2.4.1. Общие положения 
.......................................................... 169 
3.2.4.2. Технические требования и этапы конструирования 
... 169 
3.2.4.3. Конструкционные материалы 
....................................... 170 
3.2.4.4. Расчеты МПУ 
................................................................. 171 
3.3. Предохранительные клапаны с мембранными 
 предохранительными устройствами (ПК с МПУ) ................... 179 
3.3.1. Общие понятия ..................................................................... 179 
3.3.2. Классификация ПК с МПУ 
.................................................. 181 
4 
 

3.3.3. Монтажные и эксплуатационные требования к ПК  
 с МПУ ................................................................................... 181 
3.4. Блоки предохранительных клапанов (БПК) ............................. 184 
3.4.1. Общие понятия ..................................................................... 184 
Глава 4. Предохранительная арматура непрямого действия ....... 185 
4.1. Импульсно-предохранительные устройства (ИПУ) ................ 185 
4.1.1. Общие понятия ..................................................................... 185 
4.1.2. Монтажные и эксплуатационные требования к ИПУ ....... 185 
4.1.3. ИПУ с управлением рабочей средой .................................. 187 
4.1.3.1. Общие понятия .............................................................. 187 
4.1.3.2. Классификация ИПУ с управлением рабочей 
 средой 
............................................................................. 187 
4.1.3.3. Конструирование импульсно-предохранительных  
 устройств (ИПУ) ........................................................... 188 
4.1.3.3.1. Общие положения 
................................................... 188 
4.1.3.3.2. Технические требования и этапы 
 конструирования .................................................... 188 
4.1.3.3.3. Конструкционные материалы для ИПУ 
................ 188 
4.1.3.3.4. Расчеты ИПУ 
........................................................... 189 
4.1.3.3.4.1. Гидравлические расчеты ИПУ 
........................ 189 
4.1.3.3.4.2. Силовой расчет ИПУ ....................................... 193 
4.1.3.3.4.3. Расчеты статических характеристик 
 ИПУ .................................................................. 197 
4.1.3.3.4.4. Расчеты динамических характеристик 
 ИПУ .................................................................. 206 
4.1.3.3.5. Конструирование основных узлов  и деталей  
 ИПУ 
.......................................................................... 206 
4.1.4. ИПУ с управлением от внешнего источника энергии ...... 207 
4.1.5. ИПУ с комбинированным управлением 
............................. 208 
4.1.6. ПК с комбинированным управлением 
................................ 208 
4.1.7. МПУ непрямого действия ................................................... 208 
Глава 5. Испытания предохранительной арматуры 
....................... 209 
5.1. О численном эксперименте ........................................................ 209 
5.2. Общие положения ....................................................................... 210 
5.2.1. Испытания предохранительной арматуры прямого 
 действия ................................................................................ 211 
5.2.1.1. Испытания предохранительных клапанов прямого 
 действия (ПКПД) 
........................................................... 211 
5 

5.2.1.1.1. Определение статических характеристик 
 ПКПД ....................................................................... 212 
5.2.1.1.2. Определение динамических характеристик 
 ПК 
............................................................................. 226 
5.2.1.1.3. Определение показателей надежности ................. 227 
5.2.1.1.3.1. Определение показателей надежности ПК .... 228 
5.2.1.1.4. Некоторые виды специальных испытаний ........... 229 
 
Глава 6. Выбор предохранительной арматуры 
................................ 233 
6.1. Общие положения ....................................................................... 233 
6.2. Алгоритм выбора ПА 
.................................................................. 233 
6.3. Параметры выбора ПА ............................................................... 233 
6.3.1. Пример № 1 
........................................................................... 234 
6.3.2. Пример № 2 
........................................................................... 234 
 
Глава 7. Особенности производства предохранительной  
 арматуры ................................................................................. 237 
7.1. Общие понятия 
............................................................................ 237 
7.2. Основные этапы производства 
................................................... 237 
 
Глава 8. Современные конструкции предохранительной 
 арматуры ................................................................................. 241 
8.1. Общие положения ....................................................................... 241 
8.2. Современные конструкции ПК .................................................. 243 
8.2.1. ПК БАЗ .................................................................................. 243 
8.2.2. ПК АО «Армагуз» ................................................................ 246 
8.2.3. ПК ЧЗЭМ .............................................................................. 247 
8.2.4. ПК АО «НФП ЦКБА» .......................................................... 250 
8.2.5. ПК АО «ЗМС Знамя Труда» ................................................ 252 
8.2.6. ПК компании Crosby ............................................................ 253 
8.3. Современные конструкции ИПУ ............................................... 265 
8.3.1. ИПУ ЧЗЭМ ........................................................................... 265 
8.3.2. ИПУ Anderson Greenwood Crosby 
....................................... 268 
8.3.3. ИПУ компании Bopp & Reuther .......................................... 282 
8.4. Современные конструкции МПУ .............................................. 283 
8.4.1. МПУ компании ООО «Лаборатория МПУ» ...................... 283 
8.4.1.1. МР (мембраны разрывные) ........................................... 284 
8.4.1.2. МХ (мембраны хлопающие) ......................................... 284 
8.4.1.3. Датчики разрыва мембран ............................................ 286 
8.4.1.4. Индикаторы состояния МПУ ....................................... 287 
8.4.1.5. Узлы крепления ............................................................. 288 
6 
 

8.4.2. МПУ ГК ЛЕННИИХИММАШ ........................................... 289 
8.4.2.1. МПУ с разрывной мембраной ...................................... 289 
8.4.2.2. МПУ с хлопающей мембраной 
..................................... 290 
8.4.2.3. МПУРС ........................................................................... 290 
8.4.2.4. Защитные покрытия ...................................................... 291 
8.4.3. МПУ «Би-Эс-энд-Би» («Сэйфти Системс») 
....................... 291 
8.4.3.1. Хлопающее предохранительные мембраны 
................ 291 
8.4.3.2. Разрывные предохранительные мембраны ................. 299 
8.4.3.3. Графитовые мембраны .................................................. 300 
8.4.3.4. Зажимающие элементы ................................................. 301 
8.4.3.5. Взрыворазрядные устройства ....................................... 302 
8.4.3.6. Датчики и мониторы ..................................................... 303 
8.4.3.7. Клапаны с деформируемой шпилькой 
......................... 303 
8.5. Современные патенты на ПК и ИПУ ........................................ 305 
8.5.1. Патенты на ПК 
...................................................................... 306 
8.5.1.1. ПК по патенту № 2644606............................................. 306 
8.5.1.2. Патент № 2592662 ......................................................... 306 
8.5.2. Патенты на ИПУ 
................................................................... 310 
8.5.2.1. Патент № 2578765 ......................................................... 310 
8.5.2.2. Патент № 2603211 ......................................................... 311 
 
Список литературы ............................................................................... 315 
 
Приложение. Опросный лист .............................................................. 325 
 
Перечень аббревиатур и сокращений 
................................................ 328 
 
Предметный указатель ......................................................................... 330 
 
 
7 
 

Посвящаю Эйсмонт (Ефремовой) 
Людмиле Николаевне, безвременно 
ушедшей супруге, всегда первому 
читателю 
и 
рецензенту 
моих  
трудов, 
красавице, 
отличнице  
по жизни во всех её проявлениях 
ОТ АВТОРА 
Книга написана по результатам работы в Ленинградском Центральном конструкторском бюро арматуростроения (ЦКБА) в период с 
1968 по 2006 год в качестве конструктора и руководителя опытного 
производства. В течение этого времени автором и при его участии было 
разработано, испытано и произведено множество конструкций предохранительной арматуры для атомных станций и  объектов специальной 
техники. Работа в пусковых бригадах на Ленинградской АЭС, атомного 
ледокола «Ленин», на АЭС «Лоовиза» и на многих объектах специальной техники, участие в стендовых испытаниях опытных образцов и в 
испытаниях в промышленных условиях на химических комбинатах, на  
нефте- и газопроводах, участие в изготовлении и в эксплуатации серийной продукции позволили  глубоко познать и понять  проблемы данного 
вида арматуры, что дало возможность в конечном итоге найти и запатентовать ряд технических решений, описанных в книге, которые безусловно лягут в основу обновлённого вида предохранительной арматуры 
абсолютно герметичного и защищающего даже от взрывов. 
От предыдущих публикаций книгу, прежде всего, отличает описание всех этапов создания данного вида арматуры от технических требований на разработку до испытаний, в том числе и численных. 
В заключение хочется поблагодарить тех работников, прежде всего 
ЦКБА, которые своими знаниями, опытом и отношением к автору способствовали написанию этой книги: М. Ф. Подлипского, Н. И. Макарова, О. Н. Шпакова, В. В. Ширяева, Ю. К. Кузьмина, Ю. И. Тарасьева, 
В. П. Лавреженкову, С. Н. Дунаевского, К. Г. Крылову. Особую благодарность приношу Юрию Константиновичу Каспарьянцу, сделавшему 
много существенных замечаний при ознакомлении с рукописью книги и 
своим детям Антону и Екатерине, создавшим мне благоприятные условия для работы над книгой и принявших активное участие в формировании её компьютерного электронного макета. 
8 

ВВЕДЕНИЕ 
Трудно переоценить значение рассматриваемого вида арматуры в 
наше время. Энергетика, а также и все отрасли народного хозяйства, вырабатывающие, потребляющие, транспортирующие и хранящие энергию 
в любых её видах, не могут обойтись без предохранительной трубопроводной арматуры. Появление же новых видов энергий (атомной, термоядерной), пятого состояния вещества (плазмы), постоянное совершенствование энергетических систем, установок и машин, направленное на 
повышение их экономичности, сопровождаемое ростом физических параметров, производительности и появлением новых рабочих сред, требуют непрерывного улучшения соответствующих показателей рассматриваемой арматуры. В связи с этим необходимо постоянное проведение 
работ в части изучения достижений фундаментальных наук, проведения 
на его основе прикладных исследований и опытно-конструкторских работ, которые должны заканчиваться постановкой на производство новых 
изделий, улучшающих безопасность эксплуатации новых и существующих технологических систем. Для достижения намеченной цели надлежит периодически обобщать накопленный опыт работы в определённых 
областях техники, в частности в трубопроводной предохранительной 
арматуре. Это обобщение должно производиться на основе анализа информации, охватывающего все основные направления развития рассматриваемой тематики за определённый период: научное, конструкторское, технологическое и эксплуатационное. Читателям, желающим освежить в памяти или ознакомиться с теоретическими основами процессов, происходящих в предохранительной арматуре, автор рекомендует 
обратиться к работам [40] и [51]. 
Что нового в книге по сравнению с литературой рассматриваемой 
тематики, появившейся в печати во второй половине прошлого века? 
Прежде всего, в ней показан весь процесс создания предохранительной арматуры, начиная от технических требований к ней, включая 
конструирование, испытания, производство, и заканчивая выбором. 
Особое внимание было уделено подробному изложению процесса конструирования, что ранее не находило достаточно акцентированного  
отражения в литературе. Также много страниц в книге отведено рассмотрению современных конструкций предохранительной арматуры, 
некоторые из которых пока не освоены производством. В частности, обращено внимание читателя на заранее открытые предохранительные 
клапаны, работающие в паре с мембранными предохранительными устройствами и вступающими в работу при снижении давления в защищаемом объекте. Значительное внимание уделено новым отечественным  
9 
 

и иностранным стандартам (включая терминологические) и другой нормативно-технической документации по предохранительной арматуре. 
Особо отмечено несоответствие производственных каталогов на отечественную предохранительную арматуру требованиям её потребителей. 
На основании проведенной работы намечены пути совершенствования предохранительной арматуры, вытекающие из современных требований систем безопасности объектов и тенденций развития науки и 
техники. 
Автор будет глубоко признателен тем, кто выскажет критические 
замечания по форме изложения и содержанию материалов книги. 
Отзывы и предложения следует направлять в адрес издательства 
или по e-mail: v.p.eismont@rambler.ru. 
10