Предохранительный клапан

Предохранительный клапан

Предохранительный клапан — трубопроводная арматура, предназначенная для защиты от механического разрушения оборудования и трубопроводов избыточным давлением, путём автоматического выпуска избытка жидкой, паро- и газообразной среды из систем и сосудов с давлением сверх установленного. Клапан также должен обеспечивать прекращение сброса среды при восстановлении рабочего давления. Предохранительный клапан является арматурой прямого действия, работающей непосредственно от рабочей среды, наряду с большинством конструкций защитной арматуры и регуляторами давления прямого действия.

Опасное избыточное давление может возникнуть в системе как в результате сторонних факторов (неправильная работа оборудования, передача тепла от сторонних источников, неправильно собранная тепломеханическая схема и т. д.), так и в результате внутренних физических процессов, обусловленных неким исходным событием, не предусмотренным нормальной эксплуатацией. ПК устанавливаются везде, где может это произойти, то есть практически на любом оборудовании, но в особенности они важны в сфере эксплуатации промышленных и бытовых сосудов, работающих под давлением.

Существуют и другие виды предохранительной арматуры, но клапаны используются наиболее широко вследствие простоты своей конструкции, лёгкости настройки, разнообразия видов, размеров и конструктивных исполнений.

Принцип действия

Обязательными компонентами конструкции предохранительного клапана прямого действия являются запорный орган и задатчик, обеспечивающий силовое воздействие на чувствительный элемент, связанный с запорным органом клапана. Запорный орган состоит из затвора и седла. Если рассматривать поясняющий рисунок, то в этом простейшем случае затвором является золотник, а задатчиком выступает пружина. С помощью задатчика клапан настраивается таким образом, чтобы усилие назолотнике обеспечивало его прижатие к седлу запорного органа и препятствовало пропуску рабочей среды, в данном случае настройку производят специальным винтом.

Когда предохранительный клапан закрыт, на его чувствительный элемент воздействует сила от рабочего давления в защищаемой системе, стремящаяся открыть клапан и сила от задатчика, препятствующая открытию. С возникновением в системе возмущений, вызывающих повышение давления свыше рабочего, уменьшается величина силы прижатия золотника к седлу. В тот момент, когда эта сила станет равной нулю, наступает равновесие активных сил от воздействия давления в системе и задатчика на чувствительный элемент клапана. Запорный орган начинает открываться, если давление в системе не перестанет возрастать, происходит сброс рабочей среды через клапан.

С понижением давления в защищаемой системе, вызываемом сбросом среды, исчезают возмущающие воздействия. Запорный орган клапана под действием усилия от задатчика закрывается.

Давление закрытия в ряде случаев оказывается на 10-15 % ниже рабочего давления, это связано с тем, что для создания герметичности запорного органа после срабатывания требуется усилие, значительно большее, чем, то, которого было достаточно для поддержания герметичности клапана перед открытием. Это объясняется необходимостью преодолеть при посадке силу сцепления молекул среды, проходящей через щель между уплотнительными поверхностями золотника и седла, вытеснить эту среду. Также понижению давления способствует запаздывание закрытия запорного органа, связанное с воздействием на него динамических усилий от проходящего потока среды, и наличие сил трения, требующих дополнительного усилия для его полного закрытия.

Регулируемые предохранительные клапана

Регулируемые клапана позволяют при определенной пропускной способности настроить аварийный сброс на необходимом давлении. Зачастую используются данные клапана в работе с компрессорами оснащенными частотным преобразователем. Строение клапана отличается только наличием регулировочного винта.

Клапаны сброса воздуха – выбираем правильно!

Для стабильной работы трубопроводов – выпуска излишек воздуха и устранения вакуума – в системы водоснабжения монтируются специальные клапана сброса воздуха, иначе называемые вантузами.

Раскроем секреты, на какие особенности клапанов стоит обращать внимание при выборе вантуза определенного производителя.

Размер проходного сечения и номинального диаметра.

Для наглядности обратимся к рисунку 1, где обозначены нужные нам показатели. Размер проходного сечения и номинального диаметра напрямую влияют на производительность клапана при выпуске воздуха. Чем больше совпадают номинальный диаметр и проходное сечение (в идеале – они полностью идентичны), тем выше производительность клапана. Именно поэтому у клапана с меньшим номинальным диаметром показатель производительности может быть больше или равен показателю производительности клапана с большим номинальным диаметром. Цена клапана с меньшим номинальным диаметром в большинстве случаев будет ниже стоимости «большего собрата».

Материал поплавка.

У абсолютного большинства клапанов сброса воздуха запирающим устройством является поплавок (Рисунок 1). Он может быть выполнен в виде пустотелого шара или же быть полнотелым цилиндром.
При заполнении трубы воздух выходит через клапан с очень высокой скоростью, что приводит к сильному удару поплавка об уплотнение в момент закрытия. Если у вантуза поплавок в виде полнотелого шара, то такие удары:
• деформируют поплавок, и при последующих закрытиях может быть плохое уплотнение
• разбивают уплотнение, которое деформируется и теряет упругость
• если поплавок остается прижатым к уплотнению длительное время после удара, происходит залипание, и клапан не открывается

Зная подобные минусы «пустотелого поплавка», стоит отдать предпочтение поплавку в виде массивного полнотелого цилиндра. Деформация такого поплавка невозможна. Конструкция запорного узла обеспечивает плотное прилегание поплавка к уплотнению, при этом уплотнение независимо от силы удара и давления находится под постоянным усилием. Как следствие, клапаны с поплавком – полноценным цилиндром имеют постоянное герметичное уплотнение, уплотнительное кольцо не повреждается, и поплавок не может залипнуть.

Расположение системы выпуска воздуха из трубопровода.

Разные производители предлагают различные варианты расположения подобной системы. У одних клапанов – это дополнительный внешний клапан, зачастую пластиковый. Плюсы подобного решения – легкость замены в случае поломки. Минусы – усложнение конструкции клапана (больше деталей подвержено поломкам, особенно, в случае пластикового исполнения системы выпуска воздуха) и увеличение габаритов клапана.

Некоторые производители клапанов предлагают такое решение – дополнительный шаровой поплавок с рычажной конструкцией внутри корпуса. Из плюсов – сохранение габаритов клапана. Из минусов – появление дополнительного элемента усложняет конструкцию клапана, что также отрицательно сказывается на его надежности.

Как показывает опыт использования клапанов-вантузов компанией НПЦ ПромВодОчистка, максимально надежной будет система выпуска воздуха из трубопровода, смонтированная в конструкцию поплавка (автоматические клапана). Это простое решение позволяет избежать поломок клапана благодаря элементарности конструкции – говоря проще, ломаться нечему. Рисунок 2.

Устройство предотвращения гидроударов.

В высоких точках, где большая скорость выхода воздуха может создать гидроудар, необходимо устанавливать устройство предотвращения гидроударов. Очень удобно, когда подобное устройство выполнено в виде насадки на стандартный клапан. При изменении размеров клапанов просто меняется размер насадки – отсутствует необходимость в покупке специальных дополнительных клапанов. Рисунок 3.

На Рисунке 3 изображен клапан Dorot. По данным компании Dorot, устройство предотвращения гидроудара Dorot – единственное в мире, имеющее возможность регулировки скорости выпуска воздуха.

Предохранительный клапан — Relief valve

Клапан сброса или давление предохранительного клапана ( ПРВ ) представляет собой тип предохранительного клапана используется для контроля или ограничить давление в системе; В противном случае давление может возрасти и вызвать нарушение технологического процесса, отказ прибора или оборудования или пожар. Давление сбрасывается, позволяя жидкости под давлением вытекать из вспомогательного канала из системы. Предохранительный клапан спроектирован или настроен на открытие при заданном установленном давлении для защиты сосудов высокого давления и другого оборудования от воздействия давления, превышающего их расчетные пределы. Когда установленное давление превышается, предохранительный клапан становится « путем наименьшего сопротивления », поскольку клапан принудительно открывается и часть жидкости отводится по вспомогательному маршруту. В системах, содержащих легковоспламеняющиеся жидкости, отводимая жидкость (жидкость, газ или смесь жидкость-газ) обычно направляется через систему трубопроводов , известную как факельный коллектор или сбросной коллектор, к центральному приподнятому факелу для газа, где он обычно сжигается, и в результате происходит горение. газы выбрасываются в атмосферу. В безопасных системах жидкость часто сбрасывается в атмосферу с помощью подходящего выпускного трубопровода, предназначенного для предотвращения попадания дождевой воды, которое может повлиять на установленное давление подъема, и расположенного таким образом, чтобы не создавать опасности для персонала. По мере отвода жидкости давление внутри сосуда перестанет расти. Как только будет достигнуто давление возврата клапана, клапан закроется. Продувка обычно указывается в процентах от заданного давления и относится к тому , сколько давление должно упасть до reseats клапана. Продувка может варьироваться примерно на 2–20%, а некоторые клапаны имеют регулируемую продувку.

В газовых системах высокого давления рекомендуется, чтобы выход предохранительного клапана находился на открытом воздухе. В системах, где выпускное отверстие соединено с трубопроводом, открытие предохранительного клапана приведет к повышению давления в системе трубопроводов после предохранительного клапана. Это часто означает, что предохранительный клапан не сядет на место после достижения установленного давления. Для этих систем часто используются так называемые «дифференциальные» предохранительные клапаны. Это означает, что давление действует только на площадь, которая намного меньше площади открытия клапана. Если клапан открыт, давление должно резко упасть до того, как клапан закроется, а также выходное давление клапана может легко удерживать клапан открытым. Еще одно соображение заключается в том, что если к системе выпускных труб подключены другие предохранительные клапаны, они могут открываться по мере увеличения давления в системе выпускных труб. Это может вызвать сбои в работе.

В некоторых случаях так называемый байпасный клапан действует как предохранительный клапан, поскольку он используется для возврата всей или части текучей среды, выпускаемой насосом или газовым компрессором, обратно либо в резервуар для хранения, либо на вход насоса или газового компрессора. Это сделано для защиты насоса или газового компрессора и любого связанного с ним оборудования от чрезмерного давления. Байпасный клапан и байпасный тракт могут быть внутренними (неотъемлемая часть насоса или компрессора) или внешними (установленными как компонент в тракте прохождения жидкости). Многие пожарные машины имеют такие предохранительные клапаны для предотвращения избыточного давления в пожарных рукавах .

В других случаях оборудование должно быть защищено от внутреннего вакуума (т. Е. Низкого давления), который ниже, чем может выдержать оборудование. В таких случаях используются клапаны сброса вакуума, которые открываются при заданном пределе низкого давления и впускают воздух или инертный газ в оборудование для управления величиной вакуума.

СОДЕРЖАНИЕ

Технические понятия

В нефтеперерабатывающей , нефтехимической и химической промышленности , переработке природного газа и производстве электроэнергии термин предохранительный клапан связан с терминами предохранительный клапан ( PRV ), предохранительный клапан ( PSV ) и предохранительный клапан :

• Клапан сброса давления (PRV) или клапан сброса давления (PRV) или предохранительный клапан давления (PSV): разница в том, что PSV имеют ручной рычаг для активации клапана в случае аварии. Большинство PRV имеют пружинный привод. При более низком давлении некоторые используют диафрагму вместо пружины. Самые старые конструкции PRV используют груз для уплотнения клапана.
• Установленное давление: когда давление в системе увеличивается до этого значения, клапан PRV открывается. Точность установленного давления может соответствовать рекомендациям Американского общества инженеров-механиков (ASME).
• Предохранительный клапан (RV): клапан используется в жидкостной среде, который открывается пропорционально возрастанию давления, превышающему давление пружины.
• Предохранительный клапан (SV): используется в газовой среде. Большинство SV имеют полный подъем или мгновенного действия, так как они полностью открываются.
• Предохранительный клапан (SRV): предохранительный клапан, который можно использовать для работы с газом или жидкостью. Однако установленное давление обычно будет точным только для одного типа жидкости за раз.
• Предохранительный клапан с пилотным управлением (POSRV, PORV, POPRV): устройство, которое сбрасывает давление удаленной командой от пилотного клапана, который подключен к входному системному давлению.
• Предохранительный клапан низкого давления (LPSV): автоматическая система, которая сбрасывает давление за счет статического давления газа. Давление сброса невелико и близко к атмосферному.
• Вакуумный предохранительный клапан давления (VPSV): автоматическая система, которая сбрасывает давление за счет статического давления газа. Давление сброса небольшое, отрицательное и близкое к атмосферному.
• Предохранительный клапан низкого и вакуумного давления (LVPSV): автоматическая система, которая сбрасывает давление за счет статического давления газа. Давление сброса небольшое, отрицательное или положительное и близкое к атмосферному.
• Клапан сброса вакуума и вакуума (PVRV): комбинация вакуумного давления и предохранительного клапана в одном корпусе. Используется в резервуарах для хранения жидкостей для предотвращения взрыва или избыточного давления.
• Мгновенное действие: противоположность модуляции относится к клапану, который «открывается». Полный лифт наступает за миллисекунды. Обычно выполняется с юбкой на диске, так что жидкость, проходящая через седло, внезапно воздействует на большую площадь и создает большую подъемную силу.
• Регулировка: открывается пропорционально избыточному давлению.

Юридические и нормативные требования в промышленности

В большинстве стран по закону промышленность обязана защищать сосуды, работающие под давлением, и другое оборудование с помощью предохранительных клапанов. Также в большинстве стран должны соблюдаться нормы проектирования оборудования, такие как те, что предоставлены Американским обществом инженеров-механиков (ASME), Американским нефтяным институтом (API) и другими организациями, такими как ISO (ISO 4126), и эти коды включают стандарты проектирования для разгрузки клапаны.

Основные стандарты, законы или директивы:

• AD Merkblatt (немецкий)
• Американский институт нефти (API); Стандарты 520, 521, 526 и 2000
• Американское общество инженеров-механиков (ASME); Нормы правил по котлам и сосудам высокого давления, раздел VIII, раздел 1 и раздел I
• Американская ассоциация водопроводных сооружений (AWWA), резервуары для хранения
• EN 764-7; Европейский стандарт на основе Директивы 97/23 / EC по оборудованию, работающему под давлением
• ЕврокодEN 1993-4-2, резервуары для хранения.
• Международная организация по стандартизации ; ISO 4126
• Правила безопасности систем давления 2000 (PSSR); Соединенное Королевство

DIERS

Созданный в 1977 году Проектный институт систем аварийной помощи представлял собой консорциум из 29 компаний под эгидой Американского института инженеров-химиков ( AIChE ), который разработал методы проектирования систем аварийной помощи для предотвращения неуправляемых реакций. Его цель заключалась в разработке технологии и методов, необходимых для определения размеров систем сброса давления для химических реакторов, особенно тех, в которых проводятся экзотермические реакции. Такие реакции включают множество классов промышленно важных процессов, включая полимеризацию, нитрование, диазотирование, сульфирование, эпоксидирование, аминирование, этерификацию, нейтрализацию и многие другие. Системы сброса давления может быть сложно спроектировать, не в последнюю очередь потому, что выталкиваемый продукт может быть газом / паром, жидкостью или их смесью — точно так же, как в случае с банкой газированного напитка, когда она внезапно открывается. Для химических реакций требуются обширные знания как об опасностях химических реакций, так и о потоке жидкости.

DIERS исследовал динамику двухфазного парожидкостного начала / выхода и гидродинамику систем аварийной разгрузки с помощью обширных экспериментальных и аналитических работ. Особый интерес для DIERS вызвали прогнозирование сброса двухфазного потока и применимость различных методов определения размера для двухфазного парожидкостного потока мгновенного испарения. DIERS стала группой пользователей в 1985 году.

Европейская группа пользователей DIERS (EDUG) — это группа, состоящая в основном из европейских промышленников, консультантов и ученых, использующих технологию DIERS. EDUG был основан в конце 1980-х годов и проводит ежегодные собрания. Краткое изложение многих ключевых аспектов технологии DIERS было опубликовано в Великобритании HSE.

Клапан предохранительный для сброса избыточного давления в трубопроводной системе

Предохранительный или сбросный клапан – это инженерное устройство, предназначенное для регулировки рабочего давления воды в замкнутой или открытой системе отопления.

Устройство предотвращает нежелательные явления, связанные с неконтролируемым повышением температуры или давления.

Зачем нужен клапан сброса избыточного давления

Клапан сброса используется для удаления избыточного количества теплоносителя при превышении рабочего давления в системе. Устройство было разработано в соответствии законом Менделеева-Клапейрона, когда вода при нагревании начинает расширяться и в замкнутой системе оказывает критическое давление на стенки трубопроводов и другого оборудования.

Перегрев воды и ее кипение – нежелательное явление в системах отопления. Рост давления до критических показателей приводит к разгерметизации стыков и затворов, срыву вентилей и кранов, прорыву труб на уязвимых участках.

Клапан предназначен для предотвращения аварийной ситуации. Он представляет собой механизм, рассчитанный на спуск небольшого количества горячей воды, за счет чего в системе нормализуется рабочее давление.

Для этого устройство подключается к трубопроводу на подающем участке в составе т.н. группы безопасности вместе с воздухоотводчиком и манометром. Для сброса лишней жидкости к клапану подсоединяется отводящий патрубок, через который вода сбрасывается в канализацию.

Из чего состоит и как работает устройство

Клапан сброса представляет собой устройство в металлическом корпусе из латуни или нержавеющей стали. Внутри устройства расположен шток с пружиной, соединенный со специальной мембраной, на которую непосредственно давит рабочая среда, но при нормальных гидродинамических показателях ей противостоит пружина, которая удерживает мембрану в закрытом состоянии.

Оборудование работает по принципу прямого действия: рабочая среда при повышении температуры и увеличении объема давит на пружину, которая открывает отверстие и выпускает избыток горячей воды до тех пор, пока давление не нормализуется. После этого пружина давит на мембрану в обратном направлении, перекрывая отток рабочей среды.

Таким образом, как только давление воды в системе повышается выше критической отметки, пружина сжимается, открывая проходное отверстие для сброса лишней воды. После непродолжительного слива горячей воды давление в системе нормализуется, и пружина приводится в действие, закрывая клапан.

Кроме автоматического механизма, основанного на срабатывании пружины, у клапана есть рукоятка для ручного сброса воды, которая позволяет пользователю самостоятельно слить небольшое количество нагретого теплоносителя, когда показания манометра приближаются к критическим.

Важно! Сбрасывающее устройство устанавливается только на подающем участке системы отопления не дальше 50 см от котла. Между котлом и клапаном нельзя врезать какие-либо посторонние устройства (краны, вентили, отводчики и т.п.)

Разновидности клапанов сброса избыточного давления

Существует несколько общепринятых классификаций предохранительных клапанов. В зависимости от способа действия различают:

• клапаны прямого действия – устройства срабатывают при непосредственном воздействии рабочей среды на пружинный механизм;
• непрямого действия – работают при воздействии постороннего источника давления (гидравлической жидкости или электрического привода).

По типу нагрузки на мембрану устройство подразделяют на следующие виды:

• грузовые – наиболее распространенный механизм регулировки рабочего давления в системы;
• пружинные – противодействие давлению рабочей среды оказывает рычаг, который давит на шток, удерживая его в закрытом положении;
• рычажно-пружинные – гибридные устройства, оснащенные пружиной и рычажным механизмом;
• магнитно-пружинные – это клапаны непрямого действия, оснащенные электромагнитным приводом.

Современные производители предлагают и другие виды клапанов сброса избыточного давления.

Например, на рынке встречаются клапаны теплового сброса, которые реагируют не на повышение давления, а на возрастание температуры рабочей среды. Они могут обладать выносным или встроенным датчиком температуры, который работает на базе термочувствительной жидкости, расположенной в сильфоне.

При нагреве температуры воды до 95-100 градусов жидкость, находящаяся в капиллярной трубке колбы датчика, оказывает давление на мехи, которые открывают шток и обеспечивают слив перегретой воды для нормализации давления.

По способу управления клапаны делятся на две группы ручные и автоматические – управляются, соответственно, вручную или срабатывают автоматически при повышении давления рабочей среды. Кроме того, выделяют регулируемые и нерегулируемые. Регулировка позволяет устанавливать любой порог давления воды.

По типу рабочей среды существуют водяные и воздушные. Первые удаляют лишнюю жидкость, вторые сбрасывают из системы лишние газы, препятствуя завоздушиванию контуров в замкнутых системах отопления.

Существуют также регулирующие клапаны, оснащенные встроенным термостатом, который меняет пропускную способность устройства, приоткрывая или вовсе перекрывая отток рабочей среды. Такие устройства обычно устанавливаются при входе в радиатор отопления в помещении.

Как выбрать предохранительный клапан

Основной критерий выбора предохранительного устройства – технические параметры отопительной системы, указанные в проектной документации.

В большинстве современных закрытых систем отопления используются стандартные латунные предохранительные клапаны прямого действия.

Они подходят для установки в системы, работающие на дизельных, газовых или электрических котлах.При достижении критической температуры и давления предохранительный клапан практически мгновенно прекращает дальнейший нагрев рабочей среды и предотвращает аварию.

Простые латунные предохранительные клапаны рассчитаны на превышение давления рабочей среды до 3-6 бар.

При выборе клапана для дизельных, газовых и электрических котлов нужно выбирать предохранительные устройства, способные выдержать давление, на 20-25% превышающее нормальное рабочее давление в системе.

Для твердотопливных котлов, работающих на торфе, брикетах или угле, нужно более тщательно выбирать вид сбросников, т.к. твердое топливо не может прекратить горение моментально и еще некоторое время после выключения продолжают нагревать воду.

Для них подходят современные предохранительные клапаны теплового сброса, рассчитанные на максимальное рабочее давление 10 бар. То же самое относится к твердотопливным котлам в открытых системах отопления, в которых сбросные клапаны эффективнее всего работают, реагируя на повышение рабочей температуры, а не давления.

Важно! При выборе предохранительного устройства обязательно изучайте техническую документацию к котельному оборудованию. Производители обычно указывают необходимые технические параметры максимального давления и температуры, в соответствии с которыми покупаются сбросные клапаны.

Нежелательно выбирать дешевое инженерное оборудование от китайских производителей: оно обычно не отличается высоким качеством и быстро выходит из строя. Показателем износа является повышение количества срабатываний клапана.

Правила установки

В замкнутых системах отопления предохранительный клапан устанавливается в самой верхней точке подающего контура.

Между ним и котлом не должно быть каких-либо функциональных элементов (клапанов, вентилей, задвижек). Обязательное требование к монтажу устройства – строго вертикальное положение. Установка даже под небольшим углом приведет к подтеканию воды.

К сбрасывающему патрубку клапана подсоединяется отводной шланг, который направляют в канализационный сток. Желательно выбрать такое место установки устройства, чтобы обеспечить беспрепятственный доступ к нему в случае необходимости в обслуживании или замене.

Рекомендации по эксплуатации

Как и все виды инженерного оборудования, напрямую контактирующие с рабочей средой, предохранительные клапаны подвержены загрязнению.

Для нормальной работы оборудования его необходимо периодически прочищать. В противном случае устройство начинает пропускать воду даже при нормальном рабочем давлении. Металлическое устройство можно очищать с помощью обычного столового уксуса или спирта.

Важно! Даже если клапан начал подтекать, нельзя устанавливать на него заглушку, т.к. это чаще всего приводит к аварийной ситуации. Желательно как можно быстрее заменить устройство на новое, выбрав подходящее в соответствии с рабочим давлением воды.