Предохранительный клапан

Предохранительный клапан

Любая система, работающая под давлением, нуждается в защите от перегрузок по давлению, возникающих в нештатных или аварийных ситуациях. Для этого применяются предохранительные клапаны. Они различаются по конструкции и характеристикам, для каждой установки – газовой или жидкостной – можно подобрать подходящую предохранительную арматуру.

Назначение

Основное назначение предохранительного клапана – защита системы от повышенного давления, которое может привести к ее повреждению или даже разрушению. Клапан сбрасывает излишки рабочей среды при превышении предельного значения ее напора. Сброс происходит в дренажную систему или в атмосферу. После того, как давление в системе упадет до нормального, предохранительный клапан закрывается и сброс прекращается.

Принцип действия клапанов

Принцип работы любого предохранительного клапана чрезвычайно прост. Запирающий элемент прижимается к седлу пружиной. По мере роста давления оно начинает превозмогать силу сжатия пружины, сжимая ее и отодвигая запорный элемент от седла. В открытый просвет устремляются излишки жидкости или газа. По мере выхода напор снижается, пружина отжимает запорный элемент обратно к седлу.

Устройство закрывается и готово к следующему рабочему циклу. Сила сжатия пружины, а, следовательно, порог срабатывания регулируется винтом.

Классификация предохранительных клапанов

Специалисты классифицируют устройства по различным параметрам. По принципу действия:

• Прямого. Это классический механический предохранительный клапан.
• Непрямого. Используется датчик давления, автоматика управления, дистанционно управляемый вентиль. Датчик с вентилем могут быть разнесены по разным местам конструкции.

По способу открытия затвора:

• пропорционального (для малосжимаемых рабочих сред);
• двухступенчатые (для газов).

По способу нагружения золотника:

• пружинные;
• рычажно-грузовые;
• магнито-пружинные.

Существуют и другие типы аварийных предохранительных клапанов, применяемых в специальных промышленных установках.

Различия в конструкциях

Устройство различных предохранительных клапанов может различаться. Так, большая часть арматуры выпускается с одним седлом. Можно встретить и конструкции, в которых два седла (и два штока с пружинами) установлены рядом.

По отношению высоты подъема запорного элемента к его диаметру различают:

• малого подъема: до 1/20;
• среднего подъема: до 1/4;
• полного подъема: свыше 1/4.

Чем выше степень подъема, тем быстрее срабатывает устройство. Малоподъемные модели применяются для жидкостей, там, где не требуется сбрасывать большие объемы для снижения давления до нормального. В них высота подъема пропорциональна напору среды. Полноподъемные называют также двухпозиционными. Они имеют два положения: «Открыто» и «Закрыто» и предназначены для:

• жидкостных систем высокого давления;
• газов.

Такая конструкция позволяет быстро сбросить значительный объем газа или жидкости и применяется в особо ответственных установках и технологических комплексах.

Самые серьезные конструктивные различия наблюдаются в способах приложения нагружающей силы к запорному органу.

Пружинные клапаны

Наиболее распространены в бытовых системах- водонагревательных, водопроводных, отопительных. Золотник прижимается к седлу силой сжатой пружины. Изменяя степень предварительного сжатия пружины регулировочным винтом, можно настраивать ее на разные предельные значения. Многие модели снабжаются рычагом принудительного ручного открытия затвора для того, чтобы время от времени проверять работоспособность. Для устройств, работающих в опасных и вредных для здоровья средах, ручная контрольная продувка не предусматривается. Пружины, седла и камера устройств, работающих в агрессивных жидкостях и газах, покрывается специальными антикоррозийными покрытиями.

Шток, проходящий через корпус, уплотняется двойным сальником из особо стойких материалов (специальные сорта резины, фторопласт), исключающим в нормальных условиях проникновение агрессивных веществ в помещение.

Рычажно-грузовые клапаны

Такие конструкции для противодействия силе напора используют силу земного притяжения. Они могут монтироваться только в строго определенном производителем положении относительно горизонта и не допущены к применению на транспортных средствах и других подвижных объектах. Вес груза передается через рычаг штоку золотника, уравновешивая его до тех пор, пока давление в трубопроводе ниже порогового.

При больших значениях напора заметно увеличиваются габариты рычагов и грузов. Кроме того, они могут входить в резонанс и создавать высокие уровни вибрации.

Чтобы избавиться от этих эффектов, и применяют двухседельные клапаны, каждый из которых невелик по габаритам и весу. Регулировка таких устройств проводится добавлением или удалением части груза, размещенного на рычаге. Они отличаются стабильностью параметров работы и отсутствием эффекта старения пружин, снижающих их упругость.

Магнито-пружинные клапаны

Современные конструкции относятся к изделиям непрямого действия. Запорный элемент приводится в действие соленоидом. В нормальном положении электромагнит прижимает его к седлу, а по достижении предельного напора автоматика управления отключает напряжение на катушке индуктивности. Давление среды отжимает золотник и затвор открывается.

В другой конструкции прижатие осуществляется мощной пружиной, а по достижении порогового значения напора управляющая команда включает соленоид, и он поднимает клапан.

Существует исполнение, в котором соленоид и прижимает золотник, и отжимает его под действием противоположно приложенного напряжения. В случае отключения питания устройство продолжает работать как обычное пружинное.

Главное преимущество магнитных устройств — для задания порогового значения нет необходимости в физическом доступе к арматуре. Порог можно изменить в настройках программы управления в зависимости от текущей ситуации или особенности данной стадии технологического процесса.

Такие конструкции стоят существенно дороже своих механических аналогов, но многократно окупают себя в сложных промышленных установках с большим чистом параметров и влияющих друг на друга элементов.

Технические требования к предохранительным клапанам

Основное требование, предъявляемое к аварийной арматуре- это надежность и четкость срабатывания. Достигается это за счет:

• Быстрое открытие при достижении порога срабатывания.
• Достаточная пропускная способность при открытии.
• Четкое закрытие при снижении напора до допустимого уровня.
• Гарантия герметичности и отсутствие утечек при нормальном напоре до и после срабатывания.
• Безотказность в течении паспортного срока эксплуатации и проектного числа срабатываний. Стабильность параметров упругих элементов и качества поверхностей золотника и седла.

Вся предохранительная арматура обязательно должна периодически испытываться на работоспособность, целостность и качество уплотнений. Для этого ее демонтируют и направляют в сертифицированную поверочную лабораторию или испытательный центр. Для предохранителей, работающих в сложных установках непрерывного цикла, допускается проверка на месте. Ее проводят методом испытания в действии.

Правила и стандарты

Применение предохранительной арматуры регулируется национальными и отраслевыми стандартами, правилами эксплуатации и техническими указаниями.

Для сосудов, работающих под давление, применяют следующие регламентирующие документы:

• (ПБ 03-576-03). Правила безопасности для сосудов и установок давления.
• «Boiler & Pressure Vessel Code» Американский стандарт.
• ГОСТ 24570-81 Национальный стандарт по предохранительным клапанам.

Скачать ГОСТ 24570-81

Системы, защищаемые аварийной арматурой, в случае их нештатной работы или аварии, представляют собой значительную угрозу производственной и общественной безопасности. Поэтому их проектирование, комплектация, монтаж, эксплуатация курируются уполномоченными органами, следящими за соблюдением требований правил и стандартов на всех этапах жизненного цикла оборудования. В РФ это поручено Ростехнадзору.

Выбор аварийной арматуры

При проектировании системы водоснабжения, отопления или технологической установки необходимо четко определить предельные значения давления, допустимые для ее компонентов или участков сети. При этом учитываются такие параметры, как:

• производительность бойлера или главного насоса;
• объем и рабочая температура рабочей среды;
• особенности ее циркуляции.

Исходя их этого, определяют тип, сечение, пропускную способность, пороговое значение срабатывания, скорость срабатывания и время возвращения в исходное состояние, а также количество и места монтажа предохранительной арматуры.

В бытовых отопительных системах чаще всего применяются пружинные клапаны. Для жидкостных сред вполне достаточно использовать устройства низкого или среднего подъема. Пропускная способность должна обеспечивать быстрый сброс напора до допустимых величин.

Конструкция корпуса определяется местом сброса излишнего количества рабочей среды. Если она будет сбрасывать непосредственно в окружающую среду – достаточно клапана открытого типа. Если сброс должен происходить в дренаж – потребуется корпус с выходным патрубком соответствующего типа присоединения. Чаще всего используют резьбовой или ниппельное.

Ни в коем случае нельзя приобретать клапан с завышенным относительно расчетного порогом срабатывания. Такое устройство не откроется в нужный момент. Это может привести к повреждению оборудования или даже к полной аварии системы.

Предохранительные клапаны для трубопроводов

Эти клапаны имеют целью предохранить котлы и резервуары, на которых они поставлены, от чрезмерного повышения давления, могущего вызвать взрыв и разрушение.

Различает следующие клапаны,

Грузовые рычажные предохранительные клапаны

Грузовые рычажные предохранительные клапаны — простые или двойные (рис. 1) — состоят из корпуса, поставленного непосредственно на штуцер котла, тарелки (или тарелок), нагруженной при помощи рычажной передачи грузом (или грузами), и штуцера для выхода наружу пара, к которому присоединяется выхлопной трубопровод. Согласно требованиям Котлонадзора размеры клапанов выбираются из расчета давления на тарелку клапана не выше 600 кг, что ограничивает размеры клапана, особенно при высоком давлении,

Пружинные предохранительные клапаны

Пружинные предохранительные клапаны (рис. 2), которые бывают либо ординарными либо двойными, причем их тарелка нагружена пружиной, рассчитанной на максимальное давление в котле.

Следует отметить, что в то время как европейской практика единодушно стоит за применение на стационарных котлах рычажных клапанов, англичане и американцы употребляют лишь пружинные предохранительные клапаны. На котлах транспорта (судовых и паровозных) пружинные клапаны имеют полноправное применение и в европейских странах. Предохранительные клапаны должны быть отрегулированы с таким расчетом, чтобы они открывались при давлении не выше 7 кг/см2— 0,2 кг/см2, а при давлениях выше 7 кг/см2 — на 3% рабочего давления. Предохранительные клапаны являются непременным условием безопасной работы паровых котлов, и работа без них ни в коем случае недопустима.

Сервомоторные предохранители

Разновидностью предохранительных клапанов являются так называемые сервомоторные предохранители (рис. 3), которые действуют не непосредственно давлением пара на тарелку клапана, а при помощи сервомоторного поршня, открывающего тарелку главного клапана под действием парового импульса, получаемого от небольшого импульсного (рычажного или пружинного) предохранительного клапана, установленного на соответствующее давление. В сервомо-торном клапане износу подвержена не тарелка основного клапана, а лишь маленькая тарелка импульсного клапана.

Сервомоторные клапаны можно выполнить на большую пропускную способность, что позволяет сократить общее количество клапанов на 1 котел и тем самым уменьшить возможность выхода из строя всего котла. Аналогичные клапаны ставятся в качестве «аварийных» клапанов на паропроводах различного давления для предохранения от разрыва вследствие чрезмерного повышения давления пара.

Атмосферные клапаны

К предварительным клапанам могут быть отнесены также и атмосферные клапаны (рис. 4), которые ставятся на выхлопных паропроводах турбин для выпуска пара в атмосферу при срыве вакуума.

Автоматические парозапорные клапаны

Для автоматического прекращения истечения пара на случай разрыва паропровода применяются либо простые либо двойные автоматические парозапорные клапаны, в которых тарелка клапана под влиянием критической скорости, возникающей при разрыве трубопровода за клапаном, увлекается струей пара и захлопывается.

Простые клапаны закрываются лишь в одном направлении и ставятся на паропроводах с одним направлением движения пара. Двойные клапаны могут действовать в обоих направлениях и ставятся на паропроводах, где направление движения пара может меняться. Если такого устройства нет, то открытие клапана производится под действием соединенной с тарелкой клапана пружины при закрытии запорного вентиля на паропроводе.

Другая более упрощенная конструкция самозапорного клапана приведена на рис. 5 и применяется на трубопроводах низкого давления. Запорным органом в ней является шар, который под действием высокой скорости струи пара при разрыве трубопровода захватывается и прижимается к седлу.

Обратные клапаны

Обратные клапаны также являются предохранительной арматурой, т. к. они автоматически закрываются при прекращении потока рабочей среды и в случае понижения давления до клапана. Они могут применяться как на водяных, так и на паровых линиях, особенно дренажных в связи с конденсационными горшками.

По конструкции они бывают горизонтальные и вертикальные. Первые ставятся на горизонтальных линиях и бывают либо простые либо с катарактом. Сюда же можно отнести и обратные питательные клапаны, которые представляют собой скомбинированные в одном корпусе обратный клапан и запорный вентиль. Такие конструкции однако употребляются лишь при низких давлениях как арматура на питательной линии у самого котла. Другой тип обратных клапанов, так называемые «захлопка», с катарактом или без него употребляется главным образом на трубопроводах низкого давления.

Клапан предохранительный — все о типах, принципе работы и устройстве

Предохранительный клапан — специальное устройство, предназначенное для защиты трубопроводной системы, ее элементов и подсоединенного к ней оборудования от механического разрушения из-за воздействия чрезмерного давления. Он может иметь различную конструкцию и характеристики, работать с разной средой — газообразной, жидкой.

Назначение и устройство предохранительных клапанов

Предохранительные клапаны — устройства прямого действия, работа которых зависит от движения рабочей среды. Конструкция изделия определяется его типом, но все они используются для защиты трубопровода от избыточного давления путем сброса излишков среды в атмосферу или дренажную систему. После того как показатели давления стабилизируются в заданном диапазоне, сброс прекращается.

Чертеж предохранительного клапана

Давление в трубопроводной системе может повышаться из-за внешних или внутренних причин:

• Влияния наружных источников тепловой энергии.
• Нарушения технологии использования подключенного оборудования, сбои в его работе.
• Проблемы при монтаже системы.
• Механическое повреждение труб и т. п.

Предохранительные клапаны предназначены для стабилизации давления в системе и необходимы на всех участках трубопроводов, где возможно возникновение аварии. Их используют при подключении бытового и промышленного оборудования, работающего с высоким давлением. Основная сфера применения — системы отопления, водо- и газоснабжения, подача сжатого воздуха.

Принцип работы предохранительного клапана

Принцип работы предохранительного клапана основан на работе пружины, прижимающей золотник к седлу. При повышении давления в системе свыше установленного сила притяжения уменьшается, золотник отодвигается, и начинается сброс среды через открывшийся клапан. Это нормализует напор в системе, и, когда давление опустится до допустимого предела, запорный элемент снова будет прижат к седлу.

Для закрытия клапана необходимо снижение давления до отметки в ниже уровня нормального давления, поскольку для герметизации системы требуется большее усилие, чем для поддержки его в рабочем положении до открытия.

Классификация предохранительных клапанов

Предохранительные клапаны различаются по принципу действия на:

• Устройства прямого применения, работающие под воздействием рабочей среды. Они отличаются универсальностью и простотой использования.
• Обратного действия, в которых используются датчики давления и управляемая автоматика. Их работа зависит от применения постороннего источника давления или воздействия электричества.

По виду подъема запорного элемента изделия делятся на:

• Пропорционального действия, применяемые для несжимаемых сред. При повышении давления в системе клапан постепенно открывается, равномерно сбрасывая рабочую среду.
• Двухпозиционные, мгновенно открывающиеся на полный ход при достижении системой избыточных показателей давления. Используются при транспортировке сжимающихся газообразных сред.

По виду нагрузки на золотник предохранительные клапаны могут быть:

• рычажно-грузовыми;
• пружинными;
• магнито-пружинными.

Существуют также специальные аварийные предохранительные устройства, предназначенные для специализированного промышленного оборудования.

Различия в конструкциях

Конструкция предохранительных клапанов может быть различной. Различают изделия с одним седлом или двумя, расположенными рядом друг с другом.

По высоте подъема предохранительные клапаны подразделяются на:

• Малоподъемные, у которых высота подъема составляет примерно 0,05 диаметра седла. Из-за свойственной им минимальной пропускной способности они не используются на промышленных трубопроводах с большим давлением. Они обладают пропорциональным механизмом срабатывания.
• Полноподъемные, с высотой подъема равной или превышающей диаметра седла. Они работают на двухпозиционном механизме, отличаются повышенной пропускной способностью и сложной конструкцией.

Изделия с полнопроходной конструкцией позволяют оперативно сбросить внушительный объем рабочей среды, из-за чего они используются в особо ответственных комплексах.

Пружинные клапаны

Клапаны пружинного типа применяются в бытовых трубопроводных системах водо-, газоснабжения и отопления. Для прижатия золотника к седлу применяется пружина, регулируемая винтом. Он позволяет настроить предельные значения давления, после достижения которых происходит открытие клапана.

Некоторые модели пружинных клапанов имеют систему принудительного ручного открытия для проверки работоспособности изделия. Но, изделия, предназначенные для работы в опасных условиях среды, не могут оснащаться ручной продувкой.

Эти клапаны применяются в различных условиях среды. Пружины и седла, контактирующие с агрессивными жидкостями и газами, покрываются специальными антикоррозионными составами. Герметичность штока обеспечивается двойным сальниковым уплотнением из фторопласта или резины.

Рычажно-грузовые клапаны

Устройства с подобной конструкцией используют для противодействия силе напору земное притяжение. Вес груза через рычаг переходит к золотнику, уравновешивая его, пока значение давления не опустится до допустимого.

Предохранительный клапан рычажно-грузового типа

Они устанавливаются в определенном положении относительно горизонта (указывается в сопроводительной документации завода-производителя). Не могут применяться на передвижных объектах. Габариты изделия зависят от давления в системе — чем оно выше, тем больше рычаги. Чтобы избежать возникновение вибраций, используются двухседельные предохранительные клапаны небольших габаритов. Для регулировки таких устройств применяются специальные груза на рычаге.

Магнито-пружинные клапаны

Устройства магнитно-пружинного типа обладают обратным действием и приводятся в действие соленоидом. При нормальном давлении в системе электромагнит/мощная пружина прижимает запорный орган к седлу, а при избыточных показателях напора напряжение на катушке автоматически отключается. Это приводит к отжатию золотника и открытию затвора.

Существует исполнение клапана с соленоидом, прижимающим и отжимающим золотник под действием давления с противоположным направлением. При отключении питания оборудование будет работать, как пружинный тип.

Основное преимущество таких устройств — отсутствие необходимости в физическом доступе к системе для задания порогового значения давления. Оно регулируется в параметрах управляющей программы.

Магнитно-пружинные клапаны отличаются надежностью, удобством эксплуатации и возможностью применения в сложных промышленных установках.

Схема и принцип действия предохранительного клапана

Преимущества использования

Предохранительные клапаны применяются для нормализации давления в системе и широко распространены в разных областях промышленности. К их достоинствам можно отнести:

• Длительный срок службы.
• Простота конструкции, подсоединения к трубопроводной системе, эксплуатации.
• Большой выбор рабочих параметров.
• Множество конструктивных вариаций и исполнений для различных рабочих сред, в том числе — агрессивных.
• Использование в разных климатических условиях.
• Возможность установки в горизонтальном или вертикальном положении в зависимости от типа конструкции.

При выборе предохранительного клапана необходимо вычислить предельно допустимые показатели давления. Для этого нужно знать производительность насосного оборудования, объем и рабочую температуру транспортируемой среды, скорость срабатывания. Также выбирается место и метод монтажа на трубопроводе.

Технические требования к предохранительным клапанам

Изделия этого типа изготавливаются в соответствии со следующими нормативными документами:

• ПБ «Правила безопасности для сосудов и установок давления»
• Американский стандарт для сосудов под давлением «Boiler & Pressure Vessel Code».
• ГОСТ «Национальный стандарт по предохранительным клапанам».

Проектированием и выпуском предохранительных клапанов могут заниматься только компании, имеющие соответствующую аккредитацию. К изготовлению аварийной арматуры предъявляются особые требования, поскольку их неправильная работа может привести к угрозе производственной и общественной безопасности. Все клапаны должны отвечать нормам ГОСТ и ПБ.

Пример чертежа предохранительного клапана

Основные технические требования к клапанам — надежность и безотказность.

• Оперативное срабатывание при пороговом значении давления.
• Плотное закрытие клапана при понижении напора.
• Хорошая пропускная способность системы.
• Высокая герметичность.
• Безотказная работа в течение всего гарантийного срока службы и заданного заводом количества срабатывания.

Все клапаны должны проходить периодическую проверку на работоспособность, герметичность уплотнений. Для этого их демонтируют и осматривают в аккредитованных лабораториях, допускается проведение испытаний на месте эксплуатации.

Источник https://sterbrust.tech/tehnologicheskaya-osnastka/zapchasti/predokhranitelnyj-klapan.html

Источник https://www.masterovoi.ru/stroy-mat/predohranitelnye-klapany

Источник https://nhi-group.ru/articles/klapan_predohraniteljnyj_vse/