Подбор клапана предохранительного клапана: Е.И. Калинин. Как подобрать предохранительный клапан? (Часть 1)

Разное

Содержание

Е.И. Калинин. Как подобрать предохранительный клапан? (Часть 1)

Е.И. Калинин. Как подобрать предохранительный клапан? (Часть 1)…

Предлагаю сначала разобраться: что такое предохранительный клапан, для чего он нужен и зачем его вообще подбирать? Может, стоит взять самый красивый и установить его?

Предохранительный клапан (определение ГОСТ Р 52720) – это такая трубопроводная арматура, которая защищает (собственно, поэтому он и предохранительный) оборудование, если там вдруг повысится давление (оно, повышенное давление, нам совершенно ни к чему). Делает он это, открывшись в нужный момент (собственно, поэтому он и клапан) и выпустив то самое «ненужное» давление, а после этого сам в нужный момент закроется (давление закрытия). Как же это происходит? Тут нет никакой магии. В клапане есть пружина, которая при нормальном ходе работы (давление перед клапаном рабочее) своей силой закрывает проход (золотник плотно прижат к седлу), и ничего никуда не сбрасывается. Но если вдруг давление начинает расти, у пружинки уже не хватает сил, чтобы удержать его, и клапан открывается (давление начала открытия), давление сбрасывается.

Теперь что касается подбора клапана. Предохранительные клапаны бывают разного размера – от совсем маленьких до настоящих гигантов, в такой можно даже спрятаться (номинальный диаметр предохранительных клапанов составляет от 10 до 400 мм, в РФ же наиболее часто встречаются клапаны от 25 до 200 мм). Предохранительные клапаны делятся еще и по давлению, на котором можно их использовать (номинальное давление) – ведь у одних стенки совсем тонкие, а пружинки совсем слабенькие, а у других толстенные стены, а пружины очень жесткие. Нетрудно догадаться, что такое разнообразие неслучайно и нужно для того, чтобы обеспечить потребности самых разных объектов и производств. Вот тут-то и возникает необходимость правильно выбрать предохранительный клапан, потому что если поставить «неправильный», то в лучшем случае мы услышим шипение (не будет обеспечена необходимая герметичность), а в худшем – «БА-БАХ!» (произойдет разрушение защищаемого объекта).

Теперь пришло время узнать, как же выбирать предохранительный клапан. Хочу сразу предупредить, что «принцип арбуза» тут не подходит и стучать по клапану не следует. А следует внимательнейшим образом прочесть опросный лист (документ, содержащий технические и прочие требования на разработку и (или) поставку трубопроводной арматуры). При этом не существует какой-то идеальной формы опросного листа. На завод поступают самые разнообразные опросные листы, составленные и заполненные проектными институтами, конечными потребителями, посредниками и прочим разным людом. Нередко в таких опросных листах содержатся противоречивые требования и ошибки (к сожалению, с этим ничего не поделаешь), и приходится «расшифровывать тайные послания».

Один из главных параметров, на который стоит обратить внимание в опросном листе – это аварийный расход среды, который должен обеспечить клапан при его полном открытии, GA или, как часто говорят, пропускная способность предохранительного клапана. Вот тут самое время вспомнить о «кладезе знаний» любого инженера, то есть нормативно-технической документации: сейчас нас интересуют ГОСТ 12.2.085-2002 и ГОСТ 31294, ведь именно там прописаны формулы, по которым нужно считать – но об этом чуть позже. Именно эта величина напрямую влияет на то, какой клапан нам нужно будет выбрать.

Порядочные инженеры при этом используют размерность «килограмм в час» (кг/ч) (физический смысл этой величины – масса рабочей среды, которая способна выйти из предохранительного клапана при его полном открытии в течение часа). Тут следует еще внимательно посмотреть, о чем идет речь: о жидкости (вода, нефть и прочие журчащие среды), о газе (тут в основном народное достояние – природный газ) или о водяном паре (важно при расчетах не перепутать его с народным достоянием, ибо в «кладезях знаний» – ГОСТ 12.2.085-2002, ГОСТ 31294 – даются разные формулы и есть опасность нарваться на вариант «БА-БАХ»).

Еще очень интересно то, что в опросных листах с рабочей средой «природный газ» часто указывают аварийный расход, выраженный в единицах нм³/ч (произносится как «нормальный кубический метр в час»). Нормальный кубический метр – особая единица измерения, традиционно используемая для природного газа. Физический смысл нормального кубометра – это кубический метр газа при температуре 0°C (273,15 К) и давлении 101325 Па (0,101325 МПа=1,03323 кгс/см2). Также для природного газа употребляется единица измерения стм³/ч – стандартный кубический метр в час. Физический смысл стандартного кубометра – это кубический метр газа при стандартных условиях, указанных в ГОСТ 2939-63, то есть при температуре 20°C (293,15 К) и давлении 101325 Па (0,101325 МПа=1,03323 кгс/см2).

В указанных случаях для расчета массового потребного аварийного расхода необходимо знать плотность газа при нормальных и, соответственно, при стандартных условиях. Если заказчик не приводит таких данных (а иногда и приводит), то придется предположить, что плотность газа при нормальных и при стандартных условиях – примерно 0,85 кг/м³ (по данным всемирной паутины, плотность природного газа при указанных условиях находится в «вилке» 0,72-0,85 кг/м³, порядочные инженеры всегда берут наибольшее значение плотности, дабы перестраховаться). Например, если заказчик указал потребный аварийный расход 20 000 нм³/ч, то GA=20 000*0,85=17 000 кг/ч. Ну, как-то так. После того, как эта ценнейшая цифра найдена, следует двигаться дальше, и тут пора вспомнить о формулах.

Тут надо углубиться в вопрос и поговорить еще об очень важных для нас величинах. Это:

Тут есть одна очень приятная вещь: эти данные мы уже знаем, так как они являются важными характеристиками клапанов и приведены в еще одном культовом писании (Технические условия). В общем-то, дальше все довольно просто. Нужно посчитать, достаточно ли имеющихся у нас аF (речь идет именно о произведении этих величин) для того, чтобы обеспечить уже известные G (может ли через принятое сечение седла выйти необходимое количество среды). Казалось бы, что на этом месте можно уже закончить повествование, но тут начинается самое интересное и непредсказуемое, а именно:

Что же нам рассказывает «кладезь знаний» об этих чудных соучастниках расчетов?

На первый взгляд кажется, что это «полный абзац», но при более внимательном рассмотрении получается, что тут фигурирует всего пара (о Р1 мы еще подробно поговорим) неизвестных, это:

Первый, как правило, указывают в опросниках, а второй вполне можно найти в справочнике по теплотехнике или посчитать по формуле.

И если «порядочный инженер» забьет эти формулы в тот же Excel, то расчет будет весьма прост. Ну, а если опросный лист откровенно «кривой», то на худой конец В1 можно взять и из таблиц.

Тут все совсем просто. На моей памяти ни разу не было случая, когда условие b≤bкр не выполнялось, поэтому смело принимаем В2 равным 1 и спим спокойно. Кстати, если уж говорить о беспроблемных коэффициентах, то и

B4 – определяют по таблице А.2 (для идеального газа В4=1).

Тут даже варианта с формулами нет. Примитив.

А вот тут в «кладезе знаний» произошел системный сбой, и, по моему скромному мнению, использовать эти формулы следует вот так.

Кстати, углубленное изучение не российских каталогов и стандартов это суждение подтверждает. Ну и, опять же, если есть сомнения или опросный лист совсем беспросветен, то можно взять значения из таблиц.
Что можно сказать еще? Есть еще тройка «помощников», не зная которых в лицо, общей картины не сложить.

Тут ничего не добавишь, кроме того, что частенько значение можно увидеть в опросном листе.

R – газовая постоянная
R определяют по таблице А.1

Помимо указанной таблицы, порядочный инженер может найти R еще вот так:

Все достаточно несложно.
Нам осталось обсудить всего пару величин, это:

Что тут можно сказать? Очень много, на самом деле. Потому что давление – это как раз то, от чего предохранительный клапан и защищает. Тут нужно поговорить и о рабочем давлении, и о расчетном давлении, и о том, что такое давление начала открытия (или, как его часто называют, установочное), а еще о давлении закрытия. И самое главное – о том, как они соотносятся между собой.

Продолжение вы можете найти здесь

Опубликовано в «Вестнике арматуростроителя» № 2 (30) 2016

Размещено в номере: «Вестник арматуростроителя № 2 (30) 2016

Е. И. Калинин. Как подобрать предохранительный клапан? (Часть I I . Начало – в «Вестнике арматуростроителя» № 2 (30) 2016)

Е. И. Калинин. Как подобрать предохранительный клапан? (Часть I I . Начало – в «Вестнике арматуростроителя…

В прошлый раз мы разобрались с тем, для чего нужно подбирать предохранительный клапан и какие формулы при этом используются, а также познакомились с элементами этих формул. По-моему, там все не так уж и сложно. Во второй части статьи я бы хотел рассмотреть с разных сторон такое понятие, как давление, которое наравне с аварийным расходом «солирует» в подборе предохранительного клапана. Напоминаю, что клапан служит цели защищать от превышения давления. Значит, чувствовать себя как рыба в воде в вопросе о давлениях (а здесь, между прочим, несколько понятий) нам просто жизненно необходимо.

Начнем с того, что разберемся, в каких же единицах измерения выражают давление, когда говорят о предохранительных клапанах (а то бывают случаи, когда складывают «баранов» со «свеклой» и получают «землекопов»). Двумя основными единицами измерения давления являются МПа и кгс / см2 (читается как «мегапаскаль» и «килограмм-сила на квадратный сантиметр» соответственно). МПа по сути является одним ньютоном, приложенным к квадратному миллиметру, 1 Н / мм2 = 1 МПа. Килограмм-сила на квадратный сантиметр, в принципе, как читается, тем и является. Как же они друг к другу относятся? Принято считать, что 1 МПа = 10 кгс / см2, но это не совсем верно, в случае с предохранительными клапанами надо переводить точно и только точно (таблица В. 1 ГОСТ 8.417‑2002).
1 МПа = 10,2 кгс / см2
1 кгс / см2 = 0,098 МПа

Конечно, в упомянутом «свитке мудрости» больше знаков после запятой, но те соотношения, которые я указал, необходимы и достаточны, чтобы, например, при подборе предохранительного клапана с давлением настройки в несколько сот килограммов объективно понять, когда же клапан должен открыться. Ведь, согласитесь, 20 МПа = 200 кгс / см2 и 20 МПа = 204 кгс / см2 – это не совсем одно и то же.

Знакомясь с давлениями дальше, нужно оговориться, что изложенные ниже рассуждения относятся к двухпозиционным предохранительным клапанам (safety valve). Это такие клапаны, которые открываются скачком на весь конструктивно ограниченный ход или на большую его часть, с обеспечением максимального коэффициента расхода. Теперь, когда все условия оговорены, пора снова заглянуть в кладезь знаний всех «порядочных инженеров» (напоминаю, что речь идет об НТД и абстрактном грамотном инженере соответственно). ГОСТ 12.2.085‑2002, ГОСТ Р 52720‑2007 и ГОСТ 31294‑2005 представят нам сразу всех важных «персонажей». Предлагаю по ходу знакомства разбирать их по отдельности и, конечно же, вместе.

Рабочее давление – наибольшее избыточное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса, без учета гидростатического давления среды и допустимого кратковременного повышения давления во время действия предохранительного клапана.

Под нормальным протеканием рабочего процесса следует понимать условия (давление, температуру), при сочетании которых обеспечивается безопасная работа сосуда.

То есть это давление в тот момент, когда все идет по плану. В принципе, тут больше ничего и не добавишь.

Расчетное давление – избыточное давление, на которое производится расчет прочности сосуда в соответствии с ГОСТ 14249.

Тоже все просто и понятно, кстати, в ГОСТ Р 52720 дана еще пара определений, прошу заглянуть и ознакомиться. Дальше сложнее, а значит, и интереснее.

Давление настройки, Рн – наибольшее избыточное давление на входе в клапан, при котором затвор закрыт и обеспечивается заданная герметичность затвора (тут просто не могу не отвлечься. Друзья, коллеги, граждане, товарищи! Нет нормативного документа, который бы требовал, рекомендовал, даже хотя бы просил или намекал на то, что предохранительные клапаны должны иметь герметичность затвора по классу «А»).

Давление настройки клапанов при направлении сброса в систему без противодавления принимается равным расчетному давлению.

Давление настройки клапанов при направлении сброса в систему с противодавлением принимается меньшим на значение расчетного противодавления.

Тут необходимо дать несколько пояснений. Во-первых, не нужно путать давление настройки с давлением начала открытия (или, как его часто называют, установочным давлением), о нем мы поговорим чуть позже. Во-вторых, у меня, да я думаю, что и у многих возникает когнитивный диссонанс: «Почему давление поднялось и уже достигло расчетного, а клапан еще закрыт?!» Все дело в том, что при расчетном давлении допускается работа оборудования, а значит, его целость и сохранность гарантированы, хотя лично мне тоже кажется логичным, что при достижении расчетного давления клапан должен начать открываться. Между прочим, опросные листы со ссылками на иностранные стандарты, в частности API 520, ориентированы на так называемое set pressure, это как раз давление начала открытия. В-третьих, в одном из уже упомянутых «культовых писаний» (ГОСТ Р 52720, пункт 6.7) есть прелюбопытнейшее замечание, которое гласит, что давление настройки должно быть не менее рабочего давления в оборудовании. Это маленькое, но очень гордое примечание, по сути, позволяет нам приравнивать давление настройки к рабочему давлению (ради справедливости стоит сообщить, что случаи, когда рабочее и расчетное давление – это одна величина, тоже бывают). Это особенно важно, когда в опросном листе недостаточно данных.

Уместно будет тут же обсудить и давление начала открытия. Итак. Давление начала открытия (установочное давление) Рн.о. (РУСТ. ) – избыточное давление на входе в предохранительный клапан, при котором усилие, стремящееся открыть клапан, уравновешено усилиями, удерживающими запирающий элемент на седле. При давлении начала открытия заданная герметичность затвора теряется и начинается подъем запирающего элемента.

Получается, это – то самое давление, когда клапан начинает открываться (set pressure), то есть тот момент, когда через образовавшуюся щель между уплотнительными поверхностями устремляется давление и, действуя уже на большую площадь, «подрывает» клапан.

Самый распространенный метод отследить это давление – услышать характерный хлопок и зафиксировать величину давления, при котором хлопок произошел. Помимо хлопка, это давление можно «поймать» на графике (на современных стендах) в самой верхней точке. А еще – если очень медленно поднимать давление перед клапаном, то в какой‑то момент стрелка манометра начнет дрожать, и это будет говорить о том, что усилие на седле уравновешено, а следовательно, достигнуто установочное давление. Долгое время ни в одной «шпаргалке инженера» не было написано, насколько давление начала открытия должно быть выше, чем давление настройки. Сейчас эта зависимость прописана в ГОСТ Р 53402 2009 (см. таблицу ниже). Чтобы понять, для чего все это нужно и как с этим жить, предлагаю разобрать эпизод типичного процесса настройки предохранительного клапана. Клапан ставят на стенд (обязательно аттестованный), берут манометр (обязательно поверенный) с необходимой шкалой (измеряемая величина должна находиться в пределах 2 / 3 шкалы манометра), подают давление во входной патрубок и по манометру его отслеживают. Регулировочным винтом изменяют степень сжатия пружины и тем самым добиваются срабатывания клапана при нужном давлении. Зафиксированную величину принимают как давление начала открытия (ну, скажем, 10,7 кгс / см2). Затем давление перед клапаном снижают на величину, указанную в таблице выше (в нашем случае на 7%) и проверяют герметичность затвора. Если нигде не «бурлит», то клапан считается настроенным на давление настройки 10 кгс / см2. При этом интересно, что если, например, давление снизить не до 10 кгс / см2, а до 10,4 кгс / см2 (а в таблице не зря написано «не более»), и при этом затвор будет герметичен – это будет говорить не только о высоком качестве продукции, но и о том, что клапан настроен на 10,4 кгс / см2. Вот тут важно понять, что при работе с предохранительными клапанами нужно очень четко осознавать, при каких величинах он должен быть герметичен, а при какой величине должен открыться.

Противодавление: Избыточное давление на выходе из клапана при сбросе среды.

Предлагаю разделить это понятие на два: статическое противодавление и динамическое. Первое возникает, когда в отводящем трубопроводе есть какое‑то количество рабочей среды (например, жидкости, условно – «столб» воды), которое своей постоянной «массой» прижимает золотник к седлу, а значит, создает дополнительное запирающее усилие (напоминаю, что основное запирающее усилие создает пружина). Тут нужно сказать, что предохранительные клапаны во время приемо-сдаточных испытаний настраиваются на обычных стендах с выбросом среды в атмосферу. Так вот, чтобы такой клапан после установки на свое рабочее место вел себя хорошо и срабатывал вовремя, при его настройке величину противодавления вычитают (см. определение давления настройки). То есть если у нас, скажем, расчетное давление 15 кгс / см2, а противодавление составляет 3 кгс / см2, то давление настройки будет равно 15 ‑ 3 = 12 кгс / см2.

Если же статическое противодавление имеет переменную величину, то тут следует применять разгруженный клапан, наиболее часто для разгрузки клапана используется сильфон. Кстати, еще хочу предостеречь от такого хода расчетов: берем величину давления начала открытия (скажем, 20 кгс / см2), вычитаем из него противодавление (пусть будет 2 кгс / см2), и полученный результат называем давлением настройки (18 кгс / см2). Друзья, это грубейшая ошибка! Ведь когда этот клапан попадет на свое рабочее место, то к усилию от пружины, прижимающему золотник к седлу, присоединится и усилие противодавления. Вместе они «настроят» клапан уже на 20 кгс / см2 (чтобы компенсировать противодавление, мы его и вычитаем), а из определений Рн и Рн.о., понятно, что тут нестыковочка. Второе – это противодавление, возникающее от сопротивления отводящего трубопровода при протекании через него рабочей среды. Его величина очень важна при расчете отводящего трубопровода. Сумму статического и динамического противодавлений называют полным противодавлением. Принято считать, что противодавление (в НТД нашей страны не оговаривается, о каком именно противодавлении идет речь) не должно превышать 10 % от давления настройки. Хотя в API 520 черным по белому написано, что при применении типового предохранительного клапана динамическое противодавление не должно превышать 10 % давления настройки. Но это тема довольно сложная, для отдельного разговора. Сейчас же я только отмечу, что результаты воздействия противодавления могут влиять на давление открытия, снижение пропускной способности, устойчивость работы или комбинацию всех трех факторов.

Давление полного открытия, Рп.о.– избыточное давление на входе в предохранительный клапан, при котором совершается ход арматуры и достигается максимальная пропускная способность.

Тут же стоит отметить, что в ГОСТ 12.2.085 и ГОСТ 31294 в пояснениях к формулам есть вот такое обозначение: P1 – наибольшее избыточное давление перед клапаном (избыточное давление до клапана, равное давлению полного открытия).

Что можно сказать про эту величину? В первую очередь то, что ее нельзя «поймать» при настройке клапана, она фактически является «теоретической». Во-вторых, нужно сообщить, откуда берется зависимость давления начала открытия от давления настройки. Пункт 4.2 ГОСТ 12.2.085 гласит: количество клапанов, их размеры и пропускная способность должны быть выбраны так, чтобы в сосуде не могло создаваться давление, превышающее расчетное давление более чем на 0,05 МПа (0,5 кг / см2) для сосудов с давлением до 0,3 МПа (3 кгс / см2), на 15 % – для сосудов с давлением свыше 0,3 до 6,0 МПа (от 3 до 60 кгс / см2) и на 10 % – для сосудов с давлением свыше 6,0 МПа (60 кгс / см2).

Давление закрытия, Pз – избыточное давление в предохранительный клапан, при котором после сброса рабочей среды происходит посадка запирающего элемента на седло с обеспечением заданной герметичности затвора. Собственно, тут все понятно из определения. Клапан открылся и сбросил среду, давление упало, сила пружины вновь больше открывающей силы, золотник плотно прижат к седлу, сброс среды прекратился. Единственное, на что тут стоит обратить особое внимание – это величина давления закрытия предохранительного клапана. В «книге мудрости» о предохранительных клапанах (ГОСТ 31294, пункт 5.7) записано, что давление закрытия – не менее 0,8 Pн. Добавлю, что верхним пределом давления закрытия двухпозиционных клапанов (если кто забыл, прошу начать читать эту статью сначала), в силу их конструктивных особенностей, является величина, примерно равная 0,9 Рн. То есть предохранительный клапан с Pн = 10 кгс / см2 после аварийного срабатывания (когда он открывался на полный ход) закроется при давлении от 8 кгс / см2 до 9 кгс / см2.

Вот, пожалуй, и все вопросы, которые я хотел упорядочить в настоящий момент. Если мои рассуждения кому-то помогли, я очень рад, если же кто-то не согласен со мной или хочет дополнить мои сведения, то я буду рад обсудить все вопросы. Ведь предохранительные клапаны – довольно специфическая арматура и разобраться в ней бывает не всегда просто. Выйти на меня можно через сайт ООО «Арматурный Завод».

Предыдущую часть статьи вы можете прочитать здесь

Опубликовано в «Вестнике арматуростроителя» №3 (31), 2016

Размещено в номере: «Вестник арматуростроителя» № 3 (31) 2016

Предохранительный клапан в системе отопления: виды, назначение, схемы, монтаж

В связи с неправильной эксплуатацией, перепадами температуры и всплесками давления в работе автономных систем обогрева могут происходить сбои. Негативные последствия в подобных ситуациях критичны: начиная поломкой отдельных компонентов, заканчивая разрушением строений и серьезной угрозой для жизни.

Исключить опасные риски поможет предохранительный клапан в системе отопления. Что он из себя представляет и в чем заключается его принцип действия? Эти вопросы мы рассмотрим в нашей статье. Также разберем разновидности таких клапанов и укажем основные различия между ними, рассмотрим правила установки в систему отопления и приведем рекомендации по выбору и настройке предохранительной арматуры.

Содержание статьи:

Для чего нужен предохранительный клапан?

Отопительные системы заполняются водой, температура которой равна примерно 15 градусам. Циркулируя по замкнутому контуру, теплоноситель нагревается, значительно увеличиваясь в объеме. В это время существенно повышается давление, оказываемое на внутреннюю поверхность труб и установленные в системе приборы.

Превышение допустимой нормы, в большинстве случаев более 3,5 бар, оборачивается:

  • протечкой в местах состыковки частей трубопровода;
  • повреждениями или разрывами соединительных элементов и труб, изготовленных из полимеров;
  • взрывом котлового бака;
  • коротким замыканием электрического оборудования в котельной.

Наиболее высокий риск аварийных ситуаций характерен твердотопливным котлам, в которых сложно регулировать мощность теплоотдачи.

Производительность электрического и газового оборудования быстро корректируется от стартовых до максимальных показателей и наоборот. Зачастую в них присутствует , отключающая рабочие элементы при чрезмерных повышениях температуры.

Интенсивность горения дров, угля и другого вида топлива в твердотопливном котле корректируется с помощью открытия/закрытия заслонки. При этом сила отдачи тепла меняется не сразу, а постепенно. По причине инерционности теплогенератора жидкий теплоноситель может сильно перегреваться.

Группа безопасности в системе отопленияГруппа безопасности в системе отопления

Вместе с вычисляющим давление манометром и удаляющим воздух из системы воздухоотводчиком предохранительный клапан часто включают в состав группы безопасности

Когда дрова в камере хорошо разогреваются, доведя воду в сети до необходимых температурных отметок, доступ воздуха перекрывают, и активное пламя начинает затухать.

Однако в раскаленном состоянии топка продолжает выделять накопившееся тепло. Достигая 90-95 градусов, теплоноситель вскипает и запускает неизбежное интенсивное парообразование. Вследствие этого провоцируется резкий скачок давления.

Именно в таких обстоятельствах включается в работу предохранительный клапан. При достижении граничного параметра давления он открывает затвор, освобождая для образовавшегося пара путь наружу. После стабилизации значений, клапан автоматически закрывается и снова переходит в спящий режим.

Его монтаж обязателен не только для твердотопливных, но и для паровых котлов, а также печей, оснащенных водяным контуром. Многие модификации отопительного оборудования комплектуются эти прибором еще на этапе производства. Часто этот клапан является одним из элементов . Обычно устройство врезают непосредственно в теплообменник или устанавливают в трубопровод поблизости котла.

Разновидности устройств и принцип действия

В конструкцию спускного клапана входят два обязательных компонента: запорная деталь, состоящая из седла и затвора, и задатчик силового воздействия. Различают несколько видов оборудования, имеющих свои особенности. Они классифицируются по определенным признакам.

Классификация #1 — по механизму прижима

В отопительных системах частных домов, квартир и промышленных установок небольшой мощности предпочтение отдается пружинному типу изделия.

Схема устройства пружинного предохранителяСхема устройства пружинного предохранителя

Главным рабочим элементом прибора является пружина. Она подпирает мембрану, которая перекрывает седло. На соединенном с рукояткой штоке размещается шайба, в которую упирается верхняя часть пружины. Позиция шайбы и прижимное влияние на мембрану регулируется рукояткой

Устройство отличается простым и надежным строением, компактными габаритами, возможностью комбинирования с другими элементами блока безопасности, доступной ценой. Сила сжатия пружинного механизма зависит от параметра давления, при котором срабатывает клапан. На диапазон настройки влияет упругость самой пружины.

Принцип действия пружинных предохранителей заключается в следующем:

  • на затвор устройства воздействует поток воды;
  • движение теплоносителя ограничивается усилием пружины;
  • критическое давление превышает силу сжатия, приподнимая шток золотника вверх;
  • жидкость отправляется в выходной патрубок;
  • внутренний объем воды стабилизируется;
  • пружина закрывает затвор, возвращая его в первоначальное положение.

Корпус пружинистого устройства делают из качественной высокопрочной латуни с применением технологий и методик горячего штампования. В производстве пружины используется сталь. Мембрану, уплотнители и рукоятку изготавливают из полимеров.

Некоторые торговые марки выпускают оборудование с уже установленными заводскими настройками. Также в ассортименте есть модели, настраиваемые по месту монтажа в период пусконаладочных работ.

Закрытый предохранительный клапанЗакрытый предохранительный клапан

Клапаны бывают открытыми и закрытыми. В первом варианте конструкции теплоноситель сбрасывается в атмосферу, во втором – спускается в обратный трубопровод

Рычажно-грузовые предохранители распространены не так широко. В частных автономных системах с котлом их монтируют редко. Эксплуатация сосредоточена в промышленной отрасли на крупных производствах, где диаметр трубопроводов составляет не меньше 200 мм.

Усилие на шток в таких механизмах дает не пружина, а груз, навешенный на рычаг. Он передвигается по длине рычага, регулируя силу, с которой шток будет прижиматься к седлу.

Рычажно-грузовой клапан открывается, когда давление среды с нижней части золотника превышает показатели, исходящие от рычага. После этого вода уходит через специальное сбросное отверстие.

Рычажно-грузовой предохранительРычажно-грузовой предохранитель

Настройка рычажно-грузовых предохранителей выполняется путем перемещения тяги по рычагу. С целью предотвращения ее несанкционированного или случайного изменения, груз крепят болтами, накрывают специальным кожухом и запирают замком

Давление срабатывания, как и диапазон настроек, определяется длиной рычага и массой груза. Рычажные предохранители не уступают пружинным приборам в плане надежности, но стоят дороже. Приспособления устанавливают на фланцевые соединительные детали труб с диаметром условного прохода от 50 и более.

Классификация #2 — по высоте подъема затвора

В малоподъемных предохранительных клапанах затвор поднимается не выше, чем на 0,05 диаметра седла. Механизм открытия в подобном оборудовании пропорциональный.

Ему свойственна низкая пропускная способность и самая примитивная конструкция. Малоподъемное оборудование применяют на сосудах с жидкой средой.

Полноподъемный аварийный клапанПолноподъемный аварийный клапан

Полноподъемные устройства оснащены двухпозиционным механизмом открытия. Ими оборудуются не только сосуды с жидкостями, но и системы, в которых циркулируют сжимаемые среды (сжатый воздух, пар, газ)

У полноподъемных приборов подъем затвора выше. Это означает, что их пропускная способность намного лучше, чем у предыдущего варианта, поэтому они способны сбрасывать более масштабные объемы излишков теплоносителя.

Классификация #3 — по скорости срабатывания

Затворная крышка пропорциональных предохранительных клапанов открывается постепенно. Как правило, величина открытия пропорциональна росту давления, оказываемого на внутреннюю поверхность. Одновременно с подъемом механизма плавно увеличиваются объемы сбрасываемого теплоносителя.

Конструкция устройств не ограничивает возможности их использования в сжимаемой среде, но все-таки они преобладают в системах с водой и другой жидкостью.

Предохранительное устройство с пропорциональным срабатываниемПредохранительное устройство с пропорциональным срабатыванием

Среди преимуществ предохранительных клапанов с пропорциональной скоростью срабатывания – низкая цена, простота конструкции, отсутствие автоколебаний, порционное открытие на уровне значений, необходимых для поддержания конкретных рабочих параметров

Особенность двухпозиционных клапанов – моментальное срабатывание с полным открытием после достижения граничных отметок давления в системе, при которых открывается затвор предохранителя.

Специалисты рекомендуют эксплуатировать эти приспособления в сжимаемых средах. К числу их главных недостатков относят наличие характерных автоколебаний затвора.

При монтаже двухпозиционного клапана в отопительной системе с жидким теплоносителем следует учитывать, что во время резкого открытия затвора произойдет сброс большого количества воды.

Из-за этого слишком быстро упадет давление. Клапан мгновенно закроется, что повлечет за собой . Пропорциональные устройства подобных рисков не вызывают.

Особенности трехходовых аварийных клапанов

Отдельно стоит поговорить о не столь известном потребителям устройстве — трехходовом клапане с ручным или электрическим переключателем. Он применяется в отопительных системах с низкотемпературными контурами.

Конструкция предохранителей оснащается тремя отверстиями, одно из которых входное, два – выходные. Потоки среды контролирует заслонка, сделанная в виде шара либо штока. Движущаяся жидкость перераспределяется вращениями.

Трехходовые предохранительные клапаныТрехходовые предохранительные клапаны

Трехходовые предохранители уместны для конденсационных котлов и в случаях, когда от одного нагревательного оборудования работает несколько различных систем

Представим ситуацию: в доме реализована схема отопления с системой обычных радиаторов и теплого пола. Технические требования для функционирования второго варианта предусматривают не слишком высокие температуры теплоносителя.

Котел нагревает воду в одинаковом температурном режиме для всех систем. В подобных условиях появляется необходимость в перераспределяющем устройстве, с задачами которого отлично справляется трехходовой клапан.

Он отвечает за следующие функции:

  • разграничение областей;
  • распределение плотности потока по зонам;
  • содействие смешиванию теплоносителя из магистральных разветвлений подачи/обратки для отправления в трубопровод теплого пола более холодной воды, нежели в радиаторы.

Чтобы не осуществлять постоянный контроль над температурой среды самостоятельно, необходимо обратить внимание на модели клапана, снабженные сервоприводом.

Это устройство работает от датчика, установленного в низкотемпературном контуре. При изменении температурных отметок срабатывает запорный механизм, открывающий либо закрывающий подачу жидкости из обратки.

Более подробно о разновидностях трехходового клапана на отопление и критериях его выбора мы говорили

Советы по выбору оптимальной модели

Перед тем как остановиться на конкретном предохранительном оборудовании, нужно обязательно подробно ознакомиться с техническими характеристиками котельной установки.

Необходимость предохранителя в защите от промерзанияНеобходимость предохранителя в защите от промерзания

На работе предохранительного клапана негативно отражаются минусовые температуры. Поэтому достаточно важной характеристикой для устройства является наличие защиты от промерзания

Не стоит пренебрегать изучением инструкций производителя, в которых указываются все предельные значения.

Решающую роль в выборе устройства для отопления имеют несколько критериев:

  1. Производительность котла.
  2. Максимально допустимое давление среды для тепловой мощности нагревательного оборудования.
  3. Диаметр предохранительного клапана.

Следует проверить, чтобы регулятор давления в устройстве имел диапазон, в пределы которого входят параметры того или иного котла. Давление срабатывания должно быть на 25-30% больше рабочего показателя, требуемого для стабильной работы системы.

Зависимость времени срабатывания от давленияЗависимость времени срабатывания от давления

Чем выше рабочие показатели давления, тем меньше времени должен тратить прибор на срабатывание. Разрыв между давлением на старте движения и при полном открытии затвора должен составлять 15 % для номинального значения меньше 2,5 атм, 10% – для более высоких параметров

Диаметр предохранительного клапана не может быть меньше разъема подводящего патрубка. Иначе постоянное гидравлическое сопротивление не даст предохранителю в полной мере выполнять непосредственные задачи.

Оптимальный материал изготовления оборудования – латунь. Она обладает малым коэффициентом температурного расширения, при котором исключено разрушение корпуса от воздействий сильного давления.

Регулирующий блок производят из термостойких пластиковых материалов, сохраняющих нужную жесткость даже при контакте с кипящей жидкостью.

Правила монтажа и настройки

Запланировав самостоятельный монтаж предохранительного клапана для отопления, следует заранее подготовить набор инструментов. В работе не обойтись без разводных и гаечных ключей, крестовой отвертки, пассатижей, рулетки, силиконового герметика.

Прежде чем начать работу, нужно определить подходящее для монтажа место. Предохранительный клапан рекомендуют крепить на подающем трубопроводе недалеко от выходного патрубка котла. Оптимальное расстояние между элементами – 200-300 мм.

Процесс навинчивания предохранительного устройстваПроцесс навинчивания предохранительного устройства

Все компактные бытовые предохранители оснащены резьбой. Чтобы добиться полной герметичности при накручивании, необходимо уплотнить трубу паклей или силиконом. ФУМ-ленту использовать нежелательно, так как она не всегда выдерживает критически высокую температуру

В нормативной документации, которой комплектуется каждый прибор, процесс монтажа обычно расписан пошагово.

Некоторые ключевые правила установки неизменны для всех типов клапанов:

  • если предохранитель монтируется не в составе группы безопасности, рядом с ним ставится манометр;
  • в пружинных клапанах ось пружины должна иметь строго вертикальное положение и располагаться под корпусом устройства;
  • в рычажно-грузовом оборудовании рычаг размещают горизонтально;
  • на участке трубопровода между отопительным оборудованием и предохранителем не допускается монтаж , кранов, задвижек, циркуляционного насоса;
  • для предотвращения повреждений корпуса при вращении клапана, нужно подбираться ключом с той стороны, где осуществляется навинчивание;
  • сливная трубка, отводящая теплоноситель в канализационную сеть или обратную трубу, подключается к выходному патрубку клапана;
  • выходной патрубок подводится к канализации не прямиком, а с включением воронки или приямка;
  • в системах, где циркуляция жидкости происходит по , предохранительный клапан ставится в наивысшей точке.

Условный диаметр прибора подбирается на основании разработанных и утвержденных Гостехнадзором методик. В решении этого вопроса разумнее обращаться за помощью к профессионалам.

Если такой возможности нет, можно попробовать воспользоваться специализированными онлайн-программами для расчета.

Пример правильной схемы монтажаПример правильной схемы монтажа

Для снижения гидравлических потерь во время давления среды на тарелку клапана монтаж аварийного оборудования выполняется с уклоном к котельной установке

На регулировку клапана влияет вид прижимной конструкции. В пружинных приспособлениях есть колпачок. Предварительное сжатие пружины настраивается путем его вращения. Точность регулировки у этих изделий высокая: +/- 0,2 атм.

В рычажных устройствах настройки выполняются посредством наращивания массы или передвижения груза.

После 7-8 срабатываний в установленном аварийном устройстве изнашивается пружина и тарелка, вследствие чего может нарушиться герметичность. В таком случае целесообразно заменить клапан на новый.

Выводы и полезное видео по теме

Как устроен и из чего состоит предохранительный клапан:

Аварийный клапан в составе группы безопасности:

Подробнее о выборе и установке оптимального предохранительного клапана:

Предохранительный клапан – простое и надежное оборудование, которое позволит обезопасить жилье от непредвиденных аварийных ситуаций, случающихся в отопительных системах. Для этого достаточно выбрать качественный прибор с подходящими параметрами, а затем выполнить его грамотную настройку и монтаж.

Выбираете для своей системы отопления подходящий вариант предохранительного клапана? Может у вас остались вопросы, ответы на которые вы не нашли в изложенном выше материале? Задавайте их нашим экспертам, оставив комментарий под статьей.

А может вы хотите дополнить материал интересными фактами и полезными рекомендациями? Или поделиться опытом собственноручной установки клапана в систему? Пишите свое мнение о необходимости такого защитного приспособления, делитесь советами по выбору, исходя из личного опыта.

РД 51-0220570-2-93 Клапаны предохранительные. Выбор, установка и расчет / 51 0220570 2 93

РУКОВОДЯЩИЙ
ДОКУМЕНТ

КЛАПАНЫ
ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ

Выбор,
установка и расчет

РД
51-0220570-2-93

РУКОВОДЯЩИЙ
ДОКУМЕНТ


КЛАПАНЫ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ

Выбор,
установка и расчет

РД
51-0220570-2-93

Дата
введения 01.09.93

Руководящий документ распространяется на клапаны предохранительные
для сосудов и аппаратов (в дальнейшем сосудов), трубопроводов, предназначенных
для работы в нефтяной и газовой промышленности.

Руководящий документ устанавливает требования к выбору, установке
и расчету предохранительных клапанов.

Руководящий документ разработан с учетом требований «Правил
устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением»,
утвержденных Госгортехнадзором СССР 27.11.87 г., ГОСТ
12.2.085-82 «Сосуды, работающие под давлением. Клапаны предохранительные», ГОСТ 14249-89
«Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность».

1.1. Предохранительные клапаны предназначены для защиты сосудов и трубопроводов от
аварийного повышения давления сверх допустимой
величины.

1.2. Защите предохранительными
клапанами подлежат сосуды и трубопроводы, в которых возможно повышение давления от
питающего источника, от химической реакции, от обогрева подогревателя, от солнечной
радиации, в случае возникновения пожара рядом
с сосудом или трубопроводом.

1.3. Предохранительные
клапаны не могут быть использованы для регулирования
давления в сосудах или в группе сосудов.

2.1. В настоящем руководящем документе принята следующая
терминология давлений:

2.1.1. Рабочее давление, Р, — максимальное внутреннее
избыточное или наружное давление, возникающее при нормальном протекании
рабочего процесса *), без учета
гидростатического давления среды и без учета допустимого кратковременного
превышения давления во время действия предохранительного клапана или других
предохранительных устройств.

______________

*) Под нормальным протеканием рабочего процесса следует понимать
условия (давление, температуру и др.), при сочетании которых обеспечивается
безопасная работа сосуда.

2.1.2. Технологическое давление, Рт, — избыточное
давление в сосуде, при котором осуществляется
технологический процесс. Это давление принимается по верхней величине заданного
диапазона давлений проведения технологического процесса. Технологическое
давление не должно превышать рабочее давление. Оно, как правило, поддерживается
ниже уровня, на который настроены предохранительные клапаны, с целью
предотвращения частого их срабатывания.

2.1.3. Расчетное давление, Рр, — давление в рабочих
условиях, при котором производится расчет на прочность сосудов или
трубопроводов.

2.1.4. Давление полного открытия предохранительного клапана, P1, -
избыточное давление на входе в клапан, при котором достигается его требуемая
пропускная способность.

2.1.5. Давление настройки предохранительного клапана, Рн,
— наибольшее избыточное давление на входе в клапан, при котором обеспечивается
заданная герметичность в затворе.

2.1.6. Противодавление, Р2, — максимальное
избыточное давление за предохранительным клапаном.

2.1.7. Разрешенное давление, Рраз, — рабочее давление,
которое определяется по результатам обследования сосуда. Для вновь
проектируемых сосудов разрешенное давление принимается равным рабочему
давлению.

2.2. Для сосудов, работающих под избыточным внутренним давлением,
рабочее давление определяется следующим образом:

2.2.1. Для сосудов с технологическим давлением ниже или равным
0,05 МПа принимается равным 0,06 МПа.

2.2.2. Для сосудов с технологическим давлением от 0,05 до 0,07 МПа
включительно принимается равным 0,1 МПа.

2.2.3. Для сосудов с технологическим давлением выше 0,07 МПа,
предназначенных для пожаровзрывоопасных в

Как подобрать предохранительный клапан для системы отопления

Заполните ниже приведенную форму и в результате расчёта будет подобран список предохранительных клапанов соответствующих заданным исходным данным.

Устройство и конструкция

Расчёт и подбор

Установка и монтаж

Обслуживание и ремонт

Расчёт предохранительного клапана

Расчёт предохранительного клапана выполнен по алгоритму расчёта предохранительных клапанов для котлов с искусственной циркуляцией в соответствии со СНиП II-35 «Котельные установки».

В расчёте принята высота подъёма штока равная 1/20 диаметра седла, так как большинство производителей не указывают фактическую высоту подъёма штока в технических характеристиках. Поэтому типоразмер предохранительного клапана полученный в результате расчёта может быть несколько завышен. В любом случае, подобрав клапан сравните тепловую мощность своей системы с рекомендуемой производителем максимальной мощностью для данного типоразмера указанной в техническом описании.

Предохранительный клапан предназначен для защиты систем от превышения давления выше максимально допустимого значения. Расчёт предохранительного клапана по сути должен сводиться к определению наиболее вероятных источников превышения давления и вычислению максимального прироста объёма воды в системе.

Источниками прироста объёма могут быть:

  • Перегрев воды в котле или теплообменном аппарате с последующим парообразованием. В момент парообразования вода увеличивает свой объём в 461 раз, поэтому фактор парообразования, является преобладающим при выборе предохранительного клапана, именно он и учтён методикой расчёта приведенной в СНиП II-35.
  • Выход из строя автоматики управления линии подпитки котельных и независимых систем отопления, может стать преобладающим фактором в системах давление источника подпитки, в которых превышает допустимое давление для подпитываемой системы.
  • Нагреваясь в котле или в теплообменном аппарате вода увеличивается в объёме. Удельный прирост объёма при нагреве от 0 до 100 °C составляет всего лишь 4%, поэтому он, как правило, не является преобладающим фактором при подборе типоразмера предохранительного клапана.

Выбранный предохранительный клапан должен обеспечивать сброс рассчитанного объёма воды, по наиболее существенному из факторов прироста объёма.

Подбор предохранительного клапана

Диаметр входного патрубка выбранного предохранительного клапана должен быть больше или равен диаметру патрубка полученного в результате расчёта.

Кроме соответствия диаметра патрубка расчётному значению рекомендуется проверять предохранительный клапан на сброс рассчитанного прироста объёма воды в результате возникновения аварийной ситуации. При этом следует учесть, что чем больше разница давлений между давлением открытия предохранительного клапана и давлением в линии сброса — тем больший объём воды выйдет через клапан.

При подборе предохранительного клапана следует, также иметь в виду, что полное открытие клапана, достигается при превышении давления в системе над давлением срабатывания на 10%, а полное закрытие — при снижении давления в системе ниже давления срабатывания на 20%. В связи с этим можно рекомендовать выбирать предохранительные клапаны с давлением срабатывания на 20 — 30% больше рабочего давления системы.

ГОСТ 12.2.085 — 2002
Сосуды работающие под давлением. Клапаны предохранительные. Требования безопасности

В связи с неправильной эксплуатацией, перепадами температуры и всплесками давления в работе автономных систем обогрева могут происходить сбои. Негативные последствия в подобных ситуациях критичны: начиная поломкой отдельных компонентов, заканчивая разрушением строений и серьезной угрозой для жизни.

Исключить опасные риски поможет предохранительный клапан в системе отопления. Что он из себя представляет и в чем заключается его принцип действия? Эти вопросы мы рассмотрим в нашей статье. Также разберем разновидности таких клапанов и укажем основные различия между ними, рассмотрим правила установки в систему отопления и приведем рекомендации по выбору и настройке предохранительной арматуры.

Для чего нужен предохранительный клапан?

Отопительные системы заполняются водой, температура которой равна примерно 15 градусам. Циркулируя по замкнутому контуру, теплоноситель нагревается, значительно увеличиваясь в объеме. В это время существенно повышается давление, оказываемое на внутреннюю поверхность труб и установленные в системе приборы.

Превышение допустимой нормы, в большинстве случаев более 3,5 бар, оборачивается:

  • протечкой в местах состыковки частей трубопровода;
  • повреждениями или разрывами соединительных элементов и труб, изготовленных из полимеров;
  • взрывом котлового бака;
  • коротким замыканием электрического оборудования в котельной.

Наиболее высокий риск аварийных ситуаций характерен твердотопливным котлам, в которых сложно регулировать мощность теплоотдачи.

Производительность электрического и газового оборудования быстро корректируется от стартовых до максимальных показателей и наоборот. Зачастую в них присутствует автоматика безопасности, отключающая рабочие элементы при чрезмерных повышениях температуры.

Интенсивность горения дров, угля и другого вида топлива в твердотопливном котле корректируется с помощью открытия/закрытия заслонки. При этом сила отдачи тепла меняется не сразу, а постепенно. По причине инерционности теплогенератора жидкий теплоноситель может сильно перегреваться.

Когда дрова в камере хорошо разогреваются, доведя воду в сети до необходимых температурных отметок, доступ воздуха перекрывают, и активное пламя начинает затухать.

Однако в раскаленном состоянии топка продолжает выделять накопившееся тепло. Достигая 90-95 градусов, теплоноситель вскипает и запускает неизбежное интенсивное парообразование. Вследствие этого провоцируется резкий скачок давления.

Именно в таких обстоятельствах включается в работу предохранительный клапан. При достижении граничного параметра давления он открывает затвор, освобождая для образовавшегося пара путь наружу. После стабилизации значений, клапан автоматически закрывается и снова переходит в спящий режим.

Его монтаж обязателен не только для твердотопливных, но и для паровых котлов, а также печей, оснащенных водяным контуром. Многие модификации отопительного оборудования комплектуются эти прибором еще на этапе производства. Часто этот клапан является одним из элементов группы безопасности. Обычно устройство врезают непосредственно в теплообменник или устанавливают в трубопровод поблизости котла.

Разновидности устройств и принцип действия

В конструкцию спускного клапана входят два обязательных компонента: запорная деталь, состоящая из седла и затвора, и задатчик силового воздействия. Различают несколько видов оборудования, имеющих свои особенности. Они классифицируются по определенным признакам.

Классификация #1 — по механизму прижима

В отопительных системах частных домов, квартир и промышленных установок небольшой мощности предпочтение отдается пружинному типу изделия.

Устройство отличается простым и надежным строением, компактными габаритами, возможностью комбинирования с другими элементами блока безопасности, доступной ценой. Сила сжатия пружинного механизма зависит от параметра давления, при котором срабатывает клапан. На диапазон настройки влияет упругость самой пружины.

Принцип действия пружинных предохранителей заключается в следующем:

  • на затвор устройства воздействует поток воды;
  • движение теплоносителя ограничивается усилием пружины;
  • критическое давление превышает силу сжатия, приподнимая шток золотника вверх;
  • жидкость отправляется в выходной патрубок;
  • внутренний объем воды стабилизируется;
  • пружина закрывает затвор, возвращая его в первоначальное положение.

Корпус пружинистого устройства делают из качественной высокопрочной латуни с применением технологий и методик горячего штампования. В производстве пружины используется сталь. Мембрану, уплотнители и рукоятку изготавливают из полимеров.

Некоторые торговые марки выпускают оборудование с уже установленными заводскими настройками. Также в ассортименте есть модели, настраиваемые по месту монтажа в период пусконаладочных работ.

Рычажно-грузовые предохранители распространены не так широко. В частных автономных системах с котлом их монтируют редко. Эксплуатация сосредоточена в промышленной отрасли на крупных производствах, где диаметр трубопроводов составляет не меньше 200 мм.

Усилие на шток в таких механизмах дает не пружина, а груз, навешенный на рычаг. Он передвигается по длине рычага, регулируя силу, с которой шток будет прижиматься к седлу.

Рычажно-грузовой клапан открывается, когда давление среды с нижней части золотника превышает показатели, исходящие от рычага. После этого вода уходит через специальное сбросное отверстие.

Давление срабатывания, как и диапазон настроек, определяется длиной рычага и массой груза. Рычажные предохранители не уступают пружинным приборам в плане надежности, но стоят дороже. Приспособления устанавливают на фланцевые соединительные детали труб с диаметром условного прохода от 50 и более.

Классификация #2 — по высоте подъема затвора

В малоподъемных предохранительных клапанах затвор поднимается не выше, чем на 0,05 диаметра седла. Механизм открытия в подобном оборудовании пропорциональный.

Ему свойственна низкая пропускная способность и самая примитивная конструкция. Малоподъемное оборудование применяют на сосудах с жидкой средой.

У полноподъемных приборов подъем затвора выше. Это означает, что их пропускная способность намного лучше, чем у предыдущего варианта, поэтому они способны сбрасывать более масштабные объемы излишков теплоносителя.

Классификация #3 — по скорости срабатывания

Затворная крышка пропорциональных предохранительных клапанов открывается постепенно. Как правило, величина открытия пропорциональна росту давления, оказываемого на внутреннюю поверхность. Одновременно с подъемом механизма плавно увеличиваются объемы сбрасываемого теплоносителя.

Конструкция устройств не ограничивает возможности их использования в сжимаемой среде, но все-таки они преобладают в системах с водой и другой жидкостью.

Особенность двухпозиционных клапанов – моментальное срабатывание с полным открытием после достижения граничных отметок давления в системе, при которых открывается затвор предохранителя.

Специалисты рекомендуют эксплуатировать эти приспособления в сжимаемых средах. К числу их главных недостатков относят наличие характерных автоколебаний затвора.

При монтаже двухпозиционного клапана в отопительной системе с жидким теплоносителем следует учитывать, что во время резкого открытия затвора произойдет сброс большого количества воды.

Из-за этого слишком быстро упадет давление. Клапан мгновенно закроется, что повлечет за собой гидравлический удар. Пропорциональные устройства подобных рисков не вызывают.

Особенности трехходовых аварийных клапанов

Отдельно стоит поговорить о не столь известном потребителям устройстве — трехходовом клапане с ручным или электрическим переключателем. Он применяется в отопительных системах с низкотемпературными контурами.

Конструкция предохранителей оснащается тремя отверстиями, одно из которых входное, два – выходные. Потоки среды контролирует заслонка, сделанная в виде шара либо штока. Движущаяся жидкость перераспределяется вращениями.

Представим ситуацию: в доме реализована схема отопления с системой обычных радиаторов и теплого пола. Технические требования для функционирования второго варианта предусматривают не слишком высокие температуры теплоносителя.

Котел нагревает воду в одинаковом температурном режиме для всех систем. В подобных условиях появляется необходимость в перераспределяющем устройстве, с задачами которого отлично справляется трехходовой клапан.

Он отвечает за следующие функции:

  • разграничение областей;
  • распределение плотности потока по зонам;
  • содействие смешиванию теплоносителя из магистральных разветвлений подачи/обратки для отправления в трубопровод теплого пола более холодной воды, нежели в радиаторы.

Чтобы не осуществлять постоянный контроль над температурой среды самостоятельно, необходимо обратить внимание на модели клапана, снабженные сервоприводом.

Это устройство работает от датчика, установленного в низкотемпературном контуре. При изменении температурных отметок срабатывает запорный механизм, открывающий либо закрывающий подачу жидкости из обратки.

Более подробно о разновидностях трехходового клапана на отопление и критериях его выбора мы говорили в следующей статье.

Советы по выбору оптимальной модели

Перед тем как остановиться на конкретном предохранительном оборудовании, нужно обязательно подробно ознакомиться с техническими характеристиками котельной установки.

Не стоит пренебрегать изучением инструкций производителя, в которых указываются все предельные значения.

Решающую роль в выборе устройства для отопления имеют несколько критериев:

  1. Производительность котла.
  2. Максимально допустимое давление среды для тепловой мощности нагревательного оборудования.
  3. Диаметр предохранительного клапана.

Следует проверить, чтобы регулятор давления в устройстве имел диапазон, в пределы которого входят параметры того или иного котла. Давление срабатывания должно быть на 25-30% больше рабочего показателя, требуемого для стабильной работы системы.

Диаметр предохранительного клапана не может быть меньше разъема подводящего патрубка. Иначе постоянное гидравлическое сопротивление не даст предохранителю в полной мере выполнять непосредственные задачи.

Оптимальный материал изготовления оборудования – латунь. Она обладает малым коэффициентом температурного расширения, при котором исключено разрушение корпуса от воздействий сильного давления.

Регулирующий блок производят из термостойких пластиковых материалов, сохраняющих нужную жесткость даже при контакте с кипящей жидкостью.

Правила монтажа и настройки

Запланировав самостоятельный монтаж предохранительного клапана для отопления, следует заранее подготовить набор инструментов. В работе не обойтись без разводных и гаечных ключей, крестовой отвертки, пассатижей, рулетки, силиконового герметика.

Прежде чем начать работу, нужно определить подходящее для монтажа место. Предохранительный клапан рекомендуют крепить на подающем трубопроводе недалеко от выходного патрубка котла. Оптимальное расстояние между элементами – 200-300 мм.

В нормативной документации, которой комплектуется каждый прибор, процесс монтажа обычно расписан пошагово.

Некоторые ключевые правила установки неизменны для всех типов клапанов:

  • если предохранитель монтируется не в составе группы безопасности, рядом с ним ставится манометр;
  • в пружинных клапанах ось пружины должна иметь строго вертикальное положение и располагаться под корпусом устройства;
  • в рычажно-грузовом оборудовании рычаг размещают горизонтально;
  • на участке трубопровода между отопительным оборудованием и предохранителем не допускается монтаж обратных клапанов, кранов, задвижек, циркуляционного насоса;
  • для предотвращения повреждений корпуса при вращении клапана, нужно подбираться ключом с той стороны, где осуществляется навинчивание;
  • сливная трубка, отводящая теплоноситель в канализационную сеть или обратную трубу, подключается к выходному патрубку клапана;
  • выходной патрубок подводится к канализации не прямиком, а с включением воронки или приямка;
  • в системах, где циркуляция жидкости происходит по естественной схеме, предохранительный клапан ставится в наивысшей точке.

Условный диаметр прибора подбирается на основании разработанных и утвержденных Гостехнадзором методик. В решении этого вопроса разумнее обращаться за помощью к профессионалам.

Если такой возможности нет, можно попробовать воспользоваться специализированными онлайн-программами для расчета.

На регулировку клапана влияет вид прижимной конструкции. В пружинных приспособлениях есть колпачок. Предварительное сжатие пружины настраивается путем его вращения. Точность регулировки у этих изделий высокая: +/- 0,2 атм.

В рычажных устройствах настройки выполняются посредством наращивания массы или передвижения груза.

После 7-8 срабатываний в установленном аварийном устройстве изнашивается пружина и тарелка, вследствие чего может нарушиться герметичность. В таком случае целесообразно заменить клапан на новый.

Выводы и полезное видео по теме

Как устроен и из чего состоит предохранительный клапан:

Аварийный клапан в составе группы безопасности:

Подробнее о выборе и установке оптимального предохранительного клапана:

Предохранительный клапан – простое и надежное оборудование, которое позволит обезопасить жилье от непредвиденных аварийных ситуаций, случающихся в отопительных системах. Для этого достаточно выбрать качественный прибор с подходящими параметрами, а затем выполнить его грамотную настройку и монтаж.

Выбираете для своей системы отопления подходящий вариант предохранительного клапана? Может у вас остались вопросы, ответы на которые вы не нашли в изложенном выше материале? Задавайте их нашим экспертам, оставив комментарий под статьей.

А может вы хотите дополнить материал интересными фактами и полезными рекомендациями? Или поделиться опытом собственноручной установки клапана в систему? Пишите свое мнение о необходимости такого защитного приспособления, делитесь советами по выбору, исходя из личного опыта.

Предлагаю сначала разобраться: что такое предохранительный клапан, для чего он нужен и зачем его вообще подбирать? Может, стоит взять самый красивый и установить его?

Предохранительный клапан (определение ГОСТ Р 52720) – это такая трубопроводная арматура, которая защищает (собственно, поэтому он и предохранительный) оборудование, если там вдруг повысится давление (оно, повышенное давление, нам совершенно ни к чему). Делает он это, открывшись в нужный момент (собственно, поэтому он и клапан) и выпустив то самое «ненужное» давление, а после этого сам в нужный момент закроется (давление закрытия). Как же это происходит? Тут нет никакой магии. В клапане есть пружина, которая при нормальном ходе работы (давление перед клапаном рабочее) своей силой закрывает проход (золотник плотно прижат к седлу), и ничего никуда не сбрасывается. Но если вдруг давление начинает расти, у пружинки уже не хватает сил, чтобы удержать его, и клапан открывается (давление начала открытия), давление сбрасывается.

Теперь что касается подбора клапана. Предохранительные клапаны бывают разного размера – от совсем маленьких до настоящих гигантов, в такой можно даже спрятаться (номинальный диаметр предохранительных клапанов составляет от 10 до 400 мм, в РФ же наиболее часто встречаются клапаны от 25 до 200 мм). Предохранительные клапаны делятся еще и по давлению, на котором можно их использовать (номинальное давление) – ведь у одних стенки совсем тонкие, а пружинки совсем слабенькие, а у других толстенные стены, а пружины очень жесткие. Нетрудно догадаться, что такое разнообразие неслучайно и нужно для того, чтобы обеспечить потребности самых разных объектов и производств. Вот тут-то и возникает необходимость правильно выбрать предохранительный клапан, потому что если поставить «неправильный», то в лучшем случае мы услышим шипение (не будет обеспечена необходимая герметичность), а в худшем – «БА-БАХ!» (произойдет разрушение защищаемого объекта).

Теперь пришло время узнать, как же выбирать предохранительный клапан. Хочу сразу предупредить, что «принцип арбуза» тут не подходит и стучать по клапану не следует. А следует внимательнейшим образом прочесть опросный лист (документ, содержащий технические и прочие требования на разработку и (или) поставку трубопроводной арматуры). При этом не существует какой-то идеальной формы опросного листа. На завод поступают самые разнообразные опросные листы, составленные и заполненные проектными институтами, конечными потребителями, посредниками и прочим разным людом. Нередко в таких опросных листах содержатся противоречивые требования и ошибки (к сожалению, с этим ничего не поделаешь), и приходится «расшифровывать тайные послания».

Один из главных параметров, на который стоит обратить внимание в опросном листе – это аварийный расход среды, который должен обеспечить клапан при его полном открытии, GA или, как часто говорят, пропускная способность предохранительного клапана. Вот тут самое время вспомнить о «кладезе знаний» любого инженера, то есть нормативно-технической документации: сейчас нас интересуют ГОСТ 12.2.085-2002 и ГОСТ 31294, ведь именно там прописаны формулы, по которым нужно считать – но об этом чуть позже. Именно эта величина напрямую влияет на то, какой клапан нам нужно будет выбрать.

Порядочные инженеры при этом используют размерность «килограмм в час» (кг/ч) (физический смысл этой величины – масса рабочей среды, которая способна выйти из предохранительного клапана при его полном открытии в течение часа). Тут следует еще внимательно посмотреть, о чем идет речь: о жидкости (вода, нефть и прочие журчащие среды), о газе (тут в основном народное достояние – природный газ) или о водяном паре (важно при расчетах не перепутать его с народным достоянием, ибо в «кладезях знаний» – ГОСТ 12.2.085-2002, ГОСТ 31294 – даются разные формулы и есть опасность нарваться на вариант «БА-БАХ»).

Еще очень интересно то, что в опросных листах с рабочей средой «природный газ» часто указывают аварийный расход, выраженный в единицах нм³/ч (произносится как «нормальный кубический метр в час»). Нормальный кубический метр – особая единица измерения, традиционно используемая для природного газа. Физический смысл нормального кубометра – это кубический метр газа при температуре 0°C (273,15 К) и давлении 101325 Па (0,101325 МПа=1,03323 кгс/см 2 ). Также для природного газа употребляется единица измерения стм³/ч – стандартный кубический метр в час. Физический смысл стандартного кубометра – это кубический метр газа при стандартных условиях, указанных в ГОСТ 2939-63, то есть при температуре 20°C (293,15 К) и давлении 101325 Па (0,101325 МПа=1,03323 кгс/см 2 ).

В указанных случаях для расчета массового потребного аварийного расхода необходимо знать плотность газа при нормальных и, соответственно, при стандартных условиях. Если заказчик не приводит таких данных (а иногда и приводит), то придется предположить, что плотность газа при нормальных и при стандартных условиях – примерно 0,85 кг/м³ (по данным всемирной паутины, плотность природного газа при указанных условиях находится в «вилке» 0,72-0,85 кг/м³, порядочные инженеры всегда берут наибольшее значение плотности, дабы перестраховаться). Например, если заказчик указал потребный аварийный расход 20 000 нм³/ч, то GA=20 000*0,85=17 000 кг/ч. Ну, как-то так. После того, как эта ценнейшая цифра найдена, следует двигаться дальше, и тут пора вспомнить о формулах.

B4 – определяют по таблице А.2 (для идеального газа В4=1).

Тут даже варианта с формулами нет. Примитив.

R – газовая постоянная
R определяют по таблице А.1

Помимо указанной таблицы, порядочный инженер может найти R еще вот так:

Продолжение вы можете найти здесь

Как рассчитать регулирующий клапан и его пропускную способность

Встречали в описании регуляторов давлений следующую рекомендацию: «Не следует подбирать типоразмер клапана по диаметру трубопровода, используйте значение Kvs»? Эта надпись есть практически в любой технической документации на регулирующие клапаны, а также сайтах компаний, занимающихся их продажей. 

Вот только, что это за значение Kvs и достаточно ли его для подбора регулятора, практически никто не объясняет. Эта статья поможет вам разобраться, как правильно рассчитать типоразмер любого регулирующего клапана.     

В большинстве случаев подобрать регулятор давления под конкретное применение можно без привлечения специалистов. Точный расчет параметров арматуры потребуется для систем, где необходимо высокое качество регулирования или есть особые требования к ее работе, например, ограничения по уровню шума. 

Основным параметром, по которому выбирается регулятор давления, является его пропускная способность или то самое значение Kvs. Как его рассчитать и что еще нужно учесть при выборе регулирующего клапана расскажет Андрей Шахтарин, директор компании «ВТК-Велес».  

Определение пропускной способности клапана

Kvs, которая указывается в технической документации регулятора давления, — это пропускная способность полностью открытого клапана. Производители обычно указывают диапазон значений Kvs min— Kvs max, в котором работает устройство. Ваша задача определить необходимую пропускную способность клапана, при которой на заданном расходе будет обеспечено необходимое понижение давления пара, газа или жидкости при его прохождении. 

Для каждого типа теплоносителя используется своя формула, учитывающая физические характеристики рабочей среды и перепад давления на входе и выходе:   

 

, где:

P1 — давление на входе регулятора, бар;

P2 — давление на выходе регулятора, бар;

∆P — перепад давления, бар;

t1 — температура среды на входе, oC;

Q — расход для жидкости, м3/ч;

QN — расход для газов при нормальных условиях, нм3/ч;

G — расход для водяного пара, кг/ч;

ρ — плотность жидкости, кг/м3;

pN — плотность газов при нормальных условиях, кг/нм3.

При расчетах учитывайте, что в формуле используется избыточное давление. 

Расчетная Kv не учитывает все факторы, влияющие на работу устройства, так что про запас к полученному значению рекомендуется добавить 30%. Поэтому Kv умножаем на коэффициент 1,3 и только после этого подбираем клапан с самым близким значением Kvs max

Однако на этом подбор регулятора давления не заканчивается. Рекомендуется учесть еще несколько показателей, если вы хотите, чтобы: 

  • технологические процессы регулировались более точно;

  • клапан во время работы не шумел и не «хлопал»; 

  • при эксплуатации регулятора не было особых проблем с кавитацией и, как следствие, эрозионным износом его элементов;

  • повысилась безопасность производственных процессов;

  • сократились расходы на техобслуживание системы. 

Для нормальной эксплуатации регулирующего клапана важны следующие факторы.

Условный диаметр клапана

Помните рекомендацию в начале статьи? Она рабочая — регуляторы давления действительно никогда не подбираются по диаметру трубопровода. Однако придется рассчитать условные параметры подводящей линии. Особенно это касается редукционного клапана, который обязательно устанавливается с обвязкой (об этом мы писали в этой статье). Для определения диаметра используем следующую формулу:

   , где

w — рекомендуемая скорость потока среды, м/c;

Q — рабочий объемный расход среды м3/ч;

d — диаметр трубопровода, м.

Регулятор может иметь диаметр на одну-две ступени меньше полученного значения. Если подобрать подходящий регулирующий клапан нет возможности, допустимо выбрать модель с более низкой пропускной способностью Kvs

Условное давление 

Этот параметр определяет допустимое рабочее давление для арматуры при нормальной температуре (20oC). При нагреве механические свойства и эксплуатационные характеристики конструкционных материалов снижаются. Поэтому реальное допустимое давление для арматуры будет ниже. Насколько измениться значение зависит от материала изготовления клапана. В приведенной таблице приведена зависимость максимального рабочего давления от температуры для серого чугуна, углеродистой и нержавеющей стали. 

Риск возникновения кавитации 

При больших перепадах давления это одна из самых больших проблем, приводящая к быстрому выходу из строя клапана. Особенно сильно эффект проявляется при использовании регуляторов давления пара после себя. Проверить возможность возникновения кавитации можно  по формуле:

, где

P1 – давление на входе регулятора, бар;

∆P – перепад давления на клапане, бар.

Кавитация возникнет, если условие соблюдается.  

Уровень шума

Регулирующий клапан будет шуметь и хлопать, если скорость среды, проходящей по трубопроводам будет выше рекомендуемой. Рассчитать фактическую скорость можно по формуле: 

, где

w – скорость потока среды, м/c;

Q – рабочий объемный расход среды м3/ч;

d – диаметр трубопровода, м.

Рекомендуемые скорости для всех типов сред приведены в таблице.

Снизить уровень шума можно, установив клапан в специальном исполнении или смонтировав виброкомпенсаторы на участках до и после регулятора. 

Допустимый перепад давления на клапане

Для ряда регуляторов давления пара после себя ограничено отношение входного давления к выходному, так как при превышении перепада давления клапан не сможет закрыться. При выборе такого устройства можно не беспокоиться о кавитации — ограничение по этому параметру ее полностью исключает. 

Соблюдение перечисленных рекомендаций поможет вам выбрать оптимальную модель регулирующего клапана, который будет не только эффективно, но и долго работать. Также вы можете обратиться за помощью к нашим специалистам — мы ответим на все ваши вопросы и поможем подобрать подходящий регулятор. Связаться с нами можно любым удобным способом. 

Выбор предохранительного клапана

| Спиракс Сарко

Расположение предохранительного клапана

Чтобы гарантировать, что максимально допустимое давление накопления любой системы или устройства, защищенного предохранительным клапаном, никогда не превышается, необходимо внимательно изучить положение предохранительного клапана в системе. Поскольку существует такой широкий спектр приложений, не существует абсолютного правила относительно того, где должен быть расположен клапан, и, следовательно, каждое приложение необходимо рассматривать отдельно.

Обычно предохранительный клапан с паром используется для защиты технологического оборудования, питаемого от станции понижения давления. Две возможные схемы показаны на рисунке 9.3.3.

Предохранительный клапан может быть установлен внутри самой станции понижения давления, то есть перед запорным клапаном ниже по потоку, как на рисунке 9.3.3 (a), или дальше по потоку, ближе к аппарату, как на рисунке 9.3.3 (b). Установка предохранительного клапана перед запорным клапаном ниже по потоку дает следующие преимущества:

• Предохранительный клапан можно протестировать на линии, отключив запорный клапан, расположенный ниже по потоку, без возможности избыточного давления в аппарате ниже по потоку, если предохранительный клапан выйдет из строя при испытании.

• Когда испытания проводятся на линии, предохранительный клапан не нужно снимать и испытывать на стенде, что требует больших затрат и времени.

• При настройке PRV в условиях холостого хода можно наблюдать работу предохранительного клапана, так как это условие, скорее всего, вызовет «кипение». Если это должно произойти, давление PRV можно отрегулировать ниже давления возврата предохранительного клапана.

• Любые дополнительные взлеты ниже по потоку изначально защищены.Дополнительная защита требуется только для аппаратов с более низким МДРД. Это может иметь значительную экономическую выгоду.

Однако иногда целесообразно установить предохранительный клапан ближе к впускному отверстию пара любого устройства.

В самом деле, отдельный предохранительный клапан может быть установлен на входе каждой части устройства, расположенной ниже по потоку, когда PRV поставляет несколько таких частей устройства.

В качестве ориентира можно использовать следующие пункты:

• При поставке одного устройства, у которого давление МДРД меньше давления подачи PRV, устройство должно быть оснащено предохранительным клапаном, желательно плотно соединенным с патрубком входа пара.

• Если PRV питает более одного устройства и MAWP любого элемента меньше, чем давление подачи PRV, либо станция PRV должна быть оборудована предохранительным клапаном, настроенным на минимально возможное MAWP подключенного устройства, либо каждый элемент затронутого аппарата должен быть оборудован предохранительным клапаном.

• Предохранительный клапан должен быть расположен так, чтобы давление не могло накапливаться в аппарате по другому пути, например, из отдельной паропровода или байпасной линии.

Можно утверждать, что каждая установка заслуживает особого внимания с точки зрения безопасности, но следующие приложения и ситуации немного необычны и заслуживают внимания:

• Пожар — Любой сосуд высокого давления должен быть защищен от избыточного давления в случае пожара.Хотя предохранительный клапан, установленный для защиты при эксплуатации, также может обеспечивать защиту в условиях пожара, такие случаи требуют особого рассмотрения, которое выходит за рамки данного текста.

• Экзотермические приложения — они должны быть оснащены предохранительным клапаном, установленным на входе пара в аппарат или непосредственно на корпусе. Альтернативы нет.

• Предохранительные клапаны, используемые в качестве сигнальных устройств — Иногда предохранительные клапаны устанавливаются в системы в качестве сигнальных устройств. Они не требуются для снятия аварийных нагрузок, а только для предупреждения о повышении давления выше нормального рабочего давления по причинам эксплуатации.В этих случаях предохранительные клапаны устанавливаются на давление предупреждения и должны быть только минимального размера. Если существует опасность того, что системы, оснащенные таким предохранительным клапаном, превысят их максимально допустимое рабочее давление, они должны быть защищены дополнительными предохранительными клапанами обычным образом.

Пример 9.3.2

Чтобы проиллюстрировать важность расположения предохранительного клапана, рассмотрим автоматический сифон насоса (см. Блок 14), используемый для удаления конденсата из нагревательной емкости.Автоматический сифон (APT) включает в себя насос механического типа, который использует движущую силу пара для перекачивания конденсата через систему возврата. Положение предохранительного клапана будет зависеть от MAWP APT и необходимого входного давления на входе.

Если MAWP APT больше или равно таковому у судна, можно использовать схему, показанную на рисунке 9.3.4.

Такое расположение подходит, если рабочее давление насос-ловушка меньше 1.6 бар изб. (Давление срабатывания предохранительного клапана 2 бар изб. Минус продувка 0,3 бар и запас отключения 0,1 бар). Поскольку МДРД как APT, так и резервуара больше, чем давление срабатывания предохранительного клапана, один предохранительный клапан обеспечит подходящую защиту для системы.

Однако, если бы рабочее давление насос-ловушка должно было быть больше 1,6 бар изб., Подача APT должна была бы осуществляться со стороны высокого давления клапана PRV и снижаться до более подходящего давления, но все же ниже 4 .МДРД 5 бар изб. APT. Схема, показанная на рисунке 9.3.5, подойдет в этой ситуации.

Здесь используются две отдельные станции PRV, каждая со своим собственным предохранительным клапаном. Если внутренние устройства APT выходят из строя и пар под давлением 4 бар проходит через APT в сосуд, предохранительный клапан «А» сбрасывает это давление и защищает сосуд. Предохранительный клапан «B» не поднимется, поскольку давление в APT все еще приемлемо и ниже установленного.

Следует отметить, что предохранительный клапан «A» расположен на стороне выхода клапана регулирования температуры; это сделано из соображений безопасности и эксплуатации:

  • Безопасность — Если внутренние компоненты APT вышли из строя, предохранительный клапан все равно сбросил бы давление в резервуаре, даже если бы регулирующий клапан был закрыт.
  • Работа — вероятность закипания предохранительного клапана «А» во время работы в этом положении меньше, так как давление после регулирующего клапана обычно ниже, чем до него.

Также обратите внимание, что если бы МДРД насос-ловушки было больше, чем давление перед клапаном PRV «A», было бы допустимо не включать предохранительный клапан «B» в систему, но предохранительный клапан «A» должен иметь размер. чтобы учесть общий поток неисправностей через PRV ‘B’, а также через PRV ‘A’.

Пример 9.3.3

Фармацевтический завод имеет двенадцать сковородок с кожухом на одном производственном этаже, все с одинаковым МДРД. Где бы располагался предохранительный клапан?

Одним из решений может быть установка предохранительного клапана на входе в каждый поддон (рисунок 9.3.6). В этом случае каждый предохранительный клапан должен быть такого размера, чтобы выдерживать всю нагрузку на случай, если PRV не откроется, когда остальные одиннадцать поддонов будут отключены.

Поскольку все кастрюли рассчитаны на одно и то же МДРД, можно установить один предохранительный клапан после PRV.

Если бы в систему нужно было включить дополнительное устройство с более низким МДРД, чем поддоны (например, кожухотрубный теплообменник), то необходимо было бы установить дополнительный предохранительный клапан. Этот предохранительный клапан должен быть настроен на соответствующее более низкое установленное давление и рассчитан на пропускание аварийного потока через клапан регулирования температуры (см. Рисунок 9.3.8).

.

Типы предохранительных клапанов | Спиракс Сарко

Обычные предохранительные клапаны

Общей характеристикой, общей для определений обычных предохранительных клапанов в различных стандартах, является то, что на их рабочие характеристики влияет любое противодавление в системе нагнетания. Важно отметить, что полное противодавление создается двумя компонентами; наложенное противодавление и создаваемое противодавление:

  • Наложенное противодавление — статическое давление, которое существует на выходной стороне закрытого клапана.
  • Создаваемое противодавление — дополнительное давление, создаваемое на выпускной стороне при выпуске клапана.

Впоследствии, в обычном предохранительном клапане, только наложенное противодавление будет влиять на характеристику открытия и заданное значение, но комбинированное противодавление изменит характеристику продувки и значение повторной посадки.

Стандарт ASME / ANSI делает дополнительную классификацию, согласно которой обычные клапаны имеют пружинный корпус, отводимый на напорную сторону клапана.Если корпус пружины выпускается в атмосферу, любое наложенное противодавление все равно будет влиять на рабочие характеристики. Это можно увидеть из рисунка 9.2.1, на котором показаны схематические изображения клапанов, у которых из пружинных корпусов имеется вентиляция на стороне нагнетания клапана и в атмосферу.

Рассматривая силы, действующие на диск (с площадью AD), можно увидеть, что требуемая сила открытия (эквивалентная произведению входного давления (PV) и площади сопла (AN)) является суммой усилия пружины. (FS) и сила противодавления (PB), действующая на верх и низ диска.В случае корпуса пружины, вентилируемого на напорную сторону клапана (обычный предохранительный клапан ASME, см. Рисунок 9.2.1 (a)), требуемое усилие открытия составляет:

PV AN = FS + PB AD — PB (AD — AN), что упрощается до уравнения 9.2.1

Следовательно, любое наложенное противодавление будет иметь тенденцию к увеличению усилия закрытия, и давление на входе, необходимое для подъема диска, будет больше.

В случае клапана, корпус пружины которого выпущен в атмосферу (рисунок 9.2.1b), необходимое открывающее усилие:

Таким образом, наложенное противодавление действует вместе с давлением в емкости, преодолевая силу пружины, и давление открытия будет меньше ожидаемого.

В обоих случаях, если существует значительное наложенное противодавление, его влияние на установленное давление необходимо учитывать при проектировании системы предохранительных клапанов.

После того, как клапан начинает открываться, необходимо также принимать во внимание эффекты создаваемого противодавления. Для обычного предохранительного клапана с выпуском из корпуса пружины на нагнетательную сторону клапана см. Рисунок 9.2.1 (a), влияние нарастающего противодавления можно определить, рассматривая уравнение 9.2.1 и отмечая, что как только клапан начинает открываться, давление на входе является суммой установленного давления PS и избыточного давления PO .

(P S + P O ) A N = F S + P B AN, что упрощает уравнение 9.2.3

Следовательно, если противодавление больше, чем избыточное давление, клапан будет стремиться закрываться, уменьшая поток. Это может привести к нестабильности в системе и может привести к дрожанию или вибрации клапана.

В общем, если обычные предохранительные клапаны используются в приложениях, где имеется избыточное создаваемое противодавление, они не будут работать должным образом. Согласно рекомендациям API 520:

  • Обычный предохранительный клапан обычно не следует использовать, когда создаваемое противодавление превышает 10% установленного давления при 10% избыточном давлении. Более высокое максимально допустимое создаваемое противодавление может использоваться для избыточного давления более 10%.

Однако европейский стандарт EN ISO 4126 гласит, что создаваемое противодавление должно быть ограничено до 10% от установленного давления, когда клапан нагнетает с сертифицированной производительностью.

Для большинства паровых систем противодавление может поддерживаться в этих пределах путем тщательного подбора размеров любых выпускных труб. Это будет обсуждаться в Модуле 9.4. Если, однако, снизить противодавление невозможно, может потребоваться использование сбалансированного предохранительного клапана.

.Размер предохранительного клапана

| Спиракс Сарко

Определение размеров предохранительного клапана Введение

Предохранительный клапан всегда должен быть такого размера и иметь возможность вентиляции любого источника пара, чтобы давление внутри защищаемого устройства не превышало максимально допустимого накопленного давления (MAAP). Это означает не только правильное положение клапана, но и правильную настройку. Предохранительный клапан также должен иметь правильный размер, чтобы он мог пропускать необходимое количество пара при требуемом давлении во всех возможных неисправных условиях.

После определения типа предохранительного клапана, а также его давления срабатывания и положения в системе необходимо рассчитать требуемую пропускную способность клапана. Как только это станет известно, можно определить требуемую площадь отверстия и номинальный размер, используя спецификации производителя.

Чтобы установить максимальную требуемую производительность, необходимо учитывать потенциальный поток через все соответствующие ответвления перед клапаном.

В приложениях, где существует более одного возможного пути прохождения потока, определение размера предохранительного клапана становится более сложным, так как может существовать ряд альтернативных методов определения его размера.Если существует более одного потенциального пути потока, следует рассмотреть следующие альтернативы:

  • Предохранительный клапан может быть рассчитан на максимальный поток, наблюдаемый в пути потока с наибольшим объемом потока.
  • Предохранительный клапан может быть рассчитан на отвод потока из объединенных каналов.

Этот выбор обусловлен риском одновременного отказа двух или более устройств. Если есть малейшая вероятность того, что это может произойти, размер клапана должен быть таким, чтобы можно было выпускать комбинированные потоки вышедших из строя устройств.Однако там, где риск незначителен, экономическая выгода может диктовать, что размер клапана следует подбирать только для наибольшего аварийного потока. Выбор метода в конечном итоге остается за компанией, ответственной за страхование завода.

Например, рассмотрим сосуд высокого давления и систему автоматической ловушки насоса (APT), как показано на рисунке 9.4.1. Маловероятная ситуация состоит в том, что и APT, и редукционный клапан (PRV «A») могут выйти из строя одновременно. Пропускная способность предохранительного клапана «A» может быть либо аварийной нагрузкой самого большого PRV, либо, альтернативно, комбинированной аварийной нагрузкой как APT, так и PRV «A».

В этом документе рекомендуется, чтобы при наличии нескольких путей потока любой соответствующий предохранительный клапан всегда был рассчитан с учетом возможности одновременного выхода из строя соответствующих клапанов регулирования давления на входе.

Нахождение потока неисправностей

Чтобы определить аварийный поток через PRV или любой клапан или диафрагму, необходимо учитывать следующее:

  • Возможное давление неисправности — его следует принимать как установленное давление соответствующего предохранительного клапана на входе.
  • Давление сброса предохранительного клапана типоразмера
  • Полная открытая способность (K VS ) входного регулирующего клапана, см. Уравнение 3.21,2

Пример 9.4.1

Рассмотрим расположение PRV на рисунке 9.4.2.

Давление подачи в этой системе (рисунок 9.4.2) ограничивается предохранительным клапаном на входе с установленным давлением 11,6 бар изб. Поток через PRV можно определить с помощью уравнения массового расхода пара (уравнение 3.21.2):

В этом примере:

Следовательно, предохранительный клапан должен быть рассчитан на пропускание не менее 953 кг / ч при настройке на 4 бар изб.

После определения аварийной нагрузки обычно достаточно выбрать размер предохранительного клапана, используя таблицы грузоподъемности производителя. Типичный пример диаграммы грузоподъемности показан на рисунке 9.4.3. Зная необходимое установленное давление и пропускную способность, можно выбрать подходящий номинальный размер. В этом примере установленное давление составляет 4 бар изб., А аварийный расход составляет 953 кг / ч. Требуется предохранительный клапан DN32 / 50 производительностью 1 284 кг / ч.

Если таблицы размеров недоступны или не подходят для конкретных жидкостей или условий, таких как противодавление, высокая вязкость или двухфазный поток, может потребоваться вычислить минимальную требуемую площадь отверстия.Методы для этого описаны в соответствующих регулирующих стандартах, например:

  • AD-Merkblatt A2, DIN 3320, TRD 421
  • ASME / API RP 520
  • EN ISO 4126

Методы, описанные в этих стандартах, основаны на коэффициенте расхода, который представляет собой отношение измеренной производительности к теоретической производительности сопла с эквивалентным проходным сечением.

Коэффициент разгрузки

Коэффициенты сброса зависят от конкретного диапазона предохранительных клапанов и утверждаются производителем.Если клапан прошел независимое одобрение, ему присваивается «сертифицированный коэффициент расхода».

Это значение часто занижают путем дальнейшего умножения на коэффициент безопасности 0,9, чтобы получить пониженный коэффициент расхода. Пониженный коэффициент расхода обозначается K dr = K d x 0,9

При использовании стандартных методов расчета требуемой площади отверстия, возможно, потребуется учесть следующие моменты:

Критический и докритический поток — поток газа или пара через отверстие, такое как проходное сечение предохранительного клапана, увеличивается при уменьшении давления на выходе.Это сохраняется до тех пор, пока не будет достигнуто критическое давление и критический расход. В этот момент любое дальнейшее снижение давления на выходе не приведет к дальнейшему увеличению потока.

Между критическим давлением и фактическим давлением сброса существует взаимосвязь (называемая критическим перепадом давлений), и для газов, протекающих через предохранительные клапаны, это показано уравнением 9.4.2.

Для газов со свойствами, аналогичными идеальному газу, «k» — это отношение удельной теплоемкости постоянного давления (c p ) к постоянному объему (c v ), т.е.е. c p : c v . «K» всегда больше единицы и обычно составляет от 1 до 1,4 (см. Таблицу 9.4.8).

Для пара, хотя «k» является изоэнтропийным коэффициентом, на самом деле это не отношение c p : c. В качестве приближения для насыщенного пара «k» можно принять равным 1,135, а для перегретого пара — 1,3. В качестве ориентировочного показателя для насыщенного пара критическое давление принимается равным 58% от накопленного давления на входе в абсолютном выражении.

  • Избыточное давление — Перед определением размеров необходимо установить расчетное избыточное давление клапана.Не разрешается рассчитывать пропускную способность клапана при более низком избыточном давлении, чем то, при котором был установлен коэффициент расхода. Однако разрешается использовать более высокое избыточное давление (типичные значения избыточного давления см. В таблице 9.2.1, модуль 9.2). Для клапанов с полным подъемом (Vollhub) типа DIN расчетный подъем должен достигаться при избыточном давлении 5%, но для определения размеров может использоваться значение избыточного давления 10%.

Для жидкостей избыточное давление составляет 10% в соответствии с AD-Merkblatt A2, DIN 3320, TRD 421 и ASME, но для несертифицированных клапанов ASME довольно часто используется значение 25%.

  • Противодавление — Расчет размеров в стандартах AD-Merkblatt A2, DIN 3320 и TRD 421 учитывает противодавление в функции оттока (Ψ), которое включает поправку на противодавление.

Однако стандарты ASME / API RP 520 и EN ISO 4126 требуют определения дополнительного поправочного коэффициента противодавления и его последующего включения в соответствующее уравнение.

  • Двухфазный поток — При выборе предохранительных клапанов для кипящих жидкостей (например, горячей воды) необходимо учитывать испарение (мигание) во время слива.Предполагается, что среда находится в жидком состоянии, когда предохранительный клапан закрыт, и что, когда предохранительный клапан открывается, часть жидкости испаряется из-за падения давления через предохранительный клапан. Полученный поток называется двухфазным потоком.

Требуемое проходное сечение должно быть рассчитано для жидкого и парового компонентов выпускаемой жидкости. Затем сумма этих двух площадей используется для выбора подходящего размера отверстия из выбранного диапазона клапана. (см. Пример 9.4.3)

Многие стандарты фактически не определяют формулу расчета для двухфазного потока и рекомендуют в таких случаях обращаться к производителю напрямую за консультацией.

.Предохранительные клапаны

| Спиракс Сарко

Конструкция предохранительного клапана

Базовый подпружиненный предохранительный клапан, называемый «стандартным» или «обычным», представляет собой простое и надежное самодействующее устройство, обеспечивающее защиту от избыточного давления.

Основные элементы конструкции состоят из корпуса клапана с прямоугольной диаграммой направленности с входным патрубком клапана или соплом, установленным на системе, работающей под давлением. Выпускное соединение может быть резьбовым или фланцевым для подсоединения к трубопроводной выпускной системе.Однако в некоторых приложениях, таких как системы сжатого воздуха, предохранительный клапан не имеет выпускного соединения, и жидкость выбрасывается непосредственно в атмосферу.

Конструкция впускного (или подходного канала) клапана может быть как сплошной, так и полу-сопловой. В конструкции с полным соплом весь «смоченный» впускной тракт образован из одной детали. Подходящий канал — это единственная часть предохранительного клапана, которая подвергается воздействию технологической жидкости во время нормальной работы, кроме диска, если только клапан не нагнетает воздух.

Полные форсунки обычно входят в состав предохранительных клапанов, предназначенных для технологических процессов и приложений высокого давления, особенно когда жидкость вызывает коррозию.

Напротив, конструкция полусопла состоит из посадочного кольца, вставленного в корпус, верхняя часть которого образует седло клапана. Преимущество такой компоновки состоит в том, что сиденье можно легко заменить без замены всего воздухозаборника.

Диск удерживается напротив седла форсунки (при нормальных условиях эксплуатации) пружиной, которая размещена в открытом или закрытом корпусе пружины (или в крышке), установленном на верхней части корпуса.Диски, используемые в предохранительных клапанах с быстрым открытием (хлопкового типа), окружены кожухом, держателем диска или камерой уплотнения, которая помогает обеспечить быстрое открытие.

Закрывающее усилие на диске обеспечивается пружиной, обычно изготовленной из углеродистой стали. Степень сжатия пружины обычно регулируется с помощью регулятора пружины, чтобы изменить давление, при котором диск поднимается с седла.
Стандарты, которые регулируют конструкцию и использование предохранительных клапанов, обычно определяют только три измерения, которые относятся к пропускной способности предохранительного клапана, а именно: площадь потока (или отверстия), площадь завесы и площадь нагнетания (или отверстия) (см. Рисунок 9.1.4).

1. Площадь проходного сечения — Минимальная площадь поперечного сечения между впускным отверстием и седлом в самом узком месте. Диаметр проходного сечения представлен размером «d» на рисунке 9.1.4.

2. Зона занавеса — Площадь цилиндрического или конического выпускного отверстия между посадочными поверхностями, создаваемая подъемом диска над сиденьем. Диаметр области завесы представлен размером «d1» на рисунке 9.1.4.

3.Площадь нагнетания — это меньшая из областей завесы и потока, которая определяет поток через клапан.

Клапаны, в которых площадь потока, а не площадь завесы определяет производительность, называются полноподъемными клапанами. Эти клапаны будут иметь большую производительность, чем клапаны с низким или высоким подъемом. Этот вопрос будет более подробно рассмотрен в Модуле 9.2.

Хотя основные элементы обычного предохранительного клапана схожи, детали конструкции могут значительно отличаться.Как правило, клапаны типа DIN (обычно используемые по всей Европе) имеют более простую конструкцию с фиксированной юбкой (или колпаком), тогда как клапаны типа ASME имеют более сложную конструкцию, которая включает одно или два регулируемых продувочных кольца. Положение этих колец можно использовать для точной настройки значений избыточного давления и продувки клапана.

Для данной площади отверстия может быть несколько различных размеров впускных и выпускных соединений, а также размеры корпуса, такие как размеры от осевой линии до лицевой стороны.Более того, многие конкурирующие продукты, особенно европейского происхождения, имеют разные размеры и емкость при одинаковом номинальном размере.

Исключением из этой ситуации являются стальные клапаны по спецификации ASME, которые неизменно следуют рекомендациям Рекомендуемой практики API 526, где указаны размеры от осевой линии до торца и размеры отверстий. Серии сечения отверстий обозначаются буквой. Обычен для

клапанов с одинаковой буквой диафрагмы для нескольких различных размеров входного и выходного патрубков.

Например, 2 «x J x 3» и 3 «x J x 4» — это оба клапана, которые имеют отверстие одинакового размера (‘J’), но у них разные размеры входа и выхода, как показано до и после буквы отверстия. соответственно.

Клапан 2 дюйма x J x 3 дюйма должен иметь входное отверстие 2 дюйма, отверстие размера «J» и выходное отверстие 3 дюйма.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *