Назначение и места установки предохранительных клапанов

Содержание

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

Назначение

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

Принцип действия клапанов

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

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

Классификация предохранительных клапанов

Специалисты классифицируют устройства по различным параметрам.

По принципу действия:

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

По способу открытия затвора:

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

По способу нагружения золотника:

пружинные;
рычажно-грузовые;
магнито-пружинные.

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

Различия в конструкциях

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

По отношению высоты подъема запорного элемента к его диаметру различают:

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

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

жидкостных систем высокого давления;
газов.

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

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

Пружинные клапаны

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

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

Рычажно-грузовые клапаны

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

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

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

Магнито-пружинные клапаны

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

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

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

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

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

Технические требования к предохранительным клапанам

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

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

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

Правила и стандарты

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

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

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

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

Выбор аварийной арматуры

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

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

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

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

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

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

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Предохранительные устройства предназначаются для предупреждения повышения давления выше заданной величины и предотвращения движения среды в направлении, обратном заданному. В качестве предохранительной арматуры используются обратные, запорные, сбросные, скоростные клапаны.

Предохранительные запорные клапаны (ПЗК) применяются для автоматического прекращения подачи газа к потребителям в случае изменения его давления в контролируемой точке сверх заданных пределов. Они устанавливаются в ГРП (ГРУ), на газовых разводках, перед горелкамигазопотребляющих агрегатов.

Точность срабатывания ПЗК должна составлять ±5% заданных контролируемых величин давления для ПЗК, установленных в ГРП, и ±10% для ПЗК в шкафных ГРП (ГРУ). В основном для ГРП (ГРУ) и крупных газопотребляющих агрегатов используются предохранительные запорные клапаны ПКВ и ПКН с диаметрами условного прохода 50, 80, 100 и 200 мм. В мембране клапана ПКВ применена более жесткая пружина, что позволяет использовать его на газопроводах высокого давления.

Предохранительно-запорный клапан типа ПКН (В) (рис.4.3.)состоит из чугунного литого корпуса 1 вентильного типа, мембранной камеры, надстроечной головки и системы рычагов. Внутри корпуса имеется седло и клапан 9. Шток клапана входит в соединение с рычагом 14, один конец которого крепится шарнирно внутри корпуса, а другой с грузом выведен наружу. Для открытия клапана 9 с помощью рычага 14 сначала немного поднимается шток и удерживается в таком положении, при этом открывается отверстие в клапане и перепад давления до и после него уменьшается. Рычаг с грузом 14 вводится в зацепление с анкерным рычагом 15, который укреплен на корпусе шарнирно. Ударный молоточек 17 также крепится шарнирно и расположен над плечом анкерного рычага. Над корпусом под надстроечной головкой расположена мембранная камера, в которую под мембрану подается газ из рабочего газопровода. На мембране сверху расположен шток с гнездом, в которое одним плечом входит коромысло 16. Другое плечо коромысла входит в зацепление со штифтом ударного молоточка.

Рис.4.3. Предохранительно-запорный клапан типа ПКН (В)

Предохранительные сбросные клапаны.

Предохранительные сбросные клапаны срабатывают при повышении рабочего давления до +15%, методом сброса газа в атмосферу.

Как один из видов трубопроводной арматуры клапан предохранительный (рис.4.4) предназначен для автоматической защиты технологической системы и трубопроводов от недопустимого повышения давления рабочей среды. Различают пружинные и рычажные предохранительные клапаны.

По способу выпуска рабочей среды разделяют клапан предохранительный, работающий без противодавления и сбрасывающий рабочую среду в атмосферу, и клапан предохранительный с противодавлением, сбрасывающий рабочую среду в трубопровод.

Рис. 4.4. Предохранительно-запорные клапаны ПКН (ПКВ):

1 – штуцер, 2,4 – рычаги, 3, 10 – шифты, 5 – гайка, 6 – тарелка, 7,8 – пружины, 9 – ударник, 11 – коромысло, 12 – мембрана

Так же клапан предохранительный пружинный может быть оборудован рычагом ручного подрыва, для проверки его работоспособности или ручного выпуска рабочей среды.

Клапан предохранительный (клапан сбросной) предназначены для защиты оборудования от недопустимого превышения давления сверх установленного. Клапаны предохранительные применяются на резервуарах, котлах, емкостях, сосудах и трубопроводах для автоматического или ручного сброса давления в атмосферу или отводящий трубопровод. После снижения давления до нужного предела предохранительный клапан прекращает сброс среды. Предохранительные клапаны предназначены для жидкой и газообразной, химической или нефтяной рабочих сред. Нормы герметичности по ГОСТ 9789-75.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Все сосуды, работающие под повышенным давлением, должны быть снабжены предохранительными устройствами от повышения давления. Для этого используются:

пружинные предохранительные клапаны (ПК);

импульсные предохранительные устройства, состоящие из главного ПК и управляющего импульсного клапана прямого действия;

предохранительные устройства с разрушающимися мембра нами;

другие предохранительные устройства, применение которых согласовано с Госгортехнадзором России.

Рычажно-грузовые ПК не допускаются к использованию на передвижных сосудах.

Принципиальные схемы основных типов ПК приведены на рисунках 6.1 и 6.2. Груз на рычажно-грузовых клапанах (см. рис. 6.1,6) должен надежно фиксироваться в заданном положении на рычаге после тарировки клапана. Конструкция пружинного ПК (см. рис. 6.1, в) должна исключать возможность затяжки пружины сверх установленной величины и предусматривать устройство для

Рис. 6.1. Принципиальные схемы основных типов предохранительных клапанов:

1 — грузовой с прямым нагружением;б — рычажно-грузовой; в — пружинный с прямым нагружением;1 — груз;2 — рычаг;3 — отводящий трубопровод;4 — пружина.

проверки исправности действия клапана в рабочем состоянии путем принудительного открывания его во время работы. Устройство пружинного предохрани тельного клапана показано на рис. 6.3. Количество ПК, их размеры и пропускная способность должны рассчитываться так, чтобы в Рис. 6.2. Разрывная предохранительная мембрана не превышала более чем на 0,05 МПа для сосудов с давлением до 0,3 МПа, на

15% — для сосудов с давлением от 0,3 до 6,0 МПа, на 10% — для сосудов с давлением более 6,0 МПа. При работающих ПК допускается превышение давления в сосуде не более чем на 25% при условии, что это превышение предусмот рено проектом и отражено в паспорте сосуда.

Пропускная способность ПК определяется по ГОСТ 12.2.085.

На все предохранительные устройства должны быть паспорта и инструкции по эксплуатации.

При определении размера проходных сечений и количества предохранительных клапанов важное значение имеет расчет пропускной способности клапана на G(в кг/ч). Он выполняется по методике, изложенной в ССБТ. Для водяного пара величина рассчитывается по формуле:

Рис. 6.3. Устройство пружинного

1 — корпус; 2 — золотник; 3 — пружина;

4 — отводящий трубопровод;

5 — защищаемый сосуд

где bi — коэффициент, учитывающий физико-химические свойства водяного пара при рабочих параметрах перед предохранительным клапаном; может быть определен по выражению (6-7); изменяется от 0,35 до 0,65; коэффициент, учитывающий соотношение давлений перед и за предохранительным клапаном, зависит от показателя адиабатыk и показателя β, при β k/(k-1) коэффициент B₂= 1, показатель β вычисляют по фор муле (6.8); коэффициент B₂ изменяется от 0,62 до 1,00; α₁— коэффициент рас хода, указываемый в паспортах предохранительных клапанов, для современ ных конструкций низкоподъемных клапанов α₁= 0,06-0,07, высокоподъем ных — α₁=0,16-0,17,F— площадь проходного сечения клапана, мм 2 ;Р₁ — максимальное избыточное давление перед клапаном, МПа;

B₁=0,503(2/( k+1) k/(k-1) *

где V — удельный объем пара перед клапаном при параметрах P₁иТ_1, ) м 3 /кг — температура среды перед клапаном при давлении Р_ь°С.

где P2 — максимальное избыточное давление за клапаном, МПа.

Показатель адиабаты k зависит от температуры водяного пара. При температуре пара 100 °Сk = 1,324, при 200 "Сk = 1,310, при 300 °Сk= 1,304, при 400 ‘Сk= 1,301, при 500°Ck= 1,296.

Суммарная пропускная способность всех установленных предохранительных клапанов должна быть не менее максимально возможного аварийного притока среды в защищаемый сосуд или аппарат.

Предохранительные мембраны (см. рисунки 6.2 и 6.4) представляют собой специально ослабленные устройства с точно рассчитанным порогом разрушения по давлению. Они просты по конструкции и в то же время обеспечивают высокую надежность защиты оборудования. Мембраны полностью герметизируют сбросное отверстие защищаемого сосуда (до срабатывания), дешевы и просты в изготовлении. К их недостаткам относятся необходимость замены после каждого срабатывания, невозмож ность точного определения давления срабатывания мембраны, что заставляет повышать запас прочности защищаемого оборудования.

Мембранные предохранительные устройства могут устанавливаться вместо рычажно-грузовых и пружинных предохранительных клапанов, если эти клапаны в условиях конкретной среды не могут быть использованы вследствие их инерционности или других при чин. Они устанавливаются также перед ПК в случаях, когда ПК не могут надежно работать вследствие особенностей воздействия рабочей среды в сосуде (коррозия, кристаллизация, прикипание, примерзание). Мембраны устанавливаются еще параллельно с ПК для увеличения пропускной способности систем сброса давления. Мембраны устанавливаются еще параллельно с ПК для Увеличения пропускной способности систем сброса давления. Мембраны могут быть разрывными (см. рис. 6.2), ломающимися, отрывными (рис. 6.4), срезными, выщелкивающимися. Толщину разрывных мембран А (в мм) рассчитывают по формуле:

где D — рабочий диаметр;Р- давление срабатывания мембраны, σ_вр— предел прочности материала мембраны (никель, медь, алюминий и др) при растяжении;К₁ — температурный коэффициент, изменяющийся от 0,5 до 1,8; δ — относительное удлинение материала мембраны при разрыве, %.

Для отрывных мембран величиной, определяющей давление срабатывания,

является диаметр D_H (см. рис. 6.4), который рассчитывают как

Мембраны должны иметь маркировку, установленного Правилами содержания. Предохранительные устройства должны устанавливаться на патрубках или трубопроводах, непосредственно присоединенных к сосуду. При установке на одном патрубке (или трубопроводе) нескольких предохранительных устройств площадь поперечного сечения патрубка (или трубопровода) должна быть не менее 1,25 суммарной площади сечения ПК, установленных на нем.

Не допускается установка какой-либо запорной арматуры меж ду сосудом и предохранительным устройством, а также за ним. Кроме того, предохранительные устройства должны размещаться в местах, удобных для их обслуживания.

Предохранительные устройства. Предохранительные устройства (клапаны) должны автоматически предотвращать повышение давления сверх допустимого путем выпуска рабочей среды в атмосферу или утилизационную систему. Требуется установка не менее двух предохранительных устройств.

На паровых котлах давлением 4 МПа должны устанавливаться только импульсные предохранительные клапаны.

Диаметр прохода (условный), устанавливаемых на котлах рычажно-,_; грузовых и пружинных клапанов, должен быть не менее 20 мм. Допуск уменьшение этого прохода до 15 мм для котлов паропроизводительностью до 0,2 т/ч и давлением до 0,8 МПа при установке двух клапанов.

Суммарная пропускная способность устанавливаемых на паровых котлах предохранительных устройств должна быть не менее номинальной производительности котла. Расчет пропускной способности предельных устройств паровых и водогрейных котлов должен выполняться по 14570 «Клапаны предохранительные паровых и водогрейных котлов. Технические требования».

Места установки предохранительных устройств определеными. В частности, в водогрейных котлах они устанавливаются на выходных коллекторах или барабане.

Методика и периодичность регулирования предохранительных нов (ПК) на котлах указывается в инструкции по монтажу и эксе Клапаны должны защищать сосуды от превышения в них давления более на 10 % расчетного (разрешенного).

Краткий ответ:Все сосуды, работающие под повышенным давлением, должны быть снабжены предохранительными устройствами от повышения давления. Для этого используются:

пружинные предохранительные клапаны (ПК);

предохранительные устройства с разрушающимися мембранами;

другие предохранительные устройства, применение которых согласовано с Госгортехнадзором России.