Виды предохранительных клапанов

Виды предохранительных клапанов

Превышение номинального давления в котле и системе отопления не только чревато разрывом труб, радиаторов, выходом из строя элементов, но и несет угрозу для жизни и здоровья владельца. Именно поэтому в замкнутых отопительных системах необходимо предусмотреть установку устройства для предотвращения повышения давления сверх допустимого предела. Таким устройством является предохранительный клапан – неотъемлемая часть любого котла и системы отопления. При достижении заданного настройкой давления затвор предохранительного клапана откроется и сбросит избыточный объем воды. Как только давление нормализуется, затвор клапана станет на место и сброс воды автоматически прекратится.

Общая конструкция любого предохранительного клапана обязательно включает в себя две основных составляющих — запорный элемент и задатчик, обеспечивающий силовое воздействие на чувствительный элемент. Запорный элемент состоит из затвора и седла, а в качестве задатчика применяют пружинный или рычажно-грузовой механизм, что обуславливает основное разделение видов предохранительных клапанов – на пружинные и рычажные.

В пружинных предохранительных клапанах давлению воды на затворе противодействует сила сжатой пружины. Усилие сжатой пружины определяет давление срабатывания клапана, а диапазон настройки определяется упругостью пружины. Простота и надежность конструкции, низкая стоимость, легкость регулировки обусловили широкое распространение пружинных предохранительных клапанов. Благодаря широкому диапазону выпускаемых диаметров (начиная от 15 мм), их применяют в инженерных системах частных домов и в небольших котельных.

В рычажных предохранительных клапанах давлению воды на затворе противодействует усилие, создаваемое рычажно-грузовым механизмом. Давление срабатывания клапана определяется массой груза, а длина рычага определяет диапазон настройки. Чем больше вес груза и чем дальше на рычаге он находится, тем при более высоком давлении будет срабатывать клапан. Рычажные предохранительные клапаны по надежности не уступают пружинным, но в потребительском секторе они почти не применяются, так как их модельный ряд начинается, как правило, с диаметра 50 мм. Поэтому сферой применения данных клапанов являются, как правило, промышленные объекты.

По высоте подъема затвора предохранительные клапаны бывают:

• малоподъемные;
• полноподъемные.

В малоподъемных предохранительных клапанах высота подъема затвора не превышает 5% от диаметра седла. Из-за этого у них низкая пропускная способность, но при этом простая конструкция и более низкая цена по сравнению с полноподъемными клапанами. В данных клапанах высота подъема затвора над седлом зависит от давления среды, поэтому их также относят к пропорциональным предохранительным клапанам. Их используют для жидкостей в тех случаях, когда не требуется большая пропускная способность.

В полноподъемных предохранительных клапанах высота подъема затвора составляет от 25% диаметра седла и больше. В них подъем затвора происходит сразу же на всю высоту хода, поэтому их также относят к двухпозиционным клапанам. Они обладают большой пропускной способностью, но при этом большей ценой из-за более сложной конструкции по сравнению с малоподъемными клапанами. Полноподъемные предохранительные клапапны имеют в своей конструкции колокол, задачей которого является помощь для достижения полного подъема затвора. Данные клапаны применяются преимущественно в системах со сжимаемыми средами, например, паром или сжатым воздухом.

По характеру подъема затвора предохранительные клапаны делятся на следующие виды:

• пропорциональные;
• двухпозиционные.

Пропорциональные предохранительные клапаны открываются пропорционально росту давления, объем сбрасываемой среды равномерно увеличивается с подъемом затвора. Затвор клапана может находиться неподвижно в любом промежуточном положении исходя из давления в системе. Данные клапаны применяются для воды и других жидких сред. По сравнению с двухпозиционными клапанами они обладают следующими преимуществами:

• способность открываться ровно в такой степени, насколько это необходимо для достижения рабочих параметров;
• простота конструкции;
• низкая цена;
• в системах с переменным аварийным расходом не возникают автоколебания.

Двухпозиционные предохранительные клапаны открываются моментально на полный ход движения затвора при достижении давления начала открытия. Их рекомендовано применять для сжимаемых сред — пар, сжатый воздух и газ. Использование данных клапанов в системах отопления или горячего водоснабжения чревато следующими проблемами:

• резкое открытие клапана приводит к сбросу большого объема воды и резкому падению давления в системе.
• после резкого падения давления клапан моментально закроется, что спровоцирует гидравлический удар.

Основным недостатком двухпозиционных клапанов являются автоколебания затвора. Их причиной может быть превышение типоразмера или переменный аварийный расход среды.

Производители арматуры выпускают большой спектр предохранительных клапанов для различных сфер. В потребительском секторе наибольшее распространение получили пружинные пропорциональные предохранительные клапаны, которые идеально подходят для котлов небольших мощностей и инженерных систем частных и многоквартирных жилых домов.

Предохранительная арматура

Трубопроводная предохранительная арматура – группа приспособлений, устанавливаемая на различных трубопроводах для обеспечения их безопасной работы. Функционально такая продукция предназначена для предотвращения аварийных ситуаций при критическом росте давления в системе путем сброса избыточного объема рабочей среды. Предохранительные устройства применяются с различными материалами в жидкостном и газообразном состоянии.

Роль запорной предохранительной арматуры при организации нормальной работы трубопроводной сети сложно переоценить. Она обязательна для комплектации систем, используемых в энергетике, промышленности, коммунальном хозяйстве. Везде, где вещества транспортируется под давлением, нужны предохранительные устройства. При выходе из строя того же предохранительного клапана в системе котельной установки все оборудование (котлы или другие емкости) должно быть немедленно отключено от питания.

Назначение

Назначение предохранительной арматуры – предупреждать аварии при критическом повышении нагрузки в трубопроводе. Другими словами, она контролирует работоспособность системы, предохраняет окружение от экологических аварий и катастроф, защищает элементы сети от повреждений в результате происшествий.

Функции предохранительных устройств:

• профилактика аварий в сетях с высокой нагрузкой;
• обеспечение нормальной эксплуатации дорогостоящего оборудования;
• предупреждение выхода из строя дорогих механизмов (нагревателей, ресиверов, компрессоров, насосных станций);
• защита элементов установленной техники от факторов риска – внешних и внутренних (технологические химические и физические процессы);
• экологическая функция (профилактика ущерба экологии);
• экономическая функция (предупреждение материального ущерба компании-пользователя трубопровода).

Монтаж предохранительной арматуры осуществляется во всех точках, где по результатам расчета и предпроектных исследований обнаружен риск нагнетания чрезмерного давления. Современные предохранительные устройства работают в автоматическом режиме и обеспечивают защиту от любых факторов риска, включая ошибки оператора, технические поломки, стихийные природные явления и т. д.

Существует несколько признаков деления запорно-предохранительной и регулирующей арматуры на виды. В зависимости от материального и конструктивного исполнения она может быть многоразового и одноразового применения. К первой группе относятся различные предохранительные клапаны, ко второй – разрывные предохранительные устройства (мембраны, колпачки).

На видах предохранительной арматуры многократного использования остановимся чуть ниже, здесь же рассмотрим особенности разрывных предохранительных устройств.

1. Назначение. Одноразовая запорно-предохранительная арматура применяется в системах, где существует высокий риск аварий. Это формирует необходимость быстрого сброса большого объема материала, который и обеспечивают одноразовые изделия.
2. Особенность – минимальная инерция. При срабатывании предохранительные устройства моментально отводят поток в большом количестве для мгновенной нормализации показателей.
3. Виды. Мембраны одноразового использования бывают:
   • разрывными;
   • выщелкивающимися;
   • с принудительным разрушением (в результате взрывной искры/механического прокалывания);
   • срезными;
   • ломающимися.

В стандартной таблице классификации различают перепускной и предохранительный клапан, импульсное и мембранное предохранительные устройства (ИПУ и МПУ соответственно).

Перепускной предохранительный клапан

Перепускной предохранительный клапан – вид запорной предохранительной арматуры, который контролирует показатели на входе (режим «до вентиля»). Он отводит часть жидкостей в отдельный трубопровод. Устанавливается в сетях с жидкими, газообразными рабочими средами разной степени агрессивности.

Предохранительный клапан

Самый распространенный класс – предохранительные клапаны. К их преимуществам относят:

• простую конструкцию;
• удобный способ управления;
• выгодную цену;
• универсальное назначение;
• высокую эффективность и надежность.

На современном рынке представлены большим количеством подвидов. Наибольшую популярность получили пружинные (рычажные и магнитные) и грузовые предохранительные клапаны. Все они применимы в сетях с жидкостными и газообразными материалами. Относятся к системам прямого действия. Работают автоматически: обеспечивают мгновенный отвод при повышении уровня давления и закрываются, когда он достигает нормы.

В сборке имеется основной элемент предохранительной арматуры с поршневым приводом, он устанавливается непосредственно на трубу. Вспомогательный вентиль задает название приспособлению, так как является импульсным. Он обладает малой проходимостью и предназначен для управления основным элементом. Принцип:

• как только давление в системе превышает допустимый предел, датчик отправляет импульсному элементу соответствующий сигнал;
• приемник сигнала автоматически направляет ток рабочей среды в привод основного элемента;
• происходит сброс рабочего потока до нормализации давления, по достижении требуемых показателей отвод среды мгновенно прекращается.

Благодаря использованию привода, который умеет работать с габаритными приспособлениями без потерь ценного времени, импульсные предохранительные устройства могут использоваться в особо ответственных сетях, где при критических ситуациях требуется моментальный отвод большого количества рабочей среды.

В конструкцию МПУ входят крепежи и мембрана – при критической нагрузке она разрывается, обеспечивая отвод рабочей среды. Преимущество – оперативность реагирования на фактор риска. Потому ее чаще монтируют на элементах, присоединяемых к дорогому оборудованию (нередко МПУ заменяют обычные клапанные механизмы или образуют с ними единую систему защиты).

Выбор

Выбор запорной и регулирующей предохранительной арматуры – такая же ответственная задача, как и обеспечение безопасности трубопроводных сетей, функционирующих под высоким давлением. В практике поиска подходящих изделий важно ориентироваться на следующие требования:

• Максимальная надежность – способность выполнять поставленные задачи в заданных условиях на протяжении длительного периода.
• Соответствие конструктивных характеристик (пропускной способности при открывании) фактическим объемам потенциально требуемого массоотвода.
• Безотказность срабатывания при нарушениях.
• Полная герметичность в закрытом положении.
• Стабильность срабатывания в течение всего жизненного цикла, установленного производителем.

Предохранительная арматура многоразового использования должна быть еще и достаточно надежно исполнена, чтобы быстро переходить между положениями открывания и закрывания в зависимости от показателей трубопровода.

Правила монтажа

Качество исполнения – первоначальное, но не единственное требование для эффективной работы арматурной продукции. Чтобы ее конструктивные качества и технические характеристики полностью себя проявили, требуется правильная установка предохранительной арматуры. В идеале она должна выполняться вместе с монтажом трубопровода. Определение точек установки осуществляется на этапе его проектирования.

Основные правила монтажа:

• в точках установки запорной регулирующей арматуры не должно находиться дорогостоящего оборудования или иного имущества предприятия, которое может быть повреждено в результате быстрого отвода рабочей среды;
• мест работы людей в местах монтажа тоже быть не должно;
• оптимальное решение для безопасной работы – организация массоотвода в отдельную емкость или специальный запорный резервуар;
• присоединение арматуры на трубы осуществляется фланцевым или сварным методом (фланцы подходят для сетей с неагрессивными неопасными рабочими средами, там же, где используются токсичные материалы или высока вероятность утечек – имеет большое значение запорный механизм, – применяют сварку);
• арматура должна располагаться соосно элементам трубопровода.

При установке важно соблюсти не только технологию монтажа, но и сохранность покрытия корпуса изделий. Он обычно выполняется из стали или чугуна и часто покрывается специальными составами для защиты от коррозии. Повредить антикоррозионный слой – значит, сократить срок службы изделий.