Запобіжний клапан: відмінності між версіями

 

'''Запобіжний клапан''' (рос. ''предохранительный клапан'', англ. ''safety valve'', нім. ''Sicherheitsventil n'') — [[гідроклапан]], призначений для захисту від механічного руйнування [[обладнання]] і трубопроводів надлишковим [[тиск]]ом, шляхом автоматичного випуску надлишку рідкого, паро- чи газоподібного середовища з систем і посудин з тиском, що перевищив встановлене значення. Клапан також повинен забезпечувати припинення скидання середовища при відновленні робочого тиску. Запобіжний клапан є арматурою прямої дії, що працює безпосередньо від робочого середовища, поряд з більшістю конструкцій захисної арматури і регуляторами тиску прямої дії.

Існують і інші види запобіжної арматури, але клапани є найпоширенішими через простоту своєї конструкції, легкості налаштування, розмаїття видів, розмірів і конструктивних виконань.

 

Запобіжні клапани були вперше використані на парових котлах в період промислової революції. Ранні котли без клапанів були схильні до випадкових вибухів.

 

Запобіжні клапани еволюціонували, щоб захистити обладнання, таке як посудини високого тиску і теплообмінники.

 

 

Термін "запобіжний клапан" повинен бути обмежений використанням середовищ (стислива рідина, газ, пара).

 

У нафтопереробній, нафтохімічній та хімічній промисловості, переробці природного газу і галузях енергетики термін "запобіжний клапан" пов'язаний з клапаном зниження тиску (pressure relief valve – PRV), клапаном збереження тиску (pressure safety valve – PSV) і власне запобіжним клапаном. Слід зазначити, що більшість людей вважають їх однаковими.

 

На пояснюючому малюнку ліворуч – [[креслення]] типового пружинного клапана прямої дії. На його прикладі розглянемо типову конструкцію. Обов'язковими компонентами конструкції запобіжного клапана прямої дії є запірний орган і задатчик, що забезпечує силовий вплив на чутливий елемент, пов'язаний із запірним органом клапана. Запірний орган складається із затвора і сідла. Якщо розглядати пояснюючий малюнок, то в цьому найпростішому випадку затвором є золотник, а задатчиком виступає пружина. За допомогою задатчика клапан налаштовується таким чином, щоб зусилля на золотнику забезпечувало його притиснення до сідла запірного органу і перешкоджало пропусканню робочого середовища. В даному випадку налаштування здійснюють спеціальним ґвинтом.

 

Тиск закриття в ряді випадків виявляється на 10-15% нижчим робочого тиску. Це пов'язано з тим, що для створення герметичності запірного органу після спрацьовування потрібне зусилля значно більше, ніж те, якого було достатньо для підтримки герметичності клапана перед відкриттям. Це пояснюється необхідністю подолати при посадці силу зчеплення молекул середовища, що проходить через щілину між поверхнями ущільнювачів золотника і сідла. Також зниження тиску сприяє запізнюванню закриття запірного органу, що пов'язане з впливом на нього динамічних зусиль від потоку середовища, і наявність сил тертя, що вимагають додаткового зусилля для його повного закриття.

 

 

Існує широкий спектр запобіжних клапанів, що мають безліч різних застосувань в різних галузях. Крім того, національні стандарти встановлюють багато видів запобіжних клапанів.

 

=== За принципом дії ===

 

=== За способом випуску робочого середовища ===

 

=== За видом затвору ===

 

=== За характером підйому замикаючого органу ===

 

=== За кількістю сідел (тарілок) ===

 

=== За видом корпуса ===

 

=== За видом навантаження на золотник ===

 

=== За висотою підйому (пропускній здатності) замикаючого органу ===

 

Малопідйомними називаються запобіжні клапани, у яких висота підйому замикаючого елементу (золотника, тарілки) не перевищує 1/20 діаметра сідла; повнопідйомні - клапани, у яких висота підйому складає 1/4 діаметра сідла і більше. Існують також клапани з висотою підйому тарілки від 1/20 до 1/4, їх зазвичай називають середньопідйомними. У малопідйомних і середньопідйомних клапанах підйом золотника над сідлом залежить від тиску середовища, тому умовно їх називають клапанами пропорційної дії, хоча підйом не пропорційний тиску робочого середовища. Такі клапани використовуються, як правило, для рідин, коли не потрібна велика пропускна здатність. У повнопідйомних клапанах відкриття відбувається відразу на повний хід тарілки, тому їх називають клапанами двопозиційної дії. Такі клапани високопродуктивні і застосовуються як на рідких, так і на газоподібних середовищах.

Захист потоку характеризується запобіжними клапанами значно більших розмірів, ніж клапани теплового захисту. Вони, як правило, розраховані на використання в ситуаціях, коли значна кількість газу або великих об'ємів рідини повинні бути швидко випущені з метою захисту цілісності обладнання або трубопроводу. Цей захист може альтернативно бути досягнутий шляхом встановлення системи захисту цілісності високого тиску.

 

Запобіжні клапани, як правило, мають кутовий корпус, але можуть мати й прохідний. Незалежно від цього клапани встановлюються вертикально так, щоб при закриванні шток опускався вниз.

 

Найбільші відмінності в конструкціях запобіжних клапанів полягають у видах навантаження на золотник.

 

У них тиску середовища на золотник протидіє сила стиснення пружини. Один і той самий пружинний клапан може бути використаний для різних меж налаштування тиску спрацьовування шляхом комплектації різними пружинами. Багато клапанів виготовляються із спеціальним механізмом (важелем, грибком і т.ін.) ручного підриву для контрольної продувки клапана. Це робиться з метою перевірки працездатності клапана, так як під час експлуатації можуть виникнути різні проблеми, наприклад прикипання, примерзання, прилипання золотника до сідла. Однак у деяких виробництвах в умовах агресивних і токсичних середовищ, високих температур і тисків, контрольне продування може бути дуже небезпечним, тому для таких клапанів можливість ручного продування не передбачається і навіть забороняється.

 

Найчастіше пружини при спрацьовуванні піддаються впливу робочого середовища, яке скидається з трубопроводу або ємності. Для захисту від слабкоагресивних середовищ для пружин застосовують спеціальні покриття. Ущільнення по штоку в таких клапанах відсутнє. У випадках роботи з агресивними середовищами в хімічних і деяких інших установках пружину ізолюють від робочого середовища за допомогою ущільнення по штоку сальниковим пристроєм, сильфоном або еластичною мембраною. Сильфонні ущільнення застосовуються також у тих випадках, коли витік середовища в атмосферу не допускається, наприклад на АЕС.

 

У таких клапанах зусиллю від тиску робочого середовища на золотник протидіє сила ваги вантажу, що передається через важіль на шток клапана. Налаштування таких клапанів на тиск відкриття проводиться фіксацією вантажу певної маси на плечі важеля. Важелі також використовують для ручного продування клапана. Такі пристрої заборонено використовувати на пересувних апаратах.

 

Для герметизації сідел великих діаметрів потрібні значні маси вантажів на довгих важелях, що може викликати сильну вібрацію пристрою. В цих випадках застосовуються корпуси, всередині яких перетин скидання середовища утворено двома паралельно розташованими сідлами, які перекриваються двома золотниками за допомогою двох важелів з вантажами. Таким чином, в одному корпусі монтуються два паралельно працюючих затвори, що дозволяє зменшити масу вантажу і довжину важеля, забезпечуючи нормальну роботу клапана.

 

У цих пристроях використовується електромагнітний привід, тобто вони не є арматурою прямої дії. Електромагніти можуть забезпечувати додаткове притискання золотника до сідла; в цьому випадку при досягненні тиску спрацьовування по сигналу від датчиків електромагніт відключається і тиску середовища протидіє лише пружина, клапан починає працювати як звичайний пружинний. Також електромагніт може створювати зусилля відкриття, тобто протидіяти пружині і примусово відкривати клапан. Існують клапани, в яких електромагнітний привід здійснює і додаткове притискання, і зусилля відкриття. В цьому випадку пружина служить для підстраховки на випадок припинення електроживлення. При знеструмленні такі пристрої починають працювати як пружинні клапани прямої дії.

 

Магніто-пружинні клапани найчастіше застосовуються в складних імпульсних запобіжних пристроях як керуючі або імпульсні елементи.

 

 

Головною і найбільш відповідальною вимогою, яка ставиться до запобіжних клапанів, є висока надійність, що включає в себе:

 

Запобіжні клапани підлягають періодичній перевірці в спеціалізованій організації або випробуванню в дії. Всі клапани повинні бути випробувані на міцність, щільність, а також герметичність сальникових з'єднань і ущільнювальних поверхонь.

 

 

Задачею розрахунку запобіжних клапанів є визначення їх пропускної здатності, типу і кількості клапанів, підбір пружини до них, а також визначення динамічних зусиль, що виникають при спрацьовуванні.

Необхідними даними для розрахунку запобіжних клапанів є:

 

 

:'''1.''' Для запобіжних клапанів, встановлених на технологічних ємностях, сепараторах, дегазаторах, абсорберах і т.п. – з умови подачі в ємність середовища при закритих виходах з нього приймається по максимальній заданій продуктивності.

 

:<math>G_{3}</math> - витрата живлення колони в нормальному режимі при тиску <math>P_{T}</math> (приймається по проекту);

 

 

:<math>W^{AB}</math> - витрата кубової рідини в аварійному режимі при <math>P_{1}</math>; <math>W^{AB}=G_{2}-\sum G_{1}-D</math>;

:<math>K_{n}</math> - загальний коефіцієнт теплопередачі від навколишнього повітря через стінку апарату до газу (пари); для ізольованих клапанів <math>K_{n}=3 \frac{Bm}{M^2K}</math>, для неізольованих <math>K_{n}=12 \frac{Bm}{M^2K}</math>.

 

 

 

 

і для рідини: <math>F=\frac{G}{5.03\times \alpha _{2}\times \sqrt{(P_{1}-P_{2})\times \rho _{2}}}</math>,

де <math>K</math> - показник адіабати;

 

<center><math>\beta =\frac{P_{2}+0.1}{P_{1}+0.1}</math></center>

 

<center><math>\beta _{KP}=(\frac{2}{K+1})^{\frac{K}{K+1}}</math></center>

 

''Для апаратів при запасі від переповнення рідини більше 5 хв. площа прохідного перерізу визначається по перетину скидання газу.''

 

 

'''Гідросхема приводу повороту стріли'''

[[Файл:C x.jpg|center]]

 

 

У зв'язку з значним поширенням запобіжних клапанів стандарти і правила, які застосовуються до них, знаходяться у всіх документах, які регулюють використання всього обладнання, що захищається клапанами. Наприклад, «Правила будови і безпечної експлуатації посудин, що працюють під тиском (ПБ 03-576-03)» в Росії чи «Boiler Pressure Vessel Code» у США. Також існують державні документи, присвячені виключно запобіжним клапанам у застосуванні до якого-небудь обладнання, наприклад «Клапани запобіжні парових та водогрійних котлів. Технічні вимоги (ГОСТ 24570-81)»

У зв'язку з особливою відповідальністю запобіжних клапанів у підтримці безпеки систем, які ними обслуговуються, нагляд за їх використанням і затвердження правил і стандартів виробляють організації, спеціально уповноважені державою.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

# Д.Ф.Гуревич Трубопроводная арматура.Справочное пособие. — Москва: ЛКИ, 2008. — С. 368. — ISBN 978 5 382 00409 9.

# Elaine Porterfield, Paul Shukovsky, and Lewis Kamb (Saturday, July 28, 2001). [http://www.seattlepi.com/local/33094_boom28.shtml Four hurt as water heater explodes.]

 

 

 

 

[[Категорія:Гідропневмоавтоматика]]

[[it:Valvola di sicurezza]]

[[ja:安全弁]]

[[nl:Veiligheidsventiel]]

[[no:Sikkerhetsventil]]