Типы клапанов с описанием функций
Промышленные клапаны 101: Основные функции и типы клапанной арматуры
Газовые и жидкостные системы из трубок малого диаметра играют важную роль в обеспечении успешной работы промышленных компаний по всему миру, и клапаны по праву занимают ключевое место.
Существует большое разнообразие клапанов, в связи с чем операторам таких систем необходимо понимать доступные типы клапанов и их функции, чтобы выбрать наиболее подходящие.
Для корректного подбора клапанной арматуры инженерам и операторам систем необходимо задать себе ряд вопросов, например: «Требуется ли мне останавливать и запускать поток в линии? Нужно ли регулировать направление потока? Нужно ли регулировать уровень расхода? Нужно ли защищать систему от избыточного давления?» От полученных ответов зависит выбор типа необходимой арматуры. Далее проектировщик или оператор рассматривает более подробные аспекты, гарантирующие выбор изделий с подходящими размерами, материалами и рабочими характеристиками для конкретной области применения (см. пояснения в конце статьи).
В данном материале мы разберем, с чего начинается правильный выбор: с понимания того, какие типы клапанной арматуры применяются в промышленных системах, что дает возможность определить требуемые функциональные возможности.
Основы функционирования клапанной арматуры
Что такое клапан? Клапан является элементом, который регулирует поток (то есть постоянное и равномерное движение) жидкостей или газов с целью поддержания наилучших условий работы системы. Такой результат достигается посредством остановки, дросселирования либо перенаправления потока среды. Жидкость или газ перетекают из зоны высокого давления в зону низкого давления. Как правило, расход измеряется ротаметром и обозначается как расстояние или объем в единицу времени (например, метры в секунду, галлоны в день, литры в минуту и так далее).
Как работает клапан? Расход зависит от ряда характеристик клапана, включая диаметр его торцевого соединения и схему движения потока. Для лучшего понимания способности клапана регулировать расход производители обычно указывают на поставляемом клапане коэффициент расхода (Cv). Чем выше значение Cv, тем выше расход, но это не обязательно идет на пользу системе. В зависимости от конструкции и назначения клапана его Cv иногда может быть практически равен нулю. Вы можете определить требуемый коэффициент Cv для клапанов на основе давления, расхода, температуры и рабочей среды с помощью нашего калькулятора Cv.
Классификация клапанной арматуры
В промышленных системах различают пять основных функций: открытие/закрытие потока (запорный клапан), регулирование расхода, контроль направлением потока, защита от избыточного давления, и контроль чрезмерного расхода. Каждый тип имеет общепринятое обозначение, применяемое на схемах трубопроводов и КИПиА (P&ID). Важно понимать классификацию клапанов, а также их условные обозначения, что поможет быстро сопоставлять устройства на P&ID с рабочими функциями.
-
Запорный клапан. Это самый простой тип. Он запускает или останавливает поток рабочей среды. Несмотря на простоту функции, имеется множество запорных клапанов, доступных для применения. Примеры приведены ниже
- Шаровые краны: Обеспечивают надежное перекрытие потока: рукоятка поворачивает шар внутри клапана, блокируя прохождение среды.
- Пробковые краны: Пробковые клапаны работают аналогично шаровым. Управление осуществляется рукояткой, которая вращает пробку внутри клапана, перекрывая или открывая поток.
- Сильфонные клапаны: В сильфонных клапанах используется высокий цилиндрический шток с сильфоном, расширяющимся и сжимающимся для точного ограничения потока. При вращении рукоятки исполнительный механизм нажимает на сильфон, обеспечивая требуемую степень регулирования.
- Мембранные клапаны: Мембранные клапаны работают аналогично сильфонным, но вместо привода, сжимающего сильфон в штоке клапана, используется привод, который давит на гибкую мембрану для ограничения потока.
Запорные клапаны играют ключевую роль в обеспечении безопасности газовых и жидкостных систем. Многие технологические процессы идут при повышенных давлениях и температурах. Некоторые среды могут быть опасными, поэтому крайне важно предотвращать утечки, чтобы снизить риски для персонала. Предохранительные запорные клапаны помогают операторам быстро перекрыть поток рабочей среды в случае утечки. На P&ID схемах символ запорного клапана (или шарового крана) можно узнать по форме «галстука-бабочки».
-
Регулирование расхода. Данные типы клапанов регулируют расход в системе, а их функциональность варьируется от простой до тонкой регулировки. Игольчатые клапаны в основном используются для управления или дросселирования потока. Такие клапаны управляются поворотом рукоятки, которая регулирует исполнительный механизм внутри штока; на его конце расположена игла, перекрывающая поток по мере опускания.
Подобно сильфонным или мембранным клапанам, игольчатые клапаны при необходимости могут выполнять запорную функцию, но в основном они предназначены для регулирования расхода. Величина расхода определяется диаметром отверстия, конструкцией штока и его положением. На схемах P&ID условные обозначения клапана регулирования расхода (или игольчатого клапана) аналогичны запорной арматуре, разница только в наличии дополнительного треугольника, направленного вниз.
-
Контроль направления потока. Назначение этих клапанов – обеспечить требуемое направление потока и менять направление потока в системе. Обычно для контроля направления потока используются обратные клапаны и многоканальные шаровые краны. Обратные клапаны исключают обратный поток, и среда может проходить только в одном направлении. Многоходовые шаровые клапаны могут выполнять функцию запорной арматуры, и одновременно позволяют оператору изменять направление потока в зависимости от положения рукоятки.
Важно заметить, что клапаны для контроля направления обеспечивают запуск и остановку потока при изменении расхода; они не дросселируют поток. Клапаны контроля направления потока (или обратных клапанов) на схемах P&ID можно распознать по значку с наклоненной вниз стрелкой между двумя линиями.
-
Защита от превышения давления. Данная функция предотвращает выход давления в системе за установленный предел. Здесь чаще всего используются перепускные клапаны и разрывные мембраны. Устройства сброса давления очень важны в любой системе, работающей под давлением. Они выполняют роль последней линии защиты от избыточного давления, которое может привести к неконтролируемому выбросу. Перепускные клапаны можно откалибровать так, чтобы они открывались автоматически или постепенно при заданном уровне давления. Клапан сброса
и продувки используют для стравливания, выпуска или дренирования рабочей среды, что обеспечивает безопасное техническое обслуживание и эксплуатацию систем.
Такие устройства защищают ваше предприятие и позволят не останавливать производство в случае избыточного давления. Клапаны защиты от избыточного давления, перепускные клапаны и т.д. можно распознать на P&ID по значку с двумя пересекающимися треугольниками и антеннобразным элементом сверху.
-
Защита от избыточного расхода. Клапаны защиты от избыточного расхода обеспечивают безопасность системы, помогая сдерживать неконтролируемый выброс среды за счет открытия при достижении расходом через клапан заданного уровня. При возникновении избыточного расхода в линии за клапаном его тарелка быстро переходит в блокирующее или полностью переднее положение, предотвращая неконтролируемый выброс технологической среды и минимизируя его объемы. При нормализации давления клапаны избыточного расхода восстанавливают работу в штатном режиме.
Применение таких клапанов устраняет необходимость в сложном обводном механизме и одновременно сокращает время техобслуживания. Клапаны контроля избыточного расхода на схемах P&ID обозначаются прямоугольником с сужением на одной стороне и кругом посередине.
Узнайте, как правильно выбирать клапанную арматуру
Понимание сущности расхода и как разные типы клапанов помогают его регулировать, поможет вам сделать правильный выбор при проектировании жидкостных и газовых систем. Однако эта статья представляет собой лишь введение в тему. В качестве следующего этапа рекомендуем ознакомиться с применением проверенного метода выбора промышленных клапанов STAMPED, прочитав соответствующую статью.
Если вы хотите узнать больше про выбор клапанов, определение их типа и поиск и устранение неисправностей, рекомендуем пройти курс Swagelok ®«Основы работы с клапанами» . Кроме того, мы предлагаем множество других курсов под руководством сертифицированных инструкторов Swagelok, призванных помочь вам получить знания и навыки, необходимые для изготовления и эксплуатации высокопроизводительных жидкостных и газовых систем. Узнайте больше о доступных курсах и темах по ссылке ниже.
Статьи по Теме
Подбор клапанов для промышленных жидкостных и газовых систем
Узнайте, как применять на практике метод STAMPED для подбора клапанов, которые лучше всего соответствуют областям применения вашей промышленной жидкостной или газовой либо пробоотборной системы.
Как повысить эффективность программы техобслуживания с помощью этикеток для клапанов и шлангов
Узнайте мнения двух специалистов Swagelok о том, как продуманная маркировка шлангов и клапанов промышленных жидкостных и газовых систем с помощью этикеток помогает упростить техническое обслуживание и свести к минимуму время простоя системы.
Руководство по техническому обслуживанию клапанов и устранению неисправностей
Клапаны имеют важнейшее значение для безопасной и безотказной работы жидкостных и газовых систем. В этом руководстве содержится информация о техническом обслуживании клапанов и устранении неисправностей.