Предохранительный клапан сброса давления газа: виды сбросных клапанов и правила работы с ними

Предохранительные сбросные клапаны (ПСК)

Для сброса газа за регулятором в случае кратковременного повышения давления газа сверх установленного должны применяться предохранительные сбросные клапаны (ПСК). ПСК — это закрытая в эксплуатационном состоянии арматура; она открывается на короткий период времени, а после достижения давления в контролируемой точке номинального значения автоматически закрывается.

ПСК могут быть пружинные и мембранные. Пружинные ПСК должны быть снабжены устройством для их принудительного открытия и контрольной продувки с целью предотвращения прикипания, примерзания и прилипания золотника к седлу, а также для удаления твердых частиц, попавших между уплотнительными поверхностями.

ПСК подразделяются на полноподъемные и малоподъемные. У малоподъемных клапанов (типа ПСК) открытие затвора происходит постепенно, пропорционально увеличению давления в контролируемой точке газопровода. Полноподъемные клапаны (СППКР4Р-16) открываются полностью и резко, рывком, и так же резко, с ударом золотника о седло, закрываются при понижении давления. То есть, полноподъемный клапан имеет двухпозиционное положение: «закрыто» и «открыто».

При достижении максимально допустимого давления настройки затвор ПСК должен безотказно открываться до полного подъема, устойчиво работать в открытом положении. Затвор должен закрываться при понижении давления до номинального или ниже его на 5 % и обеспечивать герметичность. В случае запаздывания закрытия затвора давление газа в сети может значительно понизиться, что может привести к нарушению режима работы системы, а также выбросу в атмосферу относительно большого количества газа.

Предохранительный сбросной клапан ПСК-50 производства ОАО «Газаппарат»

У малоподъемных ПСК при закрытии затвора после сброса необходимого количества газа трудно достигнуть герметичности затвора, так как для этого бывает необходимо приложить усилие большее, чем в режиме «закрыто».

Такие ПСК прекращают сброс газа только после уменьшения давления до 0,8–0,85 % рабочего давления, что приводит к постоянному или длительному сбросу газа в атмосферу. Главным преимуществом мембранных ПСК является наличие в их конструкции эластичной мембраны, выполняющей роль чувствительного элемента. Если в пружинных клапанах золотник выполняет функции и чувствительного элемента, и запорного органа, то в мембранных клапанах золотник выполняет только запорные функции. Мембрана позволяет увеличить чувствительность ПСК в целом и расширить область их использования, включая низкое давление газа. ПСК должны обеспечивать открытие при превышении установленного рабочего давления не более, чем на 15 %.

Выбор конструкции ПСК должен производиться в соответствии с пропускной способностью.

Количество газа, подлежащего сбросу ПСК, следует определять:

• при наличии перед регулятором давления ПЗК по формуле Q≥0,0005Q_d, где Q — количество газа, подлежащее сбросу ПСК в течение часа при t = 0 °C и Р_бар = 0,10132 МПа, м 3 /ч; Q_d — расчетная пропускная способность регулятора давления при t = 0 °C и Р_бар = 0,10132 МПа, м 3 /ч;
• при отсутствии перед регулятором давления ПЗК по формулам: для регуляторов давления с седельным затвором — Q≥0,01Q_d, для регулирующих заслонок — Q≥0,02Q_d.

Малоподъемные мембранные и пружинные ПСК имеют небольшую пропускную способность. Так, пропускная способность СППК4Р-50-16 (диаметр седла 30 мм) при рабочем давлении 0,125 МПа равна 830 м3/ч, а ПСК-50С/125 (диаметр седла 50 мм) — только 10 м3/ч. Это объясняется малой высотой подъема золотника. Пропускная способность клапанов ПСК-50 (КПС-50) с направляющими ребрами на низком давлении составляет: 0,5–3 м3/ч, на среднем — 7–20 м3/ч (при давлении во входном патрубке ПСК 1,15 давления настройки).

Пропускная способность ПСК-50 без направляющих ребер при тех же параметрах может приниматься вдвое большей.

В таблице (стр. 1245) приведены основные технические характеристики серийно выпускаемых ПСК. Кроме этих ПСК, сбросные клапаны могут являться также частью (составным элементом) комбинированных регуляторов давления газа.

Данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Для получения информации об условиях сотрудничества, пожалуйста, обращайтесь к сотрудникам ГК «Газовик».

Бесплатная телефонная линия: 8-200-2000-230

© 2007–2020 ООО «Газ-Сервис». Все права защищены.
Использование материалов сайта без разрешения владельца запрещено и будет преследоваться по закону.

Клапан предохранительный сбросной: защита газопровода от повышенного давления

Предохранительные сбросные клапаны (ПСК) — это устройства, которые используются в различных газопроводных конструкциях и выполняют функцию сброса излишков газа в атмосферу или вспомогательный трубопровод. Сброс газа необходим для того, чтобы избавиться от лишнего давления в коммуникации. ПСК используются и в других типах трубопроводных конструкций (отопительных, водопроводных), однако, везде они выполняют одну и ту же функцию.

Избыточное давление в любой системе крайне опасно, поэтому сбросные клапаны устанавливаются практически на всех типах трубопроводов

Для чего нужны ПСК?

Предохранительные клапаны сбросного типа необходимы для выравнивания давления в системе, при его кратковременном повышении. Во время эксплуатации такие устройства находятся в закрытом положении, поэтому их относят к закрытой трубной арматуре. Монтируются такие приспособления в точке коммуникации, которая располагается за регулятором, и срабатывают в случае повышения давления в газопроводной линии. После сброса излишков газа клапан возвращается в первичное состояние.

В случае отсутствия ПСК возможны различные аварийные ситуации, среди которых самой распространённой считается механическое разрушение газопровода. Избыточное давление, возникающее в системе, удаляется посредством ПСК автоматически.

Обратите внимание! ПСК удаляют излишки газа в окружающую среду или же в ответвление основного трубопровода с низким показателем давления.

ПСК — незаменимое устройство, которое отвечает за сохранность трубопроводных конструкций, а также насосов и арматуры. Рассмотрим основные факторы, которые предшествуют возникновению избыточного давления в системе:

• различные неполадки, возникающие в оборудовании, во время его эксплуатации;
• повышение показателя температуры в коммуникации;
• различные физические процессы, которые протекают внутри сети;
• ошибки в тепломеханической схеме.

Повышение давления может произойти по разным причинам и предотвратить аварию можно только его сбросом

Основные достоинства ПСК

Запорные предохранительные клапаны могут иметь различную конструкцию, однако, все они имеют общие достоинства, на которые рекомендуется обратить внимание. Рассмотрим преимущества этих устройств:

• помимо обеспечения автоматического контроля показателей давления в системе, эти предохранительные устройства обеспечивают герметизацию в трубопроводе;
• один из главных плюсов ПСК заключается в том, что они имеют простую конструкцию;
• ПСК отличаются лёгкостью установки;
• универсальность этих изделий позволяет применять их в любых типах коммуникаций;
• оснащаются уплотнительными элементами и являются устойчивыми к износу;
• имеют оптимальный показатель строительной высоты;
• резистентны к температурным перепадам;
• устойчивы к коррозийным воздействиям. ПСК можно использовать даже в трубопроводах, транспортирующих агрессивные химические вещества;
• способны переносить большие нагрузки.

Запорно-предохранительные клапаны можно уплотнять с помощью сильфона. Таким образом, увеличивается износостойкость предохранительного устройства.

Разновидности ПСК

На сегодняшний день все ПСК классифицируются на виды в зависимости от конструкции и особенностей функционирования. Рассмотрим основные разновидности предохранительных сбросных устройств, в зависимости от их конструктивных особенностей:

По конструктивным особенностям клапаны делятся на два типа, в одном из них в качестве запорного элемента используется пружина

Мембранные. Основным достоинством таких устройств является то, что они оснащаются специальной мембраной. Такая мембрана отличается высокими показателями эластичности и выполняет функцию чувствительной детали. В мембранных устройствах золотник исполняет только одну функцию — запорную. Благодаря наличию такого конструктивного элемента, как мембрана, усиливается показатель чувствительности КПС. Подобное увеличение способствует расширению эксплуатационного диапазона запорно-предохранительных клапанов, так как появляется возможность использовать их в трубопроводных конструкциях с низкими показателями давления рабочей среды.

Обратите внимание! Как правило, мембранные клапаны начинают работать в случае увеличения давления не более чем на 15%.

Пружинные. Эта разновидность ПСК оснащается пружиной, которая необходима для того, чтобы открывать клапан при повышении давления в системе, а также для продувки устройства. Продувка ПСК — необходимое мероприятие, которое позволяет снизить риск прилипания золотника к седлу, удалить инородные частицы, засоряющие уплотнительные элементы.

Кроме этого, ПСК подразделяются на:

• малоподъёмные изделия;
• полноподъёмные изделия.

В первом случае открытие затвора происходит медленно (пропорционально росту давления внутри коммуникации). В свою очередь, клапан предохранительный полноподъёмный сбросной открывается в случае повышения давления резко.

Сбросные клапаны чаще всего изготавливаются из металлов, которые не ржавеют

Устройство, размеры и принцип действия

Предохранительные сбросные клапаны производятся преимущественно из материалов, которые устойчивы к губительному воздействию коррозии (алюминий, латунь). Корпус изделия, как правило, имеет форму усечённого конуса, оснащённого седлом. На корпусе располагаются два отверстия с нанесённой резьбой, которые могут иметь различный диаметр (1 или 2 дюйма, в зависимости от типа клапана). На сегодняшний день можно встретить два типа клапанов, которые классифицируются по показателю сечения — ПСК-25 и ПСК-50. Характеристики ПСК представлены в таблице №1.

Таблица 1

ПСК имеют механизм принудительного открытия, который необходим для того, чтобы проверять эксплуатационную принадлежность устройства. Проверка приспособления на работоспособность производится следующим образом: необходимо потянуть за специальный элемент механизма принудительного закрытия — тягу (подобная манипуляция должна осуществляться 3–4 раза).

Принцип действия ПСК довольно прост: избыточный газ из сети поступает в полость клапана и воздействует на мембрану, которая способствует отводу пружины. Таким образом, мембрана опускается и происходит высвобождение газа в окружающую среду. После удаления излишков газа давление в коммуникации приходит в норму, и мембрана возвращается в обычное положение путём возобновлённого воздействия на пружину.

Перед клапаном в обязательном порядке необходимо устанавливать запорно-регулирующий вентиль. Это необходимо для того, чтобы в случае необходимости остановить клапан.

Клапаны должны отвечать всем требованиям ГОСТа, проверка на работоспособность проводится в обязательном порядке

Требования к ПСК

Предохранительные сбросные клапаны должны соответствовать необходимым физико-техническим параметрам, которые описываются в соответствующей документации. Рассмотрим основные требования, которые выдвигаются к ПСК:

• затвор устройства должен полностью открываться при максимальном давлении, которое было установлено во время настройки;
• возвращение затвора в исходное положение производится автоматически после того, как давление в сети достигнет номинального или ниже его на 5%;
• после нормализации давления затвор должен закрыться без потери герметизационных показателей.

Полезная информация! Устройствам малоподъёмного типа труднее обеспечить должную герметичность затвора после удаления газа. Это связано с тем, что для достижения нужных показателей герметичности таким клапанам требуется приложить больше усилий.

В случае если затвор закрывается с некоторыми задержками, давление внутри коммуникации может снизиться до недопустимых показателей. Последствия такого снижения приведут к нарушению работы системы.

Предохранительный клапан

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.

Клапан предохранительный. Принцип действия, назначение, классификация и конструкции.

Предохранительный клапан — трубопроводная арматура, предназначенная для защиты от механического разрушения оборудования и трубопроводов избыточным давлением, путём автоматического выпуска избытка жидкой, паро- и газообразной среды из систем и.

Предохранительный клапан

Предохранительный клапан в дежурстве.

Предохранительный клапан — трубопроводная арматура, предназначенная для защиты от механического разрушения оборудования и трубопроводов избыточным давлением, путём автоматического выпуска избытка жидкой, паро- и газообразной среды из систем и сосудов с давлением сверх установленного. Клапан также должен обеспечивать прекращение сброса среды при восстановлении рабочего давления. Предохранительный клапан является арматурой прямого действия, работающей непосредственно от рабочей среды, наряду с большинством конструкций защитной арматуры и регуляторами давления прямого действия.

Опасное избыточное давление может возникнуть в системе как в результате сторонних факторов (неправильная работа оборудования, передача тепла от сторонних источников, неправильно собранная тепломеханическая схема и т. д.), так и в результате внутренних физических процессов, обусловленных неким исходным событием, не предусмотренным нормальной эксплуатацией. ПК устанавливаются везде, где может это произойти, то есть практически на любом оборудовании, но в особенности они важны в сфере эксплуатации промышленных и бытовых сосудов, работающих под давлением.

Существуют и другие виды предохранительной арматуры, но клапаны используются наиболее широко вследствие простоты своей конструкции, лёгкости настройки, разнообразия видов, размеров и конструктивных исполнений

Содержание

• 1 Принцип действия
• 2 Классификация предохранительных клапанов
• 3 Различия в конструкциях
  • 3.1 Пружинные клапаны
  • 3.2 Рычажно-грузовые клапаны
  • 3.3 Магнито-пружинные клапаны
• 4 Технические требования к предохранительным клапанам
• 5 Правила и стандарты
• 6 Примечания

Принцип действия

На поясняющем рисунке — чертёж типичного пружинного клапана прямого действия. На его примере рассмотрим типичную конструкцию. Обязательными компонентами конструкции предохранительного клапана прямого действия являются запорный орган и задатчик, обеспечивающий силовое воздействие на чувствительный элемент, связанный с запорным органом клапана. Запорный орган состоит из затвора и седла. Если рассматривать поясняющий рисунок, то в этом простейшем случае затвором является золотник, а задатчиком выступает пружина. С помощью задатчика клапан настраивается таким образом, чтобы усилие на золотнике обеспечивало его прижатие к седлу запорного органа и препятствовало пропуску рабочей среды, в данном случае настройку производят специальным винтом.

Когда предохранительный клапан закрыт, на его чувствительный элемент воздействует сила от рабочего давления в защищаемой системе, стремящаяся открыть клапан и сила от задатчика, препятствующая открытию. С возникновением в системе возмущений, вызывающих повышение давления свыше рабочего, уменьшается величина силы прижатия золотника к седлу. В тот момент, когда эта сила станет равной нулю, наступает равновесие активных сил от воздействия давления в системе и задатчика на чувствительный элемент клапана. Запорный орган начинает открываться, если давление в системе не перестанет возрастать, происходит сброс рабочей среды через клапан.

С понижением давления в защищаемой системе, вызываемом сбросом среды, исчезают возмущающие воздействия. Запорный орган клапана под действием усилия от задатчика закрывается.

Давление закрытия в ряде случаев оказывается на 10-15 % ниже рабочего давления, это связано с тем, что для создания герметичности запорного органа после срабатывания требуется усилие, значительно большее, чем, то, которого было достаточно для поддержания герметичности клапана перед открытием. Это объясняется необходимостью преодолеть при посадке силу сцепления молекул среды, проходящей через щель между уплотнительными поверхностями золотника и седла, вытеснить эту среду. Также понижению давления способствует запаздывание закрытия запорного органа, связанное с воздействием на него динамических усилий от проходящего потока среды, и наличие сил трения, требующих дополнительного усилия для его полного закрытия

Классификация предохранительных клапанов

По принципу действия

• клапаны прямого действия — обычно именно эти устройства имеют в виду, когда используют словосочетание предохранительный клапан, они открываются непосредственно под действием давления рабочей среды;
• клапаны непрямого действия — клапаны с управлением путём использования постороннего источника давления или электроэнергии, общепринятое название таких устройств импульсные предохранительные устройства;

По характеру подъёма замыкающего органа

• клапаны пропорционального действия (используются на несжимаемых средах)
• клапаны двухпозиционного действия

По высоте подъёма замыкающего органа

• малоподъёмные
• среднеподъёмные
• полноподъёмные

По виду нагрузки на золотник

• грузовые или рычажно-грузовые
• пружинные
• рычажно-пружинные
• магнито-пружинные

Различия в конструкциях

Предохранительные клапаны как правило имеют угловой корпус, но могут иметь и проходной, независимо от этого клапаны устанавливаются вертикально так, чтобы при закрывании шток опускался вниз.

Большинство предохранительных клапанов изготавливаются с одним седлом в корпусе, но встречаются конструкции и с двумя сёдлами, установленными параллельно

Малоподъемными называются предохранительные клапаны, у которых высота подъема запирающего элемента (золотника, тарелки) не превышает 1/20 диаметра седла, полноподъемными — клапаны, у которых высота подъема составляет 1/4 диаметра седла и более. Существуют также клапаны с высотой подъема тарелки от 1/20 до 1/4, их обычно называют среднеподъемными. В малоподъемных и среднеподъемных клапанах подъем золотника над седлом зависит от давления среды, поэтому условно их называют клапанами пропорционального действия, хотя подъем не пропорционален давлению рабочей среды. Такие клапаны используются, как правило, для жидкостей, когда не требуется большая пропускная способность. В полноподъемных клапанах открытие происходит сразу на полный ход тарелки, поэтому их называют клапанами двухпозиционного действия. Такие клапаны высокопроизводительны и применяются как на жидких, так и на газообразных средах.

Наибольшие различия в конструкциях предохранительных клапанов заключаются в видах нагрузки на золотник.

Пружинные клапаны

Хорошо видны рычаг и пружина.

В них давлению среды на золотник противодействует сила сжатия пружины. Один и тот же пружинный клапан может быть использован для различных пределов настройки давления срабатывания путём комплектации различными пружинами. Многие клапаны изготавливаются со специальным механизмом (рычагом, грибком и др.) ручного подрыва для контрольной продувки клапана. Это делается с целью проверки работоспособности клапана, так как во время эксплуатации могут возникнуть различные проблемы, например прикипание, примерзание, прилипание золотника к седлу. Однако в некоторых производствах в условиях агрессивных и токсичных сред, высоких температур и давлений, контрольная продувка может быть очень опасной, поэтому для таких клапанов возможность ручной продувки не предусматривается и даже запрещается.

Чаще всего пружины подвергаются воздействию рабочей среды, которая сбрасывается из трубопровода или ёмкости при срабатывании, для защиты от слабоагрессивных сред применяют специальные покрытия пружин. Уплотнение по штоку в таких клапанах отсутствует. В случаях же работы с агрессивными средами в химических и некоторых других установках пружину изолируют от рабочей среды при помощи уплотнения по штоку сальниковым устройством, сильфоном или эластичной мембраной. Сильфонное уплотнение применяется также в тех случаях, когда утечка среды в атмосферу не допускается, например на АЭС.

Рычажно-грузовые клапаны

Конструкция рычажного-грузового клапана.

В таких клапанах усилию на золотник от давления рабочей среды противодействует сила от груза, передаваемая через рычаг на шток клапана. Настройка таких клапанов на давление открытия производится фиксацией груза определённой массы на плече рычага. Рычаги также используют для ручной продувки клапана. Такие устройства запрещено использовать на передвижных сосудах.

Для герметизации сёдел больших диаметров требуются значительные массы грузов на длинных рычагах, что может вызвать сильную вибрацию устройства, в этих случаях применяются корпуса, внутри которых сечение сброса среды образовано двумя параллельно расположенными сёдлами, которые перекрываются двумя золотниками при помощи двух рычагов с грузами. Таким образом, в одном корпусе монтируются два параллельно работающих затвора, что позволяет уменьшить массы груза и длины рычагов, обеспечивая нормальную работу клапана.

Магнито-пружинные клапаны

В этих устройствах используется электромагнитный привод, то есть они не являются арматурой прямого действия. Электромагниты в них могут обеспечивать дополнительное прижатие золотника к седлу, в этом случае при достижении давления срабатывания по сигналу от датчиков электромагнит отключается и давлению противодействует лишь пружина, клапан начинает работать как обычный пружинный. Также электромагнит может создавать усилие открытия, то есть противодействовать пружине и принудительно открывать клапан. Существуют клапаны, в которых электромагнитный привод осуществляет и дополнительное прижатие, и усилие открытия, в этом случае пружина служит для подстраховки на случай прекращения электропитания, при обесточении такие устройства начинают работать как пружинные клапаны прямого действия.

Магнито-пружинные клапаны применяются чаще всего в сложных импульсных предохранительных устройствах в качестве управляющих или импульсных клапанов.

Технические требования к предохранительным клапанам

Главным и наиболее ответственным требованием, предъявляемым к предохранительным клапанам, является высокая надёжность, включающая в себя:

• безотказное и своевременное открытие клапана при заданном превышении рабочего давления в системе;
• обеспечение клапаном в открытом положении требуемой пропускной способности;
• осуществление своевременной обратной посадки (закрытия) с требуемой степенью герметичности при заданной величине падения давления в системе после аварийного срабатывания и сохранения установленной степени герметичности при последующем возрастании давления до величины рабочего;
• обеспечение стабильности работы, то есть сохранение в течение всего срока эксплуатации и заданного числа циклов срабатывания параметров настройки и требуемой степени герметичности запорного органа при рабочем давлении.

Предохранительные клапаны подлежат периодической проверке в специализированной организации или испытанию в действии. Все клапаны должны быть испытаны на прочность, плотность, а также герметичность сальниковых соединений и уплотнительных поверхностей

Правила и стандарты

В связи с широчайшим распространением предохранительных клапанов стандарты и правила, применяемые к ним, находятся во всех документах, которые регулируют использование всего оборудования, защищаемого ими. Например «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением (ПБ 03-576-03)» в России или «Boiler & Pressure Vessel Code» в США. Также существуют отраслевые документы, посвящённые исключительно предохранительным клапанам в применении к какому-либо оборудованию, например «Клапаны предохранительные паровых и водогрейных котлов. Технические требования (ГОСТ 24570-81)»

В связи с особой ответственностью предохранительных клапанов в обеспечении безопасности систем, которые ими обслуживаются, надзор за их использованием и утверждение правил и стандартов производят организации, специально уполномоченные государством, например в России это Ростехнадзор.

Предохранительный клапан — устройство, назначение, работа, типы

Обязательным элементом каждой гидросистемы, функционирующей под высоким давлением, считается предохранительный клапан. Устройство специально предназначено для защиты систем от чрезмерного превышения давления, ограничивая его предельную границу. При приближении к опасной отметке сбросной клапан срабатывает, осуществляя сброс рабочей среды до момента нормализации внутрисистемного давления.

Предохранительный клапан с переливным золотником

Более стабильно давление держат двухкаскадные клапаны (рис. 63), в которых малый предохранительный клапан точно отрегулирован и управляет работой переливного клапана. Переливной клапан находится под гидростатическим давлением сверху и снизу и под действием пружины, стремящейся его закрыть. Верхняя и нижняя полости соединены дросселем. При превышении давления сверх допустимого клапан, регулируемый пружиной, открывается, давление в верхней полости за счет потери в дросселе уменьшается и переливной клапан поднимается вверх, обеспечивая сброс жидкости.

Рис. 63. Предохранительный клапан с переливным золотником 1 – пружина предохранительная клапана;

1 – предохранительный клапан; 3 – дроссель; 4 – пружина переливного золотника; 5 – переливной золотник

Принцип действия

На поясняющем рисунке — чертёж типичного пружинного клапана прямого действия. На его примере рассмотрим типичную конструкцию. Обязательными компонентами конструкции предохранительного клапана прямого действия являются запорный орган и задатчик, обеспечивающий силовое воздействие на чувствительный элемент, связанный с запорным органом клапана. Запорный орган состоит из затвора и седла. Если рассматривать поясняющий рисунок, то в этом простейшем случае затвором является золотник, а задатчиком выступает пружина. С помощью задатчика клапан настраивается таким образом, чтобы усилие на золотнике обеспечивало его прижатие к седлу запорного органа и препятствовало пропуску рабочей среды, в данном случае настройку производят специальным винтом.

Когда предохранительный клапан закрыт, на его чувствительный элемент воздействует сила от рабочего давления в защищаемой системе, стремящаяся открыть клапан и сила от задатчика, препятствующая открытию. С возникновением в системе возмущений, вызывающих повышение давления свыше рабочего, уменьшается величина силы прижатия золотника к седлу. В тот момент, когда эта сила станет равной нулю, наступает равновесие активных сил от воздействия давления в системе и задатчика на чувствительный элемент клапана. Запорный орган начинает открываться, если давление в системе не перестанет возрастать, происходит сброс рабочей среды через клапан.

С понижением давления в защищаемой системе, вызываемом сбросом среды, исчезают возмущающие воздействия. Запорный орган клапана под действием усилия от задатчика закрывается.

Давление закрытия в ряде случаев оказывается на 10-15 % ниже рабочего давления, это связано с тем, что для создания герметичности запорного органа после срабатывания требуется усилие, значительно большее, чем, то, которого было достаточно для поддержания герметичности клапана перед открытием. Это объясняется необходимостью преодолеть при посадке силу сцепления молекул среды, проходящей через щель между уплотнительными поверхностями золотника и седла, вытеснить эту среду. Также понижению давления способствует запаздывание закрытия запорного органа, связанное с воздействием на него динамических усилий от проходящего потока среды, и наличие сил трения, требующих дополнительного усилия для его полного закрытия

Устройство предохранительных клапанов

Предохранительный клапан – это специальная трубопроводная арматура, функционирующая от рабочей среды. Существуют различные типы предохранительных устройств, но сбросные клапаны пользуются наибольшей популярностью благодаря эффективности работы при относительной несложности конструкции.

Конструкция предохранительного клапана зависит от его типа, но чаще применяются клапаны с пружинным механизмом прямого действия, обязательными компонентами которых являются задатчик с запорным органом. Задатчик отвечает за силовое воздействие на чувствительный элемент, непосредственно связанный с запорным органом, состоящим из запора и седла. В роли затвора обычно выступает золотник, а в качестве задатчика используется стальная пружина.

Грузовые аккумуляторы

Грузовые аккумуляторы отличаются простотой конструкции и надежностью в работе. К недостаткам их относится малая емкость жидкости и инерционность ввиду большой массы груза.

Рис. 65. Грузовой аккумулятор

1 – переливное отверстие; 2 – крестовина; 3 – груз; 4 – шток; 5 – цилиндр; 6 – основание

Рис. 66. Пневмогидравлический аккумулятор

1 – управляющая колонка; 2 – пневмогидравлический баллон; 3 – пневматические баллоны

Грузовой аккумулятор (рис. 65) состоит из основания с цилиндром штока и подвешенных через крестовину грузов.

Жидкость подводится в нижнюю часть аккумулятора, поднимая шток с грузом. В зависимости от площади штока и веса груза определяется давление аккумуляторов. Для предотвращения выбрасывания жидкости аккумулятора в верхней части цилиндра устанавливается переливное отверстие.

Обратный клапан

При установке нескольких насосов каждый из них подключается к магистрали через обратный клапан. При остановке насоса или переводе его на холостой ход прекращается переток жидкости из магистрали к насосу. Обратный клапан (рис. 64) состоит из корпуса и клапана, прижимаемого пружиной на конусное седло. При воздействии давления снизу клапан открывается и жидкость перетекает в прямом направлении. При остановке насоса переток жидкости прекращается и противодавлением клапан опускается вниз, прижимаясь к седлу и предотвращая движение жидкости в обратном направлении.

Рис. 64. Обратный клапан

1 – клапан; 2 – пружина; 3 – конусное седло; 4 – корпус

Устройство гидроаккумулятора и их разновидности

На гидравлических станциях средней и большой мощности для стабилизации давления при переменном расходе жидкости применяют аккумуляторы. В момент большого расхода аккумулятор отдаст масло в магистраль, в момент малого расхода заряжается. Применяют аккумуляторы многих типов, но наиболее широко распространены грузовые и пневматические.

Классификация предохранительных клапанов

По принципу действия

• клапаны прямого действия — обычно именно эти устройства имеют в виду, когда используют словосочетание предохранительный клапан, они открываются непосредственно под действием давления рабочей среды;
• клапаны непрямого действия — клапаны с управлением путём использования постороннего источника давления или электроэнергии, общепринятое название таких устройств импульсные предохранительные устройства;

По характеру подъёма замыкающего органа

• клапаны пропорционального действия (используются на несжимаемых средах)
• клапаны двухпозиционного действия

По высоте подъёма замыкающего органа

• малоподъёмные
• среднеподъёмные
• полноподъёмные

По виду нагрузки на золотник

• грузовые или рычажно-грузовые
• пружинные
• рычажно-пружинные
• магнито-пружинные

Виды защитных механизмов

В промышленности применяются различные конструкции защитных устройств труб, в зависимости от их места установки и проводимой среды. Это могут быть пружинные, рычажные, мембранные, двухпозиционные и другие виды применяемых предохранительных клапанов.

Рассмотрим подробнее их устройство и принцип работы.

Клапан предохранительный пружинный

Самый широко используемый предохранительный клапан, особенно для систем отопления. Основные его преимущества, простота конструкции и возможность легко отрегулировать на рабочее давление в системе. Различают следующие разновидности защитных пружинных механизмов:

• прямого действия – устройство срабатывает при непосредственном воздействии рабочей среды;
• непрямого действия – сброс повышенного напора производится внешним управлением, например, электрическим сигналом;
• двухпозиционные агрегаты – открытие фитинга происходит сразу резко на полный ход, после сброса напора фитинг резко закрывается, что может вызвать автоколебания седла и вибрацию механизма.

Двухпозиционный фитинг

Защитный механизм рычажного типа

Механизм данного фитинга состоит из рычага, соединенного с золотником, который закрывает отверстие выпуска. На рычаг подвешивается груз, и, в зависимости от веса груза и места крепления на рычаге, регулируется настройка механизма.

Груз фиксируется на рычаге от случайного смещения и изменения настройки. Недостатком данной конструкции является ее громоздкость, поэтому применение таких механизмов производится в системах с большим диаметром труб, больше 50 мм.

Защитное устройство рычажного типа

Клапан предохранительный мембранный

Основным элементом такой конструкции является мембрана. Принцип работы состоит в том, что при возникновении аварийного напора в трубах мембрана разрывается и производится сброс рабочей среды. Мембранные устройства просты в изготовлении, герметичны и быстро срабатывают.

Важно! У них есть существенный недостаток, после каждого срабатывания мембрану надо менять на новую. Поэтому всегда рядом с таким устройством ставят и обычный фитинг.

В зависимости от конструкции, такие устройства могут быть с разрывной мембраной и с хлопающей мембраной:

1. Механизмы с разрывной мембраной применяют в системах с жидкими и газообразными рабочими средами. Форма мембраны плоская или куполообразная, при резком изменении давления выше рабочего устройство срабатывает, и мембрана разрушается.
2. Механизмы с хлопающей мембраной используются чаще всего в системах с газообразной рабочей средой. Мембрана изготавливается из каучукообразной ткани и предохраняет трубы как от повышения, так и опасного снижения давления. Для этого сверху и снизу мембраны расположены ножи. При изменении давления мембрана выгибается, и когда, при резком перепаде в системе, касается ножей, то происходит разрез оболочки. При этом в зависимости от величины напора происходит или сброс, или пополнение от дополнительной емкости.

Предохранительное мембранное устройство

Установка и монтаж

Для обеспечения безопасной эксплуатации газовых и водяных трубопроводов, при установке защитных агрегатов, рекомендуется соблюдать следующие требования:

1. На трубах, подходящих к защитному механизму, и трубопроводах сброса напора нельзя устанавливать запорную арматуру и фильтра.
2. Ось пружинного фитинга должна устанавливаться вертикально. К агрегату должен быть обеспечен свободный доступ для замены и регулировки.
3. Рычаг защитного механизма рычажного типа при установке должен располагаться горизонтально.
4. Перед фитингом для контроля напора необходимо установить манометр.

Установка манометра на трубопровод

Предохранительный клапан для системы отопления может устанавливаться в нескольких местах на трубопроводе, при этом расход рабочей среды через трубопровод должен быть на 1,25 раз больше, чем суммарный расход устанавливаемых устройств. Установка оборудования в котельной

Пневмогидравлический аккумулятор

Пневмогидравлический аккумулятор (рис. 66) состоит из пневматических баллонов, пневмогидравлического баллона, системы управления. Ввиду взрывоопасности смеси паров масла с воздухом пневматические баллоны заряжаются инертным газом – азотом, аргоном и т. д. Жидкость через запорный клапан закачивается в нижнюю часть гидравлического баллона, сжимая находящийся в аккумуляторе газ.

Эксплуатация

Долговечность работы защитных механизмов зависит от соблюдения всех условий технической эксплуатации. При работе защитного агрегата из-за износа основных частей могут возникать следующие дефекты:

1. Негерметичность седла. Дефект может возникнуть в результате попадания металлической стружки и наличие рисок на седле. Дефект устраняется притиркой седла или его заменой на аналогичный фитинг.
2. Заниженное давление открытия устройства вследствие потери пружиной клапана своих упругих свойств или разрегулировка настройки. Для устранения отказа надо заменить пружину или сам фитинг, настроить давление, проверить в работе и поставить пломбу.
3. Если необходимо произвести замену агрегата для ремонта, то на его место нельзя временно ставить заглушку или вентиль. Необходимо, для безопасности объекта, предварительно произвести подбор клапана с точно такими же характеристиками, и только его устанавливать вместо снятого.
4. Если возникает пульсация при работе, быстрое открытие и закрытие затвора устройства, то такой дефект может вызывать нежелательную вибрацию трубопроводов, что может привести к их деформированию. Причиной может быть несоответствие размеров сечений основного трубопровода и трубопровода, подключенного к агрегату. Для устранения дефекта надо при монтаже устанавливать трубы одинакового сечения.

Преимущества применения предохранительных клапанов

Сбросные клапаны активно используются для предохранения от возникновения неполадок в системах, работающих под высоким давлением.
Преимущества использования клапанов, обеспечивающих нормализацию давления в системе, очевидны:

• Невысокая цена устройства при длительном сроке эксплуатации.
• Простота конструкции и легкость в эксплуатации.
• Несложность монтажа и выбора рабочих настроек.
• Разнообразие типов и габаритных размеров позволяет подобрать наиболее подходящий сбросной клапан в зависимости от технических характеристик системы.
• Возможность использования устройств в агрессивной среде.
• В зависимости от типа устройства бывают клапаны, которые устанавливаются как в горизонтальном, так и в вертикальном положении.

Предохранительный клапан – относительно недорогой и надежный элемент, который является обязательной частью любой системы, работающей под высоким давлением. Правильный выбор предохранительного устройства, профессиональный монтаж, своевременное обслуживание и устранение неполадок обеспечит бесперебойное функционирование системы на протяжении длительного времени.

Пределы срабатывания ПЗК и ПСК

В пояснительной записки к проекту требуется указать пределы срабатывания ПЗК и ПСК, но на какие нормы ссылаться при указании этих пределов?

Необходимо указать вот такие данные:

ПЗК – 1,25 рабочего давления. Например: при рабочем давлении 0,3 предел срабатывания ПЗК=0,3*1.25 = 0,375

ПСК – 1,15 от рабочего давления. Например: при рабочем давлении 0,3 предел срабатывания ПЗК=0,3*1.15 = 0,345

Согласно ПБ 12-529-03 “ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ СИСТЕМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ И ГАЗОПОТРЕБЛЕНИЯ”:

2.4.22. Предохранительные сбросные клапаны (ПСК) должны обеспечивать открытие при превышении установленного максимального рабочего давления не более чем на 15%.

Давление, при котором происходит полное закрытие клапана, устанавливается соответствующим стандартом или техническими условиями на изготовление клапанов.

Пружинные ПСК должны быть снабжены устройством для их принудительного открытия.

На газопроводах низкого давления допускается установка ПСК без приспособления для принудительного открытия.

Но ПБ 12-529-03 – не действует

ДОКУМЕНТ ЗАМЕНЕН НА:

Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности “Правила безопасности сетей газораспределения и газопотребления”. В этих нормах нет ничего про пределы срабатывания ПЗК и ПСК.

Нашёл подходящие пункты здесь:

СП 42-101-2003 – Действующий

– ПЗК рассчитывают на входное рабочее давление, МПа, по ряду: 0,05; 0,3; 0,6; 1,2; 1,6 с диапазоном срабатывания при повышении давления, МПа, от 0,002 до 0,75, а также с диапазоном срабатывания при понижении давления, МПа, от 0,0003 до 0,03;

– конструкция ПЗК должна исключать самопроизвольное открытие запорного органа без вмешательства обслуживающего персонала;

– герметичность запорного органа ПЗК должна соответствовать классу “А” по ГОСТ 9544;

– точность срабатывания должна составлять, как правило, +-5% заданных величин контролируемого давления для ПЗК, устанавливаемых в ГРП и +-10% для ПЗК в ШРП и ГРУ.

5.19 Для сброса газа за регулятором в случае кратковременного повышения давления газа сверх установленного должны применяться предохранительные сбросные клапаны (ПСК), которые могут быть мембранными и пружинными.

5.20 Пружинные ПСК должны быть снабжены устройством для их принудительного открытия. ШРП пропускной способностью до 100 м3/ч, оснащенные регулятором с двухступенчатым регулированием, допускается не оснащать ПСК.

5.21 ПСК должны обеспечивать открытие при повышении установленного максимального рабочего давления не более чем на 15%.

5.22 ПСК должны быть рассчитаны на входное рабочее давление, МПа, по ряду: от 0,001 до 1,6 с диапазоном срабатывания, МПа, от 0,001 до 1,6.

Также можно прочитать в ГОСТ 54983-2012 “Системы газораспределительные. Сети газораспределения природного газа. Общие требования к эксплуатации. Эксплуатационная документация” ( Действующий )

8.1.5 Параметры настройки редукционной арматуры пунктов редуцирования газа должны определяться с учетом потерь давления газа в распределительных газопроводах, диапазона рабочего давления перед газоиспользующим оборудованием потребителей, колебаний давления газа в сети газораспределения, обусловленных неравномерностью газопотребления.

При давлении газа в распределительном газопроводе на выходе из пунктов редуцирования газа до 0,005 МПа, параметры настройки редукционной арматуры должны обеспечивать следующие параметры рабочего давления газа перед бытовым газоиспользующим оборудованием потребителя:

– при номинальном давлении бытового газоиспользующего оборудования 0,0013 МПа – не более 0,002 МПа;

– при номинальном давлении бытового газоиспользующего оборудования 0,002 МПа – не более 0,003 МПа.

8.1.6 Параметры настройки (срабатывания) предохранительной и защитной арматуры должны обеспечивать защиту газопроводов и оборудования, расположенных ниже по потоку газа, от недопустимого изменения давления, а также безопасную работу газоиспользующего оборудования потребителей в диапазоне давлений, установленного изготовителями.

8.1.7 Верхний предел настройки защитной арматуры (Предохранительных Запорных Клапанов) не должен превышать:

1,3 Р – при давлении газа в газопроводе на выходе из пунктов редуцирования газа в пределах от 0,3 до 1,2 МПа;

1,4 Р – при давлении газа в газопроводе на выходе из пунктов редуцирования газа в пределах от 0,005 до 0,3 МПа;

1,5 Р – при давлении газа в газопроводе на выходе из пунктов редуцирования газа ниже 0,005 МПа,

– для газопроводов высокого и среднего давления – максимальное избыточное давление газа для данной категории газопровода, установленное [1];

– для газопроводов низкого давления – максимальное избыточное давление газа, принятое в соответствии с 8.1.5 (0,002 или 0,003 МПа).

8.1.8 Настройка предохранительной арматуры (Предохранительных Сбросных Клапанов) газопроводов всех давлений не должна допускать сброса газа в атмосферу при повышении давления в газопроводе, обусловленного конструктивными характеристиками регуляторов давления, в т. ч. при малом расходе или отсутствии расхода газа (работа на тупик).

Давление начала открытия предохранительной арматуры для газопроводов среднего и высокого давлений должно быть не менее чем на 5 % выше давления, принятого для данной категории газопровода.

Для газопроводов низкого давления начало открытия предохранительной арматуры должно устанавливаться на 0,0005 МПа выше давления, принятого в соответствии с 8.1.5.

Один из вариантов написать так:

Если вы знаете более точный ответ на этот вопрос, то напишите пожалуйста.

Обсуждение темы на форумах:

Добавил свой блог в Блогун – пора поднимать показатели блога